Доклад: История открытия и подтверждения периодического закона Д.И. Менделеева. Периодический закон менделеева реферат

Доклад - История открытия и подтверждения периодического закона Д.И. Менделеева

Реферат

Тема:

«История открытия и подтверждения периодического закона Д.И. Менделеева»

.

Санкт-Петербург 2007

Введение

Периодический закон Д.И. Менделеева – это фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д.И. Менделеевым в феврале 1869 г. При сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс (весов). Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Графическим (табличным) выражением периодического закона является разработанная Менделеевым периодическая система элементов.

1. Попытки других ученых вывести периодический закон

Периодическая система, или периодическая классификация, элементов имела огромное значение для развития неорганической химии во второй половине XIX в. Это значение в настоящее время колоссально, потому что сама система в результате изучения проблем строения вещества постепенно приобрела ту степень рациональности, которой невозможно было достичь, зная только атомные веса. Переход от эмпирической закономерности к закону составляет конечную цель всякой научной теории.

Поиски основы естественной классификации химических элементов и их систематизации начались задолго до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели, которые первыми работали в этой области, были вызваны недостаточностью экспериментальных данных: в начале XIX в. число известных химических элементов было ещё слишком невелико, а принятые значения атомных масс многих элементов неточны.

Не считая попыток Лавуазье и его школы дать классификацию элементов на основе критерия аналогии в химическом поведении, первая попытка периодической классификации элементов принадлежит Дёберейнеру.

Триады Дёберейнера и первые системы элементов

В 1829 г. немецкий химик И. Дёберейнер предпринял попытку систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами: Li–Na–K; Ca–Sr–Ba; S–Se–Te; P–As–Sb; Cl–Br–I.

Сущность предложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что атомная масса среднего элемента триады была близка к полусумме (среднему арифметическому) атомных масс двух крайних элементов триады. Хотя разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в соответствии с их атомными массами.

Идеи Дёберейнера были развиты Л. Гмелиным, который показал, что взаимосвязь между свойствами элементов и их атомными массами значительно сложнее, нежели триады. В 1843 г. Гмелин опубликовал таблицу, в которой химически сходные элементы были расставлены по группам в порядке возрастания соединительных (эквивалентных) весов. Элементы составляли триады, а также тетрады и пентады (группы из четырёх и пяти элементов), причём электроотрицательность элементов в таблице плавно изменялись сверху вниз.

В 1850-х гг. М. фон Петтенкофер и Ж. Дюма предложили т.н. дифференциальные системы, направленные на выявление общих закономерностей в изменении атомного веса элементов, которые детально разработали немецкие химики А. Штреккер и Г. Чермак.

В начале 60-х годов XIX в. появилось сразу несколько работ, которые непосредственно предшествовали Периодическому закону.

Спираль де Шанкуртуа

А. де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания (т.н. земная спираль ). При развертывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий; бериллий, магний, кальций; кислород, сера, селен, теллур и т.д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы – ничего общего с ними не имеющий титан.

Таблица Ньюлендса

Английский учёный Дж. Ньюлендс в 1864 г. опубликовал таблицу элементов, отражающую предложенный им закон октав. Ньюлендс показал, что в ряду элементов, размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элемента сходны со свойствами первого. Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица не содержала свободных мест; в итоге закон октав был принят чрезвычайно скептически.

Таблицы Одлинга и Мейера

В 1864 г. У. Одлинг опубликовал таблицу, в которой элементы были размещены согласно их атомным весам и сходству химических свойств, не сопроводив её, однако, какими-либо комментариями.

В том же 1864 г. появилась первая таблица немецкого химика Л. Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

В 1870 г. вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин «периодичность», уже предложенный к тому времени Менделеевым.

2. Что было сделано до дня великого открытия

Предпосылки открытия периодического закона следует искать в книге Д.И. Менделеева (далее Д.И.) «Основы химии». Первые главы 2-й части этой книги Д.И. написал в начале 1869 г. 1-я глава была посвящена натрию, 2-я – его аналогам, 3-я – теплоемкости, 4-я – щелочноземельным металлам. Ко дню открытия периодического закона (17 февраля 1869 г.) он, вероятно, уже успел изложить вопрос о соотношении таких полярно-противоположных элементов, как щелочные металлы и галоиды, которые были сближены между собой по величине их атомности (валентности), а также вопрос о соотношении самих щелочных металлов по величине их атомных весов. Он вплотную подошел и к вопросу о сближении и сопоставлении двух групп полярно-противоположных элементов по величине атомных весов их членов, что фактически уже означало отказ от принципа распределения элементов по их атомности и переход к принципу их распределения по атомным весам. Этот переход представлял собой не подготовку к открытию периодического закона, а уже начало самого открытия

К началу 1869 г. Значительная часть элементов была объединена в отдельные естественные группы и семейства по признаку общности химических свойств; наряду с этим другая часть их представлял собой разрозненные, стоявшие особняком отдельные элементы, которые не были объединены в особые группы. Твердо установленными считались следующие:

– группа щелочных металлов – литий, натрий, калий, рубидий и цезий;

– группа щелочноземельных металлов – кальций, стронций и барий;

– группа кислорода – кислород, сера, селен и теллур;

– группа азота – азот, фосфор, мышьяк и сурьма. Кроме того, сюда часто присоединяли висмут, а в качестве неполного аналога азота и мышьяка рассматривали ванадий;

– группа углерода – углерод, кремний и олово, причем в качестве неполных аналогов кремния и олова рассматривали титан и цирконий;

– группа галогенов (галоидов) – фтор, хлор, бром и йод;

– группа меди – медь и серебро;

– группа цинка – цинк и кадмий

– семейство железа – железо, кобальт, никель, марганец и хром;

– семейство платиновых металлов – платина, осмий, иридий, палладий, рутений и родий.

Сложнее дело обстояло с такими элементами, которые могли быть отнесены к разным группам или семействам:

– свинец, ртуть, магний, золото, бор, водород, алюминий, таллий, молибден, вольфрам.

Кроме того был известен ряд элементов, свойства которых были еще недостаточно изучены:

– семейство редкоземельных элементов – иттрий, «эрбий», церий, лантан и «дидим»;

– ниобий и тантал;

– бериллий;

– торий;

– уран;

– индий.

3. День великого открытия

Д.И. был весьма разносторонним ученым. Он давно и очень сильно интересовался вопросами сельского хозяйства. Он принимал самое близкое участие в деятельности Вольного экономического общества в Петербурге (ВЭО), членом которого он состоял. ВЭО организовало в ряде северных губерний артельное сыроварение. Одним из инициаторов этого начинания был Н.В. Верещагин. В конце 1868 г., т.е. в то время как Д.И. заканчивал вып. 2 своей книги, Верещагин обратился в ВЭО с просьбой прислать кого-нибудь из членов Общества для того, чтобы на месте обследовать работу артельных сыроварен. Согласие на такого рода поездку выразил Д.И. В декабре 1868 г. он обследовал ряд артельных сыроварен в Тверской губернии. Для завершения обследования нужна было дополнительная командировка. Как раз на 17 февраля 1869 г. и был назначен отъезд.

Если бы Д.И. мог наперед знать, что именно 17 февраля он займется новым химическим исследованием и что последующая обработка результатов займет у него столько времени, то вряд ли за 2 дня до открытия он взял бы из университета, где работал, отпускное свидетельство для поездки в ряд губерний, начиная с 17 февраля 1869 г.

Рассмотрим, как прошел день 17 февраля и какие события в жизни и творчестве его наполнили. В связи с этими событиями Д.И, не смог в намеченный срок выехать на сыроварни и был вынужден задержаться в Петербурге до начала марта. Все это время он был занят совершением и обработкой периодического закона и его первичной публикацией в виде таблицы элементов.

Чтобы лучше рассмотреть, как протекало открытие, выделим несколько стадий, которые оно прошло в течение этого одного дня:

1) начальная стадия, когда Д.И. нащупал новый принцип распределения элементов, делая выкладки на только что полученном письме от Ходнева;

2) стадия составления первых двух неполных набросков основной части будущей системы элементов;

3) стадия составления карточек элементов для «химического пасьянса»;

4) решающая стадия – составление полного чернового варианта всей системы;

5) заключительная стадия – переписывание набело только что открытой системы элементов для опубликования ее в печати.

В день отъезда Д.И. получил письмо за подписью секретаря ВЭО А.И. Ходнева. Д.И., по свидетельствам современников часто использовал обратную сторону писем для своих научных изысканий. А поскольку его неотступно преследовала мысль о нахождении общей закономерности свойств элементов, то, неудивительно, что, получив письмо, он стал делать на нем наброски будущей системы элементов.

Д.И. сопоставлял не отдельные элементы, а группы элементов, имеющих сходные свойства. Начал он с сопоставления группы щелочных металлов и галоидов. Затем долго искал переход от щелочных к щелочноземельным металлам. Он предполагал, что между ними должны находится т. наз. «переходные» металлы (Cu, Ag, Hg), а затем все же поставил щелочноземельные металлы после щелочных, минуя переходные.

Далее последовали две неполные таблички элементов, составленные на одном листе бумаги, в которых Д.И. продолжал составлять из групп элементов и отдельных элементов, не вошедших в группы, варианты будущей таблицы.

Решающим шагом к открытию периодического закона стало то, что Д.И. попытался сопоставить по величине атомных весов группы несходных элементов. Изначально Д.И. предполагал строить свою систему на основе принципа атомности (валентности) элементов. Однако затем он перешел к принципу распределения на основе величины атомной массы элементов. Тем не менее, принцип атомности не был отброшен, он применялся вкупе с новым принципом. Так, Менделеев выстраивал свои групп на основе не только общности химических свойств элементов, но и на основе их одинаковой валентности. А при составлении будущих периодов таблицы, он отмечал закономерное изменение валентности от1 до 4 при переходе от Li к C, а затем вновь до 1 при переходе к F.

При составлении нижней неполной таблички элементов для Д.И. становилось ясно, что решена была только первая, далеко не самая сложная задача – размещение уже довольно изученных элементов в центральной части будущей таблицы. Предстояла же самая сложная и трудная часть задачи с размещением элементов на периферии формирующейся системы.

В результате составления набросков двух неполных табличек элементов на отдельном листке бумаги выявилось несовершенство метода, примененного для выработки полной таблицы элементов, которая должна была охватить собой все элементы. При неясности положения того или иного элемента, этот элемент приходилось бы передвигать не один раз с места на место; тогда табличка заполнялась бы вычеркиваниями и поправками, что не дало бы возможности быстро ориентироваться при размещении новых элементов. Нужно было найти какой-то более гибкий, более подвижный способ, который позволял бы в любой момент видеть картину распределения элементов как бы в чистом виде, не заслоненную предшествующими переносами, исправлениями и зачеркиваниями. Такой прием Д.И, нашел в карточках с написанными на них элементами. Такие карточки легко можно было переставлять, имея перед глазами всю картину распределения элементов, достигнутого в данный момент. Вместе с тем можно было в любой момент обозревать карточки тех элементов, которые еще не попали в таблицу. Так возник прием, который А.Е. Ферсман очень удачно назвал «пасьянсом».

Все 63 карточки Д.И. разделил на четыре категории по признаку их распространенности и изученности. В 1-ю категорию попало 14 элементов, которые распространены повсеместно и составляют главный материал видимых тел: Al, C, Ca, Cl, Fe, H, K, Mg, N, Na, O, P, S, Si. В силу своей распространенности, эти элементы должны были входить в число хорошо исследованных. Во 2-ю категорию попали такие элементы (21), которые встречаются в свободном виде или в виде соединений, хотя и не распространены повсюду или встречаются в малых количествах: Ag, As, Au, B, Ba, Bi, Br, Co, Cr, Cu, F, Hg, I, Mn, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Sr, Zn. Эти элементы также должны были входить в число хорошо изученных. В 3-ю категорию вошло 18 элементов редких, но хорошо исследованных: Be, Ce, Cd, Cs, In, Ir, Li, Mo, Os, Pd, Rb, Se, Te, Tl, Ur, Wo, Y. В 4-ю категорию вошло 10 элементов редких и мало исследованных: Di, Er, La, Nb, Rh, Ru, Ta, Th, Va, Zr. В дальнейшем Д.И. мог сделать некоторые перестановки элементов между первыми тремя категориями и последней категорией. Когда карточки всех 63 элементов были готовы, Д.И. не прибегая еще к «химическому пасьянсу», установил порядок включения в свою готовящуюся систему отдельных категорий элементов. Но так как все элементы были изображены теперь на карточках, то можно предположить, что разбивка их на различные категории выражалась в разбивке карточек на несколько кучек. Вероятно, в первую очередь в таблицу должны были войти наиболее изученные элементы, причем те, связи между которыми были бесспорно выяснены на предшествующей стадии открытия периодического закона. При определении порядка включения элементов в таблицу признак распространенности не имел существенного значения, тогда как решающее значение приобретал атомный вес. Сначала вносились в таблицу более легкие, а затем – более тяжелые элементы. Первая кучка – наиболее изученные элементы; следующие за ней две кучки – менее изученные элементы; из них вторая – «легкие», третья – «тяжелые» элементы; четвертая – слабо изученные элементы. Разбив карточки всех элементов на кучки, Д.И. определил этим общую последовательность составления таблицы элементов.

К моменту раскладывания «пасьянса» открытие периодического закона вступило в свою решающую фазу. Определяющая роль атомного веса при сопоставлении групп несходных элементов выяснилась в полной мере. Центральная часть будущей системы элементов сформировалась в своей основе. Осталось «только» одно: доказать всеобщий характер того принципа, который уже был доказан в его применении к центральной части таблицы. Но это «только» составляло главную, непреодолимую еще трудность при создании периодической системы элементов.

При доведении до конца построения своей таблицы элементов Д.И. продолжил применять тот же прием сопоставления групп несходных элементов, с помощью которого он начал строить эту таблицу в первых записях, сделанных на письме Ходнева, и в обеих неполных табличках. Так, путем преставления карточек элементов на основе имеющихся уже сведений, и был открыт периодический закон.

Когда периодический закон был открыт, и была составлена система элементов в первом ее варианте, оставалось оформить достигнутый результат в виде чистой таблицы, по которой другие ученые могли бы ознакомиться с открытием, сделанным Д.И. При переписывании таблицы набело Д.И. внес следующие изменения: элементы в ней располагались не в порядке убывания, а в порядке возрастания атомных весов, т.е. более тяжелые элементы подписывались под более легкими, а на тех местах, где были пропуски и где можно было предполагать не известные еще элементы, Д.И. поставил знак вопроса и предположительно вычислил атомные веса.

Отдав в типографию для набора рукопись «Опыта системы элементов», Д.И. не мог уехать из Петербурга на сыроварни до тех пор, пока не пришла корректура. Для набора требовалось время, и это время Д.И. использовал для того, чтобы обобщить и обработать сделанное им открытие в виде статьи, изложив в ней то, что было заключено в «Опыте системы элементов». К моменту написания статьи Д.И. составил уже много различных вариантов системы элементов, основанной на их атомном весе. Свою статью он озаглавил «Соотношение свойств с атомным весом элементов»

В своей статье Д.И. писал: «Убедясь предыдущею таблицею в том, что атомный вес элементов может служить опорою их системы, я первоначально расположил элементы в непрерывном порядке по величине атомного веса и тотчас заметил, что существуют некоторые перерывы в ряду таким образом поставленных элементов». Анализируя это и другие высказывания Д.И., можно сделать вывод о том, что Д.И. сначала составил свой «Опыт системы элементов» (путем сопоставления групп элементов), а затем убедился, что атомный вес может являться основой системы элементов. После этого Д.И. приступил к дальнейшему исследованию открытой им закономерности, и это свое дальнейшее исследование начал с того, что расположил все элементы в непрерывный ряд по возрастанию их атомных весов. Это опровергает мнение некоторых химиков, будто сначала Д.И. составил общий ряд элементов по величине их атомного веса, и только после этого он заметил периодичность в изменении свойств; затем он разделил общий ряд на периоды и составил из этих отрезков свой «Опыт системы элементов». Все содержание статьи неоспоримо свидетельствует о том, что в этой статье Д.И. отразил, обобщил и подытожил тот путь, каким он шел в день 17 февраля 1869 г. При создании периодической системы элементов.

4. После дня великого открытия

В марте 1869 г., тут же после окончания статьи «Соотношение свойств с атомным весом элементов» Д.И. поехал на артельные сыроварни. Накануне отъезда, 1 марта 1869 г. Он разослал многим химикам отпечатанный листок с «Опытом системы элементов». 6 марта состоялся доклад о системе элементов в заседании русского химического общества.

По причине отсутствия Д.И. в Петербурге, доклад о его открытии сделал профессор Н.А. Меншуткин. В связи с этим позднее возникли различные легенды по этому поводу. Наиболее распространенной стала легенда о мнимой болезни Д.И., которую распространил Б.Н. Меншуткин (сын Н.А. Меншуткина). А М.Н. Младенцев предложил совсем уж невероятное объяснение: «Первое сообщение было сделано 6 марта 1869 г. В заседании Химического общества проф. Н.А. Меншуткиным, так как сам Д.И., видимо, волновался и не решался выступить, хотя ему и ясно было все великое значение настоящего открытия». Все эти легенды ни в коей мере не соответствуют действительности. Причина выступления Меншуткина вместо Менделеева была совсем в другом.

5. Применение Д.И. Менделеевым методов научного познания

Научное открытие такого масштаба, как открытие периодического закона, не могло бы совершиться в столь краткий срок, если бы его автор не владел в совершенстве подлинно научным методом познания, методом научного исследования явлений природы.

1) Метод восхождения.

Метод восхождения отвечает движению познания от непосредственно данного, исходного, к раскрываемому лишь опосредованно, при помощи абстрактного мышления. Следовательно, метод восхождения в самой общей форме выражает то обстоятельство, что развитие мысли в ходе научного познания, как и всякое развитие совершается не хаотически, а в определенном направлении, строго последовательно. Сам Д.И. писал: «Познание и полное обладание предметами состоит из трех степеней: 1) наблюдение, констатирование факта, я вижу, но не знаю, как сделать, отчего и пр. Ему соответствует описание, изучение факта. 2) Соотношение факта с некоторыми другими – закон, этому соответствует измерение. 3) Теория – связь внутренняя с цельным миросозерцанием… начинается гипотезою, кончается теоретическим открытием новых явлений, выводом всего из одного положения. Этому соответствует предсказание явления в совершенной его точности, открытие новых явлений».

Таким образом, становится понятно, что, вопреки существующим в нашей литературе мнениям, Д.И. не был приверженцем только индуктивного метода. Индукцию в ее правильном понимании Д.И. не противопоставляет дедукции, а фактически рассматривает в единстве с ней.

При таком методе познания происходит переход от простейших «клеточек», как их назвал сам Д.И. к более общим законам. Такой «клеточкой» стало рассмотрение в 1-ой части «Основ химии» поваренной соли NaCl. Можно сказать, что, выбрав NaCl в качестве исходного вещества при изложении систематической части химии, Д.И. выбрал нечто простое, обычное, множество раз встречающееся в практике человека. Именно такой и должна быть «клеточка» науки, с которой следует начинать изложение этой науки. Дело в том, что в этом соединении уже были даны в их естественной связи (химической) представители двух наиболее характерных, причем полярно противоположных, химических элементов – Na и Cl отправляясь от соотношения обоих этих элементов, существующего в самой природе, Д.И. нашел сразу ключ к дальнейшему развитию своей творческой мысли. Именно отсюда вытекала необходимость сопоставить две группы наиболее несходных между собой элементов – галогенов и щелочных металлов.

Следует еще отметить, что на всем протяжении совершаемого открытия Д.И. строго придерживался выработавшейся последовательности – переходить от известного к неизвестному и от более известного к менее известному.

Всякий закон в науке устанавливается в итоге обобщения. Тем самым рассмотрение метода восхождения непосредственно приводит к рассмотрению другого, связанного с ним метода, который можно назвать методом обобщения.

2) Метод обобщения. Переход от особенного ко всеобщему.

Путь познания любого закона природы исторически, вполне закономерно проходит отдельные ступени. В общем случае таких ступеней можно выделить три:

а) Исходным является собирание или накопление отдельных, единичных фактов, относящихся к изучаемому кругу явлений. Регистрируя каждый такой отдельный факт, мы высказываем полученный нами результат в форме единичности .

б) По мере накопления отдельных фактов во избежание того, чтобы не образовался неразличимый хаос данных, мы группируем или классифицируем собранный материал. Мы соединяем все сходное в одну особую группу, отличая ее от столь же особых категорий или групп. Соответственно этому мы выражаем достигнутый теперь результат в форме особенности .

в) Разбивка известных фактов на разобщенные между собой особые группы по признаку их особых свойств и на основе учета сходства, противопоставленного различию, лежит в основе искусственных или формальных классификаций. Естественная же классификация предполагает прежде всего нахождение общего признака или общей основы, лежащей в фундаменте всего данного круга явлений, и объединяющей собой все разобщенные группы. В соответствии с этим за ступенью особенности всегда следует та высшая ступень познания, на которой открывается закон природы. Открывая закон природы, мы выражаем достигнутый результат в форме всеобщности .

Таким образом, путь познания закона – это путь движения научной мысли от единичности (свойства отдельных элементов) к особенности (группы сходных по свойствам элементов) и от особенности к всеобщности (периодический закон).

Развитие научного познания, идущего от единичного через особенное ко всеобщему, может быть охарактеризовано в соответствии с тем, как логически соотносятся между собой различные звенья в общей цепи поступательного движения научной мысли. Если совокупность всех взаимосвязанных элементов принять за целое, то разбивку элементов на различные обособленные между собой группы мы можем рассматривать как деление целого на части. В таком случае переход от отдельных, обособленных групп к общей системе выступит как переход от анализа к синтезу. Напротив, вычленение или выделение из общей системы отдельных групп элементов будет означать обратное движение от синтетического подхода к аналитическому. По сути дела вся стадия разбивки элементов на их естественные группы представляет собой стадию анализа, если ее рассматривать по отношению ко всей совокупности химических элементов. Но вместе с тем, если ее брать по отношению к отдельным элементам, она выступает уже как подготовка перехода к синтезу через объединение элементов в некоторые новые единицы – группы, из которых, как из строительных кирпичиков можно будет построить здание целостной, охватывающей все элементы системы, т.е. осуществить теоретический синтез. В ходе открытия периодического закона и создания системы элементов выпукло проявилась взаимосвязь между синтезом и анализом в познавательном процессе – подготовительная функция анализа и заключительная синтеза.

3) Сравнительный метод

Суть метода, который Д.И. называл сравнительным, состоит в том, что элементы рассматриваются не изолированно, не сами по себе, а в их общей взаимной связи и в их взаимных отношениях. Уже на первых порах его применения сравнительный метод дал громадный выигрыш, так как позволял не только сопоставлять разные группы элементов между собой, но и проверять, насколько их сопоставление проведено правильно, а в связи с этим, насколько правильно составлены и сами группы.

Будучи исходным пунктом для разработки и применения сравнительного метода, сличение атомных весов подводило непосредственно к формулировке самого периодического закона, основанной на признании, что «величина атомного веса определяет характер элемента…».

Развитие Д.И. сравнительного подхода к изучению элементов вылилось 17 февраля 1869 г. В конкретную задачу: составить общую систему и найти в ней естественное место для каждой группы, а тем самым для каждого отдельного элемента.

С одной стороны, периодический закон был открыт при помощи сравнительного метода, а с другой – его открытие явилось мощным стимулом к дальнейшему совершенствованию этого метода.

Заключение

периодический менделеев познание научный

В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. Он взял на себя смелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства неоткрытых ещё элементов.

Д.И. Менделеев на протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (П. Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Л. Нильсен, 1879) и германий (К. Винклер1886) – соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

Хотя классификация Менделеева и имела значительные достоинства, которые способствовали ее быстрому распространению и превращению в руководящий критерий для исследований в области неорганической химии, она не была полностью лишена недостатков. Первый недостаток таблицы заключался в том, что водород, как одновалентный элемент был помещен в начале I группы. Помещение элементов меди, серебра и золота в I группе вместе со щелочными металлами и в VIII группе вместе с металлами группы железа и группы платины явно непоследовательно. Другие отклонения замечаются в VI, VII, и VIII группах.

Для того, чтобы периодическая система приобрела еще большую предсказательную силу и могла быть усовершенствована, имели значение работы по неорганической химии, проведенные в последние десятилетия XIX века. Толчком к пересмотру классификации послужили исследования редких земель, которые привели к выделению многих элементов, не поддававшихся обычному способу классификации, и к открытию благородных газов Рамзаем и Рэлеем

В начале XX века Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведения в соответствие с новейшими научными данными. Д.И. Менделеев и У. Рамзай пришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы элементов, в которую вошли инертные газы. Инертные газы явились, таким образом, элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунер нашёл решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложив в 1902 г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинном варианте таблицы шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый, которые в свою очередь длиннее, чем второй и третий периоды.

Дальнейшее развитие Периодического закона в было связано с успехами физики: установление делимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности в конце концов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов и создать теорию Периодической системы.

Мощный толчок для новых исследований внутренней природы элементов был дан открытием в 1898 г. супругами Кюри радия и тем комплексом явлений, которые известны под названием радиоактивности.

Для химии серьёзную проблему составляла необходимость размещения в Периодической таблице многочисленных продуктов радиоактивного распада, имеющих близкие атомные массы, но значительно отличающиеся периоды полураспада. Т. Сведберг в 1909 г. доказал, что свинец и неон, полученные в результате радиоактивного распада и отличающиеся по величине атомных масс от «обычных» элементов, химически им полностью тождественны. В 1911 г. Ф. Содди предложил размещать химически неразличимые элементы, имеющие различные атомные массы (изотопы) в одной ячейке таблицы.

В 1913 г. английский физик Г. Мозли установил, что корень из характеристической частоты рентгеновского излучения элемента (н) линейно зависит от целочисленной величины – атомного номера (Z), который совпадает с номером элемента в Периодической таблице:

,

где А и b – константы

Закон Мозли дал возможность экспериментально определить положение элементов в Периодической таблице. Атомный номер, совпадающий, как предположил в 1911 г. голландский физик А. Ван Ден Брук, с величиной положительного заряда ядра атома, стал основой классификации химических элементов. В 1920 г. английский физик Дж. Чедвик экспериментально подтвердил гипотезу Ван ден Брука; тем самым был раскрыт физический смысл порядкового номера элемента в Периодической системе. Периодический закон получил современную формулировку: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов».

В 1921–1923 гг., основываясь на модели атома Бора-Зоммерфельда, представляющей собой компромисс между классическими и квантовыми представлениями, Н. Бор заложил основы формальной теории Периодической системы. Причина периодичности свойств элементов, как показал Бор, заключалась в периодическом повторении строения внешнего электронного уровня атома.

Список использованных источников

1. Кедров Б.М. День одного великого открытия. – М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 640 с.

2. Ахметов Н.С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. – М.: Просвещение, 1991. – 224 с.

3. Корольков Д.В. Основы неорганической химии. – М.: Просвещение, 1982. – 271 с.

4. Джуа М. История химии. – М.: Мир, 1975. – 480 с.

www.ronl.ru

Курсовая работа - История открытия и подтверждения периодического закона Д.И. Менделеева

Реферат

Тема:

«История открытия и подтверждения периодического закона Д.И. Менделеева»

.

Санкт-Петербург 2007

Введение

Периодический закон Д.И. Менделеева – это фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д.И. Менделеевым в феврале 1869 г. При сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс (весов). Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Графическим (табличным) выражением периодического закона является разработанная Менделеевым периодическая система элементов.

1. Попытки других ученых вывести периодический закон

Периодическая система, или периодическая классификация, элементов имела огромное значение для развития неорганической химии во второй половине XIX в. Это значение в настоящее время колоссально, потому что сама система в результате изучения проблем строения вещества постепенно приобрела ту степень рациональности, которой невозможно было достичь, зная только атомные веса. Переход от эмпирической закономерности к закону составляет конечную цель всякой научной теории.

Поиски основы естественной классификации химических элементов и их систематизации начались задолго до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели, которые первыми работали в этой области, были вызваны недостаточностью экспериментальных данных: в начале XIX в. число известных химических элементов было ещё слишком невелико, а принятые значения атомных масс многих элементов неточны.

Не считая попыток Лавуазье и его школы дать классификацию элементов на основе критерия аналогии в химическом поведении, первая попытка периодической классификации элементов принадлежит Дёберейнеру.

Триады Дёберейнера и первые системы элементов

В 1829 г. немецкий химик И. Дёберейнер предпринял попытку систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами: Li–Na–K; Ca–Sr–Ba; S–Se–Te; P–As–Sb; Cl–Br–I.

Сущность предложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что атомная масса среднего элемента триады была близка к полусумме (среднему арифметическому) атомных масс двух крайних элементов триады. Хотя разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в соответствии с их атомными массами.

Идеи Дёберейнера были развиты Л. Гмелиным, который показал, что взаимосвязь между свойствами элементов и их атомными массами значительно сложнее, нежели триады. В 1843 г. Гмелин опубликовал таблицу, в которой химически сходные элементы были расставлены по группам в порядке возрастания соединительных (эквивалентных) весов. Элементы составляли триады, а также тетрады и пентады (группы из четырёх и пяти элементов), причём электроотрицательность элементов в таблице плавно изменялись сверху вниз.

В 1850-х гг. М. фон Петтенкофер и Ж. Дюма предложили т.н. дифференциальные системы, направленные на выявление общих закономерностей в изменении атомного веса элементов, которые детально разработали немецкие химики А. Штреккер и Г. Чермак.

В начале 60-х годов XIX в. появилось сразу несколько работ, которые непосредственно предшествовали Периодическому закону.

Спираль де Шанкуртуа

А. де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания (т.н. земная спираль ). При развертывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий; бериллий, магний, кальций; кислород, сера, селен, теллур и т.д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы – ничего общего с ними не имеющий титан.

Таблица Ньюлендса

Английский учёный Дж. Ньюлендс в 1864 г. опубликовал таблицу элементов, отражающую предложенный им закон октав. Ньюлендс показал, что в ряду элементов, размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элемента сходны со свойствами первого. Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица не содержала свободных мест; в итоге закон октав был принят чрезвычайно скептически.

Таблицы Одлинга и Мейера

В 1864 г. У. Одлинг опубликовал таблицу, в которой элементы были размещены согласно их атомным весам и сходству химических свойств, не сопроводив её, однако, какими-либо комментариями.

В том же 1864 г. появилась первая таблица немецкого химика Л. Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

В 1870 г. вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин «периодичность», уже предложенный к тому времени Менделеевым.

2. Что было сделано до дня великого открытия

Предпосылки открытия периодического закона следует искать в книге Д.И. Менделеева (далее Д.И.) «Основы химии». Первые главы 2-й части этой книги Д.И. написал в начале 1869 г. 1-я глава была посвящена натрию, 2-я – его аналогам, 3-я – теплоемкости, 4-я – щелочноземельным металлам. Ко дню открытия периодического закона (17 февраля 1869 г.) он, вероятно, уже успел изложить вопрос о соотношении таких полярно-противоположных элементов, как щелочные металлы и галоиды, которые были сближены между собой по величине их атомности (валентности), а также вопрос о соотношении самих щелочных металлов по величине их атомных весов. Он вплотную подошел и к вопросу о сближении и сопоставлении двух групп полярно-противоположных элементов по величине атомных весов их членов, что фактически уже означало отказ от принципа распределения элементов по их атомности и переход к принципу их распределения по атомным весам. Этот переход представлял собой не подготовку к открытию периодического закона, а уже начало самого открытия

К началу 1869 г. Значительная часть элементов была объединена в отдельные естественные группы и семейства по признаку общности химических свойств; наряду с этим другая часть их представлял собой разрозненные, стоявшие особняком отдельные элементы, которые не были объединены в особые группы. Твердо установленными считались следующие:

– группа щелочных металлов – литий, натрий, калий, рубидий и цезий;

– группа щелочноземельных металлов – кальций, стронций и барий;

– группа кислорода – кислород, сера, селен и теллур;

– группа азота – азот, фосфор, мышьяк и сурьма. Кроме того, сюда часто присоединяли висмут, а в качестве неполного аналога азота и мышьяка рассматривали ванадий;

– группа углерода – углерод, кремний и олово, причем в качестве неполных аналогов кремния и олова рассматривали титан и цирконий;

– группа галогенов (галоидов) – фтор, хлор, бром и йод;

– группа меди – медь и серебро;

– группа цинка – цинк и кадмий

– семейство железа – железо, кобальт, никель, марганец и хром;

– семейство платиновых металлов – платина, осмий, иридий, палладий, рутений и родий.

Сложнее дело обстояло с такими элементами, которые могли быть отнесены к разным группам или семействам:

– свинец, ртуть, магний, золото, бор, водород, алюминий, таллий, молибден, вольфрам.

Кроме того был известен ряд элементов, свойства которых были еще недостаточно изучены:

– семейство редкоземельных элементов – иттрий, «эрбий», церий, лантан и «дидим»;

– ниобий и тантал;

– бериллий;

– торий;

– уран;

– индий.

3. День великого открытия

Д.И. был весьма разносторонним ученым. Он давно и очень сильно интересовался вопросами сельского хозяйства. Он принимал самое близкое участие в деятельности Вольного экономического общества в Петербурге (ВЭО), членом которого он состоял. ВЭО организовало в ряде северных губерний артельное сыроварение. Одним из инициаторов этого начинания был Н.В. Верещагин. В конце 1868 г., т.е. в то время как Д.И. заканчивал вып. 2 своей книги, Верещагин обратился в ВЭО с просьбой прислать кого-нибудь из членов Общества для того, чтобы на месте обследовать работу артельных сыроварен. Согласие на такого рода поездку выразил Д.И. В декабре 1868 г. он обследовал ряд артельных сыроварен в Тверской губернии. Для завершения обследования нужна было дополнительная командировка. Как раз на 17 февраля 1869 г. и был назначен отъезд.

Если бы Д.И. мог наперед знать, что именно 17 февраля он займется новым химическим исследованием и что последующая обработка результатов займет у него столько времени, то вряд ли за 2 дня до открытия он взял бы из университета, где работал, отпускное свидетельство для поездки в ряд губерний, начиная с 17 февраля 1869 г.

Рассмотрим, как прошел день 17 февраля и какие события в жизни и творчестве его наполнили. В связи с этими событиями Д.И, не смог в намеченный срок выехать на сыроварни и был вынужден задержаться в Петербурге до начала марта. Все это время он был занят совершением и обработкой периодического закона и его первичной публикацией в виде таблицы элементов.

Чтобы лучше рассмотреть, как протекало открытие, выделим несколько стадий, которые оно прошло в течение этого одного дня:

1) начальная стадия, когда Д.И. нащупал новый принцип распределения элементов, делая выкладки на только что полученном письме от Ходнева;

2) стадия составления первых двух неполных набросков основной части будущей системы элементов;

3) стадия составления карточек элементов для «химического пасьянса»;

4) решающая стадия – составление полного чернового варианта всей системы;

5) заключительная стадия – переписывание набело только что открытой системы элементов для опубликования ее в печати.

В день отъезда Д.И. получил письмо за подписью секретаря ВЭО А.И. Ходнева. Д.И., по свидетельствам современников часто использовал обратную сторону писем для своих научных изысканий. А поскольку его неотступно преследовала мысль о нахождении общей закономерности свойств элементов, то, неудивительно, что, получив письмо, он стал делать на нем наброски будущей системы элементов.

Д.И. сопоставлял не отдельные элементы, а группы элементов, имеющих сходные свойства. Начал он с сопоставления группы щелочных металлов и галоидов. Затем долго искал переход от щелочных к щелочноземельным металлам. Он предполагал, что между ними должны находится т. наз. «переходные» металлы (Cu, Ag, Hg), а затем все же поставил щелочноземельные металлы после щелочных, минуя переходные.

Далее последовали две неполные таблички элементов, составленные на одном листе бумаги, в которых Д.И. продолжал составлять из групп элементов и отдельных элементов, не вошедших в группы, варианты будущей таблицы.

Решающим шагом к открытию периодического закона стало то, что Д.И. попытался сопоставить по величине атомных весов группы несходных элементов. Изначально Д.И. предполагал строить свою систему на основе принципа атомности (валентности) элементов. Однако затем он перешел к принципу распределения на основе величины атомной массы элементов. Тем не менее, принцип атомности не был отброшен, он применялся вкупе с новым принципом. Так, Менделеев выстраивал свои групп на основе не только общности химических свойств элементов, но и на основе их одинаковой валентности. А при составлении будущих периодов таблицы, он отмечал закономерное изменение валентности от1 до 4 при переходе от Li к C, а затем вновь до 1 при переходе к F.

При составлении нижней неполной таблички элементов для Д.И. становилось ясно, что решена была только первая, далеко не самая сложная задача – размещение уже довольно изученных элементов в центральной части будущей таблицы. Предстояла же самая сложная и трудная часть задачи с размещением элементов на периферии формирующейся системы.

В результате составления набросков двух неполных табличек элементов на отдельном листке бумаги выявилось несовершенство метода, примененного для выработки полной таблицы элементов, которая должна была охватить собой все элементы. При неясности положения того или иного элемента, этот элемент приходилось бы передвигать не один раз с места на место; тогда табличка заполнялась бы вычеркиваниями и поправками, что не дало бы возможности быстро ориентироваться при размещении новых элементов. Нужно было найти какой-то более гибкий, более подвижный способ, который позволял бы в любой момент видеть картину распределения элементов как бы в чистом виде, не заслоненную предшествующими переносами, исправлениями и зачеркиваниями. Такой прием Д.И, нашел в карточках с написанными на них элементами. Такие карточки легко можно было переставлять, имея перед глазами всю картину распределения элементов, достигнутого в данный момент. Вместе с тем можно было в любой момент обозревать карточки тех элементов, которые еще не попали в таблицу. Так возник прием, который А.Е. Ферсман очень удачно назвал «пасьянсом».

Все 63 карточки Д.И. разделил на четыре категории по признаку их распространенности и изученности. В 1-ю категорию попало 14 элементов, которые распространены повсеместно и составляют главный материал видимых тел: Al, C, Ca, Cl, Fe, H, K, Mg, N, Na, O, P, S, Si. В силу своей распространенности, эти элементы должны были входить в число хорошо исследованных. Во 2-ю категорию попали такие элементы (21), которые встречаются в свободном виде или в виде соединений, хотя и не распространены повсюду или встречаются в малых количествах: Ag, As, Au, B, Ba, Bi, Br, Co, Cr, Cu, F, Hg, I, Mn, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Sr, Zn. Эти элементы также должны были входить в число хорошо изученных. В 3-ю категорию вошло 18 элементов редких, но хорошо исследованных: Be, Ce, Cd, Cs, In, Ir, Li, Mo, Os, Pd, Rb, Se, Te, Tl, Ur, Wo, Y. В 4-ю категорию вошло 10 элементов редких и мало исследованных: Di, Er, La, Nb, Rh, Ru, Ta, Th, Va, Zr. В дальнейшем Д.И. мог сделать некоторые перестановки элементов между первыми тремя категориями и последней категорией. Когда карточки всех 63 элементов были готовы, Д.И. не прибегая еще к «химическому пасьянсу», установил порядок включения в свою готовящуюся систему отдельных категорий элементов. Но так как все элементы были изображены теперь на карточках, то можно предположить, что разбивка их на различные категории выражалась в разбивке карточек на несколько кучек. Вероятно, в первую очередь в таблицу должны были войти наиболее изученные элементы, причем те, связи между которыми были бесспорно выяснены на предшествующей стадии открытия периодического закона. При определении порядка включения элементов в таблицу признак распространенности не имел существенного значения, тогда как решающее значение приобретал атомный вес. Сначала вносились в таблицу более легкие, а затем – более тяжелые элементы. Первая кучка – наиболее изученные элементы; следующие за ней две кучки – менее изученные элементы; из них вторая – «легкие», третья – «тяжелые» элементы; четвертая – слабо изученные элементы. Разбив карточки всех элементов на кучки, Д.И. определил этим общую последовательность составления таблицы элементов.

К моменту раскладывания «пасьянса» открытие периодического закона вступило в свою решающую фазу. Определяющая роль атомного веса при сопоставлении групп несходных элементов выяснилась в полной мере. Центральная часть будущей системы элементов сформировалась в своей основе. Осталось «только» одно: доказать всеобщий характер того принципа, который уже был доказан в его применении к центральной части таблицы. Но это «только» составляло главную, непреодолимую еще трудность при создании периодической системы элементов.

При доведении до конца построения своей таблицы элементов Д.И. продолжил применять тот же прием сопоставления групп несходных элементов, с помощью которого он начал строить эту таблицу в первых записях, сделанных на письме Ходнева, и в обеих неполных табличках. Так, путем преставления карточек элементов на основе имеющихся уже сведений, и был открыт периодический закон.

Когда периодический закон был открыт, и была составлена система элементов в первом ее варианте, оставалось оформить достигнутый результат в виде чистой таблицы, по которой другие ученые могли бы ознакомиться с открытием, сделанным Д.И. При переписывании таблицы набело Д.И. внес следующие изменения: элементы в ней располагались не в порядке убывания, а в порядке возрастания атомных весов, т.е. более тяжелые элементы подписывались под более легкими, а на тех местах, где были пропуски и где можно было предполагать не известные еще элементы, Д.И. поставил знак вопроса и предположительно вычислил атомные веса.

Отдав в типографию для набора рукопись «Опыта системы элементов», Д.И. не мог уехать из Петербурга на сыроварни до тех пор, пока не пришла корректура. Для набора требовалось время, и это время Д.И. использовал для того, чтобы обобщить и обработать сделанное им открытие в виде статьи, изложив в ней то, что было заключено в «Опыте системы элементов». К моменту написания статьи Д.И. составил уже много различных вариантов системы элементов, основанной на их атомном весе. Свою статью он озаглавил «Соотношение свойств с атомным весом элементов»

В своей статье Д.И. писал: «Убедясь предыдущею таблицею в том, что атомный вес элементов может служить опорою их системы, я первоначально расположил элементы в непрерывном порядке по величине атомного веса и тотчас заметил, что существуют некоторые перерывы в ряду таким образом поставленных элементов». Анализируя это и другие высказывания Д.И., можно сделать вывод о том, что Д.И. сначала составил свой «Опыт системы элементов» (путем сопоставления групп элементов), а затем убедился, что атомный вес может являться основой системы элементов. После этого Д.И. приступил к дальнейшему исследованию открытой им закономерности, и это свое дальнейшее исследование начал с того, что расположил все элементы в непрерывный ряд по возрастанию их атомных весов. Это опровергает мнение некоторых химиков, будто сначала Д.И. составил общий ряд элементов по величине их атомного веса, и только после этого он заметил периодичность в изменении свойств; затем он разделил общий ряд на периоды и составил из этих отрезков свой «Опыт системы элементов». Все содержание статьи неоспоримо свидетельствует о том, что в этой статье Д.И. отразил, обобщил и подытожил тот путь, каким он шел в день 17 февраля 1869 г. При создании периодической системы элементов.

4. После дня великого открытия

В марте 1869 г., тут же после окончания статьи «Соотношение свойств с атомным весом элементов» Д.И. поехал на артельные сыроварни. Накануне отъезда, 1 марта 1869 г. Он разослал многим химикам отпечатанный листок с «Опытом системы элементов». 6 марта состоялся доклад о системе элементов в заседании русского химического общества.

По причине отсутствия Д.И. в Петербурге, доклад о его открытии сделал профессор Н.А. Меншуткин. В связи с этим позднее возникли различные легенды по этому поводу. Наиболее распространенной стала легенда о мнимой болезни Д.И., которую распространил Б.Н. Меншуткин (сын Н.А. Меншуткина). А М.Н. Младенцев предложил совсем уж невероятное объяснение: «Первое сообщение было сделано 6 марта 1869 г. В заседании Химического общества проф. Н.А. Меншуткиным, так как сам Д.И., видимо, волновался и не решался выступить, хотя ему и ясно было все великое значение настоящего открытия». Все эти легенды ни в коей мере не соответствуют действительности. Причина выступления Меншуткина вместо Менделеева была совсем в другом.

5. Применение Д.И. Менделеевым методов научного познания

Научное открытие такого масштаба, как открытие периодического закона, не могло бы совершиться в столь краткий срок, если бы его автор не владел в совершенстве подлинно научным методом познания, методом научного исследования явлений природы.

1) Метод восхождения.

Метод восхождения отвечает движению познания от непосредственно данного, исходного, к раскрываемому лишь опосредованно, при помощи абстрактного мышления. Следовательно, метод восхождения в самой общей форме выражает то обстоятельство, что развитие мысли в ходе научного познания, как и всякое развитие совершается не хаотически, а в определенном направлении, строго последовательно. Сам Д.И. писал: «Познание и полное обладание предметами состоит из трех степеней: 1) наблюдение, констатирование факта, я вижу, но не знаю, как сделать, отчего и пр. Ему соответствует описание, изучение факта. 2) Соотношение факта с некоторыми другими – закон, этому соответствует измерение. 3) Теория – связь внутренняя с цельным миросозерцанием… начинается гипотезою, кончается теоретическим открытием новых явлений, выводом всего из одного положения. Этому соответствует предсказание явления в совершенной его точности, открытие новых явлений».

Таким образом, становится понятно, что, вопреки существующим в нашей литературе мнениям, Д.И. не был приверженцем только индуктивного метода. Индукцию в ее правильном понимании Д.И. не противопоставляет дедукции, а фактически рассматривает в единстве с ней.

При таком методе познания происходит переход от простейших «клеточек», как их назвал сам Д.И. к более общим законам. Такой «клеточкой» стало рассмотрение в 1-ой части «Основ химии» поваренной соли NaCl. Можно сказать, что, выбрав NaCl в качестве исходного вещества при изложении систематической части химии, Д.И. выбрал нечто простое, обычное, множество раз встречающееся в практике человека. Именно такой и должна быть «клеточка» науки, с которой следует начинать изложение этой науки. Дело в том, что в этом соединении уже были даны в их естественной связи (химической) представители двух наиболее характерных, причем полярно противоположных, химических элементов – Na и Cl отправляясь от соотношения обоих этих элементов, существующего в самой природе, Д.И. нашел сразу ключ к дальнейшему развитию своей творческой мысли. Именно отсюда вытекала необходимость сопоставить две группы наиболее несходных между собой элементов – галогенов и щелочных металлов.

Следует еще отметить, что на всем протяжении совершаемого открытия Д.И. строго придерживался выработавшейся последовательности – переходить от известного к неизвестному и от более известного к менее известному.

Всякий закон в науке устанавливается в итоге обобщения. Тем самым рассмотрение метода восхождения непосредственно приводит к рассмотрению другого, связанного с ним метода, который можно назвать методом обобщения.

2) Метод обобщения. Переход от особенного ко всеобщему.

Путь познания любого закона природы исторически, вполне закономерно проходит отдельные ступени. В общем случае таких ступеней можно выделить три:

а) Исходным является собирание или накопление отдельных, единичных фактов, относящихся к изучаемому кругу явлений. Регистрируя каждый такой отдельный факт, мы высказываем полученный нами результат в форме единичности .

б) По мере накопления отдельных фактов во избежание того, чтобы не образовался неразличимый хаос данных, мы группируем или классифицируем собранный материал. Мы соединяем все сходное в одну особую группу, отличая ее от столь же особых категорий или групп. Соответственно этому мы выражаем достигнутый теперь результат в форме особенности .

в) Разбивка известных фактов на разобщенные между собой особые группы по признаку их особых свойств и на основе учета сходства, противопоставленного различию, лежит в основе искусственных или формальных классификаций. Естественная же классификация предполагает прежде всего нахождение общего признака или общей основы, лежащей в фундаменте всего данного круга явлений, и объединяющей собой все разобщенные группы. В соответствии с этим за ступенью особенности всегда следует та высшая ступень познания, на которой открывается закон природы. Открывая закон природы, мы выражаем достигнутый результат в форме всеобщности .

Таким образом, путь познания закона – это путь движения научной мысли от единичности (свойства отдельных элементов) к особенности (группы сходных по свойствам элементов) и от особенности к всеобщности (периодический закон).

Развитие научного познания, идущего от единичного через особенное ко всеобщему, может быть охарактеризовано в соответствии с тем, как логически соотносятся между собой различные звенья в общей цепи поступательного движения научной мысли. Если совокупность всех взаимосвязанных элементов принять за целое, то разбивку элементов на различные обособленные между собой группы мы можем рассматривать как деление целого на части. В таком случае переход от отдельных, обособленных групп к общей системе выступит как переход от анализа к синтезу. Напротив, вычленение или выделение из общей системы отдельных групп элементов будет означать обратное движение от синтетического подхода к аналитическому. По сути дела вся стадия разбивки элементов на их естественные группы представляет собой стадию анализа, если ее рассматривать по отношению ко всей совокупности химических элементов. Но вместе с тем, если ее брать по отношению к отдельным элементам, она выступает уже как подготовка перехода к синтезу через объединение элементов в некоторые новые единицы – группы, из которых, как из строительных кирпичиков можно будет построить здание целостной, охватывающей все элементы системы, т.е. осуществить теоретический синтез. В ходе открытия периодического закона и создания системы элементов выпукло проявилась взаимосвязь между синтезом и анализом в познавательном процессе – подготовительная функция анализа и заключительная синтеза.

3) Сравнительный метод

Суть метода, который Д.И. называл сравнительным, состоит в том, что элементы рассматриваются не изолированно, не сами по себе, а в их общей взаимной связи и в их взаимных отношениях. Уже на первых порах его применения сравнительный метод дал громадный выигрыш, так как позволял не только сопоставлять разные группы элементов между собой, но и проверять, насколько их сопоставление проведено правильно, а в связи с этим, насколько правильно составлены и сами группы.

Будучи исходным пунктом для разработки и применения сравнительного метода, сличение атомных весов подводило непосредственно к формулировке самого периодического закона, основанной на признании, что «величина атомного веса определяет характер элемента…».

Развитие Д.И. сравнительного подхода к изучению элементов вылилось 17 февраля 1869 г. В конкретную задачу: составить общую систему и найти в ней естественное место для каждой группы, а тем самым для каждого отдельного элемента.

С одной стороны, периодический закон был открыт при помощи сравнительного метода, а с другой – его открытие явилось мощным стимулом к дальнейшему совершенствованию этого метода.

Заключение

периодический менделеев познание научный

В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. Он взял на себя смелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства неоткрытых ещё элементов.

Д.И. Менделеев на протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (П. Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Л. Нильсен, 1879) и германий (К. Винклер1886) – соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

Хотя классификация Менделеева и имела значительные достоинства, которые способствовали ее быстрому распространению и превращению в руководящий критерий для исследований в области неорганической химии, она не была полностью лишена недостатков. Первый недостаток таблицы заключался в том, что водород, как одновалентный элемент был помещен в начале I группы. Помещение элементов меди, серебра и золота в I группе вместе со щелочными металлами и в VIII группе вместе с металлами группы железа и группы платины явно непоследовательно. Другие отклонения замечаются в VI, VII, и VIII группах.

Для того, чтобы периодическая система приобрела еще большую предсказательную силу и могла быть усовершенствована, имели значение работы по неорганической химии, проведенные в последние десятилетия XIX века. Толчком к пересмотру классификации послужили исследования редких земель, которые привели к выделению многих элементов, не поддававшихся обычному способу классификации, и к открытию благородных газов Рамзаем и Рэлеем

В начале XX века Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведения в соответствие с новейшими научными данными. Д.И. Менделеев и У. Рамзай пришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы элементов, в которую вошли инертные газы. Инертные газы явились, таким образом, элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунер нашёл решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложив в 1902 г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинном варианте таблицы шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый, которые в свою очередь длиннее, чем второй и третий периоды.

Дальнейшее развитие Периодического закона в было связано с успехами физики: установление делимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности в конце концов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов и создать теорию Периодической системы.

Мощный толчок для новых исследований внутренней природы элементов был дан открытием в 1898 г. супругами Кюри радия и тем комплексом явлений, которые известны под названием радиоактивности.

Для химии серьёзную проблему составляла необходимость размещения в Периодической таблице многочисленных продуктов радиоактивного распада, имеющих близкие атомные массы, но значительно отличающиеся периоды полураспада. Т. Сведберг в 1909 г. доказал, что свинец и неон, полученные в результате радиоактивного распада и отличающиеся по величине атомных масс от «обычных» элементов, химически им полностью тождественны. В 1911 г. Ф. Содди предложил размещать химически неразличимые элементы, имеющие различные атомные массы (изотопы) в одной ячейке таблицы.

В 1913 г. английский физик Г. Мозли установил, что корень из характеристической частоты рентгеновского излучения элемента (н) линейно зависит от целочисленной величины – атомного номера (Z), который совпадает с номером элемента в Периодической таблице:

,

где А и b – константы

Закон Мозли дал возможность экспериментально определить положение элементов в Периодической таблице. Атомный номер, совпадающий, как предположил в 1911 г. голландский физик А. Ван Ден Брук, с величиной положительного заряда ядра атома, стал основой классификации химических элементов. В 1920 г. английский физик Дж. Чедвик экспериментально подтвердил гипотезу Ван ден Брука; тем самым был раскрыт физический смысл порядкового номера элемента в Периодической системе. Периодический закон получил современную формулировку: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов».

В 1921–1923 гг., основываясь на модели атома Бора-Зоммерфельда, представляющей собой компромисс между классическими и квантовыми представлениями, Н. Бор заложил основы формальной теории Периодической системы. Причина периодичности свойств элементов, как показал Бор, заключалась в периодическом повторении строения внешнего электронного уровня атома.

Список использованных источников

1. Кедров Б.М. День одного великого открытия. – М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 640 с.

2. Ахметов Н.С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. – М.: Просвещение, 1991. – 224 с.

3. Корольков Д.В. Основы неорганической химии. – М.: Просвещение, 1982. – 271 с.

4. Джуа М. История химии. – М.: Мир, 1975. – 480 с.

www.ronl.ru

Реферат - Менделеев и Периодический закон

Профессор Б. Д. Степин

За четыре года до открытия Периодического закона Д.И. Менделеев, наконец, обрел спокойствие в семейных делах и уверенность в своих действиях. В 1865 году он купил имение Боблово недалеко от Клина и получил возможность заниматься агрохимией, которой тогда увлекался, и отдыхать там с семьей каждое лето.

В 1867 году Менделеев стал заведовать кафедрой общей и неорганической химии физико-математического факультета Петербургского университета, а в конце года ему предоставили долгожданную университетскую квартиру. В мае 1868 года у Менделеевых родилась любимая дочь Ольга...

Вот несколько эпизодов из жизни Дмитрия Ивановича Менделеева.

Он родился в 1834 году в Тобольске и был последним, семнадцатым по счету ребенком в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. Ко времени его рождения в семье Менделеевых из детей осталось в живых два брата и пять сестер. Девять детей умерли еще в младенческом возрасте, а троим из них родители даже не успели дать имена.

Учеба Дмитрия Менделеева в Петербурге в педагогическом институте вначале давалась нелегко. На первом курсе он умудрился по всем предметам, кроме математики, получить неудовлетворительные оценки. Но на старших курсах дело пошло по-другому — среднегодовой балл Менделеева был равен четырем с половиной (из пяти возможных). Он окончил институт в 1855 году с золотой медалью, получив диплом старшего учителя.

Жизнь не всегда была благосклонна к Менделееву: были в ней и разрыв с невестой, и недоброжелательность коллег, неудачный брак и затем развод… Два года (1880 и 1881) были очень тяжелыми в жизни Менделеева. В декабре 1880 года Петербургская академия наук отказала ему в избрании академиком: «за» проголосовало девять, а «против» — десять академиков. Особенно неблаговидную роль при этом сыграл секретарь академии некто Веселовский. Он откровенно заявил: «Мы не хотим университетских. Если они и лучше нас, то нам все-таки их не нужно».

В 1881 году с большим трудом был расторгнут брак Менделеева с первой женой, совершенно не понимавшей мужа и упрекавшей его в отсутствии внимания.

«Мастер чемоданных дел»

Любимым занятием на досуге у Менделеева в течение многих лет было изготовление чемоданов и рамок для портретов. Припасы для этих работ он закупал в Гостином дворе. Однажды, выбирая нужный товар, Менделеев услыхал за спиной вопрос одного из покупателей:

— «Кто этот почтенный господин?»

— «Таких людей знать надо, — с уважением в голосе ответил приказчик. — Это мастер чемоданных дел Менделеев».

В 1895 году Менделеев ослеп, но продолжал руководить Палатой мер и весов. Деловые бумаги ему зачитывали вслух, распоряжения он диктовал секретарю, а дома вслепую продолжал клеить чемоданы. Профессор И. В. Костенич за две операции удалил катаракту, и вскоре зрение вернулось…

Но вернемся к 1867 году.

Зимой 1867-68 года Менделеев начал писать учебник «Основы химии» и сразу столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 года, обдумывая структуру учебника, он постепенно пришел к выводу, что свойства простых веществ (а это есть форма существования химических элементов в свободном состоянии) и атомные массы элементов связывает некая закономерность.

Менделеев многого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс и о возникающих при этом казусах. Например, он не имел почти никакой информации о работах Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера.

Решающий этап его раздумий наступил 1 марта 1869 года (14 февраля по старому стилю). Днем раньше Менделеев написал прошение об отпуске на десять дней для обследования артельных сыроварен в Тверской губернии: он получил письмо с рекомендациями по изучению производства сыра от А. И. Ходнева — одного из руководителей Вольного экономического общества.

В Петербурге в этот день было пасмурно и морозно. Под ветром поскрипывали деревья в университетском саду, куда выходили окна квартиры Менделеева. Еще в постели Дмитрий Иванович выпил кружку теплого молока, затем встал, умылся и пошел завтракать. Настроение у него было чудесное.

Неожиданная мысль

За завтраком Менделееву пришла неожиданная мысль: сопоставить близкие атомные массы различных химических элементов и их химические свойства.

Недолго думая, на обратной стороне письма Ходнева он записал символы хлора Cl и калия K с довольно близкими атомными массами, равными соответственно 35,5 и 39 (разница всего в 3,5 единицы). На том же письме Менделеев набросал символы других элементов, отыскивая среди них подобные «парадоксальные» пары: фтор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, иод I и цезий Cs, для которых различие масс возрастает с 4,0 до 5,0, а потом и до 6,0. Менделеев тогда не мог знать, что «неопределенная зона» между явными неметаллами и металлами содержит элементы — благородные газы, открытие которых в дальнейшем существенно видоизменит Периодическую систему.

После завтрака Менделеев закрылся в своем кабинете. Он достал из конторки пачку визитных карточек и стал на их обратной стороне писать символы элементов и их главные химические свойства.

Через некоторое время домочадцы услышали, как из кабинета стало доноситься: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Эти возгласы означали, что у Дмитрия Ивановича наступило творческое вдохновение.

Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного и того же элемента. В который раз на помощь ему пришло доскональное знание неорганической химии. Постепенно начал вырисовываться облик будущей Периодической системы химических элементов.

Так, вначале он положил карточку с элементом бериллием Be (атомная масса 14) рядом с карточкой элемента алюминия Al (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции приняв бериллий за аналог алюминия. Однако затем, сопоставив химические свойства, он поместил бериллий над магнием Mg. Усомнившись в общепринятом тогда значении атомной массы бериллия, он изменил ее на 9,4, а формулу оксида бериллия переделал из Be2O3 в BeO (как у оксида магния MgO). Кстати, «исправленное» значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Так же смело действовал он и в других случаях.

Постепенно Дмитрий Иванович пришел к окончательному выводу, что элементы, расположенные по возрастанию их атомных масс, выказывают явную периодичность физических и химических свойств.

В течение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясь ненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать.

Вечером 1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставив дату «17 февраля 1869 года» (это по старому стилю).

Так был открыт Периодический закон...

… Так был открыт Периодический закон, современная формулировка которого такова:

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

Менделееву тогда было всего 35 лет.

Отпечатанные листки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным и зарубежным химикам и только после этого выехал из Петербурга для обследования сыроварен.

До отъезда он еще успел передать Н. А. Меншуткину, химику-органику и будущему историку химии, рукопись статьи «Соотношение свойств с атомным весом элементов» — для публикации в Журнале Русского химического общества и для сообщения на предстоящем заседании общества.

18 марта 1869 года Меншуткин, который был в то время делопроизводителем общества, сделал от имени Менделеева небольшой доклад о Периодическом законе. Доклад сначала не привлек особого внимания химиков, и Президент русского химического общества, академик Николай Зинин (1812-1880) заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочтя статью Дмитрия Ивановича «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов», Зинин изменил свое мнение и написал Менделееву: «Очень, очень хорошо, премного отличных сближений, даже весело читать, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов. Искренне Вам преданный и глубоко Вас уважающий Н. Зинин».

Так что же такое периодичность?

Это повторяемость химических свойств простых веществ и их соединений при изменении порядкового номера элемента Z и появление у ряда свойств максимумов и минимумов, в зависимости от значения порядкового (атомного) номера элемента.

Например, что позволяет объединить в одну группу все щелочные элементы?

Прежде всего, повторяемость через некоторые интервалы значений Z электронной конфигурации. Атомы всех щелочных элементов имеют на внешней атомной орбитали всего один электрон, и поэтому в своих соединениях проявляют одну и ту же степень окисления, равную +I. Формулы их соединений однотипны: у хлоридов MCl, у карбонатов — М2СO3, у ацетатов — Ch4COOM и так далее (здесь буквой M обозначен щелочной элемент).

Менделееву после открытия Периодического закона предстояло сделать еще многое. Причина периодического изменения свойств элементов оставалась неизвестной, не находила объяснения и сама структура Периодической системы, где свойства повторялись через семь элементов у восьмого. Однако с этих чисел был снят первый покров таинственности: во втором и третьем периодах системы находилось тогда как раз по семь элементов.

Не все элементы Менделеев разместил в порядке возрастания атомных масс; в некоторых случаях он больше руководствовался сходством химических свойств. Так, у кобальта Co атомная масса больше, чем у никеля Ni, у теллура Te она также больше, чем у иода I, но Менделеев разместил их в порядке Co — Ni, Te — I, а не наоборот. Иначе теллур попадал бы в группу галогенов, а иод становился родственником селена Se.

Самое же важное в открытии Периодического закона — предсказание существования еще не открытых химических элементов. Под алюминием Al Менделеев оставил место для его аналога «экаалюминия», под бором B — для «экабора», а под кремнием Si — для «экасилиция». Так назвал Менделеев еще не открытые химические элементы. Он даже дал им символы El, Eb и Es.

По поводу элемента «экасилиция» Менделеев писал: «Мне кажется, наиболее интересным из несомненно недостающих металлов будет тот, который принадлежит к IV группе аналогов углерода, а именно, к III ряду. Это будет металл, следующий тотчас же за кремнием, и потому назовем его экасилицием». Действительно, этот еще не открытый элемент должен был стать своеобразным «замкОм», связывающим два типичных неметалла — углерод C и кремний Si — с двумя типичными металлами — оловом Sn и свинцом Pb.

Не все зарубежные химики сразу оценили значение открытия Менделеева. Уж очень многое оно меняло в мире сложившихся представлений. Так, немецкий физикохимик Вильгельм Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Немецкий химик Роберт Бунзен, открывший в 1861 году два новых щелочных элемента, рубидий Rb и цезий Cs, писал, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мир чистых абстракций».

Профессор Лейпцигского университета Герман Кольбе в 1870 году назвал открытие Менделеева «спекулятивным». Кольбе отличался грубостью и неприятием новых теоретических воззрений в химии. В частности, он был противником теории строения органических соединений и в свое время резко обрушился на статью Якоба Вант-Гоффа «Химия в пространстве». Позднее Вант-Гофф за свои исследования стал первым Нобелевским лауреатом. А ведь Кольбе предлагал таких исследователей, как Вант-Гофф, «исключить из рядов настоящих ученых и зачислить их в лагерь спиритов»!

С каждым годом Периодический закон завоевывал все большее число сторонников, а его открыватель — все большее признание. В лаборатории Менделеева стали появляться высокопоставленные посетители, в том числе даже великий князь Константин Николаевич, управляющий морским ведомством.

Триумф

Наконец, пришло время триумфа. В 1875 году французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл в минерале вюртците — сульфиде цинка ZnS — предсказанный Менделеевым «экаалюминий» и назвал его в честь своей родины галлием Ga (латинское название Франции — «Галлия»). Он писал: «Я думаю, нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов господина Менделеева».

Заметим, что в названии элемента есть намек и на имя самого Буабодрана. Латинское слово «галлус» означает петух, а по-французски петух — «ле кок». Это слово есть и в имени первооткрывателя. Что имел в виду Лекок де Буабодран, когда давал название элементу — себя или свою страну — этого, видимо, уже никогда не выяснить.

Менделеев точно предсказал свойства экаалюминия: его атомную массу, плотность металла, формулу оксида El2O3, хлорида ElCl3, сульфата El2(SO4)3. После открытия галлия эти формулы стали записывать как Ga2O3, GaCl3 и Ga2(SO4)3. Менделеев предугадал, что это будет очень легкоплавкий металл, и действительно, температура плавления галлия оказалась равной 29,8 оС. По легкоплавкости галлий уступает только ртути Hg и цезию Cs.

В 1879 году шведский химик Ларс Нильсон открыл скандий, предсказанный Менделеевым как экабор Eb. Нильсон писал: «Не остается никакого сомнения, что в скандии открыт экабор… Так подтверждаются нагляднейшим образом соображения русского химика, которые не только дали возможность предсказать существование скандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства». Скандий получил название в честь родины Нильсона Скандинавии, а открыл он его в сложном минерале гадолините, имеющем состав Be2(Y,Sc)2FeO2(SiO4)2.

В 1886 году профессор Горной академии во Фрайбурге немецкий химик Клеменс Винклер при анализе редкого минерала аргиродита состава Ag8GeS6 обнаружил еще один элемент, предсказанный Менделеевым. Винклер назвал открытый им элемент германием Ge в честь своей родины, но это почему-то вызвало резкие возражения со стороны некоторых химиков. Они стали обвинять Винклера в национализме, в присвоении открытия, которое сделал Менделеев, уже давший элементу имя «экасилиций» и символ Es. Обескураженный Винклер обратился за советом к самому Дмитрию Ивановичу. Тот объяснил, что именно первооткрыватель нового элемента должен дать ему название.

Предугадать существование группы благородных газов Менделеев не мог, и им поначалу не нашлось места в Периодической системе.

Открытие аргона Ar английскими учеными У. Рамзаем и Дж. Релеем в 1894 году сразу же вызвало бурные дискуссии и сомнения в Периодическом законе и Периодической системе элементов. Менделеев вначале посчитал аргон аллотропной модификацией азота и только в 1900 году под давлением непреложных фактов согласился с присутствием в Периодической системе «нулевой» группы химических элементов, которую заняли другие благородные газы, открытые вслед за аргоном. Теперь эта группа известна под номером VIIIА.

В 1905 году Менделеев написал: «По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя как русского меня хотели затереть, особенно немцы».

Открытие Периодического закона ускорило развитие химии и открытие новых химических элементов.

www.ronl.ru

Реферат - Периодический закон ДИ Менделеева

Физический смысл химической периодичности.«Свойства элементов, а потому и образуемых ими простых и сложных тел (веществ), стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Современная формулировка:

«свойства химических элементов (т.е. свойства и форма образуемых ими соединений) находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов химических элементов».

Периодические изменения свойств химических элементов обусловлены правильным повторением электронной конфигурации внешнего энергетического уровня (валентных электронов) их атомов с увеличением заряда ядра.

Графическим изображением периодического закона является периодическая таблица. Она содержит 7 периодов и 8 групп.

Период — горизонтальные ряды элементов с одинаковым максимальным значением главного квантового числа валентных электронов. Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента. Периоды могут состоять из 2 (первый), 8 (второй и третий), 18 (четвертый и пятый) или 32 (шестой) элементов, в зависимости от количества электронов на внешнем энергетическом уровне. Последний, седьмой период незавершен. Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом (s-элементом), а заканчиваются благородным газом (ns2 np6).

Металлические свойства рассматриваются, как способность атомов элементов легко отдавать электроны, а неметаллические — присоединять электроны из-за стремления атомов приобрести устойчивую конфигурацию с заполненными подуровнями. Заполнение внешнего s- подуровня указывает на металлические свойства атома, а формирование внешнего p- подуровня — на неметаллические свойства. Увеличение числа электронов на p- подуровне (от 1 до 5) усиливает неметаллические свойства атома. Атомы с полностью сформированной, энергетически устойчивой конфигурацией внешнего электронного слоя (ns2 np6) химически инертны.

В больших периодах переход свойств от активного металла к благородному газу происходит более плавно, чем в малых периодах, т.к. происходит формирование внутреннего (n — 1) d- подуровня при сохранении внешнего ns2 — слоя. Большие периоды состоят из четных и нечетных рядов.

У элементов четных рядов на внешнем слое ns2 — электроны, поэтому преобладают металлические свойства и их ослабление с ростом заряда ядра невелико; в нечетных рядах формируется np- подуровень, что объясняет значительное ослабление металлических свойств.

Группы — вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы.

Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних ns- и np- подуровнях.

Побочные подгруппы состоят из элементов только больших периодов. Их валентные электроны находятся на внешнем ns- подуровне и внутреннем (n — 1) d- подуровне (или (n — 2) f- подуровне).

В зависимости от того, какой подуровень (s-, p-, d- или f-) заполняется валентными электронами, элементы периодической системы подразделяются на: s- элементы (элементы главной подгруппы I и II групп), p- элементы (элементы главных подгрупп III — VII групп), d- элементы (элементы побочных подгрупп), f- элементы (лантаноиды, актиноиды).

В главных подгруппах сверху вниз металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Элементы главных и побочных групп сильно отличаются по свойствам.

Номер группы показывает высшую валентность элемента (кроме O, F, элементов подгруппы меди и восьмой группы).

Общими для элементов главных и побочных подгрупп являются формулы высших оксидов (и их гидратов). У высших оксидов и их гидратов элементов I — III групп (кроме бора) преобладают основные свойства, с IV по VIII — кислотные.

VIII (кроме инертных газов)

 Для элементов главных подгрупп общими являются формулы водородных соединений. Элементы главных подгрупп I — III групп образуют твердые вещества — гидриды (водород в степени окисления — 1), а IV — VII групп — газообразные. Водородные соединения элементов главных подгрупп IV группы (ЭН4) — нейтральны, V группы (ЭН3) — основания, VI и VII групп (Н2Э и НЭ) — кислоты.

От положения элементов в периодической системе зависят свойства атома, связанные с его электронной конфигурацией: атомный радиус — по периоду слева направо уменьшается, а в подгруппе сверху вниз возрастает; энергия ионизации — по периоду возрастает, а в подгруппе уменьшается; электроотрицательность — по периоду увеличивается, а в подгруппе уменьшается.

По положению элемента в периодической системе можно прогнозировать его основные свойства как средние всех его соседей:

Пример:

На основании периодической таблицы охарактеризуйте химический элемент с порядковым номером 21.

Для характеристики химического элемента по периодической системе Д.И.Менделеева следует рассмотреть:

1. Положение в периодической таблице (порядковый номер; период, ряд; группа, подгруппа; атомная масса).

2. Строение атома (заряд ядра; состав ядра — количество протонов p11, нейтронов n01 и электронов e; число энергетических уровней и подуровней; написать формулу электронной конфигурации; квантовые ячейки; по числу и характеру валентных электронов определить тип элемента).

3. Формулы и химический характер соединений (высшего оксида и гидроксида; водородных соединений).

4. Сравнить с соседями (по периоду, по группе).

a) Порядковый номер элемента Z = 21 обозначает: заряд ядра атома элемента (скандия): 6521Sc — +21; число протонов p11: 21Sc — 21 p11; число электронов e: 21Sc — 21e; число нейтронов n01 = Ar — Z = 65 — 21 = 44 — 44n10

Формула состава атома:

21p11; 44n10

 Скандий находится в IV периоде; номер периода обозначает число энергетических уровней — 4. Скандий расположен в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны будут находится на 4s- и 3d-подуровнях.

Электронная формула скандия:

21Sc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2

[Ar]

или в виде сокращенной записи: [Ar] 3d14s2

Электронная формула в виде квантовых ячеек:

 Скандий — d- элемент. Электронное строение атома заканчивается s- электронами, поэтому элемент будет проявлять металлические свойства.

Формула высшего оксида — Sc2O3, гидроксида — Sc(OH)3 обладают слабыми основными свойствами. Соединений с водородом не образует.

www.ronl.ru

Курсовая работа - Менделеев и Периодический закон

Профессор Б. Д. Степин

За четыре года до открытия Периодического закона Д.И. Менделеев, наконец, обрел спокойствие в семейных делах и уверенность в своих действиях. В 1865 году он купил имение Боблово недалеко от Клина и получил возможность заниматься агрохимией, которой тогда увлекался, и отдыхать там с семьей каждое лето.

В 1867 году Менделеев стал заведовать кафедрой общей и неорганической химии физико-математического факультета Петербургского университета, а в конце года ему предоставили долгожданную университетскую квартиру. В мае 1868 года у Менделеевых родилась любимая дочь Ольга...

Вот несколько эпизодов из жизни Дмитрия Ивановича Менделеева.

Он родился в 1834 году в Тобольске и был последним, семнадцатым по счету ребенком в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. Ко времени его рождения в семье Менделеевых из детей осталось в живых два брата и пять сестер. Девять детей умерли еще в младенческом возрасте, а троим из них родители даже не успели дать имена.

Учеба Дмитрия Менделеева в Петербурге в педагогическом институте вначале давалась нелегко. На первом курсе он умудрился по всем предметам, кроме математики, получить неудовлетворительные оценки. Но на старших курсах дело пошло по-другому — среднегодовой балл Менделеева был равен четырем с половиной (из пяти возможных). Он окончил институт в 1855 году с золотой медалью, получив диплом старшего учителя.

Жизнь не всегда была благосклонна к Менделееву: были в ней и разрыв с невестой, и недоброжелательность коллег, неудачный брак и затем развод… Два года (1880 и 1881) были очень тяжелыми в жизни Менделеева. В декабре 1880 года Петербургская академия наук отказала ему в избрании академиком: «за» проголосовало девять, а «против» — десять академиков. Особенно неблаговидную роль при этом сыграл секретарь академии некто Веселовский. Он откровенно заявил: «Мы не хотим университетских. Если они и лучше нас, то нам все-таки их не нужно».

В 1881 году с большим трудом был расторгнут брак Менделеева с первой женой, совершенно не понимавшей мужа и упрекавшей его в отсутствии внимания.

«Мастер чемоданных дел»

Любимым занятием на досуге у Менделеева в течение многих лет было изготовление чемоданов и рамок для портретов. Припасы для этих работ он закупал в Гостином дворе. Однажды, выбирая нужный товар, Менделеев услыхал за спиной вопрос одного из покупателей:

— «Кто этот почтенный господин?»

— «Таких людей знать надо, — с уважением в голосе ответил приказчик. — Это мастер чемоданных дел Менделеев».

В 1895 году Менделеев ослеп, но продолжал руководить Палатой мер и весов. Деловые бумаги ему зачитывали вслух, распоряжения он диктовал секретарю, а дома вслепую продолжал клеить чемоданы. Профессор И. В. Костенич за две операции удалил катаракту, и вскоре зрение вернулось…

Но вернемся к 1867 году.

Зимой 1867-68 года Менделеев начал писать учебник «Основы химии» и сразу столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 года, обдумывая структуру учебника, он постепенно пришел к выводу, что свойства простых веществ (а это есть форма существования химических элементов в свободном состоянии) и атомные массы элементов связывает некая закономерность.

Менделеев многого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс и о возникающих при этом казусах. Например, он не имел почти никакой информации о работах Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера.

Решающий этап его раздумий наступил 1 марта 1869 года (14 февраля по старому стилю). Днем раньше Менделеев написал прошение об отпуске на десять дней для обследования артельных сыроварен в Тверской губернии: он получил письмо с рекомендациями по изучению производства сыра от А. И. Ходнева — одного из руководителей Вольного экономического общества.

В Петербурге в этот день было пасмурно и морозно. Под ветром поскрипывали деревья в университетском саду, куда выходили окна квартиры Менделеева. Еще в постели Дмитрий Иванович выпил кружку теплого молока, затем встал, умылся и пошел завтракать. Настроение у него было чудесное.

Неожиданная мысль

За завтраком Менделееву пришла неожиданная мысль: сопоставить близкие атомные массы различных химических элементов и их химические свойства.

Недолго думая, на обратной стороне письма Ходнева он записал символы хлора Cl и калия K с довольно близкими атомными массами, равными соответственно 35,5 и 39 (разница всего в 3,5 единицы). На том же письме Менделеев набросал символы других элементов, отыскивая среди них подобные «парадоксальные» пары: фтор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, иод I и цезий Cs, для которых различие масс возрастает с 4,0 до 5,0, а потом и до 6,0. Менделеев тогда не мог знать, что «неопределенная зона» между явными неметаллами и металлами содержит элементы — благородные газы, открытие которых в дальнейшем существенно видоизменит Периодическую систему.

После завтрака Менделеев закрылся в своем кабинете. Он достал из конторки пачку визитных карточек и стал на их обратной стороне писать символы элементов и их главные химические свойства.

Через некоторое время домочадцы услышали, как из кабинета стало доноситься: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Эти возгласы означали, что у Дмитрия Ивановича наступило творческое вдохновение.

Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного и того же элемента. В который раз на помощь ему пришло доскональное знание неорганической химии. Постепенно начал вырисовываться облик будущей Периодической системы химических элементов.

Так, вначале он положил карточку с элементом бериллием Be (атомная масса 14) рядом с карточкой элемента алюминия Al (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции приняв бериллий за аналог алюминия. Однако затем, сопоставив химические свойства, он поместил бериллий над магнием Mg. Усомнившись в общепринятом тогда значении атомной массы бериллия, он изменил ее на 9,4, а формулу оксида бериллия переделал из Be2O3 в BeO (как у оксида магния MgO). Кстати, «исправленное» значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Так же смело действовал он и в других случаях.

Постепенно Дмитрий Иванович пришел к окончательному выводу, что элементы, расположенные по возрастанию их атомных масс, выказывают явную периодичность физических и химических свойств.

В течение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясь ненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать.

Вечером 1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставив дату «17 февраля 1869 года» (это по старому стилю).

Так был открыт Периодический закон...

… Так был открыт Периодический закон, современная формулировка которого такова:

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

Менделееву тогда было всего 35 лет.

Отпечатанные листки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным и зарубежным химикам и только после этого выехал из Петербурга для обследования сыроварен.

До отъезда он еще успел передать Н. А. Меншуткину, химику-органику и будущему историку химии, рукопись статьи «Соотношение свойств с атомным весом элементов» — для публикации в Журнале Русского химического общества и для сообщения на предстоящем заседании общества.

18 марта 1869 года Меншуткин, который был в то время делопроизводителем общества, сделал от имени Менделеева небольшой доклад о Периодическом законе. Доклад сначала не привлек особого внимания химиков, и Президент русского химического общества, академик Николай Зинин (1812-1880) заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочтя статью Дмитрия Ивановича «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов», Зинин изменил свое мнение и написал Менделееву: «Очень, очень хорошо, премного отличных сближений, даже весело читать, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов. Искренне Вам преданный и глубоко Вас уважающий Н. Зинин».

Так что же такое периодичность?

Это повторяемость химических свойств простых веществ и их соединений при изменении порядкового номера элемента Z и появление у ряда свойств максимумов и минимумов, в зависимости от значения порядкового (атомного) номера элемента.

Например, что позволяет объединить в одну группу все щелочные элементы?

Прежде всего, повторяемость через некоторые интервалы значений Z электронной конфигурации. Атомы всех щелочных элементов имеют на внешней атомной орбитали всего один электрон, и поэтому в своих соединениях проявляют одну и ту же степень окисления, равную +I. Формулы их соединений однотипны: у хлоридов MCl, у карбонатов — М2СO3, у ацетатов — Ch4COOM и так далее (здесь буквой M обозначен щелочной элемент).

Менделееву после открытия Периодического закона предстояло сделать еще многое. Причина периодического изменения свойств элементов оставалась неизвестной, не находила объяснения и сама структура Периодической системы, где свойства повторялись через семь элементов у восьмого. Однако с этих чисел был снят первый покров таинственности: во втором и третьем периодах системы находилось тогда как раз по семь элементов.

Не все элементы Менделеев разместил в порядке возрастания атомных масс; в некоторых случаях он больше руководствовался сходством химических свойств. Так, у кобальта Co атомная масса больше, чем у никеля Ni, у теллура Te она также больше, чем у иода I, но Менделеев разместил их в порядке Co — Ni, Te — I, а не наоборот. Иначе теллур попадал бы в группу галогенов, а иод становился родственником селена Se.

Самое же важное в открытии Периодического закона — предсказание существования еще не открытых химических элементов. Под алюминием Al Менделеев оставил место для его аналога «экаалюминия», под бором B — для «экабора», а под кремнием Si — для «экасилиция». Так назвал Менделеев еще не открытые химические элементы. Он даже дал им символы El, Eb и Es.

По поводу элемента «экасилиция» Менделеев писал: «Мне кажется, наиболее интересным из несомненно недостающих металлов будет тот, который принадлежит к IV группе аналогов углерода, а именно, к III ряду. Это будет металл, следующий тотчас же за кремнием, и потому назовем его экасилицием». Действительно, этот еще не открытый элемент должен был стать своеобразным «замкОм», связывающим два типичных неметалла — углерод C и кремний Si — с двумя типичными металлами — оловом Sn и свинцом Pb.

Не все зарубежные химики сразу оценили значение открытия Менделеева. Уж очень многое оно меняло в мире сложившихся представлений. Так, немецкий физикохимик Вильгельм Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Немецкий химик Роберт Бунзен, открывший в 1861 году два новых щелочных элемента, рубидий Rb и цезий Cs, писал, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мир чистых абстракций».

Профессор Лейпцигского университета Герман Кольбе в 1870 году назвал открытие Менделеева «спекулятивным». Кольбе отличался грубостью и неприятием новых теоретических воззрений в химии. В частности, он был противником теории строения органических соединений и в свое время резко обрушился на статью Якоба Вант-Гоффа «Химия в пространстве». Позднее Вант-Гофф за свои исследования стал первым Нобелевским лауреатом. А ведь Кольбе предлагал таких исследователей, как Вант-Гофф, «исключить из рядов настоящих ученых и зачислить их в лагерь спиритов»!

С каждым годом Периодический закон завоевывал все большее число сторонников, а его открыватель — все большее признание. В лаборатории Менделеева стали появляться высокопоставленные посетители, в том числе даже великий князь Константин Николаевич, управляющий морским ведомством.

Триумф

Наконец, пришло время триумфа. В 1875 году французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл в минерале вюртците — сульфиде цинка ZnS — предсказанный Менделеевым «экаалюминий» и назвал его в честь своей родины галлием Ga (латинское название Франции — «Галлия»). Он писал: «Я думаю, нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов господина Менделеева».

Заметим, что в названии элемента есть намек и на имя самого Буабодрана. Латинское слово «галлус» означает петух, а по-французски петух — «ле кок». Это слово есть и в имени первооткрывателя. Что имел в виду Лекок де Буабодран, когда давал название элементу — себя или свою страну — этого, видимо, уже никогда не выяснить.

Менделеев точно предсказал свойства экаалюминия: его атомную массу, плотность металла, формулу оксида El2O3, хлорида ElCl3, сульфата El2(SO4)3. После открытия галлия эти формулы стали записывать как Ga2O3, GaCl3 и Ga2(SO4)3. Менделеев предугадал, что это будет очень легкоплавкий металл, и действительно, температура плавления галлия оказалась равной 29,8 оС. По легкоплавкости галлий уступает только ртути Hg и цезию Cs.

В 1879 году шведский химик Ларс Нильсон открыл скандий, предсказанный Менделеевым как экабор Eb. Нильсон писал: «Не остается никакого сомнения, что в скандии открыт экабор… Так подтверждаются нагляднейшим образом соображения русского химика, которые не только дали возможность предсказать существование скандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства». Скандий получил название в честь родины Нильсона Скандинавии, а открыл он его в сложном минерале гадолините, имеющем состав Be2(Y,Sc)2FeO2(SiO4)2.

В 1886 году профессор Горной академии во Фрайбурге немецкий химик Клеменс Винклер при анализе редкого минерала аргиродита состава Ag8GeS6 обнаружил еще один элемент, предсказанный Менделеевым. Винклер назвал открытый им элемент германием Ge в честь своей родины, но это почему-то вызвало резкие возражения со стороны некоторых химиков. Они стали обвинять Винклера в национализме, в присвоении открытия, которое сделал Менделеев, уже давший элементу имя «экасилиций» и символ Es. Обескураженный Винклер обратился за советом к самому Дмитрию Ивановичу. Тот объяснил, что именно первооткрыватель нового элемента должен дать ему название.

Предугадать существование группы благородных газов Менделеев не мог, и им поначалу не нашлось места в Периодической системе.

Открытие аргона Ar английскими учеными У. Рамзаем и Дж. Релеем в 1894 году сразу же вызвало бурные дискуссии и сомнения в Периодическом законе и Периодической системе элементов. Менделеев вначале посчитал аргон аллотропной модификацией азота и только в 1900 году под давлением непреложных фактов согласился с присутствием в Периодической системе «нулевой» группы химических элементов, которую заняли другие благородные газы, открытые вслед за аргоном. Теперь эта группа известна под номером VIIIА.

В 1905 году Менделеев написал: «По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя как русского меня хотели затереть, особенно немцы».

Открытие Периодического закона ускорило развитие химии и открытие новых химических элементов.

www.ronl.ru

Дипломная работа - Жизнь и деятельность ДИ Менделеева Периодический закон

Содержание

Вступление

1. Биография

2. Открытие периодического закона и его роль

2.1 Предпосылки

Открытие периодического закона

Периодический закон и строение атома

Периодическая система химических элементов и строение атома

Роль открытия

3. Работы в области органической химии

4. Изучение природных богатств страны

5. Гидратная теория растворов

6. Ученый – борец за передовую науку

Заключение

Список использованных источников

Вступление

Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – основа современной химии. Да и остальные открытия ученого по сей день не потеряли своего значения.

Дмитрий Иванович Менделеев – один из самых выдающихся ученых. Его исследования, открытия, изыскания оказали огромное влияние на развитие многих наук (химии, в частности) и образования. Д.И. Менделеев обладал всеми качествами талантливого ученого: даром научного предвидения, научной интуицией, умением обобщать, анализировать, делать верные выводы, постоянным стремлением к познанию неведомого. И что самое главное: ученый не считал науку обособленной. Д.И. Менделеев полагал, что научные открытия, в первую очередь, должны иметь практическое значение.

Именем ученого названы города, заводы, учебные заведения, научно-исследовательские институты. В честь Д.И. Менделеева в России утверждена золотая медаль – она присуждается за выдающиеся работы по химии. Имя ученого присвоено Российскому химическому обществу. Даже элементу с порядковым номером 101 было дано название менделевий, в честь Дмитрия Ивановича.

Научное и педагогическое наследие Д.И. Менделеева огромно – полное собрание сочинений составляет 25 томов! Круг интересов ученого был весьма разнообразен, его интересовали порой совершенно противоположные отрасли знания.

Человек, считающий себя образованным, просто обязан знать, какой ценный вклад внес в российскую (да и в мировую) науку такой редчайший гений, как Д.И. Менделеев.

1. Биография

«Д.И. Менделеев был великий, гениальный человек и, как большинство великих людей, великий труженик. А трудился он, действительно, не жалея себя».

В. И. Тищенко. Воспоминания о Д.И. Менделееве. «Природа», № 3, 127–136 (1937).

Д.И. Менделеев принадлежал к поколению деятелей передовой русской науки и культуры второй половины XIX столетия, к поколению, которое выросло под идейным влиянием русских революционных демократов. Это был период активной борьбы передовых людей общества за развитие национальной экономики, науки и культуры, за просвещение народа и улучшение его благосостояния.

Современники Д.И. Менделеева и его друзья – русские ученые, инженеры, писатели, композиторы и художники – дали высокие образцы научного, технического и художественного творчества, продемонстрировав перед всем миром величие и силу русского народа. Среди них имя Д.И. Менделеева занимает одно из самых видных мест.

Д.И. Менделеев – великий русский гений – сочетал мощь и глубину теоретического мышления с большим размахом практической деятельности. Научная деятельность его охватывает многочисленные отрасли знания. Из 431 опубликованной работы, исключая статьи и заметки в периодической прессе, 40 посвящено химии, 106 физикохимии, 99 физике, 22 географии, 99 технике и промышленности, 36 экономическим и общественным вопросам и 29 другим темам. Приблизительно две трети трудов и статей Д.И. Менделеева посвящены научным и техническим вопросам и одна треть учебным пособиям, литературным и обзорным работам. Главнейшей заслугой Д.И. Менделеева было открытие периодического закона и создание периодической системы химических элементов, которые обессмертили его имя в мировой науке. Этот закон и периодическая система – основа всего дальнейшего развития учения об атомах и элементах, они являются фундаментом химии и физики наших дней.

Д.И. Менделеев родился 8 февраля (27 января ст. ст.) 1834 г. в глухом сибирском городе Тобольске – месте ссылки жертв царского террора. Здесь отбывали ссылку декабристы и другие передовые люди России, которые оказывали прогрессивно-демократическое влияние на общественность города. Это не могло не сказаться и на формировании взглядов Д.И. Менделеева, детство которого прошло в родном городе. Он был семнадцатым ребенком в семье директора Тобольской гимназии И. П. Менделеева. Своим воспитанием и образованием Д.И. Менделеев целиком обязан матери Марии Дмитриевне (урожд. Корнильевой), на плечи которой со времени смерти отца (он ослеп и вскоре умер в 1847 г.) легла вся забота о благополучии и воспитании детей.

Начальное образование Д.И. Менделеев получил в Тобольской гимназии, которую окончил в возрасте 15 лет.

Желая, чтобы сын учился в одном из столичных учебных заведений, мать Д.И. Менделеева с помощью друзей покойного отца устроила сына в Главный педагогический институт Петербурга, на физико-математический факультет. Уже в студенческие годы Д.И. Менделеев проявил исключительные способности, трудолюбие и настойчивость в достижении поставленной цели. Выполненные им курсовые работы были серьезными исследованиями, и одну из них опубликовали.

По окончании института в 1855 г. по совету врачей в связи с плохим состоянием здоровья Д.И. Менделеев был направлен в Симферопольскую гимназию, где пробыл недолго, так как перешел на работу в Одесскую гимназию. Здесь наряду с педагогической деятельностью он подготовился к экзаменам на ученую степень магистра и написал магистерскую диссертацию – «Удельные объемы». В октябре 1856 г. он успешно защитил ее в Петербургском университете, а через несколько недель – вторую диссертацию на право чтения лекций, что дало ему возможность перейти на работу в Петербургский университет. В 1857 г. в возрасте 23 лет Д.И. Менделеев получил доцентский курс «Теоретическая и историческая часть химии», а с осени 1857 г. приступил к чтению курса органической химии. Таким образом, после двух лет пребывания в университете Д.И. Менделееву поручают чтение самостоятельного курса. В 1859 г. Петербургский университет предоставляет ему, как одному из выдающихся преподавателей, заграничную командировку «для усовершенствования в науках».

После краткого путешествия по Европе Д.И. Менделеев выбрал для работы небольшой немецкий город Гейдельберг, где трудился известный химик Р. В. Бунзен.

На свои скромные командировочные суммы он устроил в своей квартире небольшую лабораторию, где провел в течение двух лет кропотливое исследование по определению поверхностного натяжения жидкостей при различных температурах. Здесь ему удалось сделать крупное открытие – установить существование «температуры абсолютного кипения», которая 10 лет спустя была вновь открыта англичанином Т. Эндрюсом и названа им «критической температурой».

Работая в Гейдельберге, Д.И. Менделеев возглавил кружок из молодых русских ученых, также приехавших за границу «для совершенствования в науках». В кружок входили такие выдающиеся впоследствии ученые, как А.П. Бородин, И.М. Сеченов, А.С. Фаминцын, А.М. Бутлеров, А.О. Ковалевский, и др. Кружок, возглавляемый Д.И. Менделеевым, сыграл большую роль в развитии у его участников научной смелости, новаторства, стремления работать на благо народа, для процветания Родины.

По возвращении в Петербург Д.И. Менделеев полностью отдается научной, педагогической и общественной деятельности. В 1863 г. он получил место профессора Петербургского технологического института, а в 1866 г. – Петербургского университета, где читал лекции по органической, неорганической и технической химии. Кроме того, он состоял преподавателем Владимирских женских курсов и принимал активное участие в организации Бестужевских женских курсов. В 1865 г. Д.И. Менделеев защитил докторскую диссертацию на тему «О соединениях спирта с водой».

Многочисленные труды Д.И. Менделеева и его гениальное и бессмертное открытие периодического закона, получили широкое признание со стороны ученых всего мира. Его приглашают в Лондон для прочтения фарадеевской лекции. Он избирается почетным членом Американской, Ирландской и Югославской Академии наук, а также Дублинского королевского общества, действительным членом Лондонского и Эдинбургского королевского общества, Римской, Бельгийской, Датской, Чешской, Краковской и других Академий наук; почетным доктором Кембриджского, Оксфордского, Геттингенского и других университетов; почетным членом нескольких десятков иностранных обществ.

Однако вследствие борьбы реакционной, так называемой «немецкой школы» за ведущее место в Академии наук Д.И. Менделеев в 1880 г. был забаллотирован при избрании академиков Российской Академии. Этот возмутительный факт вызвал многочисленные протесты общественных и научных кругов России, но из-за засилья иностранцев в Академии наук и поддержки их со стороны правительственных кругов эта вопиющая несправедливость не была исправлена.

2. Открытие периодического закона и его роль

2.1 Предпосылки

Конечно, начиная рассказывать об открытиях гениального ученого, нельзя не осветить главное открытие Д.И. Менделеева – Периодический закон.

Ко времени открытия Периодического закона было известно 63 химических элемента, описаны состав и свойства их многочисленных химических соединений.

Многие ученые пытались классифицировать химические элементы. Одним из них был выдающийся шведский химик Й. Я. Берцелиус. Он разделил все элементы на металлы и неметаллы на основе различий в свойствах образованных ими простых веществ и соединений. Он определил, что металлам соответствуют основные оксиды и основания, а неметаллам – кислотные оксиды и кислоты. Но групп было всего две, они были велики и включали значительно отличающиеся друг от друга элементы. Наличие амфотерных оксидов и гидроксидов у некоторых металлов вносило путаницу. Классификация была неудачной.

Многие ученые предполагали периодичность свойств элементов и зависимость их от атомных масс, но грамотную и систематическую классификацию предложить не смогли.

Очередной предпосылкой открытия Периодического закона послужили решения международного съезда химиков в г. Карлсруэ в 1860 г., когда окончательно утвердилось атомно-молекулярное учение, были приняты первые единые определения понятий молекулы и атома, а также атомного веса, который теперь называется относительной атомной массой. Именно это понятие как неизменную характеристику атомов химических элементов Д.И. Менделеев положил в основу своей классификации. Предшественники ученого сравнивали между собой только сходные элементы, а поэтому не смогли открыть Периодический закон.

Рассмотренные выше предпосылки можно назвать объективными, то есть не зависящими от личности ученого, так как они были обусловлены историческим развитием химии как науки.

Но без личностных качеств великого химика, которые составляют последнюю, субъективную предпосылку открытия Периодического закона, вряд ли он бы открыт в 1869 г. Энциклопедичность знаний, научная интуиция, умение обобщать, постоянное стремление к познанию неведомого, дар научного предвидения Д.И. Менделеева сыграли свою немалую роль в открытии Периодического закона.

2.2 Открытие периодического закона

В основу своей работы по классификации химических элементов Д.И. Менделеев положил два их основных и постоянных признака: величину атомной массы и свойства. Он выписал на карточки все известные сведения об открытых и изученных в то время химических элементах и их соединениях. Сопоставляя эти сведения, ученый составил естественные группы сходных по свойствам элементов, сравнение которых между собой показало, что даже элементы несходных групп имеют объединяющие их признаки. Например, близки по значениям атомные массы фтора и натрия, хлора и калия (инертные газы еще не были известны), следовательно, щелочные металлы и галогены можно поставить рядом, выстраивая химические элементы в порядке возрастания атомных масс. Так Д.И. Менделеев объединил естественные группы химических элементов в единую систему. При этом он обнаружил, что свойства элементов изменяются в пределах определенных их совокупностей линейно (монотонно возрастают или убывают), а затем повторяются периодически, то есть через определенное число элементов встречаются сходные. Ученый выделил периоды, в которых свойства химических элементов и образованных ими веществ закономерно изменяются.

На основании этих наблюдений Д.И. Менделеев сформулировал Периодический закон, который в соответствии с принятой в настоящее время терминологией звучит так: «Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от их относительных атомных масс».

Днем рождения великого закона считается 1 марта 1869 г.

Периодический закон и Периодическая система богаты периодическими закономерностями: кроме упоминаемой горизонтальной (по периодам) периодичности есть также периодичность вертикальная (по группам) и диагональная. Именно учет всех видов периодичности позволил Д.И. Менделееву не только предсказать, описать свойства веществ, образованных еще не открытыми химическими элементами, но и указать путь их открытия, природные источники (руды и соединения), из которых могли быть получены соответствующие простые вещества.

2.3 Периодический закон и строение атома

Формулировка закона, данная Д.И. Менделеевым, не могла быть точной и полной с современной точки зрения, так как она соответствовала состоянию науки на тот период времени, когда не было известно строение атома. Поэтому новые научные открытия вступили с ней в противоречие.

Так, были открыты изотопы – разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа. Очевидно, что ядра изотопов одного химического элемента имеют одинаковое число протонов, но различаются числом содержащихся в них нейтронов.

Изотопы известны для всех химических элементов. В природе большинство их существует в виде смеси изотопов. Относительная атомная масса элемента равна среднему значению относительных атомных масс всех его природных изотопов с учетом их распространенности. В таблице Периодической системы под символами химических элементов приведены средние значения их относительных атомных масс.

Наличие изотопов доказывает, что свойства химических элементов определяются не столько их атомной массой, как предполагал Д.И. Менделеев, сколько зарядом атомных ядер. Этим и объясняется положение в Периодической системе нескольких пар элементов, размещенных с нарушением принципа возрастания относительных атомных масс. В том-то и гениальность, проявление научной интуиции великого русского химика, что он в этих случаях предпочел расположить элементы по сходству в свойствах, предугадал истинный порядок размещения химических элементов по возрастанию зарядов их атомных ядер, хотя о строении их атома ничего не знал.

Открытие изотопов позволило дать другое, современное определение Периодического закона: «Свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер».

2.4 Периодическая система химических элементов и строение атома

Таблица Периодической системы химических элементов графически отображает Периодический закон. Каждое число в ней характеризует какую-либо особенность в строении атомов:

Порядковый (атомный) номер химического элемента указывает на заряд его атомного ядра, то есть на число протонов, содержащихся в нем, а так как атом электронейтрален, то и на число электронов, находящихся вокруг атомного ядра;

Номер периода соответствует числу энергетических уровней (электронных слоев) в атомах элементов данного периода;

Номер группы соответствует числу электронов на внешнем уровне для элементов главных подгрупп и максимальному числу валентных электронов для побочных подгрупп.

В свете строения атома можно объяснить причины изменения свойств химических элементов и образованных ими веществ. В периоде с увеличением зарядов атомных ядер элементов (слева направо) металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются. В группах (главная подгруппа) с увеличением зарядов атомных ядер элементов (сверху вниз) металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают.

Природа каждого химического элемента, то есть определенные, присущие только ему свойства атомов, простых веществ, соединений, зависит прежде всего от заряда ядра его атомов. Заряд обусловливает и строение электронной оболочки атома. Но величины зарядов ядер атомов химических элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева изменяются монотонно, поэтому прямой причиной периодического изменения свойств элементов это явление быть не может. Оказывается, причина периодичности – изменение строения внешних электронных слоев атома.

Таким образом, из вышесказанного можно сделать вывод: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от строения внешних электронных слоев атомов.

2.5 Роль открытия

Д.И. Менделеев писал: «До периодического закона элементы представляли лишь отрывочные случайные явления природы; не было повода ждать каких-либо новых, а вновь находимые были полной неожиданной новинкой. Периодическая закономерность первая дала возможность видеть не открытые еще элементы в такой дали, до которой невооруженное этой закономерностью зрение до тех пор не достигало».

С открытием Периодического закона химия перестала быть описательной наукой – она получила инструмент научного предвидения. Этот закон и его графическое отображение – таблица периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева – выполнили все три важнейшие функции теоретического знания: обобщающую, объясняющую и прогностическую. На их основе ученые:

Систематизировали и обобщили все сведения о химических элементах и образуемых ими веществах;

б) Дали обоснование различным видам периодической зависимости, существующим в мире химических элементов, объяснив их на основе строения атомов элементов.

в) Предсказали, описали свойства еще не открытых химических элементов и образованных ими веществ, а также указали пути их открытия.

На основе закона и таблицы Д.И. Менделеева были предсказаны и открыты благородные газы. И сейчас этот закон служит путеводной звездой для открытия или искусственного создания новых химических элементов.

Открытие Периодического закона и создание таблицы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеевым стимулировало поиск причин взаимосвязи элементов, способствовало выявлению сложной структуры атома и развитию учения о строении атома. Это учение, в свою очередь, позволило вскрыть физический смысл Периодического закона и объяснить расположение элементов в Периодической системе. Оно привело к открытию атомной энергии и использованию ее для нужд человечества.

Таким образом, Периодический закон и система открыли новую эру в химии и физике, явились исходным пунктом для новых изысканий и открытий. Также периодический закон сыграл большое значение и как основной закон природы в развитии материалистической философии.

3. Работы в области органической химии

Д.И. Менделеев относится к числу выдающихся химиков-органиков второй половины XIX столетия. Работая над учебным курсом органической химии, он обнаружил отсутствие в русской литературе учебника по этому предмету. К этому периоду относится создание Д.И. Менделеевым учебника по органической химии. В учебнике, получившем широкое признание на родине и за рубежом, современная наука дана с учетом работ русских ученых. Книга была удостоена Демидовской премии. К. А. Тимирязев так отзывается о ней: «Его превосходный по ясности и простоте изложения учебник, «Органическая химия», не имел себе подобного в европейской литературе, и, кто знает, насколько именно эта книга способствовала тому, что в этом, главным образом, направлении двинулось вперед ближайшее поколение молодых русских химиков».

Д.И. Менделеев выполняет оригинальные работы в области органических соединений. Так, в 1861 г. появилась его статья «О пределах органических соединений», а в 1862 г. он издал работу по вопросам технологии органических соединений – «Оптическая сахарометрия».

В 1861 г. публикуется докторская диссертация Д.И. Менделеева «О соединении спирта с водой», которая явилась оригинальным исследованием не только в области органической, но и физической химии.

В области органической химии Д.И. Менделеев работал не меньше 10 лет (в начале своей научной деятельности). Это были исследования по получению олефинов.

Д.И. Менделеев занимался также изомерами бензола. Эта проблема, при полной неизвестности ароматического кольца, в то время была чрезвычайно трудной. Исследуя каменноугольное масло, ему удалось выделить большую порцию жидкости, кипевшей от 95 до 98 °С, но при многократно повторяемой перегонке оказалось, что она содержит только смесь бензола и толуола. На основании этих опытов Д.И. Менделеев выразил сомнение в существовании пара-бензола.

Работая с глицерином, ученый находит, что безводный чистый глицерин имеет плотность 1,262, почти нерастворим в эфире и перегоняется при 290 °С. Д.И. Менделеев указывает, что общим свойством спиртов является то, что они при действии муравьинокислых солей, вероятно, будут превращаться в углеводороды. Изучая простые эфиры, Д.И. Менделеев интересуется химической прочностью их молекул, для этого нагревает эфиры с водой в запаянных трубках до 160 °С, и приходит к заключению, что смесь чистого эфира с водой не превращается в спирт даже при нагревании. Он указывает также, что при расщеплении сложных эфиров образуются различные кислоты.

С большим интересом ученый также изучал эфирные масла, исследуя степень насыщенности их водородом.

4. Изучение природных богатств страны

Исследования Д.И. Менделеева по органической химии связаны с его работами в области нефтяной, химической и угольной промышленности. Он изучал элементарные анализы различных видов топлива и разрабатывал научно обоснованные методы расчета состава и количества продуктов горения и определения теплотворной способности различных топлив. Эти работы оказали огромное влияние на изучение процессов горения не только в России, но и за рубежом.

Д.И. Менделеев развитие каменноугольной промышленности неразрывно связывал с металлургией, он считал, что железное дело должно быть во главе металлургии, так как без него немыслимы фабрики, земледелие и общее развитие.

Д.И. Менделеев считал, что человек должен активно вмешиваться в химический режим почвы. Он приобрел под Москвой небольшое имение, в котором вел многопольное хозяйство с рациональным внесением минеральных удобрений. Изучать его опыт приезжали профессора из Сельскохозяйственной академии.

Однако наибольшее внимание ученый уделял нефти, занимающей первое место среди природных богатств России. Исследованиями нефти интересовались многие ученые и инженеры-современники Д.И. Менделеева. Например, известны труды В. В. Марковникова и В. Н. Оглобина по определению состава нефтей, в результате которых был открыт новый тип углеводородов – нафтеновых или полиметиленовых. Но работы Д.И. Менделеева отличались от работ предшественников и современников широтой взглядов и целеустремленностью. Он связывал научные исследования с развитием нефтяной промышленности, изучал Бакинские нефтяные промыслы, работу первых нефтеперерабатывающих заводов и методы добычи и переработки нефти. Вскоре ученый разрабатывает способ непрерывной перегонки нефти, который был принят промышленностью.

Д.И. Менделеев впервые высказал идею о происхождении нефти: нефть образовалась не из остатков органических веществ, а является продуктом взаимодействия водяных паров, проникших внутрь земли, с высоко нагретыми карбидами металлов. Правда, в настоящее время эта теория большинством ученых не признается. В своих работах Д.И. Менделеев обращает внимание на огромное значение строительства нефтепроводов, которые могут перестроить экономику нефтяной промышленности, а также на географию их размещения и техническое оснащение.

Интересуясь промышленными и экономическими вопросами, Д.И. Менделеев одновременно занимался научными исследованиями нефти. Он проводит эксперименты по определению коэффициентов теплового расширения нефти, масел и выполняет интересные с теоретической и практической стороны работы по очистке нефтяных продуктов химическими реагентами.

5. Гидратная теория растворов

Работы Д.И. Менделеева по органической химии представляют большой интерес и в свое время сыграли определенную роль в развитии как теории, так и практики исследований органических соединений.

При тщательном изучении свойств водных растворов серной кислоты, водных растворов спиртов и других систем Д.И. Менделеев впервые установил значение химического взаимодействия между молекулами компонентов в растворах.

Ученый рассматривал растворы как неустойчивые химические соединения постоянного состава, находящиеся в состоянии частичной диссоциации. Этими исследованиями было положено начало создания химической теории растворов в противовес физическим теориям, хотя Д.И. Менделеев учитывал и физические факторы в процессе растворения. Но все же он процесс растворения рассматривал прежде всего как химический процесс.

Работы Д.И. Менделеева по растворам охватывают период почти в полстолетия. В этих исследованиях ученый выдвигает идею о химическом характере растворения. При этом отмечает, что в растворе образуется соединение между растворяемым веществом и растворителем. Состав этих веществ зависит от изменения температуры и концентрации. Такие соединения он назвал гидратами в случаях водных растворителей, а в более общей форме – сольватами.

Все последующее развитие теории электролитической диссоциации показало, что эта теория может развиваться только на основе гидратной теории Д.И. Менделеева.

С работой о растворах тесно связано и другое открытие Д.И. Менделеева – критическая температура. Известно было, что, повышая давление и понижая температуру, можно приводить некоторые газы в жидкое состояние. В семидесятых годах Д.И.Менделеев открыл, что для каждого газа имеется предел – критическая температура, выше которой газ не может быть сжижен. Он назвал эту критическую температуру абсолютной температурой кипения.

Сам ученый считал свои исследования в данной области одними из наиболее значимых.

6. Ученый – борец за передовую науку

По своим философским воззрениям Д.И. Менделеев был убежденным сторонником материализма. Он верил в безграничную силу человеческого разума и безграничность познания природы. Ученый, как и М. В.Ломоносов, отстаивал передовую, материалистическую науку, ее широкое распространение в народе, боролся против агностицизма, отрицавшего возможность познания человеком материального мира и законов его развития, доказывая, что для человеческого познания в природе не существует непознаваемых вещей. Теория, эксперимент и практика дают возможность людям проникнуть в «самую сущность вещей».

Задачей естествознания он считал борьбу со всеми формами проявления идеализма, мистикой, мракобесием и религиозными суевериями. Ученый прекрасно понимал, какой вред приносят передовой науке религиозные суеверия.

Как ученый и гражданин Д.И. Менделеев понимал, что в подъеме культурной жизни народа решающую роль призвано сыграть образование. Педагогическая деятельность Д.И. Менделеева не ограничивается преподаванием химических дисциплин в университете (1857 – 1890), Технологическом институте (1864 – 1872) и других учебных заведениях. Он принимал активное участие в обсуждении вопросов среднего, технического и высшего образования. А также таких проблем, как подготовка учительских кадров (проект училища наставников).

Самого Д.И. Менделеева как преподавателя студенты уважали, хотя и признавали, что экзаменует тот строго. Слушать лекции ученого ходили не только студенты физико-математического факультета, но и других; аудитории были переполнены.

В 1890 г. Д.И. Менделеев с пониманием отнесся к требованиям революционно настроенных студентов и передал их петицию министру народного просвещения, после чего вынужден был оставить университет, кафедру и лабораторию, которыми руководил более 20 лет.

Д.И. Менделеев верил в могущество науки, в победу всего прогрессивного. Он был революционером в науке. Борясь за экономическую и культурную независимость родины, он принимал активное участие в изучении природных богатств страны, способствовал развитию различных отраслей отечественной промышленности. С этой деятельностью связаны его большие работы в области метрологии (науки об измерениях).

Помимо всего этого, русский гений был истинным ценителем прекрасного. Как вспоминает его дочь О.Д. Менделеева-Трирогова, он «любил читать Жюль Верна, А. Дюма. Часто читал нам, детям, русские былины и А.С. Пушкина». У Д.И. Менделеева были оригиналы картин Шишкина, Репина, Крамского, Куинджи и др. Его жена А.И. Менделеева вспоминает: «Дмитрий Иванович всегда был как будто в состоянии душевного горения. Я не видела у него никогда ни одного момента апатии. Это был постоянный поток мыслей, чувств, побуждений, который крушил на своем пути все препятствия». Также из воспоминаний родных известно, что у Д.И. Менделеева было своеобразное хобби: он любил клеить чемоданы, столики, рамки и дарить их родным и друзьям.

Последние пятнадцать лет своей жизни Д.И. Менделеев работал в Главной палате мер и весов. Здесь им было выполнено большое число научных исследований по метрологии, в частности усовершенствование весов, определение плотности воды и воздуха, опыты по определению ускорения сил тяжести, составлены таблицы плотностей спиртоводных растворов. Работы по метрологии, начатые Д.И. Менделеевым, успешно продолжались советскими учеными. Имя великого русского ученого Д.И. Менделеева золотыми буквами вписано в историю науки. Русский народ высоко чтит память славного сына нашей страны. Его имя присвоено многим учебным заведениям, промышленным предприятиям и научным обществам.

Заключение

Дмитрий Иванович Менделеев – великий русский ученый, один из основоположников современной химии. Создатель естественной классификации химических элементов – Периодической системы элементов, явившейся выражением Периодического закона химических элементов. Создал фундаментальный труд – учебник «Основы химии», в котором впервые вся неорганическая химия изложена на основе Периодического закона. К числу крупнейших работ Д.И. Менделеева относятся исследования в области физико-химической природы растворов, состояния газов, теплотворной способности топлива. В своих трудах много внимания он уделял развитию отечественной промышленности, химизации сельского хозяйства. Ученый проводил исследования в области химической технологии, физики, метрологии, воздухоплавания, сельского хозяйства, экономики, просвещения, а также в других областях науки и техники, тесно связанных с потребностями развития производительных сил России.

Д.И. Менделеев явился организатором и первым директором Главной палаты мер и весов, в которой проработал последние годы жизни.

За выдающиеся заслуги в науке Д.И. Менделеев был избран почетным членом многих зарубежных академий наук, был почетным доктором ряда университетов и почетным членом многочисленных научных обществ.

Список использованных источников

Балезин, С.А. Выдающиеся русские ученые-химики/ С.А. Балезин, С.Д. Бесков. – 2-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 1972.

Габриелян, О.С. Химия: Учеб. для общеобразоват. учр.: 11 кл./ О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова. – 2-е изд., испр. – М.: Дрофа, 2002.

Гузей, Л.С. Химия: Учеб. для общеобразоват. учр.: 8 кл./ Л.С. Гузей, В.В. Сорокин, Р.П. Суровцева. – М.: Дрофа, 1995.

Д.И. Менделеев в воспоминаниях современников/ Сост. А.А. Макареня, И. Н. Филимонова. – М.: Атомиздат, 1969.

Книга для чтения по неорганической химии: Ч. 1.: Пособие для уч-ся/ Сост. В.А. Крицман. – 2-е изд., доп. – М.: Просвещение, 1983.

Сомин, Л.Е. Увлекательная химия: Пособие для учителей: Из опыта работы/ Л. Е. Сомин. – М.: Просвещение, 1978.

www.ronl.ru

Реферат: Менделеев и Периодический закон

Менделеев и Периодический закон

Профессор Б. Д. Степин

За четыре года до открытия Периодического закона Д.И. Менделеев, наконец, обрел спокойствие в семейных делах и уверенность в своих действиях. В 1865 году он купил имение Боблово недалеко от Клина и получил возможность заниматься агрохимией, которой тогда увлекался, и отдыхать там с семьей каждое лето.

В 1867 году Менделеев стал заведовать кафедрой общей и неорганической химии физико-математического факультета Петербургского университета, а в конце года ему предоставили долгожданную университетскую квартиру. В мае 1868 года у Менделеевых родилась любимая дочь Ольга...

Вот несколько эпизодов из жизни Дмитрия Ивановича Менделеева.

Он родился в 1834 году в Тобольске и был последним, семнадцатым по счету ребенком в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. Ко времени его рождения в семье Менделеевых из детей осталось в живых два брата и пять сестер. Девять детей умерли еще в младенческом возрасте, а троим из них родители даже не успели дать имена.

Учеба Дмитрия Менделеева в Петербурге в педагогическом институте вначале давалась нелегко. На первом курсе он умудрился по всем предметам, кроме математики, получить неудовлетворительные оценки. Но на старших курсах дело пошло по-другому - среднегодовой балл Менделеева был равен четырем с половиной (из пяти возможных). Он окончил институт в 1855 году с золотой медалью, получив диплом старшего учителя.

Жизнь не всегда была благосклонна к Менделееву: были в ней и разрыв с невестой, и недоброжелательность коллег, неудачный брак и затем развод... Два года (1880 и 1881) были очень тяжелыми в жизни Менделеева. В декабре 1880 года Петербургская академия наук отказала ему в избрании академиком: "за" проголосовало девять, а "против" - десять академиков. Особенно неблаговидную роль при этом сыграл секретарь академии некто Веселовский. Он откровенно заявил: "Мы не хотим университетских. Если они и лучше нас, то нам все-таки их не нужно".

В 1881 году с большим трудом был расторгнут брак Менделеева с первой женой, совершенно не понимавшей мужа и упрекавшей его в отсутствии внимания.

"Мастер чемоданных дел"

Любимым занятием на досуге у Менделеева в течение многих лет было изготовление чемоданов и рамок для портретов. Припасы для этих работ он закупал в Гостином дворе. Однажды, выбирая нужный товар, Менделеев услыхал за спиной вопрос одного из покупателей:

- "Кто этот почтенный господин?"

- "Таких людей знать надо, - с уважением в голосе ответил приказчик. - Это мастер чемоданных дел Менделеев".

В 1895 году Менделеев ослеп, но продолжал руководить Палатой мер и весов. Деловые бумаги ему зачитывали вслух, распоряжения он диктовал секретарю, а дома вслепую продолжал клеить чемоданы. Профессор И. В. Костенич за две операции удалил катаракту, и вскоре зрение вернулось…

Но вернемся к 1867 году.

Зимой 1867-68 года Менделеев начал писать учебник "Основы химии" и сразу столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 года, обдумывая структуру учебника, он постепенно пришел к выводу, что свойства простых веществ (а это есть форма существования химических элементов в свободном состоянии) и атомные массы элементов связывает некая закономерность.

Менделеев многого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс и о возникающих при этом казусах. Например, он не имел почти никакой информации о работах Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера.

Решающий этап его раздумий наступил 1 марта 1869 года (14 февраля по старому стилю). Днем раньше Менделеев написал прошение об отпуске на десять дней для обследования артельных сыроварен в Тверской губернии: он получил письмо с рекомендациями по изучению производства сыра от А. И. Ходнева - одного из руководителей Вольного экономического общества.

В Петербурге в этот день было пасмурно и морозно. Под ветром поскрипывали деревья в университетском саду, куда выходили окна квартиры Менделеева. Еще в постели Дмитрий Иванович выпил кружку теплого молока, затем встал, умылся и пошел завтракать. Настроение у него было чудесное.

Неожиданная мысль

За завтраком Менделееву пришла неожиданная мысль: сопоставить близкие атомные массы различных химических элементов и их химические свойства.

Недолго думая, на обратной стороне письма Ходнева он записал символы хлора Cl и калия K с довольно близкими атомными массами, равными соответственно 35,5 и 39 (разница всего в 3,5 единицы). На том же письме Менделеев набросал символы других элементов, отыскивая среди них подобные "парадоксальные" пары: фтор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, иод I и цезий Cs, для которых различие масс возрастает с 4,0 до 5,0, а потом и до 6,0. Менделеев тогда не мог знать, что "неопределенная зона" между явными неметаллами и металлами содержит элементы - благородные газы, открытие которых в дальнейшем существенно видоизменит Периодическую систему.

После завтрака Менделеев закрылся в своем кабинете. Он достал из конторки пачку визитных карточек и стал на их обратной стороне писать символы элементов и их главные химические свойства.

Через некоторое время домочадцы услышали, как из кабинета стало доноситься: "У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!" Эти возгласы означали, что у Дмитрия Ивановича наступило творческое вдохновение.

Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного и того же элемента. В который раз на помощь ему пришло доскональное знание неорганической химии. Постепенно начал вырисовываться облик будущей Периодической системы химических элементов.

Так, вначале он положил карточку с элементом бериллием Be (атомная масса 14) рядом с карточкой элемента алюминия Al (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции приняв бериллий за аналог алюминия. Однако затем, сопоставив химические свойства, он поместил бериллий над магнием Mg. Усомнившись в общепринятом тогда значении атомной массы бериллия, он изменил ее на 9,4, а формулу оксида бериллия переделал из Be2O3 в BeO (как у оксида магния MgO). Кстати, "исправленное" значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Так же смело действовал он и в других случаях.

Постепенно Дмитрий Иванович пришел к окончательному выводу, что элементы, расположенные по возрастанию их атомных масс, выказывают явную периодичность физических и химических свойств.

В течение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясь ненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать.

Вечером 1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве" послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставив дату "17 февраля 1869 года" (это по старому стилю).

Так был открыт Периодический закон...

...Так был открыт Периодический закон, современная формулировка которого такова:

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

Менделееву тогда было всего 35 лет.

Отпечатанные листки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным и зарубежным химикам и только после этого выехал из Петербурга для обследования сыроварен.

До отъезда он еще успел передать Н. А. Меншуткину, химику-органику и будущему историку химии, рукопись статьи "Соотношение свойств с атомным весом элементов" - для публикации в Журнале Русского химического общества и для сообщения на предстоящем заседании общества.

18 марта 1869 года Меншуткин, который был в то время делопроизводителем общества, сделал от имени Менделеева небольшой доклад о Периодическом законе. Доклад сначала не привлек особого внимания химиков, и Президент русского химического общества, академик Николай Зинин (1812-1880) заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочтя статью Дмитрия Ивановича "Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов", Зинин изменил свое мнение и написал Менделееву: "Очень, очень хорошо, премного отличных сближений, даже весело читать, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов. Искренне Вам преданный и глубоко Вас уважающий Н. Зинин".

Так что же такое периодичность?

Это повторяемость химических свойств простых веществ и их соединений при изменении порядкового номера элемента Z и появление у ряда свойств максимумов и минимумов, в зависимости от значения порядкового (атомного) номера элемента.

Например, что позволяет объединить в одну группу все щелочные элементы?

Прежде всего, повторяемость через некоторые интервалы значений Z электронной конфигурации. Атомы всех щелочных элементов имеют на внешней атомной орбитали всего один электрон, и поэтому в своих соединениях проявляют одну и ту же степень окисления, равную +I. Формулы их соединений однотипны: у хлоридов MCl, у карбонатов - М2СO3, у ацетатов - Ch4COOM и так далее (здесь буквой M обозначен щелочной элемент).

Менделееву после открытия Периодического закона предстояло сделать еще многое. Причина периодического изменения свойств элементов оставалась неизвестной, не находила объяснения и сама структура Периодической системы, где свойства повторялись через семь элементов у восьмого. Однако с этих чисел был снят первый покров таинственности: во втором и третьем периодах системы находилось тогда как раз по семь элементов.

Не все элементы Менделеев разместил в порядке возрастания атомных масс; в некоторых случаях он больше руководствовался сходством химических свойств. Так, у кобальта Co атомная масса больше, чем у никеля Ni, у теллура Te она также больше, чем у иода I, но Менделеев разместил их в порядке Co - Ni, Te - I, а не наоборот. Иначе теллур попадал бы в группу галогенов, а иод становился родственником селена Se.

Самое же важное в открытии Периодического закона - предсказание существования еще не открытых химических элементов. Под алюминием Al Менделеев оставил место для его аналога "экаалюминия", под бором B - для "экабора", а под кремнием Si - для "экасилиция". Так назвал Менделеев еще не открытые химические элементы. Он даже дал им символы El, Eb и Es.

По поводу элемента "экасилиция" Менделеев писал: "Мне кажется, наиболее интересным из несомненно недостающих металлов будет тот, который принадлежит к IV группе аналогов углерода, а именно, к III ряду. Это будет металл, следующий тотчас же за кремнием, и потому назовем его экасилицием". Действительно, этот еще не открытый элемент должен был стать своеобразным "замкОм", связывающим два типичных неметалла - углерод C и кремний Si - с двумя типичными металлами - оловом Sn и свинцом Pb.

Не все зарубежные химики сразу оценили значение открытия Менделеева. Уж очень многое оно меняло в мире сложившихся представлений. Так, немецкий физикохимик Вильгельм Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации "чего-то неопределенного". Немецкий химик Роберт Бунзен, открывший в 1861 году два новых щелочных элемента, рубидий Rb и цезий Cs, писал, что Менделеев увлекает химиков "в надуманный мир чистых абстракций".

Профессор Лейпцигского университета Герман Кольбе в 1870 году назвал открытие Менделеева "спекулятивным". Кольбе отличался грубостью и неприятием новых теоретических воззрений в химии. В частности, он был противником теории строения органических соединений и в свое время резко обрушился на статью Якоба Вант-Гоффа "Химия в пространстве". Позднее Вант-Гофф за свои исследования стал первым Нобелевским лауреатом. А ведь Кольбе предлагал таких исследователей, как Вант-Гофф, "исключить из рядов настоящих ученых и зачислить их в лагерь спиритов"!

С каждым годом Периодический закон завоевывал все большее число сторонников, а его открыватель - все большее признание. В лаборатории Менделеева стали появляться высокопоставленные посетители, в том числе даже великий князь Константин Николаевич, управляющий морским ведомством.

Триумф

Наконец, пришло время триумфа. В 1875 году французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл в минерале вюртците - сульфиде цинка ZnS - предсказанный Менделеевым "экаалюминий" и назвал его в честь своей родины галлием Ga (латинское название Франции - "Галлия"). Он писал: "Я думаю, нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов господина Менделеева".

Заметим, что в названии элемента есть намек и на имя самого Буабодрана. Латинское слово "галлус" означает петух, а по-французски петух - "ле кок". Это слово есть и в имени первооткрывателя. Что имел в виду Лекок де Буабодран, когда давал название элементу - себя или свою страну - этого, видимо, уже никогда не выяснить.

Менделеев точно предсказал свойства экаалюминия: его атомную массу, плотность металла, формулу оксида El2O3, хлорида ElCl3, сульфата El2(SO4)3. После открытия галлия эти формулы стали записывать как Ga2O3, GaCl3 и Ga2(SO4)3. Менделеев предугадал, что это будет очень легкоплавкий металл, и действительно, температура плавления галлия оказалась равной 29,8 оС. По легкоплавкости галлий уступает только ртути Hg и цезию Cs.

В 1879 году шведский химик Ларс Нильсон открыл скандий, предсказанный Менделеевым как экабор Eb. Нильсон писал: "Не остается никакого сомнения, что в скандии открыт экабор... Так подтверждаются нагляднейшим образом соображения русского химика, которые не только дали возможность предсказать существование скандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства". Скандий получил название в честь родины Нильсона Скандинавии, а открыл он его в сложном минерале гадолините, имеющем состав Be2(Y,Sc)2FeO2(SiO4)2.

В 1886 году профессор Горной академии во Фрайбурге немецкий химик Клеменс Винклер при анализе редкого минерала аргиродита состава Ag8GeS6 обнаружил еще один элемент, предсказанный Менделеевым. Винклер назвал открытый им элемент германием Ge в честь своей родины, но это почему-то вызвало резкие возражения со стороны некоторых химиков. Они стали обвинять Винклера в национализме, в присвоении открытия, которое сделал Менделеев, уже давший элементу имя "экасилиций" и символ Es. Обескураженный Винклер обратился за советом к самому Дмитрию Ивановичу. Тот объяснил, что именно первооткрыватель нового элемента должен дать ему название.

Предугадать существование группы благородных газов Менделеев не мог, и им поначалу не нашлось места в Периодической системе.

Открытие аргона Ar английскими учеными У. Рамзаем и Дж. Релеем в 1894 году сразу же вызвало бурные дискуссии и сомнения в Периодическом законе и Периодической системе элементов. Менделеев вначале посчитал аргон аллотропной модификацией азота и только в 1900 году под давлением непреложных фактов согласился с присутствием в Периодической системе "нулевой" группы химических элементов, которую заняли другие благородные газы, открытые вслед за аргоном. Теперь эта группа известна под номером VIIIА.

В 1905 году Менделеев написал: "По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя как русского меня хотели затереть, особенно немцы".

Открытие Периодического закона ускорило развитие химии и открытие новых химических элементов.

www.referatmix.ru

Смотрите также

• 
  Темы рефератов конституционное право
• 
  Реферат по коррекционной педагогике
• 
  Поражение электрическим током реферат
• 
  Реферат по обращениям граждан
• 
  Человек и информация реферат
• 
  Право на жизнь реферат
• 
  Блюда из мяса реферат
• 
  Реферат византия 6 класс
• 
  Преступление и наказание реферат
• 
  Реферат философия и канта
• 
  Реферат колумб 5 класс