Raport: Tabelul periodic și semnificația sa în dezvoltarea chimiei de D. Mendeleev

Tabelul periodic al elementelor a avut o mare influență asupra dezvoltării ulterioare a chimiei.

Dmitri Ivanovici Mendeleev (1834-1907)

Nu numai că a fost prima clasificare naturală a elementelor chimice, arătând că acestea formează un sistem armonios și sunt în strânsă legătură între ele, dar a devenit și un instrument puternic pentru cercetări ulterioare.

Pe vremea când Mendeleev și-a întocmit tabelul pe baza legii periodice pe care a descoperit-o, multe elemente erau încă necunoscute. Astfel, elementul scandiu din perioada a patra a fost necunoscut. În ceea ce privește masa atomică, titanul a venit după calciu, dar titanul nu a putut fi plasat imediat după calciu, deoarece s-ar încadra în a treia grupă, în timp ce titanul formează un oxid mai mare și, în funcție de alte proprietăți, ar trebui să fie clasificat în a patra grupă. . Prin urmare, Mendeleev a sărit peste o celulă, adică a lăsat spațiu liber între calciu și titan. Pe aceeași bază, în a patra perioadă au rămas două celule libere între zinc și arsen, acum ocupate de elementele galiu și germaniu. Mai sunt locuri goale pe alte rânduri. Mendeleev nu numai că era convins că trebuie să existe elemente încă necunoscute care să umple aceste spații, dar a prezis și proprietățile acestor elemente în avans, pe baza poziției lor între alte elemente ale tabelului periodic. El i-a dat numele ekabor unuia dintre ei, care în viitor urma să ocupe un loc între calciu și titan (întrucât proprietățile sale trebuiau să semene cu borul); celelalte două, pentru care au rămas spații în tabel între zinc și arsen, au fost denumite eka-aluminiu și eca-siliciu.

În următorii 15 ani, predicțiile lui Mendeleev au fost confirmate cu brio: toate cele trei elemente așteptate au fost descoperite. Mai întâi, chimistul francez Lecoq de Boisbaudran a descoperit galiul, care are toate proprietățile eka-aluminiului; apoi, în Suedia, L. F. Nilsson a descoperit scandiul, care avea proprietățile ekaboronului, iar în cele din urmă, câțiva ani mai târziu, în Germania, K. A. Winkler a descoperit un element pe care l-a numit germaniu, care s-a dovedit a fi identic cu ekasiliconul.

Pentru a judeca uimitoarea acuratețe a previziunii lui Mendeleev, să comparăm proprietățile eca-siliciului prezise de el în 1871 cu proprietățile germaniului descoperite în 1886:

Descoperirea galiului, scandiului și germaniului a fost cel mai mare triumf al legii periodice.

Sistemul periodic a avut, de asemenea, o mare importanță în stabilirea valenței și a maselor atomice ale unor elemente. Astfel, elementul beriliu a fost mult timp considerat un analog al aluminiului și oxidului său i s-a atribuit formula. Pe baza compoziției procentuale și a formulei așteptate a oxidului de beriliu, masa sa atomică a fost considerată a fi 13,5. Tabelul periodic a arătat că în tabel există un singur loc pentru beriliu, și anume deasupra magneziului, deci oxidul său trebuie să aibă formula , care dă masa atomică a beriliului egală cu zece. Această concluzie a fost în curând confirmată de determinările masei atomice a beriliului din densitatea de vapori a clorurii sale.

Exact Și în prezent, legea periodică rămâne firul călăuzitor și principiul călăuzitor al chimiei. Pe baza sa, elementele transuraniu situate în tabelul periodic după uraniu au fost create artificial în ultimele decenii. Unul dintre ele - elementul nr. 101, obținut pentru prima dată în 1955 - a fost numit mendelevium în onoarea marelui om de știință rus.

Descoperirea legii periodice și crearea unui sistem de elemente chimice a avut o mare importanță nu numai pentru chimie, ci și pentru filozofie, pentru întreaga noastră înțelegere a lumii. Mendeleev a arătat că elementele chimice formează un sistem armonios, care se bazează pe o lege fundamentală a naturii. Aceasta este o expresie a poziției dialecticii materialiste cu privire la interconectarea și interdependența fenomenelor naturale. Dezvăluind relația dintre proprietățile elementelor chimice și masa atomilor lor, legea periodică a fost o confirmare strălucitoare a uneia dintre legile universale ale dezvoltării naturii - legea trecerii cantității în calitate.

Dezvoltarea ulterioară a științei a făcut posibilă, pe baza legii periodice, înțelegerea structurii materiei mult mai profund decât a fost posibil în timpul vieții lui Mendeleev.

Teoria structurii atomice dezvoltată în secolul al XX-lea, la rândul său, a dat legii periodice și sistemului periodic de elemente o iluminare nouă, mai profundă. Cuvintele profetice ale lui Mendeleev au fost confirmate cu brio: „Legea periodică nu este amenințată cu distrugerea, ci doar suprastructura și dezvoltarea sunt promise”.

Tabelul periodic al elementelor a avut o mare influență asupra dezvoltării ulterioare a chimiei. Nu numai că a fost prima clasificare naturală a elementelor chimice, arătând că acestea formează un sistem armonios și sunt în strânsă legătură între ele, dar a fost și un instrument puternic pentru cercetări ulterioare.
Pe vremea când Mendeleev și-a întocmit tabelul pe baza legii periodice pe care a descoperit-o, multe elemente erau încă necunoscute. Astfel, scandiul din perioada 4 a fost necunoscut. În ceea ce privește masa atomică, Ti a venit după Ca, dar Ti nu a putut fi plasat imediat după Ca, deoarece s-ar încadra în grupa 3, dar din cauza proprietăților Ti ar trebui să fie clasificată în grupa 4. Prin urmare, Mendeleev a ratat o celulă. Pe aceeași bază, în perioada 4, au rămas două celule libere între Zn și As. Mai sunt locuri goale pe alte rânduri. Mendeleev nu era doar convins că trebuie să existe încă elemente necunoscute care să umple aceste locuri, dar și să prezică în avans proprietățile unor astfel de elemente, pe baza poziției lor între alte elemente ale tabelului periodic. Aceste elemente au primit și numele de ekaboron (deoarece proprietățile sale trebuiau să semene cu borul), ekaaluminiu, ecasiliciu...

În următorii 15 ani, predicțiile lui Mendeleev au fost confirmate cu brio; toate cele trei elemente aşteptate erau deschise. Mai întâi, chimistul francez Lecoq de Boisbaudran a descoperit galiul, care are toate proprietățile eka-aluminiului. În continuare, în Suedia L.F. Nilson a descoperit scandiul și, în cele din urmă, câțiva ani mai târziu, în Germania, K.A. Winkler a descoperit un element pe care l-a numit germaniu, care s-a dovedit a fi identic cu eaxiliation...
Descoperirea lui Ga, Sc, Ge a fost cel mai mare triumf al legii periodice. Sistemul periodic a avut, de asemenea, o mare importanță în stabilirea valenței și a maselor atomice ale unor elemente. La fel, tabelul periodic a dat impuls corectării maselor atomice ale unor elemente. De exemplu, lui Cs i-a fost atribuită anterior o masă atomică de 123,4. Mendeleev, aranjand elementele într-un tabel, a constatat că, conform proprietăților sale, Cs ar trebui să fie în subgrupul principal al primului grup sub Rb și, prin urmare, va avea o masă atomică de aproximativ 130. Definițiile moderne arată că masa atomică a lui Cs este 132,9054..
Și în prezent, legea periodică rămâne steaua călăuzitoare a chimiei. Pe baza ei au fost create în mod artificial elementele transuraniu. Unul dintre ele, elementul nr. 101, obținut pentru prima dată în 1955, a fost numit mendelevium în onoarea marelui om de știință rus.
Dezvoltarea ulterioară a științei a făcut posibilă, pe baza legii periodice, înțelegerea mult mai profundă a structurii materiei, decât acest lucru a fost posibil în timpul vieții lui Mendeleev.
Cuvintele profetice ale lui Mendeleev au fost confirmate cu brio: „Legea periodică nu este amenințată cu distrugerea, ci doar suprastructura și dezvoltarea sunt promise”.

D.I. Mendeleev scria: „Înainte de legea periodică, elementele reprezentau doar fenomene aleatorii fragmentare ale naturii; nu exista niciun motiv să ne așteptăm la altele noi, iar cele găsite din nou erau o noutate complet neașteptată. Modelul periodic a fost primul care a făcut posibil să se vadă elemente încă nedescoperite la o distanță pe care viziunea fără ajutorul acestui tipar nu o atinsese încă.”

Odată cu descoperirea Legii periodice, chimia a încetat să mai fie o știință descriptivă - a primit un instrument de previziune științifică. Această lege și afișarea sa grafică - tabelul Tabelului periodic al elementelor chimice de D.I. Mendeleev - îndeplineau toate cele trei funcții cele mai importante ale cunoștințelor teoretice: generalizantă, explicativă și predictivă. Pe baza acestora, oamenii de știință:

a sistematizat și a rezumat toate informațiile despre elementele chimice și substanțele pe care le formează;
a dat o rațiune pentru diferitele tipuri de dependență periodică existente în lumea elementelor chimice, explicându-le pe baza structurii atomilor elementelor;
a prezis, a descris proprietățile elementelor chimice încă nedescoperite și a substanțelor formate de acestea și a indicat, de asemenea, modalitățile de descoperire a acestora.

D. I. Mendeleev însuși a trebuit să sistematizeze și să generalizeze informații despre elementele chimice când a descoperit Legea periodică, și-a construit și și-a îmbunătățit tabelul. Mai mult, erorile în valorile maselor atomice și prezența elementelor care nu fuseseră încă descoperite au creat dificultăți suplimentare. Dar marele om de știință era ferm convins de adevărul legii naturii pe care a descoperit-o. Pe baza asemănării proprietăților și crezând în determinarea corectă a locului elementelor în tabelul Sistemului periodic, el a schimbat semnificativ masele atomice și valența în compușii cu oxigen a zece elemente acceptate la acel moment și le-a „corectat” pentru altele zece. El a plasat opt elemente în tabel, contrar ideilor general acceptate la acea vreme despre asemănarea lor cu altele. De exemplu, a exclus taliul din familia naturală a metalelor alcaline și l-a plasat în grupa III în funcție de cea mai mare valență pe care o prezintă; el a transferat beriliul cu o masă atomică relativă incorect determinată (13) și valența III din grupul III la II, schimbând valoarea masei sale atomice relative la 9 și valența cea mai mare la II.

Majoritatea oamenilor de știință au perceput amendamentele lui D.I. Mendeleev drept frivolitate științifică și obrăznicie nefondată. Legea periodică și tabelul elementelor chimice au fost considerate ca o ipoteză, adică o presupunere care necesită verificare. Omul de știință a înțeles acest lucru și tocmai pentru a verifica corectitudinea legii și a sistemului de elemente pe care le-a descoperit, a descris în detaliu proprietățile elementelor care nu fuseseră încă descoperite și chiar metodele de descoperire a acestora, pe baza locului lor în sistem. . Folosind prima versiune a tabelului, a făcut patru predicții despre existența unor elemente necunoscute (galiu, germaniu, hafniu, scandiu), iar conform celei de-a doua versiuni îmbunătățite, a făcut încă șapte (tehnețiu, reniu, astatin, franciu, radiu, actiniu, protactiniu).

În perioada 1869-1886 au fost descoperite trei elemente prezise: galiu (P. E. Lecoq de Boisbaudran, Franța, 1875), scandiul (L. F. Nilsson, Suedia, 1879) și germaniul (C. Winkler, Germania, 1886). Descoperirea primului dintre aceste elemente, care a confirmat corectitudinea predicției marelui om de știință rus, a stârnit doar interes și surpriză în rândul colegilor săi. Descoperirea germaniului a fost un adevărat triumf al Legii Periodice. K. Winkler a scris în articolul „Mesaj despre Germania”: „Nu mai există nicio îndoială că noul element nu este altul decât eca-siliciu prezis de Mendeleev cu cincisprezece ani mai devreme. Pentru că o dovadă mai convingătoare a validității doctrinei periodicității elementelor cu greu poate fi dată decât întruchiparea până acum ipotetică eca-siliciu și reprezintă cu adevărat ceva mai mult decât o simplă confirmare a unei teorii îndrăznețe prezentate - înseamnă o extindere remarcabilă a câmpului vizual chimic, un pas puternic în domeniul cogniției.”

Pe baza legii și a tabelului lui D.I. Mendeleev, gazele nobile au fost prezise și descoperite. Și acum această lege servește ca o stea călăuzitoare pentru descoperirea sau crearea artificială de noi elemente chimice. De exemplu, s-ar putea argumenta că elementul #114 este similar cu plumbul (ekaslead) și #118 ar fi un gaz nobil (ekaradona).

Descoperirea Legii periodice și crearea tabelului Tabelului periodic al elementelor chimice de către D. I. Mendeleev a stimulat căutarea motivelor interconectarii elementelor, a contribuit la identificarea structurii complexe a atomului și la dezvoltarea doctrina structurii atomului. Această învățătură, la rândul său, a făcut posibilă dezvăluirea semnificației fizice a Legii periodice și explicarea aranjamentului elementelor în Tabelul periodic. A dus la descoperirea energiei atomice și la utilizarea acesteia pentru nevoile umane.

Întrebări și sarcini pentru § 5

Analizați distribuția macroelementelor biogene pe perioade și grupuri din Tabelul periodic al lui D. I. Mendeleev. Să ne amintim că acestea includ C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
De ce elementele principalelor subgrupe ale perioadei a 2-a și a 3-a sunt numite analogi chimici? Cum se manifestă această analogie?
De ce hidrogenul, spre deosebire de toate celelalte elemente, este scris de două ori în Tabelul periodic al lui D.I. Mendeleev? Demonstrați validitatea poziției duale a hidrogenului în Tabelul Periodic prin compararea structurii și proprietăților atomului său, substanței simple și compușilor acestuia cu formele corespunzătoare de existență a altor elemente - metale alcaline și halogeni.
De ce sunt atât de asemănătoare proprietățile lantanului și lantanidelor, actiniului și actinidelor?
Ce forme de compuși vor fi aceleași pentru elementele subgrupurilor principale și secundare?
De ce formulele generale ale compușilor hidrogen volatili din Tabelul periodic sunt scrise numai sub elementele subgrupurilor principale, iar formulele oxizilor superiori - sub elementele ambelor subgrupe (în mijloc)?
Care este formula generală a hidroxidului superior corespunzător elementelor din grupa VII? Care este caracterul lui?

În 1869, D.I. Mendeleev, pe baza unei analize a proprietăților substanțelor și compușilor simpli, a formulat Legea periodică: „Proprietățile corpurilor simple și ale compușilor elementelor depind periodic de mărimea maselor atomice ale elementelor.” Pe baza legii periodice a fost alcătuit sistemul periodic de elemente. În ea, elementele cu proprietăți similare au fost combinate în coloane de grup vertical. În unele cazuri, la plasarea elementelor în Tabelul Periodic, a fost necesar să se întrerupă succesiunea maselor atomice în creștere pentru a menține periodicitatea repetarii proprietăților. De exemplu, a fost necesar să „schimbăm” telurul și iodul, precum și argonul și potasiul. Motivul este că Mendeleev a propus legea periodică într-un moment în care nu se știa nimic despre structura atomului.După ce modelul planetar al atomului a fost propus în secolul al XX-lea, legea periodică este formulată după cum urmează:

„Proprietățile elementelor și compușilor chimici depind periodic de sarcinile nucleelor atomice.”

Sarcina nucleului este egală cu numărul elementului din tabelul periodic și cu numărul de electroni din învelișul de electroni a atomului. Această formulare explica „încălcările” Legii periodice. În tabelul periodic, numărul perioadei este egal cu numărul de niveluri electronice din atom, numărul grupului pentru elementele subgrupurilor principale este egal cu numărul de electroni din nivelul exterior.

Semnificația științifică a legii periodice. Legea periodică a făcut posibilă sistematizarea proprietăților elementelor chimice și compușilor acestora. La alcătuirea tabelului periodic, Mendeleev a prezis existența multor elemente nedescoperite, lăsându-le celule goale și a prezis multe proprietăți ale elementelor nedescoperite, ceea ce a facilitat descoperirea lor.Prima dintre acestea a urmat patru ani mai târziu.

Dar marele merit al lui Mendeleev nu constă numai în descoperirea de lucruri noi.

Mendeleev a descoperit o nouă lege a naturii. În loc de substanțe disparate, neconectate, știința sa confruntat cu un singur sistem armonios care a unit toate elementele Universului într-un singur întreg; atomii au început să fie considerați ca:

1. legate organic între ele printr-un model comun,

2. detectarea tranziției modificărilor cantitative ale greutății atomice în modificări calitative ale substanței lor chimice. individualități,

3. indicând că opusul este metalic. și nemetalice. Proprietățile atomilor nu sunt absolute, așa cum se credea anterior, ci sunt doar relative în natură.

24. Apariția teoriilor structurale în procesul de dezvoltare a chimiei organice. Știința atomo-moleculară ca bază teoretică pentru teoriile structurale.

Chimie organica. De-a lungul secolului al XVIII-lea. În problema relațiilor chimice dintre organismele și substanțele, oamenii de știință s-au ghidat după doctrina vitalismului - o doctrină care considera viața ca un fenomen special, supus nu legilor universului, ci influenței unor forțe vitale speciale. Acest punct de vedere a fost moștenit de mulți oameni de știință din secolul al XIX-lea, deși fundamentele sale au fost zdruncinate încă din 1777, când Lavoisier a sugerat că respirația este un proces asemănător arderii.

În 1828, chimistul german Friedrich Wöhler (1800–1882), prin încălzirea cianatului de amoniu (acest compus a fost clasificat necondiționat ca substanță anorganică), a obținut uree, un produs rezidual al oamenilor și animalelor. În 1845, Adolf Kolbe, un student al lui Wöhler, a sintetizat acidul acetic din elementele inițiale carbon, hidrogen și oxigen. În anii 1850, chimistul francez Pierre Berthelot a început să lucreze sistematic asupra sintezei compușilor organici și a obținut alcooli metilici și etilici, metan, benzen și acetilenă. Un studiu sistematic al compușilor organici naturali a arătat că toți conțin unul sau mai mulți atomi de carbon și mulți conțin atomi de hidrogen. Teoria tipurilor. Descoperirea și izolarea unui număr mare de compuși complecși care conțin carbon au ridicat problema compoziției moleculelor lor și au condus la necesitatea revizuirii sistemului de clasificare existent. În anii 1840, oamenii de știință în chimie și-au dat seama că ideile dualiste ale lui Berzelius se aplicau doar sărurilor anorganice. În 1853, s-a încercat clasificarea tuturor compușilor organici după tip. O „teorie a tipurilor” generalizată a fost propusă de un chimist francez Charles Frederic Gerard, care credea că combinarea diferitelor grupuri de atomi este determinată nu de sarcina electrică a acestor grupuri, ci de proprietățile lor chimice specifice.

Chimie structurală. În 1857, Kekule, bazat pe teoria valenței (valența a fost înțeleasă ca numărul de atomi de hidrogen care se combină cu un atom dintr-un element dat), a sugerat că carbonul este tetravalent și, prin urmare, se poate combina cu alți patru atomi, formând lanțuri lungi - drepte sau ramificate. Prin urmare, moleculele organice au început să fie descrise nu sub formă de combinații de radicali, ci sub formă de formule structurale - atomi și legături între ei.

În 1874, un chimist danez Jacob van't Hoff iar chimistul francez Joseph Achille Le Bel (1847–1930) a extins această idee la aranjarea atomilor în spațiu. Ei credeau că moleculele nu sunt plate, ci structuri tridimensionale. Acest concept a făcut posibilă explicarea multor fenomene binecunoscute, de exemplu, izomeria spațială, existența unor molecule de aceeași compoziție, dar cu proprietăți diferite. Datele se potrivesc foarte bine în ele Louis Pasteur despre izomerii acidului tartric.

Tabelul periodic al elementelor a avut o mare influență asupra dezvoltării ulterioare a chimiei.

Pentru a judeca uimitoarea acuratețe a previziunii lui Mendeleev, să comparăm proprietățile eca-siliciului prezise de el în 1871 cu proprietățile germaniului descoperite în 1886:

Descoperirea galiului, scandiului și germaniului a fost cel mai mare triumf al legii periodice.

Sistemul periodic a avut, de asemenea, o mare importanță în stabilirea valenței și a maselor atomice ale unor elemente. Astfel, elementul beriliu a fost mult timp considerat un analog al aluminiului și oxidului său i s-a atribuit formula. Pe baza compoziției procentuale și a formulei așteptate a oxidului de beriliu, masa sa atomică a fost considerată a fi 13,5. Tabelul periodic a arătat că în tabel există un singur loc pentru beriliu, și anume deasupra magneziului, deci oxidul său trebuie să aibă formula, care dă masa atomică a beriliului egală cu zece. Această concluzie a fost în curând confirmată de determinările masei atomice a beriliului din densitatea de vapori a clorurii sale.

Exact<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.

Și în prezent, legea periodică rămâne firul călăuzitor și principiul călăuzitor al chimiei. Pe baza sa, elementele transuraniu situate în tabelul periodic după uraniu au fost create artificial în ultimele decenii. Unul dintre ele - elementul nr. 101, obținut pentru prima dată în 1955 - a fost numit mendelevium în onoarea marelui om de știință rus.

Dezvoltarea ulterioară a științei a făcut posibilă, pe baza legii periodice, înțelegerea structurii materiei mult mai profund decât a fost posibil în timpul vieții lui Mendeleev.