Меню

Информация о менделееве и его таблице



Таблица Менделеева: история открытия, интересные факты и байки

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».

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.

Материал создан на основе информации из открытых источников. Подготовил Василий Макагонов @vmakagonov

Источник

Как создавалась периодическая таблица элементов Менделеева

У каждой области науки есть свой любимый юбилей. У физиков это «Принципы» Ньютона, книга 1687 года, которая ввела законы движения и гравитации. Биологи празднуют дарвиновское «Происхождение видов» (1859 год) и его день рождения (1809). Астрономы отмечают 1543 год, ведь именно тогда Коперник поместил Солнце в центр Солнечной системы. Что касается химии, ни одна причина для празднования не превзойдет появление периодической таблицы элементов, созданной 150 лет назад в марте русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым.

Дмитрий Иванович Менделеев.

Таблица Менделеева стала такой же привычной для студентов-химиков, как калькуляторы для бухгалтеров. Она содержит всю науку в чуть более сотне квадратов, содержащих символы и цифры. Она перечисляет элементы, которые составляют все земные вещества, сгруппированные таким образом, чтобы можно было выявить закономерности в их свойствах, определить цель химического исследования как в теории, так и на практике.

Периодическая таблица — это, бесспорно, самая важная концепция в химии.

Таблица Менделеева выглядела как специальная таблица, однако сам он хотел, чтобы она отражала глубокую научную истину, которую он открыл: периодический закон. Его закон выявил глубокие семейные отношения между известными химическими элементами – они проявляют подобные свойства через регулярные промежутки (или периоды), если расположить их в порядке атомного веса – и позволил Менделееву предсказать существование элементов, которые еще не были обнаружены.

«До обнародования этого закона химические элементы были просто фрагментарными, случайными фактами в Природе», заявил Менделеев. «Закон периодичности впервые позволил нам увидеть неоткрытые элементы на расстоянии, которое раньше было недоступно для химического зрения».

Опыт системы элементов Д. Менделеева.

Таблица Менделеева не только предсказала существование новых элементов. Она подтвердила тогда еще спорную веру в реальность атомов. Она намекнула на существование субатомной структуры и предвидела математический аппарат, лежащий в основе правил, управляющих материей, которые в конечном счете проявили себя в квантовой теории. Его таблица завершила превращение химической науки из средневекового магического мистицизма алхимии в область современной научной строгости. Периодическая таблица символизирует не столько составляющие вещества, сколько логическую стройность и принципиальную рациональность науки в целом.

Как создавалась периодическая таблица

Легенда гласит, что Менделеев задумал и создал свою таблицу в один день: 17 февраля 1869 года по русскому календарю (для большей части мира это 1 марта). Но это, вероятнее всего, преувеличение. Менделеев думал о группировании элементов годами, и другие химики несколько раз рассматривали понятие связей между элементами в предыдущие десятилетия.

На самом деле, немецкий физик Иоганн Вольфганг Доберейнер заметил особенности группирования элементов еще в 1817 году. В те дни химики еще не полностью поняли природу атомов, описанную атомной теорией Джона Дальтона в 1808 году. В своей «новой системе химической философии» Дальтон объяснил химические реакции, предполагая, что каждое элементарное вещество состоит из атома определенного типа.

Дальтон предположил, что химические реакции производили новые вещества, когда атомы разъединяются или соединяются. Он полагал, что любой элемент состоит исключительно из одного вида атома, который отличается от других по весу. Атомы кислорода весили в восемь раз больше, чем атомы водорода. Дальтон считал, что атомы углерода в шесть раз тяжелее водорода. Когда элементы объединяются для создания новых веществ, количество реагирующих веществ может быть рассчитано с учетом этих атомных весов.

Читайте также:  Алгоритм Прима Краскала Решение задач

Дальтон ошибался насчет некоторых масс – кислород в действительности в 16 раз тяжелее водорода, а углерод в 12 раз тяжелее водорода. Но его теория сделала идею об атомах полезной, вдохновив революцию в химии. Точное измерение атомной массы стало основной проблемой химиков на последующие десятилетия.

Размышляя об этих весах, Доберейнер отметил, что определенные наборы из трех элементов (он назвал их триадами) показывают интересную связь. Бром, например, имел атомную массу где-то между массами хлора и йода, и все эти три элемента демонстрировали сходное химическое поведение. Литий, натрий и калий также были триадой.

Другие химики заметили связи между атомными массами и химическими свойствами, но лишь в 1860-х годах атомные массы стали достаточно хорошо поняты и измерены, чтобы выработалось более глубокое понимание. Английский химик Джон Ньюландс заметил, что расположение известных элементов в порядке увеличения атомной массы приводило к повторению химических свойств каждого восьмого элемента. Эту модель он назвал «законом октав» в статье 1865 года. Но модель Ньюландса не очень хорошо держалась после первых двух октав, что заставило критиков предложить ему расставить элементы в алфавитном порядке. И как вскоре понял Менделеев, отношение свойств элементов и атомных масс были чуть более сложными.

Организация химических элементов

Менделеев родился в Тобольске, в Сибири, в 1834 году и был семнадцатым ребенком у своих родителей. Он жил яркой жизнью, преследуя разные интересы и путешествуя по дороге к выдающимся людям. Во время получения высшего образования в педагогическом институте в Санкт-Петербурге он чуть не умер от тяжелой болезни. После окончания он преподавал в средних школах (это нужно было, чтобы получать жалование в институте), попутно изучая математику и естественные науки для получения степени магистра.

Затем он работал преподавателем и лектором (и писал научные работы), пока не получил стипендию для расширенного тура исследований в лучших химических лабораториях Европы.

Вернувшись в Санкт-Петербург, он оказался без работы, поэтому написал превосходное руководство по органической химии в надежде выиграть крупный денежный приз. В 1862 году это принесло ему премию Демидова. Также он работал редактором, переводчиком и консультантом в различных химических сферах. В 1865 году он вернулся к исследованиям, получил доктора наук и стал профессором Петербургского университета.

Вскоре после этого Менделеев начал преподавать неорганическую химию. Готовясь освоить это новое (для него) поле, он остался неудовлетворен доступными учебниками. Поэтому решил написать собственный. Организация текста требовала организации элементов, поэтому вопрос их наилучшего расположения непрестанно был у него на уме.

К началу 1869 года Менделеев добился достаточного прогресса, чтобы понять, что некоторые группы подобных элементов демонстрировали регулярное увеличение атомных масс; другие элементы с примерно одинаковыми атомными массами имели схожие свойства. Оказалось, что упорядочение элементов по их атомному весу было ключом к их классификации.

Периодическая таблица Д. Менелеева.

По собственным словам Менделеева, он структурировал свое мышление, записав каждый из 63 известных тогда элементов на отдельной карточке. Затем, посредством своего рода игры в химический пасьянс, он нашел закономерность, которую искал. Располагая карточки в вертикальных столбцах с атомными массами от низкой к более высокой, он разместил элементы со схожими свойствами в каждом горизонтальном ряд. Периодическая таблица Менделеева родилась. Он набросал черновую версию 1 марта, отправил ее в печать и включил в свой учебник, который скоро должен был быть опубликован. Также он быстро подготовил работу для представления Российскому химическому обществу.

«Элементы, упорядоченные по размерам их атомных масс, показывают четкие периодические свойства», писал Менделеев в своей работе. «Все сравнения, которые я провел, привели меня к выводу, что размер атомной массы определяет природу элементов».

Тем временем, немецкий химик Лотар Мейер также работал над организацией элементов. Он подготовил таблицу, похожую на менделеевскую, возможно, даже раньше, чем Менделеев. Но Менделеев издал свою первым.

Тем не менее, гораздо более важным, чем победа над Мейером, было то, как Менделеев использовал свою таблицу, чтобы сделать смелые прогнозы о неоткрытых элементах. В подготовке свой таблицы Менделеев заметил, что некоторых карточек недоставало. Он должен был оставить пустые места, чтобы известные элементы могли выровняться правильно. Еще при его жизни три пустых места были заполнены ранее неизвестными элементами: галлий, скандий и германий.

Менделеев не только предсказал существование этих элементов, но также правильно описал их свойства в подробностях. Галлий, например, открытый в 1875 году, имел атомную массу 69,9 и плотность в шесть раз превышающую воды. Менделеев предсказал этот элемент (он назвал его экаалюминий), только по этой плотности и атомной массе 68. Его прогнозы для экакремния близко соответствовали германию (открытому в 1886 году) по атомной массе (72 предсказано, 72,3 фактически) и плотности. Он также верно предсказал плотность германиевых соединений с кислородом и хлором.

Таблица Менделеева стала пророческой. Казалось, что в конце этой игры этот пасьян из элементов раскроет тайны Вселенной. При этом сам Менделеев был мастером в использовании своей же таблицы.

Успешные предсказания Менделеева принесли ему легендарный статус мастера химического волшебства. Но сегодня историки спорят о том, закрепило ли открытие предсказанных элементов принятие его периодического закона. Принятие закона могло быть в большей степени связано с его способностью объяснять установленные химические связи. В любом случае, прогностическая точность Менделеева, безусловно, привлекла внимание к достоинствам его таблицы.

К 1890-м годам химики широко признали его закон как веху в химическом познании. В 1900-м году будущий нобелевский лауреат по химии Уильям Рамсей назвал это «величайшим обобщением, которое когда-либо проводилось в химии». И Менделеев сделал это, сам не понимая как.

Математическая карта

Во многих случаях в истории науки великие предсказания, основанные на новых уравнениях, оказывались верными. Каким-то образом математика раскрывает некоторые природные секреты, прежде чем экспериментаторы их обнаружат. Один из примеров — антиматерия, другой — расширение Вселенной. В случае Менделеева, предсказания новых элементов возникли без какой-либо творческой математики. Но на самом деле Менделеев открыл глубокую математическую карту природы, поскольку его таблица отражала значение квантовой механики, математических правил, управляющих атомной архитектурой.

В своей книге Менделеев отметил, что «внутренние различия материи, которую составляют атомы», могут быть ответственны за периодически повторяющиеся свойства элементов. Но он не придерживался этой линии мышления. По сути, многие годы он размышлял о том, насколько важна атомная теория для его таблицы.

Но другие смогли прочитать внутреннее послание таблицы. В 1888 году немецкий химик Йоханнес Вислицен объявил, что периодичность свойств элементов, упорядоченных по массе, указывает на то, что атомы состоят из регулярных групп более мелких частиц. Таким образом, в некотором смысле таблица Менделеева действительно предвидела (и предоставила доказательства) сложную внутреннюю структуру атомов, в то время как никто не имел ни малейшего представления о том, как на самом деле выглядел атом или имел ли он какую-нибудь внутреннюю структуру вовсе.

К моменту смерти Менделеева в 1907 году ученые знали, что атомы делятся на части: электроны, переносящие отрицательный электрический заряд, плюс некоторый положительно заряженный компонент, делающий атомы электрически нейтральными. Ключом к тому, как эти части выстраиваются, стало открытие 1911 года, когда физик Эрнест Резерфорд, работающий в Манчестерском университете в Англии, обнаружил атомное ядро. Вскоре после этого Генри Мозли, работавший с Резерфордом, продемонстрировал, что количество положительного заряда в ядре (число протонов, которое он содержит, или его «атомное число») определяет правильный порядок элементов в периодической таблице.

Атомная масса была тесно связана с атомным числом Мозли — достаточно тесно, чтобы упорядочение элементов по массе только в нескольких местах отличалось от упорядочения по числу. Менделеев настаивал на том, что эти массы были неправильными и нуждались в повторном измерении, и в некоторых случаях оказался прав. Осталось несколько расхождений, но атомное число Мозли прекрасно легло в таблицу.

Примерно в то же время датский физик Нильс Бор понял, что квантовая теория определяет расположение электронов, окружающих ядро, и что самые дальние электроны определяют химические свойства элемента.

Подобные расположения внешних электронов будут периодически повторяться, объясняя закономерности, которые первоначально выявила таблица Менделеева. Бор создал свою собственную версию таблицы в 1922 году, основываясь на экспериментальных измерениях энергий электронов (наряду с некоторыми подсказками из периодического закона).

Таблица Бора добавила элементы, открытые с 1869 года, но это был тот же периодической порядок, открытый Менделеевым. Не имея ни малейшего представления о квантовой теории, Менделеев создал таблицу, отражающую атомную архитектуру, которую диктовала квантовая физика.

Новая таблица Бора не стала ни первым, ни последним вариантом изначального дизайна Менделеева. Сотни версий периодической таблицы с тех пор были разработаны и опубликованы. Современная форма — в горизонтальном дизайне в отличие от первоначальной вертикальной версии Менделеева — стала широко популярной только после Второй мировой войны, во многом благодаря работе американского химика Гленна Сиборга.

Читайте также:  Разбираемся в качестве тканей натуральные синтетические искусственные

Сиборг и его коллеги создали несколько новых элементов синтетически, с атомными числами после урана, последнего природного элемента в таблице. Сиборг увидел, что эти элементы, трансурановые (плюс три элемента, предшествовавшие урану), требовали новой строки в таблице, которую не предвидел Менделеев. Таблица Сиборга добавила строку для тех элементов под аналогичным рядом редкоземельных элементов, которым тоже не было места в таблице.

Вклад Сиборг в химию принес ему честь назвать собственный элемент — сиборгий с номером 106. Это один из нескольких элементов, названных в честь известных ученых. И в этом списке, конечно, есть элемент 101, открытый Сиборгом и его коллегами в 1955 году и названный менделевием — в честь химика, который прежде всех остальных заслужил место в периодической таблице.

Заходите на наш канал с новостями, если хотите больше подобных историй.

Источник

Дмитрий Иванович Менделеев

Дмитрий Менделеев — биография

Многие из нас знают Дмитрия Ивановича Менделеева как выдающегося химика, создателя системы химических элементов. Но это только часть заслуг и достижений великого ученого. Он был физиком, занимался исследованиями в области геологии, гидродинамики, метрологии. Этого человека современники называли глубоким знатоком промышленности, приборостроения, экономики, воздухоплавания. Несмотря на свою занятость наукой, Менделеев много времени уделял общественной деятельности. Этот великий человек обладал нестандартным мышлением, был настоящим трудоголиком.

Детство

Дмитрий Иванович родился в Тобольске 8 февраля 1834 года. Он был последним, семнадцатым или четырнадцатым по счету, ребенком своих родителей. О точном количестве детей в семействе Менделеевых источники информации дают разные сведения. Достоверно известно только то, что восьмерым младенцам не удалось прожить и года, а некоторые из них были так слабы и нежизнеспособны, что родители не успели даже дать им имени. Еще одна сестра великого химика, Мария, скончалась в 15 лет.

Отец семейства, Иван Павлович, имел чин надворного советника, был директором окружных училищ, директором Тобольской гимназии. Он происходил из рода священнослужителей, в свое время окончил Тверскую семинарию, Главный педагогический институт. Многие исследователи биографии великого химика задаются вопросом, каким образом сын священника Павла Соколова стал называться Иваном Менделеевым.

Нужно сказать, что это было обычной практикой того времени. По окончанию семинарии выпускники получали другие фамилии, отличные от тех, которые были даны им при рождении. Семинарист Иван Соколов во время учебы прославился способностью совершать удачные обмены материальными благами в среде своих сверстников. По этой причине он и получил говорящую фамилию — умеющий «мену делать», Менделеев.

Мать будущего ученого, Мария Дмитриевна, в девичестве носила фамилию Корнильевой. Эта женщина была представительницей старинного рода сибирских купцов и промышленников. Родители даже не пытались дать ей образование, но девушка, пользуясь тем, что ее братья учились в гимназии, самостоятельно прошла курс обучения. Учебники братьев, их поддержка дали возможность девушке стать образованной, расширили ее кругозор.

Эта дама умело вела домашнее хозяйство, занималась воспитанием детей. Среди своих родных и знакомых она слыла очень умной и интеллигентной женщиной. Дмитрию было только 10 лет, когда его отец скончался. Сначала он полностью потерял зрение. После перенесенного стресса его здоровье сильно пошатнулось, и он умер. Потеря единственного кормильца стала большой трагедией для огромной семьи. Несмотря на горе, Мария Дмитриевна продолжала твердой рукой вести хозяйство и воспитывать детей. Эта женщина с сильным характером оказывала большое влияние на своего младшего сына.

Еще до кончины отца семье Менделеевых пришлось переехать в село Аремзянское, где у брата Марии Дмитриевны, который жил в Москве, был небольшой стекольный заводик. Энергичная женщина стала управляющей этого предприятия. Небольшой пенсии супруга и жалования, которое получала Мария Дмитриевна, было достаточно для содержания огромного семейства.

Когда младший Менделеев стал гимназистом, Мария Дмитриевна выслушивала немало претензий от педагогов по поводу отсутствия способностей к учебе у ее сына.

Он не проявлял интереса ни к одному из предметов, особенно тяжело давалась мальчику латынь. Зато ему нравилось наблюдать за стекольным заводом. Здесь подросток получал первые впечатления от организации работ на промышленном предприятии. Внимательная, умная мать сделала вывод, что в ее семье растет будущий предприниматель, и решила развивать способности сына в этом направлении.

Когда мальчику было 14 лет, на стекольном заводе случился пожар, спасти предприятие не удалось. Семья потеряла большую часть своих доходов. После долгих раздумий Мария Дмитриевна приняла решение переехать в Москву, чтобы устроить младшего сына в университет. Два года ушло на завершение всех дел в Сибири, после мать уехала в столицу с двумя младшими детьми – Лизой и Дмитрием. Это произошло в 1850 году, Дмитрий поступил учиться на отделение естественных наук физмата Главного пединститута. Через несколько месяцев после этого события Мария Дмитриевна скончалась.

Преподавателями Менделеева были знаменитые профессора Н. В. Остроградский, Э. Х. Ленц, А. А. Воскресенский. На протяжении пяти лет своей студенческой жизни молодой человек полностью раскрыл свои незаурядные способности. Уже в это время он активно занимается научной работой, становится автором опубликованной статьи «Об изоморфизме».

Научная деятельность

По окончанию института способному выпускнику был вручен диплом с золотой медалью и направление на службу в Симферополь. Дмитрий Иванович занял должность старшего учителя местной гимназии. Когда началась Крымская война, учитель перебрался на новое место жительства. Теперь он работает преподавателем лицея в Одессе, и мечтает о продолжении учебы в университете.

Карьера лицейского преподавателя была недолгой, уже через год Дмитрий становится студентом Петербургского университета. Он защитил диссертацию, стал работать в должности преподавателя химии. После защиты следующей диссертации молодого ученого назначили приват-доцентом университета.

Менделееву было 25 лет, когда его откомандировали в Германию. Здесь он работает в Гейдельбергском университете, занимается обустройством лаборатории, исследованием капиллярных жидкостей. Ученый проводит много опытов, на основании практических исследований пишет научные труды – «О расширении жидкостей», «О температуре абсолютного кипения». В этот же период ему удалось открыть явление, названное «критической температурой».

Стажировка в Германии продолжалась в течение двух лет, затем ученый вернулся в родной университет. Он работает над созданием учебника, который получит название «Органическая химия». За работу над учебным пособием его наградили Демидовской премией. В 30 лет Менделеев получает звание профессора, через два года он становится главой кафедры. Дмитрий Иванович успевает не только преподавать свой любимый предмет, но и работает над книгой «Основы химии».

Молодой профессор, которому в то время исполнилось только 35 лет, совершил великое открытие. В 1869 году он создал периодическую систему элементов, которую не переставал совершенствовать на протяжении всей своей жизни. В таблице ученый представил массу 9 элементов, через некоторое время добавил в нее ряд благородных газов. Здесь было предусмотрено место и для тех элементов, которые только предстояло открыть. В 90-е годы профессор занимается изучением радиоактивности, вносит весомый вклад в открытие данного явления. Согласно периодическому закону Менделеева, свойства элементов находятся в прямой зависимости от их атомного объема.

Источник

Периодическая система химических элементов: как это работает

Рассказываем, как устроена таблица Менделеева и как ею пользоваться.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907)

Выдающийся русский учёный, химик, физик и энергетик. Самым значимым его вкладом в науку стало открытие периодического закона, графическое выражение которого получило название Периодической системы химических элементов.

Периодический закон

К середине XIX века учёные располагали множеством сведений о физических и химических свойствах разных элементов и их соединений. Появилась необходимость упорядочить эти знания и представить их в наглядном виде. Исследователи из разных стран пытались создать классификацию, объединяя элементы по сходству состава и свойств веществ, которые они образуют. Однако ни одна из предложенных систем не охватывала все известные элементы.

Пытался решить эту задачу и молодой русский профессор Д.И. Менделеев. Он собирал и классифицировал информацию о свойствах элементов и их соединений, а затем уточнял её в ходе многочисленных экспериментов. Собрав данные, Дмитрий Иванович записал сведения о каждом элементе на карточки, раскладывал их на столе и многократно перемещал, пытаясь выстроить логическую систему. Долгие научные изыскания привели его к выводу, что свойства элементов и их соединений изменяются с возрастанием атомной массы, однако не монотонно, а периодически.

Так был открыт периодический закон, который учёный сформулировал следующим образом: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Своё открытие Менделеев совершил почти за 30 лет до того, как учёным удалось понять структуру атома. Открытия в области атомной физики позволили установить, что свойства элементов определяются не атомной массой, а зависят от количества электронов, содержащихся в нём. Поэтому современная формулировка закона звучит так:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов.

Этот принцип Менделеев проиллюстрировал в таблице, в которой были представлены все 63 известных на тот момент химических элемента. При её создании учёный предпринял ряд весьма смелых шагов.

Читайте также:  Федеральный закон от 14 ноября 2002 г N 161 ФЗ О государственных и муниципальных унитарных предприятиях с

Во-первых, многочисленные эксперименты позволили Менделееву сделать вывод, что атомные массы некоторых элементов ранее были вычислены неправильно, и он изменил их в соответствии со своей системой.

Во-вторых, в таблице были оставлены места для новых элементов, открытие которых учёный предсказал, подробно описав их свойства.

Мировое научное сообщество поначалу скептически отнеслось к открытию русского химика. Однако вскоре были открыты предсказанные им химические элементы: галлий, скандий и германий. Это разрушило сомнения в правильности системы Менделеева, которая навсегда изменила науку. Там, где раньше учёному требовалось провести ряд сложнейших (и даже не всегда возможных в реальности) опытов — теперь стало достаточно одного взгляда в таблицу.

Теперь расскажем, как устроена Периодическая таблица элементов Менделеева и как ею пользоваться.

Структура Периодической системы элементов

На настоящий момент Периодическая таблица Менделеева содержит 118 химических элементов. Каждый из них занимает своё место в зависимости от атомного числа. Оно показывает, сколько протонов содержит ядро атома элемента и сколько электронов в атоме находятся вокруг него. Атом каждого последующего элемента содержит на один протон больше, чем предыдущий.

Периоды — это строки таблицы. На данный момент их семь. У всех элементов одного периода одинаковое количество заполненных электронами энергетических уровней.

Группы — это столбцы. В группы в Периодической таблице объединяются элементы с одинаковым числом электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. В кратком варианте таблицы, используемой в школьных учебниках, элементы разделены на восемь групп. Каждая из них делится на главную (A) и побочную (B) подгруппы, которые объединяют элементы со сходными химическими свойствами.

Каждый элемент обозначается одной или двумя латинскими буквами. Порядковый номер элемента (число протонов в его ядре) обычно пишется в левом верхнем углу. Также в ячейке элемента указана его относительная атомная масса (сумма масс протонов и нейтронов). Это усреднённая величина, для расчёта которой используются атомные массы всех изотопов элемента с учётом их содержания в природе. Поэтому обычно она является дробным числом.

Чтобы узнать количество нейтронов в ядре элемента, необходимо вычесть его порядковый номер из относительной атомной массы (массового числа).

Свойства Периодической системы элементов

Расположение химических элементов в таблице Менделеева позволяет сопоставлять не только их атомные массы, но и химические свойства.

Вот как они изменяются в пределах группы (сверху вниз):

  • Металлические свойства усиливаются, неметаллические ослабевают.
  • Увеличивается атомный радиус.
  • Усиливаются основные свойства гидроксидов и кислотные свойства водородных соединений неметаллов.

В пределах периодов (слева направо) свойства элементов меняются следующим образом:

  • Металлические свойства ослабевают, неметаллические усиливаются.
  • Уменьшается атомный радиус.
  • Возрастает электроотрицательность.

Элементы Периодической таблицы Менделеева

По положению элемента в периоде можно определить его принадлежность к металлам или неметаллам. Металлы расположены в левом нижнем углу таблицы, неметаллы — в правом верхнем углу. Между ними находятся полуметаллы. Все периоды, кроме первого, начинается щелочным металлом. Каждый период заканчивается инертным газом.

Щелочные металлы

Первая группа главная подгруппа элементов (IA) — щелочные металлы. Это серебристые вещества (кроме цезия, он золотистый), настолько мягкие, что их можно резать ножом. Поскольку на их внешнем электронном слое находится только один электрон, они очень легко вступают в реакции. Плотность щелочных металлов меньше плотности воды, поэтому они в ней не тонут, а бурно реагируют с образованием щёлочи и водорода. Реакция идёт настолько энергично, что водород может даже загореться или взорваться. Эти металлы настолько активно реагируют с кислородом в воздухе, что их приходится хранить под слоем керосина (а литий — под слоем вазелина).

Учите химию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду CHEMISTRY892020 вы получите бесплатный недельный доступ к курсам химии за 8 класс и 9 класс.

Щелочноземельные металлы

Вторая группа главная подгруппа (IIА) представлена щелочноземельными металлами с двумя электронами на внешнем энергетическом уровне атома. Бериллий и магний часто не относят к щелочноземельным металлам. Они тоже имеют серебристый оттенок и легко взаимодействуют с другими элементами, хотя и не так охотно, как металлы из первой группы главной подгруппы. Температура плавления щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных. Ионы магния и кальция обусловливают жёсткость воды.

Лантаноиды и актиноиды

В третьей группе побочной подгруппе (IIIB) шестого и седьмого периодов находятся сразу несколько металлов, сходных по строению внешнего энергетического уровня и близких по химическим свойствам. У этих элементов электроны начинают заполнять третий по счёту от внешнего электронного слоя уровень. Это лантаноиды и актиноиды. Для удобства их помещают под основной таблицей.

Лантаноиды иногда называют «редкоземельными элементами», поскольку они были обнаружены в небольшом количестве в составе редких минералов и не образуют собственных руд.

Актиноиды имеют одно важное общее свойство — радиоактивность. Все они, кроме урана, практически не встречаются в природе и синтезируются искусственно.

Переходные металлы

Элементы побочных подгрупп, кроме лантаноидов и актиноидов, называют переходными металлами. Они вполне укладываются в привычные представления о металлах — твёрдые (за исключением жидкой ртути), плотные, обладают характерным блеском, хорошо проводят тепло и электричество. Валентные электроны их атомов находятся на внешнем и предвнешнем энергетических уровнях.

Неметаллы

Правый верхний угол таблицы до инертных газов занимают неметаллы. Неметаллы плохо проводят тепло и электричество и могут существовать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (как углерод или кремний), жидком (как бром) и газообразном (как кислород и азот). Водород может проявлять как металлические, так и неметаллические свойства, поэтому его относят как к первой, так и к седьмой группе Периодической системы.

Подгруппа углерода

Четвёртую группу главную подгруппу (IVА) называют подгруппой углерода. Углерод и кремний обладают всеми свойствами неметаллов, германий и олово занимают промежуточную позицию, а свинец имеет выраженные металлические свойства. Углерод образует несколько аллотропных модификаций — вариантов простых веществ, отличающихся по своему строению, а именно: графит, алмаз, фуллерит и другие.

Большинство элементов подгруппы углерода — полупроводники (проводят электричество за счёт примесей, но хуже, чем металлы). Графит, германий и кремний используют при изготовлении полупроводниковых элементов (транзисторы, диоды, процессоры и так далее).

Подгруппа азота

Пятую группу главную подгруппу (VA) называют пниктогенами или подгруппой азота. В ходе реакций эти элементы могут как отдавать электроны, так и принимать их, завершая внешний энергетический уровень.

Физические свойства элементов подгруппы азота различны. Азот является бесцветным газом. Фосфор, мягкое вещество, образует несколько вариантов аллотропных модификаций — белый, красный и чёрный фосфор. Мышьяк — твёрдый полуметалл, способный проводить электрический ток. Висмут — блестящий серебристо-белый металл с радужным отливом.

Азот — основное вещество в составе атмосферы нашей планеты. Некоторые элементы подгруппы азота токсичны для человека (фосфор, мышьяк, висмут). При этом азот и фосфор являются важными элементами почвенного питания растений, поэтому они входят в состав большинства удобрений. Азот и фосфор также участвуют в формировании важнейших молекул живых организмов — белков и нуклеиновых кислот.

Подгруппа кислорода

Халькогены или подгруппа кислорода — элементы шестой группы главной подгруппы (VIA). Для завершения внешнего электронного уровня атомам этих элементов не хватает лишь двух электронов, поэтому они проявляют сильные окислительные (неметаллические) свойства. Однако, по мере продвижения от кислорода к полонию они ослабевают.

Кислород образует две аллотропные модификации — кислород и озон — тот самый газ, который образует экран в атмосфере планеты, защищающий живые организмы от жёсткого космического излучения.

Кислород и сера легко образуют прочные соединения с металлами — оксиды и сульфиды. В виде этих соединений металлы часто входят в состав руд.

Галогены

Седьмая группа главная подгруппа (VIIA) представлена галогенами — неметаллами с семью электронами на внешнем электронном слое атома. Это сильнейшие окислители, легко вступающие в реакции. Галогены («рождающие соли») назвали так потому, что они реагируют со многими металлами с образованием солей. Например, хлор входит в состав обычной поваренной соли.

Самый активный из галогенов — фтор. Он способен разрушать даже молекулы воды, за что и получил своё грозное имя (слово «фтор» переводится на русский язык как «разрушительный»). А его «близкий родственник» — иод — используется в медицине в виде спиртового раствора для обработки ран.

Инертные газы

Инертные газы, расположенные в последней, восьмой группе главной подгруппе (VIIIA) — элементы с полностью заполненным внешним электронным уровнем. Они практически не способны участвовать в реакциях. Поэтому их иногда называют «благородными», проводя параллель с представителями высшего общества, которые брезгуют контактировать с посторонними.

У инертных газов есть удивительная способность: они светятся под действием электромагнитного излучения, поэтому используются для создания ламп. Так, неон используется для создания светящихся вывесок и реклам, а ксенон — в автомобильных фарах и фотовспышках.

Гелий обладает массой всего в два раза больше массы молекулы водорода, но, в отличие от последнего, не взрывоопасен и используется для заполнения воздушных шаров.

Источник