Среди детей Менделеева Иван (род. 1883 г.) был, пожалуй, самой яркой личностью. Биографы учёного говорили о «редком дружеском взаимоотношении» между ними; отмечали, что «…Д.И. в лице сына имел друга, советника, с которым делился идеями и мыслями». Ещё будучи студентом физико-математического факультета Санкт-Петербургского Университета, Иван нередко помогал отцу в расчётах по экономической тематике и работам в Главной Палате мер и весов.
Многие близкие родственники и друзья Дмитрия Ивановича оставили воспоминания о нём (см. например, Д.И. Менделеев в воспоминаниях современников. Изд. 2-ое. М.: Атомиздат. 1973. Составители А.А. Макареня, И.Н. Филимонова, Н.Г. Карпило). Из этих свидетельств, подчас трогательных и проникновенных, можно представить себе отдельные черты облика великого учёного и человека. Однако нет ещё труда, который достаточно полно освещал бы жизнь и творческую деятельность Дмитрия Ивановича. Он сам однажды сказал о себе: «Я—человек своеобычный». Быть может, тому «менделеевисту», кому удастся расшифровать глубинное значение этой короткой фразы, и удастся найти «точки опоры», позволяющие создать «голографический» облик одного из самых великих россиян.
Воспоминания Ивана, написанные им, видимо, уже на склоне лет (Иван скончался в 1936 г.) были полностью опубликованы только… в 1993 г. (см. Научное наследство. Том 21. В.Е. Тищенко, М.Н. Младенцев. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период. 1861-1890 гг. М.: Наука. 1993. Приложение 2. Менделеев Ив. Воспоминания об отце Дмитрии Ивановиче Менделееве). Да и книга эта, опубликованная тиражом 1000 экз., ныне стала уже библиографической редкостью. Между тем воспоминания являются ценнейшим историческим документом. Именно Иван являлся тем членом большой менделеевской семьи, который духовно и идейно был наиболее близок к её главе. Впечатления о взаимоотношениях с отцом и оценку его жизни и деятельности Иван излагал спустя много лет после кончины учёного. Конечно, кое-что могло и стереться в памяти; могли быть упущены немаловажные подробности, перепутаны некоторые даты… Впрочем, едва ли всё это сколь либо существенно. Искренность написанного, отсутствие всякого рода «любований» и «преувеличений» заставляют относиться к воспоминаниям Ивана с высокой степенью доверия.
Воспоминания начинаются с раздела «I. Открытие периодического закона»
Сам Дмитрий Иванович ни разу сколь-либо подробно не затрагивал историю того, как именно он пришёл к идее периодичности. Попытки реконструировать ход его мыслей оказывались отнюдь не безупречными. И тем больший интерес представляет рассказанное Иваном.
«I. Открытие периодического закона .
…Отец крайне не любил говорить с посторонними о личной, субъективной стороне своих переживаний, о том подготовительном периоде, когда формулировались мысли и слагалась постепенно уверенность, что он проник в одну из глубочайших тайн природы.
«Молчи, скрывайся и таи
И чувства и мечты свои»,
—отвечал он часто словами Тютчева на назойливые вопросы. Но в интимных беседах время от времени прорывалось невольно многое…
«Я был с самого начала глубоко убеждён,—говорил мне отец,—в том, что самое основное свойство атомов—атомный вес или масса атома должна определять остальные свойства каждого элемента. В этом убеждении и были предприняты ещё со студенческой скамьи две мои первые более серьёзные работы— «Изоморфизм» и «Удельные объёмы». Этот путь неизбежно должен был привести меня к периодической системе—достаточно было идти им до конца. Ведь изоморфизм, т.е. способность различных веществ давать одинаковые кристаллические формы,—есть одно из типичных свойств элементов одной и той же химической жизни. В «Основах химии» в главе о периодическом законе я указываю, что именно изоморфизм послужил исторически первым, важным доказательным средством для суждения о сходстве соединений двух различных элементов. Точно также и удельные объёмы, т.е. величины, обратные плотностям, дают, как я впоследствии наблюдал, один из наиболее ярких примеров периодичности, повторяемости свойств простых тел при возрастании их атомного веса. Мне оставалось только последовательно углублять этот путь.
Я работал над капиллярностью, над удельными объёмами, над изучением кристаллических форм соединений—постоянно в этом убеждении, стремясь найти основной закон атомной механики. Я сделал попутно ряд обобщений—о температуре абсолютного кипения жидкостей или сжиженных газов, о законе предельности соединений и т.д. Но всё это казалось мне второстепенным и до конца не удовлетворяло. Я уже тогда, на студенческой скамье, в первые годы самостоятельного труда—чувствовал, что должно существовать обширное обобщение, связывающее атомный вес со свойствами элементов. Это—вполне естественная мысль, но на неё не обращали тогда достаточного внимания. Я искал это обобщение с помощью усидчивого труда— во всех возможных направлениях. Только весь этот труд дал мне необходимые точки опоры и вселил уверенность, позволившую мне преодолеть препятствия, казавшиеся тогда непреодолимыми».
«Когда я учился,—говорил отец,—группировки сходных элементов под влиянием, главным образом, французского химика Дюма, которого я потом узнал лично,—были уже довольно ясно намечены. Её нам излагал отчётливо «дедушка русской химии» Александр Абр. Воскресенский. У меня уже тогда возникала мысль о различных возможных группировках элементов, но атомные веса, допускаемые согласно господствующим тогда воззрениям общепризнанными авторитетами, не позволяли высвободить естественную классификацию из тогдашней стройности понятий. Первый свет внесли для меня начала Жерара, давшие правильный подход к установлению атомных весов,—и я стал деятельным борцом за эти начала. Это вело меня,—говорил отец,—уже непосредственно к конечной цели».
Я перехожу к вопросу о приоритете отца в открытии периодического закона. История науки бесспорно утвердила теперь право первенства здесь всецело за одним Менделеевым. Но было немало охотников пристроиться к этому открытию. Национальный шовинизм вносил первоначально немалую путаницу. Отец не придавал этим спорам никакого значения, говоря, что субъективные высказывания здесь ничто, что надо найти прочные объективные доказательства, ввести закон в рабочую практику науки и убедить подавляющими данными в нём людей. Он с внутренним удовлетворением сознавал, что всё это он именно и сделал по отношению к периодическому закону, что он, а никто другой изменил с его помощью лицо химии и направил её на новый путь.
«О попытках Ньюландса и Шанкуртуа,—говорил отец,—в период установления мною периодического закона я не знал, да и вообще они лежали вне течения серьёзной науки. В фантазиях часто много верного, но кто же на них опирается? Что же касается до притязаний Лотара Мейера, то в его группировке до появления моих работ не содержалось ничего нового по сравнению со взглядами Дюма, которые мы знали уже на студенческой скамье: идея периодичности свойств элементов в функции атомного веса отсутствовала. Когда же Лотар Мейер усваивает, наконец, эту мысль, он в первом же своём сообщении ссылается именно на мою работу и в сущности только её реферирует—с осторожной оговоркой, что «было бы ошибочно по столь шатким основаниям изменять общепризнанные атомные веса», т.е. отрицает именно то, необходимость чего я доказал, что стоило мне наибольших усилий и утвердило закон окончательно, отрицает, в сущности весь непризнанный им закон как природы. Периодичность удельных объёмов элементов найдена была мною и доложена русскому химическому съезду тоже до Л. Мейера. Я поэтому не могу внутренне признать притязаний Лотара Мейера на соавторство со мною. Может быть, субъективно, он и делал до опубликования своих работ какие-либо построения и попытки, но ведь и я субъективно задолго до опубликования моих работ здесь много думал, и строил, и знал. Такими доводами приоритет не устанавливается»...
«Решающим моментом в развитии моей мысли о периодическом законе,—говорил мне неоднократно отец,—я считаю 1860-й год—Съезд химиков в Карлсруэ, в котором я участвовал, и на этом съезде—идеи высказанные итальянским химиком С. Канниццаро. Его я и считаю настоящим своим предшественником, так как установленные им атомные веса дали мне необходимую точку опоры. У меня тогда же явилась мысль сопоставить эти новые данные с классификацией Дюма и разобраться в этом очень сложном—при тогдашнем состоянии знаний—вопросе. С тех пор субъективно уже созрела уверенность, что я на верном пути. Между тем мне вскоре вернуться в Россию, и здесь первое время я так был занят лекциями и уроками, потом писанием «Органической химии» и своей докторской диссертацией «О соединении спирта с водой», что надолго был отвлечён в сторону. Только получив кафедру и приступив к составлению «Основ химии», мне удалось вернуться, наконец, вновь к самому сердцу вопроса. В короткое время я пересмотрел массу источников, сопоставил огромный материал. Мне надо было, однако, совершить большое усилие, чтобы в имевшихся сведениях отделить главное от второстепенного, решиться изменить ряд общепризнанных атомных весов, отступить от того, что было признано тогда лучшими авторитетами. Сопоставив всё, я с неотразимой ясностью увидел периодический закон и получил полное внутреннее убеждение, что он отвечает глубочайшей природе вещей. В его освещении предо мной раскрылись целые новые области науки. Я в него внутренне поверил—той верой, которую я считаю необходимой для каждого плодотворного дела. 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. Это было в конце 1868 и после 1869 года».
Я беседовал с отцом на эти темы много раз и передал из этих бесед здесь немногое. Общее моё убеждение, вынесенное мною их этих бесед то, что открытие периодического закона для его творца было не счастливым случаем, не неожиданной удачей. Нет, отыскание основного закона мира атомов было сознательным философским устремлением, заданием, поставленным с самого начала. Творец периодического закона шёл на осаду этой тайны природы систематически, с первых своих работ, постепенно и последовательно суживая круг, пока в результате неутомимого жизненного труда с помощью высшего подъёма творческой мысли не взял, наконец, крепости штурмом.
Воспоминания содержат также разделы: 2. Единство вещества; 3. Приёмы труда; 4. Среди современников; 5. Среди современников (продолжение); 6. Миросозерцание; 7. Путешествия; 8. Менделеев —педагог; 9. Менделеев—педагог (продолжение); 10. Разнообразие деятельности; 11. В мире искусства; 12. Семейная жизнь; 13. Нравственный облик.
«То, что он сделал, он сделал вопреки окружающему, благодаря исключительной силе своей личности, признанной со стороны иностранцев и поддержке на родине очень немногих понявших его лиц» —такими словами заканчивает Иван свои воспоминания.
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.
Открытие периодического закона
«Основы химии» издавались отдельными выпусками. Первый из них вышел в июне 1868 года. Он был посвящен общим вопросам химии, а также рассматривал свойства водорода, кислорода и азота. При составлении плана дальнейшей работы у Менделеева возник важный вопрос: в какой последовательности располагать материал? Решение этой проблемы ученый считал не менее важным, чем само изложение сведений. Он писал: «Одно собрание фактов, даже и очень обширное, одно накопление их, даже и бескорыстное, даже и знание общепринятых начал не дадут еще метода обладания наукою, и они не дадут еще ручательства за дальнейшие успехи и ни даже права на имя науки в высшем смысле этого слова. Здание науки требует не только материала, но и плана. При том пока нет плана - нет и возможности узнать многое из того, что уже было кому-либо известно, что уже сложено. Многие факты химии, не нанесенные на ее планы, часто открывались не раз, а два, три и более раз <.>.
В лабиринте известных фактов легко потеряться без плана, и самый план уже известного иногда стоит такого труда изучения, доли которого не стоит изучение многих отдельных фактов».
Сначала Менделеев планировал классифицировать элементы по валентностям, но затем решил располагать их по атомному весу и сходству свойств. В конце 1868 года он закончил работу по составлению дальнейшего плана «Основ химии» и в начале 1869 года приступил ко второй части книги. Но систематизация химических знаний продолжала интересовать ученого с дидактической точки зрения, а классификация элементов - с научной. И размышления над этой проблемой дали в конце концов свой результат. Утром 17 февраля Менделеев получил письмо от своего коллеги профессора Ходнева. На обороте письма Дмитрий Иванович сделал запись, в которой сопоставил по величине атомного веса щелочные и щелочноземельные металлы.
Насколько верно утверждение о том, что решение проблемы Менделеев нашел во сне - неизвестно. Но, по всей видимости, некий момент озарения, во сне или наяву, присутствовал. Иначе трудно объяснить, почему ученый стал развивать такую важную идею на первом листе, попавшемся под руку. Однако, озарение озарением, но дальнейшее исследование Менделеев провел с привычной для него методичностью. Используя карточки, на которых были кратко изложены свойства элементов и указан их атомный век, Менделеев создал вариант таблицы, в которой нашли свое место практически все известные на тот момент элементы. Переписав систему начисто, Менделеев отправил ее в типографию под заглавием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Экземпляры «Опыта системы» он разослал своим отечественным и зарубежным коллегам. Вот как выглядела эта система, или, если хотите, первая таблица Менделеева:
На первый взгляд, эта таблица мало напоминает современный вариант. Но изучив ее внимательнее, можно увидеть, что в ней видны многие закономерности, на которых основана современная система элементов. Так можно заметить, что в «Опыте системы» уже практически выделены семь главных подгрупп современной таблицы.
Несколько последующих дней Менделеев работал над статьей «Соотношение свойств с атомным весом элементов». В ней ученый обосновывал выбранный им подход: «:…при всей перемене в свойствах простых тел, в свободном их состоянии, нечто остается постоянным, и при переходе элемента в соединения это нечто - материальное и составляет характеристику соединений, заключающих данный элемент. В этом отношении поныне известно только одно числовое данное, это именно атомный вес, свойственный элементу».
Действительно, в то время, когда ученые не имели представления о строении атомов, единственной их характеристикой был атомарный вес. Менделеев не был автором идеи создания системы элементов, основанной на этой величине. До него подобные попытки делали и другие исследователи. Менделеев не старался умалить достижения своих предшественников. Но при этом он в очень корректной форме указывал на прогрессивность своей системы: «Периодическая зависимость свойств несходных элементов и их соединений от атомного веса элементов могла быть установлена после того, как эта зависимость была доказана для сходных элементов. В сопоставлении несходных элементов заключается также, как мне кажется, важнейший признак, которым моя система отличается от систем моих предшественников. Как и эти последние, я принял, за небольшим исключением, те же группы аналогичных элементов, но при этом я поставил себе целью исследовать закономерность во взаимном отношении групп. При этом я пришел к вышеупомянутому общему принципу, который применим ко всем элементам».
Менделеев настаивает на том, что его классификация элементов естественна: «Способ распределения элементов по атомному их весу не противоречит естественному сходству, существующему между элементами, а, напротив того, прямо на него указывает».
В действительности свойства элементов зависят не от веса его атомов, а от их строения, которое, конечно же, в свою очередь связано с этим показателем. Но не имея других характеристик атомов, Менделеев мог отталкиваться только от этой, и такой подход был
действительно самым естественным из возможных.
В конце статьи ученый излагает некоторые положения, вытекающие из открытого им периодического закона:
«1. Элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств.
2. Сходственные по химическим отправлениям элементы представляют или близкие атомные веса (подобно Pt, Ir, Os), или последовательно и однообразно увеличивающиеся (подобно К, Rb, Cs).
3. Сопоставление элементов или их групп по величине атомного веса соответствует так называемой атомности их и, до некоторой степени, различию химического характера, что видно ясно в ряде Li, Be, С, N, О, F и повторяется в других рядах.
4. Распространеннейшие в природе простые тела имеют малый атомный вес, а все элементы с малым атомным весом характеризуются резкостью свойств. Они по этому суть типические элементы. Водород, как легчайший элемент, по справедливости избирается как самый типический.
5. Величина атомного веса определяет характер элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела.
6. Должно ожидать открытия еще многих неизвестных простых тел, например сходных с AL и Si, с паем 65–75.
7. Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналогии. Так, пай Те должен быть не 128, а 123–126.
8. Некоторые аналогии элементов открываются по величине веса и атома».
В конце февраля Менделеев передал рукопись статьи своему коллеге Н. А. Меншуткину. Статья была опубликована в «Журнале Русского химического общества». На заседании Общества доклад по ней сделал, по причине отсутствия автора, Меншуткин. Сам Менделеев был в командировке. По заданию Вольного экономического общества он обследовал несколько сыроварен Тверской губернии. К своей «третьей службе», заботе о развитии промышленности, ученый продолжал относиться не менее серьезно, чем к научной и преподавательской деятельности.
Но открыть периодический закон и, отталкиваясь от него, систематизировать химические элементы было только половиной дела. Следовало еще познакомить научный мир с открытием и убедить ученых в справедливости закона. Летом 1869 года Менделеев участвовал во Втором съезде естествоиспытателей. Он выступил с новым вариантом своей системы. В нем группы элементов со сходными свойствами были расположены уже вертикально, как принято в современном варианте таблицы. Все известные в то время элементы, за исключением семи, нашли в этом варианте свое правильное место. Менделеев продолжал работать над совершенствованием системы. К 1870 году он нашел правильные положения для всех известных элементов.
В 1870–1871 годах ученый издал несколько статей и выступал с докладами по поводу периодического закона. Особое место среди работ Дмитрия Ивановича занимают статьи «Периодическая законность химических элементов» и «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов». О второй из них ученый позже писал: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов и оригинал, по которому писалось потом так много про эту систему. Это причина главная моей научной известности.». В этой работе был впервые коротко сформулирован периодический закон: «.свойства элементов (а следовательно, и образованных из них простых тел) находятся в периодической зависимости от их атомного веса». Современная формулировка отличается только тем, что в ней рассматривается не атомный вес, а заряд атомного ядра.
Менделеев указывал, что открытый им закон может иметь большое значение в дальнейшем развитии химии. Среди возможностей приложения закона ученый называл составление системы элементов, определение свойств еще не открытых элементов и способа их открытия, определение атомного веса малоизученных элементов и исправление этого показателя для целого ряда элементов, пополнение сведений о формах химических соединений. И все эти возможности были реализованы при жизни Менделеева и во многом им самим. Так, к 1871 году он, используя свою периодическую систему, исправил атомный вес многих элементов. Ученый уточнил вес 28 элементов, причем некоторых - кардинальным образом. Например, он показал, что эрбий имеет атомный вес не 56, как считалось ранее, а 170, лантан не 92, а 139, и т. д. Как видим, к 1869 году атомные веса многих элементов были вычислены неверно. Учитывая это обстоятельство и то, что многие элементы тогда вообще не были открыты, можно только удивляться гениальности ученого, который, несмотря на это, смог найти периодическую закономерность.
Еще в первом варианте таблицы Менделеев оставил места для четырех неизвестных элементов с атомными весами 45, 68, 70 и 180. В 1870–1871 годах ученый предсказал химические и физические свойства первых трех из этих элементов и дал им предварительные названия: экабор, экаалюминий и экасилиций. Приставка «эка» означает «следующий за». Этими названиями Менделеев хотел сказать, что предполагаемые элементы должны быть следующими по атомному весу аналогами бора, алюминия и кремния.
В 1875 году француз Лекок де Буабодран открыл новый элемент. Химик назвал его галлием, в честь исторического названия Франции. Реально открытый галлий пришел на смену гипотетическому экаалюминию. В 1879 году шведский химик Нильсон открыл скандий, место которому в системе Менделеева уступил экабор. Экасилиций был заменен в 1886 году германием, который открыл немец Винклер. Справедливость и важность периодического закона блестяще подтвердилась на практике. Но не следует думать, что только после открытия предсказанных Менделеевым элементов периодический закон получил признание. Весной 1871 года ученый отправился в очередную заграничную командировку. Ее целью была закупка необходимых для исследований минералов. В поездке Дмитрий Иванович встречался со многими европейскими учеными, обсуждал с ними периодический закон и свою систему элементов. Выводы Менделеева получили одобрение со стороны многих иностранных коллег. Позже по поводу системы элементов даже возникла полемика о приоритетах. Дело в том, что еще в 1864 году немецкий химик Лотар Мейер создал таблицу из 27 элементов, расположив их в порядке возрастания атомных весов и сгруппировав по валентности. Но теоретических обобщений, подобным периодическому закону Менделеева, немецкий ученый не сделал. Да и полную таблицу всех элементов он создал в 1870 году, то есть уже после выхода «Опыта системы элементов». Однако следует заметить, что некоторые ученые не признавали справедливости закона и многие не понимали и не признавали его фундаментального характера. Для полного признания потребовалось немало времени.
Из книги Над пропастью во лжи автора Новодворская Валерия Из книги Мегатерион автора Кинг Фрэнсис3 «КНИГА ЗАКОНА» Между 1900 и 1903 годами Кроули с размахом путешествовал, потеряв на какое-то время интерес к церемониальной магии, но с головой увлекшись индуистской и буддистской философиями. Его деятельность и интересы на этот период суммируются в меморандуме, написанном
Из книги Таежный бродяга автора Дёмин МихаилЧасть 1 ВНЕ ЗАКОНА
Из книги Панчо Вилья автора Григулевич Иосиф РомуальдовичВНЕ ЗАКОНА Я вышел из ворот, остановился, закуривая. И сейчас же ко мне придвинулись Ноздря и Гога.- Ну, что? Как? - заторопились они, перебивая друг друга, - как приняли?- Нормально, - усмехнулся я, пожимая плечами. - Как положено…- А гроши - отвалили?- Гроши? - Я
Из книги Ощупывая слона [Заметки по истории русского Интернета] автора Кузнецов Сергей ЮрьевичГлава первая. ВНЕ ЗАКОНА Мне не жить, покуда не верну то, что отнял у меня патрон: маленькое ранчо и жену, стол с нехитрой пищей, мирный сон, дикий вой койота на луну, пашню эту, что со всех сторон тянется к напеву и зерну… Много ль нужно, чтобы быть счастливым: дети и любимая
Из книги Лукашенко. Политическая биография автора Федута Александр ИосифовичЧасть третья ВНЕ ЗАКОНА Интернет как новая культурная и технологическая среда поставил перед юристами много новых вопросов. Ни у кого не вызывало сомнения, что можно меняться купленными книгами - но как только люди начали меняться файлами, держатели авторских прав
Из книги Шум времени автора Мандельштам Осип Эмильевич«Все - по нормам закона» Я долго не мог понять, почему Мечислав Гриб в тот момент занял худшую из возможных позиций - попытался сделать вид, что ничего страшного не случилось? И неожиданно нашел для себя ответ в одной его реплике, оставшейся в стенограмме той сессии: «У
Из книги Фридрих II Гогенштауфен автора Вис Эрнст В.Бармы закона Уплотнившееся дыханье капельками опускалось на желтые банные стены. Крошечные черные чашечки, охраняемые запотевшими стаканами железистой крымской воды, были расставлены приманками для красных хоботков караимских и греческих губ. Там, где садились двое,
Из книги Бизнес есть бизнес: 60 правдивых историй о том, как простые люди начали свое дело и преуспели автора Гансвинд Игорь ИгоревичОрудие закона В свите Фридриха находился знаменитый болонский правовед Роффред фон Беневент. Именно его следует считать помощником Фридриха в разработке «Капуанских Ассиз», с помощью которых Фридрих расчистил джунгли власти и права, разросшиеся после смерти Генриха VI
Из книги Путешествие вокруг света автора Форстер ГеоргИздание закона о евреях В норманнской Сицилии сравнительно мирно сосуществовали иудеи, магометане, католики и православные христиане. Именно Фридрих II вопреки своей хваленой терпимости разделил сложившееся смешение религий и народов. Он удалил магометан с острова
Из книги Как это было… К истории Компартии РСФСР – КПРФ автора Осадчий Иван Павлович Из книги The Intel [Как Роберт Нойс, Гордон Мур и Энди Гроув создали самую влиятельную компанию в мире] автора Мэлоун Майкл Из книги Крутой маршрут автора Гинзбург Евгения«Загогулины» основного закона Девятнадцать лет страна живет в нелегитимном конституционном поле30 ноября 2012 г. президент Российской Федерации В. В. Путин встретился с представителями четырех думских фракций: «Единой России», КПРФ, «Справедливой России» и ЛДПР. В ходе
Из книги Алистер Кроули. Привратник Сатаны. Черная магия в XX веке автора Щербаков Алексей ЮрьевичГлава 57. Вся тяжесть закона Всем преемникам Энди Гроува на посту генерального директора компании Intel пришлось иметь дело с рядом вызовов в двадцать первом веке, которые сложно было себе представить в двадцатом. Кроме того, им пришлось заполнять пустоту, образовавшуюся
Из книги автора28. С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАКОНА ОТ ПЕРВОГО ДЕКАБРЯ В Бутырках изоляция от внешнего мира была гораздо более полной, чем в казанских тюрьмах. Камеры комплектовались по принципу - "на одном уровне по ходу следствия". Поэтому к нам совсем не поступали люди с воли. Если и приходили
Из книги автораЯвление закона джунглей А теперь немного медитации Вернемся в 1902 год, когда Кроули в первый раз спустился с непокоренных Гималаев. Он решил навестить старого милого дружка и учителя - Аллана Беннета. Тот окопался в соседнем регионе - на острове Цейлон. К этому времени
Металлы и силикаты, оксиды и углеводы, вода и белки Как сильно различаются они по составу, свойствам, строению. Поистине удивительно многообразие веществ, из которых состоит окружающий нас мир. А если принять во внимание и химические соединения, которые не существуют в природе, но полученные учеными в лабораториях, в списки уже известных веществ придется включать миллионы наименований. И эти списки непрерывно расширяются
В этом безбрежном море было бы невозможно ориентироваться, если бы не было в руках ученых надежного «компаса». Все вещества образованы лишь из нескольких десятков химических элементов, а сами элементы беспрекословно подчиняются единому закону. Этот важный закон – Периодический закон,- открытый в 1869г. великим русским химиком Д. И. Менделеевым, служит одним из краеугольных камней фундамента, на котором зиждется химическая наука.
Меня привлекла тема "Д. И. Менделеев и Периодический закон" тем, что захотелось подробно узнать и понять личность великого ученого, открытие им Периодического закона.
Предпосылки открытия
Периодического закона Д. И. Менделеева.
Еще на заре цивилизации люди находили в природе некоторые химические элементы, среди них медь, железо, серебро, золото и др. Эти металлы, в частности медь и железо, имели такое большое значение в жизни человека, что в честь них были названы целые исторические эпохи (бронзовый и железный века).
Значительный вклад в разработку атомических учений внесли древнегреческие философы: Демокрит (460-370гг. до н. э.), Эпикур (341-270гг. до н. э.), Аристотель (384-322гг. до н. э.). Атомистическая теория древнегреческих философов была результатом строго логичного рассуждения о первоначалах природы, о важнейших принципах жизни. Необходимо было найти единое, неизменное, неуничтожимое в многообразии окружающих вещей. Так возникла мысль о мельчайших, неделимых, неуничтожаемых телах (атомах), составляющих любую вещь.
Последовавшие затем почти тысячелетнее засилье религии и мракобесия привело к тому, что атомистика была предана забвению и возродилась лишь в XVII в. на качественно новом уровне.
Роберт Бойль (1627-1691гг.), английский физик и химик, внес большой вклад в становление химии как науки. Главная заслуга Бойля состоит в том, что он стал рассматривать химические элементы не как некие отвлеченные понятия, а как реально существующие частицы. Он считал, что в действительности химических элементов может быть немного – и тем самым нацеливал на их поиск в природе. Р. Бойль дал принципиально новое понятие о химическом элементе как строго индивидуальном материальном теле, состоящем из атомов. Ключ Бойля "состав – свойства" открывал путь химическому производству веществ с заданными свойствами.
Якоб Берцелиус (1779-1848гг.), шведский химик, определил атомные массы 45 химических элементов в 1818г. Опубликовал их в виде таблице. В том же году он провел сопоставление процентного состава 2000 химических соединений и указал их "атомные веса" (он не пользовался понятием "молекула", а рассматривал молекулы как атомы различной степени сложности). Для обозначения химических элементов Берцелиус предложил использовать начальные буквы их латинских названий. По его мнению, для обозначений химических соединений следовало использовать буквы и цифры, чтобы их легко можно было писать и печатать. Они должны были наглядно отражать соотношение элементов в соединениях, указывать относительные количества составных частей, образующих вещество, и, наконец, выражать численный результат анализа так же просто и понятно, как алгебраические формулы. Берцелиус открыл новые химические элементы: церий, селен и торий. Ему первому удалось получить в свободном состоянии кремний, титан, тантал, цирконий, а также ванадий.
Иоганн Деберейнер (1780-1849гг.), немецкий химик, при сопоставлении атомных весов некоторых химически сходных элементов нашел, что для многих широко распространенных в природе элементов эти числа довольно близки, а для таких элементов, как Fe, Co, Ni, Cr, Mn, они практически одинаковы. Кроме того, он отметил, что относительный "атомный вес" SrO представляет собой приблизительное среднее арифметическое из "атомных весов" CaO и BaO. На этой основе Деберейнер предложил "закон триад", состоящий в том, что сходные по химическим свойствам элементы могут быть сведены в группы по три элемента (триады), например Cl, Br, J или Sr, Ca, Ba. При этом атомный вес среднего элемента триады близок к половине суммы атомных весов крайних элементов.
Другие химики интересовались закономерностями в изменении значений атомных масс в группах сходных элементов. Первой из таких сопоставлений была так называемая "винтовая линия" А. де Шанкуртуа. В своих сообщениях он сделал попытку сопоставить свойства элементов в виде кривой. Он нанес на боковую поверхность цилиндра линию под углом 45° к его основанию. Поверхность цилиндра разделена вертикальными линиями на 16 частей (атомная масса кислорода равна 16). Атомные массы элементов и молекулярные массы простых тел были изображены в виде точек на винтовой линии в соответствующем масштабе. Если развернуть образующую цилиндра, то на плоскости получится ряд отрезов прямых, параллельных друг другу. При таком расположении сходные элементы оказываются друг под другом далеко не всегда. Так, в группу кислорода попадает титан; марганец включен в группу щелочных металлов; железо – в группу щелочноземельных. Однако, "винтовая линия" Шанкуртуа фиксирует и некоторые правильные соотношения между атомными массами ряда элементов, но, тем не менее, не отражает периодичности свойств элементов.
Одной из предпосылок открытия Периодического закона послужили решения международного съезда химиков в Карлсруэ в 1860г. , когда окончательно утвердилось атомно-молекулярное учение, были приняты первые единые определения понятий молекулы и атома, а также атомного веса, который мы теперь называем относительной атомной массой. Именно это понятие как неизменную характеристику атомов химических элементов Д. И. Менделеев положил в основу своей классификации. Он писал: "Масса вещества есть именно такое свойство его, от которого должны находиться в зависимости все остальные свойства. Поэтому ближе или естественнее всего искать зависимость между свойствами и сходствами элементов, с одной стороны, и атомными их весами – с другой". Предшественники Д. И. Менделеева сравнивали между собой только сходные элементы, а поэтому и не смогли открыть Периодический закон. В отличие от них Д. И. Менделеев обнаружил периодичность в изменении свойств химических элементов, расположенных в порядке возрастания величин их атомных масс, сравнивая между собой все известные ему, в том числе и несходные, элементы.
Д. И. Менделеев в своем открытии опирался на четко сформулированные исходные положения:
– Общее неизменное свойство атомов всех химических элементов – их атомная масса;
– Свойства элементов зависят от их атомных масс;
– Форма этой зависимости - периодическая.
Рассмотренные выше предпосылки можно назвать объективными, то есть не зависящими от личности ученого, так как они были обусловлены историческим развитием химии как науки.
Но без личностных качеств великого химика, которые составляют субъективную предпосылку открытия Периодического закона, вряд ли он был бы открыт в 1869г. Если бы его открыл какой-нибудь другой химик, вероятно, это произошло бы намного позже. Энциклопедичность знаний, научная интуиция, умение обобщать, постоянное стремление к познанию неведомого, дар научного предвидения Д. И. Менделеева сыграли свою немалую роль в открытии Периодического закона.
Открытие Д. И. Менделеевым
Периодического закона.
1 марта 1969г. научная общественность всего мира отмечала столетие одного из величайших законов современного естествознания – Периодического закона химических элементов. Наука и техника сделала за этот период гигантские скачки. Казалось бы, значение Периодического закона Д. И. Менделеева должно было потускнеть перед грандиозными достижениями современной науки. Напротив, в наши дни Периодический закон химических элементов представляется рельефнее и значительнее, чем 100 лет назад.
Открытие Периодического закона внесло ясность и порядок в многообразии, и разрозненные сведения о природе и химических свойствах элементах и их соединениях. Химия из эмпирического искусства преобразовалась в подлинную, точную науку. Привычная простота и четкость таблицы Д. И. Менделеева скрывают теперь от нас гигантскую и кропотливую работу по освоению и переработке всего того, что было известно до Д. И. Менделеева. Ему пришлось выполнить грандиозную работу, чтобы стала возможной и осуществимой догадка о существовании закона периодичности свойств элементов.
К 1869г. были открыты только 63 элемента. Из них достаточно хорошо изучены с точно определенными атомными массами только 48, в то время как атомная масса остальных элементов была определена неточно или неверно. Расположив элементы в ряд по возрастанию неверных, или неточно определенных, атомных масс, ни один химик в мире не мог бы обнаружить общей закономерности в их свойствах. Только непостижимая способность обобщения позволила увидеть всеобъемлющую простоту закона. Для этого необходима великая научная смелость, и этой научной смелостью обладал Д. И. Менделеев. Открытый им Периодический закон отвечал самому главному требованию – возможности предсказания нового и предвидения неизвестного. Закон Д. И. Менделеева в этом плане не имеет равных себе.
В самом деле, для того чтобы расположить химические элементы в соответствии с периодическим законом и построить первую Периодическую таблицу, Д. И. Менделеев должен был оставить в ней «пустые» места и принять новые значения атомных масс для многих элементов, т. е. предсказать новые элементы. Для этого нужна уверенность в истинности вновь открытого закона, необходима смелость и решимость, что и отличает Д. И. Менделеева от всех его предшественников.
Более 30 лет Д. И. Менделеев работал над открытием и совершенствованием Периодического закона. Будучи уверенным, что он открыл новый естественный закон природы, Д. И. Менделеев на основании его предсказывает существование 12 неизвестных в то время науке элементов, для трех из них дает подробное описание их свойств, а также свойств их соединений и даже тех способов, при помощи которых они впоследствии могут быть получены.
Все предсказания, сделанные Д. И. Менделеевым на основе Периодического закона, а также исправления атомных масс элементов блестяще подтвердились.
Периодический закон стал законом предвидения в химии. Исследования Д. И. Менделеева дали прочный и надежный фундамент дальнейшего развития науки. Они послужили основой для объяснения строения атомов и их соединения. "Нет ни одного, сколь-либо общего закона природы,- писал Д. И. Менделеев,- который бы основался сразу; всегда его утверждению предшествует много предчувствий, а признание закона наступает не тогда, когда он вполне сознан во всем его значении, а лишь по утверждению его следствий опытами, которые естествоиспытатели должны признавать высшею инстанциею своих соображений и мнений". Вполне естественно, что открытию такого всеобъемлющего закона природы также предшествовал длительный этап "предчувствий". До Д. И. Менделеева было много ученых, которые предлагали свои таблицы и графики элементов и отдельные частные закономерности о соотношении свойств элементов. Не случайно, что некоторые из них после открытия Д. И. Менделеевым выступали с претензиями на первенство открытия. Большое значение для установления периодичности химических элементов имело точное определение основных химических понятий "элемент" и "простое тело". Большая заслуга в определении этих понятий принадлежит Д. И. Менделееву, который, в отличие от своих предшественников, создал систему элементов, а не простых тел или эквивалентов. "Разнообразные периодические отношения принадлежат элементам,- писал Д. И. Менделеев,- а не простым телам, и это весьма важно заметить, потому что Периодический закон относится к элементам, так как им свойствен атомный вес, а простым телам, как и сложным, частичный вес". В то время почти все предшественники Д. И. Менделеева в своих поисках пользовались весьма расплывчатыми понятиями элемента и простого тела и зачастую оперировали не только истинными атомными массами, а эквивалентами. При существовавшей путанице таких понятий, как "атомная масса", "молекулярная масса", "эквивалент", многие химики, занимавшиеся поиском закономерностей между элементами, естественно, не могли обнаружить внутренней связи между их физическими и химическими свойствами. Так, например, У. Одлинг в 1865г. в своей книге "Курс практической химии" дал таблицу, озаглавив ее "Атомные веса и знаки элементов". Эта таблица внешне была сходна с первой таблицей Д. И. Менделеева. Однако сходство было чисто вешним, и поэтому Д. И. Менделеев справедливо указал, что У. Одлинг ничего не говорит о смысле своей таблице и нигде о ней не упоминал.
Все предшественники Д. И. Менделеева не смогли сделать всеобъемлющих обобщений из отмеченных ими закономерностей.
В течение многих лет Д. И. Менделеев выполнял гигантскую работу. В центре его внимания в эти годы было изучение связи химических свойств веществ с их физической структурой – центральная проблема, над которой работали химики того времени.
Деятельность в этой области и подготовила Д. И. Менделеева к открытию периодической закономерности в изменении свойств элементов. Читая курс неорганической химии, в 1868г. он приступил к составлению учебника "Основы химии", который был издан в 1869г. Работая над ним, Д. И. Менделеев искал логическую основу для распределения материала второй части своего курса. Поиски привели его к мысли сопоставить группы сходных элементов. При этом он заметил, что все элементы можно расположить в порядке возрастания атомных масс, объединив их в группы. Таким образом, и появилась первая таблица элементов, озаглавленная "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве". Д. И. Менделеев сразу же понял, что эта таблица не просто служит обоснованием логического плана расположения материала курса, а отражает определенный закон природы, устанавливающий тесную связь между всеми известными элементами.
6 марта 1869г. составленная Д. И. Менделеевым таблица была доложена на заседании Русского химического общества, а затем опубликована в журнале "Русское химическое общество".
В 1871г. он опубликовал две классические статьи о Периодическом законе: "Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов" и "Периодическая закономерность химических элементов". Эти статьи явились обобщением огромной работы, выполненной Д. И. Менделеевым по уточнению формулировки открытого им закона и важнейших следствий и выводов из него. Здесь ученый впервые называет свое открытие Периодическим законом.
Излагая сущность открытого им закона, он формулировал его в следующих словах: "свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов". Появление в русской и иностранной печати сообщений и статей Д. И. Менделеева по периодическому закону, а также рефератов его статей и выход в свет "Основ химии", первого в истории курса, в котором расположение материала базировалось на Периодическом законе, мало обратило внимание со стороны ведущих химиков того времени.
Однако прошло всего лишь около 4 лет со времени предсказаний Д. И. Менделеева, как одно из них получило блестящее подтверждение. Известный французский химик-аналитик Лекок де Буабодран 27 августа 1875г. сообщил об открытии нового элемента, названного им галлием, и описал его свойства. Ознакомившись с работой французского ученого, Д. И. Менделеев тотчас пришел к выводу, что новый элемент есть не что иное, как предсказанный им экаалюминий. Он немедленно направил письмо Лекок де Буабодрану и заметку во французский журнал ("Доклады Парижской Академии наук"). Лекок де Буабодран был удивлен этим письмом и заметкой, опубликованной в журнале. Он не слышал о существовании химика Д. И. Менделеева и к тому же считал, что свойства нового элемента может лучше знать он, который открыл и экспериментально изучил их. Д. И. Менделеев писал, что определение Лекок де Буабордраном плотности этого элемента неточно; по расчетам Д. И. Менделеева, плотность галлия должна быть равна 6. Лекок де Буабодран повторил определение плотности элемента и нашел, что она равна 5,96.
Открытие галлия было блестящим доказательством предсказаний Д. И. Менделеева и произвело огромное впечатление в ученом мире. Его статьи, которые ранее оставались почти не замеченными, теперь привлекли всеобщее внимание.
В 1879г. шведский химик Л. Нильсон при исследовании минералов эвксенита и гадолинита открыл новый элемент, названный им скандием. Свойства этого элемента оказались в точности совпадающими с теми, которые были предсказаны Д. И. Менделеевым на основании периодического закона.
И, наконец, немецкий химик, профессор Горной академии во Фрейберге К. А. Винклер, анализируя минерал аргиродит, обнаружил в нем новый неизвестный элемент и назвал его германием. Свойства германия совпадали с предсказаниями Д. И. Менделеевым свойствами экасилиция.
Эти открытия были блестящим триумфом Периодического закона. Скептицизм и сомнения, существовавшие у некоторой части ученых по отношению к Периодическому закону, сменились полнейшей уверенностью в его величайшем научном значении. Периодический закон стал прочной базой для разнообразных исследований химиков и физиков всего мира. Настала эпоха систематического изучения всех элементов и возможных новых типов их соединения.
К концу прошлого столетия Периодический закон стал общепризнанным. Лежащие в его основе представления о вечности, неизменности атомов и уверенность, что относительная масса атомов одного и того же элемента строго одинакова, казались незыблемыми. Ученые-химики считали своей задачей открытие еще неизвестных элементов, которые должны занять пустующие клетки в Периодической системе Д. И. Менделеева. Однако новые блестящие открытия ученых подвергли Периодический закон серьезным испытаниям. Так, в 1892г. английский физик Р. Дж. Рэлей, исследуя плотность газов воздуха, нашел новый элемент, который был назван аргоном. В следующем году открыт еще один инертный газ – гелий, присутствие которого задолго до этого было спектроскопически обнаружено в солнечной атмосфере. Эти открытия поставили несколько в тупик Д. И. Менделеева, так как для этих элементов не находилось места в Периодической системе. Другой английский физик и химик У. Рамзай предложил аргон и гелий разместить в периодической системе в особый нулевой группе. У. Рамзай предсказал одновременно существование и других инертных газов и, пользуясь методом Д. И. Менделеева, заранее описал их возможные свойства. Действительно, вскоре были открыты неон, криптон и ксенон. Они составили нулевую группу инертных элементов и тем самым были существенным дополнением к Периодической системе. В настоящее время эти элементы формально нельзя назвать инертными, так как получены соединения для криптона и ксенона. Поэтому их теперь размещают в VIII группе Периодической системы.
Одним из важных следствий Периодического закона является современное учение о строении атома.
В конце XIX столетия был открыт электрон. Возникли первые модели строения атома, в основу которых положили гипотезу о равномерном распределении положительного и отрицательного электричества. Э. Резерфорд с помощью опытов сделал вывод, что основная масса вещества сосредоточена в ядре атома. Ядро же атома по сравнению с объемом всего атома имеет весьма малый объем. Весь положительный заряд сосредоточен в ядре. Вокруг положительно заряженного ядра атома движутся отдельные электроны в количестве, равном заряду ядра. На основании опытных данных Э. Резерфорд рассчитал заряд ядер некоторых атомов. Ван-ден-Брэк, сопоставивший результаты измерения заряда ядра атома, сделал следующее предположение: величина заряда ядра атома каждого химического элемента, измеренная в элементарных единицах заряда, равна атомному номеру, т. е. порядковому номеру, который данный элемент имеет в Периодической таблице.
Этот вывод позволил, наконец, понять истинную природу Периодического закона Д. И. Менделеева. стало ясно, что лежит в основе таблицы Д. И. Менделеева, чем отличаются атомы различных химических элементов и что определяет их химическую индивидуальность. Таким образом, все атомы по своему строению аналогичны, т. е. атом любого химического элемента состоит из ядра и электронов, количество которых определяется зарядом ядра.
В соответствии с теорией Н. Бора электроны в атоме располагаются по слоям, причем было найдено, что количество слоев в атоме элемента соответствует номеру периода Периодической системы.
В свете этих открытий Периодический закон Д. И. Менделеева в настоящее время формулируется так: "Свойства химических элементов находится в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер, или порядкового номера элемента".
Основным и исходным пунктом таких грандиозных успехов в науке за сравнительно короткий срок, является открытие Д. И. Менделеева Периодического закона. В то же время эти открытия не только не умалили, а, наоборот, расширили горизонты Периодического закона, превратили его в могучий инструмент познаний природы. Он стал основой для дальнейшего развития науки. Сбылись пророческие слова Д. И. Менделеева, сказанные в Английском химическом обществе 23 мая 1889г. , о том, что Периодический закон, расширив горизонт зрения, как инструмент требует дальнейших улучшений для того, чтобы ясность видения еще новых дальнейших элементов была достаточна для полной уверенности.
Обращаясь к английским коллегам, он подчеркивал, что Периодический закон ждет не только новых приложений, но и усовершенствований.
Успехи современной химии, успехи атомной и ядерной физики, синтез искусственных элементов стали возможными благодаря Периодическому закону. Вместе с тем успехи атомной физики, а также открытие новых методов исследования, развитие квантовой механики, в свою очередь, расширили и углубили сущность Периодического закона. Развитие науки показало, что Периодический закон до конца еще не познан и не завершен, что он много шире и глубже, чем мог предположить Д. И. Менделеев, чем думали до недавнего времени ученые. Так, оказалось, что закону периодичности подчиняется не только строение внешних оболочек атома, но и тонкая структура атомных ядер. Очевидно, что закономерности, которые управляют сложным и во многом в настоящее время еще не понятым миром элементарных частиц, также имеют в своей основе периодический характер.
Будущее Периодической таблицы.
Попробуем заглянуть в будущее. Рассмотрим нижнюю часть таблицы подробно, введя в нее элементы, открытые в последние годы.
Химические свойства полученного в 1998г. элемента № 114 можно ориентировочно предсказать по положению в Периодической системе. Это – непереходной элемент, находящийся в группе углерода, и по свойствам должен напоминать свинец, расположенный над ним. Впрочем, химические свойства нового элемента недоступны для непосредственного изучения – элемент зафиксирован в количестве нескольких атомов и недолговечен.
У элемента - № 118 – целиком заполнены все семь электронных уровней. Поэтому вполне естественно, что он находится в группе инертных газов – над ним расположен радон. Таким образом, 7-й период таблицы Д. И. Менделеева завершен. Эффектный финал столетия!
В течение всего XXв. человечество в основном заполняло именно этот седьмой период, и сейчас он простирается от элемента № 87 – франция. Попробуем решить другой вопрос. Сколько же всего будет элементов в 8-м периоде? Поскольку прибавление каждого электрона соответствует появлению нового элемента, то просто надо сложить максимальное число электронов на всех орбиталях от s до g: 2+6+10+14+18=50. Долгое время так и предполагали, однако компьютерные расчеты показывают, что в 8-м периоде будет не 50, а 46 элементов. Итак, 8-й период будет простираться от элемента № 119 до № 164.
Внимательное рассмотрение Периодической системы позволяет отметить еще одну простую закономерность. p-Элементы впервые появляются во 2-м периоде, d-элементы – в 4-м, f-элементы – в 6-м. Получился ряд четных чисел: 2, 4, 6. эта закономерность определяется правилами заполнения электронных оболочек. Теперь понятно, почему g-элементы появятся в 8м периоде. Простое продолжение ряда четных чисел! Существует и более дальние прогнозы, но они основаны на достаточно сложных расчетах.
Очень интересно, существует ли теоретически последний элемент Периодической системы? Современные расчеты ответить на этот вопрос пока не могут, так что он наукой еще не решен.
Мы достаточно далеко зашли в наших прогнозах, может быть, даже в XXII в. , что, впрочем, вполне объяснимо. Попытаться бросить взгляд в отдаленное будущее – вполне естественное желание для каждого человека.
Заключение.
Значение Периодического закона и Периодической системы химических элементов
Д. И. Менделеева.
Периодический закон Д. И. Менделеева имеет исключительно большое значение. Он положил начало современной химии, сделал ее единой, целостной наукой. Элементы стали рассматриваться во взаимосвязи, в зависимости от того, какое место они занимают в Периодической системе. Как указывал Н. Д. Зелинский, Периодический закон явился "открытием взаимной связи всех атомов в мироздании".
Химия перестала быть описательной наукой. С открытием Периодического закона в нем стало возможным научное предвидение. Появилась возможность предсказывать и описывать новые элементы и их соединения. Блестящий пример тому – предсказание Д. И. Менделеевым существования еще не открытых в его время элементов, из которых для трех – Ga, Sc и Ge – он дал точное описание их свойств.
На основе закона Д. И. Менделеева были заполнены все пустые клетки его системы от элемента с Z=1 до Z=92, а также открыты трансурановые элементы. И сегодня этот закон служит ориентиром для открытия или искусственного создания новых химических элементов.
Периодический закон послужил основой для исправления атомных масс элементов. У 20 элементов Д. И. Менделеевым были исправлены атомные массы, после чего эти элементы заняли свои места в Периодической системе.
Большое общенаучное и философское значение Периодического закона и системы состоит в том, что он подтвердил наиболее общие законы развития природы (единства и борьбы противоположностей, перехода количества в качество, отрицание отрицания).
Учение о строении атома привело к открытию атомной энергии и использованию ее для нужд человека. Можно без преувеличения сказать, что Периодический закон является первоисточником всех открытий химии и физики XX в. Он сыграл выдающую роль в развитии других, смежных с химией естественных наук.
Периодический закон и система лежат в основе решения современных задач химической науки и промышленности. С учетом Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева ведутся работы по получению новых полимерных и полупроводниковых материалов, жаропрочных сплавов, веществ с заданными свойствами, по использованию ядерной энергии, исследуются недра Земли, Вселенная
Вещие слова Д. И. Менделеева: "Посев научный взойдет доля жатвы народной",- сбылись. В них все помыслы, желания. Великий ученый и патриот, он всегда останется для нас символом честности и трудолюбия, борьбы за интересы народа. Мы, его верные последователи, будем вечно чтить светлое имя Дмитрия Ивановича Менделеева. Я согласна с тем, что "феномен Менделеева" будет еще долго изучаться учеными разных специальностей.
Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева
Попытки классификации химических элементов до Д.И.Менделеева
История открытия периодического закона. Основные этапы развития учения о периодичности
Лекция № 7
1. Попытки классификации химических элементов до Д.И.Менделеева.
2. Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева.
3. Открытие Д.И.Менделеевым периодического закона и периодической системы.
4. Триумф периодического закона.
По мере возрастания числа открытых химических элементов возникла крайне важно сть их классификации и систематизации. Первую попытку сделал еще в конце XVIII века А.Лавуазье, выделив 4 класса: газы и флюиды (свет и тепло), металлы, неметаллы, ʼʼземлиʼʼ (оказавшиеся оксидами). Эта классификация положила начало многим другим попыткам.
В 1817 году немецкий ученый И.Доберейнер располагает все известные элементы отдельными триадами:1) Li, Na, K; 2)Ca, Sr, Ba; 3) P, As, Sb; 4) S, Se, Te; 5) Cl, Br, J; и обнаруживает интересную закономерность: масса атома среднего элемента равна среднеарифметическому из масс крайних элементов, к примеру:ArNa = (Ar Li + Ar K)/2 = (6, 94 + 39,1)/2 = 23.
Эта закономерность занимала умы многих химиков, и в 1857 году Ленсеен 60 известных к тому времени элементов располагает в 20 триад. Многие ученые понимали, что элементы связаны каким-то, пока неясным внутренним родством, однако причины открытых закономерностей не выявлялись.
Помимо таблиц с горизонтальным и вертикальным расположением элементов, были предложены и другие. Так, к примеру, французкий химик Шанкуртуа располагает 50 элементов по винтовой линии на поверхности цилиндра, помещая их на линии, в соответствии с атомным весом. Т.к. система заканчивалась теллуром, то эту систему назвали “теллуровый винт”. Многие сходные элементы на цилиндре оказались друг под другом по вертикалям. Это построение графически правильно выражало идею диалектического развития материи.
Интересно, что из его “винта” впервые выявилась аналогия, между водородом и галогенами, лишь недавно ставшая общепризнанной
Замеченная ученым периодическая повторяемость не нашла развития в нижней части цилиндра, где никакой аналогии по вертикали не наблюдалось.
В 1864-1865 годах появились две новые таблицы: английского ученого Дж.Ньюлендса и немецкого ученого Л.Мейера.
Ньюлендс исходил из идеалистических представлений о всеобщей гармонии в природе, которая должна существовать и среди химических элементов.
Известные в то время 62 элемента он расположил в порядке возрастания их эквивалентов и подметил, что в данном ряду часто каждый 8-й как бы повторяет свойства каждого, условно считаемого за первый элемент.
H, Li, Be, B и т.д.; Na – девятый элемент повторяет свойства второго – Li, Ca – 17-ый повторяет свойства 10-го – Mg и т.д.
У него получилось 8 вертикальных столбцов – октав. Сходные элементы расположились на горизонталях. Выявленные закономерности он назвал ʼʼзаконом октавʼʼ. При этом, нарушений гармонии в таблице Ньюлендса было много: нет никакого сходства между Cl и Pt, S, Fe и Au.
И все же, заслуга Ньюленда несомненна: он первый подметил повторяемость свойств на 8-м элементе, привлек внимание к этому числу.
Таблица Лотара Мейера основана на сходстве элементов по их валентности по водороду.
К этому времени в химии было введено понятие валентность. С введением этого понятия химическое сходство приобрело количественное выражение. Так, к примеру, B и Si сходны по свойствам, но различны по валентности (B – 3, Si - 4). В таблице 6 вертикальных столбцов с 44 элементами. Мейер подмечает, что разность между относительными атомными массами соседних по каждому столбцу элементов отличается на закономерно возрастающие числа: 16, 16, 45, 45, 90. Он так же отмечает, что разность между Ar (Si) и Ar (Sn) ненормально велика (90 вместо 45). При этом, никаких выводов не сделал, а ведь таким выводом мог быть вывод о существовании в природе не известных тогда еще элементов.
Мейер, более чем кто - либо другой, был близок к открытию закона (он открыл периодическую зависимость атомных объёмов элементов), но не решился на смелые выводы.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, число попыток классификации элементов до Д.И.Менделеева было около 50. Классифицировали химические элементы ученые из разных стран, и некоторые из них стояли на пороге открытия периодического закона Οʜᴎ искали сходство между явно сходными элементами, и не допускали наличия сходства между Na и Cl, к примеру, ᴛ.ᴇ. не допускали мысли, что все элементы – ступени развития единой материи, в связи с этим они не могли открыть всеобщий закон природы и обнаружить единую систему элементов.
К концу 60-х годов XIX века выявились следующие предпосылки открытия периодического закона:
o установлены, близкие к современным, атомные массы элементов. (Дальтон, Берцелиус, Реньо, Канниццаро). В 1858 году, Канниццаро, используя метод определения плотности газов для определения их молекулярных масс, дал новую систему относительных атомных масс некоторых элементов. Таблица была далеко не полной, но атомные массы, за малым исключением, были точными;
o установлены “естественные группы” сходных элементов (Доберейнер, Петтенкофер, Дюма, Ленсеен, Штреккер, Одлинг, Ньюлендс, Мейер);
o развито учение о валентности химических элементов (Франкланд, Кекуле, Купер);
o открыто сходство кристаллических форм различных химических элементов (Гаюи, Митчерлих, Берцелиус, Розе, Раммельсберг).
Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева" 2017, 2018.