Laporan: Tabel periodik dan signifikansinya dalam perkembangan kimia oleh D. Mendeleev

Tabel periodik unsur mempunyai pengaruh yang besar terhadap perkembangan ilmu kimia selanjutnya.

Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834-1907)

Ini bukan hanya klasifikasi alami pertama dari unsur-unsur kimia yang menunjukkan bahwa mereka membentuk sistem yang harmonis dan berhubungan erat satu sama lain, tetapi juga menjadi alat yang ampuh untuk penelitian lebih lanjut.

Pada saat Mendeleev menyusun tabelnya berdasarkan hukum periodik yang ditemukannya, banyak unsur yang masih belum diketahui. Dengan demikian, unsur skandium periode keempat belum diketahui. Dalam hal massa atom, titanium berada setelah kalsium, tetapi titanium tidak dapat ditempatkan segera setelah kalsium, karena ia akan termasuk dalam kelompok ketiga, sedangkan titanium membentuk oksida yang lebih tinggi, dan menurut sifat lain ia harus diklasifikasikan dalam kelompok keempat. . Oleh karena itu, Mendeleev melewatkan satu sel, yaitu meninggalkan ruang kosong antara kalsium dan titanium. Dengan dasar yang sama, pada periode keempat, tersisa dua sel bebas antara seng dan arsenik, yang kini ditempati oleh unsur galium dan germanium. Masih ada kursi kosong di baris lainnya. Mendeleev tidak hanya yakin bahwa pasti ada unsur-unsur yang belum diketahui yang akan mengisi ruang-ruang ini, namun ia juga meramalkan sifat-sifat unsur tersebut terlebih dahulu berdasarkan posisinya di antara unsur-unsur lain dalam tabel periodik. Dia memberi nama ekabor pada salah satunya, yang di masa depan akan menempati posisi antara kalsium dan titanium (karena sifat-sifatnya dianggap menyerupai boron); dua lainnya, yang masih ada ruang tersisa di tabel antara seng dan arsenik, diberi nama eka-aluminium dan eca-silikon.

Selama 15 tahun berikutnya, prediksi Mendeleev terkonfirmasi dengan cemerlang: ketiga elemen yang diharapkan ditemukan. Pertama, ahli kimia Perancis Lecoq de Boisbaudran menemukan galium, yang memiliki semua sifat eka-aluminium; kemudian di Swedia, L. F. Nilsson menemukan skandium yang memiliki sifat ekaboron, dan terakhir beberapa tahun kemudian di Jerman, K. A. Winkler menemukan unsur yang disebutnya germanium, yang ternyata identik dengan ekasilicon.

Untuk menilai keakuratan luar biasa dari pandangan Mendeleev ke depan, mari kita bandingkan sifat-sifat eca-silikon yang diprediksikannya pada tahun 1871 dengan sifat-sifat germanium yang ditemukan pada tahun 1886:

Penemuan galium, skandium, dan germanium merupakan kemenangan terbesar hukum periodik.

Sistem periodik juga sangat penting dalam menentukan valensi dan massa atom beberapa unsur. Dengan demikian, unsur berilium telah lama dianggap sebagai analog aluminium dan oksidanya diberi rumus. Berdasarkan persentase komposisi dan formula berilium oksida yang diharapkan, massa atomnya dianggap 13,5. Tabel periodik menunjukkan bahwa berilium hanya memiliki satu tempat dalam tabel, yaitu di atas magnesium, sehingga oksidanya harus mempunyai rumus , sehingga massa atom berilium sama dengan sepuluh. Kesimpulan ini segera dikonfirmasi dengan penentuan massa atom berilium dari kepadatan uap kloridanya.

Tepatnya Dan pada saat ini, hukum periodik tetap menjadi benang penuntun dan prinsip penuntun ilmu kimia. Atas dasar itulah unsur-unsur transuranium yang terletak di tabel periodik setelah uranium diciptakan secara artifisial dalam beberapa dekade terakhir. Salah satunya - unsur No. 101, pertama kali diperoleh pada tahun 1955 - diberi nama mendelevium untuk menghormati ilmuwan besar Rusia.

Penemuan hukum periodik dan penciptaan sistem unsur kimia sangat penting tidak hanya bagi ilmu kimia, tetapi juga bagi filsafat, bagi seluruh pemahaman kita tentang dunia. Mendeleev menunjukkan bahwa unsur-unsur kimia membentuk suatu sistem yang harmonis, yang didasarkan pada hukum dasar alam. Hal ini merupakan ekspresi posisi dialektika materialis tentang interkoneksi dan saling ketergantungan fenomena alam. Mengungkap hubungan antara sifat-sifat unsur kimia dan massa atomnya, hukum periodik merupakan konfirmasi cemerlang dari salah satu hukum universal perkembangan alam - hukum transisi kuantitas menjadi kualitas.

Perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya memungkinkan, berdasarkan hukum periodik, untuk memahami struktur materi jauh lebih dalam daripada yang mungkin dilakukan selama masa hidup Mendeleev.

Teori struktur atom yang dikembangkan pada abad ke-20, pada gilirannya, memberikan pencerahan baru yang lebih mendalam pada hukum periodik dan sistem periodik unsur. Kata-kata kenabian Mendeleev ditegaskan dengan cemerlang: “Hukum periodik tidak terancam kehancuran, tetapi hanya suprastruktur dan pembangunan yang dijanjikan.”

Tabel periodik unsur mempunyai pengaruh yang besar terhadap perkembangan ilmu kimia selanjutnya. Ini tidak hanya merupakan klasifikasi alami pertama dari unsur-unsur kimia, yang menunjukkan bahwa mereka membentuk sistem yang harmonis dan berhubungan erat satu sama lain, tetapi juga merupakan alat yang ampuh untuk penelitian lebih lanjut.
Pada saat Mendeleev menyusun tabelnya berdasarkan hukum periodik yang ditemukannya, banyak unsur yang masih belum diketahui. Dengan demikian, unsur skandium periode 4 tidak diketahui. Dalam hal massa atom, Ti berada setelah Ca, namun Ti tidak dapat ditempatkan tepat setelah Ca, karena itu akan masuk ke dalam kelompok 3, tetapi karena sifat Ti maka harus diklasifikasikan ke dalam kelompok 4. Oleh karena itu, Mendeleev melewatkan satu sel. Dengan dasar yang sama, pada periode 4, tersisa dua sel bebas antara Zn dan As. Masih ada kursi kosong di baris lainnya. Mendeleev tidak hanya yakin bahwa pasti masih ada unsur-unsur yang belum diketahui yang akan mengisi tempat-tempat tersebut, tetapi sifat-sifat unsur tersebut juga diprediksi terlebih dahulu, berdasarkan posisinya di antara unsur-unsur lain dalam tabel periodik. Unsur-unsur ini juga diberi nama ekaboron (karena sifat-sifatnya dianggap menyerupai boron), ekaaluminium, ecasilicium...

Selama 15 tahun berikutnya, prediksi Mendeleev terbukti dengan cemerlang; ketiga item yang diharapkan terbuka. Pertama, ahli kimia Perancis Lecoq de Boisbaudran menemukan galium, yang memiliki semua sifat eka-aluminium. Setelah ini, di Swedia L.F. Nilson menemukan skandium, dan akhirnya, beberapa tahun kemudian di Jerman, K.A. Winkler menemukan unsur yang disebutnya germanium, yang ternyata identik dengan eaxiliation...
Penemuan Ga, Sc, Ge merupakan kemenangan terbesar hukum periodik. Sistem periodik juga sangat penting dalam menentukan valensi dan massa atom beberapa unsur. Demikian pula, tabel periodik memberikan dorongan pada koreksi massa atom beberapa unsur. Misalnya, Cs sebelumnya diberi massa atom 123,4. Mendeleev, menyusun unsur-unsur dalam sebuah tabel, menemukan bahwa, berdasarkan sifat-sifatnya, Cs seharusnya berada dalam subkelompok utama dari golongan pertama di bawah Rb dan oleh karena itu akan memiliki massa atom sekitar 130. Definisi modern menunjukkan bahwa massa atom Cs adalah 132.9054..
Dan saat ini, hukum periodik tetap menjadi bintang penuntun ilmu kimia. Atas dasar itulah unsur transuranium dibuat secara artifisial. Salah satunya, unsur No. 101, pertama kali diperoleh pada tahun 1955, diberi nama mendelevium untuk menghormati ilmuwan besar Rusia.
Perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya memungkinkan, berdasarkan hukum periodik, untuk memahami struktur materi lebih dalam, daripada hal ini mungkin terjadi pada masa hidup Mendeleev.
Kata-kata kenabian Mendeleev ditegaskan dengan cemerlang: “Hukum periodik tidak terancam kehancuran, tetapi hanya suprastruktur dan pembangunan yang dijanjikan.”

D.I.Mendeleev menulis: “Sebelum hukum periodik, unsur-unsur hanya mewakili fenomena alam yang acak dan terpisah-pisah; tidak ada alasan untuk mengharapkan adanya penemuan baru, dan temuan yang ditemukan kembali merupakan hal baru yang benar-benar tidak terduga. Pola periodik adalah yang pertama memungkinkan untuk melihat unsur-unsur yang belum ditemukan pada jarak yang belum dapat dicapai oleh penglihatan tanpa bantuan pola ini.”

Dengan ditemukannya Hukum Periodik, kimia tidak lagi menjadi ilmu deskriptif - kimia menerima alat untuk melihat ke depan secara ilmiah. Hukum ini dan tampilan grafisnya - tabel Tabel Periodik Unsur Kimia oleh DI Mendeleev - memenuhi ketiga fungsi terpenting pengetahuan teoretis: generalisasi, penjelasan, dan prediktif. Berdasarkan hal tersebut, para ilmuwan:

mensistematisasikan dan merangkum semua informasi tentang unsur kimia dan zat pembentuknya;
memberikan pembenaran atas berbagai jenis ketergantungan periodik unsur-unsur kimia yang ada di dunia, menjelaskannya berdasarkan struktur atom-atom unsur;
meramalkan, mendeskripsikan sifat-sifat unsur kimia yang belum ditemukan dan zat-zat yang membentuknya, serta menunjukkan cara penemuannya.

D. I. Mendeleev sendiri harus mensistematisasikan dan menggeneralisasi informasi tentang unsur-unsur kimia ketika ia menemukan Hukum Periodik, membuat dan menyempurnakan tabelnya. Selain itu, kesalahan nilai massa atom dan keberadaan unsur yang belum ditemukan menimbulkan kesulitan tambahan. Namun ilmuwan besar itu sangat yakin akan kebenaran hukum alam yang ditemukannya. Berdasarkan kesamaan sifat dan keyakinan pada penentuan yang benar tempat unsur-unsur dalam tabel Sistem Periodik, ia secara signifikan mengubah massa atom dan valensi dalam senyawa dengan oksigen dari sepuluh unsur yang diterima pada waktu itu dan “mengoreksi” mereka untuk sepuluh lainnya. Dia menempatkan delapan elemen dalam tabel, bertentangan dengan gagasan yang diterima secara umum pada saat itu tentang kesamaannya dengan elemen lain. Misalnya, ia mengecualikan talium dari keluarga logam alkali alami dan menempatkannya dalam kelompok III menurut valensi tertinggi yang ditunjukkannya; ia memindahkan berilium dengan massa atom relatif yang salah ditentukan (13) dan valensi III dari golongan III ke II, mengubah nilai massa atom relatifnya menjadi 9 dan valensi tertinggi menjadi II.

Sebagian besar ilmuwan menganggap amandemen D.I.Mendeleev sebagai kesembronoan ilmiah dan kelancangan yang tidak berdasar. Hukum periodik dan tabel unsur kimia dianggap sebagai hipotesis, yaitu asumsi yang perlu dibuktikan. Ilmuwan memahami hal ini dan justru untuk memeriksa kebenaran hukum dan sistem unsur yang ditemukannya, ia menjelaskan secara rinci sifat-sifat unsur yang belum ditemukan dan bahkan metode penemuannya, berdasarkan tempat yang dimaksudkan dalam sistem. . Dengan menggunakan tabel versi pertama, ia membuat empat prediksi tentang keberadaan unsur-unsur yang tidak diketahui (gallium, germanium, hafnium, skandium), dan menurut versi kedua yang diperbaiki, ia membuat tujuh prediksi lagi (teknesium, renium, astatin, fransium, radium, aktinium, protaktinium).

Selama periode 1869 hingga 1886, tiga unsur prediksi ditemukan: galium (P. E. Lecoq de Boisbaudran, Prancis, 1875), skandium (L. F. Nilsson, Swedia, 1879) dan germanium (C. Winkler, Jerman, 1886). Penemuan unsur pertama, yang menegaskan kebenaran prediksi ilmuwan besar Rusia, hanya menimbulkan minat dan kejutan di antara rekan-rekannya. Penemuan germanium merupakan kemenangan sejati Hukum Periodik. K. Winkler menulis dalam artikel “Pesan tentang Jerman”: “Tidak ada keraguan lagi bahwa unsur baru ini tidak lain adalah eca-silikon yang diprediksi oleh Mendeleev lima belas tahun sebelumnya. Bukti yang lebih meyakinkan tentang keabsahan doktrin periodisitas unsur hampir tidak dapat diberikan selain perwujudan eca-silicon hipotetis yang sampai sekarang, dan ini benar-benar mewakili sesuatu yang lebih dari sekadar konfirmasi sederhana atas teori yang dikemukakan dengan berani - itu berarti perluasan luar biasa dari bidang penglihatan kimia, sebuah langkah besar dalam bidang kognisi."

Berdasarkan hukum dan tabel D.I.Mendeleev, gas mulia diprediksi dan ditemukan. Dan sekarang hukum ini berfungsi sebagai bintang penuntun bagi penemuan atau penciptaan unsur kimia baru secara artifisial. Misalnya, seseorang dapat berargumen bahwa unsur #114 mirip dengan timbal (ekaslead) dan #118 adalah gas mulia (ekaradone).

Penemuan Hukum Periodik dan pembuatan tabel Tabel Periodik unsur kimia oleh D. I. Mendeleev merangsang pencarian alasan keterhubungan unsur, berkontribusi pada identifikasi struktur kompleks atom dan perkembangannya. doktrin struktur atom. Ajaran ini pada gilirannya memungkinkan untuk mengungkap makna fisika Hukum Periodik dan menjelaskan susunan unsur-unsur dalam Tabel Periodik. Hal ini mengarah pada penemuan energi atom dan penggunaannya untuk kebutuhan manusia.

Pertanyaan dan tugas untuk § 5

Analisis sebaran unsur makro biogenik menurut periode dan golongan Tabel Periodik D. I. Mendeleev. Ingatlah bahwa ini termasuk C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
Mengapa unsur-unsur subkelompok utama periode ke-2 dan ke-3 disebut analog kimia? Bagaimana analogi ini terwujud?
Mengapa hidrogen, tidak seperti unsur lainnya, ditulis dua kali dalam Tabel Periodik DI Mendeleev? Buktikan validitas posisi ganda hidrogen dalam Tabel Periodik dengan membandingkan struktur dan sifat atom, zat sederhana, dan senyawanya dengan bentuk keberadaan unsur lain yang sesuai - logam alkali dan halogen.
Mengapa sifat lantanum dan lantanida, aktinium dan aktinida sangat mirip?
Bentuk senyawa apa yang sama untuk unsur-unsur subkelompok utama dan sekunder?
Mengapa rumus umum senyawa hidrogen yang mudah menguap dalam Tabel Periodik ditulis hanya di bawah unsur-unsur subkelompok utama, dan rumus oksida yang lebih tinggi - di bawah unsur-unsur kedua subkelompok (di tengah)?
Apa rumus umum hidroksida yang lebih tinggi yang termasuk dalam unsur golongan VII? Apa karakternya?

Pada tahun 1869, D.I.Mendeleev, berdasarkan analisis sifat-sifat zat dan senyawa sederhana, merumuskan Hukum Periodik: “Sifat-sifat benda sederhana dan senyawa unsur secara periodik bergantung pada besarnya massa atom unsur.” Berdasarkan hukum periodik, disusunlah sistem periodik unsur. Di dalamnya, elemen-elemen dengan sifat serupa digabungkan menjadi kolom grup vertikal. Dalam beberapa kasus, ketika menempatkan unsur-unsur dalam Tabel Periodik, urutan kenaikan massa atom perlu diganggu untuk menjaga periodisitas pengulangan sifat-sifatnya. Misalnya, perlu untuk “menukar” telurium dan yodium, serta argon dan kalium. Pasalnya, Mendeleev mengajukan hukum periodik pada saat belum diketahui apa pun tentang struktur atom.Setelah model atom planet diusulkan pada abad ke-20, hukum periodik dirumuskan sebagai berikut:

“Sifat-sifat unsur dan senyawa kimia secara periodik bergantung pada muatan inti atom.”

Muatan inti sama dengan jumlah unsur dalam tabel periodik dan jumlah elektron pada kulit elektron atom. Rumusan ini menjelaskan “pelanggaran” terhadap Undang-Undang Periodik. Dalam Tabel Periodik, nomor periode sama dengan jumlah tingkat elektronik dalam atom, nomor golongan unsur-unsur subkelompok utama sama dengan jumlah elektron pada tingkat terluar.

Signifikansi ilmiah dari hukum periodik. Hukum periodik memungkinkan untuk mensistematisasikan sifat-sifat unsur kimia dan senyawanya. Saat menyusun tabel periodik, Mendeleev meramalkan keberadaan banyak unsur yang belum ditemukan, menyisakan sel-sel kosong bagi unsur-unsur tersebut, dan meramalkan banyak sifat unsur-unsur yang belum ditemukan, sehingga memudahkan penemuannya. Yang pertama terjadi empat tahun kemudian.

Namun kelebihan Mendeleev tidak hanya terletak pada penemuan hal-hal baru.

Mendeleev menemukan hukum alam yang baru. Alih-alih zat-zat yang berbeda dan tidak terhubung, sains menghadapi sistem tunggal yang harmonis yang menyatukan semua elemen Alam Semesta menjadi satu kesatuan; atom mulai dianggap sebagai:

1. terhubung secara organik satu sama lain melalui pola yang sama,

2. mendeteksi transisi perubahan kuantitatif berat atom menjadi perubahan kualitatif kimianya. individualitas,

3. menunjukkan bahwa kebalikannya adalah logam. dan non-logam. Sifat-sifat atom tidak bersifat mutlak seperti yang diperkirakan sebelumnya, melainkan hanya bersifat relatif.

24. Munculnya teori struktural dalam proses perkembangan kimia organik. Ilmu atom-molekul sebagai landasan teori teori struktural.

Kimia organik. Sepanjang abad ke-18. Dalam pertanyaan tentang hubungan kimiawi organisme dan zat, para ilmuwan dipandu oleh doktrin vitalisme - sebuah doktrin yang menganggap kehidupan sebagai fenomena khusus, tidak tunduk pada hukum alam semesta, tetapi pada pengaruh kekuatan vital khusus. Pandangan ini diwarisi oleh banyak ilmuwan abad ke-19, meskipun landasannya terguncang sejak tahun 1777, ketika Lavoisier menyatakan bahwa respirasi adalah proses yang mirip dengan pembakaran.

Pada tahun 1828, ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler (1800–1882), dengan memanaskan amonium sianat (senyawa ini tanpa syarat diklasifikasikan sebagai zat anorganik), memperoleh urea, produk limbah manusia dan hewan. Pada tahun 1845, Adolf Kolbe, murid Wöhler, mensintesis asam asetat dari unsur awal karbon, hidrogen, dan oksigen. Pada tahun 1850-an, ahli kimia Perancis Pierre Berthelot memulai penelitian sistematis pada sintesis senyawa organik dan memperoleh metil dan etil alkohol, metana, benzena, dan asetilena. Sebuah studi sistematis terhadap senyawa organik alami menunjukkan bahwa semuanya mengandung satu atau lebih atom karbon dan banyak yang mengandung atom hidrogen. Ketik teori. Penemuan dan isolasi sejumlah besar senyawa kompleks yang mengandung karbon menimbulkan pertanyaan tentang komposisi molekulnya dan menyebabkan perlunya merevisi sistem klasifikasi yang ada. Pada tahun 1840-an, para ilmuwan kimia menyadari bahwa gagasan dualistik Berzelius hanya berlaku untuk garam anorganik. Pada tahun 1853, upaya dilakukan untuk mengklasifikasikan semua senyawa organik berdasarkan jenisnya. Sebuah "teori tipe" yang digeneralisasi diajukan oleh seorang ahli kimia Perancis Charles Frederic Gerard, yang percaya bahwa kombinasi kelompok atom yang berbeda tidak ditentukan oleh muatan listrik kelompok tersebut, tetapi oleh sifat kimia spesifiknya.

Kimia struktural. Pada tahun 1857, Kekule, berdasarkan teori valensi (valensi dipahami sebagai jumlah atom hidrogen yang bergabung dengan satu atom suatu unsur), menyatakan bahwa karbon bersifat tetravalen dan oleh karena itu dapat bergabung dengan empat atom lainnya, membentuk rantai panjang - lurus atau bercabang. Oleh karena itu, molekul organik mulai digambarkan bukan dalam bentuk kombinasi radikal, tetapi dalam bentuk rumus struktur - atom dan ikatan di antara mereka.

Pada tahun 1874, seorang ahli kimia Denmark Jacob van't Hoff dan ahli kimia Perancis Joseph Achille Le Bel (1847–1930) memperluas gagasan ini pada susunan atom di ruang angkasa. Mereka percaya bahwa molekul bukanlah struktur datar, melainkan struktur tiga dimensi. Konsep ini memungkinkan untuk menjelaskan banyak fenomena yang diketahui, misalnya isomerisme spasial, keberadaan molekul dengan komposisi yang sama, tetapi dengan sifat yang berbeda. Datanya sangat cocok dengan itu Louis Pasteur tentang isomer asam tartarat.

Tabel periodik unsur mempunyai pengaruh yang besar terhadap perkembangan ilmu kimia selanjutnya.

Penemuan galium, skandium, dan germanium merupakan kemenangan terbesar hukum periodik.

Sistem periodik juga sangat penting dalam menentukan valensi dan massa atom beberapa unsur. Dengan demikian, unsur berilium telah lama dianggap sebagai analog aluminium dan oksidanya diberi rumus. Berdasarkan persentase komposisi dan formula berilium oksida yang diharapkan, massa atomnya dianggap 13,5. Tabel periodik menunjukkan bahwa berilium hanya memiliki satu tempat dalam tabel, yaitu di atas magnesium, sehingga oksidanya harus memiliki rumus yang menghasilkan massa atom berilium sama dengan sepuluh. Kesimpulan ini segera dikonfirmasi dengan penentuan massa atom berilium dari kepadatan uap kloridanya.

Tepat<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.

Dan saat ini, hukum periodik tetap menjadi benang penuntun dan prinsip penuntun ilmu kimia. Atas dasar itulah unsur-unsur transuranium yang terletak di tabel periodik setelah uranium diciptakan secara artifisial dalam beberapa dekade terakhir. Salah satunya - unsur No. 101, pertama kali diperoleh pada tahun 1955 - diberi nama mendelevium untuk menghormati ilmuwan besar Rusia.

Perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya memungkinkan, berdasarkan hukum periodik, untuk memahami struktur materi jauh lebih dalam daripada yang mungkin dilakukan selama masa hidup Mendeleev.