Izvještaj: Periodni sustav i njegovo značenje u razvoju kemije D. Mendeljejeva

Periodni sustav elemenata imao je veliki utjecaj na kasniji razvoj kemije.

Dmitrij Ivanovič Mendeljejev (1834.-1907.)

Ne samo da je to bila prva prirodna klasifikacija kemijskih elemenata, pokazujući da oni tvore skladan sustav i da su međusobno blisko povezani, nego je također postala moćno oruđe za daljnja istraživanja.

U vrijeme kada je Mendeljejev sastavljao svoju tablicu na temelju periodičnog zakona koji je otkrio, mnogi elementi još su bili nepoznati. Stoga je element četvrte periode skandij bio nepoznat. Titan je po atomskoj masi došao nakon kalcija, ali se titan ne bi mogao smjestiti odmah iza kalcija, jer bi spadao u treću skupinu, dok titan tvori viši oksid, a prema ostalim svojstvima treba ga svrstati u četvrtu skupinu. . Dakle, Mendeljejev je preskočio jednu ćeliju, odnosno ostavio slobodan prostor između kalcija i titana. Na istoj su osnovi u četvrtoj periodi ostavljene dvije slobodne ćelije između cinka i arsena, koje sada zauzimaju elementi galij i germanij. U ostalim redovima još ima slobodnih mjesta. Mendeljejev ne samo da je bio uvjeren da moraju postojati još nepoznati elementi koji bi ispunili te prostore, već je i unaprijed predvidio svojstva takvih elemenata na temelju njihovog položaja među ostalim elementima periodnog sustava. Jednom od njih dao je ime ekabor, koji je u budućnosti trebao zauzeti mjesto između kalcija i titana (jer je svojim svojstvima trebao nalikovati boru); druga dva, za koja je u tablici ostalo mjesta između cinka i arsena, nazvana su eka-aluminij i eka-silicij.

Tijekom sljedećih 15 godina, Mendeljejevljeva predviđanja su briljantno potvrđena: otkrivena su sva tri očekivana elementa. Najprije je francuski kemičar Lecoq de Boisbaudran otkrio galij koji ima sva svojstva eka-aluminija; potom je u Švedskoj L. F. Nilsson otkrio skandij koji je imao svojstva ekaborona, da bi konačno nekoliko godina kasnije u Njemačkoj K. A. Winkler otkrio element koji je nazvao germanij, a za koji se pokazalo da je identičan ekasiliciju.

Da bismo procijenili nevjerojatnu točnost Mendelejevljevog predviđanja, usporedimo svojstva eca-silicija koja je on predvidio 1871. sa svojstvima germanija otkrivenog 1886.:

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

Periodni sustav također je bio od velike važnosti za utvrđivanje valencije i atomske mase nekih elemenata. Tako se element berilij dugo smatrao analogom aluminija, a njegovom oksidu je dodijeljena formula. Na temelju postotnog sastava i očekivane formule berilijevog oksida, smatra se da je njegova atomska masa 13,5. Periodni sustav je pokazao da u tablici postoji samo jedno mjesto za berilij, naime iznad magnezija, pa njegov oksid mora imati formulu , koja daje atomsku masu berilija jednaku deset. Taj je zaključak ubrzo potvrđen određivanjem atomske mase berilija iz gustoće pare njegova klorida.

Točno I danas, periodični zakon ostaje nit vodilja i vodeći princip kemije. Upravo su na njegovoj osnovi posljednjih desetljeća umjetno stvoreni transuranijevi elementi smješteni u periodnom sustavu nakon urana. Jedan od njih - element broj 101, prvi put dobiven 1955. godine - nazvan je mendelevij u čast velikog ruskog znanstvenika.

Otkriće periodičnog zakona i stvaranje sustava kemijskih elemenata bilo je od velike važnosti ne samo za kemiju, već i za filozofiju, za naše cjelokupno poimanje svijeta. Mendeljejev je pokazao da kemijski elementi tvore skladan sustav koji se temelji na temeljnom zakonu prirode. To je izraz stava materijalističke dijalektike o međusobnoj povezanosti i međuovisnosti prirodnih pojava. Otkrivajući odnos između svojstava kemijskih elemenata i mase njihovih atoma, periodični zakon bio je sjajna potvrda jednog od univerzalnih zakona razvoja prirode - zakona prijelaza količine u kvalitetu.

Kasniji razvoj znanosti omogućio je, na temelju periodičkog zakona, razumijevanje strukture materije mnogo dublje nego što je to bilo moguće za vrijeme Mendeljejeva života.

Teorija strukture atoma razvijena u 20. stoljeću, pak, dala je novo, dublje osvjetljenje periodnom zakonu i periodnom sustavu elemenata. Proročanske riječi Mendeljejeva bile su sjajno potvrđene: "Periodičnom zakonu ne prijeti uništenje, već su obećani samo nadgradnja i razvoj."

Periodni sustav elemenata imao je veliki utjecaj na kasniji razvoj kemije. Ne samo da je to bila prva prirodna klasifikacija kemijskih elemenata, koja je pokazala da oni tvore skladan sustav i da su međusobno blisko povezani, već je to također bio moćan alat za daljnja istraživanja.
U vrijeme kada je Mendeljejev sastavljao svoju tablicu na temelju periodičnog zakona koji je otkrio, mnogi elementi još su bili nepoznati. Stoga je period 4 element skandij bio nepoznat. U smislu atomske mase, Ti je došao nakon Ca, ali Ti se nije mogao smjestiti odmah nakon Ca, jer spadao bi u 3. skupinu, ali zbog svojstava Ti treba ga svrstati u 4. skupinu. Stoga je Mendeljejev propustio jednu ćeliju. Na istoj su osnovi u razdoblju 4 ostavljene dvije slobodne ćelije između Zn i As. U ostalim redovima još ima slobodnih mjesta. Mendeljejev nije bio samo uvjeren da moraju postojati još uvijek nepoznati elementi koji bi popunili ta mjesta, ali i unaprijed predvidjeti svojstva takvih elemenata, na temelju njihovog položaja među ostalim elementima periodnog sustava. Ti su elementi dobili i nazive ekaboron (jer je svojim svojstvima trebao podsjećati na bor), ekaaluminij, ekasilicij...

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

Otkrićem Periodnog zakona kemija je prestala biti deskriptivna znanost – dobila je alat znanstvenog predviđanja. Taj zakon i njegov grafički prikaz - tablica periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva - ispunjavali su sve tri najvažnije funkcije teorijskog znanja: generalizirajuću, objašnjavajuću i prediktivnu. Na temelju njih znanstvenici:

• sistematizirati i sažeti sve podatke o kemijskim elementima i tvarima koje oni tvore;
• dao obrazloženje različitih vrsta periodičnih ovisnosti koje postoje u svijetu kemijskih elemenata, objašnjavajući ih na temelju strukture atoma elemenata;
• predvidio, opisao svojstva još neotkrivenih kemijskih elemenata i tvari koje oni tvore, te naznačio načine njihova otkrića.

I sam D. I. Mendeljejev morao je sistematizirati i generalizirati informacije o kemijskim elementima kada je otkrio Periodni zakon, izgradio i poboljšao svoju tablicu. Štoviše, pogreške u vrijednostima atomskih masa i prisutnost elemenata koji još nisu bili otkriveni stvorili su dodatne poteškoće. Ali veliki je znanstvenik bio čvrsto uvjeren u istinitost zakona prirode koji je otkrio. Na temelju sličnosti svojstava i vjerujući u ispravno određivanje mjesta elemenata u sustavu periodnog sustava, bitno je promijenio atomske mase i valenciju u spojevima s kisikom deset tada prihvaćenih elemenata i "ispravio" ih za deset drugih. U tablicu je smjestio osam elemenata, suprotno tada općeprihvaćenim idejama o njihovoj sličnosti s drugima. Na primjer, isključio je talij iz prirodne obitelji alkalnih metala i smjestio ga u grupu III prema najvećoj valenciji koju pokazuje; prenio je berilij s netočno određenom relativnom atomskom masom (13) i valencijom III iz skupine III u skupinu II, promijenivši mu vrijednost relativne atomske mase na 9, a najveću valenciju na II.

Većina znanstvenika je amandmane D. I. Mendelejeva doživjela kao znanstvenu neozbiljnost i neutemeljenu drskost. Periodni zakon i tablica kemijskih elemenata smatrani su hipotezom, odnosno pretpostavkom koju treba provjeriti. Znanstvenik je to shvatio i upravo da bi provjerio ispravnost zakona i sustava elemenata koje je otkrio, detaljno je opisao svojstva elemenata koji još nisu bili otkriveni, pa čak i metode njihova otkrivanja, na temelju njihovog predviđenog mjesta u sustavu. . Koristeći prvu verziju tablice, napravio je četiri predviđanja o postojanju nepoznatih elemenata (galij, germanij, hafnij, skandij), a prema poboljšanoj, drugoj verziji, napravio je još sedam (tehnecij, renij, astatin, francij, radij, aktinij, protaktinij).

U razdoblju od 1869. do 1886. otkrivena su tri predviđena elementa: galij (P. E. Lecoq de Boisbaudran, Francuska, 1875.), skandij (L. F. Nilsson, Švedska, 1879.) i germanij (C. Winkler, Njemačka, 1886.). Otkriće prvog od ovih elemenata, koje je potvrdilo točnost predviđanja velikog ruskog znanstvenika, izazvalo je samo zanimanje i iznenađenje među njegovim kolegama. Otkriće germanija bio je pravi trijumf Periodnog zakona. K. Winkler je u članku “Poruka o Njemačkoj” napisao: “Više nema sumnje da je novi element nitko drugi do eka-silicij kojeg je Mendeljejev predvidio petnaest godina ranije. Jer teško da se može dati uvjerljiviji dokaz valjanosti doktrine periodičnosti elemenata od utjelovljenja dosad hipotetskog eka-silicija, a on doista predstavlja nešto više od jednostavne potvrde jedne hrabro postavljene teorije – znači izvanredno proširenje kemijskog vidnog polja, snažan korak u polju spoznaje."

Na temelju zakona i tablice D. I. Mendeljejeva predvidjeni su i otkriveni plemeniti plinovi. 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 (ekaradone).

Otkriće periodnog zakona i stvaranje tablice periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva potaknulo je potragu za razlozima međusobne povezanosti elemenata, pridonijelo identifikaciji složene strukture atoma i razvoju učenje o građi atoma. Ovo učenje je pak omogućilo otkrivanje fizičkog značenja periodnog zakona i objašnjenje rasporeda elemenata u periodnom sustavu. To je dovelo do otkrića atomske energije i njezine upotrebe za ljudske potrebe.

Pitanja i zadaci za § 5

1. Analizirati raspodjelu biogenih makroelemenata po periodima i skupinama periodnog sustava D. I. Mendeljejeva. Podsjetimo, to uključuje C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
2. Zašto se elementi glavnih podskupina 2. i 3. perioda nazivaju kemijskim analozima? Kako se ova analogija očituje?
3. Zašto je vodik, za razliku od svih drugih elemenata, dvaput napisan u periodnom sustavu D.I. Mendeljejeva? Dokažite valjanost dvojnog položaja vodika u periodnom sustavu elemenata uspoređujući strukturu i svojstva njegova atoma, jednostavne tvari i spojeva s odgovarajućim oblicima postojanja drugih elemenata - alkalijskih metala i halogena.
4. Zašto su svojstva lantana i lantanida, aktinija i aktinoida toliko slična?
5. Koji će oblici spojeva biti isti za elemente glavne i sporedne podskupine?
6. Zašto su opće formule hlapljivih vodikovih spojeva u periodnom sustavu napisane samo ispod elemenata glavnih podskupina, a formule viših oksida - ispod elemenata obiju podskupina (u sredini)?
7. Koja je opća formula višeg hidroksida koji odgovara elementima VII skupine? Kakav je njegov karakter?

Godine 1869. D. I. Mendeljejev je na temelju analize svojstava jednostavnih tvari i spojeva formulirao periodični zakon: “Svojstva jednostavnih tijela i spojeva elemenata povremeno ovise o veličini atomske mase elemenata.” Na temelju periodičkog zakona sastavljen je periodni sustav elemenata. U njemu su elementi sličnih svojstava kombinirani u vertikalne grupne stupce. U nekim slučajevima, prilikom postavljanja elemenata u periodni sustav, bilo je potrebno poremetiti slijed povećanja atomskih masa kako bi se održala periodičnost ponavljanja svojstava. Na primjer, morali smo “zamijeniti” telur i jod, kao i argon i kalij. Razlog je taj što je Mendeljejev predložio periodični zakon u vrijeme kada se ništa nije znalo o strukturi atoma.Nakon što je u 20. stoljeću predložen planetarni model atoma, periodični zakon je formuliran na sljedeći način:

“Svojstva kemijskih elemenata i spojeva povremeno ovise o nabojima atomskih jezgri.”

Naboj jezgre jednak je broju elementa u periodnom sustavu i broju elektrona u elektronskoj ljusci atoma. Ova formulacija objašnjava "kršenja" Periodnog zakona. U periodnom sustavu periodni broj jednak je broju elektroničkih razina u atomu, broj skupine za elemente glavnih podskupina jednak je broju elektrona u vanjskoj razini.

Znanstveni značaj periodičkog zakona. Periodični zakon omogućio je sistematizaciju svojstava kemijskih elemenata i njihovih spojeva. Pri sastavljanju periodnog sustava Mendeljejev je predvidio postojanje mnogih neotkrivenih elemenata, ostavljajući za njih prazne ćelije, te predvidio mnoga svojstva neotkrivenih elemenata, što je olakšalo njihovo otkriće, a prvo je uslijedilo četiri godine kasnije.

Ali Mendeljejevljeva velika zasluga nije samo u otkrivanju novih stvari.

Mendeljejev je otkrio novi zakon prirode. Umjesto različitih, nepovezanih tvari, znanost se suočila s jedinstvenim skladnim sustavom koji je ujedinio sve elemente Svemira u jedinstvenu cjelinu; atomi su se počeli smatrati:

1. organski međusobno povezani zajedničkim uzorkom,

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, kako se prije mislilo, već samo relativne prirode.

24. Nastanak strukturnih teorija u procesu razvoja organske kemije. Atomsko-molekularna znanost kao teorijska osnova za strukturne teorije.

Organska kemija. Kroz cijelo 18.st. U pitanju kemijskih odnosa organizama i tvari znanstvenici su se vodili doktrinom vitalizma - doktrinom koja je život smatrala posebnom pojavom, podložnom ne zakonima svemira, već utjecaju posebnih životnih sila. Ovo gledište naslijedili su mnogi znanstvenici 19. stoljeća, iako su njegovi temelji uzdrmani još 1777., kada je Lavoisier sugerirao da je disanje proces sličan izgaranju.

Godine 1828. njemački kemičar Friedrich Wöhler (1800. – 1882.) zagrijavanjem amonijevog cijanata (taj je spoj bezuvjetno svrstan u anorganske tvari) dobio je ureu, otpadni produkt ljudi i životinja. Godine 1845. Adolf Kolbe, Wöhlerov učenik, sintetizirao je octenu kiselinu od početnih elemenata ugljika, vodika i kisika. Pedesetih godina 19. stoljeća francuski kemičar Pierre Berthelot započeo je sustavan rad na sintezi organskih spojeva i dobio metilne i etilne alkohole, metan, benzen i acetilen. Sustavno proučavanje prirodnih organskih spojeva pokazalo je da svi oni sadrže jedan ili više atoma ugljika, a mnogi sadrže atome vodika. Teorija tipova. Otkriće i izolacija ogromnog broja složenih spojeva koji sadrže ugljik postavili su pitanje sastava njihovih molekula i doveli do potrebe za revizijom postojećeg sustava klasifikacije. Do 1840-ih kemijski su znanstvenici shvatili da se Berzeliusove dualističke ideje mogu primijeniti samo na anorganske soli. Godine 1853. pokušalo se klasificirati sve organske spojeve prema vrsti. Generaliziranu "teoriju tipa" predložio je francuski kemičar Charles Frederic Gerard, koji je vjerovao da kombinacija različitih skupina atoma nije određena električnim nabojem tih skupina, već njihovim specifičnim kemijskim svojstvima.

Strukturna kemija. Godine 1857. Kekule je, na temelju teorije valencije (valencija se shvaćala kao broj atoma vodika koji se spajaju s jednim atomom danog elementa), predložio da je ugljik četverovalentan i stoga se može kombinirati s četiri druga atoma, tvoreći 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 kemičar Jacob van't Hoff a francuski kemičar Joseph Achille Le Bel (1847–1930) proširio je tu ideju na raspored atoma u prostoru. Vjerovali su da molekule nisu ravne, već trodimenzionalne strukture. Ovaj koncept omogućio je objašnjenje mnogih dobro poznatih pojava, na primjer, prostorne izomerije, postojanja molekula istog sastava, ali s različitim svojstvima. Podaci se u to jako dobro uklapaju Louis Pasteur o izomerima vinske kiseline.

Periodni sustav elemenata imao je veliki utjecaj na kasniji razvoj kemije.

Ne samo da je to bila prva prirodna klasifikacija kemijskih elemenata, pokazujući da oni tvore skladan sustav i da su međusobno blisko povezani, nego je također postala moćno oruđe za daljnja istraživanja.

U vrijeme kada je Mendeljejev sastavljao svoju tablicu na temelju periodičnog zakona koji je otkrio, mnogi elementi još su bili nepoznati. Stoga je element četvrte periode skandij bio nepoznat. Titan je po atomskoj masi došao nakon kalcija, ali se titan ne bi mogao smjestiti odmah iza kalcija, jer bi spadao u treću skupinu, dok titan tvori viši oksid, a prema ostalim svojstvima treba ga svrstati u četvrtu skupinu. . Dakle, Mendeljejev je preskočio jednu ćeliju, odnosno ostavio slobodan prostor između kalcija i titana. Na istoj su osnovi u četvrtoj periodi ostavljene dvije slobodne ćelije između cinka i arsena, koje sada zauzimaju elementi galij i germanij. U ostalim redovima još ima slobodnih mjesta. Mendeljejev ne samo da je bio uvjeren da moraju postojati još nepoznati elementi koji bi ispunili te prostore, već je i unaprijed predvidio svojstva takvih elemenata na temelju njihovog položaja među ostalim elementima periodnog sustava. Jednom od njih dao je ime ekabor, koji je u budućnosti trebao zauzeti mjesto između kalcija i titana (jer je svojim svojstvima trebao nalikovati boru); druga dva, za koja je u tablici ostalo mjesta između cinka i arsena, nazvana su eka-aluminij i eka-silicij.

Tijekom sljedećih 15 godina, Mendeljejevljeva predviđanja su briljantno potvrđena: otkrivena su sva tri očekivana elementa. Najprije je francuski kemičar Lecoq de Boisbaudran otkrio galij koji ima sva svojstva eka-aluminija; potom je u Švedskoj L. F. Nilsson otkrio skandij koji je imao svojstva ekaborona, da bi konačno nekoliko godina kasnije u Njemačkoj K. A. Winkler otkrio element koji je nazvao germanij, a za koji se pokazalo da je identičan ekasiliciju.

Da bismo procijenili nevjerojatnu točnost Mendelejevljevog predviđanja, usporedimo svojstva eca-silicija koja je on predvidio 1871. sa svojstvima germanija otkrivenog 1886.:

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

Periodni sustav također je bio od velike važnosti za utvrđivanje valencije i atomske mase nekih elemenata. Tako se element berilij dugo smatrao analogom aluminija, a njegovom oksidu je dodijeljena formula. Na temelju postotnog sastava i očekivane formule berilijevog oksida, smatra se da je njegova atomska masa 13,5. Periodni sustav je pokazao, da berilij ima samo jedno mjesto u tablici, naime iznad magnezija, pa njegov oksid mora imati formulu, koja daje atomsku masu berilija jednaku deset. Taj je zaključak ubrzo potvrđen određivanjem atomske mase berilija iz gustoće pare njegova klorida.

Točno<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 danas, periodični zakon ostaje nit vodilja i vodeći princip kemije. Upravo su na njegovoj osnovi posljednjih desetljeća umjetno stvoreni transuranijevi elementi smješteni u periodnom sustavu nakon urana. Jedan od njih - element broj 101, prvi put dobiven 1955. godine - nazvan je mendelevij u čast velikog ruskog znanstvenika.

Otkriće periodičnog zakona i stvaranje sustava kemijskih elemenata bilo je od velike važnosti ne samo za kemiju, već i za filozofiju, za naše cjelokupno poimanje svijeta. Mendeljejev je pokazao da kemijski elementi tvore skladan sustav koji se temelji na temeljnom zakonu prirode. To je izraz stava materijalističke dijalektike o međusobnoj povezanosti i međuovisnosti prirodnih pojava. Otkrivajući odnos između svojstava kemijskih elemenata i mase njihovih atoma, periodični zakon bio je sjajna potvrda jednog od univerzalnih zakona razvoja prirode - zakona prijelaza količine u kvalitetu.

Kasniji razvoj znanosti omogućio je, na temelju periodičkog zakona, razumijevanje strukture materije mnogo dublje nego što je to bilo moguće za vrijeme Mendeljejeva života.

Teorija strukture atoma razvijena u 20. stoljeću, pak, dala je novo, dublje osvjetljenje periodnom zakonu i periodnom sustavu elemenata. Proročanske riječi Mendeljejeva bile su sjajno potvrđene: "Periodičnom zakonu ne prijeti uništenje, već su obećani samo nadgradnja i razvoj."