Správa: Periodická tabuľka a jej význam vo vývoji chémie od D. Mendelejeva

Periodická tabuľka prvkov mala veľký vplyv na následný vývoj chémie.

Dmitrij Ivanovič Mendelejev (1834-1907)

Nielenže to bola prvá prirodzená klasifikácia chemických prvkov, ktorá ukázala, že tvoria harmonický systém a sú navzájom v úzkom spojení, ale stala sa aj silným nástrojom pre ďalší výskum.

V čase, keď Mendelejev zostavoval svoju tabuľku na základe periodického zákona, ktorý objavil, bolo ešte veľa prvkov neznámych. Skandium štvrtého obdobia teda nebolo známe. Pokiaľ ide o atómovú hmotnosť, titán prišiel po vápniku, ale titán nemohol byť zaradený hneď po vápniku, pretože by spadal do tretej skupiny, zatiaľ čo titán tvorí vyšší oxid a podľa iných vlastností by mal byť zaradený do štvrtej skupiny. . Preto Mendelejev preskočil jednu bunku, to znamená, že medzi vápnikom a titánom nechal voľný priestor. Na rovnakom základe v štvrtej perióde zostali dve voľné bunky medzi zinkom a arzénom, teraz obsadené prvkami gálium a germánium. V ďalších radoch sú ešte voľné miesta. Mendelejev bol nielen presvedčený, že musia existovať zatiaľ neznáme prvky, ktoré by tieto priestory vyplnili, ale vlastnosti takýchto prvkov vopred predpovedal aj na základe ich postavenia medzi ostatnými prvkami periodickej tabuľky. Jednému z nich dal názov ekabor, ktorý sa mal v budúcnosti usadiť medzi vápnikom a titánom (keďže svojimi vlastnosťami mal pripomínať bór); ďalšie dva, pre ktoré zostali v tabuľke medzery medzi zinkom a arzénom, boli pomenované eka-hliník a eca-kremík.

Počas nasledujúcich 15 rokov sa Mendelejevove predpovede brilantne potvrdili: boli objavené všetky tri očakávané prvky. Najprv francúzsky chemik Lecoq de Boisbaudran objavil gálium, ktoré má všetky vlastnosti eka-hliníka; potom vo Švédsku objavil L. F. Nilsson skandium, ktoré malo vlastnosti ekaboronu a napokon o niekoľko rokov neskôr v Nemecku objavil K. A. Winkler prvok, ktorý nazval germánium, ktorý sa ukázal byť identický s ekasilikónom.

Aby sme mohli posúdiť úžasnú presnosť Mendelejevovej predvídania, porovnajme vlastnosti eca-kremíka, ktoré predpovedal v roku 1871, s vlastnosťami germánia objaveného v roku 1886:

Objav gália, skandia a germánia bol najväčším triumfom periodického zákona.

Periodický systém mal veľký význam aj pri stanovovaní valencie a atómových hmotností niektorých prvkov. Prvok berýlium sa teda dlho považoval za analóg hliníka a jeho oxid bol priradený vzorec. Na základe percentuálneho zloženia a očakávaného vzorca oxidu berýlinatého sa jeho atómová hmotnosť považovala za 13,5. Periodická tabuľka ukázala, že pre berýlium je v tabuľke len jedno miesto, a to nad horčíkom, takže jeho oxid musí mať vzorec , ktorý udáva atómovú hmotnosť berýlia 10. Tento záver bol čoskoro potvrdený stanovením atómovej hmotnosti berýlia z hustoty pár jeho chloridu.

Presne tak A v súčasnosti zostáva periodický zákon hlavnou niťou a hlavným princípom chémie. Práve na jej základe boli v posledných desaťročiach umelo vytvorené transuránové prvky nachádzajúce sa v periodickej tabuľke po uráne. Jeden z nich – prvok č. 101, prvýkrát získaný v roku 1955 – dostal meno mendelevium na počesť veľkého ruského vedca.

Objav periodického zákona a vytvorenie sústavy chemických prvkov malo veľký význam nielen pre chémiu, ale aj pre filozofiu, pre celé naše chápanie sveta. Mendelejev ukázal, že chemické prvky tvoria harmonický systém, ktorý je založený na základnom zákone prírody. Ide o vyjadrenie postoja materialistickej dialektiky o prepojení a vzájomnej závislosti prírodných javov. Odhalením vzťahu medzi vlastnosťami chemických prvkov a hmotnosťou ich atómov bol periodický zákon brilantným potvrdením jedného z univerzálnych zákonov vývoja prírody - zákona prechodu kvantity na kvalitu.

Následný rozvoj vedy umožnil na základe periodického zákona porozumieť štruktúre hmoty oveľa hlbšie, ako to bolo možné za Mendelejevovho života.

Teória atómovej štruktúry vyvinutá v 20. storočí zase dala periodickému zákonu a periodickej sústave prvkov nové, hlbšie osvetlenie. Prorocké slová Mendelejeva sa brilantne potvrdili: „Periodickému zákonu nehrozí zničenie, ale sľubuje sa iba nadstavba a rozvoj.

Periodická tabuľka prvkov mala veľký vplyv na následný vývoj chémie. Nielenže to bola prvá prirodzená klasifikácia chemických prvkov, ktorá ukázala, že tvoria harmonický systém a sú navzájom v úzkom spojení, ale bola to aj silný nástroj pre ďalší výskum.
V čase, keď Mendelejev zostavoval svoju tabuľku na základe periodického zákona, ktorý objavil, bolo ešte veľa prvkov neznámych. Obdobie 4-prvkového skandia teda nebolo známe. Pokiaľ ide o atómovú hmotnosť, Ti nasledovalo po Ca, ale Ti nebolo možné umiestniť bezprostredne za Ca, pretože patril by do skupiny 3, ale vzhľadom na vlastnosti Ti by mal byť zaradený do skupiny 4. Mendelejev preto vynechal jednu celu. Na rovnakom základe v období 4 zostali medzi Zn a As dve voľné bunky. V ďalších radoch sú ešte voľné miesta. Mendelejev bol nielen presvedčený že musia existovať ešte neznáme prvky, ktoré by tieto miesta vyplnili, ale aj vopred predpovedané vlastnosti takýchto prvkov, na základe ich postavenia medzi ostatnými prvkami periodickej tabuľky. Tieto prvky dostali aj názvy ekaboron (keďže svojimi vlastnosťami mal pripomínať bór), ekaaluminium, ecasilicium...

Počas nasledujúcich 15 rokov sa Mendelejevove predpovede brilantne potvrdili; všetky tri očakávané prvky boli otvorené. Najprv francúzsky chemik Lecoq de Boisbaudran objavil gálium, ktoré má všetky vlastnosti eka-hliníka. Následne vo Švédsku L.F. Nilson objavil skandium a nakoniec, o niekoľko rokov neskôr v Nemecku, K.A. Winkler objavil prvok, ktorý nazval germánium, ktorý sa ukázal byť identický s eaxiliáciou...
Objav Ga, Sc, Ge bol najväčším triumfom periodického zákona. Periodický systém mal veľký význam aj pri stanovovaní valencie a atómových hmotností niektorých prvkov. Rovnako periodická tabuľka dala podnet na korekciu atómových hmotností niektorých prvkov. Napríklad Cs mala predtým priradenú atómovú hmotnosť 123,4. Mendelejev usporiadaním prvkov do tabuľky zistil, že podľa svojich vlastností by Cs malo byť v hlavnej podskupine prvej skupiny pod Rb, a preto bude mať atómovú hmotnosť približne 130. Moderné definície ukazujú, že atómová hmotnosť Cs je 132,9054..
A v súčasnosti zostáva periodický zákon hlavnou hviezdou chémie. Práve na jej základe boli umelo vytvorené transuránové prvky. Jeden z nich, prvok č. 101, prvýkrát získaný v roku 1955, bol pomenovaný mendelevium na počesť veľkého ruského vedca.
Následný rozvoj vedy umožnil na základe periodického zákona oveľa hlbšie pochopiť štruktúru hmoty, než to bolo možné počas Mendelejevovho života.
Prorocké slová Mendelejeva sa brilantne potvrdili: „Periodickému zákonu nehrozí zničenie, ale sľubuje sa iba nadstavba a rozvoj.

D.I. Mendelejev napísal: „Pred periodickým zákonom prvky predstavovali iba fragmentárne náhodné javy prírody; nebol dôvod očakávať nejaké nové a tie znovu nájdené boli úplnou neočakávanou novinkou. Periodický vzor bol prvý, ktorý umožnil vidieť ešte neobjavené prvky na vzdialenosť, ktorú vízia bez pomoci tohto vzoru ešte nedosiahla.“

S objavom Periodického zákona prestala byť chémia popisnou vedou – dostala nástroj vedeckej predvídavosti. Tento zákon a jeho grafické zobrazenie – tabuľka Periodickej tabuľky chemických prvkov od D.I.Mendelejeva – spĺňali všetky tri najdôležitejšie funkcie teoretických poznatkov: zovšeobecňujúcu, vysvetľujúcu a predikčnú. Na ich základe vedci:

systematizoval a zhrnul všetky informácie o chemických prvkoch a látkach, ktoré tvoria;
zdôvodnil rôzne typy periodických závislostí existujúcich vo svete chemických prvkov a vysvetlil ich na základe štruktúry atómov prvkov;
predpovedali, opísali vlastnosti doposiaľ neobjavených chemických prvkov a látok nimi tvorených a naznačili aj spôsoby ich objavovania.

Sám D. I. Mendelejev musel systematizovať a zovšeobecniť informácie o chemických prvkoch, keď objavil Periodický zákon, postavil a vylepšil svoju tabuľku. Okrem toho chyby v hodnotách atómových hmotností a prítomnosť prvkov, ktoré ešte neboli objavené, spôsobili ďalšie ťažkosti. Ale veľký vedec bol pevne presvedčený o pravdivosti zákona prírody, ktorý objavil. Na základe podobnosti vlastností a viery v správne určenie miesta prvkov v tabuľke periodickej sústavy výrazne zmenil atómové hmotnosti a mocenstvo v zlúčeninách s kyslíkom vtedy akceptovaných desiatich prvkov a „opravil“ ich o desať ďalších. Do tabuľky umiestnil osem prvkov, v rozpore s vtedajšími všeobecne uznávanými predstavami o ich podobnosti s inými. Napríklad vylúčil tálium z prirodzenej rodiny alkalických kovov a zaradil ho do skupiny III podľa najvyššej valencie, ktorú vykazuje; previedol berýlium s nesprávne určenou relatívnou atómovou hmotnosťou (13) a valenciou III zo skupiny III do II, pričom hodnotu jeho relatívnej atómovej hmotnosti zmenil na 9 a najvyššiu valenciu na II.

Väčšina vedcov vnímala pozmeňujúce a doplňujúce návrhy D.I. Mendelejeva ako vedeckú ľahkomyseľnosť a neopodstatnenú drzosť. Periodický zákon a tabuľka chemických prvkov sa považovali za hypotézu, teda za predpoklad, ktorý je potrebné overiť. Vedec to pochopil a práve na kontrolu správnosti zákona a sústavy prvkov, ktoré objavil, podrobne opísal vlastnosti prvkov, ktoré ešte neboli objavené, a dokonca aj spôsoby ich objavenia, na základe ich zamýšľaného miesta v systéme. . Pomocou prvej verzie tabuľky urobil štyri predpovede o existencii neznámych prvkov (gálium, germánium, hafnium, skandium) a podľa vylepšenej, druhej verzie, ďalších sedem (technécium, rénium, astatín, francium, rádium, aktínium, protaktínium).

V období rokov 1869 až 1886 boli objavené tri predpovedané prvky: gálium (P. E. Lecoq de Boisbaudran, Francúzsko, 1875), skandium (L. F. Nilsson, Švédsko, 1879) a germánium (C. Winkler, Nemecko, 1886). Objav prvého z týchto prvkov, ktorý potvrdil správnosť predpovede veľkého ruského vedca, vyvolal medzi jeho kolegami iba záujem a prekvapenie. Objav germánia bol skutočným triumfom periodického zákona. K. Winkler v článku „Posolstvo o Nemecku“ napísal: „Už niet pochýb o tom, že novým prvkom nie je nikto iný ako eca-kremík, ktorý pred pätnástimi rokmi predpovedal Mendelejev. Pre presvedčivejší dôkaz platnosti doktríny o periodicite prvkov možno sotva podať ako stelesnenie doteraz hypotetického eka-kremíka a skutočne predstavuje niečo viac ako len jednoduché potvrdenie odvážne presadzovanej teórie – to znamená vynikajúce rozšírenie chemického zorného poľa, mocný krok v oblasti poznania."

Na základe zákona a tabuľky D.I. Mendelejeva boli predpovedané a objavené vzácne plyny. A teraz tento zákon slúži ako vodiaca hviezda pri objavovaní alebo umelom vytváraní nových chemických prvkov. Napríklad by sa dalo tvrdiť, že prvok #114 je podobný olovu (ekaslead) a #118 by bol vzácny plyn (ekaradone).

Objav Periodického zákona a vytvorenie tabuľky Periodickej tabuľky chemických prvkov D. I. Mendelejevom podnietilo hľadanie príčin vzájomného prepojenia prvkov, prispelo k identifikácii zložitej štruktúry atómu a rozvoju tzv. doktrína štruktúry atómu. Toto učenie zase umožnilo odhaliť fyzikálny význam Periodického zákona a vysvetliť usporiadanie prvkov v Periodickej tabuľke. Viedlo to k objavu atómovej energie a jej využitia pre potreby človeka.

Otázky a úlohy k § 5

Analyzujte distribúciu biogénnych makroprvkov podľa období a skupín periodickej tabuľky D. I. Mendelejeva. Pripomeňme, že medzi ne patria C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
Prečo sa prvky hlavných podskupín 2. a 3. periódy nazývajú chemické analógy? Ako sa táto analógia prejavuje?
Prečo je vodík, na rozdiel od všetkých ostatných prvkov, zapísaný dvakrát v periodickej tabuľke D.I. Mendelejeva? Dokážte platnosť duálnej polohy vodíka v periodickej tabuľke porovnaním štruktúry a vlastností jeho atómu, jednoduchej látky a zlúčenín s príslušnými formami existencie iných prvkov – alkalických kovov a halogénov.
Prečo sú vlastnosti lantánu a lantanoidov, aktínia a aktinoidov také podobné?
Aké formy zlúčenín budú rovnaké pre prvky hlavnej a sekundárnej podskupiny?
Prečo sú všeobecné vzorce prchavých zlúčenín vodíka v periodickej tabuľke napísané iba pod prvkami hlavných podskupín a vzorce vyšších oxidov - pod prvkami oboch podskupín (v strede)?
Aký je všeobecný vzorec vyššieho hydroxidu zodpovedajúceho prvkom skupiny VII? Aký je jeho charakter?

V roku 1869 D.I. Mendeleev na základe analýzy vlastností jednoduchých látok a zlúčenín sformuloval periodický zákon: "Vlastnosti jednoduchých telies a zlúčenín prvkov sú periodicky závislé od veľkosti atómových hmotností prvkov." Na základe periodického zákona bola zostavená periodická sústava prvkov. V ňom boli prvky s podobnými vlastnosťami spojené do zvislých skupinových stĺpcov. V niektorých prípadoch pri umiestňovaní prvkov do periodickej tabuľky bolo potrebné narušiť postupnosť zväčšujúcich sa atómových hmotností, aby sa zachovala periodicita opakovania vlastností. Museli sme napríklad „vymeniť“ telúr a jód, ako aj argón a draslík. Dôvodom je, že Mendelejev navrhol periodický zákon v čase, keď nebolo nič známe o štruktúre atómu. Po navrhnutí planetárneho modelu atómu v 20. storočí je periodický zákon formulovaný takto:

"Vlastnosti chemických prvkov a zlúčenín sú periodicky závislé od nábojov atómových jadier."

Náboj jadra sa rovná počtu prvku v periodickej tabuľke a počtu elektrónov v elektrónovom obale atómu. Táto formulácia vysvetľovala „porušovanie“ periodického zákona. V periodickej tabuľke sa číslo periódy rovná počtu elektronických úrovní v atóme, číslo skupiny prvkov hlavných podskupín sa rovná počtu elektrónov vo vonkajšej úrovni.

Vedecký význam periodického zákona. Periodický zákon umožnil systematizovať vlastnosti chemických prvkov a ich zlúčenín. Mendelejev pri zostavovaní periodickej tabuľky predpovedal existenciu mnohých neobjavených prvkov, ponechávajúc pre ne prázdne bunky a predpovedal mnohé vlastnosti neobjavených prvkov, čo uľahčilo ich objav.Prvá z nich nasledovala o štyri roky neskôr.

Ale Mendelejevova veľká zásluha nespočíva len v objavovaní nových vecí.

Mendelejev objavil nový prírodný zákon. Namiesto nesúrodých, nesúvisiacich látok stála veda pred jediným harmonickým systémom, ktorý spájal všetky prvky vesmíru do jedného celku; atómy sa začali považovať za:

1. sú navzájom organicky spojené spoločným vzorom,

2. zisťovanie prechodu kvantitatívnych zmien atómovej hmotnosti na kvalitatívne zmeny ich chemickej. individuality,

3. čo naznačuje, že opak je kovový. a nekovové. vlastnosti atómov nie sú absolútne, ako sa predtým myslelo, ale len relatívnej povahy.

24. Vznik štruktúrnych teórií v procese rozvoja organickej chémie. Atómovo-molekulárna veda ako teoretický základ štruktúrnych teórií.

Organická chémia. Počas celého 18. storočia. V otázke chemických vzťahov organizmov a látok sa vedci riadili doktrínou vitalizmu - doktrínou, ktorá považovala život za zvláštny jav, nepodliehajúci zákonom vesmíru, ale vplyvu špeciálnych životných síl. Tento názor zdedili mnohí vedci z 19. storočia, hoci jeho základy sa otriasli už v roku 1777, keď Lavoisier naznačil, že dýchanie je proces podobný spaľovaniu.

V roku 1828 nemecký chemik Friedrich Wöhler (1800–1882) zahriatím kyanátu amónneho (táto zlúčenina bola bezpodmienečne klasifikovaná ako anorganická látka) získal močovinu, odpadový produkt ľudí a zvierat. V roku 1845 Adolf Kolbe, študent Wöhlera, syntetizoval kyselinu octovú z východiskových prvkov uhlíka, vodíka a kyslíka. V 50. rokoch 19. storočia francúzsky chemik Pierre Berthelot začal systematicky pracovať na syntéze organických zlúčenín a získal metyl a etylalkoholy, metán, benzén a acetylén. Systematické štúdium prírodných organických zlúčenín ukázalo, že všetky obsahujú jeden alebo viac atómov uhlíka a mnohé obsahujú atómy vodíka. Teória typov. Objav a izolácia obrovského množstva komplexných zlúčenín obsahujúcich uhlík vyvolali otázku zloženia ich molekúl a viedli k potrebe revízie existujúceho klasifikačného systému. V 40. rokoch 19. storočia si chemickí vedci uvedomili, že Berzeliusove dualistické myšlienky sa vzťahujú iba na anorganické soli. V roku 1853 sa uskutočnil pokus klasifikovať všetky organické zlúčeniny podľa typu. Zovšeobecnenú „teóriu typov“ navrhol francúzsky chemik Charles Frederic Gerard, ktorý veril, že kombinácia rôznych skupín atómov nie je určená elektrickým nábojom týchto skupín, ale ich špecifickými chemickými vlastnosťami.

Štrukturálna chémia. V roku 1857 Kekule na základe teórie valencie (valencia sa chápala ako počet atómov vodíka, ktoré sa spájajú s jedným atómom daného prvku) navrhol, že uhlík je štvormocný, a preto sa môže spájať so štyrmi ďalšími atómami a vytvárať dlhé reťazce - rovné alebo rozvetvené. Preto sa organické molekuly začali zobrazovať nie vo forme kombinácií radikálov, ale vo forme štruktúrnych vzorcov - atómov a väzieb medzi nimi.

V roku 1874 dánsky chemik Jacob van't Hoff a francúzsky chemik Joseph Achille Le Bel (1847–1930) rozšírili túto myšlienku na usporiadanie atómov v priestore. Verili, že molekuly nie sú ploché, ale trojrozmerné štruktúry. Tento koncept umožnil vysvetliť mnohé dobre známe javy, napríklad priestorovú izomériu, existenciu molekúl rovnakého zloženia, ale s rôznymi vlastnosťami. Dáta do nej veľmi dobre zapadajú Louis Pasteur o izoméroch kyseliny vínnej.

Periodická tabuľka prvkov mala veľký vplyv na následný vývoj chémie.

Aby sme mohli posúdiť úžasnú presnosť Mendelejevovej predvídania, porovnajme vlastnosti eca-kremíka, ktoré predpovedal v roku 1871, s vlastnosťami germánia objaveného v roku 1886:

Objav gália, skandia a germánia bol najväčším triumfom periodického zákona.

Periodický systém mal veľký význam aj pri stanovovaní valencie a atómových hmotností niektorých prvkov. Prvok berýlium sa teda dlho považoval za analóg hliníka a jeho oxid bol priradený vzorec. Na základe percentuálneho zloženia a očakávaného vzorca oxidu berýlinatého sa jeho atómová hmotnosť považovala za 13,5. Periodická tabuľka ukázala, že pre berýlium je v tabuľke len jedno miesto, a to nad horčíkom, takže jeho oxid musí mať vzorec, ktorý udáva atómovú hmotnosť berýlia 10. Tento záver bol čoskoro potvrdený stanovením atómovej hmotnosti berýlia z hustoty pár jeho chloridu.

presne tak<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.

A v súčasnosti periodický zákon zostáva hlavnou niťou a hlavným princípom chémie. Práve na jej základe boli v posledných desaťročiach umelo vytvorené transuránové prvky nachádzajúce sa v periodickej tabuľke po uráne. Jeden z nich – prvok č. 101, prvýkrát získaný v roku 1955 – dostal meno mendelevium na počesť veľkého ruského vedca.

Následný rozvoj vedy umožnil na základe periodického zákona porozumieť štruktúre hmoty oveľa hlbšie, ako to bolo možné za Mendelejevovho života.