В гимназии Д. И. Менделеев учился сначала посредственно. В сохранившихся в его архиве четвертных ведомостях много удовлетворительных оценок, причем их больше в младших и средних классах. В старших классах Д. И. Менделеев заинтересовался физико-математическими науками, а также историей и географией, интересовало его и строение Вселенной. Постепенно успехи юного гимназиста росли и в выпускном аттестате, полученном 14 июля 1849г. были только две удовлетворительные оценки: по закону божьему (предмет, который он не любил) и по русской словесности (хорошей оценки по этому предмету быть не могло, так как Менделеев плохо знал церковнославянский язык). Гимназия оставила в душе Д. И. Менделеева много светлых воспоминаний об учителях: о Петре Павловиче Ершове – (автор сказки «Конек-Горбунок»), бывшем сначала наставником, потом директором Тобольской гимназии; о И. К. Руммеле – (учитель физики и математики), раскрывшем перед ним пути познания природы. Лето 1850г. прошло в хлопотах. Сначала Д. И. Менделеев подал документы в медико-хирургическую академию, однако первого же испытания – присутствия в анатомическом театре – он не выдержал. Мать подсказала другой путь – стать учителем. Но в Главный педагогически институт набор производился через год и как раз в 1850г. приема не было. К счастью повлияло ходатайство,Он был зачислен в институт на казенное обеспечение. Дмитрий Иванович уже на втором курсе увлекся занятиями в лабораториях, интересными лекциями.
В 1855 г. Д. И. Менделеев блестяще окончил институт с золотой медалью. Ему было присвоено звание старшего учителя. 27 августа 1855г. Менделеев получил документы о назначение его старшим учителем в Симферополь. Дмитрий Иванович много работает: преподает математику, физику, биологию, физическую географию. За два года опубликовал в «Журнале Министерства народного просвещения» 70 статей.
В апреле 1859 года молодого ученого Менделеева направляют за границу «для усовершенствования в науках». Он встречается с русским химиком Н. Н Бекетовым, с известным химиком М. Бертло.
В 1860 году Д. И. Менделеев участвует в первом Международном съезде химиков в немецком городе Карлсруэ.
В декабре 1861 года Менделеев становится ректором университета.
Менделеев видел три обстоятельства, которые, по его мнению, способствовали открытию периодического закона:
Во-первых, были более или менее точно определены величины атомных весов большинства известных химических элементов;
Во-вторых, появилось четкое понятие о группах сходных по химическим свойствам элементов (естественных группах);
В-третьих, к 1869г. Была изучена химия многих редких элементов, без знания которой трудно было бы прийти к какому-либо обобщению.
Наконец решающий шаг к открытию закона заключался в том, что Менделеев сопоставил между собой все элементы по величине атомных весов.
В сентябре 1869г. Д. И. Менделеев показал, что атомные объемы простых веществ находятся в периодической зависимости от атомных весов, а в октябре обнаружил валентности элементов в солеобразующих окислах.
Летом 1870г. Менделеев счел необходимым изменить неправильно определенные атомные веса индия, церия, иттрия, тория и урана и в связи с этим изменил размещение этих элементов в системе. Так, уран оказался самым последним элементом в естественном ряду самым тяжелым по величине атомного веса.
По мере открытия новых химических элементов всё острее ощущалась необходимость их систематизации. В 1869 Д. И. Менделеев создал периодическую систему элементов и открыл лежащий в её основе закон. Это открытие явилось теоретическим синтезом всего предшествующего развития 10в. : Менделеев сопоставил физические и химические свойства всех известных тогда 63 химических элементов с их атомными весами и раскрыл зависимость между двумя важнейшими количественно измеренными свойствами атомов, на которых строилась вся химия,- атомным весом и валентностью.
Спустя много лет Менделеев так охарактеризовал свою систему: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов» Менделеев впервые привел каноническую формулировку периодического закона, просуществовавшую до его физического обоснования: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Не прошло и шести лет как весь мир облетело известие: в 1875г. Молодой французский ученый-спектроскопист П. Лекок де Буабодран выделил из минерала добытого в пиренейских горах, новый элемент. Буабодрана навела на след слабая фиолетовая линия в спектре минерала, которую нельзя было приписать ни одному из известных химических элементов. В честь своей родины, которая в древности называлась Галлией, Буабодран назвал новый элемент галлием. Галлий – очень редкий металл, и Буабодрану стоило большего труда добывать его в количестве немногим больше булавочной головки. Каково было удивление Буабодрана, когда через Парижскую академию наук он получил письмо с русской маркой, в котором сообщалось: в описании свойств галлия все верно, за исключением плотности: галлий тяжелее воды не в 4,7 раза, как утверждал Буабодран, а в 5,9 раза. Неужели кто-то другой открыл галлий раньше? Буабодран заново определил плотность галлия, подвергнув металл более тщательной очистки. И оказалось, что он ошибся, а автор письма - это был, конечно, Менделеев, который и не видел галлия, - прав: относительная плотность галлия не 4,7, а 5,9.
А через 16 лет после предсказания Менделеева немецкий химик К. Винклер открыл новый элемент (1886) и назвал его германием. На это раз Менделееву не пришлось самому указывать, что и этот вновь открытый элемент был им предсказан ранее. Винклер отметил, что германий полностью соответствует экасилицию Менделеева. Винклер писал в своей работе: «Едва ли можно найти иное более поразительное доказательство справедливости учения о периодичности, как во вновь открытом элементе. Это не просто подтверждения смелой теории, здесь мы видим очевидное расширение химического кругозора, мощный шаг в области познания».
Существование в природе более десяти новых, не известных никому элементов предсказал сам Менделеев. Для десятка элементов он предсказал
Правильный атомный вес. Все последующие поиски новых элементов в природе велись исследователями при помощи периодического закона и периодической системы. Они не только помогали ученым в поисках истины, но и способствовали исправлению ошибок и заблуждении в науке.
Блестяще оправдалось предсказания Менделеева – открыты три новых элемента: галлий, скандий, германий. Разрешилась долго мучившая ученых загадка бериллия. Атомный вес его был, наконец, точно определен, и место элемента рядом с литием подтвердилось раз и навсегда. К 90-м годам 19в. , по словам Менделеева, «периодическая законность упрочнилась». В учебники по химии в разных странах уже без сомнения стали включать менделеевскую периодическую систему. Великое открытие получило всеобщее признание.
Судьбы великих открытий порой бывают очень трудными. На их пути встречаются испытания, которые иногда даже ставят под сомнение истинность открытия. Так было и с периодической системой элементов.
Оно было связано с неожиданным открытием совокупности газообразных химических элементов, получивших название инертных, или благородных газов. Первым из них является гелий. Почти все справочники и энциклопедии датируют открытие гелия 1868г. и связывают это событие с французским астрономом Ж. Жансеном и английским астрофизиком Н. Локьера. Жансен присутствовал при полном солнечном затмении в Индии в августе 1868г. И его главная заслуга состоит в том, что ему удалось наблюдать солнечные протуберанцы после того, как затмение кончалось. Их наблюдали только во время затмения. Локьер также наблюдал протуберанцы. Не выезжая с Британских островов, в середине октября того же года. Оба ученых послали описания своих наблюдений в Парижскую академию наук. Но так как Лондон гораздо ближе от Парижа, чем Калькутта то письма почти одновременно пришли к адресату 26 октября. Ни о каком новом элементе, якобы присутствовавшем на Солнце. В этих письмах не было ни слова.
Ученые стали детально изучать спектры протуберанцев. И скоро появились сообщения, что в них содержится линия, которая не может относиться к спектру, какого - либо из существующих на Земле элементов. В январе 1869г. итальянский астроном А. Секки обозначил ее как. В такой записи она и вошла в историю науки как спектральная «материка». Публично о новом солнечном элементе 3 августа 1871 года рассказывал на годичном собрании британских ученых физик В. Томсон.
Это действительная история обнаружения гелия на Солнце. Долгое время никто не мог сказать, что представляет из себя этот элемент, какие у него свойства. Некоторые ученые вообще отвергали существование гелия на земле, так как существовать он мог только в условиях высоких температур. На Земле гелий был найден лишь в 1895 г.
Такова природа происхождения таблицы Д. И. Менделеева.
Не потеряйте. Подпишитесь и получите ссылку на статью себе на почту.
Любой, кто ходил в школу, помнит, что одним из обязательных для изучения предметов была химия. Она могла нравиться, а могла и не нравиться – это не важно. И вполне вероятно, что многие знания по этой дисциплине уже забыты и в жизни не применяются. Однако таблицу химических элементов Д. И. Менделеева наверняка помнит каждый. Для многих она так и осталась разноцветной таблицей, где в каждый квадратик вписаны определённые буквы, обозначающие названия химических элементов. Но здесь мы не будем говорить о химии как таковой, и описывать сотни химических реакций и процессов, а расскажем о том, как вообще появилась таблица Менделеева – эта история будет интересна любому человеку, да и вообще всем тем, кто охоч до интересной и полезной информации.
Небольшая предыстория
В далёком 1668 году выдающимся ирландским химиком, физиком и богословом Робертом Бойлем была опубликована книга, в которой было развенчано немало мифов об алхимии, и в которой он рассуждал о необходимости поиска неразложимых химических элементов. Учёный также привёл их список, состоящий всего из 15 элементов, но допускал мысль о том, что могут быть ещё элементы. Это стало отправной точкой не только в поиске новых элементов, но и в их систематизации.
Сто лет спустя французским химиком Антуаном Лавуазье был составлен новый перечень, в который входили уже 35 элементов. 23 из них позже были признаны неразложимыми. Но поиск новых элементов продолжался учёными по всему миру. И главную роль в этом процессе сыграл знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев – он впервые выдвинул гипотезу о том, что между атомной массой элементов и их расположением в системе может быть взаимосвязь.
Благодаря кропотливому труду и сопоставлению химических элементов Менделеев смог обнаружить связь между элементами, в которой они могут быть одним целым, а их свойства являются не чем-то само собой разумеющимся, а представляют собой периодически повторяющееся явление. В итоге, в феврале 1869 года Менделеев сформулировал первый периодический закон, а уже в марте его доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» был представлен на рассмотрение Русского химического общества историком химии Н. А. Меншуткиным. Затем в том же году публикация Менделеева была напечатана в журнале «Zeitschrift fur Chemie» в Германии, а в 1871 году новую обширную публикацию учёного, посвящённую его открытию, опубликовал другой немецкий журнал «Annalen der Chemie».
Создание периодической таблицы
Основная идея к 1869 году уже была сформирована Менделеевым, причём за довольно короткое время, но оформить её в какую-либо упорядоченную систему, наглядно отображающую, что к чему, он долго не мог. В одном из разговоров со своим соратником А. А. Иностранцевым он даже сказал, что в голове у него уже всё сложилось, но вот привести всё к таблице он не может. После этого, согласно данным биографов Менделеева, он приступил к кропотливой работе над своей таблицей, которая продолжалась трое суток без перерывов на сон. Перебирались всевозможные способы организации элементов в таблицу, а работа была осложнена ещё и тем, что в тот период наука знала ещё не обо всех химических элементах. Но, несмотря на это, таблица всё же была создана, а элементы систематизированы.
Легенда о сне Менделеева
Многие слышали историю, что Д. И. Менделееву его таблица приснилась. Эта версия активно распространялась вышеупомянутым соратником Менделеева А. А. Иностранцевым в качестве забавной истории, которой он развлекал своих студентов. Он говорил, что Дмитрий Иванович лёг спать и во сне отчётливо увидел свою таблицу, в которой все химические элементы были расставлены в нужном порядке. После этого студенты даже шутили, что таким же способом была открыта 40° водка. Но реальные предпосылки для истории со сном всё же были: как уже упоминалось, Менделеев работал над таблицей без сна и отдыха, и Иностранцев однажды застал его уставшим и вымотанным. Днём Менделеев решил немного передохнуть, а некоторое время спустя, резко проснулся, сразу же взял листок бумаги и изобразил на нём уже готовую таблицу. Но сам учёный опровергал всю эту историю со сном, говоря: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Так что легенда о сне может быть и очень привлекательна, но создание таблицы стало возможным только благодаря упорному труду.
Дальнейшая работа
В период с 1869 по 1871 годы Менделеев развивал идеи периодичности, к которым склонялось научное сообщество. И одним из важных этапов данного процесса стало понимание того, что любой элемент в системе должно располагать, исходя из совокупности его свойств в сравнении со свойствами остальных элементов. Основываясь на этом, а также опираясь на результаты исследований в изменении стеклообразующих оксидов, химику удалось внести поправки в значения атомных масс некоторых элементов, среди которых были уран, индий, бериллий и другие.
Пустые клетки, остававшиеся в таблице, Менделеев, конечно же, хотел скорее заполнить, и в 1870 году предсказал, что в скором времени будут открыты неизвестные науке химические элементы, атомные массы и свойства которых он сумел вычислить. Первыми из них стали галлий (открыт в 1875 году), скандий (открыт в 1879 году) и германий (открыт в 1885 году). Затем прогнозы продолжили реализовываться, и были открыты ещё восемь новых элементов, среди которых: полоний (1898 год), рений (1925 год), технеций (1937 год), франций (1939 год) и астат (1942-1943 годы). Кстати, в 1900 году Д. И. Менделеев и шотландский химик Уильям Рамзай пришли к мнению, что в таблицу должны быть включены и элементы нулевой группы – до 1962 года они назывались инертными, а после – благородными газами.
Организация периодической системы
Химические элементы в таблице Д. И. Менделеева расположены по рядам, в соответствии с возрастанием их массы, а длина рядов подобрана так, чтобы находящиеся в них элементы имели схожие свойства. Например, благородные газы, такие как радон, ксенон, криптон, аргон, неон и гелий с трудом вступают в реакции с другими элементами, а также имеют низкую химическую активность, из-за чего расположены в крайнем правом столбце. А элементы левого столбца (калий, натрий, литий и т.д.) отлично реагируют с прочими элементами, а сами реакции носят взрывной характер. Говоря проще, внутри каждого столбца элементы имеют подобные свойства, варьирующиеся при переходе от одного столбца к другому. Все элементы, вплоть до №92 встречаются в природе, а с №93 начинаются искусственные элементы, которые могут быть созданы лишь в лабораторных условиях.
В своём первоначальном варианте периодическая система понималась только как отражение существующего в природе порядка, и никаких объяснений, почему всё должно обстоять именно так, не было. И лишь когда появилась квантовая механика, истинный смысл порядка элементов в таблице стал понятен.
Уроки творческого процесса
Говоря о том, какие уроки творческого процесса можно извлечь из всей истории создания периодической таблицы Д. И. Менделеева, можно привести в пример идеи английского исследователя в области творческого мышления Грэма Уоллеса и французского учёного Анри Пуанкаре. Приведём их вкратце.
Согласно исследованиям Пуанкаре (1908 год) и Грэма Уоллеса (1926 год), существует четыре основных стадии творческого мышления:
- Подготовка – этап формулирования основной задачи и первые попытки её решения;
- Инкубация – этап, во время которого происходит временное отвлечение от процесса, но работа над поиском решения задачи ведётся на подсознательном уровне;
- Озарение – этап, на котором находится интуитивное решение. Причём, найтись это решение может в абсолютно не имеющей к задаче ситуации;
- Проверка – этап испытаний и реализации решения, на котором происходит проверка этого решения и его возможное дальнейшее развитие.
Как мы видим, в процессе создания своей таблицы Менделеев интуитивно следовал именно этим четырём этапам. Насколько это эффективно, можно судить по результатам, т.е. по тому, что таблица была создана. А учитывая, что её создание стало огромным шагом вперёд не только для химической науки, но и для всего человечества, приведённые выше четыре этапа могут быть применимы как к реализации небольших проектов, так и к осуществлению глобальных замыслов. Главное помнить, что ни одно открытие, ни одно решение задачи не могут быть найдены сами по себе, как бы ни хотели мы увидеть их во сне и сколько бы ни спали. Чтобы что-то получилось, не важно, создание это таблицы химических элементов или разработка нового маркетинг-плана, нужно обладать определёнными знаниями и навыками, а также умело использовать свои потенциал и упорно работать.
Мы желаем вам успехов в ваших начинаниях и успешной реализации задуманного!
ОТКРЫТИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА
Периодический закон был открыт Д. И. Менделеевым в ходе работы над текстом учебника «Основы химии», когда он столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 г., обдумывая структуру учебника, учёный постепенно пришёл к выводу, что свойства простых веществ и атомные массы элементов связывает некая закономерность.
Открытие периодической таблицы элементов было совершено не случайно, это был результат огромного труда, длительной и кропотливой работы, которая была затрачена и самим Дмитрием Ивановичем, и множеством химиков из числа его предшественников и современников. «Когда я стал окончательно оформлять мою классификацию элементов, я написал на отдельных карточках каждый элемент и его соединения, и затем, расположив их в порядке групп и рядов, получил первую наглядную таблицу периодического закона. Но это был лишь заключительный аккорд, итог всего предыдущего труда…» - говорил учёный. Менделеев подчёркивал, что его открытие было итогом, завершившим собой двадцатилетнее размышление о связях между элементами, обдумывание со всех сторон взаимоотношений элементов.
17 февраля (1 марта) рукопись статьи, содержащая таблицу под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», была закончена и сдана в печать с пометками для наборщиков и с датой «17 февраля 1869 г.». Сообщение об открытии Менделеева было сделано редактором «Русского химического общества» профессором Н. А. Меншуткиным на заседании общества 22 февраля (6 марта) 1869 г. Сам Менделеев на заседании не присутствовал, так как в это время по заданию Вольного экономического общества обследовал сыроварни Тверской и Новгородской губерний.
В первом варианте системы элементы были расставлены учёным по девятнадцати горизонтальным рядам и по шести вертикальным столбцам. 17 февраля (1 марта) открытие периодического закона отнюдь не завершилось, а только началось. Его разработку и углубление Дмитрий Иванович продолжал еще в течение почти трёх лет. В 1870 г. Менделеев в «Основах химии» опубликовал второй вариант системы («Естественную систему элементов»): горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.
Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две - атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеев исправил атомные массы некоторых элементов, несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими, оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы.
В 1871 г. на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.
Периодическая система элементов оказала большое влияние на последующее развитие химии. Она не только была первой естественной классификацией химических элементов, показавшей, что они образуют стройную систему и находятся в тесной связи друг с другом, но и явилась могучим орудием для дальнейших исследований. В то время, когда Менделеев на основе открытого им периодического закона составлял свою таблицу, многие элементы были еще неизвестны. Менделеев был не только убеждён, что должны существовать неизвестные еще элементы, которые заполнят эти места, но и заранее предсказал свойства таких элементов, основываясь на их положении среди других элементов периодической системы. В течение следующих 15 лет предсказания Менделеева блестяще подтвердились; все три ожидаемых элемента были открыты (Ga, Sc, Ge), что было величайшим триумфом периодического закона.
Д.И. Менделеевым сдана в набор рукопись «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» // Президентская библиотека // День в истории http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006
РУССКОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО
Русское химическое общество – научная организация, основанная при Санкт-Петербургском университете в 1868 г. и представлявшая собой добровольное объединение российских химиков.
О необходимости создания Общества было заявлено на 1-м Съезде русских естествоиспытателей и врачей, состоявшемся в Санкт-Петербурге в конце декабря 1867 – начале января 1868 г. На Съезде было оглашено решение участников Химической секции:
«Химическая секция заявила единодушное желание соединиться в Химическое общество для общения уже сложившихся сил русских химиков. Секция полагает, что это общество будет иметь членов во всех городах России, и что его издание будет включать труды всех русских химиков, печатаемые на русском языке».
К этому времени уже были учреждены химические общества в нескольких европейских странах: Лондонское химическое общество (1841), Химическое общество Франции (1857), Немецкое химическое общество (1867); Американское химическое общество было основано в 1876 г.
Устав Русского химического общества, составленный в основном Д. И. Менделеевым, был утверждён Министерством народного просвещения 26 октября 1868 г., а первое заседание Общества состоялось 6 ноября 1868 г. Первоначально в его состав вошли 35 химиков из Петербурга, Казани, Москвы, Варшавы, Киева, Харькова и Одессы. Первым Президентом РХО стал Н. Н. Зинин, секретарём – Н. А. Меншуткин. Члены общества платили членские взносы (10 руб. в год), приём новых членов осуществлялся только по рекомендации трёх действующих. В первый год своего существования РХО выросло с 35 до 60 членов и продолжало плавно расти в последующие годы (129 – в 1879 г., 237 – в 1889 г., 293 – в 1899 г., 364 – в 1909 г., 565 – в 1917 г.).
В 1869 г. у РХО появился собственный печатный орган – «Журнал Русского химического общества» (ЖРХО); журнал выходил 9 раз в год (ежемесячно, кроме летних месяцев). Редактором ЖРХО с 1869 по 1900 был Н. А. Меншуткин, а с 1901 по 1930 – А. Е. Фаворский.
В 1878 г. РХО объединилось с Русским физическим обществом (основано в 1872 г.) в Русское физико-химическое общество. Первыми Президентами РФХО были А. М. Бутлеров (в 1878–1882 гг.) и Д. И. Менделеев (в 1883–1887 гг.). В связи с объединением с 1879 г. (с 11-го тома) «Журнал Русского химического общества» был переименован в «Журнал Русского физико-химического общества». Периодичность издания составляла 10 номеров в год; журнал состоял из двух частей – химической (ЖРХО) и физической (ЖРФО).
На страницах ЖРХО впервые были напечатаны многие труды классиков русской химии. Можно особо отметить работы Д. И. Менделеева по созданию и развитию периодической системы элементов и А. М. Бутлерова, связанные с разработкой его теории строения органических соединений; исследования Н. А. Меншуткина, Д. П. Коновалова, Н. С. Курнакова, Л. А. Чугаева в области неорганической и физической химии; В. В. Марковникова, Е. Е. Вагнера, А. М. Зайцева, С. Н. Реформатского, А. Е. Фаворского, Н. Д. Зелинского, С. В. Лебедева и А. Е. Арбузова в области органической химии. За период с 1869 по 1930 г. в ЖРХО было опубликовано 5067 оригинальных химических исследований, печатались также рефераты и обзорные статьи по отдельным вопросам химии, переводы наиболее интересных работ из иностранных журналов.
РФХО стало учредителем Менделеевских съездов по общей и прикладной химии; три первых съезда прошли в С.-Петербурге в 1907, 1911 и 1922 гг. В 1919 г. издание ЖРФХО было приостановлено и возобновлено лишь в 1924 г.
В своей работе 1668 года Роберт Бойль привёл список неразложимых химических элементов. Было их на тот момент всего пятнадцать. При этом учёный не утверждал, что кроме перечисленных им элементов больше не существует и вопрос об их количестве оставался открытым.
Через сто лет французский химик Антуан Лавуазье составил новый список из известных науке элементов. В его реестр попали 35 химических веществ, из которых 23 были впоследствии признаны теми самыми неразложимыми элементами.
Работа по поиску новых элементов велась химиками во всём мире и продвигалась вполне успешно. Решающую роль в этом вопросе сыграл русский учёный-химик Дмитрий Иванович Менделеев: именно ему пришла в голову идея о возможности существования взаимосвязи между атомной массой элементов и их местом в "иерархии". По его собственным словам "надо искать... соответствия между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами".
Сопоставляя между собой известные в то время химические элементы, Менделеев после колоссальной работы обнаружил в итоге ту зависимость, общую закономерную связь между отдельными элементами, в которой они предстают как единое целое, где свойства каждого элемента является не чем-то само собой существующим, а периодически и правильно повторяющимся явлением.
Так в феврале 1869 года был сформулирован периодический закон Менделеева . В том же году 6 марта доклад, подготовленный Д.И. Менделеевым, под названием "Соотношение свойств с атомным весом элементов" был представлен Н.А. Меншуткиным на заседании Русского химического общества.
В том же году публикация появилось в немецком журнале "Zeitschrift für Chemie", а в 1871 году в журнале "Annalen der Chemie" вышла развёрнутая публикация Д.И. Менделеева, посвящённая его открытию - "Die periodische Gesetzmässigkeit der Elemente" (Периодическая закономерность химических элементов).
Создание периодической таблицы
Несмотря на то, что идея сформировалась у Менделеева за довольно короткий срок, оформить свои умозаключения он долго не мог. Ему было важно представить свою идею в виде ясного обобщения, строгой и наглядной системы. Как сказал однажды сам Д.И. Менделеев в беседе с профессором А.А. Иностранцевым: "Все в голове сложилось, а выразить таблицей не могу".
По данным биографов, после этого разговора учёный работал над созданием таблицы три дня и три ночи, не ложась спать. Он перебирал различные варианты, в которых могли бы быть скомбинированы элементы для организации в таблицу. Осложнялась работа и тем, что на момент создания периодической системы далеко не все химические элементы были известны науке.
В 1869-1871 годах Менделеев продолжал развивать выдвинутые и принятые научным сообществом идеи периодичности. Одним из шагов было введение понятия о месте элемента в периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов.
Именно на основе этого, а также с опорой на результаты, полученные в ходе изучения последовательности изменения стеклообразующих оксидов, Менделеев исправил значения атомных масс 9 элементов, в числе которых были бериллий, индий, уран и другие.
В ходе работы Д.И. Менделеев стремился заполнить пустые клетки составленной им таблицы. В результате в 1870 году им было предсказано открытие неизвестных на тот момент науке элементов. Менделеев вычислил атомные массы и описал свойства трёх ещё не открытых тогда элементов:
- "экаалюминия" - открыт в 1875 году, назван галлием,
- "экабора" - открыт в 1879 году, назван скандием,
- "экасилиция" - открыт в 1885 году, назван германием.
Следующие его реализовавшиеся прогнозы - открытие ещё восьми элементов, в том числе полония (открыт в 1898 году), астата (открыт в 1942-1943 годах), технеция (открыт в 1937 году), рения (открыт в 1925 году) и франция (открыт в 1939 году).
В 1900 году Дмитрий Иванович Менделеев и Уильям Рамзай пришли к выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов особой, нулевой группы. Сегодня эти элементы называются благородными газами (до 1962 года эти газы называли инертными).
Принцип организации периодической системы
В своей таблице Д.И. Менделеев расположил химические элементы по рядам в порядке возрастания их массы, подобрав длину рядов таким образом, чтобы химические элементы в одной колонке имели похожие химические свойства.
Благородные газы - гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон неохотно реагируют с другими элементами и проявляют низкую химическую активность и потому находятся в крайней правой колонке.
В противоположность этому элементы самой левой колонки - литий, натрий, калий и прочие реагируют с другими веществами бурно, процесс носит взрывной характер. Аналогично ведут себя элементы в других колонках таблицы - внутри колонки эти свойства подобны, но варьируются при переходе от одной колонки к другой.
Периодическая система в своем первом варианте просто отражала существующее в природе положение дел. Первоначально таблица никак не объясняла, почему это должно быть именно так. И только с появлением квантовой механики стал понятен истинный смысл расположения элементов в периодической таблице.
Химические элементы вплоть до урана (содержит 92 протона и 92 электрона) встречаются в природе. Начиная с номера 93 идут искусственные элементы, созданные в лабораторных условиях.
В книге видного советского историка химии Н.Ф.Фигуровского "Очерк общей истории химии. Развитие классической химии в XIX столетии" (М., Наука, 1979). приведены основные периоды открытия 63 химических элементов с древнейших времен до 1869 г. - года установления Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907) Периодического закона:
1. Древнейший период (от V тысячелетия до н.э. и до 1200 г. н.э.).
К этому длительному периоду относится знакомство человека с 7 металлами древности - золотом, серебром, медью, свинцом, оловом, железом и ртутью. Кроме этих элементарных веществ в древности были известны сера и углерод, встречающиеся в природе в свободном состоянии.
2. Алхимический период.
В этот период (от 1200 до 1600 г.) было установлено существование нескольких элементов, выделенных либо в процессе алхимических поисков путей трансмутации металлов, либо в процессах производства металлов и переработки различных руд ремесленниками-металлургами. Сюда относятся мышьяк, сурьма, висмут, цинк, фосфор.
3. Период возникновения и развития технической химии (конец XVII в.-1751 г.).
В это время в результате практического изучения особенностей различных металлических руд и преодоления трудностей, возникавщих при выделении металлов, а также открытий в процессе минералогических экспедиций было установлено существование платины, кобальта, никеля.
4. Первый этап химико-аналитического периода в развитии химии (1760-1805 гг.). В этот период с помощью качественного и весового количественного анализов был открыт ряд элементов, причем часть из них лишь в виде "земель": магний, кальций (установление различия извести и магнезии), марганец, барий (барит), молибден, вольфрам, теллур, уран (окисел), цирконий (земля), стронций (земля), титан (окисел), хром, бериллий (окисел), иттрий (земля), тантал (земля), церий (земля), фтор (плавиковая кислота), палладий, родий, осмий и иридий.
5. Этап пневматической химии. В это время (1760-1780 гг.) были открыты газообразные элементы - водород, азот, кислород и хлор (последний считался сложным веществом - окисленной соляной кислотой до 1809 г.).
6. Этап получения элементов в свободном состоянии путем электролиза (Г.Дэви, 1807-1808 гг.) и химическим путем: калий, натрий, кальций, стронций, барий и магний. Все они, впрочем, и ранее были известны в виде "огнепостоянных" (едких) щелочей и щелочных земель, или мягких щелочей.
7. Второй этап химико-аналитического периода в развитии химии (1805-1850 гг.). В это время в результате усовершенствования методов количественного анализа и разработки систематического хода качественного анализа были открыты бор, литий, кадмий, селен, кремний, бром, алюминий, иод, торий, ванадий, лантан (земля), эрбий (земля), тербий (земля), рутений, ниобий.
8. Период открытия элементов с помощью спектрального анализа, непосредственно вслед за разработкой и введением этого метода в практику (1860-1863 гг.): цезий, рубидий, таллий и индий."
Как известно, первая в истории химии "Таблица простых тел" была составлена А.Лавуазье в 1787 г. Все простые вещества были разделены на четыре группы: "I. Простые вещества, представленные во всех трех царствах природы, которые можно рассматривать как элементы тел: 1) свет, 2) теплород, 3) кислород, 4) азот, 5) водород. II. Простые неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) фосфор, 3) уголь, 4) радикал муриевой кислоты, 5) радикал плавиковой кислоты, 6) радикал борной кислоты. III. Простые металлические вещества, окисляемые и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) серебро, 3) мышьяк, 4) висмут, 5) кобальт, 6) медь, 7) олово, 8) железо, 9) марганец, 10) ртуть, 11) молибден, 12) никель, 13) золото, 14) платина, 15) свинец, 16) вольфрам, 17) цинк. IV. Простые вещества, солеобразующие и землистые: 1) известь (известковая земля), 2) магнезия (основание сульфата магния), 3) барит (тяжелая земля), 4) глинозем (глина, квасцовая земля), 5) кремнезем (кремнистая земля)".
Эта таблица легла в основу химической номенклатуры, разработанной Лавуазье. Д.Дальтон ввел в науку важнейшую количественную характеристику атомов химических элементов - относительный вес атомов или атомный вес.
При отыскании закономерностей в свойствах атомов химических элементов ученые прежде всего обратили внимание на характер изменения атомных весов. В 1815-1816 гг. английский химик У.Праут (1785-1850) опубликовал в "Анналах философии" две анонимные статьи, в которых была высказана и обоснована идея, что атомные веса всех химических элементов являются целочисленными (т.е. кратными атомному весу водорода, который принимался тогда равным единице): "Если взгляды, которые мы решились высказать, правильны, то мы почти можем считать, что первоматерия древних воплощена в водороде...". Гипотеза Праута была очень заманчивой и вызвала постановку многих экспериментальных исследований с целью возможно более точного определения атомных весов химических элементов.
В 1829 г. немецкий химик И.Деберейнер (1780-1849) сопоставлял атомные веса у сходных химических элементов: Литий, Кальций, Хлор, Сера, Марганец, Натрий, Стронций,Бром, Селен, Хром,Калий, Барий, Иод,Теллур, Железо и нашел, что атомный вес среднего элемента равен полусумме атомных весов крайних элементов. Поиски новых триад привели Л.Гмелина (1788-1853) - автора всемирно известного справочного руководства по химии - к установлению многочисленных групп сходных элементов и к созданию их своеобразной классификации.
В 60-х гг. XIX века ученые перешли к сопоставлению между собой уже самих групп химически сходных элементов. Так, профессор Парижской горной школы А.Шанкуртуа (1820-1886) расположил все химические элементы на поверхности цилиндра в порядке возрастания их атомных весов так, чтобы получилась "винтовая линия". При таком расположении сходные элементы часто попадали на одну и ту же вертикальную линию. В 1865 г. английским химиком Д.Ньюлендсом (1838-1898) была опубликована таблица, которая включала в себя 62 химических элемента. Элементы были расположены и пронумерованы в порядке возрастания атомных весов.
Ньюлендс использовал нумерацию, чтобы подчеркнуть, что через каждые семь элементов свойства химических элементов повторяются. При обсуждении в Лондонском химическом обществе в 1866 г. новой статьи Ньюлендса (ее к публикации не рекомендовали) профессор Дж.Фостер с сарказмом спросил: "Не пробовали ли Вы расположить элементы в алфавитном порядке их названий и не заметили ли при таком расположении каких-либо новых закономерностей?"
В 1868 г. английский химик У.Олдинг (1829-1921) предложил таблицу, которая, по мнению автора, демонстрировала закономерную взаимосвязь между всеми элементами.
В 1864 г. немецкий профессор Л.Майер (1830-1895) составил таблицу из 44 химических элементов (из 63 известных).
Оценивая этот период, Д.И.Менделеев писал "Нет ни одного сколько-нибудь общего закона природы, который бы основался сразу, всегда его утверждению предшествует много предчувствий, а признание закона наступает не тогда, когда он вполне осознан во всем его значении, а лишь по утверждении его следствий опытами, которые естествоиспытатели должны признавать высшею инстанциею своих соображений и мнений".
В 1868 г. Д.И.Менделеев начал работать над курсом "Основы химии". Для наиболее логичного расположения материала необходимо было как-то расклассифицировать 63 химических элемента. Первый вариат Периодической системы химических элементов был предложен Д.И.Менделеевым в марте 1869 г.
Через две недели на заседании Русского химического общества был зачитан доклад Менделеева "Соотношение свойств с атомным весом элементов", в котором обсуждались возможные принципы классификации химических элементов:
1) по их отношению к водороду (формулы гидридов); 2) по их отношению к кислороду (формулы высших кислородных окислов); 3) по валентности; 4) по величине атомного веса.
Далее в течение следующих лет (1869-1871 гг.) Менделеев изучал и перепроверял те закономерности и "несообразности", которые были замечены в первом варианте "Системы элементов". Подводя итог этой работы, Д.И.Менделеев писал: "По мере возрастания атомного веса элементы сперва имеют все новые и новые изменчивые свойства, а потом эти свойства вновь повторяются в новом порядке, в новой строке и в ряде элементов и в той же последовательности, как и в предшествовавшем ряде. А потому Закон периодичности можно сформулировать следующим образом: "Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости (т.е. правильно повторяются) от их атомного веса". Законы природы исключений не терпят... Утверждение закона возможно только при помощи вывода из него следствий, без него невозможных и неожидаемых, и оправдания тех следствий и опытной проверке. Поэтому-то увидев периодический закон, я со своей стороны (1869-1871) вывел из него такие логические следствия, которые могли показать, верен он или нет. К числу их относится предсказание свойств неоткрытых элементов и исправление атомных весов многих, мало в то время обследованных элементов... Надобно что-либо одно - или считать периодический закон верным до конца и составляющим новое орудие химических знаний, или его отвергнуть".
В течение 1872-1874 гг. Менделеев стал заниматься другими проблемами, а в химической литературе о Периодическом законе почти не упоминалось.
В 1875 г. французский химик Л.де Буабодран сообщил, что при исследовании цинковой обманки он спектроскопически обнаружил в ней новый элемент. Он получил соли этого элемента и определил его свойства. В честь Франции он назвал новый элемент галлием (так Францию называли древние римляне). Сравним, что предсказывал Д.И.Менделеев и что было найдено Л.де Буабодраном:
В первом сообщении Л. де Буабодрана удельный вес галлия был найден равным 4.7. Д.И.Менделеев указал ему на его ошибку. При более тщательном измерении удельный вес галлия оказался равен 5.96.
В 1879 г. появилось сообщение шведского химика Л.Нильсона (1840-1899) об открытии им нового химического элемента - скандия. Л.Нильсон отнес скандий к редкоземельным элементам. П.Т.Клеве указал Л.Нильсону на то, что соли скандия бесцветны, его окись нерастворима в щелочах и что скандий представляет собой предсказанный Д.И.Менделеевым экабор. Сравним их свойства.
Анализируя новый минерал в феврале 1886 г. немецкий профессор К.Винклер (1838-1904) открыл новый элемент и считал его аналогом сурьмы и мышьяка. Возникла дискуссия. К.Винклер согласился, что открытый им элемент - это предсказанный Д.И.Менделеевым экасилиций. К.Винклер назвал этот элемент германием.
Итак, ученые-химики трижды подтвердили существование предсказанных Менделеевым химических элементов. Более того, именно предсказанные Менделеевым свойства этих элементов и их положение в Периодической системе позволили исправить ошибки, которые невольно допускали экспериментаторы. Дальнейшее развитие химии происходило на прочной основе Периодического закона, который в 80-х годах XIX в. был признан всеми учеными как один из важнейших законов природы. Таким образом, важнейшей характеристикой любого химического элемента является его место в Периодической системе Д.И.Менделеева .
Загрузка...
