Реферат: Д. И. Менделеев Становление понятий о химическом элементе. Д элементы реферат

Реферат: Реферат: Элементы d-блока периодической системы

1. Химические свойства и биологическая роль элементов d-блока

К d-блоку относятся 32 элемента периодической системы. Они расположены в побочных подгруппах периодической системы в 4-7 больших периодах между s- и p-элементами.

Характерной особенностью элементов d-блока является то, что в их атомах последними заполняются орбитали не внешнего слоя (как у s- и p-элементов), а предвнешнего [(n - 1)d] слоя. В связи с этим, у d-элементов валентными являются энергетически близкие девять орбиталей – одна ns-орбиталь, три nр-орбитали внешнего и пять (n - 1)d-орбиталей предвнешнего энергетического уровней:

Строение внешних электронных оболочек атомов d блока описывается формулой (n-1)dansb, где а=1~10, b=1~2.

2. Общая характеристика d-элементов

В периодах (слева направо) с увеличением заряда ядра радиус атома возрастает медленно, непропорционально числу электронов, заполняющих оболочку атома.

Причины – лантаноидное сжатие и проникновение ns электронов под d-электронный слой (в соответствии с принципом наименьшей энергии). Происходит экранирование заряда ядра внешними валентными электронами: у элементов 4-го периода внешние электроны проникают под экран электронов 3d-подуровня, а у элементов 6-го периода – под экран 4f и 5d электронов (двойное экранирование).

В периодах (слева направо) наблюдается уменьшение энергии ионизации, энергии сродства к электрону. Поскольку изменения энергии ионизации и энергии сродства к электрону незначительны, химические свойства элементов и их соединений изменяются мало.

В группах (сверху вниз) с увеличением заряда ядра атома возрастают энергия ионизации, относительная электроотрицательность элементов (ОЭО), нарастают неметаллические и кислотные свойства, уменьшаются металлические свойства элементов.

3. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства и закономерности их изменения

Элементы d-блока находящиеся в III, IV, V, VI, VII B группах имеют незавершенный d-электронный слой (предвнешний эн. уровень). Такие электронные оболочки неустойчивы. Этим объясняется переменная валентность и возможность проявлять различные степени окисления d-элементов. Степени окисления элементов d-блока в соединениях всегда только положительные.

Соединения с высшей степенью окисления проявляют кислотные и окислительные свойства (в растворах представлены кислородсодержащими анионами). Соединения с низшей степенью окисления – основные и восстановительные свойства (в растворах представлены катионами). Соединения с промежуточной степенью окисления – проявляют амфотерные свойства.

Например: CrO основной оксид, Cr2O3 – амфотерный оксид, CrO3 – кислотный оксид.

В периоде с возрастанием заряда ядра атома уменьшается устойчивость соединений с высшей степенью окисления, возрастают их окислительные свойства.

В группах увеличивается устойчивость соединений с высшей степенью окисления, уменьшаются окислительные и возрастают восстановительные свойства элементов.

4. Окислительно-восстановительные свойства d-элементов в организме человека

Вследствие разнообразия степеней окисления для химии 3d-элементов характерны окислительно-восстановительные реакции.

В свою очередь, способность 3d-элементов изменять степень окисления, выступая в роли окислителей или восстановителей, лежит в основе большого количества биологически важных реакций.

В ходе эволюции природа отбирала элементы в такой степени окисления, чтобы они не были ни сильными окислителями, ни сильными восстановителями.

Нахождение в организме человека d-элементов в высшей степени окисления возможно только в том случае, если эти элементы проявляют слабые окислительно-восстановительные свойства.

Например, Мо+6 в комплексных соединениях в организме в организме имеет степень окисления +5 и +6.

Катионы Fe+3 и Cu+2 в биологических средах не проявляют восстановительных свойств.

Существование соединений в низших степенях окисления оправдано для организма. Ионы Mn+2, Co+2, Fe+3 при рН физиологических жидкостей не являются сильными восстановителями. Окружающие их лиганды стабилизируют ионы именно в этих степенях окисления.

5. Комплексообразующая способность d-элементов

Возможность создания химических связей с участием d-электронов и свободных d-орбиталей обуславливает ярко выраженную способность d-элементов к образованию устойчивых комплексных соединений.

При низких степенях окисления для d-элементов более характерны катионные, а при высоких – анионные октаэдрические комплексы.

КЧ d-элементов непостоянны, это четные числа от 4 до 8, реже 10,12.

Используя незаполненные d-орбитали и неподеленные пары d-электронов на предвнешнем электронном слое, d-элементы способны выступать как донорами электронов – дативная связь, так и акцепторами электронов.

Пример соединений с дативной связью: [HgI]¯, [CdCl4]¯.

6. Металлоферменты

Октаэдрическое строение иона комплексообразователя определяется способностью его орбиталей к d2sp3-гибридизаци. Например, для хрома (III), d2sp3-гибридизация будет выглядеть следующим образом:

Бионеорганические комплексы d-элементов с белковыми молекулами называют биокластерами. Внутри биокластера находится полость, в которой находится ион металла определенного размера, размер иона должен точно совпадать с диаметром полости биокластера. Металл взаимодействует с донорными атомами связующих групп: гидроксильные –ОН¯, сульфгидрильные –SH¯, карбоксильные –СОО¯, аминогруппы белков или аминокислот – Nh3.

Биокластеры, полости которых образуют центры ферментов, называют металлоферментами.

В зависимости от выполняемой функции биокластеры условно подразделяют на:

- транспортные, доставляют организму кислород и биометаллы. Хорошими транспортными формами м/б комплексы металлов с АМК. В качестве координирующего металла могут выступать: Со, Ni, Zn, Fe. Например – трансферрин.

- аккумуляторные, накопительные. Например – миоглобин и ферритин.

- биокатализаторы и активаторы инертных процессов.

Реакции, катализируемые этими ферментами подразделяются на:

Кислотно-основные реакции. Карбоангидраза катализирует процесс обратимой гидратации CO2 в живых организмах.

Окислительно-восстановительные.

Катализируются металлоферментами, в которых металл обратимо изменяет степень окисления.

А. Карбоангидраза, карбоксипептидаза, алкогольдегидрогеназа.

Карбоангидраза – Zn содержащий фермент. Фермент крови, содержится в эритроцитах. Карбоангидраза катализирует процесс обратимой гидратации CO2, также катализирует реакции гидролиза, в которых участвует карбоксильная группа субстрата.

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3¯ (механизм "цинк-вода")

ОН¯ + СО2 ↔ НСО3¯ (механизм "цинк-гидроксид")

Координационное число цинка 4. Три координационные места заняты аминокислотами, четвертая орбиталь связывает воду или гидроксильную группу.

Механизм действия:

Обратимая гидратация CO2 в активном центре карбоангидразы

Карбоксипептидаза Zn содержащий фермент. Объектами концентрации являются печень, кишечник, поджелудочная железа.

Участвует в реакциях гидролиза пептидных связей.

Схема взаимодействия цинка карбоксипептидазы с субстратом ("цинк-карбонил"):

Схема реакции гидролиза пептидных связей карбоксипетидазы:

Алкогольдегидрогеназа это -содержащий фермент.

Б. Цитохромы, каталаза, пероксидаза.

Цитохром С. (см лекцию КС). Гемсодержащий фермент, имеет октаэдрическое строение.

Перенос электронов в окислительно-восстановительной цепи с участием этого фермента осуществляется за счет изменения состояния железа:

ЦХ*Fe3+ + ẽ ↔ ЦХ*Fe2+

Группы ферментов, катализирующие реакции окисления водородпероксидом, называются каталазами и пероксидазами. Они имеют в своей структуре гем, центральный атомом является Fe3+. Лигандное окружение в случае каталазы представлено АМК (гистидин, тирозин), в случае пероксидазы – лигандами являются белки. Концентрируются ферменты в крови и в тканях. Каталаза ускоряет разложение пероксида водорода, образующегося в результате реакций метаболизма:

Н2О2 + Н2О2 ↔каталаза↔ 2 Н2О + О2

Фермент пероксидаза ускоряет реакции окисления органических веществ (RH) пероксидом водорода:

Н2О2 + Н2О*RH ↔пероксидаза↔ 2 Н2О + RCOOH

В. СОД, ОКГ, ЦХО, ЦП.

СОД – супероксиддисмутаза – медьсодержащий белок. Ускоряет реакцию разложения супероксид-иона , свободный радикал. Этот радикал вступая во взаимодействие с компонентами клети разрушает ее. СОД переводит супероксид-ион  в пероксид водорода. Который, в свою очередь, разлагается в организме под действием фермента каталазы.

Схематически процесс можно представить:

ОКГ – оксигеназы – ферменты, активирующие молекулу кислорода, которая участвует в процессе окисления органических соединений. Оксигеназы присоединяют оба атома кислорода с образованием пероксидной цепочки.

Механизм действия оксигеназ можно представить следующим образом:

Цитохромоксидаза – ЦХО – важнейший дыхательный фермент.

Катализирует завершающий этап тканевого дыхания. В ходе каталитического процесса степень окисления меди ЦХО обратимо изменяется: Cu2+↔Cu1+.

Окисленная форма ЦХО (Cu2+) принимает электроны, переходя в восстановленную форму (Cu1+), окисляющуюся молекулярным кислородом, который сам при этом восстанавливается.

Затем кислород принимает протоны из окружающей среды и превращается в воду. Схема действия ЦХО:

Церулоплазмин – ЦП – медьсодержащий белок содержится в плазме млекопитающих. ЦП содержит 8 атомов меди на 1 молекулу белка. ЦП участвует в окислении железа:

Параллельно идет процесс окисления протонированных субстратов (RH) с образованием свободнорадикальных промежуточных продуктов:

HR → R + H+ + ẽ

В то же время ЦП катализирует восстановление кислорода до воды:

О2 + 4ẽ + 4Н+ →ЦП→ 2Н2О

Выполняя транспортную функцию, ЦП регулирует баланс меди и обеспечивает выведение избытка меди из организма.

7. Железо, кобальт, хром, марганец, цинк, медь, молибден в организме: содержание, биологическая роль

www.neuch.ru

Элементы d-блока периодической системы

1. Химические свойства и биологическая роль элементов d-блока

К d-блоку относятся 32 элемента периодической системы. Они расположены в побочных подгруппах периодической системы в 4-7 больших периодах между s- и p-элементами.

Характерной особенностью элементов d-блока является то, что в их атомах последними заполняются орбитали не внешнего слоя (как у s- и p-элементов), а предвнешнего [(n - 1)d] слоя. В связи с этим, у d-элементов валентными являются энергетически близкие девять орбиталей – одна ns-орбиталь, три nр-орбитали внешнего и пять (n - 1)d-орбиталей предвнешнего энергетического уровней:

Строение внешних электронных оболочек атомов d блока описывается формулой (n-1)dansb, где а=1~10, b=1~2.

2. Общая характеристика d-элементов

В периодах (слева направо) с увеличением заряда ядра радиус атома возрастает медленно, непропорционально числу электронов, заполняющих оболочку атома.

Причины – лантаноидное сжатие и проникновение ns электронов под d-электронный слой (в соответствии с принципом наименьшей энергии). Происходит экранирование заряда ядра внешними валентными электронами: у элементов 4-го периода внешние электроны проникают под экран электронов 3d-подуровня, а у элементов 6-го периода – под экран 4f и 5d электронов (двойное экранирование).

В периодах (слева направо) наблюдается уменьшение энергии ионизации, энергии сродства к электрону. Поскольку изменения энергии ионизации и энергии сродства к электрону незначительны, химические свойства элементов и их соединений изменяются мало.

В группах (сверху вниз) с увеличением заряда ядра атома возрастают энергия ионизации, относительная электроотрицательность элементов (ОЭО), нарастают неметаллические и кислотные свойства, уменьшаются металлические свойства элементов.

3. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства и закономерности их изменения

Элементы d-блока находящиеся в III, IV, V, VI, VII B группах имеют незавершенный d-электронный слой (предвнешний эн. уровень). Такие электронные оболочки неустойчивы. Этим объясняется переменная валентность и возможность проявлять различные степени окисления d-элементов. Степени окисления элементов d-блока в соединениях всегда только положительные.

Соединения с высшей степенью окисления проявляют кислотные и окислительные свойства (в растворах представлены кислородсодержащими анионами). Соединения с низшей степенью окисления – основные и восстановительные свойства (в растворах представлены катионами). Соединения с промежуточной степенью окисления – проявляют амфотерные свойства.

Например: CrO основной оксид, Cr2O3 – амфотерный оксид, CrO3 – кислотный оксид.

В периоде с возрастанием заряда ядра атома уменьшается устойчивость соединений с высшей степенью окисления, возрастают их окислительные свойства.

В группах увеличивается устойчивость соединений с высшей степенью окисления, уменьшаются окислительные и возрастают восстановительные свойства элементов.

4. Окислительно-восстановительные свойства d-элементов в организме человека

Вследствие разнообразия степеней окисления для химии 3d-элементов характерны окислительно-восстановительные реакции.

В свою очередь, способность 3d-элементов изменять степень окисления, выступая в роли окислителей или восстановителей, лежит в основе большого количества биологически важных реакций.

В ходе эволюции природа отбирала элементы в такой степени окисления, чтобы они не были ни сильными окислителями, ни сильными восстановителями.

Нахождение в организме человека d-элементов в высшей степени окисления возможно только в том случае, если эти элементы проявляют слабые окислительно-восстановительные свойства.

Например, Мо+6 в комплексных соединениях в организме в организме имеет степень окисления +5 и +6.

Катионы Fe+3 и Cu+2 в биологических средах не проявляют восстановительных свойств.

Существование соединений в низших степенях окисления оправдано для организма. Ионы Mn+2, Co+2, Fe+3 при рН физиологических жидкостей не являются сильными восстановителями. Окружающие их лиганды стабилизируют ионы именно в этих степенях окисления.

www.coolreferat.com

Реферат d-элементы

Реферат на тему:

d-блок в периодической таблице элементов — электронная оболочка атомов, валентные электроны которых с наивысшей энергией занимают d-орбиталь.

Данный блок представляет собой часть периодической таблицы; в него входят элементы от 3 до 12 группы[1][2]. Элементы данного блока заполняют d-оболочку d-электронами, которая у элементов начинается s2d1 (третья группа) и заканчивается s2d10 (двенадцатая группа). Однако, существуют некоторые нарушения в этой последовательности, например, у хрома s1d5 (но не s2d4) вся одиннадцатая группа имеет конфигурацию s1d10 (но не s2d9). Одиннадцатая группа имеет заполненные s- и d-электроны.

D-блок-элементы так же известны как переходные металлы или переходные элементы. Однако, точные границы, отделяющие переходные металлы от остальных групп химических элементов, еще не проведены. Хотя некоторые авторы считают, что элементы, входящие в d-блок, являются переходными элементами[1], в которых d-электроны являются частично заполненными либо в нейтральных атомах или ионах, где степень окисления равна нулю[2][3]. ИЮПАК в данное время принимает такие исследования как достоверные, и сообщает, что это относится только к 3—12 группам химических элементов[4]. Металлы 12ой в следствии полного заполнения d-оболочки не соответствуют классическому определению d-элементов, поэтому их можно считать и постпереходными металлами. Так же было пересмотрено историческое применение термина «переходные элементы» и d-блока[5].

В s-блоке и p-блоке периодической таблицы аналогичные свойства, через периоды, как правило, не наблюдаются: самые важные свойства усиливаются по вертикали у нижних элементов данных групп. Примечательно, что различия элементов входящих в d-блок по горизонтали, через периоды, становятся более выраженными.

Лютеций и лоуренсий находятся в d-блоке, и они не считаются переходными металлами, но лантаноиды и актиноиды, что примечательно, таковыми считаются с точки зрения ИЮПАК[6]. Двенадцатая группа химических элементов хоть и находится в d-блоке, однако считается, что входящие в неё элементы являются постпереходными элементами[6].

Примечания

1. ↑ 12R.H. Petrucci, W.S. Harwood, F.G. Herring «General Chemistry». — 8-е изд. — Prentice-Hall, 2002. — С. 341—342.
2. ↑ 12C.E. Housecroft и A.G. Sharpe «Inorganic Chemistry». — 2-е изд. — Pearson Prentice-Hall, 2005. — С. 20—21.
3. F.A. Cotton и G. Wilkinson «Advanced Inorganic Chemistry». — 5-е изд. — John Wiley, 1988. — С. 625.
4. Международный союз теоретической и прикладной химии Transition element - goldbook.iupac.org/T06456.html. Compendium of Chemical Terminology. — Internet edition.
5. Jensen, William B. «The Place of Zinc, Cadmium, and Mercury in the Periodic Table» - www.uv.es/~borrasj/ingenieria_web/temas/tema_1/lecturas_comp/p952.pdf  (англ.) 952—961. Journal of Chemical Education (2003).
6. ↑ 12IUPAC Provisional Recommendations for the Nomenclature of Inorganic Chemistry - www.iupac.org/reports/provisional/abstract04/connelly_310804.html  (англ.) (2004). — online draft of an updated version of the «Red Book» IR 3—6.

wreferat.baza-referat.ru

химия реферат

Введение

Элементы необходимые организму для построения и жизнедеятельности клеток и органов, называют биогенными элементами. Для 30 элементов биогенность установлена. Существует несколько классификаций био­генных элементов:

А) По их функциональной роли:

1) органогены, в организме их 97,4% (С, Н, О, N, Р, S),

2) элементы электролитного фона (Na, К, Ca, Mg, Сl). Данные ионы металлов состав­ляют 99% общего содержания металлов в организме;

3) Микроэлементы – это биологически активные атомы центров ферментов, гормонов (переходные металлы).

Б) По концентрации элементов в организме биогенные элементы делят:

1) макро­элементы;

2) микроэлементы;

3) ультрамикроэлементы.

Биогенные элементы, содержание которых превышает 0,01% от массы тела, относят к макроэлементам. К ним отнесены 12 элементов: органогены, ионы электролитного фона и железо. Они составляют 99,99% живого субстрата. Еще более поразительно, что 99% жи­вых тканей содержат только шесть элементов: С, Н, О, N, Р, Ca. Элементы К, Na, Mg, Fe, Сl, S относят к олигобиогенным элементам. Содержание их колеблется от 0,1 до 1%. Биогенные элементы, суммарное содержание которых составляет величину порядка 0,01%, относят к микроэлементам. Содержание каждого из них 0,001% (10-3 – 10-5%).Большинство микроэлементов содержится в основном в тканях печени. Это депо микроэлементов. Некоторые микроэлементы проявляют сродство к определенным тканям ( йод - к щитовидной железе, фтор - к эмали зубов, цинк - к поджелудочной железе, молибден - к почкам и т.д.). Элемен­ты, содержание которых меньше чем 10-5%, относят культрамикроэлементам. Данные о количестве и биологической роли многих элементов невыяснены до конца. Некоторые из них постоянно содержатся в организме животных и человека: Ga, Ti, F, Al, As, Cr, Ni, Se, Ge, Sn и другие. Биологическая роль их мало выяснена. Их относят к условно биогенным элементам.  Другие примесные элемен­ты (Те, Sc, In, W, Re и другие) обнаружены в организме человека и животных, и данные об их количестве и биологической роли не выяснены. Примесные элементы также делят на аккумулирующиеся (Hg, Pb, Cd) и не аккумулирующиеся (Al, Ag, Go, Ti, F). Известны крылатые слова, сказанные в 40-х годах немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак: «В каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы периодической системы». Если согласиться, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то тем более это должно быть справедливо для живого организма. Все живые организмы имеют тесный контакт с окружающей средой. Жизнь требует по­стоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствует питание и потребляемая вода. Организм состоит из воды на 60%, 34% при­ходится на органические вещества и 6% на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются С, Н, О. В их состав входят также N, P, S. В составе неор­ганических веществ обязательно присутствуют 22 химических элемента. Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нём содержится (в граммах): Са - 1700, К - 250, Na –70, Mg - 42, Fe - 5, Zn - 3. На долю металлов приходится 2,1 кг. Содержа­ние в организме элементов IIIA–VIA групп, ковалентносвязанных с органической ча­стью молекул, уменьшается с ростом заряда ядра атомов данной группы периодической системы Д. И. Менделеева. Например, w(О) > w(S) > w(Se) > w(Fe). Количество элементов, находящихся в организме в виде ионов (s-элементы IA, IIА групп, р-элементы VIIA груп­пы), с ростом заряда ядра атома в группе увеличивается до элемента с оптимальным ион­ным радиусом, а затем уменьшается. Например, во IIА группе при переходе от Be к Са со­держание в организме увеличивается, а затем от Ва к Ra снижается. Элементы, аналоги, имеющие близкое строение атомов, имеют много общего в биологическом действии. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне.

Биогенные элементы подразделяют на три блока: s-, р-, d– блока. Химические элемен­ты, в атомах которых заполняются электронами, s-подуровень внешнего уровня, называют s-элементами. Строение их валентного уровня ns1-2. Небольшой заряд ядра, большой раз­мер атома способствуют тому, что атомы s-элементов – типичные активные металлы; по­казателем этого является невысокий потенциал их ионизации. Катионы IIА группы имеют меньший радиус и больший заряд и обладают, следовательно, более высоким поляризую­щим действием, образуют более ковалентные и менее растворимые соединения. Атомы стремятся принять конфигурацию предшествующего инертного газа. При этом элементы IA и IIA групп образуют соответственно ионы М+ и М2+. Химия таких элементов является в основном ионной химией, за исключением лития и бериллия, которые обладают более сильным  поляризующим действием. В водном растворе ионы способны в небольшой степени к реакциям комплексообразования, образованию донорно-акцепторных связей с монодентатными лигандами (с водой - аквакомплексы) и даже с полидентатными лигандами (эндогенными и экзогенными комплексонами). Большинство образующихся комплексов обладают невысокой устойчиво­стью. Более прочные комплексы образуют с циклическими полиэфирами – краунэфирами,. которые представляют собой плоский многоугольник. Ионы s-элементов имеют связи сра­зу с несколькими атомами кислорода соединения типа циклической молекулы, которые называют макрогетероциклическими соединениями. Этомембраноактивные комплексоны (ионофоры) - соединения переносящие ионы s-элементов через липидные барьеры мембран. Мо­лекулы ионофоров имеют внутримолекулярную полость, в которую может войти ион определенного размера, геометрии по принципу ключа и замка. По­лость  окаймлена активными центрами (эндорецепторами). В зависимости от природы металла может происходить нековалентное взаимодействие (электростатическое, образование водородных связей, проявление Ван-дер-Ваальсовых сил) со щелочными металлами (валиномицин с К+) и ковалентное - со щелочноземельными металлами. Образуются при этом супрамолекулы – сложные ассоциаты, состоящие из двух или более химических частиц, удерживаемых вместе межмолекулярными силами. Двухзарядные ионы элементов IIA группы являются более сильными комплексообразователями. Для них наиболее характерно образование координационных связей с донорными атомами кислорода, а для магния – также азота (порфириновая система). Из макроциклических соединений высокоселективен, по отношению к стронцию, криптанд. Криптанд – это макроциклический лиганд, который связывает катионы еще более специфично, чем циклические эфиры. В название криптанда входит обозначение числа атомов кислорода в каждой из трех цепей, связывающих головные мостиковые атомы азо­та. Размер полости криптанда задается по трем направлениям, а не в плоскости, как это было в случае краун-эфира. Это обусловливает тот факт, что комплекс К+ с 2, 2, 3 – криптандом в 104 раза более устойчив, чем комплекс калия с ионофором валиномицином. Механизм действия антибиотика тетрациклина - эндогенного комплексона, заключается в разрушении рибосом микроорганизмов за счет связывания ионов магния тетрациклином. Это определяет лечебный эффект данного анти­биотика. Биологические функции s–элементов очень разнообразны: активация ферментов, уча­стие в процессах свертывания крови, в различных реакциях организма, связанных с изменением проницаемости мембран по отношению к ионам калия, натрия и кальция, участие в образовании мембранного потенциала, в запуске внутриклеточных процессов, таких как обмен веществ, рост, развитие, сокращение, деление и секреция. Обеспечивают перенос в клетке информации. Чувствительность клеток к данным ионам обеспечивается разностью их содержания вне и внутри клетки, градиентом концентрации (ионной асимметрией). Старение – понижение градиента концентрации, смерть – выравнивание концентрации вне и внутри клетки. Градиент концентрации обеспечивается связыванием свободных ионов клетки специфическими белками. Одним из немногих универсальных регуляторов жизнедеятельности клеток являются ионы кальция. Градиент концентраций Са2+ между цитоплазмой и средой на уровне 4 порядков и обеспечивается связыванием Са2+ в хелатное соединение специфическими белками. Кальмодулин – один из наиболее изученных кальцийсвязывающих белков, широко распространенных и встречается в клетках животных, растений и грибов. Этот белок способен регулировать большое число (более 30 описанных в на­стоящее время) различных процессов, происходящих в клетке. Вещества, регулирующие поток ионов, называются эффекторами, которые делятся на блокаторы и активаторы. В клинической практике применяются блокаторы в сердечно-сосудистой терапии (стенокардия, аритмия, инфаркт, миокарда), иммунологии, химиотера­пии онкологических заболеваний. Верапамил, дигидропиридил ингибируют на 80-90% образование метастазов меланомы, значительно снижают адгезию (прилипание) опухоле­вых клеток к эндотелию и образованию колоний. Система регуляции градиента концен­трации вне и внутри клеток, является перспективным направлением в биотехнологии (хи­мической ионике) для получения важных веществ из клеток-продуцентов (b-клетки – ис­точник инсулина, гипофизарные клетки – продуценты гормонов, фибробласты – источники факторов роста). Кроме активации ферментов, ионы щелочных металлов играют важную роль в осмоти­ческом давлении, действуют как переносчики зарядов при передаче нервного импульса. стабилизируют структуру нуклеиновых кислот. Ионы кальция инициируют некоторые физиологические процессы, такие, как сокращение мышц, секрецию гормонов, свертывание крови и другие. Содержание ионов натрия, кальция и хлора во внеклеточной среде выше, а ионов калия и магния наоборот. Стационарное состояние достигается при равенстве потоков ионов ка­лия внутрь клетки (активный транспорт) и из клетки за счет диффузии. Обратное явление наблюдается при транспорте ионов натрия. Существование калиево-натриевого градиента концентраций приводит к возникновению мембранного потенциала, величина которого около 80 мB. Благодаря ему нервные волокна способны передавать импульсы, а мышцы – сокращаться. Увеличение концентрации калия вне клетки в два раза, несмотря на наличие градиента концентрации ионов калия приводит к нарушению сердечного ритма и смерти. Биологическая роль других ионов s-элементов пока неясна. Известно, что введением в ор­ганизм ионов лития, удается лечить одну из форм маниакально-депрессивного психоза.

Общая характеристика элементов d-блока.

Элементы d–блока – это элементы, у которых происходит достройка d–подуровня предвнешнего уровня. Они образуют В – группы. Электронное строение валентного уровня d–элементов: (n-1)d1-10, ns1-2. Они расположены между s– и р–элементами, поэтому получили название «переходные элементы», d-элементы образуют 3 семейства в больших периодах и включают по 10 элементов (4-й период семейство Sc21 – Zn30, 5-й период – Y39 - Cd48, 6-й период - La57 – Hg80, 7-й период Ас89 – Mt109).

Положение d-элементов в периодической системе и их биогенность.

Вслед за лантаном 5d1 6s2 следовало ожидать появление ещё 8 элементов с всё возрастающим количеством 5d электронов. Но оказывается, что теперь 4f оболочка несколько более устойчива, чем 5d, так что у последующих 14 элементов электроны заполняют 4f оболочку, пока она целиком не застроится. Эти элементы называются f-элементами, они занимают в периодической системе одну клетку с лантаном, так как имеют общие с ними свойства и называются лантаноиды.

Особенности d-элементов определяются электронным строением их атомов: во внешнем электронном слое содержится, как правило, не более 2 s-электронов, р-подуровень свободный, происходит заполнение d-подуровня предвнешнего уровня. Свойства простых веществ d-элементов определяется в первую очередь структурой внешнего слоя, и лишь в меньшей степени зависят от строения предшествующих электронных слоев. Невы­сокие значения энергии ионизации этих атомов указывают на сравнительно слабую связь внешних электронов с ядром. Это определяет их общие физические и химические свойства, исходя из которых следует отнести простые вещества d-элементов к типичным металлам. Для V, Cr, Mn, Fe, Co энергия ионизации составляет соответственно от 6,74 до 7,87 эв. Именно поэтому переходные элементы в образуемых ими соединениях проявляют только положительную степень окисления и проявляют свойства металлов. Большая часть d-элементов – это тугоплавкие металлы. По химической активности d-элементы весьма разнообразны. Такие как Sc, Mn, Zn наиболее химически активны (как щелочноземельные). Наиболее химически устойчивы Au, Pt, Ag, Сu. В 1 ряду инертны Ti, Сr. В семействе Sc, Zn и наблюдается плавный переход в изменении химических свойств слева направо, так как возрастание порядкового номера не сопровождается существенным изменением структуры внешнего электронного слоя, происходит только достройка d-подуровня пред­последнего уровня. Поэтому химические свойства в периоде хотя и закономерно, но гораз­до менее резко изменяются, чем у элементов А групп, в которых ряд начинается активным металлом и заканчивается неметаллом. По мере увеличения заряда ядра d-элементов слева направо возрастает энергия ионизации, необходимая для отрыва электрона. В пределах одного семейства (декады) устойчивая максимальная степень окисления элементов сначала возрастает, благодаря увеличению числа d-электронов, способных участвовать в образова­нии химических связей, а затем убывает (вследствие усиления взаимодействия d-электро­нов с ядром по мере увеличения его заряда). Так максимальная степень окисления Sc, Ti, V, Сr, Mn совпадает с номером группы, в которой они находятся, у последнего не совпада­ет, для Fe равна 6, для Со, Ni, Сu -3, а для Zn -2 и соответственно меняется устойчивость соединений, отвечающих определенной степени окисления. В степени окисления +2 окси­ды TiO и VО – сильные восстановители, неустойчивы, а СuО и ZnO не проявляют восста­новительных свойств и устойчивы. Водородных соединений не образуют.

Как изменяются свойства элементов в различных семействах сверху вниз? Размеры атомов сверху вниз от d-элементов 4 периода к d-элементам 5 периода возрастают, энергия ионизации уменьшается и металлические свойства увеличиваются. Когда переходим от 5 к 6 периоду, то размер атомов остается практически без изменений, свойства атомов также близки, например, Zn и Hf по свойствам очень близки и их трудно разделить. То же можно сказать о Мо и W, Те и Re. Элементы 6 периода идут после семейства лантаноидов, за счет этого дополнительное возрастание заряда ядра атома, а это приводит к оттягива­нию электронов, более плотной их упаковке – происходит лантаноидное сжатие.

Свойства соединений d-элементов

Окислительно-восстановительные свойства

В физических и химических свойствах простых веществ d-элементов много общего для типичных металлов. Общность и различие их проявляется особенно в химических свойст­вах соединений d-элементов. d-Элементы имеют довольно много валентных электронов (Mn от 2 до 7 е), энергия которых различна, и они не всегда и не все принимают участие в образовании связей. Поэтому d-элементы проявляют переменную степень окисления, а следовательно для них характерны реакции окисления-восстановления. Степени окисле­ния элементов Sc-Zn представлены в таблице 5. d-Элементы способны проявлять степень окисления +2 за счет потери 2s-электронов, характерна также степень окисления +3 (исключение Zn). Высшая степень окисления большинства d-элементов соответствует номеру группы, в которой они находятся. С увеличением порядкового номера d-элемента значение устойчивой степени окисления возрас­тает. Отрицательную степень окисления не проявляют, следовательно, водородных соеди­нений не образуют.

Характеристика степени окисления d-элементов 4 периода

Как следует из таблицы наибольшее число переменных степеней окисления у элемен­тов VB, VIIB групп. Поэтому для элементов этих групп наиболее характерны реакции окисления-восстановления.

Кислотно-основные свойства (свойства оксидов и гидроксидов, образуемых d–элементами)

В связи с тем, что d-элементы способны проявлять различные степени окисления, они способны образовывать соединения, резко отличающихся по кислотно-основным свойст­вам. Свойства оксидов и гидрооксидов зависят от степени окисления образующего их d-элемента. По мере повышения степени окисления d-элемента ослабевает основной характер их и усиливается кислотный характер. В степени окисления +2 проявляют только основной характер, промежуточной степени окисления – амфотерный характер и в высшей степени – кислотный характер:

В ряду d-элементов в высшей степени окисления в периоде слева направо кислотный характер соединений возрастает oт Sc к Zn:

В низшей степени окисления +2 соединения проявляют основные свойства. В группах сверху вниз усиливается основной характер:

Реакции комплексообразования

В организме d-элементы представлены как микроэлементы, существующие или в виде гидратированных, гидролизованных ионов; но чаще в виде бионеорганических комплек­сов. Они выступают в качестве сильных комплексообразователей, что обусловлено нали­чием на d-подуровне предвнешнего уровня валентных электронов. Например, в комплексе [CdCl4]2-. Но чаще способность образовывать комплексные соединения обусловлена на­личием в их атомах свободных орбиталей (одной s-, трех р- и пяти d-орбиталей), проявляя координационное число равное 6, реже 2, 3, 5 и 8 для образования координационной связи с полидентными лигандами с образованием комплексных соединений хелатного типа (биокастеров, металлопорфириновых комплексов, гетеровалентных и гетероядерных со­единений). (Смотрите тему «Комплексные соединения», раздел 5.2 и 5.3).

Склонность ионов d-элементов к гидролизу и полимеризации

В кислых средах ионы d-элемента находятся в виде  гидратированных ионов [М(Н2О)m]n+. При повыше­нии рН гидратированные ионы многих d-элементов вследствие большого заряда и небольшого размера иона обладают высоким поляризующим влиянием на молекулы воды, акцепторной способностью к гидроксид-ионам, подвергаются гидролизу катионного типа, образуют прочные ковалентные связи с ОН-. Процесс заканчивается либо образованием основных солей [М(ОН)m](m-n)+, либо нерастворимых гидроксидов М(ОН)n, либо гидроксокомплексов [М(ОН)m](n-m)-. Процесс гидролитического взаимодействия может протекать с образованием многоядерных комплексов в результате реакции полимеризации.

Биологическая роль d-элементов (переходных элементов)

Микроэлементы и ферменты. Представление о металлоферментах. Специфические и неспецифические ферменты. Роль ионов металлов в ферментах. Горизонтальное сходство в биологическом действии d-элементов.Синергизм и антагонизм элементов.

Элементы, содержание которых не превышает 10-3%, входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других жизненно важных соединений. Для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы: Fe, Co, Mn, Zn, Мо, V, В, W; в синтезе белков уча­ствуют: Mg, Мn, Fe, Со, Си, Ni, Сr, в кроветворении – Со, Ti, Си, Mn, Ni, Zn ; в дыхании - Mg, Fe, Сu, Zn, Mn и Co. Поэтому микроэлементы нашли широкое применение в медицине, в качестве микроудобрений для полевых культур, подкормки в животноводстве, птицеводстве и рыбоводстве. Микроэлементы входят в состав большого числа биорегуляторов живых систем, в основе которых лежат биокомплексы. Ферменты – это особые белки, ко­торые действуют как катализаторы в биологических системах. Ферменты – уникальные катализаторы, обладающие непревзойденной эффективностью действия и высокой селек­тивностью. Пример эффективности протекания реакции разложения перекиси водорода 2Н2О2 ® 2Н2О +О2 в присутствии ферментов приведен в таблице 6.

Энергия активации (Ео) и относительная скорость реакции  разложения Н2О2при отсутствии и в присутствии различных катализаторов

В настоящее время известно более 2000 ферментов, многие из которых катализируют одну реакцию. Активность большой группы ферментов проявляется только в присутствии определенных соединений небелковой природы, называемых кофакторами. В качестве ко­факторов выступают ионы металлов или органические соединения. Примерно третья часть ферментов активируется переходными металлами.

Ионы металлов в ферментах выполняют ряд функций: являются электрофильной группой активного центра фермента и облегчают взаимодействие с отрицательно заряженными участками молекул субстрата,  формируют каталитически активную конформацию структуры фермента (в формировании спиральной структуры РНК, участвуют ионы цинка и марганца),  участвуют в транс­порте электронов (комплексы переноса электрона). Способность иона металла выполнять свою роль в активном центре соответствующего фермента зависит от способности иона металла к комплексообразованию,   геометрии и устойчивости образуемого комплекса. Это обеспечивает повышение селективности фермента по отношению к субстратам, активации связей в ферменте или субстрате посредством координации и изменении формы субстрата в соответствии со стерическими требованиями активного центра.

studfiles.net

Реферат - Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

Периодическая система элементов является графичес­ким (табличным) изображением периодического закона.

Прообразом периодической системы был «Опыт сис­темы элементов, основанный на их «атомном весе и хими­ческом сходстве», составленный Д.И. Менделеевым 1 марта 1869 г. Это так называемый вариант длинной формы системы элементов, в нем периоды располагались одной строкой.

Короткая форма периодической системы была опубли­кована Д.И. Менделеевым в декабре 1870г. В этом варианте периоды разбиваются на ряды, а группы — на подгруппы (главные и побочные).

Основным недостатком короткой формы было сочета­ние в одной группе несходных элементов. Недостатком длинной формы — растянутость, некомпактность.

Короткий вариант периодической системы (см. табли­цу) подразделяется на семь периодов — горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по воз­растанию порядкового номера, и восемь групп — вертикальных последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сход­ными химическими свойствами.

Первые три периода называются малыми, осталь­ные — большими. Первый период включает два элемента, второй и третий периоды — по восемь, четвертый и пятый — по восемнадцать, шестой — тридцать два, седьмой (незавершенный) — двадцать один элемент.

Каждый период (исключая первый) начинается ще­лочным металлом и заканчивается благородным газом.

Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.

Малые периоды состоят из одного ряда, большие — из двух рядов: четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших периодов расположены металлы и свойства элементов слева направо изменяются слабо. В нечетных рядах больших периодов свойства элементов изменяются слева направо, как у элементов 2 и 3 периодов.

В периодической системе любой формы для каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и значение относительной атомной массы. Координатами положения элемента в системе яв­ляется номер периода и номер группы.

Элементы с порядковыми номерами 58—71, именуе­мые лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 — актиноиды — помещаются отдельно внизу таблицы.

Группы элементов, обозначаемые римскими цифрами, делятся на главные и побочные подгруппы. Главные под­группы содержат 5 элементов (или более). В побочные подгруппы входят элементы периодов, начиная с четверто­го.

VIII группа кроме подгруппы гелия содержит «триады»

.элементов, составляющих семейства железа (Fe — Со — Ni) ж платиновых металлов (Ru —Rh —Pd, Os —Ir —Pt). В диадах элементов наблюдается горизонтальная аналогия. В некоторых вариантах таблицы под каждой группой расположены формулы высших оксидов элементов, они ^относятся к элементам главных и побочных подгрупп (исключая элементы, не проявляющие степень окисления, равную номеру группы; гелий, неон, аргон не образуют кислородных соединений). Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют водородные соединения, формулы которых также приведены внизу таблицы.

Дальнейшее развитие науки показало, что химические свойства элементов обусловлены строением их атома, а точнее, строением электронной оболочки атомов.

Периодический закон Д.И. Менделеева в настоящее время формулируется так:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов этих элементов.

Сопоставление строения электронных оболочек с по­ложением элементов в периодической системе позволяет установить ряд важных закономерностей.

Номер периода равен общему числу энергетических уровней, заполняемых электронами, у атомов данного эле­мента.

В малых периодах и нечетных рядах больших периодов с ростом положительного заряда ядер возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне (с 1 до 2 в первом периоде и с 1 до 8 в последующих). С этим связано ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов слева направо по периодам.

В четных рядах больших периодов с ростом заряда ядер происходит заполнение электронами предвнешнего уровня при постоянном числе электронов на внешнем уровне (2 или 1), чем и объясняется медленное изменение свойств этих элементов.

Строение внешнего электронного уровня атомов эле­ментов, относящихся к одной подгруппе, однотипно. Номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических свя­зей (валентных электронов). У атомов элементов главных подгрупп это электроны внешнего электронного уровня. У атомов элементов побочных подгрупп валентными являют­ся электроны не только внешнего, но и предпоследнего уровня.

В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов элементов усиливаются их металлические и ослаб­ляются неметаллические свойства.

В зависимости от строения электронных оболочек атомов все элементы периодической системы Д.И. Менде­леева делят на четыре семейства: s-, p-, d- и f-элементы.

К семейству s-элементов относят химические элемен­ты, в атомах которых происходит заполнение электронами s-подуровня внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода.

Элементы, у которых происходит заполнение электро­нами р-подуровня внешнего уровня, принадлежат к р-элементам. К ним относятся последние 6 элементов каждого периода. Семейство d-элементов включает переходные эле­менты, у которых электронами заполняется d-подуровень второго снаружи уровня. К ним относятся элементы боль­ших периодов, расположенные между s-и р-элементами.

У семейства f-элементов происходит заполнение f-подуровня третьего снаружи уровня. К ним относятся лантаноиды и актиноиды.

Принцип Паули

Для определения состояния электрона в многоэлектронном атоме важное значение имеет сформулиро­ванное В. Паули положение (принцип Паули), согласно ко­торому в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы, одинаковыми. Из этого следует, что каждая атомная орбиталь, характеризующаяся определенными значениями п, I и т, может быть занята не более чем двумя электронами, спины которых имеют противоположные знаки. Два такихэлектрона, находящиеся на одной орбитали и обладающие противоположно направленными спинами, называются спаренными, в отличие от одиночного (т. е. не спаренного) элек­трона, занимающего какую-либо орбиталь.

Распространенность химических элементов во вселенной и на земле

Природа щедро разбросала свои материальные ресурсы по нашей планете. Но если сравнить их с наиболее часто употребляемыми материалами, то нетрудно заметить между ними некую обратную зависимость: чаще всего человек использует те вещества, запасы сырья которых ограничены, и наоборот, крайне слабо использует такие химические элементы и их соединения, сырьевые ресурсы которых почти безграничны. В самом деле, 98, б% массы физически доступного слоя Земли составляют всего восемь химических элементов. Среди этих восьми элементов железа почти в два раза меньше, чем алюминия. Между тем более 95% всех металлических изделий, конструкций самых разнообразных машин и механизмов, транспортных путей производятся из железорудного сырья. Ясно, что такая практика расточительна с точки зрения как исчерпания ресурсов железа, так и энергетических затрат на первичную обработку железорудного сырья.

Химическая связь и структура химических соединений. Синтез новых материалов.

Ж. Пруст установил закон постоянства состава: любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом, прочным притяжением составных частей(атомов) и тем отличается от смесей. Но Н.С. Курнаков в результате точнейших физико-химических исследований соединений, состоящих из двух металлов, установил образование настоящих индивидуальных соединений переменного состава и нашел границы их однородности. Химические соединения переменного состава он назвал бертоллидами, а постоянного состава- дальтонидами .

Суть проблемы химических соединений состоит не столько в постоянстве(непостоянстве) химического состава, сколько в физической природе химических связей, объединяющих атомы в единую квантово-механическую систему- молекулу. Химические связи — обменное взаимодостижение электронов, обобщение валентных электронов, «перекрывание электронных облаков».

Число химических соединений огромно. Они отличаются как составом, так и химическими и физическими свойствами. Но химическое соединение – качественно определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет химической связи объединены в частицы-молекулы, комплексы, монокристаллы или иные системы. Химические соединения могут состоять как из многих, так и из одного элемента.

Современную материально-техническую базу примерно на 90 процентов составляют 2 вида материалов: металлы и керамика. Преимущество керамики- ее плотность на 40 процентов ниже плотности металла. С применением новых химич. Элементов(титана, бора, хрома) в последнее время синтезируют термостойкую высокотвердую керамику. Детали машин из технической керамики нового состава производятся прессованием порошков с получением готовых изделий заданных форм и размеров. Также керамика обладает сверхпроводимостью при температурах выше температуры кипения азота, что открывает просторы для научно-технического прогресса. «Революционером» в химической промышленности стала химия фторорганических соединений. Она противопоставляет углеводородам фтороуглероды, где атом углерода несет слабый положительный заряд, а атом фтора- слабый отрицательный. Фтороуглероды устойчивы даже в средах кислот и щелочей и обладают поверхностной активностью, способностью поглощать кислород и перекиси.

При подготовке этой работы были использованы материалы с сайта www.studentu.ru

www.ronl.ru

Реферат - Д. И. Менделеев Становление понятий о химическом элементе

Реферат по истории

на тему

“Развитие химии в XIX веке ”

Границ научному познанию и предсказанию

предвидеть невозможно.

Д.И. Менделеев

Становление понятий о химическом элементе.

Теоретические представления о химических явлениях рассматривались в свете общих представлений о возникновении и исчезновении веществ. Экспериментальной же работой в области химии занимались многочисленные аптекари и алхимики. Последние, делая опыты по “трансмутации” металлов, не только открывали новые способы получе­ния различных веществ, но и развивали натурфилософские учения древнегреческих философов Аристотеля, Эмпедокла, Левкиппа, Демокрита. Согласно этим учениям, все вещества в природе состоят из более простых частей, называемых элементами. Такими элементами по Левкиппу и Демокриту были атомы – мельчайшие частицы бескачест­венной первичной материи, различной только по величине и форме.

В эпоху эллинизма возникло учение о “трансмутации” (превращении), согласно ко­торому можно, изменяя сочетание элементов, получать вещества с иными свойствами. Это учение было развито Парацельсом. Подобно алхимикам, Парацельс исходил из представления, что все вещества состоят из элементов, способных соединяться друг с другом. При разложении веществ элементы разъединяются. Но в отличии от алхимиков Парацельс подчеркнул вещественный характер трех начал: “серы” – начала горючести, “ртути” – начала липучести и “соли” – начала огнепостоянства.

Учение о ртути, сере и соли как начал, образующих все тела, содержится в сочинениях неизвестного автора, труды которого появлялись под псевдонимом “Василий Валентин”, и получили большое распространение в 16 веке. Доказательства этого учения Парацельс видел в горении древесины. Он писал: “Чтобы испытать это, возьми сначала дерево: это будет тело. Сожги его, тогда то, что будет гореть,- это сера, то, что будет дымить,- меркурий (ртуть), а то, что останется золой,- соль.” Считая, что каждый из четырех элементов Аристотеля должен состоять из этих трех начал, Парацельс писал: “Каждый элемент состоит из трех начал: ртути, серы и соли.”

Роберт Бойль.

Бойль жил в эпоху великих общественных и духовных преобразований. Однако, несмотря на сильные религиозные тенденции, Бойль научными работами расчистил путь механистическому материализму в естествознании. На основании экспериментальных результатов Бойль, в первую очередь, выступил против учения о трех началах как основе всех веществ. По его мнению, элементом следует считать вещество, которое не имеет составных частей и не может быть разложено. Этот критерий Бойль принял для определения химического элемента в значительной мере потому, что в то время считалось, что вещества, не изменяющиеся при обжиге, можно назвать элементами.

Бойль доказал также, что вещества, которые он анализировал, вовсе не распадаются на три или четыре более простых вещества, как, например, золото или стекло. Из некоторых веществ могут выделяться простые “тела” в количестве, большем чем три или четыре, причем их химические свойства такие же, как у элементов.

Михаил Васильевич Ломоносов.

Ломоносов принадлежит к числу первых ученых, изучивших количественно химические процессы при помощи взвешивания. Он обратил внимание на увеличение веса металлов после обжигания на воздухе. Он считал сомнительным вывод Бойля о том, что это увеличение веса вызвано присоединением “тепловых материй”.

Антуан Лоран Лавуазье.

Вслед за Ломоносовым Лавуазье пришел к выводу, что такое увеличение массы металлов должно быть связано с поглощением воздуха. Лавуазье в 1787 году предложил новую рациональную номенклатуру химических соединений, созданную им вместе со знаменитыми французскими химиками К. Бертолле, А. Фуркруа и Л. Гитоном де Морво. В докладе Парижской Академии наук авторы подчеркивали: “В соответствии с предложенной нами программой мы обратили особое внимание на наименования простых тел, поскольку названия сложных тел должны получаться из названий простых”. В своей новой химической системе Лавуазье впервые разделил вещества на химические элементы (среди которых он выделил металлы и неметаллы, а также два “невесомых флюида” – свет и теплород и, кроме того, так называемые “земли”: известь CaO, магнезит MgO, барит BaO, глинозем Al2O3, кремнезем SiO2. Лавуазье подозревал сложность состава этих веществ, но в то время они не были еще разложены, и поэтому ученый причислял их к элементам) и химические соединения. Таким образом, Лавуазье систематизировал совокупность химических знаний в рамках созданной им общей теории.

Джон Дальтон.

Дальтон развил в своих исследованиях представления Ньютона, изложенные в его работе “Математические начала натуральной философии”, опубликованной в 1687 году. Ньютон показал, что газ состоит из мельчайших материальных частичек, силы отталкивания между которыми растут пропорционально уменьшению расстояния между ними. Дальтон считал, что отталкивание происходит только между частицами определенного вида газа, в то время как частицы других видов газов не должны отталкиваться.

Дальтон показал, что эти мельчайшие частицы растворяются не только в фазе, где существуют два газа, но и в системе, образованной газом и жидкостью. Растворимость различных газов в воде он объяснял таким образом: “Эта разница тесно связана с тяжестью, весом и числом мельчайших частиц в различных газах. Подвижность более легких и меньших по размерам частиц падает. Рассмотрение роли относительной тяжести мельчайших частичек тел, насколько я знаю, является совершенно новым предметом исследования. Я начал недавно эти работы и достиг некоторых успехов”.

Результаты своих определений весов мельчайших частиц Дальтон обобщил в 1803 году в таблице, озаглавленной “Соотношения весов мельчайших частиц газообразных и других тел”. Приняв за единицу атомную массу водорода, Дальтон определил относительные атомные массы азота (4), углерода (4,5), кислорода (5,66), серы (17), воды (6,66) и других веществ. Дальтон пользовался атомной теорией как основой для новой химической символики.

Хотя сделанные Дальтоном определения атомных весов были недостаточно точными, разработанная английским ученым атомистическая теория внесла в химию первые ясные представления о строении элементов и их соединений и позволила количественно объяснить и предвидеть химические явления, отчетливо показала важность теоретических построений для развития экспериментальных химических исследований. Большинство химиков тотчас восприняло основные положения теории Дальтона и стало развивать их.

Йенс Якоб Берцелиус.

Особенно большое значение имели работы шведского химика Берцелиуса, который дал более точные определения атомных масс. Уже до Берцелиуса Дальтон пользовался атомной теорией для новой химической символики. Дальтон отбросил использующиеся в то время химические знаки, которые не отражали количественного состава соединений, и предложил для каждого элемента символ, обозначающий его атом. Однако, формулы, предложенные Дальтоном, не всегда давали представление об истинном числе атомов, образующих соединение; количественный элементарный анализ позволял ученому лишь судить об относительных массах элементов, входящих в состав соединения. Берцелиус с большим успехом применил закон Гей-Люссака для определения состава и количественных характеристик многих элементов и соединений. Со времени публикации своих первых работ Берцелиус поддерживал тесные личные связи с химиками во многих странах, что помогало ему создать четкое представление о мировом уровне разработки научных проблем. Берцелиусом были подвергнуты анализу 2000 соединений, образованных 43 элементами. Результатом работ было усовершенствование старых и создание новых методов анализа, изобретение новых приборов, развитие техники лабораторных работ. Одним из наиболее значительных научных достижений Берцелиуса было создание им таблицы атомных масс. Существенную помощь при этом ему оказал закон объемных отношений газов, установленный Гей-Люссаком. Значение этого закона Берцелиус понял сразу же после ознакомления с работой французского ученого, относящейся к 1808 году. Первую таблицу атомных масс Берцелиус опубликовал в 1814 году. В отличии от Дальтона Берцелиус принял за основу для расчетов атомную массу кислорода, а не водорода. Атомную массу шведский ученый принял равной 100. Ж.С. Стас впоследствии пересчитал атомные массы элементов, приняв атомную массу кислорода равной 16. С 1818 года по 1826 Берцелиус несколько раз исправлял значения атомных масс.

В результате этих исследований Берцелиус значительно уточнил величины атомных масс, определенные Дальтоном. Тем самым были созданы предпосылки систематизации элементов на основе их атомных масс. Эти тщательно выполненные исследования позволили Берцелиусу сделать атомистическую модель основной химии.

Берцелиус разработал электрохимическую теорию. Приняв за основу электрохимические положения Дэви, Берцелиус считал причиной соединения элементов в определенном отношении электрическую полярность атомов. Учение об электричестве позволило дать простое объяснение природе, например, такого распространенного в химии явления, как образование солей. Оказалось, что суть этого явления заключается во взаимной нейтрализации положительных и отрицательных зарядов мельчайших частичек вещества. На основе разработанной им теории Берцелиус сделал принципиально важный вывод; все химические элементы состоят из отрицательных и положительных веществ. Но электрохимическая теория Берцелиуса затруднила признание гипотезы Авогадро, имеющей большую область применения в химии.

Существенное значение для превращения химии в точную науку имело усовершенствование Берцелиусом химической номенклатуры и создание им символики, близкой к современным обозначениям элементов и их соединений. Она заменила символику Дальтона, в которой чувствовалось влияние алхимических знаков. Для обозначения химических элементов Берцелиус предложил применять начальные буквы их латинских названий.

Исходя из своей электрохимической теории Берцелиус предложил принцип наименования соединений, состоящих из положительных элементов и отрицательных частей. В своей химической символике Берцелиус хотел отобразить соотношение элементов в соединениях.

Созданный Берцелиусом “химический язык” позволил простым и наглядным способом сопоставить особенности химических явлений с составом взаимодействующих молекул. Тем самым этот язык в значительной мере способствовал взаимопониманию химиков разных стран и укреплению их научных контактов.

В результате своих работ Берцелиус открыл несколько новых элементов. Так вместе с Хизингером Берцелиус открыл элемент церий. Берцелиус выделил из шлака свинцовых камер неизвестный доселе элемент – селен. Берцелиус открыл в минерале элемент торий. Вместе со своим учеником Н.Г. Сефстеремом Берцелиус обнаружил новый элемент ванадий. Впоследствии Берцелиусу удалось получить элементы, оксиды которых уже были известны; кремний, цирконий, титан, тантал.

Будучи одним из лучших знатоков химии своего времени, Берцелиус объяснил с единой точки зрения многие факты и понятия, ранее казавшиеся не связанными друг с другом. Так, даже горные породы и минералы подаренной ему коллекции Берцелиус расположил не в соответствии с общепринятой тогда кристаллографической систематизацией Р.Ж. Аюи, а по их химическому составу.

Создание новых основных понятий, таких как, изомерия и полимерия, значительное совершенствование химической символики и номенклатуры оказала существенное влияние на развитие современной химии.

Иоганн Вольфганг Деберейнер — изучал химические явления с точки зрения материалистических позиций, исходя из положений атомистической теории. Основой своих работ немецкий химик избрал теорию познания философа Фрэнсиса Бэкона, которого Карл Маркс называл “подлинным родоначальником английского материализма и всей современной экспериментальной науки”. После того, как И.Б.Рихтер в 1792 году потерпел неудачу в систематизации элементов, лишь Деберейнеру удалось в 1817 и 1829 гг. установить закономерности изменения свойств элементов. В первые тридцать лет Х1Х в. было открыто значительное число химических элементов. В то время было известно уже более 40 химических элементов и гораздо больше химических соединений. После того, как Лавуазье разработал кислородную теорию, вещества стали классифицировать по их характерным качественным признакам. После признания теории Дальтона появилась возможность посмотреть также количественные отношения элементов. Эти работы создали предпосылки для изучения характера связи между свойствами различных химических элементов. Деберейнер сгруппировал другие элементы и соединения различных классов по их аналогичным свойствам, разделив их на группы по 3 члена. В своих первых работах автор опирался на изучение плотности и атомных масс щелочноземельных металлов и в 1817 г. составил первую триаду; калий, стронций, барий. Получив поддержку Берцелиуса, Деберейнер распостранил этот принцип и на другие элементы.

Ученый стремился решать вопросы не путем отвлеченных рассуждений, а на основании сопоставления атомных масс, для чего требовались обширные экспериментальные работы. Особенной заслугой ученого было то, что он первым обнаружил количественные отношения свойств химически близких элементов. Эти работы подготовили почву для создания Д.И. Менделеевым и Л. Мейером периодической системы элементов.

Эйгард Мичерлих в своих экспериментальных работах обращал особое внимание на точность измерений, взвешивания и определения плотности веществ. За 45 лет научной деятельности он провел исследования в различных областях естествознания. Им были выполнены физико-химические работы, исследования по неорганической химии, органической химии, физиологии, геологии. Значительным событием в развитии химии было открытие Мичерлихом явления изоморфизма. Исследуя фосфаты и арсенаты, ученый обнаружил, что “вещества различной химической природы во многих случаях могут обнаружить одинаковые или близкие кристаллические формы”. На основании исследований ученый пришел к выводу; “Равному числу атомов, если они соединены одинаковым образом, присущи одинаковые кристаллические формы, эта кристаллическая форма определяется не только природой атомов, но и их числом и способом соединения”.

Исследовательская и преподавательская деятельность Мичерлиха в первой половине девятнадцатого века заложила фундамент для быстрого развития химии, делавшей в то время только первые робкие шаги.

Попытки систематизации многочисленных известных элементов и соединений, начатые Деберейнером, продолжили многие известные химики. Б. Шанкартуа расположил элементы в порядке возрастания атомных масс по винтовой линии на поверхности цилиндра. В 1857 г. У. Олдинг опубликовал таблицу, в которой эдементы также были расположены по возрастанию их атомных масс. В 1863- 1865 гг. Д. Ньюлендс попытался установить закономерность взаимного расположения атомов, и на этой основе опубликовал таблицу элементов.

Решающий вопрос в создании системы элементов был достигнут в 1869- 1870 гг., когда Менделеев и Мейер независимо друг от друга опубликовали таблицу химических элементов. Так была решена проблема систематизации элементов. В 1860 г. на конгрессе химиков в Карлсруэ ведущим докладчиком был итальянский химик С.Канницарро. Он упорно защищал теорию Авогадро; в равных объемах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул. В то время Мейер занимался вопросами о структуре вещества. Он расположил на кривой лишь известные элементы, не применяя своих результатов ни для исправления значений атомных масс, ни для предсказания еще не открытых элементов. Однако, Мейер не обнаружил закономерности и зависимости между составом и свойством элементов. Менделеев на основании своих представлений сделал основополагающие выводы и прогнозы.

Дмитрий Иванович Менделеев в 1869 г. опубликовал сообщение о систематизации известных тогда элементов. Менделеев разместил элементы в порядке возрастания атомных масс. Он использовал этот принцип, поскольку он проанализировал работы Дальтона по установлению связи между количественными и качественными свойствами веществ. Важнейшим из количественных свойств элементов в то время была атомная масса. Ученый считал, что свойства элементов и их соединений зависят от величины атомных масс элементов. Этот закон лег в основу созданной им системы элементов.

Создание периодической системы элементов, последовательное применение периодического закона при изучении различных веществ является главным отличием работ Менделеева по систематизации элементов от аналогичных работ других ученых. Менделеев не только открыл закон и построил таблицу элементов, но и способствовал устранению пробелов в таблице и улучшению ее.

Так в 1871 г. Менделеев существенно уточнил атомные массы трети известных элементов. Никто из соавторов закона, как стали впоследствии называть Шанкартуа, Ньюлендса, Мейера, не мог на основании имеющихся данных получить подобные результаты. Более того, они даже ставили под сомнение закономерный характер периодического изменения свойств элементов. Но Менделеев был твердо уверен, что он открыл закон природы. Уже в работе 1869 г. обнаружилось стремление Менделеева прогнозировать дальнейшее направление изучения периодичности. Он писал; “Должно ожидать открытий еще многих неизвестных тел, например сходных с алюминием или кремнием с атомной массой”. В 1886г. немец Винклер открыл германий, свойства которого прекрасно совпадали со свойствами предсказанного Менделеевым экасилиция. Это открытие, а также открытие галлия в 1875г. и стало подтверждением периодического закона. В 1890г. закон получил всеобщее признание. Новые знания о структуре атома, полученные в начале ХХ столетия уточнили периодический закон и позволили глубже понять его.

С открытием закона химическая теория получила относительное завершение. Во время классической химии основополагающими были три закона; закон сохранения массы, закон постоянных отношений элементов в веществах и закон Авогадро. Во второй половине Х! Х века химическая теория обогатилась еще двумя термодинамическими закономерностями; учением о строении органических соединений и периодическим законом. Это позволило химикам глубже понять смысл процессов. Научное рассмотрение производственных процессов превратило химию в непосредственно производительную силу. Такому развитию химия в немалой степени обязана Менделееву, Мейеру.

Тем не менее Менделеев не смог отказаться от устаревших представлений о природе атомов и элементов, он скептически относился к новым воззрениям на природу радиоактивности и электронным теориям. Но открытый им периодический закон, все более углубляясь, способствовал победе прогрессивных взглядов в химии и физике

В 1955г. был синтезирован элемент с атомным весом 101, названный менделеем.

Так были увековечены заслуги Менделеева – создателя периодической системы, позволившей предсказать свойства неизвестных элементов и создать предпосылки для открытия трансурановых элементов, к которым принадлежит менделей.

ЛИТЕРАТУРА

К.Хайтинг “Биографии великих химиков” МИР 1981г.

Я. Голованов “Этюды об ученых” Москва 1970

М.Джуа “ История химии” Мир 1975

К. Манолов “Великие химики” Мир 1976

В. Рич “ Охота за элементами” Химия 1982

В.Криуман “Создатели атомно-молекулярного учения Просвещение 1976

А.Азимов “ Краткая история химии” Мир 1983

www.ronl.ru

Д. И. Менделеев Становление понятий о химическом элементе

Реферат по истории

на тему

“Развитие химии в XIXвеке”

Границ научному познанию и предсказанию

предвидеть невозможно.

Д.И. Менделеев

Становление понятий о химическом элементе.

Теоретические представления о химических явлениях рассматривались в свете общих представлений о возникновении и исчезновении веществ. Экспериментальной же работой в области химии занимались многочисленные аптекари и алхимики. Последние, делая опыты по “трансмутации” металлов, не только открывали новые способы получе­ния различных веществ, но и развивали натурфилософские учения древнегреческих философов Аристотеля, Эмпедокла, Левкиппа, Демокрита. Согласно этим учениям, все вещества в природе состоят из более простых частей, называемых элементами. Такими элементами по Левкиппу и Демокриту были атомы – мельчайшие частицы бескачест­венной первичной материи, различной только по величине и форме.

В эпоху эллинизма возникло учение о “трансмутации” (превращении), согласно ко­торому можно, изменяя сочетание элементов, получать вещества с иными свойствами. Это учение было развито Парацельсом. Подобно алхимикам, Парацельс исходил из представления, что все вещества состоят из элементов, способных соединяться друг с другом. При разложении веществ элементы разъединяются. Но в отличии от алхимиков Парацельс подчеркнул вещественный характер трех начал: “серы” – начала горючести, “ртути” – начала липучести и “соли” – начала огнепостоянства.

Учение о ртути, сере и соли как начал, образующих все тела, содержится в сочинениях неизвестного автора, труды которого появлялись под псевдонимом “Василий Валентин”, и получили большое распространение в 16 веке. Доказательства этого учения Парацельс видел в горении древесины. Он писал: “Чтобы испытать это, возьми сначала дерево: это будет тело. Сожги его, тогда то, что будет гореть,- это сера, то, что будет дымить,- меркурий (ртуть), а то, что останется золой,- соль.” Считая, что каждый из четырех элементов Аристотеля должен состоять из этих трех начал, Парацельс писал: “Каждый элемент состоит из трех начал: ртути, серы и соли.”

Роберт Бойль.

Бойль жил в эпоху великих общественных и духовных преобразований. Однако, несмотря на сильные религиозные тенденции, Бойль научными работами расчистил путь механистическому материализму в естествознании. На основании экспериментальных результатов Бойль, в первую очередь, выступил против учения о трех началах как основе всех веществ. По его мнению, элементом следует считать вещество, которое не имеет составных частей и не может быть разложено. Этот критерий Бойль принял для определения химического элемента в значительной мере потому, что в то время считалось, что вещества, не изменяющиеся при обжиге, можно назвать элементами.

Бойль доказал также, что вещества, которые он анализировал, вовсе не распадаются на три или четыре более простых вещества, как, например, золото или стекло. Из некоторых веществ могут выделяться простые “тела” в количестве, большем чем три или четыре, причем их химические свойства такие же, как у элементов.

Михаил Васильевич Ломоносов.

Ломоносов принадлежит к числу первых ученых, изучивших количественно химические процессы при помощи взвешивания. Он обратил внимание на увеличение веса металлов после обжигания на воздухе. Он считал сомнительным вывод Бойля о том, что это увеличение веса вызвано присоединением “тепловых материй”.

Антуан Лоран Лавуазье.

Вслед за Ломоносовым Лавуазье пришел к выводу, что такое увеличение массы металлов должно быть связано с поглощением воздуха. Лавуазье в 1787 году предложил новую рациональную номенклатуру химических соединений, созданную им вместе со знаменитыми французскими химиками К. Бертолле, А. Фуркруа и Л. Гитоном де Морво. В докладе Парижской Академии наук авторы подчеркивали: “В соответствии с предложенной нами программой мы обратили особое внимание на наименования простых тел, поскольку названия сложных тел должны получаться из названий простых”. В своей новой химической системе Лавуазье впервые разделил вещества на химические элементы (среди которых он выделил металлы и неметаллы, а также два “невесомых флюида” – свет и теплород и, кроме того, так называемые “земли”: известь CaO, магнезит MgO, барит BaO, глинозем Al2O3, кремнезем SiO2. Лавуазье подозревал сложность состава этих веществ, но в то время они не были еще разложены, и поэтому ученый причислял их к элементам) и химические соединения. Таким образом, Лавуазье систематизировал совокупность химических знаний в рамках созданной им общей теории.

Джон Дальтон.

Дальтон развил в своих исследованиях представления Ньютона, изложенные в его работе “Математические начала натуральной философии”, опубликованной в 1687 году. Ньютон показал, что газ состоит из мельчайших материальных частичек, силы отталкивания между которыми растут пропорционально уменьшению расстояния между ними. Дальтон считал, что отталкивание происходит только между частицами определенного вида газа, в то время как частицы других видов газов не должны отталкиваться.

Дальтон показал, что эти мельчайшие частицы растворяются не только в фазе, где существуют два газа, но и в системе, образованной газом и жидкостью. Растворимость различных газов в воде он объяснял таким образом: “Эта разница тесно связана с тяжестью, весом и числом мельчайших частиц в различных газах. Подвижность более легких и меньших по размерам частиц падает. Рассмотрение роли относительной тяжести мельчайших частичек тел, насколько я знаю, является совершенно новым предметом исследования. Я начал недавно эти работы и достиг некоторых успехов”.

Результаты своих определений весов мельчайших частиц Дальтон обобщил в 1803 году в таблице, озаглавленной “Соотношения весов мельчайших частиц газообразных и других тел”. Приняв за единицу атомную массу водорода, Дальтон определил относительные атомные массы азота (4), углерода (4,5), кислорода (5,66), серы (17), воды (6,66) и других веществ. Дальтон пользовался атомной теорией как основой для новой химической символики.

Хотя сделанные Дальтоном определения атомных весов были недостаточно точными, разработанная английским ученым атомистическая теория внесла в химию первые ясные представления о строении элементов и их соединений и позволила количественно объяснить и предвидеть химические явления, отчетливо показала важность теоретических построений для развития экспериментальных химических исследований. Большинство химиков тотчас восприняло основные положения теории Дальтона и стало развивать их.

Йенс Якоб Берцелиус.

Особенно большое значение имели работы шведского химика Берцелиуса, который дал более точные определения атомных масс. Уже до Берцелиуса Дальтон пользовался атомной теорией для новой химической символики. Дальтон отбросил использующиеся в то время химические знаки, которые не отражали количественного состава соединений, и предложил для каждого элемента символ, обозначающий его атом. Однако, формулы, предложенные Дальтоном, не всегда давали представление об истинном числе атомов, образующих соединение; количественный элементарный анализ позволял ученому лишь судить об относительных массах элементов, входящих в состав соединения. Берцелиус с большим успехом применил закон Гей-Люссака для определения состава и количественных характеристик многих элементов и соединений. Со времени публикации своих первых работ Берцелиус поддерживал тесные личные связи с химиками во многих странах, что помогало ему создать четкое представление о мировом уровне разработки научных проблем. Берцелиусом были подвергнуты анализу 2000 соединений, образованных 43 элементами. Результатом работ было усовершенствование старых и создание новых методов анализа, изобретение новых приборов, развитие техники лабораторных работ. Одним из наиболее значительных научных достижений Берцелиуса было создание им таблицы атомных масс. Существенную помощь при этом ему оказал закон объемных отношений газов, установленный Гей-Люссаком. Значение этого закона Берцелиус понял сразу же после ознакомления с работой французского ученого, относящейся к 1808 году. Первую таблицу атомных масс Берцелиус опубликовал в 1814 году. В отличии от Дальтона Берцелиус принял за основу для расчетов атомную массу кислорода, а не водорода. Атомную массу шведский ученый принял равной 100. Ж.С. Стас впоследствии пересчитал атомные массы элементов, приняв атомную массу кислорода равной 16. С 1818 года по 1826 Берцелиус несколько раз исправлял значения атомных масс.

В результате этих исследований Берцелиус значительно уточнил величины атомных масс, определенные Дальтоном. Тем самым были созданы предпосылки систематизации элементов на основе их атомных масс. Эти тщательно выполненные исследования позволили Берцелиусу сделать атомистическую модель основной химии.

Берцелиус разработал электрохимическую теорию. Приняв за основу электрохимические положения Дэви, Берцелиус считал причиной соединения элементов в определенном отношении электрическую полярность атомов. Учение об электричестве позволило дать простое объяснение природе, например, такого распространенного в химии явления, как образование солей. Оказалось, что суть этого явления заключается во взаимной нейтрализации положительных и отрицательных зарядов мельчайших частичек вещества. На основе разработанной им теории Берцелиус сделал принципиально важный вывод; все химические элементы состоят из отрицательных и положительных веществ. Но электрохимическая теория Берцелиуса затруднила признание гипотезы Авогадро, имеющей большую область применения в химии.

Существенное значение для превращения химии в точную науку имело усовершенствование Берцелиусом химической номенклатуры и создание им символики, близкой к современным обозначениям элементов и их соединений. Она заменила символику Дальтона, в которой чувствовалось влияние алхимических знаков. Для обозначения химических элементов Берцелиус предложил применять начальные буквы их латинских названий.

Исходя из своей электрохимической теории Берцелиус предложил принцип наименования соединений, состоящих из положительных элементов и отрицательных частей. В своей химической символике Берцелиус хотел отобразить соотношение элементов в соединениях.

Созданный Берцелиусом “химический язык” позволил простым и наглядным способом сопоставить особенности химических явлений с составом взаимодействующих молекул. Тем самым этот язык в значительной мере способствовал взаимопониманию химиков разных стран и укреплению их научных контактов.

В результате своих работ Берцелиус открыл несколько новых элементов. Так вместе с Хизингером Берцелиус открыл элемент церий. Берцелиус выделил из шлака свинцовых камер неизвестный доселе элемент – селен. Берцелиус открыл в минерале элемент торий. Вместе со своим учеником Н.Г. Сефстеремом Берцелиус обнаружил новый элемент ванадий. Впоследствии Берцелиусу удалось получить элементы, оксиды которых уже были известны; кремний , цирконий, титан, тантал.

Будучи одним из лучших знатоков химии своего времени, Берцелиус объяснил с единой точки зрения многие факты и понятия, ранее казавшиеся не связанными друг с другом. Так, даже горные породы и минералы подаренной ему коллекции Берцелиус расположил не в соответствии с общепринятой тогда кристаллографической систематизацией Р.Ж. Аюи, а по их химическому составу.

Создание новых основных понятий, таких как, изомерия и полимерия, значительное совершенствование химической символики и номенклатуры оказала существенное влияние на развитие современной химии.

Иоганн Вольфганг Деберейнер - изучал химические явления с точки зрения материалистических позиций, исходя из положений атомистической теории. Основой своих работ немецкий химик избрал теорию познания философа Фрэнсиса Бэкона, которого Карл Маркс называл “подлинным родоначальником английского материализма и всей современной экспериментальной науки”. После того, как И.Б.Рихтер в 1792 году потерпел неудачу в систематизации элементов, лишь Деберейнеру удалось в 1817 и 1829 гг. установить закономерности изменения свойств элементов. В первые тридцать лет Х1Х в. было открыто значительное число химических элементов. В то время было известно уже более 40 химических элементов и гораздо больше химических соединений. После того, как Лавуазье разработал кислородную теорию, вещества стали классифицировать по их характерным качественным признакам. После признания теории Дальтона появилась возможность посмотреть также количественные отношения элементов. Эти работы создали предпосылки для изучения характера связи между свойствами различных химических элементов. Деберейнер сгруппировал другие элементы и соединения различных классов по их аналогичным свойствам, разделив их на группы по 3 члена. В своих первых работах автор опирался на изучение плотности и атомных масс щелочноземельных металлов и в 1817 г. составил первую триаду; калий, стронций, барий. Получив поддержку Берцелиуса, Деберейнер распостранил этот принцип и на другие элементы.

Ученый стремился решать вопросы не путем отвлеченных рассуждений, а на основании сопоставления атомных масс, для чего требовались обширные экспериментальные работы. Особенной заслугой ученого было то, что он первым обнаружил количественные отношения свойств химически близких элементов. Эти работы подготовили почву для создания Д.И. Менделеевым и Л. Мейером периодической системы элементов.

Эйгард Мичерлих в своих экспериментальных работах обращал особое внимание на точность измерений, взвешивания и определения плотности веществ. За 45 лет научной деятельности он провел исследования в различных областях естествознания. Им были выполнены физико-химические работы, исследования по неорганической химии, органической химии, физиологии, геологии. Значительным событием в развитии химии было открытие Мичерлихом явления изоморфизма. Исследуя фосфаты и арсенаты, ученый обнаружил, что “вещества различной химической природы во многих случаях могут обнаружить одинаковые или близкие кристаллические формы”. На основании исследований ученый пришел к выводу; “Равному числу атомов, если они соединены одинаковым образом, присущи одинаковые кристаллические формы, эта кристаллическая форма определяется не только природой атомов, но и их числом и способом соединения”.

Исследовательская и преподавательская деятельность Мичерлиха в первой половине девятнадцатого века заложила фундамент для быстрого развития химии, делавшей в то время только первые робкие шаги.

Попытки систематизации многочисленных известных элементов и соединений, начатые Деберейнером, продолжили многие известные химики. Б. Шанкартуа расположил элементы в порядке возрастания атомных масс по винтовой линии на поверхности цилиндра. В 1857 г. У. Олдинг опубликовал таблицу, в которой эдементы также были расположены по возрастанию их атомных масс. В 1863- 1865 гг. Д. Ньюлендс попытался установить закономерность взаимного расположения атомов, и на этой основе опубликовал таблицу элементов.

Решающий вопрос в создании системы элементов был достигнут в 1869- 1870 гг., когда Менделеев и Мейер независимо друг от друга опубликовали таблицу химических элементов. Так была решена проблема систематизации элементов. В 1860 г. на конгрессе химиков в Карлсруэ ведущим докладчиком был итальянский химик С.Канницарро. Он упорно защищал теорию Авогадро; в равных объемах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул. В то время Мейер занимался вопросами о структуре вещества. Он расположил на кривой лишь известные элементы, не применяя своих результатов ни для исправления значений атомных масс, ни для предсказания еще не открытых элементов. Однако, Мейер не обнаружил закономерности и зависимости между составом и свойством элементов. Менделеев на основании своих представлений сделал основополагающие выводы и прогнозы.

Дмитрий Иванович Менделеев в 1869 г. опубликовал сообщение о систематизации известных тогда элементов. Менделеев разместил элементы в порядке возрастания атомных масс. Он использовал этот принцип, поскольку он проанализировал работы Дальтона по установлению связи между количественными и качественными свойствами веществ. Важнейшим из количественных свойств элементов в то время была атомная масса. Ученый считал, что свойства элементов и их соединений зависят от величины атомных масс элементов. Этот закон лег в основу созданной им системы элементов.

Создание периодической системы элементов, последовательное применение периодического закона при изучении различных веществ является главным отличием работ Менделеева по систематизации элементов от аналогичных работ других ученых. Менделеев не только открыл закон и построил таблицу элементов, но и способствовал устранению пробелов в таблице и улучшению ее.

Так в 1871 г. Менделеев существенно уточнил атомные массы трети известных элементов. Никто из соавторов закона, как стали впоследствии называть Шанкартуа, Ньюлендса, Мейера, не мог на основании имеющихся данных получить подобные результаты. Более того, они даже ставили под сомнение закономерный характер периодического изменения свойств элементов. Но Менделеев был твердо уверен, что он открыл закон природы. Уже в работе 1869 г. обнаружилось стремление Менделеева прогнозировать дальнейшее направление изучения периодичности. Он писал; “Должно ожидать открытий еще многих неизвестных тел, например сходных с алюминием или кремнием с атомной массой”. В 1886г. немец Винклер открыл германий, свойства которого прекрасно совпадали со свойствами предсказанного Менделеевым экасилиция. Это открытие, а также открытие галлия в 1875г. и стало подтверждением периодического закона. В 1890г. закон получил всеобщее признание. Новые знания о структуре атома, полученные в начале ХХ столетия уточнили периодический закон и позволили глубже понять его.

С открытием закона химическая теория получила относительное завершение. Во время классической химии основополагающими были три закона; закон сохранения массы, закон постоянных отношений элементов в веществах и закон Авогадро. Во второй половине Х!Х века химическая теория обогатилась еще двумя термодинамическими закономерностями; учением о строении органических соединений и периодическим законом. Это позволило химикам глубже понять смысл процессов. Научное рассмотрение производственных процессов превратило химию в непосредственно производительную силу. Такому развитию химия в немалой степени обязана Менделееву, Мейеру.

Тем не менее Менделеев не смог отказаться от устаревших представлений о природе атомов и элементов, он скептически относился к новым воззрениям на природу радиоактивности и электронным теориям. Но открытый им периодический закон, все более углубляясь, способствовал победе прогрессивных взглядов в химии и физике

В 1955г. был синтезирован элемент с атомным весом 101, названный менделеем.

Так были увековечены заслуги Менделеева – создателя периодической системы, позволившей предсказать свойства неизвестных элементов и создать предпосылки для открытия трансурановых элементов, к которым принадлежит менделей.

ЛИТЕРАТУРА

К.Хайтинг “Биографии великих химиков” МИР 1981г.

Я. Голованов “Этюды об ученых” Москва 1970

М.Джуа “ История химии” Мир 1975

К. Манолов “Великие химики” Мир 1976

В. Рич “ Охота за элементами” Химия 1982

В.Криуман “Создатели атомно-молекулярного учения Просвещение 1976

А.Азимов “ Краткая история химии” Мир 1983

superbotanik.net

Смотрите также

• 
  Реферат основания науки
• 
  Цепная передача реферат
• 
  Франсуа виет реферат
• 
  Философия позитивизма реферат
• 
  Типы почв реферат
• 
  Спортивное ориентирование реферат
• 
  Реферат тайны природы
• 
  Реферат российский флаг
• 
  Реферат равновесная цена
• 
  Реферат по астрофизике
• 
  Реферат желчнокаменная болезнь