Открива периодичната таблица на елементите. Периодичен закон на химичните елементи на Дмитрий Иванович Менделеев

Въведение

Периодичният закон и Периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев са в основата на съвременната химия. Те се отнасят до такива научни закономерности, които отразяват явления, които наистина съществуват в природата и следователно никога няма да загубят своето значение.

Периодичният закон и направените на негова основа открития в различни области на естествената наука и техника са най-големият триумф на човешкия ум, доказателство за все по-дълбоко проникване в най-тайните тайни на природата, за успешното преобразуване на природата в полза на човека. .

„Рядко се случва научното откритие да е нещо напълно неочаквано, почти винаги се очаква, но следващите поколения, които използват доказани отговори на всички въпроси, често се затрудняват да преценят какви трудности е струвало това на техните предшественици. DI. Менделеев.

Цел: Да се ​​характеризира понятието за периодичната система и периодичния закон на елементите, периодичния закон и неговата обосновка, да се характеризират структурите на периодичната система: подгрупи, периоди и групи. Да се ​​изучава историята на откриването на периодичния закон и периодичната система от елементи.

Задачи: Разгледайте историята на откриването на периодичния закон и периодичната система. Определете периодичния закон и периодичната система. Анализирайте периодичния закон и неговата обосновка. Структурата на периодичната система: подгрупи, периоди и групи.

Историята на откриването на периодичния закон и периодичната система от химични елементи

Утвърждаването на атомно-молекулярната теория в началото на 19-19 век е придружено от бързо нарастване на броя на известните химични елементи. Само през първото десетилетие на 19 век са открити 14 нови елемента. Рекордьорът сред откривателите е английският химик Хъмфри Дейви, който за една година получава 6 нови прости вещества (натрий, калий, магнезий, калций, барий, стронций) с помощта на електролиза. И до 1830 г. броят на известните елементи достига 55.

Съществуването на такъв брой елементи, разнородни по своите свойства, озадачи химиците и изисква подреждане и систематизиране на елементите. Много учени са търсили модели в списъка с елементи и са постигнали известен напредък. Има три най-значими произведения, които оспорват приоритета на откриването на периодичния закон от Д.И. Менделеев.

През 1860 г. се провежда първият Международен конгрес по химия, след което става ясно, че основната характеристика на химичния елемент е неговото атомно тегло. Френският учен Б. де Шанкуртуа през 1862 г. за първи път подрежда елементите във възходящ ред на атомните тегла и ги поставя в спирала около цилиндър. Всеки завой на спиралата съдържаше 16 елемента, подобни елементи като правило попадаха във вертикални колони, въпреки че бяха отбелязани значителни несъответствия. Работата на дьо Шанкуртоа остана незабелязана, но идеята му за сортиране на елементите във възходящ ред на атомните тегла се оказа плодотворна.

И две години по-късно, воден от тази идея, английският химик Джон Нюландс постави елементите под формата на таблица и забеляза, че свойствата на елементите периодично се повтарят на всеки седем числа. Например, хлорът е подобен по свойства на флуора, калият е подобен на натрия, селенът е подобен на сярата и т.н. Нюландс нарече този модел „закон на октавите“, на практика изпреварвайки концепцията за период. Но Нюландс настоя, че продължителността на периода (равна на седем) е непроменена, така че неговата таблица съдържа не само правилни модели, но и произволни двойки (кобалт - хлор, желязо - сяра и въглерод - живак).

Но немският учен Лотар Майер през 1870 г. начертава зависимостта на атомния обем на елементите от атомното им тегло и открива отчетлива периодична зависимост, а дължината на периода не съвпада със закона за октавите и е променлива.

Всички тези произведения имат много общо. Дьо Шанкуртоа, Нюландс и Майер откриват проявлението на периодичността на промяната в свойствата на елементите в зависимост от тяхното атомно тегло. Но те не можаха да създадат единна периодична система от всички елементи, тъй като много елементи не намериха своето място в моделите, които откриха. Тези учени също не успяха да направят сериозни заключения от своите наблюдения, въпреки че смятаха, че многобройните връзки между атомните тегла на елементите са проява на някакъв общ закон.

Този общ закон е открит от великия руски химик Дмитрий Иванович Менделеев през 1869 г. Менделеев формулира периодичния закон под формата на следните основни разпоредби:

1. Елементите, подредени по атомно тегло, представляват отчетлива периодичност на свойствата.

2. Трябва да очакваме откриването на още много неизвестни прости тела, например елементи, подобни на Al и Si с атомно тегло 65 - 75.

3. Стойността на атомното тегло на даден елемент понякога може да бъде коригирана, като се познават неговите аналогии.

Някои аналогии се разкриват от големината на теглото на техния атом. Първата позиция беше известна още преди Менделеев, но именно той й придаде характера на универсален закон, предсказвайки въз основа на нея съществуването на все още неоткрити елементи, променяйки атомните тегла на редица елементи и подреждайки някои елементи в таблицата противно на атомните им тегла, но в пълно съответствие с техните свойства (главно валентност). Останалите разпоредби са открити само от Менделеев и са логични следствия от периодичния закон

Правилността на тези последици беше потвърдена от много експерименти през следващите две десетилетия и направи възможно да се говори за периодичния закон като строг закон на природата.

Използвайки тези разпоредби, Менделеев състави своята версия на периодичната таблица на елементите. Първата чернова на таблицата на елементите се появява на 17 февруари (1 март, според новия стил) 1869 г.

А на 6 март 1869 г. професор Меншуткин прави официално съобщение за откритието на Менделеев на заседание на Руското химическо дружество.

В устата на учения беше вложено следното признание: Виждам маса насън, където всички елементи са подредени според нуждите. Събудих се, веднага го записах на лист - само на едно място впоследствие се оказа необходимата поправка. Колко просто е всичко в легендите! Разработването и корекцията отнеха повече от 30 години от живота на учения.

Процесът на откриване на периодичния закон е поучителен и самият Менделеев говори за него така: „Неволно се появи идеята, че трябва да има връзка между масата и химичните свойства. И тъй като масата на едно вещество, макар и не абсолютна, а само относителна, най-накрая се изразява под формата на теглата на атомите, е необходимо да се търси функционално съответствие между отделните свойства на елементите и техните атомни тегла. Невъзможно е да търсиш нещо, поне гъби или някаква зависимост, освен като търсиш и опитваш. Така че започнах да избирам, записвайки на отделни карти елементи с техните атомни тегла и фундаментални свойства, подобни елементи и близки атомни тегла, което бързо доведе до заключението, че свойствата на елементите са в периодична зависимост от атомното им тегло, освен това съмнение много неясноти, нито за минута не се съмнявах в общостта на направения извод, тъй като е невъзможно да се допусне инцидент.

В първата периодична таблица всички елементи до и включително калция са същите като в съвременната таблица, с изключение на благородните газове. Това се вижда от фрагмент от страница от статия на D.I. Менделеев, съдържащ периодичната система от елементи.

Въз основа на принципа на увеличаване на атомните тегла, следващите елементи след калция трябва да са ванадий (A = 51), хром (A = 52) и титан (A = 52). Но Менделеев постави въпросителен знак след калций и след това постави титан, променяйки атомното му тегло от 52 на 50. Атомното тегло A = 45, което е средноаритметичната стойност между атомните тегла на калция и титана, беше присвоено на неизвестен елемент , обозначено с въпросителен знак. Тогава, между цинка и арсена, Менделеев остави място за два елемента, които все още не бяха открити наведнъж. Освен това той постави телур пред йода, въпреки че последният има по-ниско атомно тегло. При такова подреждане на елементите всички хоризонтални редове в таблицата съдържаха само подобни елементи и периодичността на промените в свойствата на елементите беше ясно проявена.

През следващите две години Менделеев значително подобрява системата от елементи. През 1871 г. излиза първото издание на учебника на Дмитрий Иванович „Основи на химията“, в който периодичната система е дадена в почти съвременен вид. В таблицата са формирани 8 групи елементи, номерата на групите показват най-високата валентност на елементите от тези серии, които са включени в тези групи, а периодите се доближават до съвременните, разделени на 12 серии. Сега всеки период започва с активен алкален метал и завършва с типичен неметален халоген.

Втората версия на системата дава възможност на Менделеев да предскаже съществуването на не 4, а 12 елемента и, предизвиквайки научния свят, описва с удивителна точност свойствата на три неизвестни елемента, които той нарича екабор (ека на санскрит означава „ същото нещо”), екаалуминий и екасилиций. Съвременните им имена са Se, Ga, Ge.

Научният свят на Запада първоначално е скептичен към системата на Менделеев и нейните предсказания, но всичко се променя, когато през 1875 г. френският химик П. Лекок дьо Боабодран, изучавайки спектрите на цинковата руда, открива следи от нов елемент, който той наречен галий в чест на родината си (Gallia (древноримско име за Франция)

Ученият успя да изолира този елемент в чиста форма и да проучи неговите свойства. И Менделеев видя, че свойствата на галия съвпадат със свойствата на екаалуминия, предвидени от него, и информира Лекок дьо Боабодран, че неправилно е измерил плътността на галия, която трябва да бъде равна на 5,9-6,0 g/cm3 вместо 4,7 g/cm3 . Всъщност по-точните измервания доведоха до правилната стойност от 5,904 g/cm3.

През 1879 г. шведският химик Л. Нилсон, докато отделя рядкоземни елементи, получени от минерала гадолинит, изолира нов елемент и го нарече скандий. Това се оказва екаборът, предсказан от Менделеев.

Окончателното признаване на периодичния закон на D.I. Менделеев постига след 1886 г., когато немският химик К. Винклер, анализирайки сребърната руда, получава елемент, който той нарича германий. Оказва се, че е ексацилиум.

Подобна информация.

В книгата на видния съветски историк на химията Н. Ф. Фигуровски "Очерк по общата история на химията. Развитието на класическата химия през 19 век" (М., Наука, 1979). са дадени основните периоди на откриване на 63 химически елемента от древни времена до 1869 г. - годината на създаването от Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) на Периодичния закон:

1. Най-древният период (от 5 хилядолетие пр. н. е. до 1200 г. сл. Хр.).

Този дълъг период включва запознаването на човек със 7 метала от древността – злато, сребро, мед, олово, калай, желязо и живак. В допълнение към тези елементарни вещества, сярата и въглеродът са били известни в древността, срещащи се в природата в свободно състояние.

2. Алхимичен период.

През този период (от 1200 до 1600 г.) се установява съществуването на няколко елемента, изолирани или в процеса на алхимични търсения на начини за преобразуване на метали, или в процесите на металодобив и обработка на различни руди от занаятчии металурзи. Те включват арсен, антимон, бисмут, цинк, фосфор.

3. Периодът на възникване и развитие на техническата химия (края на 17 век - 1751 г.).

По това време, в резултат на практическо изследване на характеристиките на различни метални руди и преодоляване на трудностите, възникнали при изолирането на метали, както и открития в процеса на минералогични експедиции, съществуването на платина, кобалт и никел беше основан.

4. Първият етап от химико-аналитичния период в развитието на химията (1760-1805).През този период с помощта на качествени и тегловни количествени анализи бяха открити редица елементи, някои от които само под формата на „земи“: магнезий, калций (установяване на разликата между вар и магнезий), манган, барий ( барит), молибден, волфрам, телур, уран (оксид), цирконий (земя), стронций (земя), титан (оксид), хром, берилий (оксид), итрий (земя), тантал (земя), церий (земя) , флуор (флуороводородна киселина), паладий, родий, осмий и иридий.

5. Етап на пневмохимия.По това време (1760-1780 г.) са открити газообразни елементи - водород, азот, кислород и хлор (последният се смята за сложно вещество - окислена солна киселина до 1809 г.).

6. Етап на получаване на елементи в свободно състояние чрез електролиза (G. Davy, 1807-1808)и химически: калий, натрий, калций, стронций, барий и магнезий. Всички те обаче са били известни преди под формата на "запалими" (каустични) алкали и алкалоземи или меки основи.

7. Вторият етап от химико-аналитичния период в развитието на химията (1805-1850).По това време, в резултат на подобряване на методите за количествен анализ и разработване на систематичен курс на качествен анализ, бор, литий, кадмий, селен, силиций, бром, алуминий, йод, торий, ванадий, лантан (земя), ербий ( земя), тербий (земя) са открити. ), рутений, ниобий.

8. Периодът на откриване на елементи чрез спектрален анализ, непосредствено след разработването и въвеждането на този метод в практиката (1860-1863): цезий, рубидий, талий и индий.

Както знаете, първата в историята на химията "Таблица на простите тела" е съставена от А. Лавоазие през 1787 г. Всички прости вещества са разделени на четири групи: "I. Прости вещества, представени във всичките три царства на природата, които могат се считат за елементи на телата: 1) светлина, 2) калорично, 3) кислород, 4) азот, 5) водород II. Прости неметални вещества, които окисляват и дават киселини: 1) антимон, 2) фосфор, 3) въглища , 4) радикал муриатична киселина, 5) радикал флуороводородна киселина, 6) радикал на борна киселина III. Прости метални вещества, които окисляват и дават киселини: 1) антимон, 2) сребро, 3) арсен, 4) бисмут, 5) кобалт, 6 ) мед, 7) калай, 8) желязо, 9) манган, 10) живак, 11) молибден, 12) никел, 13) злато, 14) платина, 15) олово, 16) волфрам, 17) цинк IV. ) вар (варовита пръст), 2) магнезия (база на магнезиев сулфат), 3) барит (тежка пръст), 4) алуминиев оксид (глина, стипца), 5) силициев диоксид (силициева земя)".

Тази таблица е в основата на химическата номенклатура, разработена от Лавоазие. Д. Далтън въвежда в науката най-важната количествена характеристика на атомите на химичните елементи – относителното тегло на атомите или атомното тегло.

При търсене на закономерности в свойствата на атомите на химичните елементи учените преди всичко обърнаха внимание на естеството на промяната в атомните тегла. През 1815-1816г. английският химик W. Prout (1785-1850) публикува две анонимни статии в Annals of Philosophy, в които е изразена и обоснована идеята, че атомните тегла на всички химични елементи са цели числа (т.е. кратни на атомното тегло на водорода, което след това беше прието равно на единица): „Ако възгледите, които сме решили да изразим, са правилни, тогава почти можем да считаме, че първичната материя на древните е въплътена във водород...“. Хипотезата на Prout беше много примамлива и доведе до създаването на много експериментални изследвания, за да се определят атомните тегла на химичните елементи възможно най-точно.

През 1829 г. немският химик И. Деберейнер (1780-1849) сравнява атомните тегла на подобни химични елементи: литий, калций, хлор, сяра, манган, натрий, стронций, бром, селен, хром, калий, барий, йод, телур , Желязо и установи, че атомното тегло на средния елемент е равно на половината от сумата от атомните тегла на екстремните елементи. Търсенето на нови триади довежда Л. Гмелин (1788-1853) - автор на световноизвестния справочник по химия - до създаването на множество групи от подобни елементи и до създаването на тяхната оригинална класификация.

През 60-те години. През 19-ти век учените преминаха към сравняване на самите групи от химически подобни елементи. Така А. Шанкуртуа (1820-1886), професор в Парижкото минно училище, подрежда всички химични елементи по повърхността на цилиндъра във възходящ ред на атомните им тегла, така че да се получи "спирала". При това подреждане подобни елементи често попадат на една и съща вертикална линия. През 1865 г. английският химик Д. Нюландс (1838-1898) публикува таблица, включваща 62 химични елемента. Елементите бяха подредени и номерирани във възходящ ред на атомните тегла.

Нюландс използва номерация, за да подчертае, че на всеки седем елемента свойствата на химичните елементи се повтарят. Когато обсъждаше в Лондонското химическо дружество през 1866 г. нова статия на Нюландс (не беше препоръчана за публикуване), професор Дж. Фостър попита саркастично: „Опитвали ли сте да подредите елементите по азбучен ред на имената им и забелязали ли сте някакви нови модели?

През 1868 г. английският химик У. Олдинг (1829-1921) предлага таблица, която според автора демонстрира закономерна връзка между всички елементи.

През 1864 г. немският професор Л. Майер (1830-1895) съставя таблица с 44 химични елемента (от 63 известни).

Оценявайки този период, Д. И. Менделеев пише: „Няма нито един общ закон на природата, който да се основава незабавно, неговото одобрение винаги се предшества от много предчувствия и признаването на закона не идва, когато той е напълно осъзнат в целия си смисъл , но само след потвърждаване на последствията от него чрез експерименти, които природоучителите трябва да признаят като най-висш авторитет на своите съображения и мнения.

През 1868 г. Д. И. Менделеев започва да работи по курса "Основи на химията". За най-логичното подреждане на материала беше необходимо по някакъв начин да се класифицират 63 химични елемента. Първата версия на Периодичната таблица на химичните елементи е предложена от Д. И. Менделеев през март 1869 г.

Две седмици по-късно, на заседание на Руското химическо дружество, беше прочетен докладът на Менделеев „Връзката на свойствата с атомното тегло на елементите“, в който бяха обсъдени възможни принципи за класификация на химичните елементи:

1) според връзката им с водорода (формули на хидридите); 2) според връзката им с кислорода (формули на висшите кислородни оксиди); 3) по валентност; 4) по отношение на атомното тегло.

Освен това през следващите години (1869-1871) Менделеев изучава и препроверява онези закономерности и "несъответствия", които са забелязани в първата версия на "Системата от елементи". Обобщавайки тази работа, Д. И. Менделеев пише: „С увеличаване на атомното тегло елементите първо имат все по-променливи свойства, а след това тези свойства се повтарят отново в нов ред, на нов ред и в редица елементи и в същата последователност Следователно Законът за периодичността може да бъде формулиран по следния начин: „Свойствата на елементите и следователно свойствата на образуваните от тях прости и сложни тела са в периодична зависимост (т.е. те се повтарят правилно) от техните атомно тегло." изключенията не се толерират от природата... Утвърждаването на закон е възможно само с помощта на извеждането на последствия от него, които са невъзможни и неочаквани без него, и обосноваването на тези последствия и експерименталната проверка. неговата логическа последствия, които биха могли да покажат дали е вярно или не. Те включват прогнозиране на свойствата на неоткрити елементи и коригиране на атомните тегла на много имаше малко изследвани елементи по това време... Едно нещо е необходимо - или периодичният закон да се счита за верен докрай и представляващ нов инструмент на химическото познание, или да се отхвърли.

През 1872-1874г. Менделеев започва да се занимава с други проблеми и почти не се споменава за периодичния закон в химическата литература.

През 1875 г. френският химик L. de Boisbaudran съобщава, че докато изучава цинковата смес, той спектроскопски открива нов елемент в нея. Той получи солите на този елемент и определи неговите свойства. В чест на Франция той нарече новия елемент галий (както Франция е наричана от древните римляни). Нека сравним това, което Д. И. Менделеев предсказва и това, което е открито от Л. дьо Боабодран:

В първия доклад на L. de Boisbaudran е установено, че специфичното тегло на галия е 4,7. ДИМенделеев му посочи грешката му. По-внимателно измерване показа, че специфичното тегло на галия е 5,96.

През 1879 г. шведският химик Л. Нилсон (1840-1899) съобщава за откриването на нов химичен елемент – скандий. Л. Нилсън класифицира скандия като рядкоземен елемент. P.T.Kleve посочва на L.Nilson, че скандиевите соли са безцветни, неговият оксид е неразтворим в алкали и че скандият е екабор, предвиден от D.I.Mendeleev. Нека сравним техните свойства.

Анализирайки нов минерал през февруари 1886 г., немският професор К. Винклер (1838-1904) открива нов елемент и го смята за аналог на антимон и арсен. Имаше дискусия. К. Винклер се съгласи, че елементът, който е открил, е екасиликонът, предсказан от Д. И. Менделеев. К. Уинклер нарече този елемент германий.

И така, химиците потвърдиха три пъти съществуването на химическите елементи, предсказани от Менделеев. Нещо повече, именно свойствата на тези елементи, предсказани от Менделеев, и тяхното положение в Периодичната система направиха възможно коригирането на грешките, които експериментаторите неволно направиха. По-нататъшното развитие на химията се осъществява на солидна основа на Периодичния закон, който през 80-те години на XIX век. е признат от всички учени за един от най-важните природни закони. По този начин най-важната характеристика на всеки химичен елемент е неговото място в Периодичната система на Д. И. Менделеев.

Тук читателят ще намери информация за един от най-важните закони, открити някога от човека в научната област - периодичния закон на Менделеев Дмитрий Иванович. Ще се запознаете със значението и влиянието му върху химията, ще бъдат разгледани общите положения, характеристиките и детайлите на периодичния закон, историята на откриването и основните положения.

Какъв е периодичният закон

Периодичният закон е естествен закон от фундаментално естество, който за първи път е открит от Д. И. Менделеев през 1869 г., а самото откритие се дължи на сравнение на свойствата на някои химични елементи и стойностите на атомната маса, известни по това време .

Менделеев твърди, че според неговия закон простите и сложните тела и различните съединения на елементите зависят от тяхната зависимост от периодичния тип и от теглото на техния атом.

Периодичният закон е уникален по рода си и това се дължи на факта, че не се изразява с математически уравнения, за разлика от други фундаментални закони на природата и Вселената. Графично той намира своя израз в периодичната таблица на химичните елементи.

История на откритията

Откриването на периодичния закон става през 1869 г., но опитите за систематизиране на всички известни x елементи започват много преди това.

Първият опит за създаване на такава система е направен от I. V. Debereiner през 1829 г. Той класифицира всички известни му химически елементи в триади, свързани помежду си чрез близостта на половината от сумата на атомните маси, включени в тази група от три компонента. След Деберейнер е направен опит да се създаде уникална таблица за класификация на елементите от А. дьо Шанкуртуа, той нарече своята система "земната спирала", а след него октавата на Нюландс е съставена от Джон Нюландс. През 1864 г., почти едновременно, Уилям Олдинг и Лотар Майер публикуват независимо създадени таблици.

Периодичният закон е представен на научната общност за преглед на 8 март 1869 г. и това става по време на заседание на руското X-то общество. Менделеев Дмитрий Иванович обявява откритието си пред всички и през същата година излиза учебникът на Менделеев „Основи на химията“, където за първи път е показана създадената от него периодична таблица. Година по-късно, през 1870 г., той написва статия и я изпраща за преглед на RCS, където за първи път е използвана концепцията за периодичния закон. През 1871 г. Менделеев дава изчерпателно описание на своите изследвания в известната си статия за периодичната валидност на химичните елементи.

Безценен принос в развитието на химията

Стойността на периодичния закон е невероятно голяма за научната общност по света. Това се дължи на факта, че откриването му даде мощен тласък на развитието както на химията, така и на други природни науки, като физиката и биологията. Връзката на елементите с техните качествени химични и физични характеристики беше отворена и това също даде възможност да се разбере същността на конструкцията на всички елементи според един принцип и породи съвременната формулировка на понятията за химични елементи, да се конкретизира познания за вещества със сложна и проста структура.

Използването на периодичния закон даде възможност да се реши проблемът с химическото прогнозиране, да се определи причината за поведението на известни химични елементи. Атомната физика, включително ядрената енергия, стана възможна в резултат на същия закон. От своя страна тези науки позволиха да се разширят хоризонтите на същността на този закон и да се задълбочи в неговото разбиране.

Химични свойства на елементите на периодичната система

Всъщност химичните елементи са свързани помежду си чрез характеристиките, присъщи на тях в състояние както на свободен атом, така и на йон, солватиран или хидратиран, в просто вещество и във формата, която техните многобройни съединения могат да образуват. Въпреки това, x-тите свойства обикновено се състоят от две явления: свойства, характерни за атом в свободно състояние, и просто вещество. Този вид имоти включва много от техните типове, но най-важните са:

1. Атомна йонизация и нейната енергия, в зависимост от позицията на елемента в таблицата, неговия пореден номер.
2. Енергийната връзка на атома и електрона, която, подобно на атомната йонизация, зависи от местоположението на елемента в периодичната таблица.
3. Електроотрицателността на атома, която няма постоянна стойност, но може да се променя в зависимост от различни фактори.
4. Радиусите на атомите и йоните - тук, като правило, се използват емпирични данни, които се свързват с вълновата природа на електроните в състояние на движение.
5. Атомизиране на прости вещества - описание на способността на елемента да реагира.
6. Окислителните състояния са формална характеристика, но се явяват като една от най-важните характеристики на елемент.
7. Окислителният потенциал за прости вещества е измерване и индикация на потенциала на веществото да действа във водни разтвори, както и нивото на проявление на редокс свойства.

Периодичност на елементи от вътрешен и вторичен тип

Периодичният закон дава разбиране за друг важен компонент на природата – вътрешната и вторичната периодичност. Споменатите по-горе области на изследване на атомните свойства всъщност са много по-сложни, отколкото може да се мисли. Това се дължи на факта, че елементите s, p, d от таблицата променят своите качествени характеристики в зависимост от позицията си в периода (вътрешна периодичност) и групата (вторична периодичност). Например, вътрешният процес на преход на елемента s от първата група към осмата към p-елемента е придружен от точки на минимум и максимум на енергийната крива на йонизирания атом. Това явление показва вътрешното непостоянство на периодичността на промените в свойствата на атома според позицията му в периода.

Резултати

Сега читателят има ясно разбиране и дефиниция какво представлява периодичният закон на Менделеев, осъзнава значението му за човека и развитието на различни науки и има представа за текущите му положения и историята на откритията.

Откриването от Дмитрий Менделеев на периодичната таблица на химичните елементи през март 1869 г. е истински пробив в химията. Руският учен успя да систематизира знанията за химичните елементи и да ги представи под формата на таблица, която учениците и сега изучават в часовете по химия. Периодичната таблица стана основата за бързото развитие на тази сложна и интересна наука, а историята на нейното откриване е обвита в легенди и митове. За всички, които са любители на науката, ще бъде интересно да разберат истината за това как Менделеев открива таблицата на периодичните елементи.

Историята на периодичната таблица: как започна всичко

Опитите за класифициране и систематизиране на известни химични елементи са правени много преди Дмитрий Менделеев. Техните системи от елементи са предложени от такива известни учени като Деберейнер, Нюландс, Майер и други. Въпреки това, поради липсата на данни за химичните елементи и техните правилни атомни маси, предложените системи не бяха напълно надеждни.

Историята на откриването на периодичната таблица започва през 1869 г., когато руски учен на среща на Руското химическо дружество разказва на колегите си за своето откритие. В предложената от учения таблица химичните елементи са подредени в зависимост от техните свойства, осигурени от стойността на тяхното молекулно тегло.

Интересна особеност на периодичната таблица е и наличието на празни клетки, които в бъдеще са пълни с открити химични елементи, предсказани от учения (германий, галий, скандий). След откриването на периодичната таблица многократно са правени допълнения и изменения в нея. Заедно с шотландския химик Уилям Рамзи, Менделеев добави към масата група инертни газове (нулева група).

В бъдеще историята на периодичната таблица на Менделеев беше пряко свързана с открития в друга наука - физиката. Работата по таблицата на периодичните елементи все още продължава, като съвременните учени добавят нови химични елементи при откриването им. Значението на периодичната система на Дмитрий Менделеев е трудно да се надценява, защото благодарение на нея:

• Систематизирани са знанията за свойствата на вече открити химични елементи;
• Стана възможно да се предскаже откриването на нови химични елементи;
• Започват да се развиват такива клонове на физиката като физиката на атома и физиката на ядрото;

Има много опции за изобразяване на химически елементи според периодичния закон, но най-известният и често срещан вариант е периодичната таблица, позната на всички.

Митове и факти за създаването на периодичната таблица

Най-често срещаното погрешно схващане в историята на откриването на периодичната таблица е, че ученият го е видял насън. Всъщност самият Дмитрий Менделеев опроверга този мит и заяви, че е мислил за периодичния закон от много години. За да систематизира химичните елементи, той изписва всеки от тях на отделна карта и многократно ги комбинира един с друг, като ги подрежда в редове в зависимост от сходните им свойства.

Митът за „пророческия“ сън на учен може да се обясни с факта, че Менделеев работи по систематизирането на химичните елементи дни наред, прекъснати от кратък сън. Само упоритата работа и естественият талант на учения обаче дадоха дългоочаквания резултат и осигуриха на Дмитрий Менделеев световна слава.

Много ученици в училище, а понякога и в университета, са принудени да запомнят или поне приблизително да се ориентират в периодичната таблица. За да направите това, човек трябва не само да има добра памет, но и да мисли логично, свързвайки елементи в отделни групи и класове. Изучаването на таблицата е най-лесно за тези хора, които постоянно поддържат мозъка си в добра форма, като тренират в BrainApps.

Семейство Менделееви живееше в къща на стръмния висок бряг на река Тобол в град Тоболск и бъдещият учен е роден тук. По това време много декабристи излежават изгнание в Тоболск: Аненков, Барятински, Волф, Кюхелбекер, Фонвизен и други... Те заразяват другите със своята смелост и труд. Те не бяха разбити от затвори, тежък труд или изгнание. Митя Менделеев видя такива хора. В общуването с тях се формира любовта му към родината, отговорността за нейното бъдеще. Семейство Менделееви е в приятелски и семейни отношения с декабристите. Д. И. Менделеев пише: „... тук живееха уважавани и уважавани декабристи: Фонвизен, Аненков, Муравьов, близки до нашето семейство, особено след като един от декабристите Николай Василиевич Басаргин се ожени за сестра ми Олга Ивановна ... семейства декабристи, в онези дни те дадоха на живота на Тоболск специален отпечатък, надариха го със светско образование. Легендата за тях все още живее в Тоболск.

На 15-годишна възраст Дмитрий Иванович завършва гимназията. Майка му Мария Дмитриевна положи много усилия младежът да продължи образованието си.

Ориз. 4. Майка на Д. И. Менделеев - Мария Дмитриевна.

Менделеев се опита да влезе в Медико-хирургичната академия в Санкт Петербург. Анатомията обаче беше извън силите на впечатляващ млад мъж, така че Менделеев трябваше да промени медицината с педагогика. През 1850 г. той постъпва в Главния педагогически институт, където някога е учил баща му. Само тук Менделеев усети вкус за учене и скоро се превърна в един от най-добрите.

На 21-годишна възраст Менделеев издържа брилянтно приемните изпити. Ученето на Дмитрий Менделеев в Санкт Петербург в Педагогическия институт в началото не беше лесно. През първата си година успява да получи незадоволителни оценки по всички предмети с изключение на математиката. Но в старшите години нещата вървяха по различен начин - средният годишен резултат на Менделеев беше четири и половина (от пет възможни).

Неговата теза за феномена изоморфизъм е призната за докторска дисертация. Талантлив ученик през 1855г. е назначен за учител в гимназия Ришельо в Одеса. Тук той подготвя втория научен труд – „Специфични томове”. Тази работа беше представена като магистърска теза. През 1857г след нейната защита Менделеев получава званието магистър по химия, става асистент в Санкт Петербургския университет, където изнася лекции по органична химия. През 1859 г. е изпратен в чужбина.

Менделеев прекарва две години в различни университети във Франция и Германия, но неговата дисертация в Хайделберг с водещите учени от онова време Бунзен и Кирхоф е най-продуктивна.

Несъмнено естеството на средата, в която той прекарва детството си, оказва голямо влияние върху живота на учения. От младостта до старостта си правеше всичко и винаги по свой начин. Започвайки от малките неща и преминавайки към големите неща. Племенницата на Дмитрий Иванович, Н. Я. Капустина-Губкина, припомня: „Той имаше любимите си ястия, измислени от него за себе си ... Винаги носеше широко платнено яке без колан по собствен дизайн ... Пушеше усукани цигари, сам ги свива...“. Той създаде образцово имение - и веднага го изостави. Той проведе забележителни експерименти върху адхезията на течности и веднага напусна тази област на науката завинаги. И какви скандали свива на властите! Още в младостта си, млад възпитаник на Педагогическия институт, той крещи на директора на катедрата, за което беше извикан при самия министър Авраам Сергеевич Нороватов. Обаче какво му е директорът на катедрата – той дори не се съобразил със синода. Когато му наложи седемгодишна покаяние по повод развода му с Феоза Никитишна, която така и не се примири с особеностите на интересите му, Дмитрий Иванович, шест години преди термина, убеди свещеника в Кронщат да се ожени за него отново. И какво струваше историята на неговия полет с балон, когато той заграби балон, принадлежащ на военното ведомство, със сила, изгонвайки генерал Кованко, опитен аеронавт, от кошницата ... Дмитрий Иванович не страдаше от скромност, напротив - „Скромността е майката на всички пороци“, твърди Менделеев.

Оригиналността на личността на Дмитрий Иванович се наблюдава не само в поведението на учения, но и в целия му външен вид. Неговата племенница Н. Я. Капустина-Губкина нарисува следния словесен портрет на учения: „Грива от дълга пухкава коса около високо бяло чело, много изразителна и много подвижна ... Ясно сини, проницателни очи ... В него, мнозина откриват прилики с Гарибалди... Когато говореше, той винаги жестикулираше. Широките, бързи, нервни движения на ръцете му винаги съответстваха на настроението му ... Тембърът на гласа му беше нисък, но звучен и разбираем, но тонът му се променяше много и често преминаваше от ниски ноти към високи, почти тенорови. Когато той говореше за това, което не му харесва, тогава се намръщи, наведе се, изпъшка, скърца...”. Любимото занимание на Менделеев от много години беше производството на куфари и рамки за портрети. Той купува консумативи за тези работи в Гостини двор.

Оригиналността на Менделеев го отличава от тълпата от младостта му ... Докато учеше в Педагогическия институт, синеокият сибирец, който нямаше и стотинка за душата си, неочаквано за господа професори, започна да проявява такава острота на ума, като ярост в работата, че остави далеч след себе си всичките си другари. Тогава той беше забелязан и обичан от истински държавен съветник, известна фигура в народното образование, учител, учен, професор по химия Александър Абрамович Воскресенски. Затова през 1867 г. Александър Абрамович препоръчва своя любим ученик, тридесет и три годишния Дмитрий Иванович Менделеев, на поста професор по обща и неорганична химия във Физико-математическия факултет на Санкт Петербургския университет. През май 1868 г. любимата дъщеря Олга се ражда на Менделееви ...

Тридесет и три е традиционната възраст на подвиг: на тридесет и три, според епоса за сълзи от печката, Иля Муромец. Но въпреки че в този смисъл животът на Дмитрий Иванович не беше изключение, самият той едва ли можеше да почувства, че в живота му се случва рязък обрат. Вместо курсовете по техническа, или органична, или аналитична химия, които преподава по-рано, той трябваше да започне да чете нов курс, обща химия.

Разбира се, набраздената по-лесно. Въпреки това, когато започна предишните си курсове, също не беше лесно. Руските придобивки или изобщо не са съществували, или са съществували, но са остарели. Химията е ново, младо нещо и в младостта всичко бързо остарява. Чуждестранните учебници, най-новите, трябваше да превеждам сам. Той превежда – „Аналитична химия” на Жерар, „Химична технология” на Вагнер. И в органичната химия и в Европа не се намери нищо достойно, макар да седнеш и да си пишеш. И написа. След два месеца, напълно нов курс, базиран на нови принципи, тридесет печатни листа. Шестдесет дни ежедневен тежък труд - дванадесет готови страници на ден. Беше в един ден - той не искаше да настрои рутината си в зависимост от такава дреболия като въртенето на земното кълбо около оста си, той не ставаше от масата в продължение на тридесет или четиридесет часа.

Дмитрий Иванович можеше не само да работи пиян, но и да спи пиян. Нервната система на Менделеев беше изключително чувствителна, чувствата му бяха изострени - почти всички мемоаристи, без да казват и дума, съобщават, че е бил необичайно лесен, постоянно избухва в плач, въпреки че по същество той беше мил човек.

Възможно е вродените черти на личността на Дмитрий Иванович да се обясняват с късната му поява в семейството - той е бил "последното дете", седемнадесетото дете. И според съвременните представи възможността за мутации в потомството се увеличава с нарастването на възрастта на родителите.

Той започна първата си лекция по обща химия, както следва:

„Всичко, което забелязваме, ясно разграничаваме като субстанция или като явление. Материята заема пространство и има тежест, докато явленията са неща, които се случват във времето. Всяко вещество проявява различни явления и няма нито един феномен, който да се осъществява без субстанция. Разнообразие от вещества и явления не могат да избягат от вниманието на всеки. Да откриеш легитимност, тоест простота и закономерност в това разнообразие, означава да изучаваш природата..."

Да откриеш легитимност, тоест простота и коректност... Веществото има тегло... Вещество... Тегло... Вещество... Тегло...

Мислеше за това през цялото време, независимо какво правеше. И какво ли не направи! Дмитрий Иванович имаше достатъчно време за всичко. Изглежда, че най-накрая получи най-добрия химически отдел в Русия, държавен апартамент, възможността да живее комфортно, без да тича наоколо за допълнителни пари - така че се съсредоточете върху основното, а всичко останало е отстрани ... етаж, на който той изучава възможността за обръщане на изчерпването на земята с помощта на химия. Един от първите в Русия.

Година и половина мина като миг, но все още нямаше истинска система в общата химия. Това не означава, че Менделеев е чел курса си съвсем случайно. Той започна с това, което е познато на всички – от вода, от въздух, от въглища, от соли. От елементите, които съдържат. От основните закони, според които веществата взаимодействат помежду си.

Тогава той говори за химическите родственици на хлора – флуор, бром, йод. Това беше последната лекция, чийто стенограм все пак успя да изпрати в печатницата, където беше напечатано второто издание на започнатата от него нова книга.

Първият брой, в джобен формат, е отпечатан през януари 1869 г. Заглавната страница гласеше: "Основи на химията Д. Менделеев" . Без предговор. Първият, вече публикуван брой, и вторият, който беше в печатницата, трябваше да бъдат, според Дмитрий Иванович, първата част на курса и още два броя - втората част.

През януари и първата половина на февруари Менделеев изнася лекции за натрий и други алкални метали, пише съответната глава от втората част. "Основи на химията" - и заседна.

През 1826 г. Йенс Якоб Берцелиус завършва изследването на 2000 вещества и на тази основа определя атомното тегло на три дузини химични елемента. Пет от тях са имали неправилни атомни тегла — натрий, калий, сребро, бор и силиций. Берцелиус сгреши, защото направи две неправилни предположения: че може да има само един метален атом в оксидна молекула и че равен обем газове съдържа равен брой атоми. Всъщност една оксидна молекула може да съдържа два или повече метални атома, а равен обем газове, според закона на Авогадро, съдържа равен брой не атоми, а молекули.

До 1858 г., когато италианецът Станислао Каникаро, след като възстанови закона на своя сънародник Авогадро, коригира атомните тегла на няколко елемента, объркването цари по въпроса за атомните тегла.

Едва през 1860 г., на химическия конгрес в Карлсруе, след разгорещен дебат, объркването е разгадано, законът на Авогадро най-накрая е възстановен в правата си и окончателно са изяснени непоклатимите основи за определяне на атомното тегло на всеки химичен елемент.

По щастливо стечение на обстоятелствата Менделеев е в командировка в чужбина през 1860 г., присъства на този конгрес и получава ясна и ясна идея, че атомното тегло сега се е превърнало в точен и надежден числов израз. Връщайки се в Русия, Менделеев започва да изучава списъка с елементи и обръща внимание на периодичността на промяната на валентността за елементи, подредени във възходящ ред на атомните тегла: валентност Х – 1, Ли – 1, Бъда – 2, Б - 3, C - 4, mg – 2, н – 2, С - 2, Ж - 1, на – 1, Ал – 3, Si - 4 и др. Въз основа на увеличаването и намаляването на валентността Менделеев разбива елементите на периоди; Първият период включваше само един водород, последван от два периода от по 7 елемента всеки, след това периоди, съдържащи повече от 7 елемента. D, I, Менделеев използваха тези данни не само за изграждане на графика, както направиха Майер и Шанкуртуа, но и за изграждане на таблица, подобна на таблицата на Нюландс. Такава периодична таблица на елементите е по-ясна и по-визуална от графика, а освен това D, I, Менделеев успяха да избегнат грешката на Нюландс, който настояваше за равенството на периодите.

« Считам конгреса на химиците в Карлсруе от 1860 г., в който участвах, за решаващ момент от моята мисъл за периодичния закон... Идеята за възможността за периодичност на свойствата на елементите с увеличаване на атомното теглото по същество вече беше вътрешно за мен тогава " , - отбеляза Д.И. Менделеев.

През 1865 г. той купува имението Боблово край Клин и получава възможността да се занимава със земеделска химия, която тогава обича, и всяко лято да почива със семейството си.

„Рожден ден“ на системата на Д. И. Менделеев обикновено се счита за 18 февруари 1869 г., когато е съставена първата версия на таблицата.

Ориз. 5. Снимка на Д. И. Менделеев в годината на откриването на периодичния закон.

Известни са 63 химични елемента. Не всички свойства на тези елементи са проучени достатъчно добре, дори атомните тегла на някои са определени неправилно или неточно. Много ли е или малко - 63 елемента? Ако си спомним, че сега знаем 109 елемента, тогава, разбира се, това не е достатъчно. Но това е напълно достатъчно, за да можете да забележите модела на промените в техните свойства. С 30 или 40 известни химични елемента едва ли би било възможно да се открие нещо. Беше необходим определен минимум отворени елементи. Ето защо откритието на Менделеев може да се характеризира като навременно.

Преди Менделеев учените също се опитват да подчинят всички известни елементи на определен ред, да ги класифицират, да ги приведат в система. Невъзможно е да се каже, че опитите им са били безполезни: те съдържат някои зрънца истина. Всички те се ограничават до обединяването на елементи, сходни по химични свойства в групи, но не намират вътрешна връзка между тези „естествени“, както казаха тогава, техните групи.

През 1849 г. видният руски химик Г. И. Хес се интересува от класификацията на елементите. В учебника Основи на чистата химия той описва четири групи неметални елементи със сходни химични свойства:

I Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

Ф О

Хес пише: „Тази класификация все още е много далеч от естествена, но все пак свързва елементи и групи, които са много сходни и с разширяването на нашата информация може да бъде подобрена.“

Неуспешни опити за изграждане на система от химични елементи на базата на техните атомни тегла са правени още преди конгреса в Карлсруе, както от британците: през 1853 г. от Гладстон, през 1857 г. от Одлинг.

Един от опитите за класификация е направен през 1862 г. от французина Александър Емил Беги дьо Шанкуртоа . Той представи системата от елементи под формата на спираловидна линия върху повърхността на цилиндъра. Всеки завой има 16 елемента. Подобни елементи бяха разположени един под друг върху образуващата на цилиндъра. Когато публикува съобщението си, ученият не го придружи с построената от него графика и никой от учените не обърна внимание на работата на дьо Шанкуртоа.

Ориз. 6. "Телуриев винт" де Шанкуртуа.

По-успешен беше немският химик Юлиус Лотар Майер. През 1864 г. той предлага таблица, в която всички известни химични елементи са разделени на шест групи, според тяхната валентност. На външен вид масата на Майер приличаше малко на тази на бъдещия Менделеев. Той счита обемите, заети от тегловните количества на елемент, числено равни на атомните им тегла. Оказа се, че всяко такова тегло на всеки елемент съдържа еднакъв брой атоми. Това означаваше, че съотношението на разглежданите обеми на различни атоми на тези елементи. Следователно, посочената характеристика на елемента се нарича атомен обем.

Графично зависимостта на атомните обеми на елементите от атомните им тегла се изразява като поредица от вълни, издигащи се в остри върхове в точки, съответстващи на алкалните метали (натрий, калий, цезий). Всяко спускане и изкачване до върха съответства на период в таблицата на елементите. Във всеки период стойностите на някои физически характеристики, в допълнение към атомния обем, също естествено първо намаляват и след това се увеличават.

Ориз. 7. Зависимост на атомните обеми от атомните маси на елементите, съгл

Л. Майер.

Водородът, елементът с най-малко атомно тегло, беше първи в списъка на елементите. По това време беше обичайно да се приема, че 101-вият период включва един елемент. Вторият и третият период на диаграмата на Майер включваха по седем елемента. Тези периоди дублират октавите на Нюландс. В следващите два периода обаче броят на елементите надхвърли седем. Така Майер показа каква е грешката на Нюландс. Законът за октавите не можеше да се спазва стриктно за целия списък от елементи, последните периоди трябваше да бъдат по-дълги от първите.

След 1860 г. друг английски химик, Джон Александър Рейна Нюландс, прави първия опит от този вид. Една след друга той съставя таблици, в които се опитва да преведе идеята си. Последната таблица е от 1865 г. Ученият вярвал, че всичко в света е подчинено на обща хармония. И в химията, и в музиката трябва да е същото. Подредени във възходящ ред, атомните тегла на елементите са разделени на октави в него - на осем вертикални реда, по седем елемента. Всъщност много химически свързани елементи се оказаха в една и съща хоризонтална линия: в първата - халогени, във втората - алкални метали и т.н. Но, за съжаление, много непознати също попаднаха в редиците и това развали цялата картина. Сред халогените например имаше кобалт с никел и три платиноида. В линията на алкалоземите - ванадий и олово. Семейството на въглерода включва волфрам и живак. За да комбинира по някакъв начин свързани елементи, Нюландс трябваше да наруши подреждането на елементите по реда на атомните тегла в осем случая. Освен това, за да се направят осем групи от седем елемента, са необходими 56 елемента, а 62 бяха известни, а на някои места той постави два елемента наведнъж на мястото на един елемент. Оказа се пълна каша. Когато Нюландс съобщи за своето "Законът на октавите" на среща на Лондонското химическо дружество един от присъстващите саркастично отбеляза: почтеният оратор опита ли се да подреди елементите просто по азбучен ред и да открие някаква закономерност?

Всички тези класификации не съдържаха основното: те не отразяваха общия, фундаментален модел на промени в свойствата на елементите. Те създадоха само привидност на ред в своя свят.

Предшествениците на Менделеев, които по различни причини забелязаха частни прояви на голямата закономерност в света на химичните елементи, не можаха да се издигнат до голямото обобщение и да осъзнаят съществуването на фундаментален закон в света. Менделеев не знаеше много за опитите на своите предшественици да подредят химичните елементи по реда на увеличаване на атомните им маси и за инцидентите, възникнали в този случай. Например, той няма почти никаква информация за работата на Шанкуртоа, Нюландс и Майер.

За разлика от Нюландс, Менделеев счита за основното не толкова атомните тегла, колкото химическите свойства, химическата индивидуалност. Той мислеше за това през цялото време. Вещество… Тегло… Вещество… Тегло… Не взеха решения.

И тогава Дмитрий Иванович изпадна в ожесточени времеви проблеми. И се оказа доста зле: не че беше „сега или никога“, но или днес, или делото отново беше отложено за няколко седмици.

Отдавна той даде обещание в Свободното икономическо дружество през февруари да отиде в провинция Твер, да инспектира местните сирене и да изложи вижданията си за поставянето на този въпрос по модерен начин. За пътуването вече е поискано разрешение от университетските власти. А "удостоверението за отпуск" - тогавашното удостоверение за пътуване - вече беше коригирано. И последната прощална бележка на секретаря на Свободното икономическо дружество Ходнев получи. И не оставаше нищо друго освен да тръгнем на уреченото пътуване. Влакът, с който той трябваше да пътува за Твер, потегли от гара Москва на 17 февруари вечерта.

„Сутрин, още в леглото, той неизменно пиеше чаша топло мляко... Ставайки и измивайки се, той веднага отиде в кабинета си и изпи една или две, понякога три големи, под формата на халба, чаша силен, не много сладък чай” (от мемоарите на неговата племенница Н.Я. Капустина-Губкина).

Следа от чаша, запазена на обратната страна на бележката на Ходнев от 17 февруари, показва, че тя е получена рано сутринта, преди закуска, вероятно донесена от пратеник. А това от своя страна показва, че мисълта за система от елементи не е напускала Дмитрий Иванович нито денем, нито нощем: до отпечатъка на чаша листът пази видими следи от невидим мисловен процес, довел до велико научно откритие. В историята на науката това е най-редкият случай, ако не и единственият.

Съдейки по веществените доказателства, се случи така. След като довърши чашата си и я постави на първото попаднало място - върху писмото на Ходнев, той веднага грабна химикала си и на първото попаднало листче хартия, на същото писмо на Ходнев, записа мисълта, която мина в главата му . На листа се появиха един под друг символите на хлор и калий... После натрий и бор, после литий, барий, водород... Писалката се лута, както и мисълта. Накрая той взе нормална осма чиста хартия - този лист също оцеля - и скицира върху него, един под друг, в низходящ ред, редове със символи и атомни тегла: отгоре алкални земни елементи, под тях халогени, под тях кислород група, под нея азот, под нея група въглерод и т.н. С просто око беше очевидно колко близки са разликите в атомните тегла между елементите от съседни рангове. Тогава Менделеев не можеше да знае, че "неопределената зона" между очевидното неметалиИ металисъдържа елементи - благородни газове, чието откриване в бъдеще значително ще модифицира периодичната таблица.

Той бързаше, така че от време на време правеше грешки, правеше печатни грешки. Сярата приписва атомното тегло 36, вместо 32. Като ги извадим 65 (атомното тегло на цинка) 39 (атомното тегло на калия), получихме 27. Но не става дума за малките неща! Той беше понесен от висока вълна на интуицията.

Той вярваше в интуицията. Той го използваше съвсем съзнателно в различни ситуации от живота. Анна Ивановна, съпругата на Менделеев, пише: Ако той

трябваше да се реши някакъв труден, важен житейски въпрос, той бързо, бързо, с леката си походка влезе, каза какво има и ме помоли да кажа мнението си по първото впечатление. „Просто не мислете, просто не мислете“, повтори той. Говорих и това беше решението."

Нищо обаче не проработи. Надрасканият лист отново се превърна в ребус. И времето минаваше, вечерта трябваше да отидем на гарата. Основното нещо, което вече чувстваше, усещаше. Но това чувство трябваше да получи ясна логическа форма. Човек може да си представи как в отчаяние или ярост той се втурна из офиса, оглеждайки всичко, което имаше в него, търсейки начин бързо да сгъне системата. Накрая той грабна купчина карти, отвори на дясната страница - където имаше списък с прости тела - неговите "Основи" и започна да прави безпрецедентно тесте карти. След като направи тесте химически карти, той започна да играе безпрецедентна игра на пасианс. Пасиансът явно е питан! Първите шест реда се наредиха без скандали. Но след това всичко започна да се разплита.

Отново и отново Дмитрий Иванович се хващаше за химикалката си и с устремния си почерк очертаваше колони от числа върху листа. И отново, в недоумение, той се отказа от това занимание и започна да усуква цигара и да я пухка, така че главата му беше напълно мътна. Най-после очите му започнаха да увисват, той се хвърли на дивана и заспа дълбоко. Това не беше ново за него. Този път не спя дълго — може би няколко часа, може би няколко минути. Няма точна информация за това. Той се събуди от факта, че е видял своя пасианс насън, и то не във вида, в който го е оставил на бюрото, а в друг, по-хармоничен и логичен. И тогава той скочи на крака и започна да очертава нова таблица върху лист хартия.

Първата му разлика от предишната версия беше, че елементите вече бяха подредени не в низходящ ред, а във възходящ ред на атомните тегла. Второто е, че празните пространства вътре в таблицата са били запълнени с въпросителни знаци и атомни тегла.

Ориз. 8. Чернова скица, съставена от Д. И. Менделеев по време на откриването на периодичния закон (в хода на разгръщането на „химическия пасианс“). 17 февруари (1 март) 1869г.

Дълго време историята на Дмитрий Иванович, че е видял масата си насън, се третира като анекдот. Намирането на нещо рационално в сънищата се смяташе за суеверие. В наши дни науката вече не поставя сляпа бариера между процесите, протичащи в съзнанието и подсъзнанието. И той не вижда нищо свръхестествено във факта, че картина, която не се е оформила в процеса на съзнателно обмисляне, е издадена в завършен вид в резултат на несъзнателен процес.

Менделеев, убеден в съществуването на обективен закон, на който се подчиняват всички елементи на различни свойства, пое по коренно различен път.

Като спонтанен материалист, той търси нещо материално като характеристика на елементите, отразяваща цялото разнообразие от техните свойства, като взема атомното тегло на елементите като такава характеристика, Менделеев сравнява групите, известни по това време по атомното тегло на техните членове.

Като напишете халогенната група (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) под групата на алкалния метал (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) и поставите под тях други групи от подобни елементи (във възходящ ред на атомните им тегла), Менделеев установява, че членовете на тези природни групи образуват общ правилен ред от елементи; в същото време химичните свойства на елементите, които съставляват такава серия, периодично се повтарят. Като постави всички познати по това време 63 елемента в сбора "периодична система" Менделеев открива, че установените по-рано природни групи органично са влезли в тази система, загубили предишното си изкуствено разединение. По-късно Менделеев формулира открития от него периодичен закон, както следва: Свойствата на простите тела, както и формите и свойствата на съединенията на елементите, са в периодична зависимост от стойностите на атомните тегла на елементите.

Първата версия на таблицата на химичните елементи, която изразява периодичния закон, е публикувана от Менделеев под формата на отделен лист, наречен "Опитът на система от елементи, базирани на тяхното атомно тегло и химическо сходство" и изпрати тази листовка през март 1869 г. много руски и чуждестранни химици.

Ориз. 9. "Изживяване на система от елементи, базирана на тяхното тегло и химическо сходство."

Първата таблица все още е много несъвършена, тя е далеч от съвременната форма на периодичната система. Но тази таблица се оказа първата графична илюстрация на закономерността, открита от Менделеев: „Елементите, подредени според атомното им тегло, представляват ясна периодичност на свойствата“ („Връзка на свойствата с атомното тегло на елементите“ от Менделеев). Тази статия е резултат от разсъжденията на учения в хода на работата върху „Опитът на системата ...“. Докладът за откритата от Менделеев връзка между свойствата на елементите и техните атомни тегла е направен на 6 (18) март 1869 г. на заседание на Руското химическо дружество. Менделеев не присъства на тази среща. Вместо отсъстващия автор докладът беше прочетен от химика Н. А. Меншуткин. В протокола на Руското химическо дружество се появи суха бележка за срещата на 6 март: „Н. Меншуткин докладва от името на Д. Менделеев „опитът на система от елементи, основана на тяхното атомно тегло и химическо сходство“. При отсъствието на Д. Менделеев обсъждането на този въпрос се отлага за следващото заседание.” Речта на Н. Меншуткин е публикувана в „Журнал на Руското химическо общество“ („Връзка на свойствата с атомното тегло на елементите“). През лятото на 1871 г. Менделеев обобщава многобройните си изследвания, свързани с установяването на периодичния закон в неговата работа "Периодична законност за химичните елементи" . В класическия труд „Основи на химията“, който премина през 8 издания на руски и няколко издания на чужди езици приживе на Менделеев, Менделеев за първи път излага неорганичната химия въз основа на периодичния закон.

При конструирането на периодичната система от елементи Менделеев преодолява големи трудности, тъй като много елементи все още не са открити, а от 63-те известни по това време елемента, атомните тегла са неправилно определени за девет. Създавайки таблицата, Менделеев коригира атомното тегло на берилия, като постави берилия не в една и съща група с алуминия, както обикновено правят химиците, а в същата група с магнезий. През 1870-71 г. Менделеев променя стойностите на атомните тегла на индий, уран, торий, церий и други елементи, ръководейки се от техните свойства и определеното място в периодичната система. Въз основа на периодичния закон той постави телур пред йода и кобалт пред никел, така че телурът ще попадне в същата колона с елементи, чиято валентност е 2, а йодът ще попадне в същата колона с елементи, чиято валентност е 1 , въпреки че атомните тегла на тези елементи изискваха обратното местоположение.

Менделеев вижда три обстоятелства, които според него са допринесли за откриването на периодичния закон:

Първо, атомните тегла на повечето химични елементи бяха повече или по-малко точно определени;

На второ място, се появи ясна концепция за групи от елементи, сходни по химични свойства (естествени групи);

На трето място, до 1869 г. е била изследвана химията на много редки елементи, без познаване на които би било трудно да се стигне до някакво обобщение.

И накрая, решаващата стъпка към откриването на закона е, че Менделеев сравнява всички елементи един с друг според големината на атомните тегла. Предшествениците на Менделеев сравняват елементи, които са подобни един на друг. Тоест елементи от природни групи. Тези групи се оказаха несвързани. Менделеев логично ги комбинира в структурата на своята таблица.

Въпреки това, дори след огромната и внимателна работа на химиците да коригират атомните тегла, на четири места от Периодичната таблица елементите "нарушават" строгия ред на подреждане във възходящите атомни тегла. Това са двойки елементи:

18 Ar(39,948) – 19 K (39,098); 27 Co(58.933) – 28 Ni(58.69);

52 Te(127.60) – 53 I(126.904) 90 Th(232.038) – 91 Pa(231.0359).

По времето на Д. И. Менделеев такива отклонения се смятаха за недостатъци на Периодичната система. Теорията за структурата на атома постави всичко на мястото си: елементите са подредени съвсем правилно - в съответствие с зарядите на техните ядра. Как тогава да обясним, че атомното тегло на аргона е по-голямо от атомното тегло на калия?

Атомното тегло на всеки елемент е равно на средното атомно тегло на всички негови изотопи, като се вземе предвид тяхното изобилие в природата. Случайно атомното тегло на аргона се определя от най-"тежкия" изотоп (в природата се среща в по-големи количества). Калият, напротив, е доминиран от неговия "по-лек" изотоп (тоест изотоп с по-нисък масов номер).

Менделеев описва хода на творческия процес, който е откриването на периодичния закон, както следва: „...неволно възниква идеята, че трябва да има връзка между масата и химичните свойства. И тъй като масата на материята, макар и не абсолютна, а само относителна, е необходимо да се търси функционално съответствие между отделните свойства на елементите и техните атомни тегла. Да търсиш нещо, дори гъби или някаква зависимост, е невъзможно по друг начин, освен като търсиш и опитваш. Така че започнах да избирам, записвайки на отделни карти елементи с техните атомни тегла и фундаментални свойства, подобни елементи и близки атомни тегла, което бързо доведе до заключението, че свойствата на елементите са в периодична зависимост от атомното им тегло, освен това съмнение много неясноти, нито за минута не се съмнявах в общостта на направения извод, тъй като беше невъзможно да се допусне злополука.

Основното значение и новост на периодичния закон беше следното:

1. Установена е връзка между елементи, НЕ ПОДОБНИ по свойствата си. Тази връзка се състои във факта, че свойствата на елементите се променят плавно и приблизително еднакво с увеличаване на атомното им тегло, а след това тези промени ПЕРИОДИЧНО ПОВТОРЯТ.

2. В случаите, когато изглеждаше, че липсва някаква връзка в последователността от промени в свойствата на елементите, периодичната таблица предвиждаше пропуски, които трябваше да бъдат запълнени с все още неоткрити елементи.

Ориз. 10. Първите пет периода от периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Инертните газове все още не са открити, така че не са показани в таблицата. Други 4 елемента, неизвестни към момента на създаване на таблицата, са маркирани с въпросителни. Свойствата на три от тях са предсказани от Д. И. Менделеев с висока точност (част от Периодичната система от времето на Д. И. Менделеев в по-позната за нас форма).

Принципът, използван от Д. И. Менделеев за предсказване на свойствата на все още неизвестни елементи, е показан на фигура 11.

Въз основа на закона за периодичността и практически прилагайки закона на диалектиката за прехода на количествените промени в качествени, Менделеев посочва още през 1869 г. съществуването на четири елемента, които все още не са били открити. За първи път в историята на химията беше предсказано съществуването на нови елементи и дори техните атомни тегла бяха определени грубо. В края на 1870г. Менделеев, въз основа на своята система, описва свойствата на все още неоткрития елемент от група III, наричайки го "екаалуминий". Ученият също така предположи, че новият елемент ще бъде открит с помощта на спектрален анализ. Всъщност през 1875 г. френският химик P.E. Lecoq de Boisbaudran, изучавайки цинковата смес със спектроскоп, открива в нея Менделеев екаалуминий. Точното съвпадение на предполагаемите свойства на елемента с експериментално определените е първият триумф и блестящо потвърждение на предсказуемата сила на периодичния закон. Описанията на свойствата на "екаалуминия", предсказани от Менделеев, и свойствата на галия, открит от Боабодран, са дадени в таблица 1.

Предсказано от Д. И. Менделеев

Инсталиран от Lecoq de Boisbaudran (1875)

Екаалуминий Ea Атомно тегло около 68 Просто тяло, трябва да е слабо топимо Плътност близка до 5,9 Атомен обем 11.5 Не трябва да се окислява във въздуха Водата трябва да се разложи в гореща топлина Съставни формули: ЕаСl3, Еа2О3, Еа2(SO4)3 Трябва да образува Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O стипца, но по-трудно от алуминия Ea2O3 оксидът трябва лесно да се редуцира и да даде метал по-летлив от алуминия и следователно може да се очаква, че EaCl3 ще бъде открит чрез спектрален анализ - летлив.

Атомно тегло около 69,72 Точката на топене на чистия галий е 30 градуса по Целзий. Плътността на твърдия галий е 5,904, а на течния галий е 6,095 Атомен обем 11.7 Слабо окислява само при горещи до червено температури Разлага водата при висока температура Формули на съединения: GaCl3, Ga2O3, Ga2(SO4)3 Образува стипца NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Галият се редуцира от оксид чрез калциниране в поток от водород; открит с помощта на спектрален анализ Точка на кипене GaCl3 215-220 градуса С

През 1879г шведският химик Л. Нилсън открива елемента скандий, който напълно отговаря на описания от Менделеев екабор; през 1886 г. немският химик К. Винклер открива елемента германий, който отговаря на ексасилиция; през 1898 г. френските химици Пиер Кюри и Мария Склодовска Кюри откриват полония и радия. Менделеев смята Винклер, Лекок дьо Боабодран и Нилсон за „укрепители на периодичния закон“.

Прогнозите, направени от Менделеев, също бяха оправдани: открит е тримарган – настоящият рений, дицезий – франций и т.н.

След това на учени от цял ​​свят стана ясно, че Периодичната таблица на Д. И. Менделеев не само систематизира елементите, но е графичен израз на основния закон на природата - Периодичния закон.

Този закон има предсказваща сила. Той позволи да се проведе целенасочено търсене на нови, все още неоткрити елементи. Атомните тегла на много елементи, определени по-рано недостатъчно точно, бяха подложени на проверка и прецизиране именно защото техните погрешни стойности бяха в противоречие с периодичния закон.

По едно време Д. И. Менделеев отбеляза с огорчение: „... не знаем причините за периодичността“. Той не успя да доживее, за да разреши тази мистерия.

Един от важните аргументи в полза на сложната структура на атомите е откриването на периодичния закон на Д. И. Менделеев:

Свойствата на простите вещества, както и свойствата и формите на съединенията, са в периодична зависимост от атомните маси на химичните елементи.

Когато беше доказано, че порядковият номер на елемент в системата е числено равен на заряда на ядрото на неговия атом, физическата същност на периодичния закон стана ясна.

Но защо свойствата на химичните елементи се променят периодично с увеличаване на заряда на ядрото? Защо системата от елементи е изградена по този начин, а не по друг начин и защо нейните периоди съдържат строго определен брой елементи? Нямаше отговори на тези важни въпроси.

Логическите разсъждения предвиждат, че ако има връзка между химическите елементи, състоящи се от атоми, тогава атомите имат нещо общо и следователно трябва да имат сложна структура.

Тайната на периодичната система от елементи беше напълно разкрита, когато беше възможно да се разбере най-сложната структура на атома, структурата на външните му електронни обвивки, законите за движение на електроните около положително заредено ядро, в което почти цялото масата на атома е концентрирана.

Всички химични и физични свойства на материята се определят от структурата на атомите. Откритият от Менделеев периодичен закон е универсален закон на природата, защото се основава на закона за структурата на атома.

Основателят на съвременната теория за атома е английският физик Ръдърфорд, който убедителни експерименти показват, че почти цялата маса и положително заредената материя на атома е концентрирана в малка част от обема му. Той нарече тази част от атома ядро. Положителният заряд на ядрото се компенсира от въртящите се около него електрони. В този модел на атома електроните приличат на планетите на Слънчевата система, в резултат на което тя е наречена планетарна. По-късно Ръдърфорд успява да използва експериментални данни за изчисляване на зарядите на ядрата. Те се оказаха равни на поредните номера на елементите в таблицата на Д. И. Менделеев. След работата на Ръдърфорд и неговите ученици, периодичният закон на Менделеев получи по-ясен смисъл и малко по-различна формулировка:

Свойствата на простите вещества, както и свойствата и формите на комбинацията от елементи, са в периодична зависимост от заряда на ядрото на атомите на елементите.

Така поредният номер на химичен елемент в периодичната система получи физическо значение.

През 1913 г. Г. Мозли изучава рентгеновото излъчване на редица химични елементи в лабораторията на Ръдърфорд. За тази цел той проектира анода на рентгенова тръба от материали, състоящи се от определени елементи. Оказа се, че дължините на вълната на характерното рентгеново лъчение се увеличават с увеличаване на серийния номер на елементите, които съставляват катода. G. Moseley изведе уравнение, свързващо дължината на вълната и серийния номер Z:

Този математически израз сега се нарича закон на Мозли. Тя дава възможност да се определи серийният номер на изследвания елемент от измерената дължина на вълната на рентгеновите лъчи.

Най-простото атомно ядро ​​е ядрото на водородния атом. Зарядът му е равен и противоположен по знак на заряда на електрона, а масата му е най-малката от всички ядра. Ядрото на водородния атом е признато за елементарна частица и през 1920 г. Ръдърфорд му дава името протон . Масата на протона е приблизително една атомна единица за маса.

Въпреки това, масата на всички атоми, с изключение на водорода, числено надвишава зарядите на ядрата на атомите. Ръдърфорд вече предположи, че освен протоните, ядрата трябва да съдържат и някои неутрални частици с определена маса. Тези частици са открити през 1932 г. от Боте и Бекер. Чадуик установи тяхната природа и назова неутрони . Неутронът е незаредена частица с маса, почти равна на масата на протон, тоест също 1 AU. Яжте.

През 1932 г. съветският учен Д. Д. Иваненко и немският физик Хайзенберг независимо разработват протонно-неутронната теория на ядрото, според която ядрата на атомите се състоят от протони и неутрони.

Разгледайте структурата на атом на някакъв елемент, например натрий, от гледна точка на протонно-неутронната теория. Серийният номер на натрия в периодичната система е 11, масовото число е 23. В съответствие с серийния номер зарядът на ядрото на натриевия атом е + 11. Следователно в натриевия атом има 11 електрона, сумата от зарядите е равна на положителния заряд на ядрото. Ако натриевият атом загуби един електрон, тогава положителният заряд ще бъде един повече от сумата от отрицателните заряди на електроните (10), а натриевият атом ще се превърне в йон със заряд 1+. Зарядът на ядрото на атома е равен на сумата от зарядите на 11 протона в ядрото, чиято маса е 11 a. e. m. Тъй като масовото число на натрия е 23 am. e.m., тогава разликата 23 - 11 \u003d 12 определя броя на неутроните в натриевия атом.

Протоните и неутроните се наричат нуклони . Ядрото на натриевия атом се състои от 23 нуклона, от които 11 са протони и 12 са неутрони. Общият брой на нуклоните в ядрото е изписан в горния ляв ъгъл на обозначението на елемента, а броят на протоните в долния ляв ъгъл, например Na.

Всички атоми на даден елемент имат еднакъв ядрен заряд, тоест еднакъв брой протони в ядрото. Броят на неутроните в ядрата на атомите на елементите може да бъде различен. Атоми, които имат еднакъв брой протони и различен брой неутрони в ядрата си, се наричат изотопи .

Наричат ​​се атоми на различни елементи, чието ядро ​​съдържа еднакъв брой нуклони изобари .

Установяването на реална връзка между структурата на атома и структурата на периодичната система науката дължи преди всичко на великия датски физик Нилс Бор. Той е и първият, който обяснява истинските принципи на периодичната промяна в свойствата на елементите. Бор започна, като направи модела на Ръдърфорд за атома жизнеспособен.

Планетарният модел на атома на Ръдърфорд отразява очевидната истина, че основната част от атома се съдържа в пренебрежимо малка част от обема – атомното ядро, а електроните са разпределени в останалата част от обема на атома. Въпреки това, естеството на движението на електрон в орбита около ядрото на атома противоречи на теорията за движението на електрическите заряди на електродинамиката.

Първо, според законите на електродинамиката, електрон, въртящ се около ядрото, трябва да падне върху ядрото в резултат на загуба на енергия за радиация. Второ, когато се приближават до ядрото, дължините на вълната, излъчвани от електрона, трябва непрекъснато да се променят, образувайки непрекъснат спектър. Атомите обаче не изчезват, което означава, че електроните не падат върху ядрото, а радиационният спектър на атомите не е непрекъснат.

Ако металът се нагрее до температурата на изпаряване, тогава неговите пари ще започнат да светят, а парите на всеки метал има свой собствен цвят. Излъчването на метална пара, разложена от призма, образува спектър, състоящ се от отделни светещи линии. Такъв спектър се нарича линеен спектър. Всяка линия от спектъра се характеризира с определена честота на електромагнитно излъчване.

През 1905 г. Айнщайн, обяснявайки феномена на фотоелектричния ефект, предполага, че светлината се разпространява под формата на фотони или енергийни кванти, които имат много определено значение за всеки тип атом.

През 1913 г. Бор въвежда квантово представяне в планетарния модел на Ръдърфорд на атома и обяснява произхода на линейните спектри на атомите. Неговата теория за структурата на водородния атом се основава на два постулата.

Първи постулат:

Електронът се върти около ядрото, без да излъчва енергия, по строго определени стационарни орбити, които отговарят на квантовата теория.

Във всяка от тези орбити електронът има определена енергия. Колкото по-далеч от ядрото е разположена орбитата, толкова повече енергия има електронът, разположен върху нея.

Движението на обект около центъра в класическата механика се определя от ъгловия импулс m´v´r, където m е масата на движещия се обект, v е скоростта на обекта, r е радиусът на окръжността. Според квантовата механика енергията на този обект може да има само определени стойности. Бор вярвал, че ъгловият импулс на електрон във водороден атом може да бъде равен само на цял брой кванти на действие. Очевидно това съотношение е предположението на Бор, по-късно е изведено математически от френския физик дьо Бройл.

Така математическият израз на първия постулат на Бор е равенството:

(1)

В съответствие с уравнение (1), минималният радиус на електронната орбита и следователно минималната потенциална енергия на електрона съответства на стойността на n, равна на единица. Състоянието на водородния атом, което съответства на стойността n=1, се нарича нормално или основно. Водороден атом, чийто електрон е във всяка друга орбита, съответстваща на стойностите n=2, 3, 4, ¼, се нарича възбуден.

Уравнение (1) съдържа скоростта на електрона и радиуса на орбитата като неизвестни. Ако направим друго уравнение, което ще включва v и r, тогава можем да изчислим стойностите на тези важни характеристики на електрона във водородния атом. Такова уравнение се получава, като се вземе предвид равенството на центробежните и центростремителните сили, действащи в системата "ядро на водороден атом - електрон".

Центробежната сила е. Центростремителната сила, която определя привличането на електрон към ядрото, според закона на Кулон е . Като вземем предвид равенството на зарядите на електрона и ядрото във водородния атом, можем да запишем:

(2)

Решавайки системата от уравнения (1) и (2) по отношение на v и r, намираме:

(3)

Уравнения (3) и (4) позволяват да се изчислят орбиталните радиуси и скоростите на електроните за всяка стойност на n. При n=1 радиусът на първата орбита на водородния атом, радиусът на Бор, е равен на 0,053 nm. Скоростта на електрона в тази орбита е 2200 km/s. уравнения (3) и (4) показват, че радиусите на електронните орбити на водородния атом са свързани един с друг като квадратите на естествените числа и скоростта на електрона намалява с увеличаване на n.

Втори постулат:

Когато се движи от една орбита в друга, електронът поглъща или излъчва определен квант енергия.

Когато един атом се възбужда, т.е. когато електрон се движи от орбита, най-близка до ядрото, към по-далечна, енергиен квант се абсорбира и, обратно, когато електрон се движи от далечна орбита към близка, квантовата енергия е излъчен E 2 - E 1 = hv. След намиране на радиусите на орбитите и енергията на електрона върху тях, Бор изчислява енергията на фотоните и съответните им линии в линейния спектър на водорода, което отговаря на експерименталните данни.

Числото n, което определя размера на радиусите на квантовите орбити, скоростта на движение на електроните и тяхната енергия, се нарича главно квантово число .

Зомерфелд допълнително подобрява теорията на Бор. Той предложи, че в един атом може да има не само кръгови, но и елиптични орбити на електрони и въз основа на това той обясни произхода на фината структура на водородния спектър.

Ориз. 12. Електрон в атом на Бор описва не само кръгови, но и елиптични орбити. Ето как изглеждат те за различни стойности лв П =2, 3, 4.

Въпреки това, теорията на Бор-Зомерфелд за структурата на атома комбинира класически и квантовомеханични концепции и по този начин е изградена върху противоречия. Основните недостатъци на теорията на Бор-Зомерфелд са, както следва:

1. Теорията не е в състояние да обясни всички детайли на спектралните характеристики на атомите.

2. Това не дава възможност да се изчисли количествено химичната връзка дори в такава проста молекула като водородната молекула.

Но основната позиция беше твърдо установена: запълването на електронни обвивки в атомите на химичните елементи става, започвайки от третия, М - черупките не са последователни, постепенно до пълен капацитет (т.е. както беше с ДА СЕ- И Л - черупки), но стъпаловидно. С други думи, изграждането на електронните обвивки временно се прекъсва поради факта, че електроните се появяват в атоми, които принадлежат на други обвивки.

Тези букви са обозначени, както следва: н , л , м л , Госпожица – и на езика на атомната физика се наричат ​​квантови числа. Исторически те са били въведени постепенно, а появата им е свързана до голяма степен с изследването на атомните спектри.

Така се оказва, че състоянието на всеки електрон в атом може да бъде записано в специален код, който е комбинация от четири квантови числа. Това не са просто някои абстрактни величини, използвани за записване на електронни състояния. Напротив, всички те имат истинско физическо съдържание.

номер П се включва във формулата за капацитета на електронната обвивка (2 П 2), тоест даденото квантово число П съответства на номера на електронната обвивка; с други думи, това число определя дали един електрон принадлежи към дадена електронна обвивка.

номер П приема само целочислени стойности: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,... съответстващи съответно на черупките: K, L, M, N, O, P, Q.

Дотолкова доколкото П е включена във формулата за енергията на електрона, тогава казват, че основното квантово число определя общата енергия на електрона в атом.

Друга буква от нашата азбука - орбиталното (странично) квантово число - се обозначава като л . Той беше въведен, за да се подчертае нееквивалентността на всички електрони, принадлежащи към дадена обвивка.

Всяка обвивка е разделена на определени подчерупки и техният брой е равен на броя на черупката. т.е. K-shell ( П =1) се състои от една подчерупка; L-черупка ( П =2) - от две; М-черупка ( П =3) - от три подчерупки ...

И всяка подчерупка на тази обвивка се характеризира с определена стойност л . Орбиталното квантово число също приема цели числа, но започвайки от нула, т.е. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ... По този начин, л винаги по-малко П . Лесно е да се разбере, че кога П =1 л =0; в н =2 л =0 и 1; в н = 3 л = 0, 1 и 2 и т.н. Число л , така да се каже, има геометричен образ. В крайна сметка орбитите на електроните, принадлежащи към една или друга обвивка, могат да бъдат не само кръгови, но и елиптични.

различни значения л и характеризират различни типове орбити.

Физиците обичат традициите и предпочитат стари буквени обозначения, за да обозначават електронните подчерупки. с ( л =0), стр ( л =1), д ( л =2), е ( л =3). Това са първите букви на немските думи, характеризиращи характеристиките на поредицата от спектрални линии, дължащи се на електронни преходи: остър, главен, дифузен, фундаментален.

Сега можете накратко да запишете кои електронни подобвивки се съдържат в електронните обвивки (Таблица 2).

За да разберете колко електрона могат да задържат различните електронни подчерупки, помогнете да определите третото и четвъртото квантово число - m l и m s, които се наричат ​​магнитни и спинови.

Магнитно квантово число m лтясно свързани с л и определя, от една страна, посоката на разположение на тези орбити в пространството, а от друга, техния брой, възможен за дадена л . От някои закони на атомната теория следва, че за дадена л квантово число m л, отнема 2 л +1 целочислени стойности: от - л до + л , включително нула. Например, за л =3 това е последователността m л имаме: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, тоест общо седем стойности.

Защо м лнаречена магнитна? Всеки електрон, въртящ се в орбита около ядрото, е по същество един завой на намотката, през който протича електрически ток. Има магнитно поле, така че всяка орбита в атома може да се разглежда като плосък магнитен лист. Когато се открие външно магнитно поле, всяка електронна орбита ще взаимодейства с това поле и ще има тенденция да заема определена позиция в атома.

Броят на електроните във всяка орбита се определя от стойността на спиновото квантово число m s .

Поведението на атомите в силни нееднородни магнитни полета показва, че всеки електрон в атома се държи като магнит. И това показва, че електронът се върти около собствената си ос, като планета в орбита. Това свойство на електрона се нарича "спин" (в превод от английски - да се върти). Ротационното движение на електрона е постоянно и непроменено. Въртенето на електрона е напълно необичайно: не може да бъде забавено, ускорено или спряно. То е същото за всички електрони в света.

Но въпреки че спинът е общо свойство на всички електрони, той е и причината за разликата между електроните в атома.

Два електрона, въртящи се в една и съща орбита около ядрото, имат еднакъв спин по големина и въпреки това те могат да се различават в посоката на собственото си въртене. В този случай знакът на ъгловия момент и знакът на спина се променят.

Квантовото изчисление води до две възможни стойности на спиновите квантови числа, присъщи на електрон в орбита: s=+ и s= - . Не може да има други ценности. Следователно в един атом само един или два електрона могат да се въртят във всяка орбита. Не може да има повече.

Всяка електронна подобвивка може да побере 2(2 л + 1) - електрони, а именно (таблица 3):

Оттук чрез просто добавяне се получават капацитетите на последователни черупки.

Простотата на основния закон, до която беше сведена първоначалната безкрайна сложност на структурата на атома, е удивителна. Цялото причудливо поведение на електроните във външната му обвивка, което управлява всичките му свойства, може да бъде изразено с изключителна простота: В един атом няма и не може да има два еднакви електрона.Този закон е известен в науката като принципа на Паули (на името на швейцарския физик-теоретик).

Знаейки общия брой електрони в атома, който е равен на серийния му номер в системата на Менделеев, можете да "изградите" атом: можете да изчислите структурата на външната му електронна обвивка - да определите колко електрона има в него и какво вид, че са в него.

Докато растете З подобни типове електронни конфигурации на атоми периодично се повтарят.Всъщност това също е формулировка на периодичния закон, но във връзка с процеса на разпределение на електроните върху обвивки и подобвивки.

Познавайки закона за структурата на атома, сега можете да изградите периодична система и да обясните защо е построена по този начин. Необходимо е само едно малко терминологично уточнение: онези елементи, в чиито атоми възниква изграждането на s-, p-, d-, f-подчерупки, обикновено се наричат ​​съответно s-, p-, d-, f-елементи.

Обичайно е формулата на атома да се пише в тази форма: основното квантово число е съответното число, вторичното квантово число е буквата, броят на електроните е отбелязан в горния десен ъгъл.

Първият период съдържа 1 s-елементи - водород и хелий. Схематично представяне на първия период е както следва: 1 s 2 . Вторият период може да бъде представен по следния начин: 2 s 2 2 p 6 , т.е. включва елементи, в които са запълнени 2 s-, 2 p-подчерупки. И третият (в него са вградени 3 s-, 3p-подчерупки): 3 s 2 3p 6 . Очевидно подобни видове електронни конфигурации се повтарят.

В началото на 4-ти период има два 4 s-елемента, т.е. запълването на N-черупката започва по-рано, отколкото е завършено изграждането на M-черупката. Той съдържа още 10 свободни места, които се попълват в следващите десет елемента (3 d-елемента). Запълването на М-обвивката приключи, пълненето на N-обвивката продължава (с шест 4 p-електрона). Следователно структурата на 4-ия период е следната: 4 s 2 3 d 10 4 p 6 . Петият период се попълва по същия начин:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

В шестия период има 32 елемента. Схематичното му представяне е както следва: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6 .

И накрая, следващият, 7-ми период: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6 . Трябва да се има предвид, че все още не са известни всички елементи от 7-ми период.

Такова стъпаловидно пълнене на черупки е строга физическа закономерност. Оказва се, че вместо да заемат нивата на 3 d подобвивка, е по-изгодно за електроните (от енергийна гледна точка) първо да заселят нивата на 4 s подобвивка. Именно тези енергийни "люлки" "по-изгодно - по-неизгодно" и обясняват ситуацията, че в химичните елементи пълненето на електронните черупки става в первази.

В средата на 20-те години. Френският физик Л. дьо Бройл изрази смела идея: всички материални частици (включително електроните) имат не само материални, но и вълнови свойства. Скоро беше възможно да се покаже, че електроните, подобно на светлинните вълни, също могат да заобикалят препятствия.

Тъй като електронът е вълна, неговото движение в атом може да се опише с помощта на вълновото уравнение. Такова уравнение е изведено през 1926 г. от австрийския физик Е. Шрьодингер. Математиците го наричат ​​​​диференциално уравнение с частни части от втори ред. За физиците това е основното уравнение на квантовата механика.

Ето как изглежда това уравнение:

+++ y=0

където ме масата на електрона; r – разстоянието на електрона от ядрото; д е зарядът на електрона; Ее общата енергия на електрона, която е равна на сумата от кинетичната и потенциалната енергия; Зе поредният номер на атома (за водороден атом е равен на 1); з- "квант на действие"; х , г , z – електронни координати; y - вълнова функция (абстрактна абстрактна величина, характеризираща степента на вероятност).

Степента на вероятност електрон да се намира на определено място в пространството около ядрото. Ако y = 1, следователно, електронът наистина трябва да е точно на това място; ако y = 0, тогава там изобщо няма електрон.

Концепцията за вероятността за намиране на електрон е централна за квантовата механика. А стойността на y (psi)-функцията (по-точно квадратът на нейната стойност) изразява вероятността електрон да бъде в една или друга точка от пространството.

В квантовомеханичния атом няма определени електронни орбити, които са толкова ясно очертани в модела на Бор на атома. Електронът е сякаш размазан в пространството под формата на облак. Но плътността на този облак е различна: както се казва, къде е плътен и къде е празен. По-високата плътност на облака съответства на по-висока вероятност за намиране на електрон.

От абстрактния квантово-механичен модел на атома може да се премине към визуалния и видим модел на атома на Бор. За да направите това, трябва да решите уравнението на Шрьодингер. Оказва се, че вълновата функция е свързана с три различни величини, които могат да приемат само цели числа. Освен това последователността на промените в тези количества е такава, че те не могат да бъдат нищо друго освен квантови числа. Основен, орбитален и магнитен. Но те бяха въведени специално за обозначаване на спектрите на различни атоми. След това те много органично мигрираха към модела на Бор на атома. Такава е научната логика - дори най-строгият скептик няма да я подкопае.

Всичко това означава, че решението на уравнението на Шрьодингер в крайна сметка води до извеждане на последователността на запълване на електронните обвивки и подобвивки на атомите. Това е основното предимство на квантовомеханичния атом пред атома на Бор. А познатите на планетарния атом понятия могат да бъдат ревизирани от гледна точка на квантовата механика. Можем да кажем, че орбитата е определен набор от вероятни позиции на даден електрон в атом. Той съответства на определена вълнова функция. Вместо термина „орбита“ в съвременната атомна физика и химия се използва терминът „орбитала“.

И така, уравнението на Шрьодингер е като магическа пръчка, която елиминира всички недостатъци, съдържащи се във формалната теория на периодичната система. Превръща "официално" в "действително".

В действителност това далеч не е така. Тъй като уравнението има точно решение само за водородния атом, най-простия от атомите. За хелиевия атом и следващите е невъзможно да се реши точно уравнението на Шрьодингер, тъй като се добавят силите на взаимодействие между електроните. А отчитането на тяхното влияние върху крайния резултат е математически проблем с невъобразима сложност. Тя е недостъпна за човешките способности; само високоскоростните електронни компютри, извършващи стотици хиляди операции в секунда, могат да се сравнят с него. И дори тогава само при условие, че програмата за изчисления е разработена с множество опростявания и приближения.

За 40 години списъкът с известни химични елементи се е увеличил с 19. И всичките 19 елемента са синтезирани, приготвени изкуствено.

Синтезът на елементи може да се разбира като получаване от елемент с по-нисък ядрен заряд, по-нисък атомен номер на елемент с по-висок атомен номер. И процесът на получаване се нарича ядрена реакция. Неговото уравнение се записва по същия начин като уравнението на обикновена химична реакция. Реагентите са отляво, продуктите са отдясно. Реагентите в ядрена реакция са целта и бомбардиращата частица.

Почти всеки елемент от периодичната система (в свободна форма или под формата на химично съединение) може да служи като мишена.

Ролята на бомбардиращи частици играят а-частици, неутрони, протони, деутрони (ядра на тежкия изотоп на водорода), както и така наречените многозаредени тежки йони на различни елементи - бор, въглерод, азот, кислород, неон, аргон и други елементи на периодичната система.

За да се случи ядрена реакция, бомбардиращата частица трябва да се сблъска с ядрото на целевия атом. Ако частицата има достатъчно висока енергия, тогава тя може да проникне толкова дълбоко в ядрото, че да се слее с него. Тъй като всички изброени по-горе частици, с изключение на неутрона, носят положителни заряди, тогава, сливайки се с ядрото, те увеличават неговия заряд. А промяната на стойността на Z означава трансформация на елементи: синтез на елемент с нова стойност на ядрения заряд.

За да се намери начин за ускоряване на бомбардиращите частици, за да им се даде висока енергия, достатъчна за сливането им с ядрата, е изобретен и конструиран специален ускорител на частици, циклотрон. След това построиха специална фабрика от нови елементи – ядрен ректор. Неговата пряка цел е да генерира ядрена енергия. Но тъй като в него винаги има интензивни неутронни потоци, те са лесни за използване за целите на изкуствения синтез. Неутронът няма заряд и следователно не е необходимо (и невъзможно) да се ускорява. Напротив, бавните неутрони се оказват по-полезни от бързите.

Химиците трябваше да си натоварят мозъците и да покажат истински чудеса на изобретателността, за да разработят начини за отделяне на незначителни количества нови елементи от целевото вещество. Да се ​​научим да изучаваме свойствата на новите елементи, когато са налични само няколко от техните атоми...

С работата на стотици и хиляди учени, 19 нови клетки бяха попълнени в периодичната система. Четири са в старите му граници: между водород и уран. Петнадесет - за уран. Ето как се случи всичко...

4 места в периодичната система останаха празни дълго време: клетки с No 43, 61, 85 и 87.

Тези 4 елемента бяха неуловими. Усилията на учените, насочени към тяхното търсене в природата, остават неуспешни. С помощта на периодичния закон всички останали места в периодичната таблица бяха запълнени отдавна – от водород до уран.

Повече от веднъж в научни списания имаше съобщения за откриването на тези четири елемента. Но всички тези открития не бяха потвърдени: всеки път точна проверка показваше, че е допусната грешка и случайни незначителни примеси се объркаха за нов елемент.

Дългото и трудно търсене накрая доведе до откриването в природата на един от неуловимите елементи. Оказа се, че екацезий № 87 се появява във веригата на разпад на естествения радиоактивен изотоп уран-235. това е краткотраен радиоактивен елемент.

Ориз. 13. Схема на образуване на елемент No 87 - Франция. Някои радиоактивни изотопи могат да се разпаднат по два начина, например чрез a- и b-разпад. Това явление се нарича радиоактивна вилка. Всички естествени радиоактивни семейства съдържат вилици.

Елемент 87 заслужава да бъде разказан по-подробно. Сега в енциклопедиите по химия четем: франциумът (пореден номер 87) е открит през 1939 г. от френския учен Маргерит Перей.

Как Перей успя да улови неуловимия елемент? През 1914 г. трима австрийски радиохимици - S. Meyer, W. Hess и F. Panet - започват да изследват радиоактивния разпад на изотопа на актиниевия с масово число 227. Известно е, че той принадлежи към семейството на актиноураните и излъчва b- частици; следователно неговият продукт на разпад е торий. Учените обаче имаха смътни подозрения, че актиний-227 в редки случаи също излъчва а-частици. С други думи, тук се наблюдава един от примерите за радиоактивна вилица. В хода на такава трансформация трябва да се образува изотоп на елемент 87. Майер и колегите му всъщност наблюдават а-частици. Необходими са допълнителни проучвания, но те са прекъснати от Първата световна война.

Маргьорит Перей тръгна по същия път. Но тя имаше на разположение по-чувствителни инструменти, нови, подобрени методи за анализ. така че тя беше успешна.

Франциумът е един от изкуствено синтезираните елементи. Но все пак елементът е открит за първи път в природата. Той е изотоп на франций-223. Неговият полуживот е само 22 минути. Става ясно защо на Земята има толкова малко Франция. Първо, поради своята крехкост, той няма време да се концентрира в забележими количества, и второ, самият процес на неговото образуване се характеризира с ниска вероятност: само 1,2% от ядрата на актиний-227 се разпадат с излъчването на a- частици.

В тази връзка франциумът е по-изгодно да се приготви изкуствено. Вече са получени 20 изотопа на франций, а най-дълго живеещият от тях - франций-223. работейки с много малки количества франциеви соли, химиците успяха да докажат, че свойствата му са изключително подобни на цезия.

Изучавайки свойствата на атомните ядра, физиците стигнаха до заключението, че елементите с атомни номера 43, 61, 85 и 87 не могат да имат стабилни изотопи. Те могат да бъдат само радиоактивни, с кратък полуживот и трябва бързо да изчезнат. Следователно всички тези елементи са създадени от човека изкуствено. Пътищата за създаване на нови елементи бяха посочени от периодичния закон. Елемент 43 е първият изкуствено създаден.

Трябва да има 43 положителни заряда в ядрото на елемент 43 и 43 електрона трябва да се въртят около ядрото. Празното пространство за елемент 43, което е в средата на петия период, има манган в четвъртия период и рений в шестия. Следователно химичните свойства на елемент 43 трябва да са подобни на тези на мангана и рения. Отляво на клетка 43 е молибден #42, вдясно е рутений #44. Следователно, за да се създаде елемент 43, е необходимо да се увеличи броят на зарядите в ядрото на атом, който има 42 заряда, с още един елементарен заряд. Следователно, за синтеза на нов елемент 43, молибденът трябва да се вземе като изходна суровина. Най-лекият елемент, водородът, има един положителен заряд. Така че можем да очакваме, че елемент 43 може да бъде получен в резултат на ядрена реакция между молибден и протон.

Ориз. 14. Схема за синтез на елемент No 43 - технеций.

Свойствата на елемент 43 трябва да са подобни на тези на манган и рений и за да се открие и докаже образуването на този елемент, трябва да се използват химични реакции, подобни на тези, чрез които химиците определят наличието на малки количества манган и рений.

Ето как периодичната система дава възможност да се начертае пътя за създаване на изкуствени елементи.

По абсолютно същия начин през 1937 г. е създаден първият изкуствен химичен елемент. Той получава значимото име технеций - първият елемент, произведен с технически, изкуствени средства. Така е синтезиран технеций. Плочата от молибден беше подложена на интензивно бомбардиране от ядра на тежкия изотоп на водорода - деутерий, които бяха разпръснати в циклотрона с голяма скорост.

Тежките водородни ядра, получили много висока енергия, проникнаха в ядрата на молибдена. След облъчване в циклотрона, молибденовата пластмаса се разтваря в киселина. От разтвора се изолира незначително количество ново радиоактивно вещество, като се използват същите реакции, които са необходими за аналитичното определяне на манган (аналогично на елемент 43). Това беше нов елемент - технеций. Те отговарят точно на позицията на елемента в периодичната таблица.

Сега технеций стана доста достъпен: той се образува в доста големи количества в ядрени реактори. Технеций е добре проучен и вече се използва на практика.

Методът, по който е създаден елемент 61, е много подобен на метода, по който се получава технеций. Елемент 61 е изолиран едва през 1945 г. от фрагментиращи елементи, образувани в ядрен реактор в резултат на деленето на уран.

Ориз. 15. Схема за синтез на елемент No 61 - прометий.

Елементът получи символичното име "прометий". Това име не му е дадено по проста причина. Той символизира драматичния път на науката, която краде енергията на ядреното делене от природата и овладява тази енергия (според легендата, титанът Прометей открадна огън от небето и го даде на хората; за това той беше окован с вериги към скала и огромен орел измъчваше го всеки ден), но също така предупреждава хората от ужасна военна опасност.

Прометий сега се произвежда в значителни количества: използва се в атомни батерии - източници на постоянен ток, които могат да работят без прекъсване в продължение на много години.

По подобен начин е синтезиран и най-тежкият халоген, екайод, елемент 85. За първи път е получен чрез бомбардиране на бисмут (No 83) с хелиеви ядра (No 2), ускорени в циклотрон до високи енергии. Новият елемент е наречен астат (нестабилен). Той е радиоактивен и бързо изчезва. Оказа се, че неговите химични свойства също отговарят точно на периодичния закон. Той е подобен на йода.

Ориз. 16. Схема за синтез на елемент No 85 - астат.

Трансурановите елементи са изкуствено синтезирани химични елементи, които се намират в периодичната система след урана. Колко още от тях ще бъдат синтезирани в бъдеще, докато никой не може да отговори със сигурност.

Уранът беше последният в естествената поредица от химически елементи за дълги 70 години.

И през цялото това време учените, разбира се, се притесняваха от въпроса: съществуват ли в природата елементи, по-тежки от урана? Дмитрий Иванович вярваше, че ако трансурановите елементи някога могат да бъдат открити в недрата на земята, тогава техният брой трябва да бъде ограничен. След откриването на радиоактивността, отсъствието на такива елементи в природата се обяснява с факта, че техният полуживот е кратък и всички те са се разложили, превърнали се в по-леки елементи, много отдавна, в най-ранните етапи от еволюцията на нашия планета. Но уранът, който се оказа радиоактивен, имаше толкова дълъг живот, че оцеля до нашето време. Защо, поне за най-близките трансурани, природата не може да освободи толкова щедро време за съществуване? Имаше много съобщения за откриване на предполагаемо нови елементи в системата - между водород и уран, но почти никога в научни списания не пишеха за откриването на трансурани. Учените само спореха каква е причината за прекъсването на периодичната система на урана.

Само ядреният синтез даде възможност да се установят интересни обстоятелства, за които дори не можеше да се подозира преди.

Първите изследвания върху синтеза на нови химични елементи бяха насочени към изкуственото производство на трансурани. За първия изкуствен трансуранов елемент се заговори три години преди появата на технеций. Стимулиращото събитие беше откриването на неутрона. елементарна частица, лишена от заряд, имаше огромна проникваща сила, можеше да достигне до атомното ядро, без да срещне никакви препятствия, и да предизвика трансформации на различни елементи. Неутроните започнаха да стрелят по цели от различни вещества. Пионерът на изследванията в тази област става изключителният италиански физик Е. Ферми.

Уранът, облъчен с неутрони, показва неизвестна активност с кратък период на полуразпад. Уран-238, поглъщайки неутрон, се превръща в неизвестен изотоп на елемента уран-239, който е b-радиоактивен и трябва да се превърне в изотоп на елемент с пореден номер 93. Подобно заключение направиха Е. Ферми и негови колеги.

Всъщност бяха необходими много усилия, за да се докаже, че неизвестната активност наистина съответства на първия трансуранов елемент. Химичните операции доведоха до заключението: новият елемент е подобен по своите свойства на мангана, тоест принадлежи към VII b-подгрупа. Този аргумент се оказа впечатляващ: по това време (през 30-те години) почти всички химици вярваха, че ако съществуват трансуранови елементи, тогава поне първият от тях ще бъде подобен д-елементи от предишни периоди. Това беше грешка, която несъмнено повлия на хода на историята на откриването на елементи, по-тежки от урана.

С една дума, през 1934 г. Е. Ферми уверено обявява синтеза не само на елемент 93, на който дава името "аузоний", но и на неговия десен съсед в периодичната таблица - "хесперий" (No 94). Последният беше продукт на b-разпад на аузоний:

Имаше учени, които "дърпаха" тази верига още повече. Сред тях: немски изследователи О. Хан, Л. Майтнер и Ф. Щрасман. През 1937 г. те вече говорят, сякаш за нещо истинско, за елемент № 97:

Но нито един от новите елементи не беше получен в забележими количества, не беше изолиран в свободна форма. Техният синтез се оценяваше по различни косвени признаци.

В крайна сметка се оказа, че всички тези ефимерни вещества, взети за трансуранови елементи, всъщност са елементи, принадлежащи... към средата на периодичната система, тоест изкуствени радиоактивни изотопи на отдавна известни химични елементи. Това става ясно, когато О. Хан и Ф. Щрасман правят на 22 декември 1938 г. едно от най-големите открития на 20-ти век. - откриването на деленето на уран под действието на бавни неутрони. Учените са установили неопровержимо, че облъченият с неутрони уран съдържа изотопи на барий и лантан. Те биха могли да се образуват само при предположението, че неутроните сякаш разграждат урановите ядра на няколко по-малки фрагмента.

Механизмът на разделяне е обяснен от Л. Майтнер и О. Фриш. Така нареченият капков модел на ядрото вече е съществувал: атомното ядро ​​е оприличено на капка течност. Ако на капката се даде достатъчно енергия, ако тя е възбудена, тогава тя може да бъде разделена на по-малки капки. По същия начин ядрото, доведено във възбудено състояние от неутрон, е способно да се разпадне, да се раздели на по-малки части - ядрата на атомите на по-леките елементи.

През 1940 г. съветските учени Г. Н. Флеров и К. А. Петржак доказаха, че деленето на урана може да се случи спонтанно. Така беше открит нов вид радиоактивни трансформации, случващи се в природата, спонтанното делене на урана. Това беше изключително важно откритие.

Погрешно е обаче изследванията върху трансураните през 30-те години на миналия век да се обявяват за погрешни.

Уранът има два основни естествени изотопа: уран-238 (значително преобладаващ) и уран-235. Вторият се разделя основно под действието на бавни неутрони, докато първият, поглъщайки неутрон, се превръща само в по-тежък изотоп - уран-239, като това поглъщане е толкова по-интензивно, колкото по-бързи са бомбардиращите неутрони. Следователно, при първите опити за синтезиране на трансурани, ефектът от забавяне на неутроните доведе до факта, че при „обстрелване“ на цел, изработена от естествен уран, съдържаща и , преобладава процесът на делене.

Но уран-238, който абсорбира неутрона, трябваше да доведе до веригата на образуване на трансуранови елементи. Беше необходимо да се намери надежден начин за улавяне на атомите на елемент 93 в най-сложната бъркотия от фрагменти на делене. Сравнително по-малки по маса, тези фрагменти в процеса на бомбардиране на уран би трябвало да отлетят на големи разстояния (да имат по-дълъг път) от много масивните атоми на елемент 93.

Тези съображения се основават на американския физик Е. Макмилан, който е работил в Калифорнийския университет, като основа за своите експерименти. През пролетта на 1939 г. той започва внимателно да изучава разпределението на фрагментите на делене на уран по дължината на участъците. Той успя да отдели малка част от фрагменти с незначителна дължина на пътя. Именно в тази част той открива следи от радиоактивно вещество с период на полуразпад от 2,3 дни и висок интензитет на радиация. Такава активност не се наблюдава в други фрагментни фракции. Макмилан успя да докаже, че това вещество X е продукт на разпад на изотопа уран-239:

Химикът Ф. Ейбълсън се включва в работата. Оказа се, че радиоактивно вещество с период на полуразпад от 2,3 дни може да бъде химически отделено от урана и тория и няма нищо общо с рения. Така се срина предположението, че елемент 93 трябва да е прераждане.

Успешният синтез на нептуний (новият елемент е кръстен на планета от Слънчевата система) е обявен от американското списание Physical Review в началото на 1940 г. Така започва ерата на синтеза на трансуранови елементи, която се оказва много важно за по-нататъшното развитие на теорията за периодичността на Менделеев.

Ориз. 17. Схема за синтез на елемент No 93 - нептуний.

Дори периодите на най-дълго живеещите изотопи на трансуранови елементи, като правило, са значително по-ниски от възрастта на Земята и следователно съществуването им в природата сега е практически изключено. Така причината за прекъсването на естествената поредица от химични елементи върху урана, елемент 92, е ясна.

Нептуният беше последван от плутоний. Той е синтезиран чрез ядрена реакция:

зимата 1940-1941 г от американския учен Г. Сиборг и сътрудници (впоследствие в лабораторията на Г. Сиборг са синтезирани още няколко нови трансуранови елемента). Но най-важният изотоп на плутония се оказа с период на полуразпад от 24 360 години. Освен това плутоний-239 под действието на бавни неутрони се разделя много по-интензивно, отколкото

Ориз. 18. Схема за синтез на елемент No 94 - плутоний.

През 40-те години. са синтезирани още три елемента, по-тежки от урана: америций (в чест на Америка), кюрий (в чест на М. и П. Кюри) и беркелий (в чест на Бъркли в Калифорния). Целта в ядрените реактори беше плутоний-239, бомбардиран от неутрони и a-частици, и америций (облъчването му доведе до синтеза на беркелий):

.

50-те години започва със синтеза на калифорний (№ 98). Получава се, когато дългоживеещият изотоп куриум-242 е натрупан в значителни количества и от него се прави мишена. ядрена реакция: доведе до синтеза на новия елемент 98.

За да се премине към елементи 99 и 100, трябваше да се внимава за натрупване на тегловни количества беркелий и калифорний. Бомбардирането на направени от тях цели с a-частици дава основание за синтезиране на нови елементи. Но периодите на полуразпад (часове и минути) на синтезираните изотопи на елементите 97 и 98 бяха твърде кратки и това се оказа пречка за тяхното натрупване в необходимите количества. Предложен е и друг начин: продължително облъчване на плутоний с интензивен неутронен поток. Но би трябвало да се чакат резултатите в продължение на много години (за да се получи един от изотопите на беркелия в чист вид, плутониевата мишена е била облъчвана цели 6 години!). Имаше само един начин да се намали значително времето за синтез: рязко да се увеличи мощността на неутронния лъч. В лабораториите това не беше възможно.

На помощ дойде термоядрен взрив. На 1 ноември 1952 г. американците взривяват термоядрено устройство на атола Ениветок в Тихия океан. На мястото на взрива са събрани няколкостотин килограма пръст, изследвани са проби. В резултат на това беше възможно да се открият изотопи на елементи 99 и 100, наречени съответно einsteinium (в чест на A. Einstein) и fermium (в чест на E. Fermi).

Неутронният поток, образуван по време на експлозията, се оказва много мощен, така че ядрата на уран-238 са в състояние да абсорбират голям брой неутрони за много кратък период от време. Тези свръхтежки изотопи на урана, в резултат на вериги от последователни разпада, се превърнаха в изотопи на айнщайний и фермий (Фигура 19).

Ориз. 19. Схема за синтез на елементи No 99 - айнщайн и No 100 - фермий.

Менделеев нарече химичен елемент № 101, синтезиран от американски физици, ръководени от Г. Сиборг през 1955 г. Авторите на синтеза назоваха новия елемент „в знак на признание за заслугите на великия руски химик, който пръв използва периодичната система да се предскажат свойствата на неоткрити химични елементи." Учените успяха да натрупат достатъчно айнщайний, за да приготвят мишена от него (количеството айнщайний беше измерено в милиард атома); облъчвайки го с a-частици, беше възможно да се изчисли за синтеза на ядрата на елемент 101 (Фигура 20):

Ориз. 20. Схема за синтез на елемент No 101 - менделеевий.

Времето на полуразпад на получения изотоп се оказа много по-дълъг, отколкото теоретиците смятаха. И въпреки че няколко атома менделеев бяха получени в резултат на синтез, се оказа, че е възможно да се изследват химичните им свойства по същите методи, които са били използвани за предишни трансурани.

Достойна оценка на периодичния закон дава Уилям Размай, който твърди, че периодичният закон е истински компас за изследователите.

Изминаха доста години след неговата смърт и системата на Менделеев се превърна в най-важното звено в познанията ни за света, в който живеем, за еволюцията на материята във Вселената, след като Менделеев в неговите научни открития и особено при откриването на периодичния закон всъщност прилага диалектическия метод за познаване на природните явления, във връзка с което е високо оценен от Фридрих Енгелс, който, оценявайки периодичния закон, отбелязва, че ученият дори несъзнателно прилага закона на Хегел върху преход на количеството в качество, той все пак постига научен подвиг.

Невъзможно е да се изучава химия освен въз основа на този вездесъщ закон. Колко нелепо би изглеждал един учебник по химия без периодичната таблица! Трябва да разберете как са свързани различните елементи и защо са толкова свързани. Само тогава периодичната система ще се окаже най-богатото хранилище на информация за свойствата на елементите и техните съединения, такова хранилище, с което малко може да се сравни.

Един опитен химик, само като погледне мястото, заето от който и да е елемент в системата, може да каже много за него: даден елемент е метал или неметал; дали образува или не съединения с водород - хидриди; какви оксиди са характерни за този елемент; какви валентности може да покаже при навлизане в химични съединения; кои съединения на този елемент ще бъдат стабилни и кои, напротив, ще бъдат крехки; от кои съединения и по какъв начин е най-удобно и най-изгодно да се получи този елемент в свободна форма. И ако един химик е в състояние да извлече цялата тази информация от периодичната система, това означава, че той я е усвоил добре.

Периодичната система е основата за получаване на нови материали и вещества с нови, необичайни, предварително определени свойства, такива, които са непознати на природата. Сега те се създават в голям брой. Той също така се превърна в водеща нишка за синтеза на полупроводникови материали. Учените на много примери са открили, че съединенията на елементите, които заемат определени места в периодичната таблица (главно в нейните III-V групи) имат или трябва да имат най-добрите полупроводникови свойства.

Невъзможно е да се постави задачата за получаване на нови сплави, пренебрегвайки периодичната система. В крайна сметка структурата и свойствата на сплавите се определят от позицията на металите в таблицата. В момента са известни хиляди различни сплави.

Може би във всеки клон на съвременната химия може да се забележи отражение на периодичния закон. Но не само химиците прекланят глави пред неговото величие. В трудния и увлекателен бизнес по синтезиране на нови елементи е невъзможно без периодичния закон. В звездите се извършва гигантски естествен процес на синтез на химични елементи. Учените наричат ​​този процес нуклеосинтеза.

Засега учените нямат представа по какви начини, в резултат на кои последователни ядрени реакции, са се образували познатите ни химически елементи. Има много хипотези за нуклеосинтеза, но все още няма пълна теория. Но можем да кажем с увереност, че дори най-плахите предположения за начините на произход на елементите биха били невъзможни без да се вземе предвид последователното подреждане на елементите в периодичната система. Закономерностите на ядрената периодичност, структурата и свойствата на атомните ядра са в основата на различни реакции на нуклеосинтеза.

Ще отнеме много време, за да се изброят онези области на човешкото познание и практика, където Великият закон и системата от елементи играят важна роля. И наистина, ние дори не си представяме пълния мащаб на теорията за периодичността на Менделеев. Много пъти все още ще мига пред учените с неочаквани аспекти.

Менделеев несъмнено е един от най-големите химици в света. Въпреки че са минали повече от сто години от неговия закон, никой не знае кога ще бъде напълно разбрано цялото съдържание на известната периодична таблица.

Ориз. 21. Снимка Дмитрий Иванович Менделеев.

Ориз. 22. Руското химическо дружество с председател

1. Петрянов И. В., Трифонов Д. Н. „Великият закон”

Москва, Педагогика, 1984

2. Кедров Б. М. „Прогнозите на Д. И. Менделеев в атомистиката”

Москва, Атомиздат, 1977 г

3. Агафошин Н. П. "Периодичен закон и периодичната система от елементи на Д. И. Менделеев", Москва, "Просвещение", 1973 г.

4. „Д. И. Менделеев в мемоарите на съвременниците "Москва," Атомиздат ", 1973 г.

5. Волков В. А. Биографичен справочник "Изключителни химици на света" Москва, "Висше училище", 1991 г.

6. Боголюбова Л. Н. "Биографии на велики химици" Москва, "Просвещение", 1997 г.

7. Иванова Л. Ф., Егорова Е. Н. настолна енциклопедия "Всичко за всичко" Москва, "Мнемозина", 2001 г.

8. Summ L. B. детска енциклопедия „Аз познавам света. Химия" Москва, "Олимп", 1998 г