Izveštaj: Periodni sistem i njegov značaj u razvoju hemije D. Mendeljejeva

Periodični sistem elemenata imao je veliki uticaj na kasniji razvoj hemije.

Dmitrij Ivanovič Mendeljejev (1834-1907)

Ne samo da je to bila prva prirodna klasifikacija hemijskih elemenata, koja je pokazala da oni čine harmoničan sistem i da su međusobno usko povezani, već je postala i moćno oruđe za dalja istraživanja.

U vrijeme kada je Mendeljejev sastavio svoju tablicu na osnovu periodičnog zakona koji je otkrio, mnogi elementi su još uvijek bili nepoznati. Dakle, element četvrtog perioda skandij je bio nepoznat. Po atomskoj masi titan je došao iza kalcijuma, ali titan se ne bi mogao smjestiti odmah iza kalcija, jer bi spadao u treću grupu, dok titan čini viši oksid, a prema ostalim svojstvima ga treba svrstati u četvrtu grupu. . Stoga je Mendeljejev preskočio jednu ćeliju, odnosno ostavio je slobodan prostor između kalcijuma i titanijuma. Po istoj osnovi, u četvrtom periodu ostavljene su dvije slobodne ćelije između cinka i arsena, koje sada zauzimaju elementi galijum i germanijum. U ostalim redovima još uvijek ima praznih mjesta. Mendeljejev ne samo da je bio uvjeren da moraju postojati još nepoznati elementi koji bi ispunili ove prostore, već je i unaprijed predvidio svojstva takvih elemenata na osnovu njihovog položaja među ostalim elementima periodnog sistema. Jednom od njih dao je ime ekabor, koje je u budućnosti trebalo da zauzme mesto između kalcijuma i titanijuma (pošto je po svojstvima trebalo da podseća na bor); druga dva, za koje je u tabeli ostalo mjesta između cinka i arsena, nazvana su eka-aluminij i eka-silicij.

U narednih 15 godina, Mendeljejevljeva predviđanja su briljantno potvrđena: otkrivena su sva tri očekivana elementa. Prvo je francuski hemičar Lecoq de Boisbaudran otkrio galijum, koji ima sva svojstva eka-aluminijuma; zatim je u Švedskoj L. F. Nilsson otkrio skandij, koji je imao svojstva ekaborona, i konačno, nekoliko godina kasnije u Njemačkoj, K. A. Winkler je otkrio element koji je nazvao germanij, a za koji se ispostavilo da je identičan ekasilicijumu.

Da bismo procenili neverovatnu tačnost Mendeljejevljevog predviđanja, uporedimo svojstva eka-silicijuma koje je on predvideo 1871. godine sa svojstvima germanijuma otkrivenog 1886. godine:

Otkriće galija, skandijuma i germanijuma bio je najveći trijumf periodičnog zakona.

Periodični sistem je takođe bio od velike važnosti za utvrđivanje valencije i atomskih masa nekih elemenata. Dakle, element berilij se dugo smatrao analogom aluminijuma i njegovom oksidu je dodeljena formula. Na osnovu procentualnog sastava i očekivane formule berilijum oksida, smatralo se da je njegova atomska masa 13,5. Periodični sistem je pokazao da postoji samo jedno mjesto za berilij u tabeli, odnosno iznad magnezijuma, tako da njegov oksid mora imati formulu , koja daje atomsku masu berilijuma jednaku deset. Ovaj zaključak je ubrzo potvrđen određivanjem atomske mase berilija iz gustine pare njegovog hlorida.

Upravo tako I trenutno, periodični zakon ostaje nit vodilja i vodeći princip hemije. Na osnovu njega su posljednjih decenija umjetno stvoreni transuranski elementi koji se nalaze u periodnom sistemu nakon uranijuma. Jedan od njih - element br. 101, prvi put dobijen 1955. godine - nazvan je mendelevijum u čast velikog ruskog naučnika.

Otkriće periodičnog zakona i stvaranje sistema hemijskih elemenata bilo je od velike važnosti ne samo za hemiju, već i za filozofiju, za celokupno naše razumevanje sveta. Mendeljejev je pokazao da hemijski elementi čine harmoničan sistem, koji se zasniva na fundamentalnom zakonu prirode. Ovo je izraz stava materijalističke dijalektike o međusobnoj povezanosti i međuzavisnosti prirodnih pojava. Razotkrivajući vezu između svojstava kemijskih elemenata i mase njihovih atoma, periodični zakon bio je briljantna potvrda jednog od univerzalnih zakona razvoja prirode - zakona prijelaza količine u kvalitet.

Kasniji razvoj nauke omogućio je, na osnovu periodičnog zakona, da se razume struktura materije mnogo dublje nego što je to bilo moguće za života Mendeljejeva.

Teorija strukture atoma razvijena u 20. veku je zauzvrat dala periodičnom zakonu i periodičnom sistemu elemenata novo, dublje osvetljenje. Proročke riječi Mendeljejeva su sjajno potvrđene: „Periodičnom zakonu ne prijeti uništenje, već se obećava samo nadgradnja i razvoj“.

Periodični sistem elemenata imao je veliki uticaj na kasniji razvoj hemije. Ne samo da je to bila prva prirodna klasifikacija hemijskih elemenata, koja je pokazala da oni čine harmoničan sistem i da su međusobno u bliskoj vezi, već je bila i moćno oruđe za dalja istraživanja.
U vrijeme kada je Mendeljejev sastavio svoju tablicu na osnovu periodičnog zakona koji je otkrio, mnogi elementi su još uvijek bili nepoznati. Dakle, period 4 elementa skandij je bio nepoznat. U smislu atomske mase, Ti je došao iza Ca, ali Ti nije mogao biti odmah iza Ca, jer spada u grupu 3, ali zbog svojstava Ti treba da se svrsta u grupu 4. Stoga je Mendeljejev propustio jednu ćeliju. Po istoj osnovi, u periodu 4 ostavljene su dvije slobodne ćelije između Zn i As. U ostalim redovima još uvijek ima praznih mjesta. Mendeljejev nije samo bio uvjeren da moraju postojati još nepoznati elementi koji bi popunili ova mjesta, ali i unaprijed predviđena svojstva takvih elemenata, na osnovu njihovog položaja među ostalim elementima periodnog sistema. Ovi elementi su dobili i nazive ekaboron (pošto je po svojstvima trebalo da podsjeća na bor), ekaaluminij, ekasilicijum...

D. I. Mendeljejev je napisao: „Prije periodičnog zakona, elementi su predstavljali samo fragmentarne slučajne pojave prirode; nije bilo razloga očekivati ​​nove, a pronađeni su bili potpuna neočekivana novina. Periodični obrazac je bio prvi koji je omogućio da se vide još neotkriveni elementi na udaljenosti koju vizija bez pomoći ovog uzorka još nije dosegla.”

Sa otkrićem periodičnog zakona, hemija je prestala da bude deskriptivna nauka – dobila je oruđe naučnog predviđanja. Ovaj zakon i njegov grafički prikaz - tabela periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva - ispunili su sve tri najvažnije funkcije teorijskog znanja: generalizujuću, eksplanatornu i prediktivnu. Na osnovu njih, naučnici:

• sistematizovao i sumirao sve informacije o hemijskim elementima i supstancama koje oni formiraju;
• dao obrazloženje za različite vrste periodične zavisnosti koje postoje u svetu hemijskih elemenata, objašnjavajući ih na osnovu strukture atoma elemenata;
• predvidio, opisao svojstva još neotkrivenih hemijskih elemenata i supstanci koje od njih formiraju, te ukazao na načine njihovog otkrivanja.

Sam D. I. Mendeljejev je morao da sistematizuje i generalizuje informacije o hemijskim elementima kada je otkrio periodični zakon, izgradio i poboljšao svoju tabelu. Štoviše, dodatne poteškoće stvorile su greške u vrijednostima atomskih masa i prisutnost elemenata koji još nisu otkriveni. Ali veliki naučnik je bio čvrsto uvjeren u istinitost zakona prirode koji je otkrio. Na osnovu sličnosti svojstava i verovanja u ispravno određivanje mesta elemenata u tabeli periodnog sistema, značajno je promenio atomske mase i valenciju u jedinjenjima sa kiseonikom od deset elemenata koji su tada prihvaćeni i „ispravio“ ih za deset drugih. On je u tabelu stavio osam elemenata, suprotno tadašnjim opšteprihvaćenim idejama o njihovoj sličnosti sa drugima. Na primjer, isključio je talij iz prirodne porodice alkalnih metala i smjestio ga u grupu III prema najvišoj valentnosti koju pokazuje; preneo je berilij sa pogrešno određenom relativnom atomskom masom (13) i valentnošću III iz grupe III u II, menjajući vrednost njegove relativne atomske mase na 9, a najveću valenciju u II.

Većina naučnika je amandmane D. I. Mendeljejeva doživjela kao naučnu neozbiljnost i neosnovanu drskost. Periodični zakon i tabela hemijskih elemenata razmatrani su kao hipoteza, odnosno pretpostavka kojoj je potrebna provera. Naučnik je to shvatio i upravo da bi proverio ispravnost zakona i sistema elemenata koje je otkrio, detaljno je opisao svojstva elemenata koji još nisu otkriveni, pa čak i metode njihovog otkrivanja, na osnovu njihovog predviđenog mesta u sistemu. . Koristeći prvu verziju tabele, napravio je četiri predviđanja o postojanju nepoznatih elemenata (galijum, germanijum, hafnij, skandij), a prema poboljšanoj, drugoj verziji, napravio je još sedam (tehnecij, renijum, astat, francij, radijum, aktinijum, protaktinijum).

U periodu od 1869. do 1886. otkrivena su tri predviđena elementa: galijum (P. E. Lecoq de Boisbaudran, Francuska, 1875), skandijum (L. F. Nilsson, Švedska, 1879) i germanijum (C. Winkler, Nemačka, 1886). Otkriće prvog od ovih elemenata, koje je potvrdilo tačnost predviđanja velikog ruskog naučnika, izazvalo je samo zanimanje i iznenađenje njegovih kolega. Otkriće germanijuma bio je pravi trijumf periodičnog zakona. K. Winkler je u članku “Poruka o Njemačkoj” napisao: “Više nema sumnje da je novi element ništa drugo do eka-silicij koji je predvidio Mendeljejev petnaest godina ranije. Jer, uvjerljiviji dokaz valjanosti doktrine o periodičnosti elemenata teško se može dati od otelotvorenja dosadašnjeg hipotetičkog eka-silicijuma, a ono zaista predstavlja nešto više od jednostavne potvrde hrabro iznesene teorije – znači izvanredno proširenje hemijskog vidnog polja, moćan korak u polju spoznaje."

Na osnovu zakona i tabele D. I. Mendeljejeva, predviđeni su i otkriveni plemeniti gasovi. I sada ovaj zakon služi kao zvijezda vodilja za otkrivanje ili umjetno stvaranje novih kemijskih elemenata. Na primjer, moglo bi se tvrditi da je element #114 sličan olovu (ekaslead), a #118 bi bio plemeniti plin (ekaradon).

Otkriće periodnog zakona i stvaranje tabele periodnog sistema hemijskih elemenata od strane D. I. Mendeljejeva podstaklo je traganje za razlozima međusobne povezanosti elemenata, doprinelo je identifikaciji složene strukture atoma i razvoju atoma. doktrina o strukturi atoma. Ovo učenje je, zauzvrat, omogućilo da se otkrije fizičko značenje periodnog zakona i objasni raspored elemenata u periodnom sistemu. To je dovelo do otkrića atomske energije i njene upotrebe za ljudske potrebe.

Pitanja i zadaci za § 5

1. Analizirajte distribuciju biogenih makroelemenata po periodima i grupama Periodnog sistema D. I. Mendeljejeva. Podsjetimo da to uključuje C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
2. Zašto se elementi glavnih podgrupa 2. i 3. perioda nazivaju hemijskim analozima? Kako se ova analogija manifestuje?
3. Zašto je vodonik, za razliku od svih ostalih elemenata, dvaput napisan u periodnom sistemu D.I. Mendeljejeva? Dokažite valjanost dvojnog položaja vodonika u periodnom sistemu upoređujući strukturu i svojstva njegovog atoma, jednostavne supstance i jedinjenja sa odgovarajućim oblicima postojanja drugih elemenata - alkalnih metala i halogena.
4. Zašto su svojstva lantana i lantanida, aktinijuma i aktinida tako slična?
5. Koji će oblici spojeva biti isti za elemente glavne i sekundarne podgrupe?
6. Zašto su opšte formule hlapljivih vodonikovih jedinjenja u periodnom sistemu napisane samo pod elementima glavnih podgrupa, a formule viših oksida - ispod elemenata obe podgrupe (u sredini)?
7. Koja je opšta formula višeg hidroksida koji odgovara elementima grupe VII? Kakav je njegov karakter?

Godine 1869., D. I. Mendeljejev, na osnovu analize svojstava jednostavnih supstanci i jedinjenja, formulisao je periodični zakon: “Svojstva jednostavnih tijela i spojeva elemenata povremeno zavise od veličine atomskih masa elemenata.” Na osnovu periodičnog zakona sastavljen je periodični sistem elemenata. U njemu su elementi sa sličnim svojstvima kombinovani u vertikalne grupne kolone. U nekim slučajevima, prilikom postavljanja elemenata u periodni sistem, bilo je potrebno poremetiti redoslijed povećanja atomskih masa kako bi se održala periodičnost ponavljanja svojstava. Na primjer, morali smo "zamijeniti" telur i jod, kao i argon i kalijum. Razlog je u tome što je Mendeljejev predložio periodični zakon u vreme kada se ništa nije znalo o strukturi atoma, a nakon što je planetarni model atoma predložen u 20. veku, periodični zakon je formulisan na sledeći način:

“Svojstva hemijskih elemenata i jedinjenja periodično zavise od naelektrisanja atomskih jezgara.”

Naboj jezgra jednak je broju elementa u periodnom sistemu i broju elektrona u elektronskom omotaču atoma. Ova formulacija je objasnila "kršenje" periodičnog zakona. U Periodnom sistemu, broj perioda je jednak broju elektronskih nivoa u atomu, broj grupe za elemente glavnih podgrupa jednak je broju elektrona na spoljašnjem nivou.

Naučni značaj periodičnog zakona. Periodični zakon je omogućio sistematizaciju svojstava hemijskih elemenata i njihovih jedinjenja. Prilikom sastavljanja periodnog sistema, Mendeljejev je predvidio postojanje mnogih neotkrivenih elemenata, ostavljajući prazne ćelije za njih, i predvidio mnoga svojstva neotkrivenih elemenata, što je olakšalo njihovo otkriće.Prvo od njih uslijedilo je četiri godine kasnije.

Ali velika zasluga Mendeljejeva nije samo u otkrivanju novih stvari.

Mendeljejev je otkrio novi zakon prirode. Umjesto raznorodnih, nepovezanih supstanci, nauka se suočila s jednim skladnim sistemom koji je ujedinio sve elemente Univerzuma u jedinstvenu cjelinu; atomi su se počeli smatrati:

1. organski povezani jedni s drugima zajedničkim obrascem,

2. otkrivanje prijelaza kvantitativnih promjena atomske težine u kvalitativne promjene njihove kemijske. individualnosti,

3. što ukazuje da je suprotnost metalna. i nemetalne. svojstva atoma nisu apsolutna, kao što se ranije mislilo, već samo relativna po prirodi.

24. Pojava strukturnih teorija u procesu razvoja organske hemije. Atomsko-molekularna nauka kao teorijska osnova za strukturne teorije.

Organska hemija. Kroz 18. vijek. U pitanju hemijskih odnosa organizama i supstanci, naučnici su se rukovodili doktrinom vitalizma - doktrinom koja je život smatrala posebnim fenomenom, koji nije podložan zakonima univerzuma, već uticajem posebnih vitalnih sila. Ovo gledište su naslijedili mnogi naučnici iz 19. stoljeća, iako su njegovi temelji poljuljani još 1777. godine, kada je Lavoisier sugerirao da je disanje proces sličan sagorijevanju.

Godine 1828. njemački hemičar Friedrich Wöhler (1800–1882), zagrijavanjem amonijum cijanata (ovo jedinjenje je bezuslovno klasifikovano kao neorganska supstanca), dobio je ureu, otpadni proizvod ljudi i životinja. Godine 1845. Adolf Kolbe, Wöhlerov učenik, sintetizirao je octenu kiselinu iz početnih elemenata ugljika, vodonika i kisika. 1850-ih, francuski hemičar Pierre Berthelot započeo je sistematski rad na sintezi organskih jedinjenja i dobio metil i etil alkohole, metan, benzol i acetilen. Sistematsko proučavanje prirodnih organskih spojeva pokazalo je da svi sadrže jedan ili više atoma ugljika, a mnogi sadrže atome vodika. Teorija tipova. Otkriće i izolacija ogromnog broja složenih spojeva koji sadrže ugljik pokrenulo je pitanje sastava njihovih molekula i dovelo do potrebe za revizijom postojećeg sistema klasifikacije. Do 1840-ih, hemijski naučnici su shvatili da se Berzeliusove dualističke ideje odnose samo na neorganske soli. Godine 1853. pokušano je klasifikovati sva organska jedinjenja po vrsti. Uopštenu "teoriju tipa" predložio je francuski hemičar Charles Frederic Gerard, koji je vjerovao da kombinacija različitih grupa atoma nije određena električnim nabojem ovih grupa, već njihovim specifičnim kemijskim svojstvima.

Strukturna hemija. Godine 1857. Kekule je, na osnovu teorije valencije (valenca je shvaćena kao broj atoma vodika koji se kombinuju sa jednim atomom datog elementa), sugerirao da je ugljik četverovalentan i da se stoga može kombinirati s četiri druga atoma, formirajući duge lance - ravne ili razgranate. Stoga su se organske molekule počele prikazivati ​​ne u obliku kombinacija radikala, već u obliku strukturnih formula - atoma i veza između njih.

1874. danski hemičar Jacob van't Hoff a francuski hemičar Joseph Achille Le Bel (1847–1930) proširio je ovu ideju na raspored atoma u svemiru. Vjerovali su da molekuli nisu ravne, već trodimenzionalne strukture. Ovaj koncept je omogućio da se objasne mnoge dobro poznate pojave, na primjer, prostorna izomerija, postojanje molekula istog sastava, ali s različitim svojstvima. Podaci se vrlo dobro uklapaju u to Louis Pasteur o izomerima vinske kiseline.

Periodični sistem elemenata imao je veliki uticaj na kasniji razvoj hemije.

Ne samo da je to bila prva prirodna klasifikacija hemijskih elemenata, koja je pokazala da oni čine harmoničan sistem i da su međusobno usko povezani, već je postala i moćno oruđe za dalja istraživanja.

U vrijeme kada je Mendeljejev sastavio svoju tablicu na osnovu periodičnog zakona koji je otkrio, mnogi elementi su još uvijek bili nepoznati. Dakle, element četvrtog perioda skandij je bio nepoznat. Po atomskoj masi titan je došao iza kalcijuma, ali titan se ne bi mogao smjestiti odmah iza kalcija, jer bi spadao u treću grupu, dok titan čini viši oksid, a prema ostalim svojstvima ga treba svrstati u četvrtu grupu. . Stoga je Mendeljejev preskočio jednu ćeliju, odnosno ostavio je slobodan prostor između kalcijuma i titanijuma. Po istoj osnovi, u četvrtom periodu ostavljene su dvije slobodne ćelije između cinka i arsena, koje sada zauzimaju elementi galijum i germanijum. U ostalim redovima još uvijek ima praznih mjesta. Mendeljejev ne samo da je bio uvjeren da moraju postojati još nepoznati elementi koji bi ispunili ove prostore, već je i unaprijed predvidio svojstva takvih elemenata na osnovu njihovog položaja među ostalim elementima periodnog sistema. Jednom od njih dao je ime ekabor, koje je u budućnosti trebalo da zauzme mesto između kalcijuma i titanijuma (pošto je po svojstvima trebalo da podseća na bor); druga dva, za koje je u tabeli ostalo mjesta između cinka i arsena, nazvana su eka-aluminij i eka-silicij.

U narednih 15 godina, Mendeljejevljeva predviđanja su briljantno potvrđena: otkrivena su sva tri očekivana elementa. Prvo je francuski hemičar Lecoq de Boisbaudran otkrio galijum, koji ima sva svojstva eka-aluminijuma; zatim je u Švedskoj L. F. Nilsson otkrio skandij, koji je imao svojstva ekaborona, i konačno, nekoliko godina kasnije u Njemačkoj, K. A. Winkler je otkrio element koji je nazvao germanij, a za koji se ispostavilo da je identičan ekasilicijumu.

Da bismo procenili neverovatnu tačnost Mendeljejevljevog predviđanja, uporedimo svojstva eka-silicijuma koje je on predvideo 1871. godine sa svojstvima germanijuma otkrivenog 1886. godine:

Otkriće galija, skandijuma i germanijuma bio je najveći trijumf periodičnog zakona.

Periodični sistem je takođe bio od velike važnosti za utvrđivanje valencije i atomskih masa nekih elemenata. Dakle, element berilij se dugo smatrao analogom aluminijuma i njegovom oksidu je dodeljena formula. Na osnovu procentualnog sastava i očekivane formule berilijum oksida, smatralo se da je njegova atomska masa 13,5. Periodični sistem je pokazao da postoji samo jedno mjesto za berilij u tabeli, i to iznad magnezijuma, tako da njegov oksid mora imati formulu, koja daje atomsku masu berilijuma jednaku deset. Ovaj zaključak je ubrzo potvrđen određivanjem atomske mase berilija iz gustine pare njegovog hlorida.

Upravo<гак же периодическая система дала толчок к исправлению атомных масс некоторых элементов. Например, цезию раньше приписывали атомную массу 123,4. Менделев же, располагая элементы в таблицу, нашел, что по своим свойствам цезий должен стоять в главной подгруппе первой группы под рубидием и потому будет иметь атомную массу около 130. Современные определения показывают, что атомная масса цезия равна 132,9054.

I trenutno, periodični zakon ostaje nit vodilja i vodeći princip hemije. Na osnovu njega su posljednjih decenija umjetno stvoreni transuranski elementi koji se nalaze u periodnom sistemu nakon uranijuma. Jedan od njih - element br. 101, prvi put dobijen 1955. godine - nazvan je mendelevijum u čast velikog ruskog naučnika.

Otkriće periodičnog zakona i stvaranje sistema hemijskih elemenata bilo je od velike važnosti ne samo za hemiju, već i za filozofiju, za celokupno naše razumevanje sveta. Mendeljejev je pokazao da hemijski elementi čine harmoničan sistem, koji se zasniva na fundamentalnom zakonu prirode. Ovo je izraz stava materijalističke dijalektike o međusobnoj povezanosti i međuzavisnosti prirodnih pojava. Razotkrivajući vezu između svojstava kemijskih elemenata i mase njihovih atoma, periodični zakon bio je briljantna potvrda jednog od univerzalnih zakona razvoja prirode - zakona prijelaza količine u kvalitet.

Kasniji razvoj nauke omogućio je, na osnovu periodičnog zakona, da se razume struktura materije mnogo dublje nego što je to bilo moguće za života Mendeljejeva.

Teorija strukture atoma razvijena u 20. veku je zauzvrat dala periodičnom zakonu i periodičnom sistemu elemenata novo, dublje osvetljenje. Proročke riječi Mendeljejeva su sjajno potvrđene: „Periodičnom zakonu ne prijeti uništenje, već se obećava samo nadgradnja i razvoj“.