История открытия и подтверждения периодического закона Д.И.Менделеева

 

Кабардино-Балкарский госуниверситет

им. Х.М. Бербекова

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

История открытия и подтверждения периодического закона Д.И.Менделеева

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель – доцент Шогенова Д.Л.

Исполнитель – студент 1 курса 1 п/гр. специальности «Фармация»

Ф.И.О.  Текуева Миналдан Махтиевна                                                            

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 Введение………………………........................................................................3

1.Предпосылки открытия  Периодического закона Д.И.Менделеевым……4

1.1. Классификация Й.Я. Берцелиуса………………………………………..4

1.2. Триады Дёберейнера и первые системы элементов…………………...4

1.3. Спираль де Шанкуртуа ………………………………………………….5

1.4.Октавы Ньюлендса……………………………………………………….6

1.5.Таблицы Одлинга и  Мейера……………………………………………..7

2.Открытие  Д.И. Менделеевым  Периодического закона…………………9

Заключение…………………………………………………………………..16

Список литературы…………………………………………………………17

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – основа современной химии.

 

 

Рис.1. Д.И.Менделеев

 

Именем Д.И.Менделеева 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. В честь Д.И.  Менделеева ежегодно в Тверской области проводятся Региональные Менделеевские чтения. Даже элементу с порядковым номером 101 было дано название менделевий, в честь Дмитрия Ивановича.

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.

Цель работы: изучить предпосылки возникновения периодического закона и периодической системы химических элементов и оценить вклад в данное открытие Дмитрия Ивановича Менделеева.

 

 

1.Предпосылки открытия Периодического закона Д.И.Менделеевым

       Поиски  основы естественной классификации  химических элементов и их  систематизации начались задолго  до открытия Периодического закона. Ко времени открытия Периодического  закона было известно 63 химических элемента, описаны состав и свойства их соединений.

1.1 Классификация Й.Я. Берцелиуса

       Выдающийся  шведский химик Й.Я. Берцелиус  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.

Таблица 1. Классификация Й.Я. Берцелиуса

Химические элементы
Металлы	Неметаллы
Fe-Железо                                             Cu-Медь                                                      Al-Алюминий                                        Hg-ртуть	C-углерод S-сера P-фосфор O2-кислород

1.2. Триады Дёберейнера и первые системы элементов

        В 1829 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер предпринял первую значимую попытку систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами.

 

         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. Несмотря на то, что триады Деберейнера в какой-то мере являются прообразами менделеевских групп, эти представления в целом ещё слишком несовершенны. Отсутствие магния в едином семействе кальция, стронция и бария или кислорода в семействе серы, селена и теллура является результатом искусственного ограничения совокупностей сходных элементов лишь тройственными союзами. Очень показательна в этом смысле неудача Деберейнера выделить триаду из четырех близких по своим свойствам элементов: P, As, Sb, Bi. Дёберейнер отчётливо видел глубокие аналогии в химических свойствах фосфора и мышьяка, сурьмы и висмута, но, заранее ограничив себя поисками триад, он не смог найти верного решения. Спустя полвека Лотар Майер скажет, что если бы Дёберейнер хоть ненадолго отвлекся от своих триад, то он сразу же увидел бы сходство всех этих четырех элементов одновременно.

         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.

       

1.3. Спираль де Шанкуртуа  (1862 г.)

        Профессор  Парижской высшей школы Александр Бегуйе 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. Так впервые родилась мысль о периодичности свойств элементов, но на нее не обратили внимания, и вскоре она оказалась забытой.

1.4.Октавы Ньюлендса

        Вскоре  после спирали де Шанкуртуа  американский  учёный Джон Ньюлендс сделал попытку сопоставить химические свойства элементов с их атомными массами. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом. Найденную закономерность Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что (при небольшом изменении порядка некоторых элементов) сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии. Джон Ньюлендс, безусловно, первым дал ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, присвоил химическим элементам соответствующий порядковый номер и заметил систематическое соотношение между этим порядком и физико-химическими свойствами элементов. Он писал, что в такой последовательности повторяются свойства элементов, эквивалентные веса (массы) которых отличаются на 7 единиц, или на значение, кратное 7, т. е. как будто бы восьмой по порядку элемент повторяет свойства первого, как в музыке восьмая нота повторяет первую.

 

до	ре	ми	фа	соль	ля	си
H	Li	Be	B	C	N	O
F	Na	Mg	Al	Si	P	S
Cl	K	Ca	Cr	Ti	Mn	Fe
Co	Cu	Zn	Y	In	As	Se

 

 

 

Рис.2. Октавы Ньюлендса

         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. Лондонское химическое общество встретило его закон октав равнодушно и предложило Ньюлендсу попробовать расположить элементы по алфавиту и выявить какую-либо закономерность.

1.5.Таблицы Одлинга и Мейера

   В 1864 году Уильям 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 году появилась первая таблица немецкого химика Лотара 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.

-	-	-	-	Li	Be
C	N	O	F	Na	Mg
Si	P	S	Cl	K	Ca
-	As	Se	Br	Rb	Sr
Sn	Sb	Te	Y	Cs	-
Rb	Bi	-	-	-	Ba

Рис.3.Таблица химических элементов Мейера

        В 1870 году 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. Открытие  Д.И. Менделеевым Периодического закона

Существует несколько рассказов близких Д.И. Менделееву людей о том, как был открыт периодический закон; эти рассказы передавались очевидцами устно, затем проникли в печать и стали своего рода легендами, проверить которые до сих пор не представилось возможным из-за отсутствия соответствующих документальных данных. Интересен рассказ профессора геологии СПб. Университета А.А. Иностранцева   (1843-1919), близкого друга Д.И. Менделеева. А. А. Иностранцев, посещавший Д.И. Менделеева  как раз в те дни, когда он открывал периодический закон, приводит любопытные штрихи того, как Д.И. Менделеев трудился над созданием своей системы элементов И.И. Лапшин, опубликовавший рассказ А.А. Иностранцева, писал:

«О завершающей творческий процесс интуиции Менделеева заслуженный профессор Александр Александрович Иностранцев Любезно сообщил мне в высшей степени интересные вещи. Однажды, уже будучи секретарем физико-математического факультета, А.А. зашел проведать Менделеева, с которым, как ученый и близкий друг, был в непрестанном духовном общении. Видит: Д.И. стоит у конторки, по-видимому, в мрачном, угнетенном состоянии.

- Чем вы заняты, Дмитрий  Иванович?

Менделеев заговорил о том, что впоследствии воплотилось в периодическую систему элементов, но в ту минуту закон и таблица еще не были сформированы: «Все в голове сложилось,- с горечью прибавил Менделеев, - а выразить таблицей не могу». Немного позднее оказалось следующее. Менделеев три дня и три ночи, не ложась спать, проработал у конторки, пробуя скомбинировать результаты своей мысленной конструкции в таблицу, но попытки достигнуть этого оказались неудачными. Наконец, под влиянием крайнего утомления Менделеев лег спать и тотчас заснул. «Вижу во сне таблицу, где элементы расставлены как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги, - только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка».

 Далее необходимо учесть свидетельство самого Д.И. Менделеева в "Основах химии" о том, как он при окончательном оформлении своей классификации элементов воспользовался карточками, на которых были написаны данные об отдельных элементах. Карточки были нужны Д.И. Менделееву именно для выявления неизвестной ещё зависимости между элементами, а вовсе не для её окончательного оформления. А главное, о чем свидетельствует первоначальный черновик таблицы, карточки с написанными на них элементами располагались Д.И. Менделеевым первоначально не в порядке групп и рядов (периодов), а только в порядке групп (периоды ещё не были вначале открыты). Группы же размещались одна под другой и это  именно размещение групп привело к открытию, что вертикальные столбцы (периоды) элементов примыкают друг к другу, образуя общий непрерывный ряд элементов, в котором периодически повторяются определенные химические свойства. В этом, собственно говоря, и состояло открытие Д.И. Менделеевым периодического закона.