Какой элемент менделеев поставил на 18 место: история открытия, интересные факты и байки – Москва 24, 24.10.2012

Содержание

история открытия, интересные факты и байки – Москва 24, 24.10.2012

Фото: ИТАР-ТАСС

Открытие таблицы периодических химических элементов стало одной из важных вех в истории развития химии как науки. Первооткрывателем таблицы стал российский ученый Дмитрий Менделеев. Неординарный ученый с широчайшим научным кругозором сумел объединить все представления о природе химических элементов в единую стройную концепцию.

Об истории открытия таблицы периодических элементов, интересных фактах, связанных с открытием новых элементов, и народных байках, которые окружали Менделеева и созданную им таблицу химических элементов, М24.RU расскажет в этой статье.

История открытия таблицы

К середине XIX века было открыто 63 химических элемента, и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие элементы в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств.

В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюленд, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.

В 1869 году Менделеев опубликовал свою схему периодической таблицы в журнале Русского химического общества и разослал извещение об открытии ведущим ученым мира. В дальнейшем химик не раз дорабатывал и улучшал схему, пока она не приобрела привычный вид.

Суть открытия Менделеева в том, что с ростом атомной массы химические свойства элементов меняются не монотонно, а периодически. После определенного количества разных по свойствам элементов, свойства начинают повторяться. Так, калий похож на натрий, фтор - на хлор, а золото схоже с серебром и медью.

В 1871 году Менделеев окончательно объединил идеи в периодический закон. Ученые предсказал открытие нескольких новых химических элементов и описал их химические свойства. В дальнейшем расчеты химика полностью подтвердились - галлий, скандий и германий полностью соответствовали тем свойствам, которые им приписал Менделеев.

Байки о Менделееве

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

Об известном ученом и его открытиях ходило немало баек. Люди в то время слабо представляли себе химию и считали, что занятия химией - это что-то вроде поедания супа из младенцев и воровства в промышленных масштабах. Поэтому деятельность Менделеева быстро обросла массой слухов и легенд.

Одна из легенд гласит, что Менделеев открыл таблицу химических элементов во сне. Случай не единственный, точно также говорил о своем открытии Август Кекуле, которому приснилась формула бензольного кольца. Однако Менделеев только смеялся над критиками. "Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы говорите: сидел и вдруг ... готово!", - как-то сказал ученый о своем открытии.

Другая байка приписывает Менделееву открытие водки. В 1865 году великий ученый защитил диссертацию на тему "Рассуждение о соединении спирта с водою", и это сразу дало повод для новой легенды. Современники химика посмеивались, мол ученый "неплохо творит под действием спирта, соединенного с водой", а следующие поколения уже называли Менделеева первооткрывателем водки.

Посмеивались и над образом жизни ученого, а особенно над тем, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле огромного дуба.

Также современники подтрунивали над страстью Менделеева к чемоданам. Ученый в пору своего невольного бездействия в Симферополе вынужден был коротать время за плетением чемоданов. В дальнейшем он самостоятельно мастерил для нужд лаборатории картонные контейнеры. Несмотря на явно "любительский" характер этого увлечения, Менделеева часто называли "чемоданных дел мастером".

Открытие радия

Одна из наиболее трагичных и в то же время известных страниц в истории химии и появления новых элементов в таблице Менделеева связана с открытием радия. Новый химический элемент был открыт супругами Марией и Пьером Кюри, которые обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран.

Поскольку о том, что такое радиоактивность, тогда еще никто не знал, то новому элементу молва быстро приписала целебные свойства и способность излечивать чуть ли не от всех известных науке болезней. Радий включили в состав пищевых продуктов, зубной пасты, кремов для лица. Богачи носили часы, циферблат которых был окрашен краской, содержащей радий. Радиоактивный элемент рекомендовали как средство для улучшения потенции и снятия стресса.

Подобное "производство" продолжалось целых двадцать лет - до 30-х годов двадцатого века, когда ученые открыли истинные свойства радиоактивности и выяснили насколько губительно влияние радиации на человеческий организм.

Мария Кюри умерла в 1934 году от лучевой болезни, вызванной долговременным воздействием радия на организм.

Небулий и короний

Фото: ИТАР-ТАСС

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

113, 115, 117, 118 – Наука – Коммерсантъ

28 ноября Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC) утвердил имена и символы для четырех элементов, открытых в XXI веке. Имен удостоились элементы с порядковыми номерами 113, 115, 117 и 118. Сразу два из названий имеют непосредственное отношение к России. Теперь седьмой период таблицы окончательно заполнен именами.


Седьмой период таблицы Менделеева полностью заполнен, на очереди синтез первых двух элементов восьмого периода - 119-го и 120-го

Фото: Shutterstock

Согласно правилам IUPAC, с которыми согласились все химики мира, предлагать названия для новых элементов могут только их первооткрыватели. Поэтому название элемента 113 предложили сотрудники японского Института физико-химических исследований RIKEN, в состав которого входит главный японский ускоритель частиц. А названия остальных трех элементов предложили первооткрыватели из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия) и трех американских исследовательских центров: Окриджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory), Университета Вандербильта (Vanderbilt University) и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory).

Варианты названий обсуждались почти полгода. Многие предложения сопровождались петициями и выступлениями больших научных групп. Например, тот же 113-й элемент в России синтезировали на год раньше, чем в Японии. Однако полученные российским методом атомы 113-го элемента оказалось сложнее идентифицировать, потому что они распадались "как попало". А созданные японцами атомы, обладая меньшей энергией, распадались по небольшому числу механизмов, и продукты распада оказалось легче идентифицировать. Приоритет IUPAC был отдан японцам. Так что большая часть предложений осталась без внимания именно потому, что они высказывались не авторами открытия. В итоге бюро IUPAC присвоило следующие названия и символы:

• Nihonium и символ Nh, для элемента 113,

• Moscovium и символ Mc, для элемента 115,

• Tennessine и символ Ts, для элемента 117,

• Oganesson и символ Og, для элемента 118.

Названия элементам даются тоже по определенным правилам. Прежде всего, они отражают роль отдельного ученого или места, в котором расположена научная организация, открывшая элемент. Поэтому элемент 113 получил имя Nihonium. Nihon - английская транскрипция японского слова, означающего "Страна восходящего солнца" - так свою страну называют японцы.

Элемент 115 получил имя Moscovium в честь заслуг ученых Москвы и Московской области, где расположен Объединенный институт ядерных исследований. Именно на ускорителе ОИЯИ синтезировались многие сверхтяжелые элементы, в том числе и 115-й, и 117-й, и 118-й.

Огромную роль в постановке экспериментов по синтезу сверхтяжелых элементов, в поиске островка стабильности и в организации работы сыграл научный руководитель лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова ОИЯИ академик Юрий Оганесян. Все участники эксперимента по синтезу трансактиноидных элементов согласились с тем, что без этого человека и ученого эксперимент поставить бы не удалось. Поэтому элемент 118 и назван Oganesson. Президент IUPAC член-корреспондент РАН, профессор Наталья Тарасова подчеркнула: "Названия новых элементов отражают реалии нашего времени. Универсальность науки подчеркивают места на трех континентах, где были открыты новые элементы учеными из Японии, России и Соединенных Штатов Америки. А ключевая роль человеческого капитала в развитии науки отражена в имени элемента, названного в честь выдающегося ученого Юрия Оганесяна".

Как рассказал сам академик Оганесян, методика получения трансактиноидных элементов основана на реакции ядерного синтеза, в котором участвуют уран и трансурановые элементы, а также редкий изотоп кальция - кальций-48 (содержание в чистом кальции - менее 0,2%). Изотоп выделяют из природного металла специалисты комбината "Электрохимприбор". А мишени из урана, плутония, америция, кюрия, калифорния готовят в Димитровградском НИИ Атомных реакторов, в Ливерморской национальной лаборатории, а также в Национальной лаборатории в Ок-Ридже в США. Ключевые эксперименты по бомбардировке тяжелых мишеней кальцием-48 проводились академиком Оганесяном в ОИЯИ, в лаборатории ядерных реакций имени Флерова. Ускоритель в Дубне работал по 6-7 тысяч часов в год, разгоняя ионы кальция-48 примерно до 0,1 скорости света. При такой скорости ядра кальция могут преодолеть силы кулоновского отталкивания и слиться с ядрами мишеней. Если мишень из урана, например, получается элемент 112. Если плутоний - 114. Берклий-249 - 117 и продукты его распада элементы 115 и 113. А если калифорний - 118.

Согласно периодической системе Менделеева, синтезированные элементы как представители своих групп просто обязаны обладать определенным набором химических свойств. Но проверить эти свойства можно, если только элемент обладает достаточным временем жизни. Например, нихоний относится к группе бора, московий - к группе азота, теннессин - к галогенам, а предсказанный в 1922 году Нильсом Бором оганессон - вообще благородный, хоть и не газ. Согласно расчетам, при нормальных условиях это должно быть твердое вещество. К тому же химически активное, так как связь внешнего уровня электронной оболочки с ядром очень мала.

Седьмой период таблицы Менделеева полностью заполнен, однако исследование новых элементов продолжается. Как сообщил на XX Менделеевском съезде в Екатеринбурге директор лаборатории ядерных реакций имени Флерова ОИЯИ Сергей Дмитриев, сейчас идет подготовка к синтезу первых двух элементов восьмого периода - 119-го и 120-го. Сам эксперимент по синтезу начнется примерно в 2019 году.

Сергей Ивашко


«Химия — просто»

Представляем еще одну книгу из научно-популярной серии «Библиотека Гутенберга», которую совместно запустили просветительский проект «Курилка Гутенберга» и издательство АСТ. Александр Иванов, автор книги «Химия — просто», предлагает читателям познакомиться с историей развития человеческой цивилизации, представленной с точки зрения химии. N + 1 публикует главу из книги Иванова, посвященную открытиям великого российского химика Дмитрия Ивановича Менделеева.

Менделеев. Таблица наша

К середине XIX века учёные окончательно поняли, что не смогут искусственно превращать одни элементы в другие. Зато они постоянно открывали всё новые и новые химические элементы, которые надо было хоть как-то систематизировать. Для этого учёными придумывались разные теории о протоводороде, о праматерии и т. д., но все они были неудачными и успеха в научных кругах не имели.

К тому времени, как ты помнишь, атомные веса элементов уже были вычислены. Поэтому, прежде чем мы двинемся дальше, советую тебе взять в руки таблицу Менделеева. Для более наглядного, так сказать, представления о теме разговора.

Итак, в 1817 году немецкий химик Иоганн Дёберейнер открыл, что сходные между собой элементы можно группировать в так называемые триады — группы, состоящие из трёх элементов. Атомный вес среднего члена этой триады был равен среднему арифметическому весу двух крайних элементов. Например, в триаде калий (39,1), рубидий (85,4) и цезий (132,9) среднее значение между калием и цезием составляет 86, что примерно равно весу рубидия.

С тех пор мысль о закономерной зависимости между химическими и физическими свойствами элементов и их атомными весами прочно засела в умах учёных. Многие из них стремились открыть «общий» закон атомных весов, но лишь в 70-х годах XIX века это удалось сделать химикам Д. Ньюлендсу и Л. Мейеру.

В 1864 году Ньюлендс изложил мысль о периодичности атомных весов в Лондонском Королевском обществе. Он заявил: «Если мы расположим все элементы в ряды, по восемь в каждом, по их атомным весам, то убедимся, что через каждые восемь элементов следуют сходные между собой элементы». Данное правило Ньюлендс назвал «законом октав».

Увы, мысль о зависимости атомных весов от других свойств элементов казалась тогда столь неправдоподобной, что председатель Общества обратился к автору с ироническим вопросом: «Не пробовал ли референт разместить элементы в алфавитном порядке?»

Другой немецкий химик Л. Мейер уже несколько лет применял систему элементов, основанную на периодичности их атомных весов, в своих лекциях, но не решался опубликовать её в научных журналах.

Небывалой смелостью в этом вопросе отличился лишь русский учёный-энциклопедист Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907). Он довёл свою периодическую таблицу почти до совершенства и, что ещё интереснее, предсказал ряд фактов, которым суждено было довольно скоро осуществиться. Конечно, поначалу в таблице имелись некоторые недочёты, но Менделеев назвал их следствием неполноты знаний на тот момент.

Дмитрий Менделеев родился в Тобольске, в многодетной семье (он был шестнадцатым по счёту ребёнком). Его отец директорствовал в Тобольской гимназии, и данное обстоятельство отчасти помогло Менделееву, испытывавшему стойкое отвращение к латыни, окончить это учебное заведение. По свидетельству биографа Менделеева, сестра Дмитрия вышла замуж за учителя латыни из той же гимназии, и поговаривали, что благодаря ещё и этому обстоятельству будущий учёный благополучно обошёл все препятствия, связанные с изучением латыни.

Однако вскоре Менделеев встретил более серьёзные препятствия на пути к дальнейшему образованию. Его отец ослеп, ничтожной пенсии не хватало даже на самые необходимые продукты. Дмитрий с матерью переехал к её брату в Москву. Там он должен был поступить в канцелярию губернатора и стать рядовым чиновником, но, несмотря на нехватку средств, стал подумывать о поступлении в Петербургский педагогический институт. Благодаря рекомендации, полученной в школе, без которой в то время в Петербург нечего было и соваться, в институт Дмитрий поступил. Директор института, бывший товарищ отца Менделеева, даже предоставил ему место в общежитии.

По окончании института Менделеев получил должность преподавателя в Симферопольской гимназии. Оттуда переехал в Одессу, но в 1856 году снова вернулся в Петербург, где стал приват-доцентом университета. Три года Дмитрий посвятил разработке нескольких монографий, напечатанию и защите магистерской работы «Об удельных объёмах».

Вскоре он был командирован за границу. В течение двух лет работал в Гейдельберге под руководством учёных Бунзена, Кирхгоффа и Коппа, что оказало заметное влияние на характер его дальнейших работ. Особо значимую роль в жизни Менделеева сыграл съезд немецких естествоиспытателей, состоявшийся в Карлсруэ в 1860 году. Именно на этом съезде молекулярная теория впервые получила всеобщее признание и была официально признана научной.

В 1861 году, по возвращении из заграничной поездки, Менделеев вернулся к обязанностям приват-доцента университета, но уже в 1863 году стал профессором Технологического института. К тому же времени относится выпуск его обширной докторской работы о соединениях спирта с водой и первого издания всем известных «Основ химии». О том, в чём заключалась данная работа и какие опыты для неё проводились, ты можешь узнать на YouTube-канале «Химия — просто», посмотрев видеоролик «Как Менделеев не изобрёл водку». Кстати, возможно, при разработке именно этого сочинения он и открыл свой периодический закон.

В ходе многочисленных опытов Менделеев пришёл к убеждению, что атомный вес является существенным основанием для классификации элементов. В то время было известно всего 64 элемента. (Сейчас, напомню, их число достигло 118.) Составление им периодической таблицы можно сравнить со сборкой сложного паззла, в котором частично не хватало деталей.

Взгляни на таблицу Менделеева. Все известные элементы он разместил в горизонтальных рядах (строках) по их атомным массам. В каждом ряду химические и физические свойства (температуры плавления, атомные объёмы) элементов постепенно меняются. В вертикальных рядах (столбцах) располагаются похожие, как бы родственные элементы. Так, в первой колонке находятся щелочные металлы, которые одинаково реагируют с водой (реакции сопровождаются взрывом).

Периодическая таблица Менделеева 1871 года

Конечно, мы могли бы сейчас рассмотреть множество аналогий в таблице Менделеева, но это потребует углубления в химические основы. Нас же интересует то, какое влияние оказала таблица Менделеева на дальнейшую судьбу химии.

Менделеев считал периодическую систему законом природы. А так как законы природы не допускают никаких отклонений, то любые исключения из этой системы он приписывал несовершенству человеческих знаний: ошибкам в определении атомных масс и незнанию некоторых элементов. И эти его заключения были подтверждены потом действительностью.

Менделеев исправил атомные веса некоторых элементов, но одно исключение оставалось. Вопреки периодической системе атомный вес теллура больше, чем у йода. Также кобальт тяжелее никеля. Хотя все элементы в таблице стояли по возрастанию атомных масс, эти элементы выбивались из закономерности и стояли в обратном порядке.

Также стоит отметить, что в таблице того времени в первой колонке находились инертные газы, которые в настоящее время располагаются в самой последней колонке. С чем это связано? Всё просто. Как я уже сказал выше, раньше элементы в таблице стояли по возрастанию их массы. Логично было предположить, что газы легче других элементов (на то они, собственно, и газы). Однако вскоре мы увидим, что теория о строении атома расширится, и принцип расположения немного изменится. И, тем не менее, он всё равно совпадёт с логикой, вложенной в таблицу Менделеевым.

В настоящее время элементы располагаются в порядке, который соответствует количеству протонов в ядре каждого конкретного элемента. Например, в ядре водорода один протон, поэтому он стоит на первом месте. В ядре атома гелия два протона, поэтому он на втором месте. В ядре же, например, урана — 92 протона, поэтому его порядковый номер в таблице — 92-й. Логично будет предположить, что с увеличением количества протонов в ядре увеличивается и масса каждого следующего элемента. Однако тогда Менделеев ещё не имел представления об устройстве атома, не знал, что у атома есть ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг «вращаются» электроны.

Зато тогда же, во времена Менделеева, самое сильное впечатление на учёных произвело его сбывшееся предсказание новых элементов. Везде, где в таблице оставались пробелы, Менделеев поставил вопросительные знаки. По его мнению, все эти пустые клетки соответствовали новым, ещё не открытым химическим элементам. Кстати, я тоже, когда учился в школе, задавал себе вопрос: как же Менделееву удалось предсказать свойства новых, ещё не открытых элементов? Теперь-то понимаю, что всё довольно просто: атомные веса неизвестных элементов он вычислил при помощи… интерполяции. Помнишь, чуть выше мы говорили про триады, где атомная масса среднего элемента равна среднему значению крайних элементов? Так вот, именно так Менделеев и вычислил атомные массы неизвестных элементов. Их физические и химические свойства он, попросту говоря, предсказал по аналогии с другими, соседними, уже известными элементами той же группы (элементами одного столбца).

Учёные, довольно скоро открывшие целый ряд новых элементов, подтвердили тем самым гениальные предсказания Менделеева. Кстати, многие новые элементы были открыты ими благодаря изобретению спектроскопа — прибора, позволяющего обнаруживать новый элемент даже тогда, когда он содержится в чрезвычайно малом количестве в каком-нибудь соединении. Авторами (изобретателями) спектроскопа стали немецкий физик Г. Кирхгоф и немецкий химик Р. Бунзен.

В 1821 году немецкий физик-оптик Йозеф Фраунгофер изучал солнечный спектр, пропуская солнечный свет через призму. Визуально наблюдение выглядело как радуга, и вдруг Фраунгофер обнаружил, что в его «радуге» присутствуют чёрные линии. Физическое значение этих линий оставалось неизвестным на протяжении долгих 35 лет, пока Г. Кирхгофф не вывел общую теорию явлений поглощения света, положив тем самым начало спектральному анализу.

На основании закона сохранения энергии Кирхгофф пришёл к открытию важного общего закона, который звучит так.

Любое тело в раскалённом состоянии испускает определённые лучи, а именно те, которые оно способно поглощать при этой температуре.

Таким образом, линии Фраунгофера объясняются присутствием в атмосфере солнца некоторых элементов, поглощающих лучи определённой длины волны. Например, водород имеет спектр поглощения, в котором отсутствует красный цвет с длиной волны 656 нанометров.

Когда Бунзен и Кирхгофф определили спектры и других известных элементов и соединений, стало возможным определять химический состав веществ без проведения химических реакций, т. е. определяя только спектр конкретного вещества (данный способ и получил название спектрального анализа). Образно говоря, спектр — это своего рода отпечаток пальца для каждого вещества.

20 сентября 1875 года французский химик-исследователь Лекок де Буабодран открыл новый химический элемент — галлий. Тот самый, что плавится в руках. Свойства этого элемента полностью совпали с предсказаниями Менделеева относительно «экабора» (так называли галлий до его открытия).

И началось. В 1879 году шведский химик Л. Нильсон открыл скандий, а немецкий химик К. Винклер в 1886 году открыл германий. И оба эти элемента тоже прекрасно вписались в периодическую систему Д. И. Менделеева, а их свойства полностью совпали с его предсказаниями.

Сбывшееся пророчество вызвало в учёном мире настоящую сенсацию! Периодическую систему стали перепечатывать и применять во всех странах, имя Менделеева приобрело мировую известность.

Казалось, его периодическая система окончательно установила границы поиска оставшихся новых элементов, которым надлежало заполнить в ней пустующие пробелы. Но действительность подкинула учёным интересную неожиданность: новые элементы были открыты там, где их вовсе не ждали.

Так, считалось, что воздух уже давно и тщательно изучен. Ещё со времён К. Шееле и А. Лавуазье было известно, что «чистый» воздух состоит всего из двух газов — азота и кислорода, — причём на 79 частей азота в нём приходится 21 часть кислорода.

Однако в 1892 году британский физик лорд Рэлей, занимаясь определением плотности атмосферного азота, сделал неожиданное открытие. Все физико-химические измерения он проводил в своей лаборатории с чрезвычайной точностью и вот однажды, сравнивая плотность азота, входящего в состав обычного воздуха, с плотностью азота, полученного искусственным путём, обнаружил, что плотность атмосферного азота равна 2,31, а плотность искусственного — 2,30. Разница вроде бы невелика, но её оказалось достаточно, чтобы побудить Рэлея к дальнейшим исследованиям.

И эти исследования, которые он провёл совместно с шотландским химиком У. Рамзаем, привели к открытию нового газа. Газ этот оказался химически менее активным, нежели азот, к тому же не вступал в соединения ни с какими другими элементами, поэтому его назвали «аргоном» («недеятельный»). Содержание аргона в воздухе составляет менее 1%.

Рэлей и Рамзай тщательно очистили аргон и исследовали его плотность, спектр и другие физические свойства в газообразном состоянии. Почти одновременно с этим профессору К. Ольшевскому из Кракова удалось cжижить аргон и определить его физические свойства в сжиженном состоянии. (Если ты, дорогой мой читатель, хочешь собственными глазами увидеть, как выглядит жидкий и даже твёрдый аргон, то тебе надо просто зайти на YouTube-канал «Химия — просто» и найти видео с названием «Аргон».) Но раз уж был открыт новый химический элемент аргон, значит, следовало найти ему место в периодической системе элементов. Атомный вес аргона составляет 39,9, и, следовательно, логично было бы поместить его между калием и кальцием. Не тут-то вышло! Там для него места не оказалось! Разумеется, тотчас возник закономерный вопрос: что же делать с аргоном, если он не вписывается таблицу Менделеева?!

Сам Д. Менделеев заявил, что надо лишить аргон права считаться элементом, и предложил признать его видоизменённым азотом. Однако гениальное решение в данном вопросе принадлежало У. Рамзаю.

Невозможность размещения нового элемента в общепринятой периодической системе навела Рамзая на мысль, что помимо аргона в природе должны существовать и другие неизвестные газы, сходные с ним по свойствам. Разыскивая соединения аргона с другими элементами, Рамзай занялся исследованием газа, содержащегося в минерале клевеите. Первоначально газ был подвергнут анализу другим учёным — Гиллебрандтом, посчитавшим, что это азот. Рамзай повторил исследование и обнаружил сходство спектра газа из минерала с солнечным спектром. Плотность этого газа была всего в 2 раза больше плотности водорода. Рамзай понял, что имеет дело с новым газом. А поскольку данный газ присутствовал в солнечном спектре, он назвал его «гелием» (от греческого «гелиос» — солнце).

Следовало ожидать, что скоро будут открыты и другие газы, схожие с гелием и аргоном. Однако предпринятые Рамзаем поиски новых газов в минералах, метеоритах и минеральных водах оказались безуспешны. К счастью, примерно в то же время английским инженером Гампсоном была изобретена новая машина для сжижения воздуха. Именно эта машина и помогла открыть новые элементы группы аргона.

Рамзай описывал очередное открытие так: «Желая изучить искусство работы с этим необыкновенным материалом, я попросил у доктора Гампсона один литр жидкого воздуха. Доктор Траверс и я играли им, проводя различные мелкие опыты, чтобы подготовиться к большому опыту, то есть к сжижению аргона. Однако мне жаль было испарить весь запас жидкого воздуха, не подвергнув исследованию остальной части. Ибо, хотя этот искомый газ, вероятно, не мог в ней заключаться, но не представлялось невозможным, что аргон сопровождается более тяжёлым газом. Это предположение подтвердилось».

Так, в той самой малой части воздуха были открыты два новых газа: криптон и ксенон. Из наиболее летучей части воздуха был выделен ещё один газ, более лёгкий, чем аргон, — неон. Таким образом, вопрос об отношении аргона и других инертных газов (гелия, криптона, ксенона и неона) к периодической системе был решён. Поскольку все эти элементы не соединяются с другими элементами, им приписали валентность, равную нулю, и поместили их в нулевую группу — перед щелочными металлами. (В современной таблице нулевая группа отсутствует: инертные газы расположены в самом правом столбце в последней группе в соответствии с их электронной конфигурацией.)

В итоге эти открытия не только не подорвали авторитет периодической системы Менделеева, но и дополнили её, пусть даже совершенно непредсказуемым образом.

Однако вернёмся к Дмитрию Ивановичу. Его научная деятельность в Петербургском университете прервалась неожиданно даже для него самого.

В 1890 году в высших учебных заведениях России начались массовые беспорядки. Особенно сильно студенческие волнения проявились в Петербургском университете. Во время одной своей «сходки» студенты обратились к присутствовавшему на ней профессору Менделееву с просьбой передать министру просвещения их петицию с разного рода требованиями. Менделеев согласился. Однако, как и следовало ожидать, министр его не принял и вдобавок сделал строгое замечание, укорив в том, что тот вмешивается не в свои дела. Из-за возникшего конфликта Менделеев тотчас подал в отставку.

Оставив университет в возрасте 56 лет, Менделеев без дела не остался: по рекомендации министра финансов С. Ю. Витте стал членом «Совета торговли и промышленности».

Последние годы жизни Дмитрий Иванович работал в основанной по его инициативе Палате мер и весов. Помимо проведения основных научных измерений, в задачи этой Палаты входило наблюдение за мерами и весами, а также постепенное введение метрической системы в практическую жизнь.

Дмитрий Иванович Менделеев

К сожалению, большинству наших современников Менделеев известен только своим периодическим законом. А ведь он проводил исследования во многих сферах деятельности! Так, Менделееву принадлежит авторство фундаментальных исследований по физике, метрологии, метеорологии, экономике, трудов по воздухоплаванию, химической технологии, сельскому хозяйству, народному просвещению и многих других работ, тесно связанных с потребностями развития производства в России.

В процессе исследования газов Менделеев вывел общее уравнение состояния идеального газа, которое включало — как частный случай — зависимость состояния газа от температуры, выявленную в 1834 году французским физиком Б. П. Э. Клапейроном. Так, кстати, и появилось известное всем нам со школы уравнение Менделеева — Клапейрона.

Кроме того, именно Менделеев предложил метод дробной перегонки нефти с последующим разделением её на составляющие. Он входил даже в комиссию по рассмотрению спиритических явлений и суеверий, которые были широко распространены в обществе середины XIX века. Работы Менделеева по сопротивлению среды и воздухоплаванию нашли своё продолжение в работах, посвящённых кораблестроению и освоению арктического мореплавания. В 1894 году по просьбе Менделеева был построен бассейн для испытания морских судов с целью создания большого арктического ледокола.

Д. И. Менделеев успел поработать и над улучшением качества используемого в те годы пороха. Одновременно он был выдающимся экономистом, сумевшим грамотно обосновать основные направления развития хозяйства в царской России.

Подводя итог, хочу привести пословицу: «Талантливый человек талантлив во всём». Уверен, что эти слова характеризуют Дмитрия Ивановича Менделеева как нельзя лучше.

Полностью читайте:
Иванов, Александр. Химия — просто. История одной науки. — М.: Издательство АСТ, 2018. — 256 с., [1] с.: ил. — (Библиотека Гутенберга).

Заказать эту книгу можно здесь.

периодическая таблица химических элементов началась не с гениального Менделеева — ИноТВ

В 1869 год российский учёный Дмитрий Менделеев выписал известные химические элементы на карточки, а затем расположил их по столбцам и строкам в соответствии с их химическими и физическими свойствами, в результате чего появилась периодическая таблица химических элементов. Однако, как пишет Newsweek, началась таблица не с гениального Менделеева, расположить химические элементы в определённом порядке до него пытались многие.

Создание периодической таблицы химических элементов ставят в заслугу русскому химику Дмитрию Менделееву, который в 1869 году выписал известные элементы  на карточки, а затем расположил их по столбцам и строкам в соответствии с их химическими и физическими свойствами. В ознаменование 150-летия этого поворотного момента в науке ООН провозгласила 2019 год Международным годом периодической таблицы химических элементов. Однако, как пишет Newsweek, на самом деле периодическая таблица началась не с Менделеева. 

 

Как продолжает издание, расположить химические элементы в определённом порядке пытались многие. За несколько десятков лет до этого химик Джон Далтон попытался упорядочить элементы в таблицу, а также придумать для них некоторые довольно интересные символы, которые не «прижились». А всего за несколько лет до того, как Менделеев взялся за дело со своей колодой самодельных карточек, Джон Ньюлендс также создал таблицу, распределив элементы в соответствии с их свойствами. 

 

Но гениальность Менделеева заключалась в том, что кое-какие элементы он просто не включил в свою таблицу. Он понимал, что некоторых элементов не хватает, но они будут открыты. Поэтому там, где Далтон, Ньюлендс и другие включили в таблицы то, что было известно, Менделеев оставил место для неизвестного. Ещё более удивительно то, что он точно предсказал свойства недостающих элементов. 

 

Например, рядом с символом Al есть пустая клетка для неизвестного металла. Менделеев предсказал, что у него будет атомная масса 68, плотность шесть граммов на кубический сантиметр и очень низкая температура плавления. Шесть лет спустя Поль Эмиль Лекок де Буабодран открыл галлий и, конечно же, вписал его в таблицу прямо в свободную клетку с атомной массой 69,7, плотностью 5,9 г/см3 и температурой плавления настолько низкой, что он становится жидким в руке. Такие же пустые клетки в таблице Менделеев оставил для скандия, германия и технеция, который был открыт лишь в 1937 году, через 30 лет после его смерти. 

 

Однако, отмечает автор статьи, на первый взгляд таблица Менделеева не очень похожа на ту, с которой мы знакомы. Во-первых, в современной таблице есть множество элементов, которые Менделеев упустил из виду и не смог оставить для них пустые клетки. Кроме того, таблица устроена не так, как наш современный вариант этой системы, элементы в которой мы теперь располагаем в виде двухмерной таблицы — столбцов и строк. Но как только вы развернете таблицу Менделеева на 90 градусов, становится очевидным ее сходство с современным вариантом. Например, галогены — фтор, хлор, бром и йод — все оказываются рядом друг с другом. 

 

К началу XX века таблица приняла знакомую нам горизонтальную форму, и её вариант, предложенный в 1905 году Генрихом Вернером, выглядел на удивление современно. Впервые инертные газы оказались в своем знакомом сегодня положении на правом краю таблицы. Вернер также попытался последовать примеру Менделеева, оставив пробелы, хотя он довольно переусердствовал с предположениями об элементах легче водорода и ещё одном элементе, который должен был занять место между водородом и гелием.

 

Несмотря на этот довольно современный вид таблицы, предпринимались дальнейшие попытки изменить её конфигурацию. Особенно авторитетным был вариант, предложенный Шарлем Жанетом. К составлению таблицы он подошел с точки зрения физики и, используя недавно открытую квантовую теорию, создал вариант расположения элементов, основанный на электронных конфигурациях. Многие физики по-прежнему предпочитают созданную им «левостороннюю» таблицу. Интересно, что Жанет тоже оставил свободные клетки для элементов — вплоть до 120, несмотря на то, что в то время было известно только 92 элемента. 

 

Современная таблица фактически представляет собой непосредственную доработку варианта, предложенного Жанетом. Щелочные металлы (группа, на первом месте в которой находится литий) и щелочноземельные металлы (группа, начинающаяся с бериллия) были перенесены с крайней правой стороны на левый край таблицы, в результате чего получилась периодическая таблица очень широкая по виду. Проблема с таблицей такой конфигурации заключается в том, что она не помещается на странице или плакате, поэтому — в основном по эстетическим причинам — элементы f-блока обычно выносятся за пределы основной таблицы и помещаются под ней. Именно так и появился вариант признаваемой сегодня периодической таблицы. 

 

Однако, как заключает автор статьи, это не значит, что люди не пытаются создать другие конфигурации таблицы, зачастую пытаясь продемонстрировать взаимосвязи между элементами, которые не являются очевидными в обычной таблице. Существуют буквально сотни вариантов таблицы, среди которых особенно популярны спиральные и трехмерные конфигурации, не говоря уже о более шутливых вариантах. Всё это показывает, как периодическая таблица элементов стала традиционным, культовым символом науки.   

Периодическая система таблица Менделеева - Справочник химика 21

    При построении периодической системы Менделеев руководствовался принципом расположения элементов по возрастающим атомным массам. Однако, как видно нз таблицы, в трех случаях этот принцип оказался нарушенным. Так, аргон (атомная масса 39,948 а. е. м.) стоит до калия (39,098 а. е. м.), кобальт (58,9332 а. е. м.) находится до никеля (58,70 а. е. м.) и теллур (127,60 а. е. м.) до иода (126,9045 а. е. м.). Здесь Менделеев отступил от принятого им порядка, исходя из свойств этих элементов, требовавших именно такой последовательности их расположения. Таким образом, он не придавал исключительного значения атомной массе и, устанавливая место элемента в таблице, руководствовался всей совокупностью его свойств. Позднейшие исследования показали, что произведенное Менделеевым размещение элементов в пе- [c.52]
    Обоснуйте, почему аргон с относительной атомной массой 39,9 располагается в периодической системе перед калием, атомная масса которого меньше (К) = 39,1 (элементы расположил в таблице правильно еще Д. И. Менделеев ). [c.26]

    ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА — естественная система химических элементов, созданная гениальным русским химиком Д. И. Менделеевым. Расположив элементы в последовательности возрастания атомных масс и сгруппировав элементы с аналогичными свойствами, Д. И. Менделеев составил таблицу элементов, закономерности которой теоретически вытекают из сформулированного им периодического закона Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от их атомного веса (1869—1871 гг.). Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева позволяют установить свя ь между всеми химическими элементами, предсказать существование ранее неизвестных элементов и описать их свойства. Как впоследствии стало известно, периодичность в изменении свойств элементов обусловлена числом электронов в атоме, электронной структурой атома, периодически изменяющейся по мере возрастания числа электронов. Число электронов равно положительному заряду атомного ядра это число равно порядковому (атомному) номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Отсюда современная формулировка периодического закона Свойства элементов, а также свойства образованных ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов их атомных ядер (2) . Поскольку атомные массы элементов, как правило, возрастают в той же последовательности, что и заряды атомных ядер, современная форма таблицы периодической системы элементов полностью совпадает с менделеевской, где аргон, кобальт, теллур расположены не в порядке возрастания атомной массы, а на основе их химических свойств. Это несоответствие рассматривалось противниками Д. И. Менделеева как недостаток его системы, но, как позже было доказано, закономерность нарушается в связи с изотопным составом элементов, что также предвидел Д. И. Менделеев. Периодический закон и периодическая система элементов [c.188]

    Вот как выглядела эта история. Иногда говорят, что Ньюлендсу задавали вопросы об аккордах и арпеджио , но на самом деле его спрашивали только об алфавитном порядке. Однако недоверие было совершенно очевидным, а незадачливая музыкальная аналогия сделала идеи Ньюлендса больше похожими на магию, чем на науку. Отсутствие места для новых элементов и помещение по два элемента в некоторые места таблицы были серьезными недостатками. По-видимому, главным достоинством схемы, предложенной Менделеевым, было введение больших периодов после двух первых, содержащих по восемь элементов. Менделеев подкреплял свою таблицу очень большим числом химических доказательств, а также прославившими его предсказаниями новых элементов и их химических свойств. Он несомненно заслужил репутацию создателя периодической системы элементов. [c.327]

    Разделив все элементы иа периоды и располагая одн,н период под другим так, чтобы сходные ио свойствам и типу образуемых соединений элементы приходились друг под другом, Менделеев составил таблицу, названную им периодической системой элементов по группам и рядам. Эта таблица в современном виде, дополненная открытыми уже после Менделеева элементами, приведена в начале книги. Она состоит из десяти горизонтальных рядов и восьми вертикальных столбцов, или групп, [c.49]

    Открытый закон периодичности Д. И. Менделеев использовал для создания периодической системы элементов. Днем рождения системы Д. И. Менделеева обычно считают 18 февраля 1869 г., когда был составлен первый вариант таблицы. В этой таблице 63 известных Д. И. Менделееву элемента были расположены в порядке возрастания атомных масс. Это расположение отражало также периодичность изменения свойств элементов. В таблице были оставлены пустые места для четырех еще не открытых элементов с атомными массами 45, 68, 70 и 180. Существование их было предсказано Д. И. Менделеевым. [c.20]

    Свою таблицу Менделеев опубликовал в 1869 г., т. е. раньше, чем была издана основная работа Мейера (рис. 16). Однако честь открытия Периодической системы элементов принадлежит Менделееву не из-за приоритета публикации, действительная причина состоит в том, как Менделеев построил свою таблицу. [c.99]

    Точно так же периодическая система дала толчок к исправлению атомных масс некоторых элементов. Например, цезию раньше приписывали атомную массу 123,4. Менделеев же, располагая элементы в таблицу, нашел, что по своим свойствам цезий должен стоять в главной подгруппе первой группы под рубидием и потому будет иметь атомную массу около 130. Современные определения показывают, что атомная масса цезия равна 132,9054. [c.77]

    Несмотря на большое значение ранних работ различных ученых, главная заслуга в развитии периодической системы принадлежит русскому ученому Дмитрию Ивановичу Менделееву и немецкому ученому Юлиусу Лотару Мейеру. Независимо один от другого они открыли, что свойства элементов могут быть выражены как периодическая функция от. чх атомных весов, и сделали возможной периодическую классификацию, которая мало изменилась в течение последующих лет. Менделеев опубликовал свое первое сообщение о периодической системе в 1869 г., на несколько месяцев раньше появления в печати таблицы Мейера. Однако нет сомнения, что оба ученых достойны славы за открытие периодического закона, независимо от даты опубликования. Это было признано Королевским Обществом, присудившим в 1882 г, и Д. И. Менделееву, и Мейеру медаль Дэви. [c.84]


    Период полураспада (Т. д)- время, за которое количество нестабильных частиц уменьшается наполовину. П. п.— одна из основных характеристик радиоактивных изотопов, неустойчивых элементарных (фундаментальных) частиц. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева — естественная система химических элементов. Расположив элементы в порядке возрастания атомных масс (весов) и сгруппировав элементы с аналогичными свойствами, Д. И. Менделеев составил таблицу элементов, выражающую открытый им периодический закон Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости от их атомного веса (1869—1871 гг.). Периодический закон и периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева позволяют установить взаимную связь между всеми известными химическими элементами, предсказать существование ранее неизвестных элементов и описать их свойства. На основе закона и периодической системы Д. И. Менделеева найдены закономерности в свойствах химических соединений различных элементов, открыты новые элементы, получено много новых веществ. Периодичность в изменении свойств элементов обусловлена строением электронной оболочки атома, периодически изменяющейся по мере возрастания числа электронов, равного положительному заряду атомного ядра Z. Отсюда современная формулировка периодического закона свойства элементов, а также образованных ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от величин зарядов их атомных ядер (Z). Поэтому химические элементы в П. с. э. располагаются в порядке возрастания Z, что соответствует в целом их расположению по атомным массам, за исключением Аг—К, Со—N1, Те—I, Th—Ра, для которых эта закономерность нарушается, что связано с нх изотопным составом. В периодической системе все химические элементы подразделяются на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную и побочную подгруппы. В каждой подгруппе содержатся элементы, обладающие сходными химическими свойствами. Элементы главной и побочной подгрупп в каждой группе, как правило, обнаруживают между собой определенное химическое сходство главным образом в высших степенях окисления, которое, как правило, соответствует номеру группы. Периодом называют совокупность элементов, начинающуюся щелочным металлом и заканчивающуюся инертным газом (особый случай — первый период) каждый период содержит строго определенное число элементов. П. с. э. имеет 8 групп и 7 периодов (седьмой пока не завершен). [c.98]

    Во втором варианте таблицы Менделеев поместил только один элемент из лантаноидов — Се. Для остальных забронировал места. Впоследствии, когда их было известно уже 11 (1902 1903), он включает в таблицу только два — Се и УЬ, так как не мог окончательно определиться, куда их поместить. В 1903 г. он писал Тут мое мнение ни на чем не остановилось, и здесь я вижу одну из труднейших задач, представляемых периодической закономерностью . Возникает вопрос а в чем собственно заключается трудность задачи Ведь есть (как считает автор) естественная система химических элементов, сформулирован главный закон, лежащий в ее основе, — бери, пользуйся Но почему же они не срабатывают А дело в том, что в основе системы лежит не только периодическая законность (дифференциация), но и непрерывная законность (интеграция). Трудность размещения в Периодической [c.71]

    На протяжении почти четырех десятилетий Д. И. Менделеев работал над усовершенствованием периодической системы элементов, разрабатываемой им в различных вариантах. Последний вариант короткой формы таблицы был опубликован им в 8-м издании Основ химии . [c.75]

    В поисках периодической системы элемеитов Менделеев шел от представления об отдельных, разрозненных, не связанных между собой элементов и их групп к раскрытию их взаимной связи между собой. Общая связь, охватывающая все элементы, раскрывалась не сразу, не в виде пришедшего как бы по наитию решения, а последовательно, шаг за шагом. Когда речь шла о членах одного и того же семейства (например, семейства железа, платины или церитовых металлов), элементы оказывались близкими и по химическим свойствам, и по атомным весам. Поэтому связи элементов внутри таких семейств обнаруживались с особой ясностью, даже если в начале составления таблицы они не были еще выяснены в полном объеме. [c.45]

    Решающий шаг в развитии периодической системы сделал Менделеев. Оп систематически изучал взаимосвязь между атомным весом и физическими и химическими свойствами элементов, обращая особое внимание на валентность. В 1869 г. Менделеев предложил таблицу элементов, содержащую семнадцать столбцов и в общем более похожую на новую форму периодической системы (см. стр, 56—57). В 1871 г. Менделеев видоизменил свою таблицу— сократил число столбцов до восьми, перегруппировал элементы длинных периодов в два ряда по семи элементов и ввел восьмой столбец, содержащий по три элемента в ряду (см. табл. 6, стр. 55). Аналогичная таблица была предложена в том же году [c.53]

    За основу классификации элементов Менделеев, как и Мейер, принял массу, но при этом Менделеев не рассматривал массу как единственную характеристику элемента. В современной формулировке Периодического закона отражается зависимость свойств элементов от порядкового номера элемента 2, т. е. от заряда ядра атомов, поскольку именно величина 2 однозначно характеризует химический элемент (см. 1.6). Не менее важным был учет Менделеевым химических свойств элементов именно эти свойства для некоторых элементов оказались решающими при выборе места данного элемента в таблице. В наши дни открытие Менделеева блестяще подтвердилось все новые элементы, как обнаруженные в природе, так и синтезированные искусственно, занимают свое естественное место в Периодической системе. [c.100]

    В то время целый ряд ученых, работая независимо, пытались создать классификацию элементов, в которой бы рядом располагались элементы с близкими свойствами. Такой тип расположения называется периодической системой. В 1869 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев опубликовал периодическую систему, очень похожую на ту, что используется в настоящее время. Это таблица, напоминающая табличный календарь, в котором все воскресения расположены в одной колонке, нее понедельники — в другой и т.д., а все дни одной недели располагаются в одном горизонтальном ряду. [c.124]

    Эта убедительная логичность развития мысли о непрерывном ряде и рождает легенды. Рассудок бунтует против того иррационального пути, которым шел Д. И. Менделеев в создании Периодической системы. Его первая таблица содержала объективной информации не более чем таблица Д. Ньюлендса. И увидел он в ней то же, что и Ньюлендс — повторяемость. Однако Менделеев превзошел соперника в логичности и широте мышления. Чтобы найти, — писал он, — надо не только глядеть и глядеть внимательно, но и знать, и знать многое, чтобы знать, куда глядеть . Он даже в этой несовершенной системе увидел то, что скрыто от глаз рядового ученого, и решился на теоретические обобщения и прогнозы. Приведу их полностью  [c.54]

    Ученые, которые с недоверием относились к системе Д. И. Менделеева, пытались истолковать открытие инертных газов как удар по Периодической системе. В действительности же, эти элементы не только нашли свое место в системе, но и логически дополнили ее, заняв место между типическими металлами и типическими неметаллами (галогенами). Для них Менделеев вводит отдельную нулевую группу, которую помещает в левой части таблицы перед первой. Позже она была совмещена с 8-й группой и велся длительный спор об их альтернативности. (Как будет показано позже, спор этот был безосновательным). Компромиссно остановились на 8-й группе. В современных таблицах нулевая группа отсутствует. Считается, что проблема решена окончательно. Но это мнение ошибочно, и мы еще вернемся к данному вопросу. [c.71]

    Периодический закон был создан на основе анализа макроскопических свойств элементов и их соединений. Менделеев полагал, что периодический закон является отражением глубоких закономерностей строения веш,ества. Выражением периодического закона служит таблица, наглядно отражающая эти закономерности и получившая название периодической системы элементов Д. И. Менделеева. [c.22]

    Развитие химии в период творческой деятельности Д. И. Менделеева привело ученого к выводу, что свойства химических элементов определяются их атомной массой, т. е. величиной, характеризующей относительную массу атома. Поэтому в основу систематики элементов он положил именно атомный вес, как фактор, от которого зависят физические и химические свойства элементов. Д. И. Менделеев сформулировал периодический закон так свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов . Вслед за открытием закона Д. И. Менделеев опубликовал периодическую систему элементов, в которой вертикальные ряды сходных элементов назвал группами, а горизонтальные ряды, в пределах которых закономерно изменяются свойства элементов от типичного металла до типичного неметалла,— периодами. Современная периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева состоит из семи периодов и восьми групп и содержит 105 элементов. Порядковый номер элемента в периодической системе не только определяет его положение в таблице, но и отражает важнейшее свойство атомов — величину заряда их ядер. Поэтому периодический закон Д. И. Менделеева в настоящее время формулируется так свойства элементов и образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов элементов. [c.43]

    Для иллюстрации в табл. 1.8 сопоставлены современные данные и величины атомных весов, которые фигурировали в знаменитом менделеевском Опыте системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сродстве (отдельное издание от 1 марта 1869 г. [18, с. 9]. В таблицу включены все РЗЭ, которые Менделеев принимал во внимание при составлении первых вариантов периодической системы. [c.83]

    В свое время периодическая система элементов сыграла выдающуюся роль в предсказании еще не открытых элементов и их свойств. Например, сам Менделеев предсказал существование германия за 19 лет до открытия этого элемента, и его свойства действительно оказались в замечательном согласии с предсказанными. На сегодняшний день все пробелы в периодической таблице заполнены, так что порядковые номера элементов образуют непрерывный ряд, но она позволяет предсказывать свойства еще не- [c.105]

    Д. И. Менделеев предвидел будущее открытие элемента с порядковым номером 72. Но описать его свойства с той же обстоятельностью, как свойства тоже еще не открытых скандия, германия и галлия, Менделеев не мог. Стройность периодической системы необъяснимо нарушали лантан и следующие за ним элементы. Позже Богуслав Браунер, выдающийся чешский химик, друг и сподвижник Менделеева, предложил выделить 14 лантаноидов в самостоятельный ряд, а в основном тексте таблицы поместить их все в клетку лантана. В 1907 г. был открыт самый тяжелый лантаноид — лютеций. Впрочем, уверенности в том, что [c.161]

    В 1869 г. русский ученый Д. И. Менделеев составил таблицу, включающую большинство известных элементов, в которой элементы были сгруппированы в нескольких горизонтальных рядах так, что вертикальные столбцы включали элементы, сходные по химическим свойствам. Эта таблица, которую Менделеев назвал системой элементов, сегодня называется Периодической системой химических злементов (ее современный вид приведен на переднем форзаце). Кроме того, им был открыт и сформулирован фундаментальный закон природы — закон периодичности . Это основной химический закон, который называется Периодическим законом. [c.100]

    В пятом ряду таблицы после лантана следуют 14 элементов, называемых лантаноидами. Они сходны по свойствам с лантаном и редко встречаются в природе. Менделеев дал им название редкоземельных. В современной периодической системе эти элементы помещают внизу таблицы, отмечая звездочкой их положение в клетке лантана. [c.43]

    При создании периодической таблицы Менделеев поставил теллур и соседний с ним йод (так же, как впоследствии аргон и калий) в VI и VII группы не в соответствии, а вопреки их атомным весам. Действительно, атомный вес теллура — 127,61, а йода — 126,91. Значит, йод должен был бы стоять не за теллуром, а впереди него. Менделеев, однако, не сомневался в правильности своих рассуждений, так как считал, что атомные веса этих элементов определены недостаточно точно. Близкий друг Менделеева чешский химик Богуслав Браунер тщательно проверил атомные веса теллура и йода, но его данные совпали с прежними. Правомерность исключений, подтверждающих правило, была установлена лишь тогда, когда в основу периодической системы легли не атомные веса, а заряды ядер, когда стал известен изотопный состав обоих элементов. У теллура, в отличие от йода, преобладают тяжелые изотопы. [c.23]

    Степень сходства между элементами имеет несколько градаций, которыми обусловлена специфичность каждого места в системе. Задача состоит в том, чтобы графически изобразить по возможности главные черты п оттенки в соотношении и переходах между элементами. С этой точки зрения первоначальная таблица оказалась слишком неопределённой и вместе с тем негибкой, одеревенелой, а потому огрубляющей реальные связи между элементахмп. Расположение элемеитов ка кдого периода в один ряд не соответствовало реальному содержанию понятия место элемента в системе . В целом лестничная форма таблицы недостаточно полно и наглядно выража.ла многие существенные стороны периодической системы. Поэтому Менделеев, хотя и удерживал её, но придавал ей явно второстепенное значение. Главное же внимание у ке с первого издания Основ хилгаи он перенёс на короткую таблицу. Её можно назвать также восъмиклеточной, так как каждый ряд в ней разбпт на 8 клеток. [c.172]

    Таблицы периодической системы. На основании открытого им периодического закона Менделеев составил периодическую систему элементов. Он разбил весь ряд элементов на отдельные отрезки, внутри которых начинается и заканчивается периодическое изменение свойств, и расположил эти отрезки один под другим. Как известно, таблица Менделеева в ее так называемой коротко-пернодной форме (табл. 2 на первом форзаце книги) подразделяется на семь горизонтальных периодов и восемь вертикальных групи. [c.36]

    В этом первоначальном варианте таблицы многое было неясно, требовало уточнений и изменений. На протяжении 37 лет.Менделеев продолжает дальнейшую творческую разработку периодической системы элементов. В V111 издании Основ химии был помещен следующий вариант системы, который следует рассматривать как итог работы Менделеева в развитии периодического закона (табл. 25). [c.79]

    В то время, когда Менделеев на основе открытого им периодического закона составлял свою таблицу, многие элементы были еще неизвестны. Так, был неизвестен элемент четвертого периода скандий. По атомной массе вслед за кальцием шел титан, но титан нельзя было поставить сразу после кальция, так как он попал бы в третью группу, тогда как титан образует высший оксид Т10г, да и по другим свойствам должен быть отнесен к четвертой группе. Поэтому Менделеев пропустил одну клетку, т. е. оставил свободное место между кальцием и титаном. На том же основании в четвертом периоде между цинком и мышьяком были оставлены две свободные клетки, занятые теперь элементами галлием и германием. Свободные места остались и в других рядах. Менделеев был не только убежден, 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. Одному из них, которому в будущем предстояло занять место между кальцием и титаном, он дал название экабор (так как свойства его должны были напоминать бор) два других, для которых в таблице остались свободные места между цинком и мышьяком, были названы экаалюминием и экасилицием. [c.76]

    Первоначальный вариант периодической системы Д. И. Менделеева имел длинную форму. (На втором форзаце книги этот вариант приведен в современном оформлении.) В декабре 1870 г. Д. И. Менделеев опубликовал короткую форму периодической системы. (На первом форзаце книги приведен вариант короткой формы таблицы.) Д. И. Менделеев отдавал преимущество короткому варианту. До настоящего времени продолжают поступать предложения о новых вариантах таблицы периодической системы элементов. Их известно уже несколько сотен. Но наилучшими из них, четко и глубоко передающими периодический закон, остаются вариагньг Д. И. Менделеева. [c.75]

    Наиболее иоздиее по времени указание Менделеева по проблеме РЗЭ мы находим в примечании к периодической таблице в восьмом (последнем прижизненном) издании Основ химии , тщательно отредактированном самим автором. Менделеев дает следующую итоговую оценку проблемы РЗЭ Между Ge=140 и Та=183 недостает целого большого периода, ио ряд редких элементов (изучение их не полно) например, Рг=141, Nd=144, Sm=150, Eu = 152, Gd = 160, Но=165 Ег=166, Tu=I71 и Yb=173 представляет, по современным сведениям вес атома, как раз восполняющий этот промежуток, потому в указан ном месте периодическая система элементов представляет собой сво го рода разрыв, требующий новых изысканий [18, с. 367]. [c.90]

    Одним из основных принципов, которым руководствавался Д. И. Менделеев при построении периодической системы, было предоставление каждому химическому элементу собственной клетки в таблице. Однако при размещении в периодической системе элементов середин больших приодов он отступил от этого правила и поместил в каждой клетке по три элемента. Основанием для такого объединения было большое сходство авойств элементов, имеющих близкие атомные массы. Возникло три триады — железа, палладия, платины. Расположение в одной клетке периодической системы нескольких элементов, сходных по свойствам, в дальнейшем нашло развитие ученик и последователь Менделеева Богуслав Браунер (долгое время был профессором Пражского университета) разместил все спутники церия (по Менделееву) в одной клетке периодической системы вместе с церием, подчеркнув тем самым близость химических свойств этих элементов [1]. Впоследствии все РЗЭ, следующие за церие.м (и сам церий) стали помещать в одной клетке периодической системы вместе с лантаном (лантаниды) то же относится и к актинидам (см. с. 86—230). [c.110]

    Оболочечная структура электронных состояний атомов, следуюшая из законов движения электронов, объясненных квантовой механикой, была в некоторой степени предугадана замечательным русским химиком Менделеевым в 1868 г., т. е. задолго до появления квантовой механики, Менделеев открыл периодический закон химических элементов, который он выразил в виде таблицы апериодической системы элементов по группам и рядам . Периодическая система элементов Менделеева состоит из десяти горизонтальных рядов, которые составляют семь периодов, и девяти групп (вертикальных столбцов), в которых один под другим расположены сходные между собой элементы. Первоначальная таблица Менделеева содержала только восемь групп, так как инертные газы в то время не были еше известны. Произведенное Менделеевым размещение элементов в периодической системе оказалось полностью отражающим строение атомов, найденное современной квантовой механикой. Каждому периоду системы элементов Менделеева соответствует одна электронная оболочка в атоме. [c.361]

    Когда Менделеев составлял свою таблицу на основании открытого им периодического закона, многие элементы не были известны. Руководствуясь рядом соображенТ1Й, Менделеев пришел к выводу, что в природе должны существовать еще неизвестные элементы, и оставил для них в периодической системе пустые места. Он предсказал свойства трех таких элементов на основании их положения среди других элементов в таблице. Одному из них Менделеев дал название экабор, так как этот элемент, по мнению Менделеева, должен был походить по свойствам на бор. Два другие были названы экаалюминием и экасилицием. Еще при жизни Менделеева эти три элемента были открыты. Первым был открыт галлий его свойства оказались такими, какие были предсказаны для экаалюминия. Затем был открыт скандий, обладающий свойствами экабора, и, наконец, германий, имеющий свойства, предсказанные для экаси-лиция. [c.46]

    Приведенньщув табл. 2 приложения способ представления периодической системы, при котором элементы больших периодов подразделяются на два ряда и, следовательно, горизонтальное протяжение таблицы определяется длиной малых (коротких) периодов, называется короткопериодной формой в противоположность длиннопериодной форме, когда элементы больших (длинных) периодов располагаются в один непрерывный ряд. В этом случае приходится соответственно раздвигать малые периоды. Уже Менделеев наряду с короткопериодной применял также и длиннопериодную форму. В табл. 1 периодической системе придан тот вид (с добавлением открытых с тех пор элементов), который близок применявшемуся Менделеевым. [c.23]

    Периодическая система элементов Менделеева. Д. И. Менделеев, основываясь на законе периодичности, расположил известные в то время элементы в таблицу по группам и рядам. Эта таблица получила название аериодической системы элементов Менделеева. Пополненная современными данными, таблица приведена на стр. 194—195. [c.193]


В периодическую таблицу Менделеева внесены четыре новых элемента, два из которых связаны с Россией

В подмосковной Дубне приступили к изучению свойств новых химических элементов: открытые совместно с зарубежными учеными, два из четырех элементов получили названия, которые напрямую говорят о связи с Россией. Сегодня таблица Менделеева уже другая.

Для большинства из нас понять, что именно открыли и как это может быть использовано в жизни, настолько трудно, что мы можем только верить исследователям, представляя, как многое вообще еще неизвестно. Это категории высшей материи!

Так выглядит таблица Менделеева, которую можно купить в магазинах сегодня: в седьмом периоде зияют дыры. Теперь это все придется перепечатывать. 113, 115, 117 и 118 элементы официально открыты и получили названия. Три из них признаны открытиями ученых из Объединенного института ядерных исследований в подмосковной Дубне.

«Московий – в честь земли московской; ливерморий – это наши коллеги из Ливермора, которые работали вместе с нами, приезжали сюда, все эксперименты делаются здесь; то же самое теннессин – из Теннесси наши коллеги; ну а 118 – домашний, наш, родной», - рассказывает научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова, академик РАН Юрий Оганесян.

118 элемент для Юрия Оганесяна не просто родной. Он назван в его честь – оганесон. Это второй случай в мировой истории, когда элемент периодической таблицы называется в честь ученого при жизни. Такой вариант названия предложили его коллеги из лаборатории ядерных исследований.

Больше 20 лет Юрий Цолакович стоит во главе российско-американской группы ученых, синтезирующих и исследующих сверхтяжелые элементы периодической системы.

«Охота за этими элементами – это такая сегодня совершенно важная часть современной экспериментальной ядерной физики. И тут надо сказать, что наши ученые, в частности, во главе с академиком Оганесяном, они здесь занимают самые передовые позиции», - отмечает президент Российской Академии Наук Владимир Фортов.

На вопросы журналистов «каково это, когда твое имя вписывается в историю на века», ученый отвечал скромно.

«Не ищите каких-то сверхчувств, поставьте себя на мое место. Я благодарен своим коллегам, своим товарищам, с которыми прошел этот долгий путь, и очень рад, конечно, что он кончился вот этим открытием, доказательством этому является не один, а на самом деле семь элементов. Один из них вот так назван, но это уже не столь важно, как он назван, а важно то, что это есть», - говорит ученый.

Сначала считалось, что периодическая таблица вообще должна закончиться на сотом элементе. Каждое новое открытие переворачивало весь научный мир. И именно Лаборатория ядерных исследований Дубнинского института — признанный мировой лидер по заполнению таблицы Менделеева. 105 элемент назван дубнием, а 114 - флеровием в честь основателя лаборатории Георгия Флерова. Теперь - московий и оганесон.

«За эти 60 лет в стенах этой Лаборатории, в стенах нашего института, усилиями многонациональных коллективов Лаборатории было открыто 11 сверхтяжелых элементов, доселе неизвестных миру, неизвестных науке, и это, конечно, я сказал бы, выдающийся результат», - сказал директор Объединенного института ядерных исследований Виктор Матвеев.

О практическом применении последних открытий речи пока не идет. Это дело науки будущего. Хотя ученые говорят: для того, чтобы синтезировать новый элемент, нужно уже совершить много технических открытий и инноваций. Ускорители, которые располагаются в Дубне, не имеют аналогов. На циклотроне У400 и были синтезированы самые тяжелые элементы.

Частицы кальция-48 проходят по каналу. Для синтеза нового элемента нужно, чтобы они попали точно в мишень. Обычно это уран, плутоний или калифорний. Мишень находится за стеной. Каждую секунду по ней выпускается 10 триллионов частиц, эксперимент идет несколько месяцев и за все это время рождается всего несколько ядер.

Ученые из Дубны уже поставили перед собой следующую задачу: синтез 119, 120 и последующих элементов. Специально для этого здесь строится так называемая «фабрика сверхтяжелых элементов».

Сердцем этой фабрики станет новый ускоритель, превосходящий по мощности все мировые аналоги в 10 раз. Именно в пространстве дубнинского циклотрона частицы будут разгоняться по спирали до скорости, близкой к скорости света.

Если во время предыдущих экспериментов ядра новых элементов образовывались раз в несколько месяцев, то теперь это будет происходить каждый день., Е.Л.КОТОВА, А.П.СУСЛОВ

Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия

Статья посвящена 150-летнему юбилею Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева. Фундаментальный закон природы, открытый Д.И.Менделеевым, имеет аномалии и парадоксы, связанные с некоторыми группами металлов. При изучении физико-химических свойств комплексных металлических соединений можно встретить большое количество несоответствий, а именно, места расположения элементов в группах, которые в первую очередь относятся к металлам с разной валентностью. Изучая подходы и методы прогнозирования расстановки химических элементов, можно установить, что многие различия по некоторым металлам были устранены Д.И.Менделеевым в процессе формирования Периодической системы химических элементов. Д.И.Менделеев выработал принцип, исключающий подобные ошибки при нахождении и открытии новых элементов. Аналитические исследования, проведенные российским ученым, помогли вычислить атомные массы и описать свойства трех элементов, не известных еще в тот период времени - «экабора», «эка-силиция», «экаалюминия», существование которых доказано и подтверждено последующими открытиями скандия, германия, бора, галлия. В работе дана значимая оценка прогнозирования металлов в различных группах периодической системы. Изменение свойств некоторых металлов существенно повлияло на их расположение в таблице Д.И.Менделеева.

Ключевые слова: таблица Д.И.Менделеева; металлы; группы; периоды; химические свойства; эка-элементы; Санкт-Петербургский горный университет

Как цитировать эту статью Современный взгляд на аномалии в группах металлов Периодической системы Д.И.Менделеева / В.Ю.Бажин, Т.А.Александрова, Е.Л.Котова, А.П.Суслов // Записки Горного института. 2019. Т. 239. С. 520-527. DOI: 10.31897/РМ1.2019.5.520

Введение. Создание в XIX веке химических фундаментальных основ, забытых в период интеллектуального прорыва (открытие законов квантовой механики, ядерной физики, создание теории относительности), стало революцией, сделавшей возможным объяснить современный мир [11]. Генеральная ассамблея ООН 20 декабря 2017 года объявила 2019 год Международным годом Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева в связи со 150-летием открытия Д.И.Менделеевым закона химических элементов. Ранее эта инициатива была выдвинута Российской Федерацией в рамках ЮНЕСКО и была одобрена на 39-й сессии Генеральной конференции.

Из всех известных и открытых химических элементов около 90 являются металлами. Большинство неорганических соединений - это также соединения металлов, представленных в оксидной форме. В природе металлы можно встретить в свободном виде, например самородные ртуть, серебро и золото, но чаще всего они представлены в виде комплексных соединений [5].

В зависимости от строения и формы периодических таблиц [18] существует несколько типов и вариантов классификации металлов. Наиболее четкой является классификация металлов в соответствии с их расположением в периодической системе элементов, т.е. химическая классификация.

Особенности открытия Периодического закона Д.И.Менделеева. В результате огромного труда и длительной, кропотливой работы Д.И.Менделеев 17 февраля (1 марта) 1869 г. открыл Периодический закон. Это открытие было связано с большими трудностями, так как атомные веса многих элементов, особенно металлов бериллия, церия, ванадия, титана были в 1,5-2 раза меньше или больше истинных, а эрбий и дидим в действительности являлись смесями нескольких элементов. Эти трудности существовали до тех пор, пока не были устранены ошибки в определениях атомных весов. Первая таблица была помещена Менделеевым в одном из первых изданий его учебника «Основы химии» (1871). В первой таблице еще много пустых мест, оставленных для неоткрытых элементов (рис.1).

Д.И.Менделеев, ознакомившись с сообщением Поля Эмиля Лекок де Буабодрана об открытии галлия, сразу же по описанию некоторых его свойств узнал предсказанный им «экаалюминий»

Рис. 1. Естественная система элементов Д.И.Менделеева (1871)

Рис.2. Образец сфалерита

и указал французскому химику на ошибку в определении плотности галлия, которую в итоге автор открытия все же признал [14]. На рис.2 представлен сфалерит, из которого впервые был получен галлий.

Коллегами из Фрайбергской академии была представлена архивная информация о подобной парадоксальной ситуации, которая повторилась и при случайном открытии индия. Немецкие химики Фердинанд Райх и Теодор Рихтер из цинковой обманки выделили сульфид неизвестного металла, при спектроскопическом исследовании обнаружили ярко-синее свечение в спектре (цвет индиго), благодаря чему данный элемент получил называние «индий», но в дальнейшем была перепутана его валентность, что привело к неправильному расположению в другой подгруппе металлов (рис.3).

Окончательное подтверждение выдающегося открытия и подходов, сделанных великим русским ученым, по мнению многих авторитетных химиков, произошло тогда, когда предсказанный Д.И.Менделеевым экасилиций [13], был открыт Клеменсом Винклером в 1886 г. в Саксонии. Название «германий» элемент получил подобно галлию и скандию в честь страны, где он был открыт. Сомнения возникли в тот момент, когда К.Винклер решил, что им был обнаружен аналог сурьмы, а это, следовательно, элемент из пятой группы. Но Д.И.Менделеев написал немецкому ученому о его ошибке, место для германия уже 15 лет назад спрогнозировано в 4-й группе, в 5-м ряду, в ячейке под номером 29, т.е. его расположение должно быть между титаном и цирконием.

Рис.3. Образец индия,

подаренный Горному институту Императрицы Екатерины II Фрайбергской горной академией в 1867 г.

Рис.4. Монокристалл германия (1964 г., Ленинградский горный институт)

Позднее немецкий ученый признал свою ошибку. На рис.4 показан монокристалл германия, образец был получен в Ленинградском горном институте имени Г.В.Плеханова (ныне Санкт-Петербургский горный университет) в 1964 г.

Известна встреча Д.И.Менделеева и К.Винклера в Берлине [16], на которой были решены многие вопросы, в первую очередь связанные с расстановкой металлов по группам и периодам в соответствии с их атомным весом и валентностью. Материалы, полученные из библиотеки Фрайбергской горной академии и изученные авторами вместе с немецкими учеными после 135 лет открытия этих элементов, полностью подтверждают цепь событий того времени. Таким образом, после того, как германий занял свое место, металлы и другие химические элементы расположились в теле таблицы по восьми группам в каждой строчке и сверху вниз по 4-6 элементов в каждой колонке, причем элементы, находящиеся в одной колонке, были близки друг к другу по химическим свойствам, а физические свойства их закономерно менялись в зависимости от увеличения атомного веса элемента [17]. Ошибку прежних классификаций элементов Д.И.Менделеев видел в том, что эти элементы распределялись по местам на основе одного какого-либо признака (атомности), взятого изолированно, в отрыве от других свойств, он говорил, что «на одном, вырванном из общей связи свойстве нельзя построить устойчивую классификацию», поэтому нечеткость в определении химических элементов неизбежно приводила к неустойчивости учения о формах соединений.

При рассмотрении сходства элементов в таблице по диагонали очевидно [15], что химические свойства бериллия во многом аналогичны свойствам алюминия. Алюминий, как и бериллий, растворяется в растворах щелочей, но не подвергается действию концентрированной соляной кислоты. Поэтому существовал парадокс, когда долгое время все считали его трехвалентным и приписывали ему неправильную атомную массу. Эту ошибку исправил именно Д.И.Менделеев при открытии Периодического закона [7].

Алюминий - это один из самых распространенных элементов в земной коре, расположенный в периодической таблице Д.И.Менделеева под номером 13, обладающий уникальными физико-химическими свойствами. Алюминию приписывают ряд парадоксальных и мистических вещей [1]. Как и бериллий, алюминий, который был открыт задолго до формирования Периодического закона [19], входит в различные минералы, особенно часто встречающиеся в алюмосиликатах (рис.5).

Учитывая специфику работ и исследований Д.И.Менделеева о связи минерального сырья с расположением элементов, можно предположить, что именно вокруг этого металла формировалась идеология и структура самой таблицы. Подтверждением тому служат спрогнозированные Д.И.Менделеевым свойства «предсказанного» элемента с традиционной приставкой «эка» -«экаалюминия» и выстроенные позже в период металлы «алюминий-галлий-индий-титан». В настоящее время именно лигатуры А1-Т>В являются лучшей модифицирующей добавкой для алюминиевых сплавов [9, 22]. В данном случае можно говорить о наращивании и улучшении свойств за счет комбинированного влияния металлов данного периода.

Немало парадоксов существует в группах металлов таких элементов, как ртуть, медь, серебро, платина и особенно золото, встречающиеся в природе в самородном виде. С одной стороны, каждый из этих элементов неизвестно кем был открыт, о их существовании известно более двух тысячелетий, с другой стороны, именно этим металлам были посвящены все труды алхимиков. На рис.6-7 представлены образцы самородного золота и платины, переданные в дар Горному институту Императрицы Екатерины II Санкт-Петербургским монетным двором в 1887 г.

Главной целью экспериментов было получение золота из различных комбинаций металлов и их соединений. Суть этих предположений и гипотез сводилась к переходным состояниям некоторых элементов вплоть до замены некоторых свойств [24]. Известно [20], что к антинаучным темам Д.И.Менделеев относил все алхимические труды, и теории превращения одних элементов в другие, «все попытки этого рода до сих пор были напрасны и оказались лишь пустотелыми умозрениями или ошибками опытов, а потому от прочно установленного и общепринятого нет оснований переходить к фантастическому и произвольному, прочно установленным же и обще-

Рис.5. Образец алюминиевой отливки. Дар Красноярского алюминиевого завода Ленинградскому горному институту, 1974 г.

Рис.6 Образец самородного золота «Трубка», вес 744,73 г,

окр. Екатеринбурга, Урал, Россия. Передан Санкт-Петербургским монетным двором, 1887 г.

Рис.7. Образец платины, вес 5112,25 г, Нижний Тагил, Урал, Россия. Передан Санкт-Петербургским монетным двором, 1887 г.

принятым здесь надо считать, увы, пока лишь отрицательное, а именно, что никогда и никто не встретил ни одного явления, при котором одно простое тело переходило бы в другое, откуда и делается предположительное заключение, положенное в основу всей нашей науки, что химические элементы самостоятельны, ими надо ограничить познания о превращении веществ друг в друга» [25].

Современный взгляд на таблицу Д.И.Менделеева. В настоящее время благодаря развити-ию технических средств и условий, высокому уровню аналитических приборов появилась возможность «новым взглядом» изучить структурные изменения и их соответствия, связанные с механическими свойствами. Речь идет о сплавах, лигатурах, модификаторах, присадках и синтезе многокомпонентных материалов с уникальными свойствами [23].

Из 17 элементов, относящихся к редкоземельным элементам (РЗЭ), Д.И.Менделеев учитывал только пять - лантан, церий, дидим, эрбий и иттрий [6]. Именно ввод в первый вариант периодической системы дидима впоследствии помог его расшифровать как смесь неодима и празеодима. Эти два элемента являются основными легирующими элементами в сплавах. Эрбий и иттрий, уже открытые к тому времени элементы, также представляли собой смесь нескольких элементов и содержали достаточно большое количество гадолиния, диспрозия, гольмия, тулия, иттербия, лютеция, а также скандия. Проблемы разделения редкоземельных элементов тяжелой и легкой группы Д.И.Менделееву и ученым того времени были хорошо известны, особенно экспериментальные трудности, связанные с их получением в чистом виде.

Формирование в таблице группы редкоземельных элементов способствовало разработке нано-технологий, когда даже незначительный ввод того или иного элемента приводил к принципиальному изменению структуры и свойств, и создавал предпосылки для создания новых композиционных и многофункциональных материалов. Например, появилась возможность создать алюминиевые сплавы, модифицированные скандием и иттрием, свойства которых соотносятся с изделиями из стали [21].

В технической литературе существует устойчивая парадигма [8], что если в полном варианте периодической таблицы провести прямую линию через элементы бор и астат, то слева от этой линии расположатся металлы, а справа от нее вся группа неметаллов (рис.8). Первые вопросы (парадоксы) в построении таблицы и расположении уже открытых металлов возникли у Д.И.Менделеева относительно разделения металлов на две принципиальные группы - непереходные и переходные. Так, Менделеев поместил бериллий непосредственно после лития, приписав ему атомный вес 9,4 вместо 13,5, как считали остальные химики. Он поместил торий в одну группу (IV) с титаном, хотя вовсе не так следовало бы поступить, учитывая данные об их атомных весах [16].

I« Há Eli IVa Va У1а VII» Villa 16 116 1ПЕ IV 6 V6 716 VII6 VIII6

М-элементы H He

и Be В С N О F Ne

Na Mp; AI Si F S ш Ai

К Ca 5c Ti V Cr Mn Fe Co № Cu Zn 0« Oe As 3« Bf Kr

Rb St Y 2t Nb Mo Tc Ru Rh Fd Cd In Sa Sb Те I Xe

Cs Ba -La Hf Ta W Re Os It Pt Au HK Tl Pb Bi Po At Rn

Ft Ra **Ac

Т-элементы В1-элементы В2-элементы

» Cr Pr N d Fit! Sfti Eu Od Tb Dy Ho Ei Tm 7b R-элементы

** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md TR-элементы

Рис.8. Разделение таблицы Д.И.Менделеева на металлы и неметаллы [14]

Анализ документов показал [12], что во времена формирования таблицы значения атомных весов элементов периодически уточнялись, но все еще существовали погрешности в определении валентности, поэтому расположение элементов в той или иной последовательности приводило к ошибкам, имеющим значительный характер.

Погрешности в значениях атомных весов были иногда очень велики, но Д.И.Менделеву удалось определить соответствующую последовательность элементов, совпадающую с их порядковыми (атомными) номерами. С другой стороны металлы, в отличие от многих элементов, имеют более устойчивые формы, особенно в оксидных соединениях, что позволяло определить их места расположения в таблице практически без ошибок.

Помимо химической расстановки металлов в таблице существует также, хотя и не общепринятая, но издавна сложившаяся техническая классификация металлов, делящаяся на две четкие группы - цветные и черные металлы. Причем в цветных металлах три ярко выраженные подгруппы - это легкие, тяжелые и благородные металлы [10]. Причастной к ним обычно считают группу редких металлов, отдельно от редкоземельных металлов (РЗМ). Такая расстановка металлов парадоксальна и не так логична как химическая, потому что в ее основе лежат постоянно изменяющиеся свойства металлов, которые зависят от их валентности. Объяснение того, как регулярные «скачки массы» ядра влияют на химические свойства элементов, не может быть ординарным. Существующая теория строения атомов исходит из того, что величина заряда ядра полностью определяет строение электронных оболочек, и структура ядра, какой бы она ни была, не оказывает никакого воздействия на поведение валентных электронов.

Таким образом, можно выделить три по достоинству не оцененных обобщения Д.И.Менделеева: изменяющиеся свойства элементов относительно переходных металлов, функции атомного веса и его соответствие с теорией чисел, инструментом осмысления периодичности. Аи, Zn, Cd, Щ, Sc, Y, La, Ас, П, Zг, Hf, Rf, V, №, Та, Db, Сг, Мо, W, Sg, Мп, Тс, Re, ВЬ, Fe, Со, Ni, Ru, ЯЬ, Pd, Os, 1г, Pt, №, Mt. К /-элементам относятся 14 актиноидов (ТЬ, Ра, и, Ри, Ат, Ст, Вк, С£ Еs, Fm, Мd, N0, Lг). Среди переходных металлов выделяют также редкоземельные металлы (РЗМ), такие как Sc, Y, также группу лантаноидов (Се, Рг, Ш, Рт, Sm, Еи, Gd, ТЬ, Dу, Но, Ег, Тт, УЬ, Lu). Платиновые металлы (Яи, ЯЬ, Pd, Оs, 1г, Рt) - это также переходные металлы, как и трансурановые (№р и другие элементы с большей атомной массой).

К парадоксам такой расстановки элементов в таблице можно отнести то, что Д.И.Менделеев поставил элементы с большим атомным весом впереди элементов, имеющих меньшую величину атомного веса, например, калий, теллур, никель и кобальт. Оказалось, что заряд ядра теллура равен 52, а йода - 53, заряд ядра аргона равен 10, а калия - 11 и т.д. [4].

Иначе говоря, существует некоторая аномальность, связанная с отдельными свойствами, не меняющими основного положения, касающегося определенности. По совокупности всех свойств, взятых в целом, каждый элемент занимает свое четкое место в периодической системе. Анормальности в нарастании атомных весов являются подобными перестановкам, кото-

DOI: 10.31897/РМ1.2019.5.520

Рис.9. Интерактивная Периодическая таблица Менделеева

рые не могут заставить усомниться в правильности закона, хотя лично Д.И.Менделеев склонен был думать, что в данном случае расхождения объясняются ошибками опыта при определении атомных весов.

Санкт-Петербургский горный университет чтит память русского ученого Д.И.Менделеева. В научной библиотеке хранятся 25 прижизненных изданий научных статей Д.И.Менделеева. В залах Горного музея находится немало экспонатов, посвященных великому ученому, особенно интересна для проведения учебных занятий Периодическая таблица Менделеева, позволяющая рассмотреть каждый элемент. Интерактивная таблица химических элементов, не имеющая аналогов в России, была передана в дар Горному университету холдингом «ФосАгро» (рис.9).

Д.И.Менделеев был учителем Д.П.Коновалова, директора Горного института (1903-1905). Именно Д.П.Коновалов стал инициатором строительства новой химической лаборатории европейского уровня в Горном институте в соответствии с идеями Д.И.Менделеева.

Заключение. Периодический закон является универсальным и относится к числу таких общих научных закономерностей, которые реально существуют в природе и поэтому в процессе эволюции наших знаний никогда не потеряют своего значения. После Д.И.Менделеева установлено, что периодичности подчиняются не только электронное строение атома, но и тонкая структура атомных ядер, что говорит о периодическом характере свойств в мире элементарных частиц.

Российская академия наук и Российское химическое общество в год 150-летия Периодического закона, объявленный ООН Международным годом Периодической таблицы элементов, активно ищут возможности восстановления Менделеевского слова о периодичности для использования его как средство прорыва в познании новых, еще неисследованных глубин создания и строения материи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волков В.А. Выдающиеся химики мира / В.А.Волков, Е.В.Вонский, Г.И.Кузнецова. М.: Высшая школа, 1991. 656 с.

2. Воскобойников В.Г. Общая металлургия / В.Г.Воскобойников, В.А.Кудрин, А.М.Якушев М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. 768 с.

3. Гельфер Я.М. Парадокс Гиббса и тождественность частиц в квантовой механике / Я.М.Гельфер, В.Л.Любошиц, М.И.Подгорецкий. М.: Наука, 1975. 272 с.

4. Глинка Н.Л. Общая химия. М.: Интеграл-Пресс, 2003. 728 с.

5. Горный музей / Под ред. В.С.Литвиненко; Санкт-Петербургский горный университет. СПб: «ГАЛАРТ», 2008. 128 с.

6. Дроздов А. Алюминиевая энциклопедия. Алюминий: Тринадцатый элемент. Библиотека РУСАЛа, 2007. 240 с.

7. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. М.: Академия, 2006. 608 с.

8. Егорова А.С. Химия. Ростов-на-Дону: Феникс, 1999. 768 с.

9. Ерохин Ю.М. Химия. М.: Академия, 2014. 400 с.

10. К 300-летию Указа Петра I «О делании мелкой и крупной монеты по установленным пробам и образцам». Российский рубль и «Серебряная стопа» Петра I / В.Ю.Бажин, Н.М.Теляков, Т.А.Александрова, Н.В.Ипатова // Цветные металлы. 2018. № 2. С. 90-98.

11. Кузьмичева Г.М. Кристаллохимические закономерности в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Простые вещества. М.: МИТХТ, 2000. 37 с.

12. Лидин Р.А. Химические свойства неорганических веществ. М.: Химия, 2000. 480 с.

13. Новый справочник химика и технолога / Под ред. Ю.В.Поконова. СПб: НПО «Мир и семья», 2002. 988 с.

14. Петрянов И.В. Великий закон / И.В.Петрянов, Д.Н.Трифонов. М.: Педагогика, 1984. 128 с.

15. Рэмсден Э.Н.Начала современной химии. Л.: Химия, 1989. 784 с.

16. Сайфуллин Р.С. Универсальный лексикон: химия, физика и технология / Р. С.Сайфуллин, А.Р.Сайфуллин. М.: Логос, 2002. 548 с.

17. Хаускрофт К. Современный курс общей химии / К.Хаускрофт, Э.Констебле. М.: Мир, 2002. Т. 1. 252 с.

18. Шубейкина Т.Д. Нулевой элемент периодической системы // Научное обозрение. Биологические науки. 2016.№ 1. С. 96-112.

19. Эмсли Дж. Элементы. М.: Мир, 1993. 258 с.

20. Hawley's Condensed Chemical Dictionary. 11-nd / Ed Rev. N.I.Sax, R.J.Lewis, Sr.Van; Nostrand Rheinhold Co. N.Y., 1987. 1303 p.

21. Masanori Kaji. D.I.Mendeleev's concept of chemical elements and The Principles of Chemistry // Bulletin for the History of Chemistry. 2002. Vol. 27. № 1. P. 4-16.

22. Oxford Dictionary of Science / Ed. A.Isaacs, J.Daintith, E.Martin; Oxford University Press. Oxford, New York, 1999. 858 p.

23. Pazdro Krzysztof M. Chemia dla licealistow / Oficyna Edukacyjna, Warszawa, 1996. 246 p.

24. The New Encyclopedia Britannica. 15-th Ed. Encyclopedia Britannica. Chicago, 1974-1994.

25. WebElements™ Periodic table (professional edition). Retrieved from http: //www.webelements.com.

Авторы: В.Ю.Бажин, д-р тех. наук, проректор по научно-инновационной деятельности, [email protected] (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия), Т.ААлександрова, канд. техн. наук, ведущий инженер, [email protected] (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия), Е.Л.Котова, канд. геол.-минерал. наук, заместитель. директора Горного музея по научной работе, [email protected] (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия), А.П.Суслов, канд. тех. наук, проректор по эксплуатации имущественного комплекса, [email protected] (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия).

Статья поступила в редакцию 22.07.2019.

Статья принята к публикации 3.09.2019.

Как именно Менделеев открыл свою периодическую таблицу 1869 года?

Я только что вернулся домой после интервью для новой программы общественного телевидения о тайне материи и поисках элементов. Было очень приятно видеть, как создатели фильма стремились понять, как именно Менделеев пришел к своей знаменитой первой периодической таблице 1869 года. Это, в свою очередь, означало, что мне пришлось тщательно изучить литературу по этому конкретному историческому эпизоду, которая сформирует основа этого блога.

Обычная версия того, как Менделеев пришел к своему открытию, выглядит примерно так. В процессе написания своего учебника The Principles of Chemistry Менделеев завершил книгу, изучив только восемь из известных на тот момент шестидесяти трех элементов. Он закончил книгу галогенами, включая хлор, бром и йод. При переходе ко второму тому он понял, что ему нужен организационный принцип для всех остальных элементов. Прежде чем прийти к какому-либо новому принципу упорядочения, он начал том 2 с обсуждения другой хорошо известной группы элементов, щелочных металлов, включая литий, натрий и калий.

Рис. 1. Набросок Менделеева на обратной стороне приглашения посетить местный сыроваренный кооператив. На нижних рисунках показаны его расчеты разницы между атомными массами натрия и лития (23 - 14 * = 9), калия и магния (39 - 24 = 15), рубидия и цинка (85 - 56 = 20), цезия и кадмий (133 - 112 = 21). Самая нижняя строка цифр - это сравнение Менделеева его собственных расчетов с ранее опубликованными эквивалентными весами Дюма, а именно лития (7), магния (12), цинка (32) и кадмия (56).* На самом деле Менделеев использует удвоенное значение атомной массы лития, равное семи, отсюда и значение 14. Это кажется запоздалой мыслью, поскольку числа, написанные под 14 и 9, кажутся 7 и 16, в которых Менделеев считал Фактическая стоимость лития, а именно 7.

Затем Менделеев задумался, какие элементы следует упомянуть дальше, и поиграл с идеей обратиться либо к щелочноземельным металлам, таким как кальций, барий и стронций, либо, возможно, к некоторым промежуточным элементам, включая цинк и кадмий, которые имеют некоторые, но не все свойства щелочноземельных металлов. .Другой возможностью, которую он рассматривал, была группа, содержащая медь и серебро, которые показывают переменную валентность +1 или +2 и, таким образом, могут представлять собой ступеньку между щелочными металлами и щелочноземельными металлами, которые демонстрируют степени окисления +1 и +2 соответственно.

Затем, 17 февраля 1869 года, мир Менделеева фактически остановился, и он продолжал это делать еще два или три дня, в течение которых он, по сути, пришел к своей версии периодической таблицы, которая оказала наибольшее влияние на научное сообщество.Принято считать, что это было открытие периодической таблицы Менделеева, хотя по крайней мере пять других версий были ранее опубликованы, хотя и предварительно.

17 февраля Менделеев отказался от консультативного визита в местный сыроваренный кооператив, чтобы остаться дома и поработать над своей книгой. Похоже, что в какой-то момент утром он взял приглашение сырному кооперативу и перевернул его, чтобы набросать некоторые идеи о том, какие элементы обрабатывать дальше в своей книге (рис. 1).Этот документ до сих пор хранится в Музее Менделеева в Санкт-Петербурге, и его часто достают из казны режиссерам-документалистам, желающим запечатлеть решающий момент открытий Менделеева.

Набросанные символы предполагают, что Менделеев впервые попытался сравнить щелочные металлы с промежуточной группой, содержащей цинк и кадмий. Он рассчитал различия между парами элементов, принадлежащих к каждой из этих групп, в надежде найти какую-либо значимую закономерность.Но он, похоже, был разочарован, потому что различия между соответствующими элементами, которые он считал, не показывают регулярной закономерности.

Тем не менее, Менделеев не совсем отказывался от идеи следовать за щелочными металлами по группе, содержащей цинк и кадмий, потому что это именно то, что он сделал во втором классическом документе, в который он теперь включил гораздо больше известных групп элементов в первую из двух таблиц. элементов, которые появляются на одном листе бумаги (рисунки 2 и 3).

В то время как верхняя таблица показывает группу цинка и кадмия непосредственно над щелочными металлами, нижняя из двух таблиц показывает перегруппировку, в которой Менделеев решил разместить типичные щелочноземельные металлы рядом с щелочными металлами, переместив щелочные металлы вверх по шкале. таблица как целый блок. В конечном итоге за галогенами следуют щелочные металлы, за которыми, в свою очередь, следуют щелочноземельные металлы. Следствием этого шага является то, что последовательность атомных весов теперь выглядит более упорядоченной, чем в предыдущей верхней таблице на той же странице.В результате этого простого изменения Менделеев, похоже, понял, что успешная периодическая таблица требует не только правильной группировки элементов в соседних строках, но и набора плавно возрастающих последовательностей атомных весов.

А вот и «ага» Менделеева, или «момент эврики». Здесь он впервые видит, что периодическая таблица Менделеева является отображением химической периодичности, которая сама по себе является функцией изменения атомного веса. Например, обратите внимание на последовательность атомных весов Cl (35.5), K (39) и Ca (40) в нижней таблице по сравнению с менее приятной, хотя все еще увеличивающейся последовательностью S (32), Cl (35,5), Ca (40) в верхней таблице, которую он имел прибыл ранее в тот же день. В качестве альтернативы рассмотрим размещение K (39), которое кажется неуместным рядом с Cu (63) в верхней таблице по сравнению с его близостью к элементам аналогичного атомного веса в нижней таблице.

Рис. 2. Две предварительные периодические таблицы Менделеева. В нижней таблице щелочные металлы взяты из нижней части таблицы и помещены между галогенами и щелочноземельными элементами.

Существенным моментом, по-видимому, является то, что Менделеев начал с рассмотренных групп химически подобных элементов и что понятие упорядочения по атомному весу пришло к нему позже. И этот документ, кажется, именно там, где он пришел к такому выводу.

Интересно, что нынешний директор Музея Менделеева профессор Игорь Димитриев не согласен с таким описанием развития событий. Он считает, что документ, нарисованный на обратной стороне приглашения сырного кооператива (рис. 1), не предшествовал двум таблицам на одном листе документа (рис. 2 и 3).Он не считает, что документ, показанный на рисунке 1, оказал такое влияние на развитие мыслительного процесса Менделеева, как это обычно предполагалось.

Возражения Димитриева основаны на его предположении, что группы элементов не получили широкого признания в то время и что именно последовательность значений атомных номеров проложила путь Менделееву в ходе открытия им периодической таблицы. Но, на мой взгляд, это может быть немного недальновидно, потому что, если посмотреть дальше на более раннюю эволюцию периодической таблицы среди других химиков, работающих в других странах, можно обнаружить, что группы элементов были хорошо известны в течение долгого времени. до работ Менделеева.Сюда входят работы Доберейнера, Гмелина, Ленссена, Петтенкоффера, Де Шанкуртуа, Ньюлендса, Одлинга, Хинрихса и Лотара Мейера, просто чтобы упомянуть несколько важных имен.

У меня мало сомнений в том, что понятие групп химически подобных элементов было достаточно хорошо обоснованным и что для Менделеева, следовавшего за вышеназванными авторами, было естественно начать с этого понятия. С другой стороны, идея использования последовательности возрастающих атомных весов для упорядочивания элементов была далеко не столь устоявшейся, и прошло всего несколько лет с конференции в Карлсруэ 1860 года, на которой атомные веса были унифицированы и рационализированы для получения более или менее окончательный список ценностей, с которыми согласен каждый химик.

Но вы, читатель, можете сейчас подумать: «А разве Димитриев все это знает?». Я думаю, что ответ на этот вопрос и да, и нет. Я подозреваю, что его попечительство над музеем и архивами Санкт-Петербурга могло побудить Димитриева сосредоточить внимание на работе Менделеева выше всех остальных. Наконец, могло ли случиться так, что Димитриев, который, как и Менделеев, является русским, возможно, позволил национальной гордости повлиять на его мнение по этому вопросу и, возможно, преуменьшить вклад иностранных ученых.

Рисунок 3. Пояснение к рисунку 2. Щелочные металлы переместились из нижней части верхней таблицы в место между галогенами и щелочноземельными элементами в нижней таблице. Это предполагает решение Менделеева больше не размещать промежуточные элементы (Cu, Ag или Zn, Cd) после щелочных металлов, как показано в верхней таблице.

Но вернемся к открытию Менделеева. Что он сделал после того, как создал нижнюю таблицу на рисунке 2? Популярная история гласит, что затем он начал играть в химический пасьянс или «терпение», используя набор карт, который он тщательно составил, чтобы включить символы для всех известных 63 элементов и их атомных весов.Цель этой известной игры - расположить карты в двух смыслах. Во-первых, карты должны быть разных мастей, а во-вторых, они должны быть в порядке убывания значений, начиная с короля, ферзя, лжеца, десятки и так далее, читая слева направо. К сожалению, среди вещей Менделеева не было обнаружено такого набора карточек, что поднимает вопрос о том, может ли эта история быть просто апокрифической. (Сюжет еще более сгущается, когда узнаешь, что Менделеев сохранил почти все, как только понял, что станет знаменитым.Таких карт никогда не было, хотя, возможно, Менделеев еще не совсем осознавал свою грядущую славу на этом этапе.)

Но я не думаю, что действительно имеет значение, правда ли история карт или нет. Игра в химический пасьянс дает такую ​​хорошую аналогию, что гораздо важнее сосредоточиться на ней, чем пытаться определить, действительно ли Менделеев использовал этот подход или нет. В случае с периодической таблицей есть прекрасная аналогия, учитывая, что элементы расположены группами, а не мастями, а в другом направлении они расположены в порядке увеличения значений атомных весов, а не в порядке уменьшения значений на картах.

Хотя Менделеев был настоящим гением, открывшим периодическую таблицу, существует реальный смысл, в котором периодическая система неизбежна и обеспечивается самой Природой. Это было просто вопросом раскрытия этой глубокой истины. Я пытаюсь понять, что у Менделеева не было выбора в том, как расположить элементы. В конце дня их нужно было расположить так же, как колоду игральных карт в игре на терпение. На этот счет нет двух способов.Когда игра будет завершена, все смогут это увидеть.

То же и с расположением элементов. Хотя образец можно было только смутно увидеть вначале, отчасти это было из-за неточных значений атомных весов и из-за того, что принцип правильного упорядочения еще не был признан. Как только это было признано, игра была практически окончена, и оставалось только заполнить оставшиеся детали. Конечно, эти подробности не были такими уж тривиальными, как я могу предположить. Они включали в себя целую группу недостающих элементов, которые не предсказывали ни Менделеев, ни кто-либо другой - благородные газы.Они включали открытие нескольких недостающих элементов, многие из свойств которых Менделеев довольно хорошо предсказал. Они также включили досадный факт, что атомный вес не обеспечивает оптимального принципа упорядочения.

Если строго следовать порядку атомных весов, то четыре пары элементов окажутся в перевернутых положениях. Чтобы прояснить этот вопрос, пришлось подождать открытия атомного числа в 1913 и 1914 годах, но это будет темой будущего блога.Общий план химического пасьянса был разработан Менделеевым над всеми другими участниками, и он был впервые показан в тот знаменитый день 17 февраля 1869 года. (Это дата по старому юлианскому календарю, который использовался в России в то время. отличается от недавно разработанного григорианского календаря, который был введен во многие другие западные страны в 1582 году. В 1869 году разница между двумя календарями составляла 12 дней.)

Кредиты изображений:

Рисунок 1: «Две неполные таблицы Менделеева от 17 февраля 1869 года», автор Игорь С.Дмитриев, «Научное открытие in statu nascendi: пример Периодического закона Дмитрия Менделеева», Исторические исследования в физических и биологических науках, Vol. 34, № 2, 2004.

Рис. 2: «Две неполные таблицы Менделеева от 17 февраля 1869 г.» от Б. М. Кедрова и Д. Н. Трифонова, «Закон периодичности…», Москва: Издательство «Наука», 1969 г. (через Хайнца Кассебаума и Джорджа Б. Кауфмана, «Периодическая система химических элементов: поиски первооткрывателя», Isis, Vol.62, № 3, 1971).

Рисунок 3: «Разъяснение рисунка 2», от Смита, Дж. Р. (1975) «Постоянство и периодичность», неопубликованная докторская диссертация, Лондонский университет. Источник: Эрик Шерри.

Изображение предоставлено: «Периодическая таблица элементов», общественное достояние через Wikimedia Commons.

Там, где Менделеев ошибался: предсказанные элементы, которые никогда не были обнаружены

На сегодняшний день два самых странных предсказания Менделеева находятся в таблице 2 над гелием: два элемента с меньшей атомной массой, чем водород [16, 34].Эта история восходит к открытию благородных газов, которое произошло совершенно неожиданно в течение 5 лет в последнее десятилетие 19 века в лаборатории сэра Уильяма Рамзи (1852–1916). Сначала пришел очевидный: аргон [35], который составляет 1% воздуха. Менделеев, должно быть, чувствовал, что действительность самого периодического закона может быть поставлена ​​под сомнение существованием этого нового элемента [1]. Во-первых, аргону не было места в его периодической системе; он не походил ни на один из известных элементов. Во-вторых, его атомная масса была почти идентична таковой у кальция.Несмотря на четкие спектроскопические доказательства, Менделеев сначала полагал, что аргон представляет собой трехатомную форму азота, молекулярная масса которой равнялась бы 42, а инертность также не отличалась бы от таковой у двухатомного N 2 . Кроме того, в то время были известны O 2 и O 3 , поэтому аналогия с соседним элементом также была допустимой. Менделееву пришлось пересмотреть свое мнение, когда последовали новые открытия инертного газа, но он, вероятно, был вполне счастлив сделать это.Открытие, которое изначально было потенциально смертельным для его идеи периодического закона, стало очень убедительным доказательством, подтверждающим правильность его системы. В периодической таблице было место для дополнительного столбца между галогенами и щелочными металлами, а атомные массы гелия, неона, криптона и ксенона точно соответствовали значениям, ожидаемым в зависимости от расположения новой группы. В этом смысле Аргон все еще был исключением. Неприязнь Менделеева к этому факту очевидна из таблицы 2, где он присвоил Ar атомную массу 38.

Периодическая таблица, показанная в таблице 2, была опубликована в 50-страничной статье под названием «Попытка химической концепции эфира» [33]. Под эфиром здесь не подразумевается то, что сегодня обычно называют эфиром (сложный диэтиловый эфир), но это физическая абстракция среды, которая позволяет гравитации и электромагнитным силам распространяться в пространстве. В самом начале 20-го века эфир считался реальным материалом, который было трудно обнаружить обычными способами: его единственным легко заметным свойством были взаимодействия, для которых он создавал среду.Примечательно, что существование эфира было признано значительным числом ученых даже в самом начале 1900-х годов, несмотря на тот факт, что эксперимент Майкельсона-Морли [36], который теперь считается опровергающим эту концепцию, был проведен и опубликован. в 1887 году. В этом эксперименте скорость света была измерена тем же методом в апреле и июле. Вектор скорости Земли на своей орбите относительно предполагаемого эфира изменился примерно на 90 ° за этот промежуток времени, но наблюдения не показали никакой разницы в скорости света.

В упомянутой большой статье [33] Менделеев попытался отнести эфир к благородным газам. Это была очень логичная мысль с нескольких точек зрения [37]. Во-первых, благородные газы химически инертны и поэтому их трудно обнаружить. Аргон присутствует в воздухе в количестве 1%, однако он долгое время ускользал от научных исследований. Поэтому не казалось невероятным, что в природе все еще могут существовать другие инертные элементы. Во-вторых, количество элементов увеличивается по мере того, как мы опускаемся в Таблицу 2. Не за горами предположить, что есть некоторые более ранние строки с еще меньшим количеством пятен.В этом предсказании серия 1 содержала два элемента (водород с большей атомной массой), а серия 0 была введена с одним элементом.

У Менделеева была по крайней мере одна более серьезная, но, очевидно, очень личная причина для введения этих двух предсказаний о легче, чем водород. В то время многие ученые приняли теорию, названную гипотезой Праута [38,39,40], названной в честь английского врача Уильяма Праута (1785–1850). Эта теория постулировала, что каждый элемент в конечном итоге состоит из самого легкого - водорода [38].На самом деле это недалеко от сегодняшних научных взглядов, поскольку в нашем нынешнем понимании большая часть массы атомов приходится на два нуклона, протон и нейтрон, оба из которых имеют почти такую ​​же массу, как атом водорода. Из гипотезы Праута ясно следовало, что ни один элемент не может быть легче водорода, и также казалось естественным, что атомные массы очень близки к целым числам, если они рассчитываются относительно водорода. Менделеев был категорически против гипотезы Праута [1]. Он знал о том, что атомные веса не всегда целые числа, кратные атомному весу водорода.Даже в таблице 1 атомные массы, указанные для бериллия, алюминия и хлора, подтверждают этот факт. Как уже упоминалось, он фактически пересмотрел атомную массу бериллия с целого числа на дробное. Его несогласие с гипотезой Праута выражалось в том, что он настаивал на предсказаниях элементов x и y , которые он назвал ньютонием и коронием.

Подобно другим явным предсказаниям элементов, Менделеев попытался оценить атомные массы для элементов x и y .Поскольку они предшествовали всем известным элементам, он не мог полагаться здесь на интерполяцию; ему пришлось прибегнуть к гораздо более опасной практике экстраполяции. К сожалению, точная процедура не описана [33]. Об атомной массе элемента y (короний) написано:

.

Поскольку атомная масса хлора составляет 35,45, а фтора - 19,0, соотношение Cl: F = 35,4: 19,0 = 1,86; так что мы также находим:

$$ {\ text {Группа VII}} \ ldots {\ text {Cl: F}} = 1.8 6 $$

$$ {\ text {VI}} \ ldots {\ text {S: O}} = 2,00 $$

$$ {\ text {V}} \ ldots {\ text {P: N}} = 2. 2 1 $$

$$ {\ text {IV}} \ ldots {\ text {Si: C}} = 2. 3 7 $$

$$ {\ text {III}} \ ldots {\ text {Al: B}} = 2. 4 5 $$

$$ {\ text {II}} \ ldots {\ text {Mg: Be}} = 2.6 7 $$

$$ {\ text {I}} \ ldots {\ text {Na: Li = 3}}. 2 8 $$

$$ 0 \ ldots {\ text {Ne: He}} = 4. 9 8 $$

Это доказывает, что соотношение в данной серии отчетливо и прогрессивно увеличивается при переходе от высших к низшим группам; и, кроме того, наиболее быстро он изменяется между первой и нулевой группами.Отсюда следует, что отношение He: y будет значительно больше, чем отношение Li: H, которое составляет 6,97, так что отношение He: y будет по крайней мере 10, а возможно, даже больше. Следовательно, атомный вес y будет не больше 4,0 / 10 = 0,4 и, вероятно, меньше.

На атомной массе элемента x написано [33]:

Хотя можно было приблизительно определить атомный вес элемента y на основе веса гелия, это нельзя повторить для элемента x , потому что он находится на границе или на границе, около нулевой точки атомные веса.Более того, аналоги гелия не могут служить основой из-за неопределенности их числовых данных. Однако, если отношение атомных масс Xe: Kr = 1,56: 1; Kr: Ar = 2,15: 1; и Ar: He = 9,5: 1, мы находим, что He: x = 23,6: 1, или, если He = 4,0, то атомный вес x = 0,17. Это следует считать максимально возможным значением. Скорее всего, атомный вес x намного меньше…

Оба этих описания сообщают читателю необработанные данные, на которых основан прогноз, но математический алгоритм остается в неведении, и о нем можно только догадываться.В следующем разделе будет сделана попытка ретроинжиниринга мышления Менделеева, поэтому будет найден способ мышления, который приведет к известным конечным результатам.

Для элемента y относительно легко заметить, что отношение первых нескольких отношений атомных масс (6,97, 4,98, 3,28, 2,67) близко к постоянному значению 1,4, поэтому предположение, что геометрический ряд, вероятно, будет продуктивным. Это можно легко визуализировать графически: логарифмы атомных массовых соотношений должны быть нанесены на эквидистантную шкалу по оси x .Это показано на рис. 1. Пересечение прямой линии составляет 9,5, поэтому Менделеев мог легко понять это значение и интерпретировать как значение не менее 10.

Рис. 1

Графический метод оценки атомная масса элемента y

Найти логику оценки элемента x на основе этого текста еще сложнее. Здесь всего четыре точки для отношений атомных масс, и они уже включают точку Менделеева, определенную экстраполяцией.На рисунке 2 показан график, на котором отношения даны с эквидистантным масштабированием по оси x . Можно заметить, что четыре точки идеально соответствуют параболе (полиному второго порядка), которая представляет собой трехпараметрическую кривую, поэтому точное совпадение, скорее всего, не случайно: именно так Менделеев получил экстраполированное значение. Использование параболы здесь не просто догадки: приведенный выше текст был переведен на английский с русского, но есть также немецкий перевод того же текста, который немного отличается и дает важную подсказку [41, 42]:

Фиг.2

Графическая демонстрация метода, используемого для оценки атомной массы элемента x

Wenn wir aber beachten, dass das Verhältniss der Atomgewichte Xe: Kr = 1,56: 1, Kr: Ar = 2,15: 1 и Ar: He 9,50: 1 ist, so finden wir aus einer Parabel zweiter Ordnung das Верхельтнисс фон Он: x = 23,6: 1, d. час wenn He = 4, die Grösse des Atomgewichtes von x = 0,17, было также die höchste mögliche Zahl angesehen werden muss.

(перевод: однако, если отношение атомных весов будет Xe: Kr = 1,56: 1; Kr: Ar = 2,15: 1; и Ar: He = 9,5: 1, с помощью параболы второго порядка мы находим, что Он: x = 23,6: 1, или, если He = 4,0, то атомный вес x = 0,17, что следует считать максимально возможным значением.)

Маловероятно, что Менделеев имел возможность графически подогнать параболу к трем точкам на фигуре. Еще более заметным является тот факт, что подобранная парабола имеет минимум между точками три и четыре, что находится в пределах исследуемого диапазона.Экстраполяция монотонных данных с помощью немонотонной кривой визуально очень непривлекательна и, вероятно, не будет считаться хорошей наукой в ​​целом. Одно из возможных решений этих загадок представлено в Таблице 4. По сути, это связано с параболической экстраполяцией в табличной форме. Цифры в верхнем ряду - это отношения масс атомов, одно из которых неизвестно. На основе известных чисел их разности вычисляются в нижних ячейках таблицы таким образом, что значение в ячейке всегда получается путем вычитания числа в правом верхнем углу из числа в левом верхнем углу.Таким образом можно получить все числа, указанные в таблице обычными буквами. Затем предполагается, что число в нижней ячейке (заштрихованный фон) равно 0, и таблица завершается вычислением в обратном порядке (числа, выделенные жирным шрифтом). Эта процедура дает ровно 23,6 в левой верхней ячейке. Более того, немонотонный характер функции экстраполяции также остается скрытым в табличном методе.

Таблица 4 Возможный табличный метод оценки атомной массы элемента x

Гений Менделеева Таблица

AB Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (2006) 10 Блок A: Исследование свойств материи

AB Наука о знаниях и трудоустройстве 20-4 (2006) 11 Блок A: Применение материи и химических изменений

AB Наука о знаниях и возможностях трудоустройства 8, 9 (пересмотрено в 2009 г.) 9 Блок B: Материя и химические изменения

AB Наука 14 (2003 г., обновлено 2014 г.) 10 Блок A: Исследование свойств материи

AB Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.) 9 Блок B: Материя и химические изменения

до н.э Химия 11 (июнь 2018) 11 Большая идея: атомы и молекулы - строительные блоки материи.

до н.э Естественные науки 9 класс (июнь 2016 г.) 9 Большая идея: электронное расположение атомов влияет на их химическую природу.

МБ Старший 1 по науке (2000) 9 Кластер 2: атомы и элементы

NB Естественные науки 9 класс (2002) 9 Атомы и элементы

NL 9 класс естествознания 9 Раздел 2: Атомы, элементы и соединения (редакция 2011 г.)

NL Наука 3200 (2005) 12 Блок 1: Химические реакции

NS Структура результатов обучения: естественные науки 9 класс (2014 г.) 9 Атомы и элементы

NT Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (Альберта, 2006 г.) 10 Блок A: Исследование свойств материи

NT Наука о знаниях и трудоустройстве 20-4 (Альберта, 2006 г.) 11 Блок A: Применение материи и химических изменений

NT Наука о знаниях и возможностях трудоустройства 9 (Альберта, редакция 2009 г.) 9 Блок B: Материя и химические изменения

NT Наука 14 (Альберта, 2003 г., обновлено 2014 г.) 10 Блок A: Исследование свойств материи

NT Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.) 9 Блок B: Материя и химические изменения

НУ Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (2006) 10 Блок A: Исследование свойств материи

НУ Наука о знаниях и трудоустройстве 20-4 (Альберта, 2006 г.) 11 Блок A: Применение материи и химических изменений

НУ Наука о знаниях и возможностях трудоустройства 9 (Альберта, редакция 2009 г.) 9 Блок B: Материя и химические изменения

НУ Наука 14 (2003 г., обновлено 2014 г.) 10 Блок A: Исследование свойств материи

НУ Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.) 9 Блок B: Материя и химические изменения

НА Естественные науки, 9 класс, академический (SNC1D) (2008) 9 Нить C: атомы, элементы и соединения

НА Прикладная наука 9 класс (SNC1P) 9 Строка C: исследование вопроса

PE Естественные науки 9 класс (2018) 9 Блок 2: Атомы и элементы

КК Наука и технология Секция I Материальный мир: Организация

КК Наука и технология Раздел II Материальный мир: Организация

SK Наука 9 (2009) 9 Физическая наука - атомы и элементы (AE)

YT Chemistry 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.) 11 Большая идея: атомы и молекулы - строительные блоки материи.

YT Science Grade 9 (Британская Колумбия, июнь 2016 г.) 9 Большая идея: электронное расположение атомов влияет на их химическую природу.

Периодическая таблица Менделеева - Периодическая таблица - Edexcel - GCSE Combined Science Revision - Edexcel

Дмитрий Менделеев

Как и многие ученые, работавшие в конце 19 века, русский химик Дмитрий Менделеев (1834-1907) искал способы организовать известные элементы. Менделеев опубликовал свою первую периодическую таблицу элементов в 1869 году.

Элементы таблиц Менделеева

Менделеев расположил элементы в порядке увеличения относительной атомной массы. Когда он это сделал, он заметил, что химические свойства элементов и их соединений периодически меняются. Затем он расположил элементы, поместив их друг под другом в группы. Чтобы сделать свою классификационную работу, Менделеев внес несколько изменений в свой порядок:

  • он оставил пробелы для еще не обнаруженных элементов
  • он изменил порядок нескольких элементов, чтобы группы оставались последовательными
Периодическая таблица Менделеева

Прогнозы с использованием пробелов

Менделеев оставил пробелы в своей таблице, чтобы разместить элементы, которые в то время не были известны.Изучая химические свойства и физические свойства элементов рядом с промежутком, он также мог предсказать свойства этих неоткрытых элементов. Например, Менделеев предсказал существование «эка-кремния», который мог бы уместиться в промежутке рядом с кремнием. Позже был открыт элемент германий. Его свойства оказались похожими на предсказанные и подтвердили периодическую таблицу Менделеева.

Поворот пар

Иод имеет меньшую относительную атомную массу, чем теллур.Так что в таблицах Менделеева йод следует поставить перед теллуром. Однако йод по своим химическим свойствам аналогичен хлору и брому. Чтобы выровнять йод с хлором и бромом в своей таблице, Менделеев поменял местами йод и теллур.

Элемент порядка | Институт истории науки

В середине 19 века в большей части Европы, Великобритании и США названиями прогресса были технологии, торговля и свобода человека. Еще не объединенные германские государства превращались в конкурентов традиционным научным центрам Франции и Великобритании.Даже Россия начала поддаваться влиянию перемен, несмотря на то, что она была автократическим, в основном сельскохозяйственным обществом, где крепостные были привязаны к земле, на которой они работали, а государственная цензура была нормой.

В это время двое молодых людей начали свой профессиональный путь. В 1850 году подросток из Сибири начал изучать химию в Санкт-Петербурге, столице России. В 1860-х годах получивший звание провинциал стал государственным служащим в царском правительстве. Он был преданным учителем, осознавшим нехватку хороших учебников по русскому языку.В 35 лет, чтобы облегчить жизнь своим ученикам, он написал учебник химии на своем родном языке, который содержал простую таблицу с категоризацией элементов.

Тем временем другой человек, немец, изучал медицину в Швейцарии, а затем химию в немецких государствах под руководством двух великих ученых этого региона: Роберта Бунзена и Густава Кирхгофа. Он тоже стал учителем, переключаясь между разными немецкими университетами, и написал учебники химии, первый из которых содержал простую таблицу с категоризацией элементов.

Оба человека стали важными именами в истории науки: Дмитрий Менделеев и Юлий Лотар Мейер. Каждый человек создал периодическую систему элементов. И хотя первая версия его таблицы Мейера появилась в 1864 году, а версия Менделеева только в 1869 году, именно Менделеев стал широко известен как единственный родитель периодической таблицы. Но это не история о несправедливости человека, который так и не получил должного. Вместо этого он раскрывает изменяющуюся природу химии. Далее следует рассказ, который опровергает наши ожидания относительно того, кто и что делает великим ученым, и который так же зависит от языка, как и от науки.

Два химика

В 15 лет Менделеев приехал из Тобольска, старой столицы Сибири, самого необычного места, где можно было найти начинающего химика. Его мать, в поисках возможностей для своего способного сына, взяла его в Санкт-Петербург для обучения, где он изучал науки, особенно химию. Проведя жалкие два года, обучая незаинтересованных старшеклассников в Крыму, Менделеев поспорил с финансируемой государством постдокторантурой, которая привела его в Гейдельберг.

Мейер, в отличие от Менделеева, происходил из семьи, склонной к науке.Мейер работал садовником, когда из-за мигрени он на время бросил школу. После этого он пошел стандартным для немцев путем, намереваясь стать профессорами, лишь немного отклонившись от широты своих химических интересов и количества мест, в которых он учился: Цюрих по общей химии и Германии по физиологической химии, физической химии, и физика.

Образование Мейера подвергло его большему количеству теоретических рассуждений, чем это было обычно для химика, определенно больше, чем испытал Менделеев, но для стороннего наблюдателя он следил за странствующей и немного скучной университетской жизнью человека, ставшего профессором в Германии.Менделеев, однако, пошел совсем не предсказуемым для профессора химии путем. Он был вынужден занять место среди устоявшейся элиты Санкт-Петербурга, где он провел остаток своей жизни. Менделеев преподавал химию, много публиковал, стал квалифицированным специалистом по связям с общественностью и представил себя универсальным интеллектуалом по научным темам, включая нефтедобычу, сельское хозяйство и даже сыроварение. О Менделееве известно гораздо больше, чем о Мейере (первый хранил все свои записи, записи и письма, датированные первыми намёками на потенциал его периодической системы).

Царское освобождение крепостных крестьян в 1861 году привело к быстрой урбанизации и началу промышленной революции, когда бывшие крепостные, составлявшие 80% населения России, переехали в города в поисках экономических возможностей. Россия почувствовала первые толчки сейсмического культурного сдвига, который ускорит ее переход от аграрной страны к индустриальной. Эти изменения открыли возможности для человека с темпераментом и способностями Менделеева. Менделеев преподавал в Санкт-Петербургском университете, но он также консультировал государство по таким связанным с наукой темам, как тарифы на импортные химикаты, запчасти для химических заводов и растущую нефтяную промышленность.Наряду с этими экономическими преобразованиями последовали политические преобразования, которые привели к частичной либерализации - хотя и не к демократизации - государства. Цензура прессы была ослаблена, университеты реформированы, а образование расширилось, чтобы создать техническую элиту, которая построит заводы, которые модернизируют Россию, оставшуюся под контролем царя.

И это была система, которая нравилась Менделееву. «Он хотел, чтобы царь твердо контролировал ситуацию», - говорит историк Майкл Д. Гордин, автор книги «Хорошо упорядоченная вещь: Дмитрий Менделеев и тень Периодической таблицы ».«Он был сторонником прогресса, модернизации и либерализации экономики. Он не был сторонником демократии. Он видел зарождение парламента в 1905 году, и ему это не понравилось ». Менделеев хотел, чтобы Россия экономически конкурировала с Великобританией и Германией или, как он выражался в последние годы своей жизни, «догоняла и перегнала».

В 1870 году, когда германские государства объединились в одну нацию в результате франко-прусской войны, Мейер был профессором химии в Политехническом институте Карлсруэ.Он поделился своими медицинскими навыками в своей новорожденной нации, открыв временный госпиталь для раненых на войне. Как и Менделеев, он видел, как его мир политически и экономически изменился, но, в отличие от Менделеева, он никогда не был частью общественной жизни. «Он был классическим университетским профессором, - говорит Гордин. «Он преподавал большие курсы, давал советы множеству студентов, писал учебники и вел очень буржуазную жизнь».

В то время как жизнь Мейера, возможно, следовала жизни буржуазного профессора, в мире химии он был чудаком: он размышлял, в том числе о физической реальности атома и о том, как материя была построена и связана.Несмотря на это, замечает Гордин, если бы вы спросили почти любого химика 19-го века, кто из этих двоих больше химик-химик, то это был бы Мейер: «Он все делает правильно. Он немного фанатичен в теории и имеет много предположений, но он знает, как их дисциплинировать и контролировать ».

В 1860-х годах интересы обоих мужчин объединились вокруг периодического поведения многих известных элементов. Сегодня мы понимаем, что таблица Менделеева говорит нечто фундаментальное о материи. Каждая строка таблицы перемещается слева направо по мере заполнения электронных оболочек; у каждого элемента на один протон больше, чем у предыдущего.Но в 1860-х годах электроны еще не были открыты, и лишь несколько химиков, таких как Мейер, были достаточно опрометчивы, чтобы рассуждать о физической реальности атома.

Создание периодической таблицы

Системы для заказа элементов создавались шесть раз в течение 1860-х годов. Еще до того, как были созданы таблицы, люди обнаружили взаимосвязи между элементами, например, определенные триады, в которых атомный вес среднего элемента равен среднему значению с обеих сторон. И химикам того времени было ясно, что определенные элементы относятся к естественным семействам, например, галогены - фтор, хлор, бром и йод.

Все системы размещают элементы в порядке возрастания атомного веса, поэтому они группируются в 1860-х годах. До этого у химиков не было точных атомных весов; некоторые были в два раза меньше, будучи в два раза тяжелее или вдвое легче, чем их истинный вес. Например, считалось, что уран весит порядка 120, а не 240. Только после первой крупной международной конференции по химии, состоявшейся в Карлсруэ в 1860 году, на которой присутствовали и Мейер, и Менделеев, химики стандартизировали атомные веса.Как только это произошло, химикам стало намного проще упорядочивать свои элементы.

Французский горный инженер по имени Александр-Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа создал самую первую систему элементов в 1862 году. Вместо уже знакомой сетки он использовал спираль и назвал свою систему теллурическим винтом: Бегуайе де Шанкуртуа нарисовал диагональ. Линия на листе миллиметровой бумаги и разместила элементы вдоль линии, увеличивая атомные веса, затем обернула свой лист вокруг цилиндра. Проведя вертикальную линию вниз по элементам листа, связанным с аналогичными свойствами.«Были экспериментальные ошибки, и не все элементы расположены на прямой линии, но это очень интересная система», - говорит Гордин. «Но никого не волновало; никто даже не помнил, что он делал до 1870-х годов, когда возник спор о приоритете таблицы Менделеева ».

В 1864 году Мейер опубликовал первое издание Die modernen Theorien der Chemie и включал в себя таблицу из 28 элементов, упорядоченных по возрастанию атомного веса и разделенных на шесть семейств по валентности. Так, например, сера помещалась чуть ниже кислорода в колонку с валентностью-2 (валентность определяла, как элементы соединяются друг с другом).Олово было помещено под кремнием в столбце валентности-4, хотя, что любопытно, Мейер оставил зазор между кремнием и оловом, как будто для теневого элемента. «Отличительной чертой Мейера для большинства историков и химиков является то, что он имел пробелы [в своей периодической системе] и решил не предсказывать», - говорит Гордин. «И, следовательно, он почему-то потерпел неудачу, потому что предсказание, очевидно, то, что вы должны делать, когда у вас есть пробелы в системе». Но в 1860-х годах заполнение пробелов было отнюдь не очевидным шагом.

Менделеев также столкнулся с пробелами при сборке своей первой таблицы в 1869 году - если быть точным, с тремя пробелами, каждый из которых он заполнил вопросительным знаком и приблизительной оценкой атомного веса, прежде чем перейти к следующему элементу.Менделев рассматривал свою систему как обобщение материи, а не как потрясающее изобретение. Это позволило химикам, особенно тем, кто обучает студентов, организовать большие объемы информации на небольшом пространстве. По сути, это был обучающий инструмент, не имеющий никакого отношения к теории. Менделеев первоначально разработал таблицу для своего учебника Основы химии ( Основы химии ). Когда в марте 1869 года пришло время представить его Русскому химическому обществу, Менделеев отправился в деревню проверять сыроделы, оставив друга представить свой стол миру.

В статье, опубликованной в российском химическом журнале в следующем месяце, Менделеев сравнил свою систему с другими, о которых он знал. Он считал, что его система дает восемь преимуществ по сравнению с конкурирующими системами; возможность обнаружения неизвестных тел была лишь незначительной и занимала предпоследнее место в списке. Только в 1870 году он начал предлагать подробные прогнозы - свои элементы эка - чтобы заполнить три пробела в 63 известных тогда элементах.

Теоретическая смелость Мейера позволила ему рассуждать о реальных физических атомах, но не предсказывать существование нового элемента.Хотя он не сбрасывал со счетов существование новых элементов, он, как и другие ученые, не видел причин предполагать, что любой пробел должен быть заполнен неизвестным или даже непознаваемым элементом. Химики в то время считали свою работу объяснением уже существующих веществ. С другой стороны, Менделеев, заполнитель пробелов, на протяжении многих лет отказывался верить в существование атома, ненавидел идею радиоактивности с момента ее открытия в 1895 году и отверг электрон после того, как Дж. Дж. Томсон обнаружил его в 1897 году. .Кроме того, некоторые из его предсказаний по элементам были ошибочными, в том числе предсказания для элемента, который он назвал Ньютонием (см. Врезку).

Вопрос о том, кто первым «открыл» периодическую таблицу, зависит от того, что люди думают об открытии. По словам Гордина, «это не похоже на то, что« я первым нашел эту кофейную чашку ». Это то, какие отношения [согласно нашей текущей таблице Менделеева] имеют наибольшее значение». Мейер оставил пробелы. Но Менделеев был одним из тех, кто сказал, что эти пробелы следует заполнить. Это странное предположение, говорит Гордин, потому что никто не знал об электронах, протонах и нейтронах.

Пропущенный шаг

В 1869 году цензоры разрешили издание первого химического журнала на русском языке: Журнал Русского химического общества . Но цензура была не единственной причиной отсутствия российских научных журналов. В то время во всей России было около 200 ученых-физиков; В Берлине, который вскоре станет научной столицей Германии, было в несколько раз больше.

Менделеев написал свой учебник со своей таблицей на русском языке и предназначал его для русских студентов.Немногие российские профессиональные химики и никакие химики за пределами России не прочитали бы ее. Но Менделеев также опубликовал свою таблицу в первом томе Журнала Русского химического общества , назвав ее прекрасным учебным пособием с дополнительным преимуществом нескольких интересных предсказаний.

«Менделеев хотел публиковаться на русском языке, потому что он был патриотом и потому, что ему это было удобнее», - говорит Гордин. «В то же время он знал, что не получит никаких кредитов за границей, а кредит за границей был очень полезен для получения кредита дома.В это время итальянский язык как язык науки исчез, уступив место английскому, французскому и немецкому языкам. Русские, ищущие научного признания за пределами своих границ, как правило, публиковались на немецком или, реже, французском языках. Гордин говорит: «Ни один химик в Европе - Италии, Франции, Германии, Скандинавии или Великобритании - не читает по-русски. Так что, если вы опубликовали его на русском языке, он был функционально неопубликованным. Никто не узнает; это не повлияет ».

Менделеев говорил по-немецки, но писал на нем с трудом.После того, как он сократил свою 10-страничную статью до одностраничного реферата, он отдал ее местному двуязычному профессору для перевода на немецкий. Профессор передал его аспиранту, который быстро перевел реферат; он был опубликован в 1869 году в небольшом немецком журнале под названием Zeitschrift für Chemie und Pharmacie , который любили русские химики. Любые немцы, которые хотели узнать, что задумали русские химики, прочитали этот журнал.

Менделеев понимал необходимость скорости публикации; приход второго мало что значит для присвоения кредита.К сожалению, переводчик пропустил то, что мы теперь считаем центральным утверждением Менделеева. «В переводе есть небольшая ошибка, - говорит Гордин. «Вместо того чтобы говорить, что если вы упорядочиваете элементы в соответствии с их атомным весом, происходит периодическое изменение их свойств, как сказал Менделеев по-русски, в немецкой версии говорится:« Существует постепенное или ступенчатое изменение »[ stufenweise ] изменение собственности. »Существует очень простой дословный перевод, периодический на русском языке на периодический на немецком языке, но переводчик не считал это слово таким важным.”

Мейер читал реферат Менделеева на немецком языке, и когда в 1870 году он опубликовал свою полную периодическую систему в Liebigs Annalen der Chemie , возможно, самом значительном химическом журнале мира, он много цитировал Менделеева. Мейер добавил, что Менделеев почти достиг своей цели, но не понял, что система была периодической.

Гордин переосмысливает реакцию и встречный ответ: «Менделеев говорит:« Но я сказал, что это было периодически », а Мейер говорит:« Нет, не было. Вы сказали, что это штукенвайз; Вы сказали, что это было постепенно.Менделеев говорит: «О, это был немецкий абстракционизм. Это был не русский оригинал. Вам следовало бы посмотреть оригинал ». И Мейер говорит:« Я не должен читать по-русски. Слишком многого от меня ожидать. Я уже должен читать по-итальянски, по-французски, по-английски и по-шведски! »

Разница в одно слово, переход от «периодического» к «ступенчатому» спровоцировала жаркий спор между двумя людьми, который длился большую часть 1870-х годов и широко комментировался в химических журналах по всей Европе.Менделеев знал, что ему нужно убедить немцев, которые к тому времени были выдающимися в химии. В 1871 году он опубликовал полную версию своей работы с подробными предсказаниями трех новых элементов в Liebigs Annalen . Битва разгорелась в журнале нового химического общества Германии, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft .

Менделеев твердо отказался отдать должное Мейеру. «Заявления Мейера о кредитоспособности были скромными, - говорит Гордин. «Он хотел получить признание за участие в процессе создания периодической системы.Менделеев хотел получить признание за создание системы; он не думал, что должен делиться этим ни с кем. И очень сложно утверждать это, потому что было так много предшественников ».

Русский Триумф

В своей борьбе с Мейером Менделеев утверждал, что его периодическая система независима и более продвинута, чем какая-либо другая. И он взял то, что никто другой не сделал, свои прогнозы, и подчеркнул их, поставив на кон свой приоритет на том, что он назвал своими эка-элементами: эка-алюминий, эка-бор и эка-кремний, которые заполнили пробелы рядом с алюминий, бор и кремний.Эка-алюминий был открыт в 1875 году и назван галлием; в 1879 г. был открыт эка-бор, получивший название скандий; а эка-кремний был открыт в 1886 году и назван германием. Менделеев ожидал, что его предсказания сбудутся в какой-то неопределенный срок в будущем, если ему повезет, пока он был еще жив. Когда первое из его предсказаний сбылось, Менделеев, по словам Гордина, был удивлен не меньше всех.

Но простого предсказания новых элементов было недостаточно; Менделеев должен был убедить людей в том, что предсказание было важным критерием при принятии решения, кто выиграет гонку.К 1880-м годам он убедил мир, что предсказания сделали периодическую систему уникальным химическим инструментом. Даже в этом случае химики часто отдавали должное Мейеру и Менделееву за периодическую систему, каждый из которых открывал ее независимо. Мейер и Менделеев совместно получили медаль Дэви Королевского общества в 1882 году. В учебниках по химии, опубликованных на рубеже 20-го века и включавших периодическую таблицу, Мейер и Менделеев часто упоминаются как создатели периодической системы.

Только смерть положила конец приоритетной битве.После смерти Мейера в 1895 году Менделеев, умерший в 1907 году, продолжал писать о споре о приоритете, заявляя о единоличном владении периодической системой, и без Мейера мало кто оставался, чтобы спорить с ним. Растущее экономическое значение Советского Союза в 1930-х годах помогло еще больше склонить чашу весов, равно как и нацистская чистка немецкой науки и изгнание евреев, социалистов и других нежелательных ученых. К 1950-м годам Советский Союз уступал только США по количеству и качеству работ по химии, а советские химические журналы называли периодическую таблицу системой химических элементов Менделеева.Менделеев стал бесспорным отцом периодической таблицы Менделеева.

Менделеев по Периодической таблице

Периодическая таблица стала по-настоящему центральной в химии только после Первой мировой войны, по крайней мере, отчасти благодаря появлению атома Бора с его центральным ядром протона, окруженным вращающимися электронами. Впервые периодическая система смогла объяснить, почему элементы обладают такими свойствами. По иронии судьбы, учитывая более позднее значение электрона для периодической таблицы, Менделеев отрицал существование электронов.Он также скептически относился к благородным газам, когда они были обнаружены в 1890-х годах, потому что они не образуют связи с другими элементами и поэтому им не место в его таблице. Менделеев принимал благородные газы только как способ объяснить радиоактивность, которую он отверг, поскольку считал материю неизменной.

После разработки своей периодической системы Менделеев перешел в физику газа в поисках эфира и его состава. Эфир был святым Граалем физических наук во второй половине XIX века, и почти все ученые признавали его существование.Поскольку предполагалось, что эфир имеет массу, Менделеев решил найти его и поместить в свою периодическую таблицу среди благородных газов. Мало того, что эфиру было место за его столом, он также мог использовать его, чтобы гарантировать, что атом оставался неповрежденным - не было необходимости в радиоактивности или надоедливых электронах. Любой предполагаемый распад атомов можно объяснить испусканием эфира, который, по расчетам Менделеева, в миллион раз легче водорода. Некоторые из опубликованных таблиц Менделеева оставляли место для эфира и отмечали это место знаком X.Он назвал элемент X Ньютонием.

Эта статья основана на длинном интервью с Майклом Д. Гордином, профессором истории Принстонского университета, о его прошлой и нынешней работе в области истории науки.

Как Менделеев устроил Периодическую таблицу

Как Менделеев устроил Периодическую таблицу

Периодический закон Менделеева и периодическая таблица Менделеева
Систематически работая над физико-химическими свойствами элементов, Дмитрий Инванович Менделеев заметил, что свойства элементов регулярно меняются в зависимости от атомной массы.Он расположил 63 известных тогда элемента в таблице на основе сходства свойств. Было обнаружено, что большинство элементов занимают места в таблице в порядке увеличения их атомных масс. В 1869 г. Mendeleeve сформулировал закон, ныне известный как периодический закон. Закон сформулирован следующим образом.
Свойства элементов - периодические функции их атомных масс. Это означает, что , если элементы расположены в порядке возрастания атомных масс, то элементы с аналогичными свойствами повторяются через равные промежутки времени.
На основе периодического закона Менделеев представил свою классификацию в виде таблицы, которая теперь известна как Периодическая таблица Менделеева . Упрощенная версия этой таблицы Менделеева приведена ниже. В этой таблице медь, серебро и золото находятся в группах I и VIII.

Группы →

Периоды ↓

я II III IV В VI VII

VIII

1 H

1

2

Li

7

Be

9.4

B

11

С

12

N

14

O

16

F

19

3 Na

23

мг

24

Al

27,3

Si

28

P

31

S

32

Класс

35,5

4

К

39

Ca

40

? Ti

48

В

51

Cr

52

млн.

55

Fr Co Ni Cu

56 59 59 63

5 Cu

63

Zn

65

?

68

?

72

Как

75

Se

78

руб.

80

6

руб.

85

Sr

87

Yt

88

Zr

90

Nb

94

Пн

96

?

100

Ru Rh Pd Ag

104 104 106 108

7

Ag

108

Кд

112

В

113

Sn

118

Сб

122

Te

125

Я

127

8

CS

133

Ba

137

Di

138

CE

140

? ? ?

?

9

? ? ? ? ? ?

?

10

? ? Er

178

Ла

180

Ta

182

Вт

184

?

Os Ir Pt Au

195 197 198 199

11

Au

199

рт.

200

тл

204

Pb

207

Bi

208

?

?

12

? ? ? чт

231

? U

240

Эта таблица состоит из вертикальных столбцов, называемых группами, и горизонтальных строк, называемых периодами.В таблице всего восемь групп. Менделеев оставил несколько свободных мест (обозначенных вопросительными знаками) для еще неоткрытых элементов. Благородные газы тогда не были открыты. Таким образом, он не предусмотрел для них места в своей периодической таблице.
Идея Манделеева была замечательна тем, что он использовал фундаментальное свойство атома (атомную массу) в качестве основы классификации. При классификации элементов особое внимание уделялось факторам буксировки.
1. Подобные элементы были сгруппированы вместе.
2. Элементы были расположены в порядке возрастания атомных масс.

Люди тоже спрашивают

Модифицированная версия Периодической таблицы Менделеева:

Элементы, которые не были обнаружены и для которых Менделеев оставил свободные места, были обнаружены позже. Некоторые из них - скандий (Sc), галлий (Ga) и германий (Ge). Эти элементы были размещены на своих местах в таблице. Элементы гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радон (Rn) стали известны только к концу девятнадцатого века.Эти элементы, называемые благородными газами, были помещены в таблицу отдельной группой, названной группой 0. Тогда пришлось внести изменения в таблицу Менделеева. Измененная версия таблицы представлена ​​ниже.

Серия лантанидов * (вместе с ланганом) CE Pr Nd Pm см Eu Gd Тб Dy Ho Er ТМ Yb Лю
Серия актинидов ** (вместе с актинием) Чт Па U Np Pu Am см Bk Cf Es Fm Md Lr

Особенности модифицированной версии периодической таблицы Менделеева:

1.Группы в подгруппы: Каждая группа этой таблицы Менделеева далее делится на две подгруппы A и B. Свойства элементов внутри подгруппы похожи более заметно, но они отличаются от свойств элементов других подгрупп. Например, литий (Li), натрий (Na), калий (K) и т. Д. Подгруппы IA имеют близкое сходство свойств, но почти не имеют никакого сходства с металлами чеканки (Cu, Ag и Au) подгруппы IB. .
Менделеев разрешил подгруппам быть представленными в одной группе.
2. Предсказание ошибок: Эта таблица Менделеева может предсказать ошибки в атомных массах некоторых элементов на основе их положения в периодической таблице. Например, когда была опубликована таблица Менделеева, экспериментальное значение атомной массы бериллия (Be) должно было быть 13,65, а его валентность - 3. Итак, положение Be должно было быть где-то в другом месте, но Менделеев поместил его. в соответствующем месте на основе его свойств. Он также предположил, что атомная масса Be нуждается в корректировке.Менделеев предсказал, что его атомная масса равна 9,1, а валентность - 2. Последние исследования подтвердили его правоту.
Аналогичным образом атомная масса урана была скорректирована со 120 до 240. Также были внесены поправки в атомные массы золота, платины и т. Д.
3. Прогнозы свойств от более высоких до неоткрытых элементов: Мы знаем, что Менделеев классифицировал элементы в порядке увеличения их атомных масс. Однако в некоторых местах этот порядок пришлось игнорировать, чтобы элементы с похожими свойствами попали в одну группу.При этом он оставил несколько свободных мест в таблице. Эти свободные места были зарезервированы для элементов, не обнаруженных до того момента. Менделеев был уверен, что эти элементы будут обнаружены позже и займут эти свободные места. Мало того, он также предсказал свойства этих неоткрытых элементов на основе этого исследования его свойств соседних элементов. Удивительно, но когда впоследствии были обнаружены недостающие элементы периодической таблицы Менделеева, их свойства оказались очень похожими на те, которые предсказывал Менделеев.

Элементы скандий, галлий и германий не были известны в 1871 году, но их существование было предсказано Менделевым. Он назвал эти элементы эка-бором, эка-алюминием и эка-кремнием, когда эти элементы были открыты, они были названы скандием, галлием и германием соответственно, и их свойства оказались в хорошем согласии с предсказанными Менделеевым. Свойства ка-алюминия (предсказанный Менделеевым) и галлия (обнаруженный позже) приведены в таблице.

Имущество

Eka-алюминий

Галлий

Атомная масса

68 69,7

Формула оксида

E 2 O 3

Ga 2 O 3

Формула хлорида ECl 3

GaCl 3

Учитывая его атомную массу, титан (Ti) должен был быть помещен ниже алюминия в периодической таблице, но Менделеев помещен ниже кремния (Si), потому что свойства титана были аналогичны свойствам кремния.Таким образом, в таблице Менделеева остался пробел под алюминием. Этот промежуток был заполнен галлием, который был обнаружен позже. Было обнаружено, что свойства галлия (Ga) аналогичны свойствам бора и алюминия.
4. Основные характеристики нетронуты: Все основные элементы периодической таблицы Менделеева остались нетронутыми даже сегодня. Даже когда был открыт новый класс элементов, то есть благородные газы, они оказались в отдельной группе, названной нулевой группой. Существующий порядок таблицы Менделеева нисколько не нарушился.
Расхождения в таблице Менделеева:
Таблица Менделеева имеет следующие недостатки.
1. Положение водорода: Положение водорода в периодической таблице аномально. Водород похож на щелочные металлы (Li, Na, K и т. Д.). Таким образом, он может быть помещен в группу галогенов (VII A)
2. Положение лантаноидов и актинидов: Элементы с атомным номером от 57 до 71 вместе известны как лантаноиды. Им нет должного места в периодической таблице.Все они были помещены в одну и ту же позицию в группе III и периоде 6. Точно так же актиниды (атомные номера 89-103) также не имеют надлежащего места в периодической таблице. Эти элементы также были помещены в одно и то же положение, в группу III и период 7.
3. Некоторые похожие элементы разделены, в то время как некоторые разнородные элементы были помещены в группу: Некоторые похожие элементы разделены в периодической таблице. Например, медь (Cu) и ртуть (Hg), серебро (Ag) и таллий (Tl), а также барий (Ba) и свинец (Pb).С другой стороны, некоторые разнородные элементы были помещены в одну группу. Например, медь (Cu), серебро (Ag) и золото (Au) были помещены в группу I вместе с щелочными металлами. Точно так же марганец (Mn) относится к группе галогенов.
4. Наличие некоторых аномальных пар элементов: В периодической таблице Менделеева элементы расположены в порядке увеличения атомной массы. В некоторых местах этот порядок игнорируется.
(a) Атомная масса аргона 40, а калия 39.Но в периодической таблице аргон стоит перед калием.
(b) Кобальт и никель расположены в неправильном порядке. Кобальт (ат. Масса = 58,9) помещается перед никелем (ат. Масса = 58,6).
(c) Теллур (ат. Масса = 127,6) помещается перед йодом (ат. Масса = 126,9).
(d) Торий (ат. Масса = 232,12) помещен перед протактинием (ат. Масса = 231)
5. Положение изотопов: Изотопам элемента нет места в периодической таблице.
Неспособность периодического закона Менделеева объяснить неправильный порядок атомных масс некоторых элементов и положения изотопов привела ученых, работающих в этой области, к выводу, что атомная масса не может быть основой для классификации элементов.Должно быть более фундаментальное свойство элементов, которое может быть основой классификации.
Аномальные пары элементов

Элемент →

Ар

К Co Ni Te I Чт Па

Атомная масса

40 39 59,9 58.6 127,6 126,9 232,12

231

Группа 0 IA VIII VIII VI B VII B III B

III B

История Периодической таблицы

7.1 История Периодической таблицы

Цель обучения

  1. Ознакомиться с историей периодической таблицы Менделеева.

Современная таблица Менделеева сформировалась в результате долгой истории попыток химиков расположить элементы в соответствии с их свойствами в качестве средства предсказания химического поведения. Одним из первых, кто предложил такое расположение, был немецкий химик Йоханнес Доберейнер (1780–1849), который заметил, что многие из известных элементов могут быть сгруппированы в триады - набор из трех элементов, которые имеют сходные свойства., Наборы из трех элементов, которые имеют аналогичные свойства - например, хлор, бром и йод; или медь, серебро и золото.Доберейнер предложил сгруппировать все элементы в такие триады, но последующие попытки расширить его концепцию оказались безуспешными. Теперь мы знаем, что части таблицы Менделеева - в частности, блок d - содержат триады элементов с существенным сходством. Средние три члена большинства других столбцов, такие как сера, селен и теллур в группе 16 или алюминий, галлий и индий в группе 13, также имеют удивительно похожий химический состав.

К середине 19 века атомные массы многих элементов были определены.Английский химик Джон Ньюлендс (1838–1898), выдвинув гипотезу о том, что химический состав элементов может быть связан с их массами, расположил известные элементы в порядке увеличения атомной массы и обнаружил, что каждый седьмой элемент имеет аналогичные свойства (рис. 7.1. элементов в октавы по предложению Ньюлендса »). (Благородные газы все еще были неизвестны.) Поэтому Ньюлендс предположил, что элементы можно разделить на октавы - группу из семи элементов, соответствующих горизонтальным рядам в элементах основной группы (не считая благородных газов, которые в то время были неизвестны)., соответствующие горизонтальным строкам в элементах основной группы. К сожалению, «закон октав» Ньюлендса, похоже, не работал для элементов тяжелее кальция, и его идея публично высмеивалась. На одной из научных встреч Ньюлендса спросили, почему он не расположил элементы в алфавитном порядке, а не по атомной массе, поскольку это имело бы такой же смысл! На самом деле Ньюлендс был на правильном пути - за некоторыми исключениями, атомная масса действительно увеличивается с атомным номером, и аналогичные свойства проявляются каждый раз, когда заполняется набор из нс 2 np 6 подоболочек.Несмотря на то, что в таблице Ньюлендса не было логического места для элементов блока d , он был удостоен награды за свою идею Лондонским Королевским обществом в 1887 году.

Джон Ньюлендс (1838–1898)

Ньюлендс заметил, что свойства элемента повторяются каждый седьмой (или кратный семи) элемент, как музыкальные ноты повторяются каждую восьмую ноту.

Рисунок 7.1 Расположение элементов в октавах, предложенное Newlands

Приведенная здесь таблица сопровождает письмо 27-летнего Ньюлендса редактору журнала Chemical News , в котором он написал: «Если элементы расположены в порядке их эквивалентов с небольшими перестановками, Как и в прилагаемой таблице, можно заметить, что элементы, принадлежащие к одной группе, обычно появляются на одной горизонтальной линии.Также будет видно, что количество аналогичных элементов обычно различается либо на 7, либо на несколько кратных семи; другими словами, члены одной и той же группы стоят по отношению друг к другу в таком же отношении, как концы одной или нескольких октав в музыке. Таким образом, в группе азота между азотом и фосфором находится 7 элементов; между фосфором и мышьяком - 14; между мышьяком и сурьмой - 14; и, наконец, между сурьмой и висмутом, 14 также. Я предлагаю условно обозначить это своеобразное отношение Закон октав как .Я и т. Д. Джон А. Р. Ньюлендс, F.C.S. Лаборатория, 19, Грейт-Сент-Хеленс, штат Коннектикут, 8 августа 1865 года.

Периодическая таблица приобрела свою современную форму благодаря работам немецкого химика Юлиуса Лотара Мейера (1830–1895) и русского химика Дмитрия Менделеева (1834–1907), оба из которых сосредоточились на взаимосвязи между атомной массой и различными физическими и химическими веществами. характеристики. В 1869 году они независимо друг от друга предложили по существу идентичное расположение элементов. Мейер выровнял элементы в своей таблице в соответствии с периодическими изменениями простых атомных свойств, таких как «атомный объем» (рис. 7.2 «Изменение атомного объема с атомным номером, адаптированное из графика Мейера 1870 года»), который он получил делением атомной массы (молярной массы) в граммах на моль на плотность элемента в граммах на кубический сантиметр. Это свойство эквивалентно тому, что сегодня определяется как молярный объем - молярная масса элемента, деленная на его плотность. (измеряется в кубических сантиметрах на моль):

Уравнение 7.1

молярная масса (г / моль) плотность (г / см3) = молярный объем (см3 / моль)

Как показано на Рисунке 7.2 «Изменение атомного объема с атомным номером, адаптировано из графика Мейера 1870 года», щелочные металлы имеют самые высокие молярные объемы твердых элементов. На графике Мейера зависимости атомного объема от атомной массы неметаллы находятся на восходящей части графика, а металлы - на пиках, во впадинах и на спусках.

Дмитрий Менделеев (1834–1907)

Когда стеклянный завод его семьи был разрушен пожаром, Менделеев переехал в Санкт-Петербург, Россия, изучать науку.Он заболел и не ожидал, что выздоровеет, но защитил докторскую диссертацию с помощью своих профессоров и сокурсников. Помимо таблицы Менделеева, еще одним вкладом Менделеева в науку стал выдающийся учебник The Principles of Chemistry , которым пользовались многие годы.

Рисунок 7.2. Изменение атомного объема в зависимости от атомного номера, адаптировано из графика Мейера 1870 г.

Обратите внимание на периодическое увеличение и уменьшение атомного объема.Поскольку на момент составления этого графика благородные газы еще не были обнаружены, пики соответствуют щелочным металлам (группа 1).

Периодическая таблица Менделеева

Менделеев, который впервые опубликовал свою периодическую таблицу в 1869 году (рис. 7.3 «Периодическая таблица Менделеева, опубликованная в Немецком журнале»), обычно считается создателем современной периодической таблицы. Ключевое различие между его расположением элементов и расположением элементов Мейера и других состоит в том, что Менделеев не предполагал, что все элементы были обнаружены (на самом деле в то время было известно только около двух третей встречающихся в природе элементов).Вместо этого он намеренно оставил пробелы в своей таблице с атомными массами 44, 68, 72 и 100 в надежде, что элементы с такими атомными массами будут обнаружены. Эти заготовки соответствуют элементам, которые мы теперь знаем как скандий, галлий, германий и технеций.

Рисунок 7.3 Периодическая таблица Менделеева, опубликованная в Немецком журнале Annalen der Chemie und Pharmacie в 1872 г.

Заголовки столбцов «Reihen» и «Gruppe» на немецком языке означают «строка» и «группа».Формулы указывают тип соединений, образованных каждой группой, где «R» означает «любой элемент», и используются верхние индексы там, где мы теперь используем нижние индексы. Атомные массы показаны после знаков равенства и увеличиваются в каждой строке слева направо.

Наиболее убедительным свидетельством в пользу расположения элементов Менделеева было открытие двух ранее неизвестных элементов, свойства которых полностью соответствовали его предсказаниям (Таблица 7.1 «Сравнение свойств, предсказанных Менделеевым в 1869 году для»).Два из пробелов, которые Менделеев оставил в своей исходной таблице, находились под алюминием и кремнием в ожидании открытия двух пока неизвестных элементов: eka -алюминий и eka -силикон (на санскрите eka , что означает « один, как в слове «один за пределами алюминия»). Наблюдаемые свойства галлия и германия соответствовали свойствам алюминия эка и кремния эка настолько хорошо, что, как только они были открыты, периодическая таблица Менделеева быстро получила признание.

Таблица 7.1 Сравнение свойств, предсказанных Менделеевым в 1869 г. для eka -Aluminium и eka -Silicon со свойствами галлия (обнаружен в 1875 г.) и германия (обнаружен в 1886 г.)

Имущество eka -Алюминий (прогнозируемый) Галлий (наблюдаемый) eka -Кремний (прогноз) Германий (наблюдается)
атомная масса 68 69.723 72 72,64
элемент металл металл грязно-серый металл серо-белый металл
низкий mp * т.пл. = 29,8 ° C высокая МП т.пл. = 938 ° C
д = 5.9 г / см 3 d = 5,91 г / см 3 d = 5,5 г / см 3 d = 5,323 г / см 3
оксид E 2 O 3 Ga 2 O 3 EO 2 GeO 2
д = 5.5 г / см 3 d = 6,0 г / см 3 d = 4,7 г / см 3 d = 4,25 г / см 3
хлорид ECl 3 GaCl 3 ECl 4 GeCl 4
летучие

т.пл. = 78 ° C

т.кип. * = 201 ° C

т.кип. <100 ° C т.кип. = 87 ° C
* т.пл. = точка плавления; bp = точка кипения.

Когда химические свойства элемента показали, что ему могло быть отведено неправильное место в более ранних таблицах, Менделеев тщательно пересмотрел его атомную массу. Он обнаружил, например, что ранее сообщенные атомные массы бериллия, индия и урана были неверными. Первоначально сообщалось, что атомная масса индия составляет 75,6, исходя из предполагаемой стехиометрии InO для его оксида. Если бы эта атомная масса была правильной, то индий нужно было бы поместить в середину неметаллов, между мышьяком (атомная масса 75) и селеном (атомная масса 78).Поскольку элементарный индий представляет собой серебристо-белый металл , Менделеев предположил, что стехиометрия его оксида действительно была In 2 O 3 , а не InO. Это означало бы, что атомная масса индия на самом деле составляла 113, что помещало этот элемент между двумя другими металлами, кадмием и оловом.

Одна группа элементов, отсутствующая в таблице Менделеева, - это благородные газы. Все они были открыты более 20 лет спустя, между 1894 и 1898 годами, сэром Уильямом Рамзи (1852–1916; Нобелевская премия по химии 1904 года).Изначально Рамзи не знал, где разместить эти элементы в периодической таблице. Аргон, первый из открытых, имел атомную массу 40. Это было больше, чем у хлора и сравнимо с массой калия, поэтому Рамзи, используя те же рассуждения, что и Менделеев, решил поместить благородные газы между галогенами и атомами калия. щелочных металлов.

Роль атомного номера в Периодической таблице

Несмотря на свою полезность, периодическая таблица Менделеева была полностью основана на эмпирических наблюдениях, подкрепленных очень слабым пониманием.Только в 1913 году молодой британский физик Х. Дж. Мозли (1887–1915), анализируя частоты рентгеновских лучей, излучаемых элементами, обнаружил, что в основе порядка элементов лежит атомный номер . , а не атомная масса. Мозли предположил, что размещение каждого элемента в его серии соответствует его атомному номеру Z , который представляет собой количество положительных зарядов (протонов) в его ядре. Например, аргон, хотя и имеет атомную массу больше, чем у калия (39.9 а.е.м. по сравнению с 39,1 а.е.м., соответственно), в периодической таблице располагалось с до калия. Анализируя частоты испускаемых рентгеновских лучей, Мозли заметил, что атомный номер аргона равен 18, а калия - 19, что указывает на то, что они действительно были размещены правильно. Мозли также заметил три пробела в своей таблице частот рентгеновского излучения, поэтому он предсказал существование трех неизвестных элементов: технеция ( Z = 43), открытого в 1937 году; прометий ( Z = 61), открытый в 1945 г .; и рений ( Z = 75), открытый в 1925 году.

Х. Дж. Дж. Мозли (1887–1915)

Мозли оставил свою исследовательскую работу в Оксфордском университете, чтобы присоединиться к британской армии в качестве офицера связи во время Первой мировой войны. Он был убит во время битвы при Галлиполи в Турции.

Пример 1

До его открытия в 1999 году некоторые теоретики полагали, что в природе существует элемент с Z из 114. Используйте рассуждения Менделеева, чтобы назвать элемент 114 как eka -______; затем определите известный элемент, химический состав которого, по вашему мнению, будет наиболее близок к химическому составу элемента 114.

Дано: атомный номер

Запрошено: имя с префиксом eka -

Стратегия:

A Используя периодическую таблицу (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), найдите строку n = 7. Определите местонахождение неизвестного элемента с помощью Z = 114; затем определите известный элемент, который находится прямо над этим местом.

B Назовите неизвестный элемент, используя префикс eka - перед именем известного элемента.

Решение:

A Строку n = 7 можно заполнить, допустив существование элементов с атомными номерами больше 112, которые находятся под ртутью (Hg). Если подсчитать три прямоугольника вправо, получится элемент 114, который находится прямо под свинцом (Pb). B Если бы Менделеев был сегодня жив, он бы назвал элемент 114 eka свинцом.

Упражнение

Используйте рассуждения Менделеева, чтобы назвать элемент 112 как eka -______; затем определите известный элемент, химический состав которого, по вашему мнению, будет наиболее близок к химическому составу элемента 112.

Ответ: эка -ртуть

Сводка

В периодической таблице элементы расположены в соответствии с их электронными конфигурациями, так что элементы в одном столбце имеют одинаковые валентные электронные конфигурации.Периодические изменения размера и химических свойств являются важными факторами, определяющими типы химических реакций, которым подвергаются элементы, и типы химических соединений, которые они образуют. Современная таблица Менделеева была основана на эмпирических корреляциях таких свойств, как атомная масса; Ранние модели, использующие ограниченные данные, отметили существование триад и октав элементов с аналогичными свойствами. Периодическая таблица приобрела свою нынешнюю форму благодаря работе Дмитрия Менделеева и Юлиуса Лотара Мейера, которые оба сосредоточили внимание на взаимосвязи между атомной массой и химическими свойствами.Мейер расположил элементы по их атомному объему, который сегодня эквивалентен молярному объему , определяемому как деление молярной массы на молярную плотность. Корреляция с электронной структурой атомов была сделана, когда Х. Дж. Дж. Мозли показал, что периодическое расположение элементов определяется атомным номером, а не атомной массой.

Key Takeaway

  • Элементы в таблице Менделеева расположены в соответствии с их свойствами, а таблица Менделеева служит помощником в прогнозировании химического поведения.

Концептуальные проблемы

  1. Йоханнесу Доберейнеру приписывают разработку концепции химических триад. Какие из 15 элементов группы вы ожидаете составить триаду? Ожидаете ли вы, что B, Al и Ga будут действовать как триада? Обоснуйте свои ответы.

  2. Несмотря на то, что Доберейнер, Ньюлендс, Мейер и Менделеев внесли свой вклад в разработку современной таблицы Менделеева, Менделеев приписывают ее происхождение.Почему периодическая таблица Менделеева была принята так быстро?

  3. Как вклад Мозли в разработку таблицы Менделеева объяснил расположение благородных газов?

  4. Схема именования eka , разработанная Менделеевым, использовалась для описания неоткрытых элементов.

    1. Используйте этот метод присвоения имен, чтобы предсказать атомный номер eka -ртути, eka -астатина, eka -таллия и eka -гафния.
    2. Используя префикс eka , идентифицируйте элементы с этими атомными номерами: 79, 40, 51, 117 и 121.

Числовая задача

  1. На основании предоставленных данных заполнить таблицу.

    Виды Молярная масса (г / моль) Плотность (г / см 3 ) Молярный объем (см 3 / моль)
    A 40.078 25.85
    B 39,09 0,856
    С 32.065 16,35
    D 1.823 16,98
    E 26,98 9,992
    Ф 22,98 0,968

    Постройте график зависимости молярного объема от молярной массы этих веществ.Согласно Мейеру, какие металлы, а какие - неметаллы?

Ответ

  1. Виды Молярная масса (г / моль) Плотность (г / см 3 ) Молярный объем (см 3 / моль)
    A 40.078 1,550 25,85
    B 39.09 0.856 45,67
    С 32.065 1,961 16.35
    D 30,95 1,823 16,98
    E 26.98 2,700 9,992
    Ф 22,98 0.968 23,7

    Мейер обнаружил, что щелочные металлы имеют самые высокие молярные объемы, и что молярные объемы неуклонно уменьшаются с увеличением атомной массы, затем выравниваются и, наконец, снова возрастают. Элементы, расположенные на восходящей части графика зависимости молярного объема от молярной массы, обычно были неметаллами.Если мы посмотрим на график данных в таблице, мы сразу сможем идентифицировать те элементы с наибольшими молярными объемами (A, B, F) как металлы, расположенные в левой части периодической таблицы. Элемент с наименьшим молярным объемом (E) - алюминий. График показывает, что последующие элементы (C, D) имеют молярные объемы, которые больше, чем у E, но меньше, чем у A и B. Таким образом, C и D, скорее всего, будут неметаллами (что имеет место: C = Сера, D = фосфор).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *