В своей работе 1668 года Роберт Бойль привёл список неразложимых химических элементов. Было их на тот момент всего пятнадцать. При этом учёный не утверждал, что кроме перечисленных им элементов больше не существует и вопрос об их количестве оставался открытым.
Через сто лет французский химик Антуан Лавуазье составил новый список из известных науке элементов. В его реестр попали 35 химических веществ, из которых 23 были впоследствии признаны теми самыми неразложимыми элементами.
Работа по поиску новых элементов велась химиками во всём мире и продвигалась вполне успешно. Решающую роль в этом вопросе сыграл русский учёный-химик Дмитрий Иванович Менделеев: именно ему пришла в голову идея о возможности существования взаимосвязи между атомной массой элементов и их местом в "иерархии". По его собственным словам "надо искать... соответствия между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами".
Сопоставляя между собой известные в то время химические элементы, Менделеев после колоссальной работы обнаружил в итоге ту зависимость, общую закономерную связь между отдельными элементами, в которой они предстают как единое целое, где свойства каждого элемента является не чем-то само собой существующим, а периодически и правильно повторяющимся явлением.
Так в феврале 1869 года был сформулирован периодический закон Менделеева . В том же году 6 марта доклад, подготовленный Д.И. Менделеевым, под названием "Соотношение свойств с атомным весом элементов" был представлен Н.А. Меншуткиным на заседании Русского химического общества.
В том же году публикация появилось в немецком журнале "Zeitschrift für Chemie", а в 1871 году в журнале "Annalen der Chemie" вышла развёрнутая публикация Д.И. Менделеева, посвящённая его открытию - "Die periodische Gesetzmässigkeit der Elemente" (Периодическая закономерность химических элементов).
Создание периодической таблицы
Несмотря на то, что идея сформировалась у Менделеева за довольно короткий срок, оформить свои умозаключения он долго не мог. Ему было важно представить свою идею в виде ясного обобщения, строгой и наглядной системы. Как сказал однажды сам Д.И. Менделеев в беседе с профессором А.А. Иностранцевым: "Все в голове сложилось, а выразить таблицей не могу".
По данным биографов, после этого разговора учёный работал над созданием таблицы три дня и три ночи, не ложась спать. Он перебирал различные варианты, в которых могли бы быть скомбинированы элементы для организации в таблицу. Осложнялась работа и тем, что на момент создания периодической системы далеко не все химические элементы были известны науке.
В 1869-1871 годах Менделеев продолжал развивать выдвинутые и принятые научным сообществом идеи периодичности. Одним из шагов было введение понятия о месте элемента в периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов.
Именно на основе этого, а также с опорой на результаты, полученные в ходе изучения последовательности изменения стеклообразующих оксидов, Менделеев исправил значения атомных масс 9 элементов, в числе которых были бериллий, индий, уран и другие.
В ходе работы Д.И. Менделеев стремился заполнить пустые клетки составленной им таблицы. В результате в 1870 году им было предсказано открытие неизвестных на тот момент науке элементов. Менделеев вычислил атомные массы и описал свойства трёх ещё не открытых тогда элементов:
- "экаалюминия" - открыт в 1875 году, назван галлием,
- "экабора" - открыт в 1879 году, назван скандием,
- "экасилиция" - открыт в 1885 году, назван германием.
Следующие его реализовавшиеся прогнозы - открытие ещё восьми элементов, в том числе полония (открыт в 1898 году), астата (открыт в 1942-1943 годах), технеция (открыт в 1937 году), рения (открыт в 1925 году) и франция (открыт в 1939 году).
В 1900 году Дмитрий Иванович Менделеев и Уильям Рамзай пришли к выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов особой, нулевой группы. Сегодня эти элементы называются благородными газами (до 1962 года эти газы называли инертными).
Принцип организации периодической системы
В своей таблице Д.И. Менделеев расположил химические элементы по рядам в порядке возрастания их массы, подобрав длину рядов таким образом, чтобы химические элементы в одной колонке имели похожие химические свойства.
Благородные газы - гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон неохотно реагируют с другими элементами и проявляют низкую химическую активность и потому находятся в крайней правой колонке.
В противоположность этому элементы самой левой колонки - литий, натрий, калий и прочие реагируют с другими веществами бурно, процесс носит взрывной характер. Аналогично ведут себя элементы в других колонках таблицы - внутри колонки эти свойства подобны, но варьируются при переходе от одной колонки к другой.
Периодическая система в своем первом варианте просто отражала существующее в природе положение дел. Первоначально таблица никак не объясняла, почему это должно быть именно так. И только с появлением квантовой механики стал понятен истинный смысл расположения элементов в периодической таблице.
Химические элементы вплоть до урана (содержит 92 протона и 92 электрона) встречаются в природе. Начиная с номера 93 идут искусственные элементы, созданные в лабораторных условиях.
Реферат
«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 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;
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.
В гимназии Д. И. Менделеев учился сначала посредственно. В сохранившихся в его архиве четвертных ведомостях много удовлетворительных оценок, причем их больше в младших и средних классах. В старших классах Д. И. Менделеев заинтересовался физико-математическими науками, а также историей и географией, интересовало его и строение Вселенной. Постепенно успехи юного гимназиста росли и в выпускном аттестате, полученном 14 июля 1849г. были только две удовлетворительные оценки: по закону божьему (предмет, который он не любил) и по русской словесности (хорошей оценки по этому предмету быть не могло, так как Менделеев плохо знал церковнославянский язык). Гимназия оставила в душе Д. И. Менделеева много светлых воспоминаний об учителях: о Петре Павловиче Ершове – (автор сказки «Конек-Горбунок»), бывшем сначала наставником, потом директором Тобольской гимназии; о И. К. Руммеле – (учитель физики и математики), раскрывшем перед ним пути познания природы. Лето 1850г. прошло в хлопотах. Сначала Д. И. Менделеев подал документы в медико-хирургическую академию, однако первого же испытания – присутствия в анатомическом театре – он не выдержал. Мать подсказала другой путь – стать учителем. Но в Главный педагогически институт набор производился через год и как раз в 1850г. приема не было. К счастью повлияло ходатайство,Он был зачислен в институт на казенное обеспечение. Дмитрий Иванович уже на втором курсе увлекся занятиями в лабораториях, интересными лекциями.
В 1855 г. Д. И. Менделеев блестяще окончил институт с золотой медалью. Ему было присвоено звание старшего учителя. 27 августа 1855г. Менделеев получил документы о назначение его старшим учителем в Симферополь. Дмитрий Иванович много работает: преподает математику, физику, биологию, физическую географию. За два года опубликовал в «Журнале Министерства народного просвещения» 70 статей.
В апреле 1859 года молодого ученого Менделеева направляют за границу «для усовершенствования в науках». Он встречается с русским химиком Н. Н Бекетовым, с известным химиком М. Бертло.
В 1860 году Д. И. Менделеев участвует в первом Международном съезде химиков в немецком городе Карлсруэ.
В декабре 1861 года Менделеев становится ректором университета.
Менделеев видел три обстоятельства, которые, по его мнению, способствовали открытию периодического закона:
Во-первых, были более или менее точно определены величины атомных весов большинства известных химических элементов;
Во-вторых, появилось четкое понятие о группах сходных по химическим свойствам элементов (естественных группах);
В-третьих, к 1869г. Была изучена химия многих редких элементов, без знания которой трудно было бы прийти к какому-либо обобщению.
Наконец решающий шаг к открытию закона заключался в том, что Менделеев сопоставил между собой все элементы по величине атомных весов.
В сентябре 1869г. Д. И. Менделеев показал, что атомные объемы простых веществ находятся в периодической зависимости от атомных весов, а в октябре обнаружил валентности элементов в солеобразующих окислах.
Летом 1870г. Менделеев счел необходимым изменить неправильно определенные атомные веса индия, церия, иттрия, тория и урана и в связи с этим изменил размещение этих элементов в системе. Так, уран оказался самым последним элементом в естественном ряду самым тяжелым по величине атомного веса.
По мере открытия новых химических элементов всё острее ощущалась необходимость их систематизации. В 1869 Д. И. Менделеев создал периодическую систему элементов и открыл лежащий в её основе закон. Это открытие явилось теоретическим синтезом всего предшествующего развития 10в. : Менделеев сопоставил физические и химические свойства всех известных тогда 63 химических элементов с их атомными весами и раскрыл зависимость между двумя важнейшими количественно измеренными свойствами атомов, на которых строилась вся химия,- атомным весом и валентностью.
Спустя много лет Менделеев так охарактеризовал свою систему: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов» Менделеев впервые привел каноническую формулировку периодического закона, просуществовавшую до его физического обоснования: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Не прошло и шести лет как весь мир облетело известие: в 1875г. Молодой французский ученый-спектроскопист П. Лекок де Буабодран выделил из минерала добытого в пиренейских горах, новый элемент. Буабодрана навела на след слабая фиолетовая линия в спектре минерала, которую нельзя было приписать ни одному из известных химических элементов. В честь своей родины, которая в древности называлась Галлией, Буабодран назвал новый элемент галлием. Галлий – очень редкий металл, и Буабодрану стоило большего труда добывать его в количестве немногим больше булавочной головки. Каково было удивление Буабодрана, когда через Парижскую академию наук он получил письмо с русской маркой, в котором сообщалось: в описании свойств галлия все верно, за исключением плотности: галлий тяжелее воды не в 4,7 раза, как утверждал Буабодран, а в 5,9 раза. Неужели кто-то другой открыл галлий раньше? Буабодран заново определил плотность галлия, подвергнув металл более тщательной очистки. И оказалось, что он ошибся, а автор письма - это был, конечно, Менделеев, который и не видел галлия, - прав: относительная плотность галлия не 4,7, а 5,9.
А через 16 лет после предсказания Менделеева немецкий химик К. Винклер открыл новый элемент (1886) и назвал его германием. На это раз Менделееву не пришлось самому указывать, что и этот вновь открытый элемент был им предсказан ранее. Винклер отметил, что германий полностью соответствует экасилицию Менделеева. Винклер писал в своей работе: «Едва ли можно найти иное более поразительное доказательство справедливости учения о периодичности, как во вновь открытом элементе. Это не просто подтверждения смелой теории, здесь мы видим очевидное расширение химического кругозора, мощный шаг в области познания».
Существование в природе более десяти новых, не известных никому элементов предсказал сам Менделеев. Для десятка элементов он предсказал
Правильный атомный вес. Все последующие поиски новых элементов в природе велись исследователями при помощи периодического закона и периодической системы. Они не только помогали ученым в поисках истины, но и способствовали исправлению ошибок и заблуждении в науке.
Блестяще оправдалось предсказания Менделеева – открыты три новых элемента: галлий, скандий, германий. Разрешилась долго мучившая ученых загадка бериллия. Атомный вес его был, наконец, точно определен, и место элемента рядом с литием подтвердилось раз и навсегда. К 90-м годам 19в. , по словам Менделеева, «периодическая законность упрочнилась». В учебники по химии в разных странах уже без сомнения стали включать менделеевскую периодическую систему. Великое открытие получило всеобщее признание.
Судьбы великих открытий порой бывают очень трудными. На их пути встречаются испытания, которые иногда даже ставят под сомнение истинность открытия. Так было и с периодической системой элементов.
Оно было связано с неожиданным открытием совокупности газообразных химических элементов, получивших название инертных, или благородных газов. Первым из них является гелий. Почти все справочники и энциклопедии датируют открытие гелия 1868г. и связывают это событие с французским астрономом Ж. Жансеном и английским астрофизиком Н. Локьера. Жансен присутствовал при полном солнечном затмении в Индии в августе 1868г. И его главная заслуга состоит в том, что ему удалось наблюдать солнечные протуберанцы после того, как затмение кончалось. Их наблюдали только во время затмения. Локьер также наблюдал протуберанцы. Не выезжая с Британских островов, в середине октября того же года. Оба ученых послали описания своих наблюдений в Парижскую академию наук. Но так как Лондон гораздо ближе от Парижа, чем Калькутта то письма почти одновременно пришли к адресату 26 октября. Ни о каком новом элементе, якобы присутствовавшем на Солнце. В этих письмах не было ни слова.
Ученые стали детально изучать спектры протуберанцев. И скоро появились сообщения, что в них содержится линия, которая не может относиться к спектру, какого - либо из существующих на Земле элементов. В январе 1869г. итальянский астроном А. Секки обозначил ее как. В такой записи она и вошла в историю науки как спектральная «материка». Публично о новом солнечном элементе 3 августа 1871 года рассказывал на годичном собрании британских ученых физик В. Томсон.
Это действительная история обнаружения гелия на Солнце. Долгое время никто не мог сказать, что представляет из себя этот элемент, какие у него свойства. Некоторые ученые вообще отвергали существование гелия на земле, так как существовать он мог только в условиях высоких температур. На Земле гелий был найден лишь в 1895 г.
Такова природа происхождения таблицы Д. И. Менделеева.
Всё материальное, что нас окружает в природе, будь то космические объекты, обычные земные предметы или живые организмы, состоит из веществ. Разновидностей их существует много. Ещё в древности люди заметили, что они способны не только изменять своё физическое состояние, но и превращаться в другие вещества, наделённые иными свойствами по сравнению с первоначальными. Но вот законы, согласно которым происходят подобные преобразования материи, человек понял не сразу. Для того чтобы сделать это, необходимо было правильно выявить основу вещества и классифицировать существующие в природе элементы. Подобное стало возможным лишь только в середине XIX века с открытием периодического закона. Истории его создания Д.И. Менделеевым предшествовали долгие годы работы, а формированию данного рода знаний способствовал многовековой опыт всего человечества.
Когда были заложены основы химии?
Умельцы античных времён достаточно преуспели в литье и плавке различных металлов, зная множество секретов их трансмутации. Они передали свои знания и опыт потомкам, которые использовали их вплоть до времён Средневековья. Считалось, что неблагородные металлы вполне возможно превратить в ценные, что, собственно, и было основной задачей химиков вплоть до 16-го столетия. В сущности, в подобной идее были заложены ещё философско-мистические представления древнегреческих учёных о том, что вся материя строится из неких «первоэлементов», способных перевоплощаться один в другой. Несмотря на видимую примитивность такого подхода, он сыграл свою роль в истории открытия Периодического закона.
Панацея и белая тинктура
Занимаясь поиском первоосновы, алхимики свято верили в существование двух фантастических веществ. Одним из них был прославленный в легендах философский камень, именуемый также жизненным эликсиром или панацеей. Считалось, что подобное средство не только было безотказным способом превращения в золото ртути, свинца, серебра и прочих веществ, но также служило чудодейственным универсальным лекарством, исцеляющим любые человеческие недуги. Другой элемент, носивший название белой тинктуры, не относился к разряду столь эффективных, но наделялся способностью превращать в серебро остальные вещества.
Рассказывая предысторию открытия периодического закона, невозможно не упомянуть о знаниях, накопленных алхимиками. Они олицетворяли собой образец символического мышления. Представители этой полумистической науки создали некую химическую модель мира и процессов, происходящих в нём на космическом уровне. Стремясь понять суть всех вещей, они подробнейшим образом записывали лабораторные приёмы, оборудование и сведения о химической посуде, с большой скрупулёзностью и старательностью относясь к передаче своего опыта коллегам и потомкам.
Потребность в классификации
Значительных по объёму сведений о самых разных химических элементах к XIX веку накоплено было достаточно, что породило естественную необходимость и желание учёных их систематизировать. Но для проведения подобной классификации требовались дополнительные экспериментальные данные, а также не мистические, а реальные знания о строении веществ и сути основы устройства материи, которых пока не было. К тому же имеющиеся сведения о значении атомных масс известных в те времена химических элементов, на основе которых производилась систематизация, не отличались особой точностью.
Но попытки классификации в среде естествоиспытателей неоднократно предпринимались ещё задолго до осознания истинной сути вещей, составляющей ныне основу современной науки. А в указанном направлении работали многие учёные. Рассказывая кратко о предпосылках открытия периодического закона Менделеева, следует упомянуть о примерах подобных объединений элементов.
Триады
Учёные тех времён чувствовали, что свойства, проявляемые самыми разнообразными веществами, находятся в несомненной зависимости от величин их атомных масс. Понимая это, химик из Германии Иоганн Дёберейнер предложил свою систему классификации элементов, составляющих основу материи. Случилось это в 1829 году. И событие это было достаточно серьёзным продвижением в науке для того периода её развития, а также важным этапом в истории открытия периодического закона. Дёберейнер объединил известные элементы в сообщества, дав им наименование «триады». По существующей системе при этом масса крайних элементов оказывалась равна среднему от суммы атомных масс того члена группы, который находился между ними.
Попытки расширить границы триад
Недостатков в упомянутой системе Дёберейнера было достаточно. К примеру, в цепочке бария, стронция, кальция отсутствовал сходный с ними по строению и свойствам магний. А в сообществе теллура, селена, серы не хватало кислорода. Многие другие похожие вещества также не удалось классифицировать согласно системе триад.
Указанные идеи пытались развивать многие другие химики. В частности немецкий учёный Леопольд Гмелин стремился раздвинуть "тесные" рамки, расширив группы классифицируемых элементов, распределив их в порядке эквивалентных весов и электроотрицательности элементов. Его структуры образовывали не только триады, но и тетрады, пентады, но немецкому химику так и не удалось уловить суть периодического закона.
Спираль де Шанкуртуа
Ещё более сложную схему построения элементов придумал Александр де Шанкуртуа. Он расположил их на плоскости, свёрнутой в цилиндр, распределив по вертикалям с наклоном в 45° в порядке возрастаниях атомных масс. Как предполагалось, по линиям, параллельным оси данной объёмной геометрической фигуры, должны были располагаться вещества со сходными свойствами.
Но на деле идеальной классификации не получилось, так как на одну вертикаль иногда попадали отнюдь не родственные элементы. К примеру, рядом с щелочными металлами оказался совсем другого химического поведения марганец. И в одну "компанию" попали сера, кислород и совсем с ними не сходный элемент титан. Однако подобная схема тоже внесла свою лепту, заняв своё место в истории открытия периодического закона.
Другие попытки создания классификаций
Следом за описанными свою систему классификации предложил Джон Ньюлендс, заметив, что сходство в свойствах элементов, расставленных в соответствии с увеличением атомной массы, проявляет каждый восьмой член из получившегося ряда. Найденную закономерность учёному пришло в голову сравнить со структурой расположения музыкальных октав. При этом он присваивал каждому из элементов свой порядковый номер, располагая их горизонтальными рядами. Но подобная схема опять не получилась идеальной и была оценена весьма скептически в научных кругах.
С 1964 до 1970 гг. таблицы, упорядочивающие химические элементы, создавали также Одлинг и Мейер. Но подобные попытки снова имели свои недостатки. Всё это происходило уже накануне открытия Менделеевым периодического закона. А некоторые труды с несовершенными попытками классификации публиковались даже после того, как таблица, который мы пользуемся и по сей день, была представлена миру.
Биография Менделеева
Родился гениальный русский учёный в городе Тобольске в 1834 году в семье директора гимназии. В доме, кроме него, было ещё шестнадцать братьев и сестёр. Не обделённый вниманием, как самый младший из детей, Дмитрий Иванович с самого незначительного возраста поражал всех необыкновенными способностями. Родители, несмотря на трудности, стремились дать ему самое лучшее образование. Так, Менделеев окончил сначала гимназию в Тобольске, а затем Педагогический институт в столице, сохранив при этом в душе глубокий интерес к наукам. И не только к химии, но и к физике, метеорологии, геологии, технологии, приборостроению, воздухоплаванию и другим.
Вскоре Менделеев защитил диссертацию и стал доцентом Петербургского университета, где читал лекции по органической химии. В 1865 году он представил коллегам свою докторскую на тему «О соединении спирта с водой». Годом открытия периодического закона стал 1969 г. Но этому достижению предшествовало 14 лет напряжённой работы.
О великом открытии
Учитывая ошибки, неточности, а также позитивный опыт коллег, Дмитрий Иванович сумел систематизировать химические элементы самым удобным способом. Он также заметил периодическую зависимость свойств соединений и простых веществ, их формы от значения атомных масс, о чём и говорится в формулировке периодического закона, данного Менделеевым.
Но подобные прогрессивные идеи, к сожалению, далеко не сразу нашли отклик в сердцах даже русских учёных, которые приняли эту инновацию весьма настороженно. А в среде деятелей зарубежной науки, особенно в Англии и Германии, закон Менделеева и вовсе нашёл самых ярых противников. Но очень скоро положение изменилось. Что же послужило причиной? Гениальная смелость великого русского учёного спустя некоторое время явилась миру в доказательствах его блестящей способности научного предвидения.
Новые элементы в химии
Открытие периодического закона и структура периодической таблицы, созданной им, позволили не только осуществить систематизацию веществ, но и сделать ряд предсказаний о наличии в природе многих неизвестных в те времена элементов. Именно поэтому Менделееву удалось претворить на практике то, что до него не удавалось другим учёным.
Прошло всего пять лет, и догадки начали подтверждаться. Француз Лекок де Буабодран открыл новый металл, который назвал галлий. Его свойства оказались очень сходными с предсказанным Менделеевым в теории экаалюминием. Узнав об этом, представители учёного мира тех времён были ошеломлены. Но на этом удивительные факты совсем не закончились. Далее шведом Нильсоном был обнаружен скандий, гипотетическим аналогом которого оказался экабор. А близнецом экасилиция стал открытый Винклером германий. С тех самых пор закон Менделеева начал утверждаться и приобретать всё новых сторонников.
Новые факты гениального предвидения
Создатель настолько увлёкся красотой своей идеи, что взял на себя смелость сделать некоторые допущения, правомерность которых позднее самым блестящим образом подтвердилась практическими научными открытиями. К примеру, некоторые вещества Менделеев расположил в своей таблице вовсе не в соответствии с возрастанием атомных масс. Он предвидел, что периодичность в более глубоком смысле наблюдается всё-таки не только в связи с возрастанием атомного веса элементов, а ещё и по другой причине. Великий учёный догадался, что масса элемента зависит от количества в его строении каких-то более элементарных частиц.
Таким образом, периодического закона некоторым образом натолкнуло представителей науки на мысль о составляющих атома. А учёные вскоре наступившего 20-го столетия - века грандиозных открытий - многократно убедились, что свойства элементов зависят от величины зарядов атомных ядер и строения его электронной оболочки.
Периодический закон и современность
Таблица Менделеева, оставаясь неизменной в своей основе, впоследствии многократно дополнялась и переделывалась. В ней образовалась так называемая нулевая группа элементов, включающая в себя инертные газы. Успешно решена была также проблема размещения редкоземельных элементов. Но несмотря на дополнения, значение открытия периодического закона Менделеева в первоначальном варианте переоценить достаточно трудно.
Позднее, с и явления радиоактивности, были до конца поняты причины успеха подобной систематизации, а также периодичности свойств элементов различных веществ. Вскоре в указанной таблице нашли своё место также изотопы радиоактивных элементов. Основой классификации многочисленных членов ячеек стал атомный номер. А в середине XX века окончательно была обоснована последовательность расположения элементов в таблице, зависящая от заполнения орбиталей атомов передвигающимися с огромной скоростью вокруг ядра электронами.
ОТКРЫТИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА
Периодический закон был открыт Д. И. Менделеевым в ходе работы над текстом учебника «Основы химии», когда он столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 г., обдумывая структуру учебника, учёный постепенно пришёл к выводу, что свойства простых веществ и атомные массы элементов связывает некая закономерность.
Открытие периодической таблицы элементов было совершено не случайно, это был результат огромного труда, длительной и кропотливой работы, которая была затрачена и самим Дмитрием Ивановичем, и множеством химиков из числа его предшественников и современников. «Когда я стал окончательно оформлять мою классификацию элементов, я написал на отдельных карточках каждый элемент и его соединения, и затем, расположив их в порядке групп и рядов, получил первую наглядную таблицу периодического закона. Но это был лишь заключительный аккорд, итог всего предыдущего труда…» - говорил учёный. Менделеев подчёркивал, что его открытие было итогом, завершившим собой двадцатилетнее размышление о связях между элементами, обдумывание со всех сторон взаимоотношений элементов.
17 февраля (1 марта) рукопись статьи, содержащая таблицу под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», была закончена и сдана в печать с пометками для наборщиков и с датой «17 февраля 1869 г.». Сообщение об открытии Менделеева было сделано редактором «Русского химического общества» профессором Н. А. Меншуткиным на заседании общества 22 февраля (6 марта) 1869 г. Сам Менделеев на заседании не присутствовал, так как в это время по заданию Вольного экономического общества обследовал сыроварни Тверской и Новгородской губерний.
В первом варианте системы элементы были расставлены учёным по девятнадцати горизонтальным рядам и по шести вертикальным столбцам. 17 февраля (1 марта) открытие периодического закона отнюдь не завершилось, а только началось. Его разработку и углубление Дмитрий Иванович продолжал еще в течение почти трёх лет. В 1870 г. Менделеев в «Основах химии» опубликовал второй вариант системы («Естественную систему элементов»): горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.
Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две - атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеев исправил атомные массы некоторых элементов, несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими, оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы.
В 1871 г. на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.
Периодическая система элементов оказала большое влияние на последующее развитие химии. Она не только была первой естественной классификацией химических элементов, показавшей, что они образуют стройную систему и находятся в тесной связи друг с другом, но и явилась могучим орудием для дальнейших исследований. В то время, когда Менделеев на основе открытого им периодического закона составлял свою таблицу, многие элементы были еще неизвестны. Менделеев был не только убеждён, что должны существовать неизвестные еще элементы, которые заполнят эти места, но и заранее предсказал свойства таких элементов, основываясь на их положении среди других элементов периодической системы. В течение следующих 15 лет предсказания Менделеева блестяще подтвердились; все три ожидаемых элемента были открыты (Ga, Sc, Ge), что было величайшим триумфом периодического закона.
Д.И. Менделеевым сдана в набор рукопись «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» // Президентская библиотека // День в истории http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006
РУССКОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО
Русское химическое общество – научная организация, основанная при Санкт-Петербургском университете в 1868 г. и представлявшая собой добровольное объединение российских химиков.
О необходимости создания Общества было заявлено на 1-м Съезде русских естествоиспытателей и врачей, состоявшемся в Санкт-Петербурге в конце декабря 1867 – начале января 1868 г. На Съезде было оглашено решение участников Химической секции:
«Химическая секция заявила единодушное желание соединиться в Химическое общество для общения уже сложившихся сил русских химиков. Секция полагает, что это общество будет иметь членов во всех городах России, и что его издание будет включать труды всех русских химиков, печатаемые на русском языке».
К этому времени уже были учреждены химические общества в нескольких европейских странах: Лондонское химическое общество (1841), Химическое общество Франции (1857), Немецкое химическое общество (1867); Американское химическое общество было основано в 1876 г.
Устав Русского химического общества, составленный в основном Д. И. Менделеевым, был утверждён Министерством народного просвещения 26 октября 1868 г., а первое заседание Общества состоялось 6 ноября 1868 г. Первоначально в его состав вошли 35 химиков из Петербурга, Казани, Москвы, Варшавы, Киева, Харькова и Одессы. Первым Президентом РХО стал Н. Н. Зинин, секретарём – Н. А. Меншуткин. Члены общества платили членские взносы (10 руб. в год), приём новых членов осуществлялся только по рекомендации трёх действующих. В первый год своего существования РХО выросло с 35 до 60 членов и продолжало плавно расти в последующие годы (129 – в 1879 г., 237 – в 1889 г., 293 – в 1899 г., 364 – в 1909 г., 565 – в 1917 г.).
В 1869 г. у РХО появился собственный печатный орган – «Журнал Русского химического общества» (ЖРХО); журнал выходил 9 раз в год (ежемесячно, кроме летних месяцев). Редактором ЖРХО с 1869 по 1900 был Н. А. Меншуткин, а с 1901 по 1930 – А. Е. Фаворский.
В 1878 г. РХО объединилось с Русским физическим обществом (основано в 1872 г.) в Русское физико-химическое общество. Первыми Президентами РФХО были А. М. Бутлеров (в 1878–1882 гг.) и Д. И. Менделеев (в 1883–1887 гг.). В связи с объединением с 1879 г. (с 11-го тома) «Журнал Русского химического общества» был переименован в «Журнал Русского физико-химического общества». Периодичность издания составляла 10 номеров в год; журнал состоял из двух частей – химической (ЖРХО) и физической (ЖРФО).
На страницах ЖРХО впервые были напечатаны многие труды классиков русской химии. Можно особо отметить работы Д. И. Менделеева по созданию и развитию периодической системы элементов и А. М. Бутлерова, связанные с разработкой его теории строения органических соединений; исследования Н. А. Меншуткина, Д. П. Коновалова, Н. С. Курнакова, Л. А. Чугаева в области неорганической и физической химии; В. В. Марковникова, Е. Е. Вагнера, А. М. Зайцева, С. Н. Реформатского, А. Е. Фаворского, Н. Д. Зелинского, С. В. Лебедева и А. Е. Арбузова в области органической химии. За период с 1869 по 1930 г. в ЖРХО было опубликовано 5067 оригинальных химических исследований, печатались также рефераты и обзорные статьи по отдельным вопросам химии, переводы наиболее интересных работ из иностранных журналов.
РФХО стало учредителем Менделеевских съездов по общей и прикладной химии; три первых съезда прошли в С.-Петербурге в 1907, 1911 и 1922 гг. В 1919 г. издание ЖРФХО было приостановлено и возобновлено лишь в 1924 г.