Menemukan Tabel Periodik Unsur. Hukum periodik unsur kimia Dmitry Ivanovich Mendeleev

pengantar

Hukum periodik dan sistem periodik unsur kimia D. I. Mendeleev adalah dasar kimia modern. Mereka mengacu pada keteraturan ilmiah yang mencerminkan fenomena yang benar-benar ada di alam, dan karena itu tidak akan pernah kehilangan signifikansinya.

Hukum periodik dan penemuan-penemuan yang dibuat atas dasar di berbagai bidang ilmu pengetahuan alam dan teknologi adalah kemenangan terbesar dari pikiran manusia, bukti penetrasi yang lebih dalam ke rahasia alam yang paling rahasia, transformasi alam yang sukses untuk kepentingan manusia. .

"Jarang terjadi bahwa penemuan ilmiah adalah sesuatu yang benar-benar tidak terduga, hampir selalu diantisipasi, tetapi generasi berikutnya, yang menggunakan jawaban yang terbukti untuk semua pertanyaan, sering kali merasa sulit untuk menilai kesulitan apa yang merugikan pendahulu mereka." DI. Mendeleev.

Tujuan: Untuk mengkarakterisasi konsep sistem periodik dan hukum periodik unsur, hukum periodik dan pembenarannya, untuk mengkarakterisasi struktur sistem periodik: subkelompok, periode dan golongan. Untuk mempelajari sejarah penemuan hukum periodik dan sistem periodik unsur.

Tugas: Mempertimbangkan sejarah penemuan hukum periodik dan sistem periodik. Menjelaskan hukum periodik dan sistem periodik. Menganalisis hukum periodik dan alasannya. Struktur sistem periodik: subgrup, periode, dan grup.

Sejarah penemuan hukum periodik dan sistem periodik unsur kimia

Penegasan teori atom-molekul pada pergantian abad ke-19-19 disertai dengan pertumbuhan pesat dalam jumlah unsur kimia yang diketahui. Pada dekade pertama abad ke-19 saja, 14 elemen baru ditemukan. Pemegang rekor di antara para penemunya adalah ahli kimia Inggris Humphry Davy, yang dalam satu tahun memperoleh 6 zat sederhana baru (natrium, kalium, magnesium, kalsium, barium, strontium) menggunakan elektrolisis. Dan pada tahun 1830, jumlah elemen yang diketahui mencapai 55.

Keberadaan sejumlah elemen seperti itu, heterogen dalam sifat-sifatnya, membingungkan ahli kimia dan membutuhkan pemesanan dan sistematisasi elemen. Banyak ilmuwan telah mencari pola dalam daftar elemen dan telah membuat beberapa kemajuan. Ada tiga karya paling signifikan yang menantang prioritas penemuan hukum periodik oleh D.I. Mendeleev.

Pada tahun 1860, Kongres Kimia Internasional pertama berlangsung, setelah itu menjadi jelas bahwa karakteristik utama suatu unsur kimia adalah berat atomnya. Ilmuwan Perancis B. de Chancourtua pada tahun 1862 untuk pertama kalinya mengatur unsur-unsur dalam urutan berat atom dan menempatkan mereka dalam spiral di sekitar silinder. Setiap putaran spiral mengandung 16 elemen, elemen serupa, sebagai aturan, jatuh ke kolom vertikal, meskipun perbedaan yang signifikan dicatat. Karya de Chancourtois tidak diperhatikan, tetapi idenya untuk mengurutkan unsur-unsur dalam urutan berat atom terbukti berhasil.

Dan dua tahun kemudian, dipandu oleh ide ini, ahli kimia Inggris John Newlands menempatkan unsur-unsur dalam bentuk tabel dan memperhatikan bahwa sifat-sifat unsur berulang secara berkala setiap tujuh angka. Misalnya, klorin memiliki sifat yang mirip dengan fluor, kalium mirip dengan natrium, selenium mirip dengan belerang, dll. Newlands menyebut pola ini sebagai "hukum oktaf", praktis mendahului konsep periode. Tetapi Newlands bersikeras bahwa panjang periode (sama dengan tujuh) tidak berubah, sehingga tabelnya tidak hanya berisi pola reguler, tetapi juga pasangan acak (kobalt - klorin, besi - belerang dan karbon - merkuri).

Tetapi ilmuwan Jerman Lothar Meyer pada tahun 1870 memplot ketergantungan volume atom unsur pada berat atomnya dan menemukan ketergantungan periodik yang berbeda, dan panjang periode tidak sesuai dengan hukum oktaf dan merupakan variabel.

Semua karya ini memiliki banyak kesamaan. De Chancourtois, Newlands dan Meyer menemukan manifestasi periodisitas dari perubahan sifat-sifat unsur tergantung pada berat atomnya. Tetapi mereka tidak dapat membuat sistem periodik terpadu dari semua elemen, karena banyak elemen tidak menemukan tempatnya dalam pola yang mereka temukan. Para ilmuwan ini juga gagal untuk menarik kesimpulan serius dari pengamatan mereka, meskipun mereka merasa bahwa banyak hubungan antara berat atom unsur adalah manifestasi dari beberapa hukum umum.

Hukum umum ini ditemukan oleh ahli kimia besar Rusia Dmitri Ivanovich Mendeleev pada tahun 1869. Mendeleev merumuskan hukum periodik dalam bentuk ketentuan utama sebagai berikut:

1. Unsur-unsur yang disusun berdasarkan berat atom mewakili periodisitas sifat yang berbeda.

2. Kita harus mengharapkan penemuan lebih banyak benda sederhana yang tidak diketahui, misalnya, unsur-unsur yang mirip dengan Al dan Si dengan berat atom 65 - 75.

3. Nilai berat atom suatu unsur terkadang dapat dikoreksi dengan mengetahui analoginya.

Beberapa analogi diungkapkan oleh besarnya berat atom mereka. Posisi pertama diketahui bahkan sebelum Mendeleev, tetapi dialah yang memberinya karakter hukum universal, memprediksi atas dasarnya keberadaan elemen yang belum ditemukan, mengubah berat atom sejumlah elemen dan mengatur beberapa elemen dalam tabel. bertentangan dengan berat atomnya, tetapi sepenuhnya sesuai dengan sifat-sifatnya (terutama valensi). Ketentuan yang tersisa hanya ditemukan oleh Mendeleev dan merupakan konsekuensi logis dari hukum periodik

Kebenaran konsekuensi ini dikonfirmasi oleh banyak eksperimen selama dua dekade berikutnya dan memungkinkan untuk berbicara tentang hukum periodik sebagai hukum alam yang ketat.

Dengan menggunakan ketentuan ini, Mendeleev menyusun versinya tentang tabel periodik unsur. Draf pertama tabel elemen muncul pada 17 Februari (1 Maret, menurut gaya baru), 1869.

Dan pada tanggal 6 Maret 1869, Profesor Menshutkin membuat pengumuman resmi tentang penemuan Mendeleev pada pertemuan Masyarakat Kimia Rusia.

Pengakuan berikut dimasukkan ke dalam mulut ilmuwan: Saya melihat meja dalam mimpi, di mana semua elemen diatur sesuai kebutuhan. Saya bangun, segera menuliskannya di selembar kertas - hanya di satu tempat kemudian berubah menjadi amandemen yang diperlukan. Betapa sederhananya semuanya dalam legenda! Pengembangan dan koreksi memakan waktu lebih dari 30 tahun kehidupan ilmuwan.

Proses penemuan hukum periodik bersifat instruktif, dan Mendeleev sendiri membicarakannya sebagai berikut: “Gagasan tanpa sadar muncul bahwa harus ada hubungan antara massa dan sifat kimia. Dan karena massa suatu zat, meskipun tidak mutlak, tetapi hanya relatif, akhirnya dinyatakan dalam bentuk berat atom, maka perlu untuk mencari korespondensi fungsional antara sifat individu unsur dan berat atomnya. Tidak mungkin mencari apa pun, setidaknya jamur atau semacam kecanduan, kecuali dengan melihat dan mencoba. Jadi saya mulai memilih, menulis di kartu terpisah elemen dengan berat atom dan sifat dasarnya, elemen serupa dan berat atom dekat, yang dengan cepat mengarah pada kesimpulan bahwa sifat-sifat unsur secara periodik bergantung pada berat atomnya, apalagi meragukan banyak ambiguitas, saya tidak meragukan sedikit pun keumuman kesimpulan yang ditarik, karena tidak mungkin mengakui kecelakaan.

Dalam tabel periodik pertama, semua unsur hingga dan termasuk kalsium adalah sama seperti dalam tabel modern, kecuali gas mulia. Hal ini terlihat dari penggalan halaman dari artikel D.I. Mendeleev, berisi sistem periodik unsur.

Berdasarkan prinsip kenaikan berat atom, unsur berikutnya setelah kalsium seharusnya adalah vanadium (A = 51), kromium (A = 52) dan titanium (A = 52). Tetapi Mendeleev memberi tanda tanya setelah kalsium, dan kemudian menempatkan titanium, mengubah berat atomnya dari 52 menjadi 50. Berat atom A = 45, yang merupakan rata-rata aritmatika antara berat atom kalsium dan titanium, ditetapkan ke elemen yang tidak diketahui. , ditandai dengan tanda tanya. Kemudian, antara seng dan arsenik, Mendeleev meninggalkan ruang untuk dua elemen yang belum ditemukan sekaligus. Selain itu, ia menempatkan telurium di depan yodium, meskipun yang terakhir memiliki berat atom yang lebih rendah. Dengan susunan unsur-unsur seperti itu, semua baris horizontal dalam tabel hanya berisi unsur-unsur yang serupa, dan periodisitas perubahan sifat-sifat unsur dimanifestasikan dengan jelas.

Dalam dua tahun berikutnya, Mendeleev secara signifikan meningkatkan sistem elemen. Pada tahun 1871, edisi pertama buku teks Dmitry Ivanovich "Fundamentals of Chemistry" diterbitkan, di mana sistem periodik diberikan dalam bentuk yang hampir modern. 8 kelompok unsur dibentuk dalam tabel, nomor kelompok menunjukkan valensi tertinggi dari unsur-unsur deret yang termasuk dalam kelompok ini, dan periode menjadi lebih dekat dengan yang modern, dibagi menjadi 12 deret. Sekarang setiap periode dimulai dengan logam alkali aktif dan diakhiri dengan halogen non-logam yang khas.

Versi kedua dari sistem memungkinkan Mendeleev untuk memprediksi keberadaan bukan 4, tetapi 12 elemen dan, menantang dunia ilmiah, menggambarkan dengan akurasi luar biasa sifat-sifat tiga elemen yang tidak diketahui, yang ia sebut ekabor (eka dalam bahasa Sansekerta berarti " hal yang sama"), ekaaluminium dan ekasilicon . Nama modern mereka adalah Se, Ga, Ge.

Dunia ilmiah Barat pada awalnya skeptis tentang sistem Mendeleev dan prediksinya, tetapi semuanya berubah ketika, pada tahun 1875, ahli kimia Prancis P. Lecoq de Boisbaudran, mempelajari spektrum bijih seng, menemukan jejak elemen baru, yang ia disebut galium untuk menghormati tanah airnya (Gallia (nama Romawi Kuno untuk Prancis)

Ilmuwan berhasil mengisolasi elemen ini dalam bentuknya yang murni dan mempelajari sifat-sifatnya. Dan Mendeleev melihat bahwa sifat-sifat galium bertepatan dengan sifat-sifat ekaaluminum yang diprediksi olehnya, dan memberi tahu Lecoq de Boisbaudran bahwa ia telah salah mengukur kerapatan galium, yang seharusnya sama dengan 5,9-6,0 g/cm3 bukannya 4,7 g/cm3 . Memang, pengukuran yang lebih akurat menghasilkan nilai yang benar sebesar 5,904 g/cm3.

Pada tahun 1879, ahli kimia Swedia L. Nilsson, saat memisahkan unsur tanah jarang yang diperoleh dari mineral gadolinite, mengisolasi unsur baru dan menamakannya skandium. Ini ternyata ekabor yang diprediksi Mendeleev.

Pengakuan akhir dari hukum periodik D.I. Mendeleev dicapai setelah 1886, ketika ahli kimia Jerman K. Winkler, menganalisis bijih perak, menerima elemen yang disebut germanium. Ternyata menjadi exacilium.

Informasi serupa.

Dalam buku sejarawan kimia Soviet terkemuka N.F. Figurovsky "Essay on the General History of Chemistry. The Development of Classical Chemistry in the 19th Century" (M., Nauka, 1979). periode utama penemuan 63 unsur kimia dari zaman kuno hingga 1869 - tahun pembentukan Hukum Periodik oleh Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834-1907) diberikan:

1. Periode paling kuno (dari milenium ke-5 SM hingga 1200 M).

Periode panjang ini termasuk kenalan seseorang dengan 7 logam kuno - emas, perak, tembaga, timah, timah, besi, dan merkuri. Selain zat-zat dasar ini, belerang dan karbon dikenal di zaman kuno, terjadi di alam dalam keadaan bebas.

2. Periode alkimia.

Selama periode ini (dari 1200 hingga 1600), keberadaan beberapa elemen didirikan, diisolasi baik dalam proses pencarian alkimia untuk cara mentransmutasikan logam, atau dalam proses produksi logam dan pemrosesan berbagai bijih oleh ahli metalurgi pengrajin. Ini termasuk arsenik, antimon, bismut, seng, fosfor.

3. Periode kemunculan dan perkembangan kimia teknik (akhir abad ke-17 - 1751).

Pada saat itu, sebagai hasil dari studi praktis tentang karakteristik berbagai bijih logam dan mengatasi kesulitan yang muncul dalam isolasi logam, serta penemuan dalam proses ekspedisi mineralogi, keberadaan platina, kobalt, dan nikel didirikan.

4. Tahap pertama periode kimia-analitik dalam perkembangan kimia (1760-1805). Selama periode ini, dengan bantuan analisis kualitatif dan kuantitatif berat, sejumlah elemen ditemukan, beberapa di antaranya hanya dalam bentuk "tanah": magnesium, kalsium (menentukan perbedaan antara kapur dan magnesium), mangan, barium ( barit), molibdenum, tungsten, telurium, uranium (oksida), zirkonium (tanah), strontium (tanah), titanium (oksida), kromium, berilium (oksida), itrium (tanah), tantalum (tanah), cerium (tanah) , fluor (asam fluorida), paladium, rhodium, osmium dan iridium.

5. Tahap kimia pneumatik. Pada saat ini (1760-1780), unsur-unsur gas ditemukan - hidrogen, nitrogen, oksigen dan klorin (yang terakhir dianggap sebagai zat kompleks - asam klorida teroksidasi hingga 1809).

6. Tahap memperoleh unsur dalam keadaan bebas dengan elektrolisis (G. Davy, 1807-1808) dan kimia: kalium, natrium, kalsium, strontium, barium dan magnesium. Semuanya, bagaimanapun, sebelumnya dikenal dalam bentuk alkali "mudah terbakar" (kaustik) dan alkali tanah, atau alkali lunak.

7. Tahap kedua periode kimia-analitik dalam perkembangan kimia (1805-1850). Pada saat itu, sebagai hasil dari peningkatan metode analisis kuantitatif dan pengembangan kursus sistematis analisis kualitatif, boron, litium, kadmium, selenium, silikon, brom, aluminium, yodium, torium, vanadium, lantanum (tanah), erbium ( bumi), terbium (bumi) ditemukan. ), rutenium, niobium.

8. Periode penemuan unsur melalui analisis spektral, segera setelah pengembangan dan pengenalan metode ini ke dalam praktik (1860-1863): sesium, rubidium, talium, dan indium.

Seperti yang Anda ketahui, yang pertama dalam sejarah kimia "Tabel Benda Sederhana" disusun oleh A. Lavoisier pada tahun 1787. Semua zat sederhana dibagi menjadi empat kelompok: "I. Zat sederhana yang disajikan di ketiga kerajaan alam, yang dapat dianggap sebagai unsur tubuh: 1) cahaya, 2) kalori, 3) oksigen, 4) nitrogen, 5) hidrogen II. Zat non-logam sederhana yang mengoksidasi dan memberi asam: 1) antimon, 2) fosfor, 3) batubara , 4) radikal asam muriat, 5) radikal asam fluorida, 6) radikal asam borat III. Zat logam sederhana yang mengoksidasi dan menghasilkan asam: 1) antimon, 2) perak, 3) arsenik, 4) bismut, 5) kobalt, 6 ) tembaga, 7) timah, 8) besi, 9) mangan, 10) merkuri, 11) molibdenum, 12) nikel, 13) emas, 14) platinum, 15) timah, 16) tungsten, 17) seng IV. ) kapur (tanah berkapur), 2) magnesia (basa magnesium sulfat), 3) barit (tanah berat), 4) alumina (tanah liat, tanah tawas), 5) silika (tanah yang mengandung silika)".

Tabel ini membentuk dasar tata nama kimia yang dikembangkan oleh Lavoisier. D. Dalton memperkenalkan ke dalam ilmu pengetahuan karakteristik kuantitatif yang paling penting dari atom unsur kimia - berat relatif atom atau berat atom.

Ketika mencari keteraturan dalam sifat-sifat atom unsur kimia, para ilmuwan pertama-tama memperhatikan sifat perubahan berat atom. Pada tahun 1815-1816. ahli kimia Inggris W. Prout (1785-1850) menerbitkan dua artikel anonim di Annals of Philosophy, di mana gagasan itu diungkapkan dan dibuktikan bahwa berat atom semua unsur kimia adalah bilangan bulat (yaitu, kelipatan dari berat atom hidrogen, yang kemudian diambil sama dengan unit): "Jika pandangan yang telah kami putuskan untuk diungkapkan benar, maka kami hampir dapat menganggap bahwa materi primordial zaman dahulu diwujudkan dalam hidrogen ...". Hipotesis Prout sangat menggiurkan dan menyebabkan dilakukannya banyak penelitian eksperimental untuk menentukan berat atom unsur-unsur kimia seakurat mungkin.

Pada tahun 1829, ahli kimia Jerman I. Debereiner (1780-1849) membandingkan berat atom unsur kimia yang serupa: Litium, Kalsium, Klorin, Sulfur, Mangan, Natrium, Strontium, Brom, Selenium, Kromium, Kalium, Barium, Yodium, Telurium , Besi dan menemukan bahwa berat atom elemen tengah sama dengan setengah jumlah berat atom elemen ekstrim. Pencarian triad baru dipimpin L. Gmelin (1788-1853), penulis panduan referensi terkenal di dunia untuk kimia, pembentukan banyak kelompok elemen serupa dan penciptaan klasifikasi khusus mereka.

Pada tahun 60-an. Pada abad ke-19, para ilmuwan beralih untuk membandingkan kelompok unsur-unsur kimia yang serupa itu sendiri. Jadi, A. Shancourtois (1820-1886), seorang profesor di Sekolah Pertambangan Paris, mengatur semua unsur kimia pada permukaan silinder dalam urutan menaik dari berat atomnya sehingga diperoleh "heliks". Dengan pengaturan ini, elemen serupa sering jatuh pada garis vertikal yang sama. Pada tahun 1865, ahli kimia Inggris D. Newlands (1838-1898) menerbitkan tabel yang mencakup 62 unsur kimia. Unsur-unsur disusun dan diberi nomor dalam urutan menaik dari berat atom.

Newlands menggunakan penomoran untuk menekankan bahwa setiap tujuh unsur, sifat-sifat unsur kimia diulang. Ketika membahas di London Chemical Society pada tahun 1866 sebuah artikel baru oleh Newlands (tidak direkomendasikan untuk publikasi), Profesor J. Foster bertanya dengan sinis: "Apakah Anda mencoba untuk mengatur unsur-unsur dalam urutan abjad dari nama mereka dan apakah Anda melihat ada yang baru? pola?

Pada tahun 1868, ahli kimia Inggris W. Olding (1829-1921) mengusulkan sebuah tabel, yang menurut pendapat penulis, menunjukkan hubungan yang teratur antara semua elemen.

Pada tahun 1864, profesor Jerman L. Mayer (1830-1895) menyusun tabel 44 unsur kimia (dari 63 yang diketahui).

Mengevaluasi periode ini, DI Mendeleev menulis "Tidak ada satu pun hukum alam umum yang akan segera didasarkan, persetujuannya selalu didahului oleh banyak firasat, dan pengakuan hukum tidak datang ketika sepenuhnya direalisasikan dalam segala artinya. , tetapi hanya setelah konfirmasi konsekuensinya melalui eksperimen, yang harus diakui oleh para ilmuwan alam sebagai otoritas tertinggi dari pertimbangan dan pendapat mereka.

Pada tahun 1868 D.I.Mendeleev mulai mengerjakan kursus "Dasar-Dasar Kimia". Untuk susunan materi yang paling logis, entah bagaimana perlu mengklasifikasikan 63 unsur kimia. Versi pertama dari Tabel Periodik Unsur Kimia diusulkan oleh D.I. Mendeleev pada Maret 1869.

Dua minggu kemudian, pada pertemuan Masyarakat Kimia Rusia, laporan Mendeleev "Hubungan sifat dengan berat atom unsur" dibacakan, di mana prinsip-prinsip yang mungkin untuk klasifikasi unsur kimia dibahas:

1) menurut hubungannya dengan hidrogen (rumus hidrida); 2) menurut hubungannya dengan oksigen (rumus oksida oksigen yang lebih tinggi); 3) berdasarkan valensi; 4) dalam hal berat atom.

Selanjutnya, selama tahun-tahun berikutnya (1869-1871), Mendeleev mempelajari dan memeriksa kembali keteraturan dan "inkonsistensi" yang terlihat dalam versi pertama "Sistem Elemen". Menyimpulkan karya ini, DI Mendeleev menulis: "Dengan bertambahnya berat atom, unsur-unsur pertama-tama memiliki lebih banyak dan lebih banyak sifat yang dapat diubah, dan kemudian sifat-sifat ini diulangi lagi dalam urutan baru, dalam baris baru dan dalam sejumlah elemen dan dalam urutan yang sama Oleh karena itu, Hukum Periodisitas dapat dirumuskan sebagai berikut: "Sifat-sifat unsur, dan oleh karena itu sifat-sifat benda sederhana dan kompleks yang dibentuk oleh mereka, berada dalam ketergantungan periodik (yaitu, mereka berulang dengan benar) pada mereka berat atom." pengecualian tidak ditoleransi oleh alam ... Penegasan hukum hanya mungkin dengan bantuan konsekuensi yang diturunkan darinya, yang tidak mungkin dan tidak terduga tanpanya, dan pembenaran konsekuensi tersebut dan verifikasi eksperimental. konsekuensi yang dapat menunjukkan apakah itu benar atau tidak. Ini termasuk memprediksi sifat-sifat unsur yang belum ditemukan dan mengoreksi berat atom banyak ada beberapa unsur yang diperiksa pada waktu itu ... Satu hal yang diperlukan - baik untuk menganggap hukum periodik benar sampai akhir dan merupakan alat baru pengetahuan kimia, atau untuk menolaknya.

Selama 1872-1874. Mendeleev mulai menangani masalah lain, dan hampir tidak ada penyebutan Hukum Periodik dalam literatur kimia.

Pada tahun 1875, ahli kimia Prancis L. de Boisbaudran melaporkan bahwa ketika mempelajari campuran seng, ia secara spektroskopi menemukan unsur baru di dalamnya. Dia menerima garam dari elemen ini dan menentukan sifat-sifatnya. Untuk menghormati Prancis, ia menamai elemen baru galium (sebagaimana Prancis disebut oleh orang Romawi kuno). Mari kita bandingkan apa yang diprediksi D.I. Mendeleev dan apa yang ditemukan oleh L. de Boisbaudran:

Dalam laporan pertama oleh L. de Boisbaudran, berat jenis galium ditemukan menjadi 4,7. DIMendeleev menunjukkan kepadanya kesalahannya. Pengukuran yang lebih teliti menunjukkan bahwa berat jenis galium adalah 5,96.

Pada tahun 1879, ahli kimia Swedia L. Nilsson (1840-1899) melaporkan penemuan unsur kimia baru - skandium. L. Nilson mengklasifikasikan skandium sebagai unsur tanah jarang. P.T.Kleve menunjukkan kepada L.Nilson bahwa garam skandium tidak berwarna, oksidanya tidak larut dalam alkali, dan skandium itu ekabor diprediksi oleh D.I.Mendeleev. Mari kita bandingkan properti mereka.

Menganalisis mineral baru pada Februari 1886, profesor Jerman K. Winkler (1838-1904) menemukan elemen baru dan menganggapnya sebagai analog dari antimon dan arsenik. Terjadilah diskusi. K. Winkler setuju bahwa unsur yang ditemukannya adalah ekasilikon yang diprediksi oleh D. I. Mendeleev. K. Winkler menyebut unsur ini germanium.

Jadi, ahli kimia mengkonfirmasi keberadaan unsur-unsur kimia yang diprediksi oleh Mendeleev tiga kali. Selain itu, justru sifat-sifat unsur-unsur ini yang diprediksi oleh Mendeleev dan posisinya dalam sistem periodik yang memungkinkan untuk memperbaiki kesalahan yang dilakukan oleh para peneliti tanpa disadari. Perkembangan lebih lanjut kimia terjadi di atas dasar yang kuat dari Hukum Periodik, yang pada tahun 80-an abad XIX. diakui oleh semua ilmuwan sebagai salah satu hukum alam yang paling penting. Dengan demikian, karakteristik terpenting dari setiap unsur kimia adalah tempatnya dalam sistem periodik D.I. Mendeleev.

Di sini pembaca akan menemukan informasi tentang salah satu hukum terpenting yang pernah ditemukan manusia di bidang ilmiah - hukum periodik Mendeleev Dmitry Ivanovich. Anda akan berkenalan dengan makna dan pengaruhnya pada kimia, ketentuan umum, karakteristik dan perincian hukum periodik, sejarah penemuan dan ketentuan utama akan dipertimbangkan.

Apa itu hukum periodik?

Hukum periodik adalah hukum alam yang bersifat fundamental, yang pertama kali ditemukan oleh DI Mendeleev pada tahun 1869, dan penemuan itu sendiri disebabkan oleh perbandingan sifat beberapa unsur kimia dan nilai massa atom yang diketahui pada waktu itu. .

Mendeleev berpendapat bahwa, menurut hukumnya, benda sederhana dan kompleks serta berbagai senyawa unsur bergantung pada ketergantungannya pada jenis periodik dan pada berat atomnya.

Hukum periodik unik dalam jenisnya dan ini disebabkan oleh fakta bahwa hukum itu tidak diungkapkan oleh persamaan matematis, tidak seperti hukum dasar alam dan alam semesta lainnya. Secara grafis, ia menemukan ekspresinya dalam tabel periodik unsur kimia.

Sejarah penemuan

Penemuan hukum periodik terjadi pada tahun 1869, tetapi upaya untuk mensistematisasikan semua elemen x yang diketahui dimulai jauh sebelum itu.

Upaya pertama untuk menciptakan sistem seperti itu dilakukan oleh I. V. Debereiner pada tahun 1829. Dia mengklasifikasikan semua unsur kimia yang dikenalnya ke dalam triad, yang saling berhubungan dengan kedekatan setengah jumlah massa atom yang termasuk dalam kelompok tiga komponen ini. Mengikuti Debereiner, sebuah upaya dilakukan untuk membuat tabel klasifikasi elemen yang unik oleh A. de Chancourtua, ia menyebut sistemnya "spiral bumi", dan setelahnya oktaf Newlands disusun oleh John Newlands. Pada tahun 1864, hampir bersamaan, William Olding dan Lothar Meyer menerbitkan tabel yang dibuat secara independen.

Hukum periodik dipresentasikan kepada komunitas ilmiah untuk ditinjau pada 8 Maret 1869, dan ini terjadi selama pertemuan Masyarakat X-th Rusia. Mendeleev Dmitry Ivanovich mengumumkan penemuannya di depan semua orang dan pada tahun yang sama buku teks Mendeleev "Fundamentals of Chemistry" diterbitkan, di mana tabel periodik yang dibuatnya ditampilkan untuk pertama kalinya. Setahun kemudian, pada tahun 1870, ia menulis sebuah artikel dan mengirimkannya untuk ditinjau ke RCS, di mana konsep hukum periodik pertama kali digunakan. Pada tahun 1871, Mendeleev memberikan deskripsi lengkap tentang penelitiannya dalam artikelnya yang terkenal tentang validitas periodik unsur-unsur kimia.

Kontribusi yang tak ternilai bagi perkembangan ilmu kimia

Nilai hukum periodik sangat besar bagi komunitas ilmiah di seluruh dunia. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa penemuannya memberikan dorongan yang kuat bagi perkembangan ilmu kimia dan ilmu alam lainnya, seperti fisika dan biologi. Hubungan unsur-unsur dengan karakteristik kimia dan fisik kualitatifnya terbuka, dan ini juga memungkinkan untuk memahami esensi konstruksi semua elemen menurut satu prinsip dan memunculkan perumusan modern konsep unsur-unsur kimia, untuk mengkonkretkan pengetahuan tentang zat struktur kompleks dan sederhana.

Penggunaan hukum periodik memungkinkan untuk memecahkan masalah prediksi kimia, untuk menentukan penyebab perilaku unsur-unsur kimia yang diketahui. Fisika atom, termasuk energi nuklir, menjadi mungkin karena hukum yang sama. Pada gilirannya, ilmu-ilmu ini memungkinkan untuk memperluas cakrawala esensi hukum ini dan menggali pemahamannya.

Sifat kimia unsur-unsur sistem periodik

Faktanya, unsur-unsur kimia saling berhubungan oleh karakteristik yang melekat di dalamnya dalam keadaan atom bebas dan ion, terlarut atau terhidrasi, dalam zat sederhana dan dalam bentuk yang dapat membentuk banyak senyawanya. Namun, sifat ke-x biasanya terdiri dari dua fenomena: sifat karakteristik atom dalam keadaan bebas, dan zat sederhana. Jenis properti ini mencakup banyak jenisnya, tetapi yang paling penting adalah:

1. Ionisasi atom dan energinya, tergantung pada posisi elemen dalam tabel, nomor urutnya.
2. Hubungan energi atom dan elektron, yang, seperti ionisasi atom, bergantung pada lokasi unsur dalam tabel periodik.
3. Keelektronegatifan atom, yang tidak memiliki nilai konstan, tetapi dapat berubah tergantung pada berbagai faktor.
4. Jari-jari atom dan ion - di sini, sebagai aturan, data empiris digunakan, yang dikaitkan dengan sifat gelombang elektron dalam keadaan bergerak.
5. Atomisasi zat sederhana - deskripsi kemampuan suatu elemen untuk reaktivitas.
6. Bilangan oksidasi adalah karakteristik formal, bagaimanapun, muncul sebagai salah satu karakteristik yang paling penting dari suatu unsur.
7. Potensi oksidasi zat sederhana adalah pengukuran dan indikasi potensi zat untuk bertindak dalam larutan berair, serta tingkat manifestasi sifat redoks.

Periodisitas elemen tipe internal dan sekunder

Hukum periodik memberikan pemahaman tentang komponen penting lain dari alam - periodisitas internal dan sekunder. Bidang studi yang disebutkan di atas tentang sifat atom, pada kenyataannya, jauh lebih kompleks daripada yang mungkin dipikirkan orang. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa unsur-unsur s, p, d tabel mengubah karakteristik kualitatifnya tergantung pada posisinya dalam periode (periodisitas internal) dan golongan (periodisitas sekunder). Misalnya, proses internal transisi unsur s dari golongan pertama ke golongan kedelapan ke unsur p disertai dengan titik minimum dan maksimum pada kurva energi atom yang terionisasi. Fenomena ini menunjukkan inkonsistensi internal periodisitas perubahan sifat-sifat atom menurut posisinya dalam periode tersebut.

Hasil

Sekarang pembaca memiliki pemahaman dan definisi yang jelas tentang apa itu hukum periodik Mendeleev, menyadari signifikansinya bagi manusia dan perkembangan berbagai ilmu pengetahuan, dan memiliki gagasan tentang ketentuannya saat ini dan sejarah penemuannya.

Penemuan tabel periodik unsur kimia oleh Dmitri Mendeleev pada Maret 1869 merupakan terobosan nyata dalam kimia. Ilmuwan Rusia berhasil mensistematisasikan pengetahuan tentang unsur-unsur kimia dan menyajikannya dalam bentuk tabel, yang bahkan sekarang harus dipelajari oleh anak-anak sekolah di kelas kimia. Tabel periodik menjadi dasar bagi perkembangan pesat ilmu pengetahuan yang kompleks dan menarik ini, dan sejarah penemuannya diselimuti legenda dan mitos. Bagi semua yang menyukai sains, akan menarik untuk mengetahui kebenaran tentang bagaimana Mendeleev menemukan tabel unsur periodik.

Sejarah tabel periodik: bagaimana semuanya dimulai

Upaya untuk mengklasifikasikan dan mensistematisasikan unsur-unsur kimia yang diketahui dilakukan jauh sebelum Dmitri Mendeleev. Sistem elemen mereka diusulkan oleh ilmuwan terkenal seperti Debereiner, Newlands, Meyer, dan lainnya. Namun, karena kurangnya data tentang unsur-unsur kimia dan massa atom yang benar, sistem yang diusulkan tidak sepenuhnya dapat diandalkan.

Sejarah penemuan tabel periodik dimulai pada tahun 1869, ketika seorang ilmuwan Rusia pada pertemuan Masyarakat Kimia Rusia memberi tahu rekan-rekannya tentang penemuannya. Dalam tabel yang diusulkan oleh ilmuwan, unsur-unsur kimia disusun tergantung pada sifat-sifatnya, ditentukan oleh nilai berat molekulnya.

Fitur menarik dari tabel periodik adalah juga adanya sel-sel kosong, yang di masa depan diisi dengan unsur-unsur kimia yang ditemukan yang diprediksi oleh ilmuwan (germanium, galium, skandium). Setelah penemuan tabel periodik, penambahan dan perubahan dilakukan berkali-kali. Bersama dengan kimiawan Skotlandia William Ramsay, Mendeleev menambahkan sekelompok gas inert (gugus nol) ke dalam tabel.

Di masa depan, sejarah tabel periodik Mendeleev secara langsung terkait dengan penemuan dalam ilmu lain - fisika. Pekerjaan pada tabel unsur periodik masih berlangsung, dengan ilmuwan modern menambahkan unsur kimia baru saat mereka ditemukan. Pentingnya sistem periodik Dmitri Mendeleev sulit ditaksir terlalu tinggi, karena berkat itu:

• Pengetahuan tentang sifat-sifat unsur kimia yang telah ditemukan disistematisasikan;
• Menjadi mungkin untuk memprediksi penemuan unsur-unsur kimia baru;
• Cabang-cabang fisika seperti fisika atom dan fisika nukleus mulai berkembang;

Ada banyak opsi untuk menggambarkan unsur-unsur kimia menurut hukum periodik, tetapi opsi yang paling terkenal dan umum adalah tabel periodik yang akrab bagi semua orang.

Mitos dan fakta tentang pembuatan tabel periodik

Kesalahpahaman paling umum dalam sejarah penemuan tabel periodik adalah bahwa ilmuwan melihatnya dalam mimpi. Faktanya, Dmitri Mendeleev sendiri membantah mitos ini dan menyatakan bahwa dia telah memikirkan hukum periodik selama bertahun-tahun. Untuk mensistematisasikan unsur-unsur kimia, ia menuliskannya masing-masing pada kartu terpisah dan berulang kali menggabungkannya satu sama lain, mengaturnya dalam baris tergantung pada sifat-sifatnya yang serupa.

Mitos mimpi "kenabian" ilmuwan dapat dijelaskan oleh fakta bahwa Mendeleev mengerjakan sistematisasi unsur-unsur kimia selama berhari-hari, terganggu oleh tidur singkat. Namun, hanya kerja keras dan bakat alami dari ilmuwan yang memberikan hasil yang telah lama ditunggu-tunggu dan memberi Dmitri Mendeleev ketenaran di seluruh dunia.

Banyak siswa di sekolah, dan terkadang di universitas, dipaksa untuk menghafal atau setidaknya secara kasar menavigasi tabel periodik. Untuk melakukan ini, seseorang tidak hanya harus memiliki ingatan yang baik, tetapi juga berpikir logis, menghubungkan elemen ke dalam kelompok dan kelas yang terpisah. Mempelajari tabel paling mudah bagi orang-orang yang selalu menjaga otak mereka dalam kondisi yang baik dengan mengikuti pelatihan di BrainApps.

Keluarga Mendeleev tinggal di sebuah rumah di tepi curam Sungai Tobol di kota Tobolsk, dan ilmuwan masa depan lahir di sini. Pada saat itu, banyak Desembris sedang menjalani pengasingan di Tobolsk: Annenkov, Baryatinsky, Wolf, Kuchelbecker, Fonwiesen, dan lainnya ... Mereka menginfeksi orang lain dengan keberanian dan ketekunan mereka. Mereka tidak dihancurkan oleh penjara, kerja keras, atau pengasingan. Mitya Mendeleev melihat orang-orang seperti itu. Dalam komunikasi dengan mereka, cintanya pada Tanah Air, tanggung jawab untuk masa depannya terbentuk. Keluarga Mendeleev bersahabat dan bersahabat dengan Desembris. D. I. Mendeleev menulis: “... Desembris yang terhormat dan terhormat tinggal di sini: Fonvizen, Annenkov, Muravyov, dekat dengan keluarga kami, terutama setelah salah satu Desembris, Nikolai Vasilievich Basargin, menikahi saudara perempuan saya Olga Ivanovna ... keluarga Desembris , di dalamnya hari mereka memberi kehidupan Tobolsk jejak khusus, memberinya pendidikan sekuler. Legenda tentang mereka masih hidup di Tobolsk.

Pada usia 15, Dmitry Ivanovich lulus dari gimnasium. Ibunya Maria Dmitrievna melakukan banyak upaya agar pemuda itu melanjutkan pendidikannya.

Beras. 4. Ibu dari D. I. Mendeleev - Maria Dmitrievna.

Mendeleev mencoba masuk Akademi Medis-Bedah di St. Petersburg. Namun, anatomi berada di luar kekuatan seorang pemuda yang mudah dipengaruhi, jadi Mendeleev harus mengubah kedokteran menjadi pedagogi. Pada tahun 1850, ia memasuki Institut Pedagogis Utama, tempat ayahnya pernah belajar. Hanya di sini Mendeleev merasakan keinginan untuk belajar dan segera menjadi salah satu yang terbaik.

Pada usia 21, Mendeleev dengan cemerlang lulus ujian masuk. Studi Dmitri Mendeleev di St. Petersburg di Institut Pedagogis pada awalnya tidak mudah. Pada tahun pertamanya, ia berhasil mendapatkan nilai yang tidak memuaskan di semua mata pelajaran kecuali matematika. Tetapi di tahun-tahun senior, segalanya berjalan berbeda - skor tahunan rata-rata Mendeleev adalah empat setengah (dari lima kemungkinan).

Tesisnya tentang fenomena isomorfisme diakui sebagai tesis PhD. Seorang siswa berbakat pada tahun 1855. diangkat menjadi guru di Richelieu Gymnasium di Odessa. Di sini ia menyiapkan karya ilmiah kedua - "Volume khusus". Karya ini disajikan sebagai tesis master. Pada tahun 1857 setelah pembelaannya, Mendeleev menerima gelar Magister Kimia, menjadi asisten profesor di Universitas St. Petersburg, di mana ia mengajar kimia organik. Pada tahun 1859 ia dikirim ke luar negeri.

Mendeleev menghabiskan dua tahun di berbagai universitas di Prancis dan Jerman, tetapi disertasinya di Heidelberg dengan ilmuwan terkemuka saat itu, Bunsen dan Kirchhoff, adalah yang paling produktif.

Tidak diragukan lagi, sifat lingkungan tempat ia menghabiskan masa kecilnya sangat memengaruhi kehidupan ilmuwan. Dari masa mudanya hingga usia tuanya, dia melakukan segalanya dan selalu dengan caranya sendiri. Dimulai dari hal-hal kecil dan berlanjut ke hal-hal besar. Keponakan Dmitry Ivanovich, N. Ya. Kapustina-Gubkina, mengenang: “Dia memiliki hidangan favoritnya, diciptakan olehnya untuk dirinya sendiri ... Dia selalu mengenakan jaket kain lebar tanpa ikat pinggang desainnya sendiri ... Dia merokok memuntir rokok, melintingnya sendiri ... ". Dia menciptakan perkebunan teladan - dan segera meninggalkannya. Dia melakukan eksperimen yang luar biasa pada adhesi cairan, dan segera meninggalkan bidang ilmu ini selamanya. Dan skandal apa yang dia gulung ke pihak berwenang! Bahkan di masa mudanya, lulusan baru dari Institut Pedagogis, dia berteriak kepada direktur departemen, yang untuknya dia sendiri dipanggil ke menteri Abraham Sergeevich Norovatov. Namun, apa direktur departemen baginya - dia bahkan tidak memperhitungkan sinode. Ketika dia menjatuhkan hukuman tujuh tahun padanya pada saat perceraiannya dari Feoza Nikitishna, yang tidak pernah menerima kekhasan minatnya, Dmitry Ivanovich, enam tahun sebelum tanggal jatuh tempo, membujuk pendeta di Kronstadt untuk menikah dengannya. lagi. Dan bagaimana kisah penerbangan balonnya yang berharga ketika dia merebut balon milik departemen militer dengan paksa, mengusir Jenderal Kovanko, seorang aeronaut berpengalaman, keluar dari keranjang ... Dmitry Ivanovich tidak menderita kerendahan hati, sebaliknya - “Kesederhanaan adalah ibu dari segala keburukan,” bantah Mendeleev.

Orisinalitas kepribadian Dmitry Ivanovich diamati tidak hanya dalam perilaku ilmuwan, tetapi juga dalam seluruh penampilannya. Keponakannya N. Ya. Kapustina-Gubkina menggambar potret verbal ilmuwan berikut: “Surai rambut panjang berbulu di sekitar dahi putih yang tinggi, sangat ekspresif dan sangat mobile ... Biru jernih, mata tajam ... Di dalam dirinya, banyak ditemukan kesamaan dengan Garibaldi... Saat berbicara, dia selalu menggerakkan tangan. Gerakan tangannya yang lebar, cepat, dan gugup selalu sesuai dengan suasana hatinya ... Timbre suaranya rendah, tetapi nyaring dan dapat dipahami, tetapi nadanya banyak berubah dan sering beralih dari nada rendah ke nada tinggi, hampir tenor .. . Ketika dia berbicara tentang apa yang dia tidak suka , lalu mengerutkan kening, membungkuk, mengerang, mencicit ... ". Hiburan favorit Mendeleev selama bertahun-tahun adalah pembuatan koper dan bingkai untuk potret. Dia membeli perlengkapan untuk pekerjaan ini di Gostiny Dvor.

Orisinalitas Mendeleev membedakannya dari orang banyak dari masa mudanya ... Saat belajar di Institut Pedagogis, Siberia bermata biru, yang tidak memiliki sepeser pun untuk jiwanya, secara tak terduga untuk para profesor, mulai menunjukkan ketajaman pikiran, seperti kemarahan dalam pekerjaan, bahwa ia meninggalkan jauh di belakang semua rekannya. Saat itulah ia diperhatikan dan dicintai oleh anggota dewan negara bagian yang sebenarnya, seorang tokoh terkenal dalam pendidikan publik, seorang guru, ilmuwan, profesor kimia Alexander Abramovich Voskresensky. Oleh karena itu, pada tahun 1867, Alexander Abramovich merekomendasikan siswa favoritnya, Dmitry Ivanovich Mendeleev yang berusia tiga puluh tiga tahun, ke jabatan profesor kimia umum dan anorganik di Fakultas Fisika dan Matematika di Universitas St. Petersburg. Pada Mei 1868, putri tercinta Olga lahir dari keluarga Mendeleev ...

Tiga puluh tiga adalah usia tradisional suatu prestasi: pada usia tiga puluh tiga, menurut epik air mata dari kompor, Ilya Muromets. Tetapi meskipun dalam hal ini kehidupan Dmitry Ivanovich tidak terkecuali, dia sendiri hampir tidak dapat merasakan bahwa perubahan tajam sedang terjadi dalam hidupnya. Alih-alih mata kuliah teknis, atau organik, atau kimia analitik yang telah dia ajarkan sebelumnya, dia harus mulai membaca mata kuliah baru, kimia umum.

Tentu saja, knurled lebih mudah. Namun, ketika dia memulai kursus sebelumnya, itu juga tidak mudah. Manfaat Rusia tidak ada sama sekali, atau ada, tetapi sudah ketinggalan zaman. Kimia adalah hal baru, muda, dan di masa muda semuanya menjadi usang dengan cepat. Buku teks asing, yang terbaru, harus diterjemahkan sendiri. Dia menerjemahkan - "Kimia Analitik" oleh Gerard, "Teknologi Kimia" oleh Wagner. Dan dalam kimia organik dan di Eropa tidak ada yang layak ditemukan, meskipun Anda duduk dan menulis sendiri. Dan menulis. Dalam dua bulan, kursus yang sama sekali baru berdasarkan prinsip-prinsip baru, tiga puluh lembar cetak. Enam puluh hari kerja keras setiap hari - dua belas halaman selesai sehari. Itu pada suatu hari - dia tidak ingin mengatur rutinitasnya tergantung pada hal sepele seperti rotasi bola dunia di sekitar porosnya, dia tidak bangun dari meja selama tiga puluh atau empat puluh jam.

Dmitry Ivanovich tidak hanya bisa bekerja dalam keadaan mabuk, tetapi juga tidur dalam keadaan mabuk. Sistem saraf Mendeleev sangat sensitif, perasaannya dipertajam - hampir semua penulis memoar, tanpa mengucapkan sepatah kata pun, melaporkan bahwa dia sangat mudah, terus-menerus menangis, meskipun, pada dasarnya, dia adalah orang yang baik.

Ada kemungkinan bahwa ciri-ciri kepribadian bawaan Dmitry Ivanovich dijelaskan oleh penampilannya yang terlambat dalam keluarga - dia adalah "anak terakhir", anak ketujuh belas. Dan menurut gagasan saat ini, kemungkinan mutasi pada keturunan meningkat seiring bertambahnya usia orang tua.

Dia memulai kuliah pertamanya tentang kimia umum sebagai berikut:

“Segala sesuatu yang kita perhatikan, kita bedakan dengan jelas sebagai substansi, atau sebagai fenomena. Materi menempati ruang dan memiliki bobot, sedangkan fenomena adalah hal-hal yang terjadi dalam waktu. Setiap zat menimbulkan berbagai fenomena, dan tidak ada satu fenomena pun yang terjadi tanpa zat. Berbagai zat dan fenomena tidak bisa lepas dari perhatian semua orang. Menemukan legitimasi, yaitu kesederhanaan dan keteraturan dalam keragaman ini, berarti mempelajari alam ... "

Untuk menemukan keabsahan, yaitu, kesederhanaan, dan kebenaran… Substansi memiliki bobot… Substansi… Bobot… Substansi… Bobot…

Dia memikirkannya sepanjang waktu, tidak peduli apa yang dia lakukan. Dan apa yang tidak dia lakukan! Dmitry Ivanovich punya cukup waktu untuk semuanya. Tampaknya dia akhirnya menerima departemen kimia terbaik di Rusia, sebuah apartemen milik negara, kesempatan untuk hidup dengan nyaman, tanpa berlari mencari uang tambahan - jadi fokuslah pada hal utama, dan yang lainnya ada di samping ... lantai, di mana ia mempelajari kemungkinan membalikkan penipisan bumi dengan bantuan kimia. Salah satu yang pertama di Rusia.

Satu setengah tahun telah berlalu seperti sekejap, tetapi masih belum ada sistem nyata dalam kimia umum. Ini tidak berarti Mendeleev membaca pelajarannya dengan sembarangan. Dia mulai dengan apa yang akrab bagi semua orang - dari air, dari udara, dari batu bara, dari garam. Dari unsur-unsur yang dikandungnya. Dari hukum utama, yang menurutnya zat berinteraksi satu sama lain.

Kemudian dia berbicara tentang kerabat kimia klorin - fluor, brom, yodium. Ini adalah kuliah terakhir, transkrip yang masih berhasil dia kirim ke percetakan, di mana edisi kedua dari buku baru yang dia mulai diketik.

Edisi pertama, dalam format saku, dicetak pada Januari 1869. Halaman judul berbunyi: "Dasar-Dasar Kimia D. Mendeleev" . Tidak ada kata pengantar. Yang pertama, edisi yang sudah diterbitkan, dan yang kedua, yang ada di percetakan, menurut Dmitry Ivanovich, seharusnya menjadi bagian pertama dari kursus, dan dua edisi lagi - bagian kedua.

Pada bulan Januari dan paruh pertama Februari, Mendeleev memberikan kuliah tentang natrium dan logam alkali lainnya, menulis bab yang sesuai dari bagian kedua. "Dasar Kimia" - dan macet.

Pada tahun 1826, Jens Jakob Berzelius menyelesaikan studi 2000 zat dan, atas dasar ini, penentuan berat atom tiga lusin unsur kimia. Lima di antaranya memiliki bobot atom yang salah—natrium, kalium, perak, boron, dan silikon. Berzelius salah karena dia membuat dua asumsi yang salah: bahwa hanya ada satu atom logam dalam molekul oksida, dan bahwa volume gas yang sama mengandung jumlah atom yang sama. Faktanya, sebuah molekul oksida dapat mengandung dua atau lebih atom logam, dan volume gas yang sama, menurut hukum Avogadro, mengandung jumlah yang sama bukan atom, tetapi molekul.

Sampai tahun 1858, ketika Stanislao Cannicaro dari Italia, setelah menerapkan kembali hukum rekan senegaranya Avogadro, mengoreksi berat atom beberapa elemen, kebingungan terjadi dalam masalah berat atom.

Hanya pada tahun 1860, di kongres kimia di Karlsruhe, setelah perdebatan sengit, kebingungan itu terungkap, hukum Avogadro akhirnya dipulihkan dalam haknya, dan fondasi yang tak tergoyahkan untuk menentukan berat atom dari setiap unsur kimia akhirnya diklarifikasi.

Secara kebetulan, Mendeleev sedang dalam perjalanan bisnis ke luar negeri pada tahun 1860, menghadiri kongres ini dan menerima gagasan yang jelas dan berbeda bahwa berat atom kini telah menjadi ekspresi numerik yang akurat dan andal. Kembali ke Rusia, Mendeleev mulai mempelajari daftar unsur, dan memperhatikan periodisitas perubahan valensi untuk unsur-unsur yang disusun dalam urutan menaik dari berat atom: valensi H – 1, Li – 1, Menjadi – 2, B - 3, C - 4, mg – 2, n – 2, S - 2, F - 1, tidak – 1, Al – 3, Si - 4, dll. Berdasarkan kenaikan dan penurunan valensi, Mendeleev membagi unsur-unsur menjadi periode; Periode pertama hanya mencakup satu hidrogen, diikuti oleh dua periode yang masing-masing terdiri dari 7 unsur, kemudian periode yang mengandung lebih dari 7 unsur. D, I, Mendeleev menggunakan data ini tidak hanya untuk membuat grafik, seperti yang dilakukan Meyer dan Chancourtua, tetapi juga untuk membuat tabel yang mirip dengan tabel Newlands. Tabel periodik unsur seperti itu lebih jelas dan lebih visual daripada grafik, dan, di samping itu, D, I, Mendeleev berhasil menghindari kesalahan Newlands, yang bersikeras pada kesetaraan periode.

« Saya menganggap kongres ahli kimia tahun 1860 di Karlsruhe, di mana saya berpartisipasi, sebagai momen yang menentukan pemikiran saya tentang hukum periodik ... Gagasan tentang kemungkinan periodisitas sifat-sifat unsur dengan peningkatan atom berat, pada dasarnya, sudah internal saya saat itu " , - mencatat D.I. Mendeleev.

Pada tahun 1865, ia membeli perkebunan Boblovo di dekat Klin dan mendapat kesempatan untuk terlibat dalam kimia pertanian, yang kemudian ia sukai, dan bersantai di sana bersama keluarganya setiap musim panas.

"Ulang tahun" sistem D.I. Mendeleev biasanya dianggap 18 Februari 1869, ketika versi pertama tabel disusun.

Beras. 5. Foto oleh D. I. Mendeleev pada tahun penemuan hukum periodik.

63 unsur kimia telah diketahui. Tidak semua sifat unsur-unsur ini telah dipelajari dengan cukup baik, bahkan berat atom beberapa telah ditentukan secara tidak benar atau tidak akurat. Apakah banyak atau sedikit - 63 elemen? Jika kita ingat bahwa sekarang kita mengetahui 109 elemen, tentu saja itu tidak cukup. Tetapi cukup untuk dapat memperhatikan pola perubahan sifat mereka. Dengan 30 atau 40 unsur kimia yang diketahui, hampir tidak mungkin untuk menemukan apa pun. Diperlukan elemen terbuka minimum tertentu. Itulah sebabnya orang dapat menggolongkan penemuan Mendeleev sebagai tepat waktu.

Sebelum Mendeleev, para ilmuwan juga mencoba mensubordinasikan semua elemen yang diketahui ke urutan tertentu, mengklasifikasikannya, membawanya ke dalam suatu sistem. Mustahil untuk mengatakan bahwa upaya mereka tidak berguna: mereka mengandung beberapa butir kebenaran. Semuanya membatasi diri untuk menyatukan unsur-unsur yang serupa dalam sifat kimia ke dalam kelompok, tetapi tidak menemukan hubungan internal antara "alami" ini, seperti yang mereka katakan kemudian, kelompok mereka.

Pada tahun 1849, ahli kimia Rusia terkemuka G. I. Hess menjadi tertarik pada klasifikasi unsur. Dalam buku teks Foundations of Pure Chemistry, ia menjelaskan empat kelompok unsur non-logam dengan sifat kimia yang serupa:

Saya Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

F HAI

Hess menulis: "Klasifikasi ini masih sangat jauh dari sifat alami, tetapi masih menghubungkan elemen dan kelompok yang sangat mirip, dan dengan perluasan informasi kami dapat ditingkatkan."

Upaya yang gagal untuk membangun sistem unsur kimia berdasarkan berat atomnya dilakukan bahkan sebelum kongres di Karlsruhe, keduanya oleh Inggris: pada tahun 1853 oleh Gladstone, pada tahun 1857 oleh Odling.

Salah satu upaya klasifikasi dilakukan pada tahun 1862 oleh orang Prancis Alexander Emile Beguis de Chancourtois . Dia mewakili sistem elemen dalam bentuk garis spiral di permukaan silinder. Setiap giliran memiliki 16 elemen. Elemen serupa terletak satu di bawah yang lain pada generatrix silinder. Ketika mempublikasikan pesannya, ilmuwan tidak menyertainya dengan grafik yang dibuatnya, dan tidak ada ilmuwan yang memperhatikan karya de Chancourtois.

Beras. 6. "Sekrup telurium" dari Chancourtua.

Lebih sukses adalah kimiawan Jerman Julius Lothar Meyer. Pada tahun 1864, ia mengusulkan sebuah tabel di mana semua unsur kimia yang diketahui dibagi menjadi enam kelompok, menurut valensinya. Secara tampilan, meja Meyer sedikit mirip dengan meja Mendeleev di masa depan. Dia menganggap volume yang ditempati oleh jumlah berat suatu unsur secara numerik sama dengan berat atomnya. Ternyata setiap berat elemen apa pun mengandung jumlah atom yang sama. Ini berarti bahwa rasio volume yang dipertimbangkan dari berbagai atom unsur-unsur ini. Oleh karena itu, karakteristik tertentu dari elemen disebut volume atom.

Secara grafis, ketergantungan volume atom unsur pada berat atomnya dinyatakan sebagai serangkaian gelombang yang naik di puncak yang tajam pada titik-titik yang sesuai dengan logam alkali (natrium, kalium, sesium). Setiap penurunan dan pendakian ke puncak sesuai dengan periode dalam tabel elemen. Dalam setiap periode, nilai-nilai beberapa karakteristik fisik, selain volume atom, juga secara alami berkurang terlebih dahulu dan kemudian meningkat.

Beras. 7. Ketergantungan volume atom pada massa atom unsur, menurut

L.Meyer.

Hidrogen, unsur dengan berat atom terkecil, menempati urutan pertama dalam daftar unsur. Pada saat itu, biasanya diasumsikan bahwa periode ke-101 mencakup satu elemen. Periode ke-2 dan ke-3 dari bagan Meyer masing-masing mencakup tujuh elemen. Periode ini menduplikasi oktaf Newlands. Namun, dalam dua periode berikutnya, jumlah elemen melebihi tujuh. Dengan demikian, Meyer menunjukkan apa kesalahan Newlands. Hukum oktaf tidak dapat diamati secara ketat untuk seluruh daftar elemen, periode terakhir harus lebih lama dari yang pertama.

Setelah tahun 1860, ahli kimia Inggris lainnya, John Alexander Reina Newlands, melakukan upaya pertama semacam ini. Satu demi satu, dia menyusun tabel di mana dia mencoba menerjemahkan idenya. Tabel terakhir bertanggal 1865. Ilmuwan percaya bahwa segala sesuatu di dunia tunduk pada harmoni umum. Dan dalam kimia dan musik itu harus sama. Disusun dalam urutan menaik, berat atom unsur-unsur dibagi menjadi oktaf di dalamnya - menjadi delapan baris vertikal, masing-masing tujuh elemen. Memang, banyak elemen yang terkait secara kimia berakhir pada garis horizontal yang sama: di yang pertama - halogen, di yang kedua - logam alkali, dan seterusnya. Tapi, sayangnya, banyak orang asing juga masuk ke dalam barisan, dan ini merusak keseluruhan gambar. Di antara halogen, misalnya, ada kobalt dengan nikel dan tiga platinoida. Di garis alkali tanah - vanadium dan timbal. Keluarga karbon termasuk tungsten dan merkuri. Untuk entah bagaimana menggabungkan unsur-unsur terkait, Newlands harus melanggar susunan unsur-unsur dalam urutan berat atom dalam delapan kasus. Selain itu, untuk membuat delapan kelompok dari tujuh elemen, diperlukan 56 elemen, dan 62 diketahui, dan di beberapa tempat ia menempatkan dua elemen sekaligus di tempat satu elemen. Ternyata benar-benar berantakan. Ketika Newlands melaporkannya "Hukum Oktaf" pada pertemuan London Chemical Society, salah satu dari mereka yang hadir dengan sinis berkomentar: apakah pembicara yang terhormat mencoba untuk mengatur unsur-unsur secara sederhana menurut abjad dan menemukan suatu keteraturan?

Semua klasifikasi ini tidak mengandung hal utama: mereka tidak mencerminkan pola umum dan mendasar dari perubahan sifat-sifat unsur. Mereka hanya menciptakan tampilan keteraturan di dunia mereka.

Pendahulu Mendeleev, yang memperhatikan manifestasi tertentu dari keteraturan besar di dunia unsur-unsur kimia, karena berbagai alasan, tidak dapat naik ke generalisasi besar dan menyadari keberadaan hukum fundamental di dunia. Mendeleev tidak tahu banyak tentang upaya para pendahulunya untuk mengatur unsur-unsur kimia dalam urutan peningkatan massa atom dan tentang insiden yang muncul dalam kasus ini. Misalnya, dia hampir tidak memiliki informasi tentang karya Chancourtois, Newlands, dan Meyer.

Tidak seperti Newlands, Mendeleev menganggap hal utama bukan bobot atom sebagai sifat kimia, individualitas kimia. Dia memikirkan hal ini sepanjang waktu. Substansi… Berat… Substansi… Berat… Tidak ada keputusan yang diambil.

Dan kemudian Dmitry Ivanovich mendapat masalah waktu yang sengit. Dan ternyata cukup buruk: bukan karena "sekarang atau tidak sama sekali", tetapi entah hari ini, atau kasusnya ditunda lagi selama beberapa minggu.

Dulu dia berjanji di Masyarakat Ekonomi Bebas untuk pergi ke provinsi Tver pada bulan Februari, untuk memeriksa perusahaan susu keju lokal dan menyampaikan pandangannya tentang pementasan masalah ini dengan cara modern. Izin dari otoritas universitas telah diminta untuk perjalanan tersebut. Dan "sertifikat liburan" - sertifikat perjalanan saat itu - telah diperbaiki. Dan catatan perpisahan terakhir dari Sekretaris Masyarakat Ekonomi Bebas Khodnev diterima. Dan tidak ada yang tersisa selain melanjutkan perjalanan yang telah ditentukan. Kereta yang akan dia tuju ke Tver berangkat dari Stasiun Moskow pada 17 Februari, di malam hari.

“Di pagi hari, saat masih di tempat tidur, dia selalu minum segelas susu hangat … Bangun dan mandi, dia segera pergi ke kantornya dan minum satu atau dua, kadang-kadang tiga besar, dalam bentuk cangkir, secangkir teh yang kuat, tidak terlalu manis” (dari memoar keponakannya N.Ya. Kapustina-Gubkina).

Jejak cangkir, disimpan di sisi belakang catatan Khodnev, tertanggal 17 Februari, menunjukkan bahwa itu diterima pagi-pagi sekali, sebelum sarapan, mungkin dibawa oleh seorang utusan. Dan ini, pada gilirannya, menunjukkan bahwa pemikiran tentang sistem elemen tidak meninggalkan Dmitry Ivanovich siang atau malam: di sebelah jejak cangkir, sehelai daun menyimpan jejak yang terlihat dari proses pemikiran yang tidak terlihat yang mengarah pada penemuan ilmiah yang hebat. Dalam sejarah sains, ini adalah kasus yang paling langka, jika bukan satu-satunya.

Dilihat dari bukti fisik, itu terjadi seperti ini. Setelah menyelesaikan cangkirnya dan meletakkannya di tempat pertama yang ditemukan - pada surat Khodnev, ia segera meraih penanya dan pada selembar kertas pertama yang ditemukan, pada surat Khodnev yang sama, menuliskan pemikiran yang terlintas di kepalanya . Di lembaran itu muncul, satu di bawah yang lain, simbol klorin dan potasium... Kemudian natrium dan boron, lalu litium, barium, hidrogen... Pena itu mengembara, begitu pula pemikirannya. Akhirnya, ia mengambil seperdelapan kertas bersih yang normal - lembaran ini juga selamat - dan membuat sketsa di atasnya, satu di bawah yang lain, dalam urutan menurun, garis simbol dan berat atom: alkali tanah di atas, di bawahnya halogen, di bawahnya oksigen grup, di bawahnya nitrogen, di bawahnya grup karbon, dll. Jelas dengan mata telanjang betapa dekat perbedaan berat atom antara unsur-unsur peringkat tetangga. Mendeleev kemudian tidak dapat mengetahui bahwa "zona tidak terbatas" antara yang jelas non-logam Dan logam mengandung unsur- gas mulia, penemuan yang di masa depan akan secara signifikan mengubah Tabel Periodik.

Dia sedang terburu-buru, jadi sesekali dia membuat kesalahan, membuat kesalahan ketik. Belerang menghubungkan berat atom 36, bukannya 32. Menguranginya 65 (berat atom seng) 39 (berat atom kalium), mendapat 27. Tapi ini bukan tentang hal-hal kecil! Dia terbawa oleh gelombang intuisi yang tinggi.

Dia percaya pada intuisi. Dia menggunakannya dengan cukup sadar dalam berbagai situasi kehidupan. Anna Ivanovna, istri Mendeleev menulis: Jika dia

beberapa masalah kehidupan yang sulit dan penting harus diselesaikan, dia dengan cepat, cepat, dengan gaya berjalannya yang ringan, masuk, mengatakan apa yang terjadi, dan meminta saya untuk memberi tahu pendapat saya tentang kesan pertama. "Hanya tidak berpikir, hanya tidak berpikir," ulangnya. Saya berbicara dan itulah solusinya."

Namun, tidak ada yang berhasil. Lembar coretan lagi berubah menjadi rebus. Dan waktu berlalu, di malam hari perlu pergi ke stasiun. Hal utama yang sudah dia rasakan, rasakan. Tapi perasaan ini harus diberi bentuk logis yang jelas. Orang dapat membayangkan bagaimana, dalam keputusasaan atau kemarahan, dia bergegas berkeliling kantor, melihat sekeliling pada semua yang ada di dalamnya, mencari cara untuk melipat sistem dengan cepat. Akhirnya, dia mengambil setumpuk kartu, membuka di halaman kanan - di mana ada daftar badan sederhana - "Dasar" -nya dan mulai membuat setumpuk kartu yang belum pernah terjadi sebelumnya. Setelah membuat setumpuk kartu kimia, ia mulai memainkan permainan solitaire yang belum pernah terjadi sebelumnya. Solitaire jelas ditanya! Enam baris pertama berbaris tanpa skandal. Tapi kemudian semuanya mulai terurai.

Berkali-kali Dmitri Ivanovich mencengkeram penanya dan, dalam tulisan tangannya yang terburu-buru, membuat sketsa kolom angka di atas kertas. Dan lagi, dalam kebingungan, dia melepaskan pekerjaan ini dan mulai memutar sebatang rokok dan mengisapnya sehingga kepalanya benar-benar keruh. Akhirnya matanya mulai terkulai, dia melemparkan dirinya ke sofa dan tertidur lelap. Ini bukan hal baru baginya. Kali ini dia tidak tidur lama—mungkin beberapa jam, mungkin beberapa menit. Tidak ada informasi pasti tentang ini. Dia terbangun dari kenyataan bahwa dia melihat solitaire dalam mimpi, dan bukan dalam bentuk yang dia tinggalkan di atas meja, tetapi di tempat lain, lebih harmonis dan logis. Dan kemudian dia melompat berdiri dan mulai menggambar meja baru di selembar kertas.

Perbedaan pertama dari versi sebelumnya adalah bahwa unsur-unsur sekarang berbaris tidak dalam urutan menurun, tetapi dalam urutan berat atom. Yang kedua adalah bahwa ruang kosong di dalam tabel diisi dengan tanda tanya dan bobot atom.

Beras. 8. Sketsa draf yang disusun oleh D. I. Mendeleev selama penemuan hukum periodik (dalam rangka membuka "solitaire kimia"). 17 Februari (1 Maret 1869).

Untuk waktu yang lama, kisah Dmitry Ivanovich bahwa dia melihat mejanya dalam mimpi diperlakukan sebagai anekdot. Menemukan sesuatu yang rasional dalam mimpi dianggap takhayul. Saat ini, sains tidak lagi menempatkan penghalang buta antara proses yang terjadi dalam kesadaran dan alam bawah sadar. Dan dia tidak melihat sesuatu yang supernatural dalam kenyataan bahwa gambar yang tidak terbentuk dalam proses pertimbangan sadar dikeluarkan dalam bentuk jadi sebagai hasil dari proses bawah sadar.

Mendeleev, yakin akan keberadaan hukum objektif yang dipatuhi oleh semua elemen dengan sifat yang beragam, menempuh jalan yang berbeda secara fundamental.

Menjadi materialis spontan, ia mencari sesuatu yang material sebagai karakteristik unsur, yang mencerminkan seluruh variasi sifat mereka, mengambil berat atom unsur sebagai karakteristik seperti itu, Mendeleev membandingkan kelompok yang diketahui pada waktu itu dengan berat atom. dari anggota mereka.

Dengan menuliskan gugus halogen (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) di bawah golongan logam alkali (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) dan menempatkan di bawah mereka kelompok lain dari elemen serupa (dalam urutan menaik dari berat atomnya), Mendeleev menetapkan bahwa anggota kelompok alami ini membentuk deret elemen biasa yang umum; pada saat yang sama, sifat kimia dari unsur-unsur yang membentuk deret seperti itu berulang secara berkala. Dengan menempatkan semua 63 elemen yang diketahui pada saat itu secara total "sistem periodik" Mendeleev menemukan bahwa kelompok-kelompok alami yang terbentuk sebelumnya secara organik memasuki sistem ini, setelah kehilangan perpecahan buatan sebelumnya. Kemudian, Mendeleev merumuskan hukum periodik yang ditemukannya sebagai berikut: Sifat-sifat benda sederhana, serta bentuk dan sifat senyawa unsur, secara periodik bergantung pada nilai berat atom unsur.

Versi pertama dari tabel unsur kimia, yang menyatakan hukum periodik, diterbitkan oleh Mendeleev dalam bentuk lembar terpisah yang disebut "Pengalaman sistem unsur berdasarkan berat atom dan kesamaan kimianya" dan menyebarkan selebaran ini pada bulan Maret 1869. banyak ahli kimia Rusia dan asing.

Beras. 9. "Pengalaman sistem unsur berdasarkan berat dan kesamaan kimianya."

Tabel pertama masih sangat tidak sempurna, jauh dari bentuk modern sistem periodik. Tetapi tabel ini ternyata menjadi ilustrasi grafis pertama dari keteraturan yang ditemukan oleh Mendeleev: "Elemen yang disusun menurut berat atomnya mewakili periodisitas sifat yang jelas" ("Hubungan sifat dengan berat atom unsur" oleh Mendeleev). Artikel ini adalah hasil refleksi ilmuwan selama bekerja pada "Pengalaman sistem ...". Laporan tentang hubungan yang ditemukan oleh Mendeleev antara sifat-sifat unsur dan berat atomnya dibuat pada tanggal 6 Maret (18), 1869 pada pertemuan Masyarakat Kimia Rusia. Mendeleev tidak hadir pada pertemuan ini. Alih-alih penulis yang tidak hadir, laporan itu dibacakan oleh ahli kimia N. A. Menshutkin. Dalam risalah Masyarakat Kimia Rusia, sebuah catatan kering tentang pertemuan pada 6 Maret muncul: “N. Menshutkin melaporkan atas nama D. Mendeleev "pengalaman sistem unsur berdasarkan berat atom dan kesamaan kimianya." Dengan tidak adanya D. Mendeleev, pembahasan masalah ini ditunda hingga pertemuan berikutnya.” Pidato N. Menshutkin diterbitkan dalam "Journal of the Russian Chemical Society" ("Hubungan sifat dengan berat atom unsur"). Pada musim panas 1871, Mendeleev merangkum banyak penelitiannya yang berkaitan dengan pembentukan hukum periodik dalam karyanya Legalitas Berkala untuk Unsur Kimia . Dalam karya klasik "Fundamentals of Chemistry", yang melewati 8 edisi dalam bahasa Rusia dan beberapa edisi dalam bahasa asing selama masa hidup Mendeleev, Mendeleev untuk pertama kalinya menguraikan kimia anorganik berdasarkan hukum periodik.

Ketika membangun sistem periodik unsur, Mendeleev mengatasi kesulitan besar, karena banyak unsur yang belum ditemukan, dan dari 63 unsur yang diketahui pada saat itu, berat atom salah ditentukan untuk sembilan. Membuat tabel, Mendeleev mengoreksi berat atom berilium dengan menempatkan berilium tidak dalam kelompok yang sama dengan aluminium, seperti yang biasanya dilakukan ahli kimia, tetapi dalam kelompok yang sama dengan magnesium. Pada 1870-71, Mendeleev mengubah nilai berat atom indium, uranium, thorium, cerium, dan elemen lainnya, dipandu oleh sifat-sifatnya dan tempat yang ditentukan dalam sistem periodik. Berdasarkan hukum periodik, ia menempatkan telurium di depan yodium dan kobalt di depan nikel, sehingga telurium akan jatuh pada kolom yang sama dengan unsur-unsur yang bervalensi 2, dan yodium akan jatuh pada kolom yang sama dengan unsur-unsur yang bervalensi 1. , meskipun berat atom unsur-unsur ini menuntut lokasi yang berlawanan.

Mendeleev melihat tiga keadaan yang, menurutnya, berkontribusi pada penemuan hukum periodik:

Pertama, berat atom sebagian besar unsur kimia ditentukan secara kurang lebih akurat;

Kedua, muncul konsep yang jelas tentang golongan-golongan unsur yang sifat-sifat kimianya serupa (gugus alam);

Ketiga, pada tahun 1869 kimia dari banyak unsur langka telah dipelajari, tanpa pengetahuan yang mana akan sulit untuk sampai pada suatu generalisasi.

Akhirnya, langkah yang menentukan menuju penemuan hukum adalah Mendeleev membandingkan semua unsur satu sama lain menurut besaran berat atomnya. Pendahulu Mendeleev membandingkan elemen-elemen yang mirip satu sama lain. Artinya, unsur-unsur kelompok alam. Kelompok-kelompok ini ternyata tidak berhubungan. Mendeleev secara logis menggabungkannya dalam struktur tabelnya.

Namun, bahkan setelah kerja keras dan hati-hati para ahli kimia untuk mengoreksi berat atom, di empat tempat dalam Tabel Periodik unsur-unsur "melanggar" urutan ketat susunan dalam kenaikan berat atom. Ini adalah pasangan elemen:

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).

Pada masa D. I. Mendeleev, penyimpangan semacam itu dianggap sebagai kekurangan sistem periodik. Teori struktur atom meletakkan segala sesuatu pada tempatnya: unsur-unsur diatur dengan cukup benar - sesuai dengan muatan inti mereka. Lalu, bagaimana menjelaskan bahwa berat atom argon lebih besar daripada berat atom kalium?

Berat atom unsur apa pun sama dengan berat atom rata-rata semua isotopnya, dengan mempertimbangkan kelimpahannya di alam. Secara kebetulan, berat atom argon ditentukan oleh isotop paling "berat" (terjadi di alam dalam jumlah yang lebih besar). Kalium, sebaliknya, didominasi oleh isotopnya yang "lebih ringan" (yaitu, isotop dengan nomor massa yang lebih rendah).

Mendeleev menggambarkan jalannya proses kreatif, yang merupakan penemuan hukum periodik, sebagai berikut: “... ide tanpa sadar muncul bahwa harus ada hubungan antara massa dan sifat kimia. Dan karena massa materi, meskipun tidak mutlak, tetapi hanya relatif, maka perlu untuk mencari korespondensi fungsional antara sifat-sifat individu unsur-unsur dan berat atomnya. Mencari sesuatu, bahkan jamur atau semacam kecanduan, tidak mungkin dilakukan selain dengan melihat dan mencoba. Jadi saya mulai memilih, menulis di kartu terpisah elemen dengan berat atom dan sifat dasarnya, elemen serupa dan berat atom dekat, yang dengan cepat mengarah pada kesimpulan bahwa sifat-sifat unsur secara periodik bergantung pada berat atomnya, apalagi meragukan banyak ambiguitas, saya tidak meragukan sedikit pun keumuman kesimpulan yang ditarik, karena tidak mungkin mengakui kecelakaan.

Kepentingan mendasar dan kebaruan Hukum Berkala adalah sebagai berikut:

1. Koneksi dibuat antara elemen-elemen yang TIDAK SERUPA dalam propertinya. Hubungan ini terletak pada kenyataan bahwa sifat-sifat unsur berubah dengan lancar dan kira-kira sama dengan peningkatan berat atomnya, dan kemudian perubahan ini BERULANG SECARA BERKALA.

2. Dalam kasus-kasus di mana tampaknya ada mata rantai yang hilang dalam urutan perubahan sifat-sifat unsur, Tabel Periodik menyediakan GAPS yang harus diisi dengan unsur-unsur yang belum ditemukan.

Beras. 10. Lima periode pertama dari tabel periodik D. I. Mendeleev. Gas inert belum ditemukan, sehingga tidak ditampilkan dalam tabel. 4 elemen lain yang tidak diketahui pada saat tabel dibuat ditandai dengan tanda tanya. Sifat-sifat ketiganya diprediksi oleh D. I. Mendeleev dengan akurasi tinggi (bagian dari Tabel Periodik waktu D. I. Mendeleev dalam bentuk yang lebih akrab bagi kita).

Prinsip yang digunakan oleh D. I. Mendeleev untuk memprediksi sifat-sifat unsur yang belum diketahui ditunjukkan pada Gambar 11.

Berdasarkan hukum periodisitas dan secara praktis menerapkan hukum dialektika tentang transisi perubahan kuantitatif menjadi kualitatif, Mendeleev sudah menunjukkan pada tahun 1869 keberadaan empat elemen yang belum ditemukan. Untuk pertama kalinya dalam sejarah kimia, keberadaan unsur-unsur baru diprediksi dan bahkan berat atomnya ditentukan secara kasar. Pada akhir tahun 1870. Mendeleev, berdasarkan sistemnya, menggambarkan sifat-sifat elemen kelompok III yang masih belum ditemukan, menyebutnya "ekaaluminium". Ilmuwan juga menyarankan bahwa elemen baru akan ditemukan menggunakan analisis spektral. Memang, pada tahun 1875, ahli kimia Prancis P.E. Lecoq de Boisbaudran, mempelajari campuran seng dengan spektroskop, menemukan Mendeleev ekaaluminium di dalamnya. Kebetulan yang tepat dari sifat-sifat yang diduga dari unsur dengan yang ditentukan secara eksperimental adalah kemenangan pertama dan konfirmasi brilian dari kekuatan prediksi hukum periodik. Deskripsi sifat-sifat "ecaaluminum" yang diprediksi oleh Mendeleev dan sifat-sifat galium yang ditemukan oleh Boisbaudran diberikan pada Tabel 1.

Diprediksi oleh D.I. Mendeleev

Dipasang oleh Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaaluminium Ea Berat atom sekitar 68 Tubuh sederhana, harus rendah melebur Kepadatan mendekati 5,9 Volume atom 11.5 Tidak boleh teroksidasi di udara Harus menguraikan air dalam panas merah-panas Rumus senyawa: аСl3, а2О3, а2(SO4)3 Harus membentuk tawas Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, tetapi lebih sulit daripada aluminium Oksida Ea2O3 harus mudah direduksi dan memberikan logam yang lebih mudah menguap daripada aluminium, dan oleh karena itu dapat diharapkan bahwa EaCl3 akan ditemukan dengan analisis spektral - mudah menguap.

Berat atom sekitar 69,72 Titik leleh galium murni adalah 30 derajat C. Kepadatan galium padat adalah 5,904, dan galium cair adalah 6,095 Volume atom 11,7 Sedikit teroksidasi hanya pada suhu yang sangat panas Mengurai air pada suhu tinggi Rumus senyawa: GaCl3, Ga2O3, Ga2(SO4)3 Bentuk tawas NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Gallium direduksi dari oksida melalui kalsinasi dalam aliran hidrogen; ditemukan menggunakan analisis spektral Titik didih GaCl3 215-220 derajat C

Pada tahun 1879 ahli kimia Swedia L. Nilson menemukan elemen skandium, yang sepenuhnya sesuai dengan ekabor yang dijelaskan oleh Mendeleev; pada tahun 1886, ahli kimia Jerman K. Winkler menemukan unsur germanium, yang sesuai dengan exasilicon; pada tahun 1898 ahli kimia Perancis Pierre Curie dan Maria Sklodowska Curie menemukan polonium dan radium. Mendeleev menganggap Winkler, Lecoq de Boisbaudran dan Nilsson sebagai "penguat hukum periodik".

Prediksi yang dibuat oleh Mendeleev juga dibenarkan: trimarganes ditemukan - renium saat ini, dicesium - fransium, dll.

Setelah itu, menjadi jelas bagi para ilmuwan di seluruh dunia bahwa Tabel Periodik D. I. Mendeleev tidak hanya mensistematisasikan unsur-unsur, tetapi adalah ekspresi grafis dari hukum dasar alam - Hukum Periodik.

Hukum ini memiliki kekuatan prediksi. Dia mengizinkan untuk melakukan pencarian yang ditargetkan untuk elemen baru yang belum ditemukan. Berat atom dari banyak elemen, yang sebelumnya tidak ditentukan secara akurat, menjadi sasaran verifikasi dan penyempurnaan justru karena nilai-nilainya yang salah bertentangan dengan Hukum Periodik.

Pada suatu waktu, D. I. Mendeleev berkomentar dengan kecewa: "... kami tidak tahu alasan periodisitas." Dia tidak berhasil hidup untuk memecahkan misteri ini.

Salah satu argumen penting yang mendukung struktur kompleks atom adalah penemuan hukum periodik D. I. Mendeleev:

Sifat-sifat zat sederhana, serta sifat dan bentuk senyawa, secara periodik bergantung pada massa atom unsur-unsur kimia.

Ketika terbukti bahwa nomor urut suatu unsur dalam sistem secara numerik sama dengan muatan inti atomnya, esensi fisik dari hukum periodik menjadi jelas.

Tetapi mengapa sifat-sifat unsur kimia berubah secara berkala ketika muatan inti meningkat? Mengapa sistem elemen dibangun dengan cara ini dan bukan sebaliknya, dan mengapa periodenya mengandung jumlah elemen yang ditentukan secara ketat? Tidak ada jawaban untuk pertanyaan-pertanyaan penting ini.

Penalaran logis meramalkan bahwa jika ada hubungan antara unsur-unsur kimia yang terdiri dari atom, maka atom-atom itu memiliki kesamaan dan, oleh karena itu, mereka harus memiliki struktur yang kompleks.

Rahasia sistem periodik unsur benar-benar terungkap ketika dimungkinkan untuk memahami struktur atom yang paling kompleks, struktur kulit elektron terluarnya, hukum gerak elektron di sekitar inti bermuatan positif, di mana hampir seluruh massa atom terkonsentrasi.

Semua sifat kimia dan fisik materi ditentukan oleh struktur atom. Hukum periodik yang ditemukan Mendeleev merupakan hukum alam yang universal, karena didasarkan pada hukum struktur atom.

Pendiri teori atom modern adalah fisikawan Inggris Rutherford, yang eksperimen meyakinkan menunjukkan bahwa hampir semua massa dan materi bermuatan positif atom terkonsentrasi di sebagian kecil dari volumenya. Dia menyebut ini bagian dari atom inti. Muatan positif inti dikompensasi oleh elektron yang berputar di sekitarnya. Dalam model atom ini elektron menyerupai planet-planet tata surya, sehingga disebut planet. Kemudian, Rutherford berhasil menggunakan data eksperimen untuk menghitung muatan inti. Mereka ternyata sama dengan nomor seri elemen dalam tabel D. I. Mendeleev. Setelah karya Rutherford dan murid-muridnya, hukum periodik Mendeleev menerima arti yang lebih jelas dan formulasi yang sedikit berbeda:

Sifat-sifat zat sederhana, serta sifat dan bentuk kombinasi unsur-unsur, secara periodik bergantung pada muatan inti atom-atom unsur.

Dengan demikian, nomor seri unsur kimia dalam sistem periodik menerima makna fisik.

Pada tahun 1913, G. Moseley mempelajari emisi sinar-X dari sejumlah unsur kimia di laboratorium Rutherford. Untuk tujuan ini, ia merancang anoda tabung sinar-X dari bahan yang terdiri dari elemen-elemen tertentu. Ternyata panjang gelombang radiasi sinar-X karakteristik meningkat dengan peningkatan nomor seri elemen yang membentuk katoda. G. Moseley menurunkan persamaan yang menghubungkan panjang gelombang dan nomor seri Z:

Ekspresi matematika ini sekarang disebut hukum Moseley. Ini memungkinkan untuk menentukan nomor seri elemen yang diteliti dari panjang gelombang sinar-X yang diukur.

Inti atom yang paling sederhana adalah inti atom hidrogen. Muatannya sama dan berlawanan tanda dengan muatan elektron, dan massanya adalah yang terkecil dari semua inti. Inti atom hidrogen diakui sebagai partikel elementer, dan pada tahun 1920 Rutherford memberinya nama proton . Massa proton kira-kira satu satuan massa atom.

Namun, massa semua atom, kecuali hidrogen, secara numerik melebihi muatan inti atom. Sudah Rutherford berasumsi bahwa selain proton, inti harus mengandung beberapa partikel netral dengan massa tertentu. Partikel ini ditemukan pada tahun 1932 oleh Bothe dan Becker. Chadwick menetapkan sifat mereka dan menamainya neutron . Neutron adalah partikel tak bermuatan dengan massa hampir sama dengan massa proton, yaitu juga 1 AU. makan.

Pada tahun 1932, ilmuwan Soviet D. D. Ivanenko dan fisikawan Jerman Heisenberg secara independen mengembangkan teori inti proton-neutron, yang menurutnya inti atom terdiri dari proton dan neutron.

Pertimbangkan struktur atom beberapa unsur, misalnya natrium, dari sudut pandang teori proton-neutron. Nomor urut natrium dalam sistem periodik adalah 11, nomor massa adalah 23. Sesuai dengan nomor urut, muatan inti atom natrium adalah + 11. Oleh karena itu, ada 11 elektron dalam atom natrium, jumlah muatannya sama dengan muatan positif inti. Jika atom natrium kehilangan satu elektron, maka muatan positif akan menjadi satu lebih banyak dari jumlah muatan negatif elektron (10), dan atom natrium akan menjadi ion dengan muatan 1+. Muatan inti atom sama dengan jumlah muatan 11 proton dalam inti, yang massanya 11 a. e.m. Karena nomor massa natrium adalah 23 a.m. e.m., maka perbedaan 23 - 11 \u003d 12 menentukan jumlah neutron dalam atom natrium.

Proton dan neutron disebut nukleon . Inti atom natrium terdiri dari 23 nukleon, 11 di antaranya adalah proton dan 12 adalah neutron. Jumlah total nukleon dalam inti ditulis di kiri atas penunjukan unsur, dan jumlah proton di kiri bawah, misalnya Na.

Semua atom dari unsur tertentu memiliki muatan inti yang sama, yaitu jumlah proton yang sama dalam nukleus. Jumlah neutron dalam inti atom unsur bisa berbeda. Atom-atom yang memiliki jumlah proton yang sama dan jumlah neutron yang berbeda pada intinya disebut isotop .

Atom-atom dari unsur yang berbeda yang intinya mengandung jumlah nukleon yang sama disebut isobar .

Ilmu pengetahuan berutang pembentukan hubungan nyata antara struktur atom dan struktur sistem periodik, pertama-tama, kepada fisikawan besar Denmark Niels Bohr. Dia juga orang pertama yang menjelaskan prinsip-prinsip sebenarnya dari perubahan periodik dalam sifat-sifat unsur. Bohr memulai dengan membuat model atom Rutherford layak.

Model atom planet Rutherford mencerminkan kebenaran yang jelas bahwa bagian utama atom terkandung dalam bagian volume yang dapat diabaikan - inti atom, dan elektron didistribusikan di sisa volume atom. Namun, sifat gerak elektron dalam orbit di sekitar inti atom bertentangan dengan teori gerak muatan listrik elektrodinamika.

Pertama, menurut hukum elektrodinamika, elektron yang berputar di sekitar nukleus harus jatuh ke nukleus sebagai akibat dari kehilangan energi untuk radiasi. Kedua, ketika mendekati nukleus, panjang gelombang yang dipancarkan elektron harus terus berubah, membentuk spektrum kontinu. Namun, atom tidak menghilang, yang berarti elektron tidak jatuh pada nukleus, dan spektrum radiasi atom tidak kontinu.

Jika logam dipanaskan hingga suhu penguapan, maka uapnya akan mulai bersinar, dan uap setiap logam memiliki warnanya sendiri. Radiasi uap logam yang diuraikan oleh prisma membentuk spektrum yang terdiri dari garis-garis bercahaya individu. Spektrum seperti ini disebut spektrum garis. Setiap garis spektrum dicirikan oleh frekuensi radiasi elektromagnetik tertentu.

Pada tahun 1905, Einstein, menjelaskan fenomena efek fotolistrik, menyarankan bahwa cahaya merambat dalam bentuk foton atau kuanta energi, yang memiliki arti yang sangat pasti untuk setiap jenis atom.

Pada tahun 1913, Bohr memperkenalkan representasi kuantum ke dalam model planet atom Rutherford dan menjelaskan asal usul spektrum garis atom. Teorinya tentang struktur atom hidrogen didasarkan pada dua postulat.

Postulat pertama:

Elektron berputar di sekitar nukleus, tanpa memancarkan energi, sepanjang orbit stasioner yang ditentukan secara ketat yang memenuhi teori kuantum.

Dalam setiap orbit ini, elektron memiliki energi tertentu. Semakin jauh dari nukleus orbit berada, semakin banyak energi elektron yang terletak di atasnya.

Pergerakan suatu benda di sekitar pusat dalam mekanika klasik ditentukan oleh momentum sudut m´v´r, di mana m adalah massa benda yang bergerak, v adalah kecepatan benda, r adalah jari-jari lingkaran. Menurut mekanika kuantum, energi benda ini hanya dapat memiliki nilai tertentu. Bohr percaya bahwa momentum sudut elektron dalam atom hidrogen hanya bisa sama dengan bilangan bulat kuanta aksi. Rupanya, rasio ini adalah dugaan Bohr, kemudian diturunkan secara matematis oleh fisikawan Prancis de Broglie.

Jadi, ekspresi matematis dari postulat pertama Bohr adalah persamaan:

(1)

Sesuai dengan persamaan (1), jari-jari minimum orbit elektron, dan, akibatnya, energi potensial minimum elektron sesuai dengan nilai n sama dengan satu. Keadaan atom hidrogen, yang sesuai dengan nilai n=1, disebut normal atau basa. Atom hidrogen yang elektronnya berada pada orbit lain yang sesuai dengan nilai n=2, 3, 4, disebut tereksitasi.

Persamaan (1) berisi kecepatan elektron dan jari-jari orbit sebagai tidak diketahui. Jika kita membuat persamaan lain, yang akan mencakup v dan r, maka kita dapat menghitung nilai karakteristik penting elektron dalam atom hidrogen. Persamaan seperti itu diperoleh dengan mempertimbangkan persamaan gaya sentrifugal dan sentripetal yang bekerja dalam sistem "inti atom hidrogen - elektron".

Gaya sentrifugal adalah . Gaya sentripetal, yang menentukan daya tarik elektron ke inti, menurut hukum Coulomb adalah . Dengan memperhatikan persamaan muatan elektron dan inti atom hidrogen, kita dapat menulis:

(2)

Memecahkan sistem persamaan (1) dan (2) sehubungan dengan v dan r, kita menemukan:

(3)

Persamaan (3) dan (4) memungkinkan untuk menghitung jari-jari orbital dan kecepatan elektron untuk setiap nilai n. Pada n=1, jari-jari orbit pertama atom hidrogen, jari-jari Bohr, sama dengan 0,053 nm. Kecepatan elektron pada orbit ini adalah 2200 km/s. persamaan (3) dan (4) menunjukkan bahwa jari-jari orbit elektron atom hidrogen berhubungan satu sama lain sebagai kuadrat bilangan asli, dan kecepatan elektron berkurang dengan bertambahnya n.

Postulat kedua:

Ketika bergerak dari satu orbit ke orbit lain, elektron menyerap atau memancarkan energi kuantum.

Ketika sebuah atom tereksitasi, yaitu, ketika sebuah elektron bergerak dari orbit yang paling dekat dengan inti ke yang lebih jauh, sebuah kuantum energi diserap dan, sebaliknya, ketika sebuah elektron bergerak dari orbit yang jauh ke orbit yang dekat, energi kuantum adalah dipancarkan E 2 - E 1 \u003d hv. Setelah menemukan jari-jari orbit dan energi elektron di atasnya, Bohr menghitung energi foton dan garis-garisnya yang sesuai dalam spektrum garis hidrogen, yang sesuai dengan data eksperimen.

Bilangan n, yang menentukan ukuran jari-jari orbit kuantum, kecepatan gerak elektron dan energinya, disebut bilangan kuantum utama .

Sommerfeld lebih lanjut meningkatkan teori Bohr. Dia mengusulkan bahwa dalam sebuah atom tidak hanya ada orbit melingkar, tetapi juga elips elektron, dan atas dasar ini dia menjelaskan asal usul struktur halus spektrum hidrogen.

Beras. 12. Sebuah elektron dalam atom Bohr tidak hanya menggambarkan orbit lingkaran, tetapi juga elips. Inilah tampilannya untuk nilai yang berbeda aku pada P =2, 3, 4.

Namun, teori struktur atom Bohr-Sommerfeld menggabungkan konsep mekanika klasik dan kuantum dan, dengan demikian, dibangun di atas kontradiksi. Kelemahan utama dari teori Bohr-Sommerfeld adalah sebagai berikut:

1. Teori ini tidak mampu menjelaskan semua detail karakteristik spektral atom.

2. Tidak memungkinkan untuk menghitung ikatan kimia secara kuantitatif bahkan dalam molekul sederhana seperti molekul hidrogen.

Tetapi posisi fundamental telah ditetapkan dengan kuat: pengisian kulit elektron dalam atom unsur kimia terjadi mulai dari yang ketiga, M - cangkang tidak berurutan, secara bertahap hingga kapasitas penuh (mis., Seperti sebelumnya KE- Dan L - kerang), tetapi bertahap. Dengan kata lain, konstruksi kulit elektron untuk sementara terganggu karena fakta bahwa elektron muncul dalam atom yang termasuk dalam kulit lain.

Surat-surat ini ditunjuk sebagai berikut: n , aku , saya , MS – dan dalam bahasa fisika atom disebut bilangan kuantum. Secara historis, mereka diperkenalkan secara bertahap, dan kemunculannya sebagian besar terkait dengan studi spektrum atom.

Jadi ternyata keadaan setiap elektron dalam sebuah atom dapat ditulis dalam kode khusus, yaitu kombinasi dari empat bilangan kuantum. Ini bukan hanya beberapa kuantitas abstrak yang digunakan untuk merekam keadaan elektronik. Sebaliknya, mereka semua memiliki konten fisik yang nyata.

Nomor P termasuk dalam rumus kapasitansi kulit elektron (2 P 2), yaitu bilangan kuantum yang diberikan P sesuai dengan jumlah kulit elektron; dengan kata lain, angka ini menentukan apakah sebuah elektron termasuk dalam kulit elektron tertentu.

Nomor P hanya menerima nilai bilangan bulat: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,… masing-masing sesuai dengan kulit: K, L, M, N, O, P, Q.

Sejauh P termasuk dalam rumus energi elektron, maka mereka mengatakan bahwa bilangan kuantum utama menentukan energi total elektron dalam atom.

Huruf lain dari alfabet kami - bilangan kuantum orbital (sisi) - dilambangkan sebagai aku . Itu diperkenalkan untuk menekankan non-ekuivalensi semua elektron milik kulit tertentu.

Setiap kulit dibagi lagi menjadi subkulit tertentu, dan jumlahnya sama dengan jumlah kulit. yaitu kulit K ( P =1) terdiri dari satu subkulit; kulit L ( P =2) - dari dua; kulit M ( P =3) - dari tiga subkulit ...

Dan setiap subkulit dari cangkang ini dicirikan oleh nilai tertentu aku . Bilangan kuantum orbital juga mengambil nilai integer, tetapi dimulai dari nol, yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ... Jadi, aku selalu kurang P . Sangat mudah untuk memahami bahwa ketika P =1 aku =0; pada n =2 aku =0 dan 1; pada n = 3 aku = 0, 1 dan 2, dst. Nomor aku , sehingga untuk berbicara, memiliki gambar geometris. Lagi pula, orbit elektron milik satu kulit atau lainnya tidak hanya melingkar, tetapi juga elips.

arti yang berbeda aku dan mengkarakterisasi berbagai jenis orbit.

Fisikawan menyukai tradisi dan lebih memilih sebutan huruf lama untuk menunjuk subkulit elektron. S ( aku =0), P ( aku =1), D ( aku =2), F ( aku =3). Ini adalah huruf pertama dari kata-kata Jerman yang mencirikan fitur rangkaian garis spektral karena transisi elektron: tajam, utama, menyebar, mendasar.

Sekarang Anda dapat menuliskan secara singkat subkulit elektron mana yang terkandung dalam kulit elektron (Tabel 2).

Untuk mengetahui berapa banyak elektron yang dapat ditampung oleh berbagai subkulit elektron, bantu tentukan bilangan kuantum ketiga dan keempat - ml dan m s, yang disebut magnet dan spin.

Bilangan kuantum magnetik m aku berhubungan erat dengan aku dan menentukan, di satu sisi, arah lokasi orbit-orbit ini di ruang angkasa, dan di sisi lain, jumlah mereka yang mungkin untuk suatu aku . Dari beberapa hukum teori atom dapat disimpulkan bahwa untuk suatu aku bilangan kuantum m aku, membutuhkan 2 aku +1 nilai bilangan bulat: dari - aku untuk + aku , termasuk nol. Misalnya untuk aku =3 ini adalah barisan m aku kami memiliki: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, yaitu total tujuh nilai.

Mengapa saya aku disebut magnet? Setiap elektron, yang berputar di orbit di sekitar inti, pada dasarnya adalah satu putaran belitan, yang melaluinya arus listrik mengalir. Ada medan magnet, sehingga setiap orbit dalam atom dapat dianggap sebagai lembaran magnet datar. Ketika medan magnet luar ditemukan, setiap orbit elektron akan berinteraksi dengan medan ini dan cenderung menempati posisi tertentu dalam atom.

Jumlah elektron pada setiap orbit ditentukan oleh nilai bilangan kuantum spin m s .

Perilaku atom dalam medan magnet kuat yang tidak seragam telah menunjukkan bahwa setiap elektron dalam atom berperilaku seperti magnet. Dan ini menunjukkan bahwa elektron berputar di sekitar porosnya sendiri, seperti planet yang mengorbit. Properti elektron ini disebut "spin" (diterjemahkan dari bahasa Inggris - untuk memutar). Gerak rotasi elektron adalah konstan dan tidak berubah. Rotasi elektron sama sekali tidak biasa: ia tidak dapat diperlambat, dipercepat, atau dihentikan. Itu sama untuk semua elektron di dunia.

Tetapi meskipun spin adalah sifat umum dari semua elektron, spin juga merupakan alasan untuk perbedaan antara elektron dalam sebuah atom.

Dua elektron, yang berputar pada orbit yang sama di sekitar nukleus, memiliki putaran yang sama besarnya, namun mereka dapat berbeda dalam arah rotasinya sendiri. Dalam hal ini, tanda momentum sudut dan tanda putaran berubah.

Perhitungan kuantum mengarah ke dua kemungkinan nilai bilangan kuantum spin yang melekat pada elektron di orbit: s=+ dan s= - . Tidak boleh ada nilai lain. Oleh karena itu, dalam sebuah atom, hanya satu atau dua elektron yang dapat berputar di setiap orbit. Tidak ada lagi.

Setiap subkulit elektron dapat menampung 2(2 .) aku + 1) - elektron, yaitu (tabel 3):

Dari sini, dengan penambahan sederhana, kapasitas cangkang yang berurutan diperoleh.

Kesederhanaan hukum dasar, di mana kompleksitas awal yang tak terbatas dari struktur atom dikurangi, sungguh menakjubkan. Semua perilaku aneh elektron di kulit terluarnya, yang mengatur semua propertinya, dapat diekspresikan dengan sangat sederhana: Tidak ada dan tidak mungkin dua elektron identik dalam sebuah atom. Hukum ini dikenal dalam sains sebagai prinsip Pauli (menurut fisikawan teoretis Swiss).

Mengetahui jumlah total elektron dalam sebuah atom, yang sama dengan nomor serinya dalam sistem Mendeleev, Anda dapat "membangun" atom: Anda dapat menghitung struktur kulit elektron terluarnya - tentukan berapa banyak elektron di dalamnya dan apa jenis mereka di dalamnya.

Saat kamu tumbuh Z jenis konfigurasi elektron atom yang serupa berulang secara periodik. Sebenarnya, ini juga merupakan rumusan dari hukum periodik, tetapi dalam kaitannya dengan proses distribusi elektron pada kulit dan subkulit.

Mengetahui hukum struktur atom, Anda sekarang dapat membangun sistem periodik dan menjelaskan mengapa sistem itu dibuat seperti itu. Hanya satu klarifikasi terminologis kecil yang diperlukan: unsur-unsur yang atom-atomnya membentuk subkulit s-, p-, d-, f biasanya disebut masing-masing unsur s-, p-, d-, f.

Merupakan kebiasaan untuk menulis rumus atom dalam bentuk ini: bilangan kuantum utama adalah nomor yang sesuai, nomor kuantum sekunder adalah huruf, jumlah elektron ditandai di kanan atas.

Periode pertama mengandung 1 s-elemen - hidrogen dan helium. Skema representasi periode pertama adalah sebagai berikut: 1 s 2 . Periode kedua dapat direpresentasikan sebagai berikut: 2 s 2 2 p 6 , yaitu, itu termasuk elemen di mana 2 s-, 2 subkulit p diisi. Dan yang ketiga (3 s-, 3p-subkulit dibangun di dalamnya): 3 s 2 3p 6 . Jelas, jenis konfigurasi elektronik yang serupa berulang.

Pada awal periode ke-4, ada dua elemen 4-s, yaitu pengisian kulit N dimulai lebih awal dari konstruksi kulit M selesai. Ini berisi 10 lowongan lagi, yang diisi sepuluh elemen berikutnya (3 d-elemen). Pengisian kulit M telah berakhir, pengisian kulit N berlanjut (dengan enam elektron 4 p). Akibatnya, struktur periode ke-4 adalah sebagai berikut: 4 s 2 3 d 10 4 p 6 . Periode kelima diisi dengan cara yang sama:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

Ada 32 unsur pada periode keenam. Representasi skemanya adalah sebagai berikut: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6 .

Dan, akhirnya, periode ke-7 berikutnya: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6 . Perlu diingat bahwa belum semua elemen dari periode ke-7 diketahui.

Pengisian cangkang secara bertahap seperti itu adalah keteraturan fisik yang ketat. Ternyata alih-alih menempati tingkat subkulit 3 d, elektron (dari sudut pandang energi) lebih menguntungkan untuk terlebih dahulu mengisi tingkat subkulit 4 s. Energi ini "berayun" "lebih menguntungkan - lebih tidak menguntungkan" dan menjelaskan situasi bahwa dalam unsur-unsur kimia pengisian kulit elektron terjadi di tepian.

Pada pertengahan 20-an. Fisikawan Prancis L. de Broglie mengungkapkan ide yang berani: semua partikel materi (termasuk elektron) tidak hanya memiliki materi, tetapi juga sifat gelombang. Segera dimungkinkan untuk menunjukkan bahwa elektron, seperti gelombang cahaya, juga dapat melewati rintangan.

Karena elektron adalah gelombang, gerakannya dalam atom dapat dijelaskan menggunakan persamaan gelombang. Persamaan seperti itu diturunkan pada tahun 1926 oleh fisikawan Austria E. Schrödinger. Matematikawan menyebutnya persamaan diferensial parsial orde dua. Bagi fisikawan, ini adalah persamaan dasar mekanika kuantum.

Berikut adalah persamaannya:

+++ y=0

di mana M adalah massa elektron; R – jarak elektron dari inti; e adalah muatan elektron; E adalah energi total elektron, yang sama dengan jumlah energi kinetik dan energi potensial; Z adalah nomor seri atom (untuk atom hidrogen sama dengan 1); H- "kuantum tindakan"; x , kamu , z – koordinat elektron; y - fungsi gelombang (kuantitas abstrak yang mencirikan tingkat probabilitas).

Derajat peluang suatu elektron berada pada suatu tempat tertentu dalam ruang di sekitar inti. Jika y \u003d 1, maka, oleh karena itu, elektron harus benar-benar berada di tempat ini; jika y = 0, maka tidak ada elektron sama sekali.

Konsep kemungkinan menemukan elektron adalah pusat mekanika kuantum. Dan nilai fungsi y (psi) (lebih tepatnya, kuadrat nilainya) menyatakan kemungkinan elektron berada pada satu atau lain titik dalam ruang.

Tidak ada orbit elektron yang pasti dalam atom mekanika kuantum, yang begitu jelas diuraikan dalam model atom Bohr. Elektron tersebut seolah dioleskan di ruang angkasa dalam bentuk awan. Tetapi kepadatan awan ini berbeda: seperti yang mereka katakan, di mana ia padat, dan di mana ia kosong. Kepadatan awan yang lebih tinggi sesuai dengan kemungkinan yang lebih tinggi untuk menemukan elektron.

Dari model atom mekanika kuantum abstrak, kita dapat beralih ke model atom visual dan kasat mata Bohr. Untuk melakukan ini, Anda perlu menyelesaikan persamaan Schrödinger. Ternyata fungsi gelombang dikaitkan dengan tiga besaran yang berbeda, yang hanya dapat mengambil nilai bilangan bulat. Selain itu, urutan perubahan besaran-besaran ini sedemikian rupa sehingga tidak dapat menjadi apa pun selain bilangan kuantum. Utama, orbital dan magnet. Tapi mereka diperkenalkan secara khusus untuk menunjuk spektrum berbagai atom. Kemudian mereka secara organik bermigrasi ke model atom Bohr. Begitulah logika ilmiah - bahkan skeptis yang paling parah pun tidak akan meruntuhkannya.

Semua ini berarti bahwa penyelesaian persamaan Schrödinger pada akhirnya mengarah pada penurunan urutan pengisian kulit elektron dan subkulit atom. Ini adalah keunggulan utama atom mekanika kuantum dibandingkan atom Bohr. Dan konsep yang akrab dengan atom planet dapat direvisi dari sudut pandang mekanika kuantum. Kita dapat mengatakan bahwa orbit adalah seperangkat kemungkinan posisi tertentu dari elektron yang diberikan dalam sebuah atom. Ini sesuai dengan fungsi gelombang tertentu. Alih-alih istilah "orbit" dalam fisika dan kimia atom modern, istilah "orbital" digunakan.

Jadi, persamaan Schrödinger seperti tongkat ajaib yang menghilangkan semua kekurangan yang terdapat dalam teori formal sistem periodik. Mengubah "formal" menjadi "aktual".

Pada kenyataannya, ini jauh dari kasus. Karena persamaan tersebut hanya memiliki solusi eksak untuk atom hidrogen, atom paling sederhana. Untuk atom helium dan atom berikutnya, persamaan Schrödinger tidak mungkin diselesaikan dengan tepat, karena gaya interaksi antar elektron ditambahkan. Dan dengan mempertimbangkan pengaruhnya pada hasil akhir adalah masalah matematika dengan kompleksitas yang tak terbayangkan. Itu tidak dapat diakses oleh kemampuan manusia; hanya komputer elektronik berkecepatan tinggi, yang melakukan ratusan ribu operasi per detik, yang dapat dibandingkan dengannya. Dan itupun hanya dengan syarat bahwa program untuk kalkulasi dikembangkan dengan banyak penyederhanaan dan aproksimasi.

Selama 40 tahun, daftar unsur kimia yang diketahui telah meningkat 19. Dan semua 19 unsur disintesis, disiapkan secara artifisial.

Sintesis unsur dapat dipahami sebagai perolehan dari unsur dengan muatan inti lebih rendah, nomor atom lebih rendah dari unsur dengan nomor atom lebih tinggi. Dan proses memperolehnya disebut reaksi nuklir. Persamaannya ditulis dengan cara yang sama seperti persamaan reaksi kimia biasa. Reaktan di sebelah kiri, produk di sebelah kanan. Reaktan dalam reaksi nuklir adalah target dan partikel yang membombardir.

Hampir semua elemen dari sistem periodik (dalam bentuk bebas atau dalam bentuk senyawa kimia) dapat berfungsi sebagai target.

Peran partikel yang membombardir dimainkan oleh partikel-a, neutron, proton, deuteron (inti dari isotop hidrogen berat), serta apa yang disebut ion berat bermuatan ganda dari berbagai elemen - boron, karbon, nitrogen, oksigen, neon, argon, dan elemen lain dari sistem periodik.

Agar reaksi nuklir terjadi, partikel yang membombardir harus bertabrakan dengan inti atom target. Jika partikel memiliki energi yang cukup tinggi, maka ia dapat menembus begitu dalam ke dalam nukleus sehingga menyatu dengannya. Karena semua partikel yang disebutkan di atas, kecuali neutron, membawa muatan positif, maka, bergabung dengan nukleus, mereka meningkatkan muatannya. Dan mengubah nilai Z berarti transformasi elemen: sintesis elemen dengan nilai baru dari muatan inti.

Untuk menemukan cara mempercepat partikel yang membombardir, untuk memberi mereka energi tinggi yang cukup untuk menggabungkannya dengan inti, akselerator partikel khusus, siklotron, diciptakan dan dibangun. Kemudian mereka membangun pabrik khusus elemen baru - rektor nuklir. Tujuan langsungnya adalah untuk menghasilkan energi nuklir. Tetapi karena selalu ada fluks neutron yang kuat di dalamnya, mereka mudah digunakan untuk keperluan sintesis buatan. Neutron tidak memiliki muatan, dan karena itu tidak perlu (dan tidak mungkin) untuk dipercepat. Sebaliknya, neutron lambat ternyata lebih berguna daripada yang cepat.

Ahli kimia harus memutar otak mereka dan menunjukkan keajaiban kecerdikan yang asli untuk mengembangkan cara untuk memisahkan sejumlah kecil elemen baru dari zat target. Untuk belajar mempelajari sifat-sifat unsur baru ketika hanya sedikit atom yang tersedia...

Dengan karya ratusan dan ribuan ilmuwan, 19 sel baru diisi dalam sistem periodik. Empat berada dalam batas-batas lamanya: antara hidrogen dan uranium. Lima belas - untuk uranium. Inilah bagaimana semuanya terjadi...

4 tempat dalam sistem periodik tetap kosong untuk waktu yang lama: sel dengan No. 43, 61, 85 dan 87.

4 elemen ini sulit dipahami. Upaya para ilmuwan yang bertujuan mencari mereka di alam tetap tidak berhasil. Dengan bantuan hukum periodik, semua tempat lain dalam tabel periodik diisi sejak lama - dari hidrogen hingga uranium.

Lebih dari sekali dalam jurnal ilmiah terdapat laporan penemuan keempat unsur tersebut. Tetapi semua penemuan ini tidak dikonfirmasi: setiap kali pemeriksaan yang tepat menunjukkan bahwa kesalahan telah dibuat dan pengotor acak yang tidak signifikan disalahartikan sebagai elemen baru.

Pencarian yang panjang dan sulit akhirnya mengarah pada penemuan salah satu elemen yang sulit dipahami. Ternyata ecacesium No. 87 terjadi dalam rantai peluruhan isotop radioaktif alami uranium-235. itu adalah unsur radioaktif berumur pendek.

Beras. 13. Skema pembentukan elemen No. 87 - Prancis. Beberapa isotop radioaktif dapat meluruh dengan dua cara, misalnya, melalui peluruhan a dan b. Fenomena ini disebut garpu radioaktif. Semua keluarga radioaktif alami mengandung garpu.

Elemen 87 memang pantas untuk diceritakan lebih detail. Sekarang dalam ensiklopedia kimia kita membaca: fransium (nomor seri 87) ditemukan pada tahun 1939 oleh ilmuwan Prancis Marguerite Perey.

Bagaimana Perey berhasil menangkap elemen yang sulit dipahami? Pada tahun 1914, tiga ahli radiokimia Austria - S. Meyer, W. Hess dan F. Panet - mulai mempelajari peluruhan radioaktif isotop aktinium dengan nomor massa 227. Diketahui bahwa itu milik keluarga actinouranium dan memancarkan b- partikel; maka produk peluruhannya adalah thorium. Namun, para ilmuwan memiliki kecurigaan yang kabur bahwa actinium-227, dalam kasus yang jarang terjadi, juga memancarkan partikel-a. Dengan kata lain, salah satu contoh garpu radioaktif diamati di sini. Dalam proses transformasi seperti itu, sebuah isotop unsur 87 harus terbentuk.Meyer dan rekan-rekannya benar-benar mengamati partikel-a. Studi lebih lanjut diperlukan, tetapi mereka terganggu oleh Perang Dunia Pertama.

Marguerite Perey mengikuti jalan yang sama. Tetapi dia memiliki instrumen yang lebih sensitif, metode analisis baru yang lebih baik. jadi dia berhasil.

Fransium adalah salah satu elemen yang disintesis secara artifisial. Tapi tetap saja, unsur itu pertama kali ditemukan di alam. Ini adalah isotop fransium-223. Waktu paruhnya hanya 22 menit. Menjadi jelas mengapa ada begitu sedikit Prancis di Bumi. Pertama, karena kerapuhannya, ia tidak punya waktu untuk berkonsentrasi dalam jumlah yang nyata, dan kedua, proses pembentukannya sendiri ditandai dengan probabilitas rendah: hanya 1,2% inti aktinium-227 yang meluruh dengan emisi a- partikel.

Dalam hal ini, fransium lebih menguntungkan untuk disiapkan secara artifisial. Sudah menerima 20 isotop fransium, dan yang paling lama hidup - fransium-223. bekerja dengan garam fransium dalam jumlah yang sangat kecil, ahli kimia mampu membuktikan bahwa sifat-sifatnya sangat mirip dengan cesium.

Mempelajari sifat-sifat inti atom, fisikawan sampai pada kesimpulan bahwa unsur-unsur dengan nomor atom 43, 61, 85 dan 87 tidak dapat memiliki isotop stabil. Mereka hanya bisa radioaktif, dengan waktu paruh pendek, dan akan menghilang dengan cepat. Oleh karena itu, semua elemen ini diciptakan oleh manusia secara artifisial. Jalur untuk menciptakan elemen baru ditunjukkan oleh hukum periodik. Elemen 43 adalah yang pertama dibuat secara artifisial.

Harus ada 43 muatan positif dalam inti unsur 43, dan 43 elektron harus berputar mengelilingi inti. Ruang kosong untuk unsur 43, yang berada di tengah periode kelima, memiliki mangan di periode keempat, dan renium di periode keenam. Oleh karena itu, sifat kimia unsur 43 harus serupa dengan mangan dan renium. Di sebelah kiri sel 43 adalah molibdenum #42, di sebelah kanan adalah rutenium #44. Oleh karena itu, untuk membuat unsur 43, perlu menambah jumlah muatan dalam inti atom yang memiliki 42 muatan sebanyak satu muatan elementer lagi. Oleh karena itu, untuk sintesis elemen baru 43, molibdenum harus diambil sebagai bahan baku. Unsur paling ringan, hidrogen, memiliki satu muatan positif. Jadi, kita dapat mengharapkan bahwa unsur 43 dapat diperoleh sebagai hasil dari reaksi nuklir antara molibdenum dan proton.

Beras. 14. Skema sintesis elemen No. 43 - teknesium.

Sifat-sifat unsur 43 harus serupa dengan mangan dan renium, dan untuk mendeteksi dan membuktikan pembentukan unsur ini, seseorang harus menggunakan reaksi kimia yang serupa dengan reaksi kimia yang menentukan keberadaan mangan dan renium dalam jumlah kecil.

Ini adalah bagaimana sistem periodik memungkinkan untuk memetakan cara penciptaan elemen buatan.

Dengan cara yang persis sama, unsur kimia buatan pertama diciptakan pada tahun 1937. Dia menerima nama penting teknesium - elemen pertama yang dibuat dengan cara teknis dan buatan. Ini adalah bagaimana teknesium disintesis. Pelat molibdenum menjadi sasaran pemboman hebat oleh inti isotop berat hidrogen - deuterium, yang tersebar di siklotron dengan kecepatan tinggi.

Inti hidrogen berat, yang menerima energi sangat tinggi, menembus inti molibdenum. Setelah penyinaran dalam siklotron, plastik molibdenum dilarutkan dalam asam. Sejumlah kecil zat radioaktif baru diisolasi dari larutan menggunakan reaksi yang sama yang diperlukan untuk penentuan analitik mangan (analog dengan unsur 43). Ini adalah elemen baru - teknesium. Mereka sesuai persis dengan posisi unsur dalam tabel periodik.

Sekarang teknesium telah menjadi sangat terjangkau: ia terbentuk dalam jumlah yang cukup besar di reaktor nuklir. Teknesium telah dipelajari dengan baik dan sudah digunakan dalam praktik.

Metode pembuatan elemen 61 sangat mirip dengan metode perolehan teknesium. Unsur 61 diisolasi hanya pada tahun 1945 dari unsur-unsur fragmentasi yang terbentuk dalam reaktor nuklir sebagai hasil fisi uranium.

Beras. 15. Skema untuk sintesis elemen No. 61 - promethium.

Elemen tersebut menerima nama simbolis "promethium". Nama ini tidak diberikan kepadanya dengan alasan sederhana. Ini melambangkan jalur dramatis sains mencuri energi fisi nuklir dari alam dan menguasai energi ini (menurut legenda, titan Prometheus mencuri api dari langit dan memberikannya kepada orang-orang; untuk ini ia dirantai ke batu dan elang besar menyiksanya setiap hari), tetapi juga memperingatkan orang-orang dari bahaya militer yang mengerikan.

Promethium sekarang diproduksi dalam jumlah yang cukup besar: digunakan dalam baterai atom - sumber arus searah yang dapat beroperasi tanpa gangguan selama bertahun-tahun.

Halogen terberat, ecaiod, elemen 85 disintesis dengan cara yang sama, pertama kali diperoleh dengan membombardir bismut (No.83) dengan inti helium (No.2), yang dipercepat dalam siklotron hingga energi tinggi. Elemen baru tersebut diberi nama astatine (tidak stabil). Ini radioaktif dan menghilang dengan cepat. Sifat kimianya juga ternyata sesuai dengan hukum periodik. Ini mirip dengan yodium.

Beras. 16. Skema sintesis elemen No. 85 - astatin.

Unsur transuranium adalah unsur kimia yang disintesis secara artifisial yang terletak dalam sistem periodik setelah uranium. Berapa banyak lagi yang akan disintesis di masa depan, sementara tidak ada yang bisa menjawab dengan pasti.

Uranium adalah yang terakhir dalam rangkaian unsur kimia alami selama 70 tahun.

Dan selama ini, para ilmuwan, tentu saja, khawatir dengan pertanyaan: apakah ada unsur-unsur yang lebih berat daripada uranium di alam? Dmitry Ivanovich percaya bahwa jika elemen transuranium dapat ditemukan di perut bumi, maka jumlahnya harus dibatasi. Setelah penemuan radioaktivitas, ketiadaan unsur-unsur semacam itu di alam dijelaskan oleh fakta bahwa waktu paruhnya pendek dan semuanya meluruh, berubah menjadi unsur yang lebih ringan, dahulu kala, pada tahap paling awal evolusi kita. planet. Tapi uranium, yang ternyata radioaktif, memiliki umur yang panjang sehingga bertahan hingga zaman kita. Mengapa, setidaknya untuk transuranik terdekat, alam tidak dapat melepaskan waktu yang begitu besar untuk keberadaan? Ada banyak laporan tentang penemuan unsur-unsur baru dalam sistem - antara hidrogen dan uranium, tetapi hampir tidak pernah dalam jurnal ilmiah mereka menulis tentang penemuan transuran. Para ilmuwan hanya memperdebatkan apa penyebab pecahnya sistem periodik uranium.

Hanya fusi nuklir yang memungkinkan untuk menetapkan keadaan menarik yang bahkan tidak dapat diduga sebelumnya.

Studi pertama tentang sintesis unsur kimia baru ditujukan untuk produksi transuran buatan. Unsur transuranium buatan pertama dibicarakan tiga tahun sebelum teknesium muncul. Peristiwa yang merangsang adalah penemuan neutron. sebuah partikel elementer, tanpa muatan, memiliki daya tembus yang sangat besar, dapat mencapai inti atom tanpa menemui hambatan apa pun, dan menyebabkan transformasi berbagai elemen. Neutron mulai menembaki target dari berbagai zat. Fisikawan terkemuka Italia E. Fermi menjadi pelopor penelitian di bidang ini.

Uranium yang disinari dengan neutron menunjukkan aktivitas yang tidak diketahui dengan waktu paruh yang pendek. Uranium-238, setelah menyerap neutron, berubah menjadi isotop yang tidak diketahui dari unsur uranium-239, yang b-radioaktif dan harus berubah menjadi isotop unsur dengan nomor seri 93. Kesimpulan serupa dibuat oleh E. Fermi dan rekan-rekannya.

Faktanya, butuh banyak upaya untuk membuktikan bahwa aktivitas yang tidak diketahui itu benar-benar sesuai dengan elemen transuranium pertama. Operasi kimia mengarah pada kesimpulan: elemen baru ini memiliki sifat yang mirip dengan mangan, yaitu milik subkelompok VII b. Argumen ini ternyata mengesankan: pada waktu itu (tahun 30-an), hampir semua ahli kimia percaya bahwa jika elemen transuranium ada, maka setidaknya yang pertama akan serupa. D-elemen dari periode sebelumnya. Itu adalah kesalahan yang tidak diragukan lagi mempengaruhi jalannya sejarah penemuan unsur-unsur yang lebih berat dari uranium.

Singkatnya, pada tahun 1934, E. Fermi dengan percaya diri mengumumkan sintesis tidak hanya elemen 93, yang ia beri nama "ausonium", tetapi juga tetangga kanannya dalam tabel periodik - "hesperium" (No. 94). Yang terakhir adalah produk peluruhan b dari ausonium:

Ada ilmuwan yang "menarik" rantai ini lebih jauh. Diantaranya: peneliti Jerman O. Hahn, L. Meitner dan F. Strassmann. Pada tahun 1937, mereka sudah berbicara, seolah-olah tentang sesuatu yang nyata, tentang elemen No. 97:

Tetapi tidak ada elemen baru yang diperoleh dalam jumlah yang nyata, tidak diisolasi dalam bentuk bebas. Sintesis mereka dinilai oleh berbagai tanda tidak langsung.

Pada akhirnya, ternyata semua zat sementara ini, yang dianggap sebagai unsur transuranium, sebenarnya adalah unsur-unsur yang termasuk ... di tengah sistem periodik, yaitu, isotop radioaktif buatan dari unsur-unsur kimia yang telah lama dikenal. Ini menjadi jelas ketika O. Hahn dan F. Strassmann membuat pada tanggal 22 Desember 1938 salah satu penemuan terbesar abad ke-20. - penemuan fisi uranium di bawah aksi neutron lambat. Para ilmuwan telah membuktikan bahwa uranium yang disinari dengan neutron mengandung isotop barium dan lantanum. Mereka dapat dibentuk hanya dengan asumsi bahwa neutron, seolah-olah, menghancurkan inti uranium menjadi beberapa fragmen yang lebih kecil.

Mekanisme pembagian dijelaskan oleh L. Meitner dan O. Frisch. Apa yang disebut model jatuhnya nukleus sudah ada: inti atom disamakan dengan setetes cairan. Jika energi yang cukup diberikan ke tetes, jika bersemangat, maka dapat dibagi menjadi tetes yang lebih kecil. Demikian pula, nukleus, yang dibawa ke keadaan tereksitasi oleh neutron, mampu hancur, membelah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil - inti atom dari unsur yang lebih ringan.

Pada tahun 1940, ilmuwan Soviet G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak membuktikan bahwa pembelahan uranium dapat terjadi secara spontan. Dengan demikian, jenis baru dari transformasi radioaktif yang terjadi di alam, fisi spontan uranium, ditemukan. Ini adalah penemuan yang sangat penting.

Namun, adalah salah untuk menyatakan penelitian tentang transuranium pada tahun 1930-an sebagai salah.

Uranium memiliki dua isotop alami utama: uranium-238 (sangat dominan) dan uranium-235. Yang kedua terutama terbelah di bawah aksi neutron lambat, sedangkan yang pertama, menyerap neutron, hanya berubah menjadi isotop yang lebih berat - uranium-239, dan penyerapan ini semakin intens, semakin cepat neutron yang membombardir. Oleh karena itu, dalam upaya pertama untuk mensintesis transuranium, efek memperlambat neutron mengarah pada fakta bahwa ketika "menembaki" target yang terbuat dari uranium alam yang mengandung dan , proses fisi menang.

Tetapi uranium-238 yang menyerap neutron terikat untuk menimbulkan rantai pembentukan elemen transuranium. Itu perlu untuk menemukan cara yang andal untuk menjebak atom unsur 93 dalam kekacauan fragmen fisi yang paling kompleks. Massa yang relatif lebih kecil, fragmen-fragmen ini dalam proses membombardir uranium seharusnya terbang jauh (memiliki jalur yang lebih panjang) daripada atom unsur 93 yang sangat masif.

Pertimbangan ini didasarkan pada fisikawan Amerika E. Macmillan, yang bekerja di University of California, sebagai dasar eksperimennya. Pada musim semi 1939, ia mulai mempelajari dengan cermat distribusi fragmen fisi uranium di sepanjang lintasan. Dia berhasil memisahkan sebagian kecil dari fragmen dengan panjang jalur yang tidak signifikan. Di bagian inilah ia menemukan jejak zat radioaktif dengan waktu paruh 2,3 hari dan intensitas radiasi yang tinggi. Aktivitas seperti itu tidak diamati pada fraksi fragmen lainnya. Macmillan mampu menunjukkan bahwa zat X ini adalah produk peluruhan isotop uranium-239:

Ahli kimia F. Ableson ikut bekerja. Ternyata zat radioaktif dengan waktu paruh 2,3 hari dapat dipisahkan secara kimia dari uranium dan torium dan tidak ada hubungannya dengan renium. Dengan demikian meruntuhkan asumsi bahwa unsur 93 pastilah sebuah inkarnasi.

Keberhasilan sintesis neptunium (elemen baru dinamai planet di tata surya) diumumkan oleh jurnal Amerika Physical Review pada awal 1940. Maka dimulailah era sintesis elemen transuranium, yang ternyata sangat penting untuk pengembangan lebih lanjut dari teori periodisitas Mendeleev.

Beras. 17. Skema sintesis elemen No. 93 - neptunium.

Bahkan periode isotop unsur transuranium yang berumur panjang, sebagai suatu peraturan, secara signifikan lebih rendah daripada usia Bumi, dan oleh karena itu keberadaannya di alam sekarang praktis dikecualikan. Dengan demikian, alasan putusnya deret alami unsur kimia pada uranium, unsur 92, menjadi jelas.

Neptunium diikuti oleh plutonium. Itu disintesis oleh reaksi nuklir:

musim dingin 1940-1941 oleh ilmuwan Amerika G. Seaborg dan rekan kerja (beberapa elemen transuranium baru kemudian disintesis di laboratorium G. Seaborg). Tetapi isotop plutonium yang paling penting ternyata memiliki waktu paruh 24.360 tahun. Selain itu, plutonium-239 di bawah aksi fisi neutron lambat jauh lebih intensif daripada

Beras. 18. Skema sintesis elemen No. 94 - plutonium.

Di tahun 40-an. tiga elemen lebih berat dari uranium disintesis: amerisium (untuk menghormati Amerika), curium (untuk menghormati M. dan P. Curie) dan berkelium (untuk menghormati Berkeley di California). Target dalam reaktor nuklir adalah plutonium-239, dibombardir oleh neutron dan partikel-a, dan amerisium (iradiasinya menyebabkan sintesis berkelium):

.

50 detik dimulai dengan sintesis kalifornium (No. 98). Itu diperoleh ketika isotop curium-242 berumur panjang terakumulasi dalam jumlah yang signifikan dan target dibuat darinya. Reaksi nuklir: mengarah pada sintesis elemen baru 98.

Untuk bergerak ke arah elemen 99 dan 100, harus dilakukan dengan hati-hati untuk mengakumulasi jumlah berat berkelium dan kalifornium. Pemboman target yang dibuat dari mereka dengan partikel-a memberikan alasan untuk mensintesis elemen baru. Tetapi waktu paruh (jam dan menit) dari isotop yang disintesis dari unsur 97 dan 98 terlalu pendek, dan ini ternyata menjadi hambatan untuk akumulasi mereka dalam jumlah yang diperlukan. Cara lain juga diusulkan: penyinaran plutonium jangka panjang dengan fluks neutron yang intens. Tetapi seseorang harus menunggu hasilnya selama bertahun-tahun (untuk mendapatkan salah satu isotop berkelium dalam bentuk murninya, target plutonium diiradiasi selama 6 tahun!). Hanya ada satu cara untuk secara signifikan mengurangi waktu sintesis: meningkatkan secara tajam kekuatan berkas neutron. Di laboratorium, ini tidak mungkin.

Sebuah ledakan termonuklir datang untuk menyelamatkan. Pada 1 November 1952, Amerika meledakkan perangkat termonuklir di Atol Eniwetok di Samudra Pasifik. Di lokasi ledakan, beberapa ratus kilogram tanah dikumpulkan, sampel diperiksa. Akibatnya, dimungkinkan untuk mendeteksi isotop unsur 99 dan 100, masing-masing dinamai einsteinium (untuk menghormati A. Einstein) dan fermium (untuk menghormati E. Fermi).

Fluks neutron yang terbentuk selama ledakan ternyata sangat kuat, sehingga inti uranium-238 mampu menyerap neutron dalam jumlah besar dalam waktu yang sangat singkat. Isotop uranium superberat ini, sebagai hasil dari rantai peluruhan berturut-turut, berubah menjadi isotop einsteinium dan fermium (Gambar 19).

Beras. 19. Skema sintesis elemen No. 99 - einsteinium dan No. 100 - fermium.

Mendeleev menamai unsur kimia No. 101, disintesis oleh fisikawan Amerika yang dipimpin oleh G. Seaborg pada tahun 1955. Para penulis sintesis menamai unsur baru "sebagai pengakuan atas jasa ahli kimia besar Rusia, yang pertama menggunakan sistem periodik untuk memprediksi sifat-sifat unsur kimia yang belum ditemukan." Para ilmuwan berhasil mengumpulkan cukup einsteinium untuk menyiapkan target darinya (jumlah einsteinium diukur dalam satu miliar atom); menyinarinya dengan partikel-a, dimungkinkan untuk menghitung sintesis inti elemen 101 (Gambar 20):

Beras. 20. Skema sintesis elemen No. 101 - mendeleevium.

Waktu paruh dari isotop yang dihasilkan ternyata lebih lama dari yang diperkirakan para ahli teori. Dan meskipun beberapa atom mendeleevium diperoleh sebagai hasil sintesis, ternyata dimungkinkan untuk mempelajari sifat kimianya dengan metode yang sama yang digunakan untuk transuran sebelumnya.

Penilaian yang layak dari hukum periodik diberikan oleh William Razmay, yang berpendapat bahwa hukum periodik adalah kompas sejati bagi para peneliti.

Beberapa tahun telah berlalu, setelah kematiannya, dan sistem Mendeleev telah menjadi mata rantai terpenting dalam pengetahuan kita tentang dunia tempat kita hidup, tentang evolusi materi di alam semesta, sejak Mendeleev dalam penemuan ilmiahnya, dan terutama dalam penemuan hukum periodik, sebenarnya menerapkan metode dialektika kognisi fenomena alam, sehubungan dengan itu dia sangat dihargai oleh Friedrich Engels, yang, mengevaluasi hukum periodik, mencatat bahwa ilmuwan bahkan secara tidak sadar menerapkan hukum Hegelian pada transisi kuantitas menjadi kualitas, ia tetap mencapai prestasi ilmiah.

Tidak mungkin mempelajari kimia kecuali berdasarkan hukum yang ada di mana-mana ini. Betapa konyolnya buku teks kimia tanpa tabel periodik! Anda perlu memahami bagaimana elemen-elemen yang berbeda terkait dan mengapa mereka begitu terhubung. Hanya dengan demikian sistem periodik akan menjadi gudang informasi terkaya tentang sifat-sifat unsur dan senyawanya, gudang semacam itu yang hanya sedikit dapat dibandingkan.

Seorang ahli kimia berpengalaman, hanya dengan melihat tempat yang ditempati oleh setiap elemen dalam sistem, dapat mengetahui banyak tentangnya: elemen tertentu adalah logam atau non-logam; apakah ia membentuk senyawa dengan hidrogen - hidrida atau tidak; oksida apa yang merupakan karakteristik dari elemen ini; valensi apa yang dapat ditunjukkannya ketika memasuki senyawa kimia; senyawa mana dari elemen ini yang akan stabil, dan yang, sebaliknya, akan rapuh; dari senyawa mana dan dengan cara apa yang paling nyaman dan paling menguntungkan untuk mendapatkan elemen ini dalam bentuk bebas. Dan jika seorang ahli kimia mampu mengekstrak semua informasi ini dari sistem periodik, maka ini berarti dia telah menguasainya dengan baik.

Sistem periodik adalah dasar untuk memperoleh bahan dan zat baru dengan sifat baru yang tidak biasa, yang telah ditentukan sebelumnya, zat tersebut yang tidak diketahui alam. Mereka sedang dibuat sekarang dalam jumlah besar. Ini juga menjadi benang pemandu untuk sintesis bahan semikonduktor. Para ilmuwan pada banyak contoh telah menemukan bahwa senyawa unsur yang menempati tempat tertentu dalam tabel periodik (terutama dalam kelompok III-V) memiliki atau seharusnya memiliki sifat semikonduktor terbaik.

Tidak mungkin untuk mengatur tugas mendapatkan paduan baru, mengabaikan sistem periodik. Bagaimanapun, struktur dan sifat paduan ditentukan oleh posisi logam dalam tabel. Saat ini, ribuan paduan yang berbeda diketahui.

Mungkin dalam cabang kimia modern mana pun orang dapat melihat refleksi dari hukum periodik. Tapi tidak hanya ahli kimia yang menundukkan kepala di hadapan kebesarannya. Dalam bisnis yang sulit dan menarik untuk mensintesis unsur-unsur baru, tidak mungkin dilakukan tanpa hukum periodik. Sebuah proses alam raksasa sintesis unsur-unsur kimia terjadi di bintang-bintang. Para ilmuwan menyebut proses ini nukleosintesis.

Sejauh ini, para ilmuwan tidak tahu dengan cara apa, sebagai akibat dari reaksi nuklir yang berurutan, unsur-unsur kimia yang kita kenal terbentuk. Ada banyak hipotesis nukleosintesis, tetapi belum ada teori yang lengkap. Tetapi kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa bahkan asumsi yang paling malu-malu tentang cara-cara asal usul unsur-unsur tidak akan mungkin terjadi tanpa memperhitungkan susunan berurutan unsur-unsur dalam sistem periodik. Keteraturan periodisitas nuklir, struktur dan sifat inti atom mendasari berbagai reaksi nukleosintesis.

Akan memakan waktu lama untuk menghitung bidang-bidang pengetahuan dan praktik manusia di mana Hukum Agung dan sistem elemen memainkan peran penting. Dan, sebenarnya, kita bahkan tidak membayangkan skala penuh dari teori periodisitas Mendeleev. Berkali-kali itu masih akan muncul di hadapan para ilmuwan dengan aspek-aspeknya yang tidak terduga.

Mendeleev tidak diragukan lagi adalah salah satu ahli kimia terbesar di dunia. Meskipun lebih dari seratus tahun telah berlalu sejak hukumnya, tidak ada yang tahu kapan seluruh isi tabel periodik yang terkenal akan sepenuhnya dipahami.

Beras. 21. Foto oleh Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Beras. 22. Masyarakat Kimia Rusia diketuai oleh

1. Petryanov I. V., Trifonov D. N. "Hukum Agung"

Moskow, Pedagogi, 1984

2. Kedrov B. M. "Prakiraan D. I. Mendeleev dalam atomistik"

Moskow, Atomizdat, 1977

3. Agafoshin N. P. "Hukum periodik dan sistem periodik unsur D. I. Mendeleev" Moskow, "Pencerahan", 1973

4. "D I. Mendeleev dalam memoar orang-orang sezaman "Moskow," Atomizdat ", 1973

5. Volkov V. A. Buku referensi biografi "Ahli kimia terkemuka dunia" Moskow, "Sekolah Tinggi", 1991

6. Bogolyubova L. N. "Biografi ahli kimia hebat" Moskow, "Pencerahan", 1997

7. Ivanova L. F., Ensiklopedia desktop Egorova E. N. "Semuanya tentang segalanya" Moskow, "Mnemozina", 2001

8. Summ L.B. ensiklopedia anak-anak “Saya tahu dunia. Kimia" Moskow, "Olimp", 1998