Свойства еще не открытых элементов периодической системы. Великие ученые

План:

Введение

• 1 Приставки
• 2 Первоначальные предсказания, 1870
  • 2.1 Экабор и скандий
  • 2.2 Экаалюминий и галлий
  • 2.3 Экамарганец и технеций
  • 2.4 Экасилиций и германий
• 3 Предсказания 1871 года
• 4 Более поздние предсказания
Примечания

• 6 Для дополнительного чтения

Введение

В 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев опубликовал Периодическую таблицу элементов, в которой химические элементы были расположены в соответствии с наличием у них сходных свойств, в порядке возрастания атомной массы. При этом Менделеевым были оставлены в таблице пустые ячейки для ещё не открытых элементов и предсказаны их свойства.

1. Приставки

Чтобы дать предсказанным элементам «временные» названия, Менделеев использовал приставки «эка», «дви» и «три», в зависимости от того, на сколько позиций вниз от уже открытого элемента с похожими свойствами находился предсказанный элемент. Так, германий до своего открытия в 1886 году носил название «экасилиций», а рений, открытый в 1926 году, назывался «двимарганец».

Приставки для обозначения неоткрытых элементов Менделеев образовал от санскритских слов «один», «два» и «три». Существует мнение, что на выбор Менделеевым санскритских слов повлияло сходство Периодической системы и санскритской абугиды, которую обычно записывают в виде таблицы.

В наше время приставку «эка» (реже «дви») используют для описания трансурановых или ещё не открытых элементов: экасвинец (унунквадий), экарадон (унуноктий), экаактиний или двилантан (унтриенний). Официальная практика ИЮПАК состоит в том, чтобы давать ещё не открытым или только что открытым элементам предварительное систематическое название, основанное на их зарядовом числе, а не на положении в Периодической таблице.

2. Первоначальные предсказания, 1870

Четыре более лёгких, чем редкоземельные, элемента - экабор (Eb ), экаалюминий (Ea ), экамарганец (Em ) и экасилиций (Es ) - достаточно хорошо совпали по свойствам с открытыми позже элементами: скандием, галлием, технецием и германием соответственно.

В первоначальной версии Периодической таблицы редкоземельные элементы располагались иначе, чем сейчас, и это объясняет, почему предсказания Менделеева для более тяжёлых элементов сбылись не так точно, как для лёгких, и почему эти предсказания не так широко известны.

2.1. Экабор и скандий

Оксид скандия был выделен в конце 1879 года шведским химиком Ларсом Фредериком Нильсоном. Позже Пер Теодор Клеве доказал совпадение свойств предсказанного экабора и только что открытого скандия и известил об этом Менделеева. Менделеев предсказал для экабора атомную массу 44, а атомная масса скандия оказалась равна 44,955910.

2.2. Экаалюминий и галлий

В 1871 Менделеев предсказал существование ещё не открытого элемента, который он назвал экаалюминием. Ниже в таблице сравниваются свойства, предсказанные Менделеевым, с действительными характеристиками галлия, открытого в 1875 году.

2.3. Экамарганец и технеций

Технеций был выделен Карло Перье и Эмилио Джино Сегре в 1937 году, уже после смерти Менделеева, из образцов молибдена, которые бомбардировал ядрами дейтерия в циклотроне Эрнест Лоуренс. Менделеев предсказал для экамарганца атомную массу порядка 100, а наиболее стабильным изотопом технеция является 98 Tc.

2.4. Экасилиций и германий

Германий был впервые выделен в 1886 году. Его открытие оказалось лучшим на то время подтверждением теории Менделеева, поскольку германий по своим свойствам значительно резче отличается от соседних элементов, чем два предсказанных ранее элемента.

3. Предсказания 1871 года

В 1871 году Менделеев предсказал существование элемента, расположенного между торием и ураном. Тридцатью годами позже, в 1900 году, Уильям Крукс выделил протактиний как неизвестную радиоактивную примесь в образце урана. Различные изотопы протактиния затем выделяли в Германии в 1913 и 1918 годах, но современное название элемент получил только в 1948 году.

Версия Периодической таблицы, изданная в 1869, предсказывала существование более тяжёлого аналога титана и циркония, но в 1871 году Менделеев поместил на это место лантан. Открытие в 1923 году гафния подтвердило первоначальное предположение Менделеева.

4. Более поздние предсказания

В 1902 году, после открытия гелия и аргона, Менделеев поместил их в нулевую группу таблицы. Сомневаясь в правильности атомной теории, объясняющей закон постоянства состава, он не мог априори считать водород легчайшим из элементов и полагал, что гипотетический, ещё более лёгкий член химически инертной нулевой группы мог оказаться незамеченным. Существованием этого элемента Менделеев пытался объяснить радиоактивность.

Более тяжёлый из двух догелиевых элементов Менделеев отождествлял с коронием, получившим название по ассоциации с необъяснённой спектральной линией солнечной короны. Ошибочная калибровка прибора дала длину волны 531,68 нм, которая позже была исправлена на 530,3 нм. Эту длину волны Гротриан и Эдлен в 1939 году соотнесли с линией железа.

Легчайшему из газов нулевой группы, первому в Периодической таблице, приписывалась теоретическая атомная масса между 5,3·10 −11 и 9,6·10 −7 . Частицам этого газа Менделеев приписал кинетическую скорость порядка 2,5·10 6 м/с. Почти невесомые, частицы обоих этих газов, по Менделееву, должны были легко проходить через толщу материи, практически не вступая в химические реакции. Высокая подвижность и очень малая атомная масса трансводородных газов приводила бы к тому, что они могли быть очень разреженными, по внешним признакам оставаясь при этом плотными. Менделеев был настолько уверен в существовании трансводородных элементов, что включил их в поздние издания Периодической таблицы. [источник? ]

Позже Менделеев опубликовал теоретическую разработку об эфире, решавшую [источник? ] многие из противоречий существовавшей тогда физики. Книга, называвшаяся «Химическая концепция эфира», вышла в 1904 году, и в ней вновь содержалось упоминание о двух газа легче водорода. Под «эфирным газом» Менделеев понимал межзвёздную атмосферу, состоящую из двух трансводородных газов с примесями других элементов и образовавшуюся в результате внутренних процессов, идущих на звёздах.

Примечания

1. Kaji, Masanori (2002). «D.I.Mendeleev"s concept of chemical elements and The Principles of Chemistry - www.scs.uiuc.edu/~mainzv/HIST/awards/OPA Papers/2005-Kaji.pdf». Bulletin for the History of Chemistry 27 (1): 4–16.
2. Массовое число 98 отличается от атомной массы тем, что оно учитывает нуклоны в ядре одного изотопа и не явлется массой среднего образца (содержащего природный набор изотопов) по отношению к 12 C. Атомная масса изотопа 98 Tc равна 97,907214. Для элементов, которые слишком нестабильны, чтобы находиться в земной коре с самого появления Земли, атомную массу наиболее распространённого в природе набора изотопов заменяют атомной массой наиболее стабильного изотопа. - chemlab.pc.maricopa.edu/PERIODIC/Tc.html
3. Emsley John Nature"s Building Blocks. - (Hardcover, First Edition). - Oxford University Press, 2001. - P. 347. - ISBN 0198503407
4. Менделеев Д. Основы химии. - 7-е издание.
5. Swings, P. (July 1943). «Edlén"s Identification of the Coronal Lines with Forbidden Lines of Fe X, XI, XIII, XIV, XV; Ni XII, XIII, XV, XVI; Ca XII, XIII, XV; a X, XIV - adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?1943ApJ....98..116S». Astrophysical Journal 98 (119): 116–124. DOI:10.1086/144550 - dx.doi.org/10.1086/144550. и - laserstars.org/spectra/Coronium.html
6. Менделеев Д. Попытка химического понимания мирового эфира. - Санкт-Петербург, 1903.
   Английский перевод:
   Mendeléeff D. An Attempt Towards A Chemical Conception Of The Ether / G. Kamensky (translator). - Longmans, Green & Co., 1904.
   См. также
   Bensaude-Vincent, Bernadette (1982). «L’éther, élément chimique: un essai malheureux de Mendéleev en 1904». British Journal for the History of Science 15 : 183–188. DOI:10.1086/144550 - dx.doi.org/10.1086/144550.

6. Для дополнительного чтения

• Scerri Eric The Periodic Table: Its Story and Its Significance. - New York: Oxford University Press, 2007. - ISBN 0195305736

Менделеев и Периодический закон

Читайте продолжение статьи Б. Д. Степина, написанной им в 1998 году для тома "Химия" Большой детской энциклопедии

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 - М 2 СO 3 , у ацетатов - CH 3 COOM 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. ||

Были расположены в соответствии с наличием у них сходных свойств в порядке возрастания атомного веса .

В отличие от работ предшественников Менделеев исходил из допущения существования еще не открытых элементов на основе периодического изменения физических и химических свойств известных элементов. Им были оставлены в таблице пустые ячейки для ещё не открытых элементов и предсказаны их свойства. Чтобы дать предсказанным элементам «временные» названия, Менделеев использовал приставки «эка», «дви» и «три» (от санскритских слов «один», «два» и «три»), в зависимости от того, на сколько позиций вниз от уже открытого элемента с похожими свойствами находился предсказанный элемент. Так, германий до своего открытия в 1886 году носил название «экасилиций», а рений , открытый в 1926 году, назывался «двимарганец».

Уже в первом варианте Периодической таблицы, опубликованном Д. И. Менделеевым в 1869 году, включено больше элементов, чем их было открыто на тот момент. В нём оставлены четыре свободные ячейки для еще неизвестных элементов и указаны их атомные веса (в «паях», близких по значению к массе атома водорода).

Развивая в 1869-1871 годах идеи периодичности, Д. И. Менделеев ввёл понятие о месте элемента в периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов. Для предсказания свойств простых веществ и соединений он исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних элементов в группе периодической таблицы, двух соседних элементов в периоде и элементов по диагонали - так называемое «правило звезды». На этой основе, в частности, опираясь на результаты изучения последовательности изменения стеклообразующих оксидов, исправил значения атомных масс 9 элементов. Предсказал в 1870 году существование, вычислил атомные массы и описал свойства трёх ещё не открытых тогда элементов - «экаалюминия», «экабора» и «экасилиция» . Затем предсказал существование ещё восьми элементов, в том числе «двителлура» - полония , «экаиода» - астата , «экамарганца» - технеция , «экацезия» - франция .

Предсказания Менделеева вызвали в научном мире скепсис и острую критику. Так, немецкий физикохимик Вильгельм Оствальд , будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Роберт Бунзен , первооткрыватель рубидия и цезия , писал, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мир чистых абстракций », а Герман Кольбе в 1870 г. назвал работу Менделеева спекулятивной. Правота Менделеева была убедительно доказана, когда были открыты предсказанные им элементы: галлий (Поль Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Ларс Нильсон, 1879) и германий (Клеменс Винклер, 1886) - соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций.

Легчайшему из газов нулевой группы, первому в Периодической таблице, приписывалась теоретическая атомная масса между 5,3·10 −11 и 9,6·10 −7 . Частицам этого газа, названного им ньютонием , Менделеев приписал кинетическую скорость порядка 2,5·10 6 м/с. Почти невесомые, частицы обоих этих газов, по Менделееву, должны были легко проходить через толщу материи, практически не вступая в химические реакции. Высокая подвижность и очень малая атомная масса трансводородных газов приводила бы к тому, что они могли быть очень разреженными, по внешним признакам оставаясь при этом плотными.

Позже Менделеев опубликовал теоретическую разработку об эфире . Книга, называвшаяся «Химическая концепция эфира», вышла в 1904 году, и в ней вновь содержалось упоминание о двух гипотетических инертных газах легче водорода, коронии и ньютонии . Под «эфирным газом» Менделеев понимал межзвёздную атмосферу, состоящую из двух трансводородных газов с примесями других элементов и образовавшуюся в результате внутренних процессов, идущих на звёздах.

4.5 Открытие Периодического закона Д. И. Менделеевым. Значение Периодического закона для химии и естествознания.

Первый вариант Периодической таблицы элементов был опубликован Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году - задолго до того, как было изучено строение атома. В это время Менделеев преподавал химию в Петербургском университете. Готовясь к лекциям, собирая материал для своего учебника "Основы химии", Д. И. Менделеев раздумывал над тем, как систематизировать материал таким образом, чтобы сведения о химических свойствах элементов не выглядели набором разрозненных фактов.

Ориентиром в этой работе Д. И. Менделееву послужили атомные массы (атомные веса) элементов. После Всемирного конгресса химиков в 1860 году, в работе которого участвовал и Д. И. Менделеев, проблема правильного определения атомных весов была постоянно в центре внимания многих ведущих химиков мира, в том числе и Д. И. Менделеева.

Располагая элементы в порядке возрастания их атомных весов, Д. И. Менделеев обнаружил фундаментальный закон природы, который теперь известен как Периодический закон:

Свойства элементов периодически изменяются в соответствии с их атомным весом.

Приведенная формулировка нисколько не противоречит современной, в которой понятие "атомный вес" заменено понятием "заряд ядра". Сегодня мы знаем, что атомная масса сосредоточена в основном в ядре атома. Ядро состоит из протонов и нейтронов. С увеличением числа протонов, определяющих заряд ядра, растет и число нейтронов в ядрах, а значит и масса атомов элементов.

До Менделеева было предпринято несколько попыток систематизировать элементы по разным признакам. В основном объединялись сходные по своим химическим свойствам элементы. Например: Li, Na, K. Или: Cl, Br, I. Эти и некоторые другие элементы объединялись в так называемые "триады". Таблица из пяти таких "триад" была опубликована Доберейнером еще в 1829 году, но она включала лишь небольшую часть из известных к тому времени элементов.

В 1864 году англичанин Дж. Ньюлендс заметил, что если располагать элементы в порядке возрастания их атомного веса, то примерно каждый восьмой элемент является своего рода повторением первого - подобно тому, как нота "до" (как и любая другая нота) повторяется в музыкальных октавах через каждые 7 нот (закон октав). Ниже показан вариант таблицы Ньюлендса, относящийся к 1865 году. Элементы, имеющие одинаковый атомный вес (по данным того времени) помещались под одним номером. Можно видеть, с какими трудностями столкнулся Ньюлендс - наметившиеся закономерности быстро разрушались, поскольку в его системе не была учтена возможность существования еще не открытых элементов.

Доклад Ньюлендса «Закон октав и причины химических соотношений среди атомных весов» обсуждался на заседании Лондонского химического общества 1 марта 1866 года, а краткий отчет о нем публиковался в журнале «Сhemical News». Ньюлендс был близок к открытию Периодического закона, однако сама идея последовательной нумерации только известных к тому времени элементов не просто "ломала" плавное изменение их химических свойств - эта идея исключала возможность существования еще не открытых элементов, для которых в системе Ньюлендса просто не было места. Принципиальная новизна Периодического закона, открытого и сформулированного Д. И. Менделеевым спустя ровно три года, заключалась в следующем:

1. Устанавливалась связь между НЕСХОДНЫМИ по своим свойствам элементами. Эта связь заключается в том, что свойства элементов плавно и примерно одинаково изменяются с возрастанием их атомного веса, а затем эти изменения ПЕРИОДИЧЕСКИ ПОВТОРЯЮТСЯ.

2. В тех случаях, когда создавалось впечатление, что в последовательности изменения свойств элементов не хватает какого-нибудь звена, в Периодической таблице предусматривались ПРОБЕЛЫ, которые надо было заполнить еще не открытыми элементами. Мало того, Периодический закон позволял ПРЕДСКАЗЫВАТЬ свойства этих элементов.

Первый вариант Периодической таблицы, опубликованный Менделеевым в 1869 году, выглядит непривычно для современного читателя (рис. 4-5). Пока не проставлены атомные номера, будущие группы элементов расположены горизонтально (а будущие периоды - вертикально), еще не открыты инертные газы, встречаются незнакомые символы элементов, многие атомные массы заметно отличаются от современных. Однако нам важно видеть, что уже в первый вариант Периодической таблицы Д. И. Менделеев включал больше элементов, чем их было открыто на тот момент! Он оставил свободными 4 клеточки своей таблицы для еще неизвестных элементов и даже смог правильно оценить их атомный вес. Атомные единицы массы (а.е.м.) тогда еще не были приняты и атомные веса элементов измеряли в "паях", близких по значению к массе атома водорода.

Рис. 4-5. Первый вариант Периодической таблицы, опубликованный в 1869 году. Предсказанные Д. И. Менделеевым и действительно открытые впоследствии элементы.

Во всех предыдущих попытках определить взаимосвязь между элементами другие исследователи стремились создать законченную картину, в которой не было места еще не открытым элементам. Наоборот, Д. И. Менделеев считал важнейшей частью своей Периодической таблицы те ее клеточки, которые оставались пока пустыми (знаки вопроса на рис. 4-5). Это давало возможность предсказать существование еще неизвестных элементов.

Достойно восхищения, что свое открытие Д. И. Менделеев сделал в то время, когда атомные веса многих элементов были определены весьма приблизительно, а самих элементов было известно всего 63 - то есть чуть больше половины известных нам сегодня.

Глубокое знание химических свойств различных элементов позволило Менделееву не только указать на еще не открытые элементы, но и предсказать их свойства! Посмотрите, как точно предсказал Д. И. Менделеев свойства элемента, названного им "эка-силицием" (на рис. 4-5 это элемент германий). Спустя 16 лет предсказание Д. И. Менделеева блестяще подтвердилось.

Таблица 4-5. Сопоставление свойств, предсказанных Д. И. Менделеевым для еще не открытого элемента "эка-силиция" со свойствами элемента германия (Ge). В современной Периодической таблице германий занимает место "эка-силиция".

Точно так же при жизни Д. И. Менделеева блестяще подтвердились свойства "эка-алюминия" (элемент галлий Ga) и "эка-бора" (элемент скандий Sc).

После этого ученым всего мира стало ясно, что Периодическая таблица Д. И. Менделеева не просто систематизирует элементы, а является графическим выражением фундаментального закона природы - Периодического закона.

Этот закон обладает предсказательной силой. Он позволил вести целенаправленный поиск новых, еще не открытых элементов. Атомные веса многих элементов, определенные до этого недостаточно точно, подверглись проверке и уточнению именно потому, что их ошибочные значения вступали в противоречие с Периодическим законом.

** Впрочем, даже после огромной и тщательной работы химиков по исправлению атомных весов, в четырех местах Периодической таблицы элементы "нарушают" строгий порядок расположения по возрастанию атомной массы. Это пары элементов:

18 Ar (39,948) – 19 K (39,098);

27 Co(58,933) – 28 Ni (58,69);

52 Te (127,60) – 53 I (126,904);

90 Th (232,038) – 91 Pa (231,0359).

Во времена Д. И. Менделеева подобные отступления считались недостатками Периодической системы. Теория строения атома расставила все на свои места: элементы расположены совершенно правильно - в соответствии с зарядами их ядер. Как же тогда объяснить, что атомный вес аргона больше атомного веса калия?

Атомный вес любого элемента равен среднему атомному весу всех его изотопов с учетом их распространенности в природе (вспомните параграф 2.3 из главы 2). Случайно атомный вес аргона определяется наиболее "тяжелым" изотопом (он встречается в природе в большем количестве). У калия, наоборот, преобладает более "легкий" его изотоп (то есть изотоп с меньшим массовым числом).

Экспериментальное определение зарядов ядер элементов, проведенное Г. Мозли в 1914 году, подтвердило правоту Д. И. Менделеева, который отдал предпочтение химическим свойствам, а не атомным весам элементов при определении их окончательного места в Периодической таблице.

С момента появления Периодического закона химия перестала быть описательной наукой. Как образно заметил известный русский химик Н. Д. Зелинский, Периодический закон явился "открытием взаимной связи всех атомов в мироздании".

Дальнейшие открытия в химии и физике многократно подтвердили фундаментальный смысл Периодического закона. Были открыты инертные газы, которые великолепно вписались в Периодическую систему - особенно наглядно это показывает длинная форма таблицы. Порядковый номер элемента оказался равным заряду ядра атома этого элемента. Многие неизвестные ранее элементы были открыты благодаря целенаправленному поиску именно тех свойств, которые предсказывались по Периодической таблице.

Открытие Периодического закона [править | править исходный текст]

Портрет Д. И. Менделеева (1861)

Периодическая система Д. И.Менделеева 1871 г.

Версия периодической системы Менделеева 1891 года. В ней нетблагородных газов.

В марте 1869 года на заседании Русского химического общества было зачитано сообщение русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева об открытии им Периодического закона химических элементов . В том же году вышло первое издание менделеевского учебника «Основы химии», в котором была приведена его периодическая таблица . В ноябре 1870 года он доложил РХО статью «Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов», в которой Менделеев впервые употребил термин «периодический закон» и указал на существование нескольких не открытых ещё элементов.

В 1871 году в итоговой статье «Периодическая законность химических элементов» Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса » . Тогда же Менделеев придал своей периодической таблице вид, ставший классическим (т. н. короткопериодный вариант).

В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных масс, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы . На основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, он взял на себя смелость изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства не открытых ещё элементов. Для предсказания свойств простых веществ и соединений Менделеев исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних элементов в группе периодической таблицы (то есть сверху и снизу) и одновременно двух соседних элементов в периоде (слева и справа) (т. н. «правило звезды»).

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 (Поль Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Ларс Нильсон, 1879) и германий (Клеменс Винклер, 1886) - соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

English: Monument to the periodic table, in front of the Faculty of Chemical and Food Technology of the Slovak University of Technology in Bratislava, Slovakia. The monument honors Dmitri Mendeleev.

Таблица Менделеева: история открытия, интересные факты и байки

Источник:

Наука, Акценты

Вконтакте5

Распечатать

Отправить по почте

Открытие таблицы периодических химических элементов стало одной из важных вех в истории развития химии как науки. Первооткрывателем таблицы стал российский ученый Дмитрий Менделеев. Неординарный ученый с широчайшим научным кругозором сумел объединить все представления о природе химических элементов в единую стройную концепцию. Об истории открытия таблицы периодических элементов, интересных фактах, связанных с открытием новых элементов, и народных байках, которые окружали Менделеева и созданную им таблицу химических элементов, М24.RU расскажет в этой статье. История открытия таблицы К середине XIX века было открыто 63 химических элемента, и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие элементы в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств. В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюленд, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией. В 1869 году Менделеев опубликовал свою схему периодической таблицы в журнале Русского химического общества и разослал извещение об открытии ведущим ученым мира. В дальнейшем химик не раз дорабатывал и улучшал схему, пока она не приобрела привычный вид. Суть открытия Менделеева в том, что с ростом атомной массы химические свойства элементов меняются не монотонно, а периодически. После определенного количества разных по свойствам элементов, свойства начинают повторяться. Так, калий похож на натрий, фтор - на хлор, а золото схоже с серебром и медью. В 1871 году Менделеев окончательно объединил идеи в периодический закон. Ученые предсказал открытие нескольких новых химических элементов и описал их химические свойства. В дальнейшем расчеты химика полностью подтвердились - галлий, скандий и германий полностью соответствовали тем свойствам, которые им приписал Менделеев. Байки о Менделееве

Гравюра, на которой изображен Менделеев. Фото: ИТАР-ТАСС

Об известном ученом и его открытиях ходило немало баек. Люди в то время слабо представляли себе химию и считали, что занятия химией - это что-то вроде поедания супа из младенцев и воровства в промышленных масштабах. Поэтому деятельность Менделеева быстро обросла массой слухов и легенд. Одна из легенд гласит, что Менделеев открыл таблицу химических элементов во сне. Случай не единственный, точно также говорил о своем открытии Август Кекуле, которому приснилась формула бензольного кольца. Однако Менделеев только смеялся над критиками. "Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы говорите: сидел и вдруг... готово!", - как-то сказал ученый о своем открытии. Другая байка приписывает Менделееву открытие водки. В 1865 году великий ученый защитил диссертацию на тему "Рассуждение о соединении спирта с водою", и это сразу дало повод для новой легенды. Современники химика посмеивались, мол ученый "неплохо творит под действием спирта, соединенного с водой", а следующие поколения уже называли Менделеева первооткрывателем водки. Посмеивались и над образом жизни ученого, а особенно над тем, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле огромного дуба. Также современники подтрунивали над страстью Менделеева к чемоданам. Ученый в пору своего невольного бездействия в Симферополе вынужден был коротать время за плетением чемоданов. В дальнейшем он самостоятельно мастерил для нужд лаборатории картонные контейнеры. Несмотря на явно "любительский" характер этого увлечения, Менделеева часто называли "чемоданных дел мастером". Открытие радия Одна из наиболее трагичных и в то же время известных страниц в истории химии и появления новых элементов в таблице Менделеева связана с открытием радия. Новый химический элемент был открыт супругами Марией и Пьером Кюри, которые обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран. Поскольку о том, что такое радиоактивность, тогда еще никто не знал, то новому элементу молва быстро приписала целебные свойства и способность излечивать чуть ли не от всех известных науке болезней. Радий включили в состав пищевых продуктов, зубной пасты, кремов для лица. Богачи носили часы, циферблат которых был окрашен краской, содержащей радий. Радиоактивный элемент рекомендовали как средство для улучшения потенции и снятия стресса. Подобное "производство" продолжалось целых двадцать лет - до 30-х годов двадцатого века, когда ученые открыли истинные свойства радиоактивности и выяснили насколько губительно влияние радиации на человеческий организм. Мария Кюри умерла в 1934 году от лучевой болезни, вызванной долговременным воздействием радия на организм. Небулий и короний

Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов. В то же время некоторые химические "элементы" были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с "открытием" новых элементов небулия и корония. При исследовании солнечной атмосферы астрономы обнаружили спектральные линии, которые им не удалось отождествить ни с одним из известных на земле химических элементов. Ученые предположили, что эти линии принадлежат новому элементу, который получил название короний (потому что линии были обнаружены при исследовании "короны" Солнца - внешнего слоя атмосферы звезды). Спустя несколько лет астрономы сделали еще одно открытие, изучая спектры газовых туманностей. Обнаруженные линии, которые снова не удалось отождествить ни с чем земным, приписали другому химическому элементу - небулию. Открытия подверглись критике, поскольку в периодической таблице Менделеева уже не оставалось места для элементов, обладающих свойствами небулия и корония. После проверки обнаружилось, что небулий является обычным земным кислородом, а короний - сильно ионизированное железо. Отметим, что сегодня в московском Центральном доме ученых РАН торжественно присвоят имена двум химическим элементам, открытым учеными из подмосковной Дубны.

При составлении периодической системы Д. И. Менделееву пришлось преодолеть немало трудностей, связанных с тем, что одни элементы в то время ещё не были открыты, свойства других были мало изучены, атомные массы третьих были определены неправильно. Учёный глубоко верил в правильность открытого им закона, был твёрдо убеждён в том, что периодический закон отражает объективную реальность. На основании периодической системы он исправил атомные массы ряда элементов, предсказал существование в природе нескольких ещё не открытых элементов и даже описал свойства этих элементов и их соединений. Эти элементы были открыты в течение последующих пятнадцати лет: в 1875 г. П. Э. Лекок де Буабодран открыл элемент номер 31, назвав его галлием; в 1879 г. Л. Ф. Нильсон открыл элемент номер 21 и назвал его скандием; в 1886 году К. А. Винклер открыл элемент 32, который был назван германием.

Менделеев предсказал физические и химические свойства этих трёх элементов на основании свойств окружающих их в таблице элементов. Например, атомную массу и плотность элемента номер 21 он рассчитал как среднее арифметическое атомных масс и плотностей бора, иттрия, кальция и титана.

Ниже в качестве примера приведены свойства элемента с порядковым номером 32 - германия, которые были предсказаны Менделеевым и впоследствии экспериментально подтверждены Винклером.

Свойства элемента № 32, Свойства германия, установленные

предсказанные Менделеевым в 1871 г.: опытным путём в 1886 г.:

атомная масса - 72; атомная масса - 72,6;

серый тугоплавкий металл; серый тугоплавкий металл;

плотность - 5,5 г/см3; плотность - 5,35 г/см3;

должен получаться восстановлением получается восстановлением оксида

оксида водородом; водородом;

формула оксида - ЭО2; формула оксида - GeO2;

плотность оксида - 4,7 г/см3; плотность оксида - 4,7 г/см3;

хлорид ЭCl4 - жидкость; хлорид GeCl4 - жидкость;

плотность ЭCl4 - 1,9 г/см3; плотность GeCl4 - 1,887 г/см3;

температура кипения ЭCl4 - 90 оС. температура кипения GeCl4 - 90 оС.

Открытие предвиденных Менделеевым элементов и блестящее совпадение предсказанных им свойств с установленными опытным путём привело к всеобщему признанию периодического закона.

Следует отметить, что Менделеев сомневался в возможности резкого перехода от таких активных неметаллов, какими являются галогены, к щелочным металлам. Он полагал, что этот переход должен быть более плавным. Вскоре это научное предвидение оправдалось: были открыты инертные газы. В периодической системе не было свободных мест для этих элементов, и они были выделены в самостоятельную группу. С целью подчеркнуть большую химическую инертность этих элементов группа была названа нулевой.

В настоящее время известно много вариантов периодической системы элементов, однако наиболее удобной остаётся таблица, предложенная Д. И. Менделеевым. В первоначальный вариант таблицы позже были внесены некоторые дополнения. Часть из них была сделана самим учёным.

К настоящему времени получен ряд соединений тяжёлых благородных газов, в которых степень окисления составляет +6 и +8 (XeF6, XeO3, XeO4 и др.). В связи с этим инертные газы включены в восьмую группу периодической системы, в которой они составляют главную подгруппу.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.

Современная периодическая система элементов имеет семь периодов, из которых I, II и III называются малыми периодами, а IV, V, VI и VI - большими периодами. I, II и III периоды содержат по одному ряду элементов, IV, V и VI - по два ряда, VII период незаконченный. Все периоды, за исключением I, содержащего лишь два элемента, начинаются щелочным металлом и заканчиваются благородным газом.

ХОРЕЯ (от греч. choreia - пляска) (Виттова пляска), быстрые непроизвольные некоординированные движения, подергивания конечностей и т. п.; вид гиперкинеза. Признак органического поражения мозга при ревматизме (ревматическая, или малая, хорея) либо самостоятельное наследственное заболевание.

ДАРРЕЛЛ (Durrell) Джералд Малколм (1925-1995) , английский зоолог и писатель. Брат Л. Дж. Даррелла. Организатор и участник экспедиций за коллекциями животных в Африку, Юж. Америку, Австралию. Создал зоосад на о. Джерси (1958) для животных, находящихся под угрозой исчезновения. Популярные книги: "Земля шорохов" (1961), "Зоопарк в моем багаже" (1960), "Ковчег на острове" (1976) и др.

БУЛЬБЕНКОВА Ольга Николаевна (1835-1918) , создательница модной мастерской в Санкт-Петербурге в сер. 19 в., существовавшей до 1917 г., известной под названием "Г-жа Ольга". Особой популярностью пользовались изготовленные этой мастерской придворные парадные платья, так называемые "шлейфы". См. также шлейф.