Atrado periodinę elementų lentelę. Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo periodinis cheminių elementų dėsnis

Įvadas

Periodinis dėsnis ir D. I. Mendelejevo cheminių elementų periodinė sistema yra šiuolaikinės chemijos pagrindas. Jie nurodo tokius mokslinius dėsningumus, kurie atspindi reiškinius, kurie tikrai egzistuoja gamtoje, todėl niekada nepraras savo reikšmės.

Periodinis dėsnis ir jo pagrindu daromi atradimai įvairiose gamtos mokslų ir technikos srityse yra didžiausias žmogaus proto triumfas, vis gilesnio įsiskverbimo į slapčiausias gamtos paslaptis, sėkmingo gamtos pakeitimo žmogaus labui įrodymas. .

„Retai atsitinka, kad mokslinis atradimas yra kažkas visiškai netikėto, beveik visada jo laukiama, tačiau vėlesnėms kartoms, kurios naudojasi patikrintais atsakymais į visus klausimus, dažnai sunku įvertinti, kokių sunkumų tai kainavo jų pirmtakams. DI. Mendelejevas.

Tikslas: Apibūdinti periodinės sistemos sampratą ir periodinį elementų dėsnį, periodinį dėsnį ir jo pagrindimą, apibūdinti periodinės sistemos struktūras: pogrupius, periodus ir grupes. Išstudijuoti periodinio dėsnio ir periodinės elementų sistemos atradimo istoriją.

Uždaviniai: Apsvarstykite periodinio dėsnio ir periodinės sistemos atradimo istoriją. Apibrėžkite periodinį dėsnį ir periodinę sistemą. Išanalizuoti periodinį dėsnį ir jo pagrindimą. Periodinės sistemos struktūra: pogrupiai, laikotarpiai ir grupės.

Periodinio dėsnio ir periodinės cheminių elementų sistemos atradimo istorija

Atominės-molekulinės teorijos tvirtinimą XIX–XIX amžių sandūroje lydėjo spartus žinomų cheminių elementų skaičiaus augimas. Vien per pirmąjį XIX amžiaus dešimtmetį buvo atrasta 14 naujų elementų. Rekordininku tarp atradėjų buvo anglų chemikas Humphrey'us Davy, kuris per vienerius metus elektrolizės būdu gavo 6 naujas paprastas medžiagas (natris, kalis, magnis, kalcis, baris, stroncis). O iki 1830 m. žinomų elementų skaičius pasiekė 55.

Tokio skaičiaus elementų, savo savybėmis nevienalyčių, egzistavimas glumino chemikus ir reikalavo elementų išdėstymo bei sisteminimo. Daugelis mokslininkų ieškojo šablonų elementų sąraše ir padarė tam tikrą pažangą. Yra trys reikšmingiausi darbai, kurie ginčijo D. I. periodinio įstatymo atradimo prioritetą. Mendelejevas.

1860 metais įvyko pirmasis Tarptautinis chemijos kongresas, po kurio paaiškėjo, kad pagrindinė cheminio elemento charakteristika yra jo atominė masė. Prancūzų mokslininkas B. de Chancourtua 1862 m. pirmą kartą sudėliojo elementus didėjančia atominių svorių tvarka ir išdėstė juos spirale aplink cilindrą. Kiekviename spiralės posūkyje buvo 16 elementų, panašūs elementai, kaip taisyklė, pateko į vertikalius stulpelius, nors buvo pastebėti reikšmingi neatitikimai. De Chancourtois darbas liko nepastebėtas, tačiau jo idėja surūšiuoti elementus didėjančia atominio svorio tvarka pasirodė vaisinga.

O po dvejų metų, vadovaudamasis šia idėja, anglų chemikas Johnas Newlandsas išdėstė elementus lentelės pavidalu ir pastebėjo, kad elementų savybės periodiškai kartojasi kas septyni skaičiai. Pavyzdžiui, chloras savo savybėmis panašus į fluorą, kalis – į natrį, selenas – į sierą ir kt. Newlandsas šį modelį pavadino „oktavų dėsniu“, praktiškai lenkiančiu laikotarpio sąvoką. Tačiau Newlandsas tvirtino, kad laikotarpio trukmė (lygu septyniems) nesikeičia, todėl jo lentelėje yra ne tik taisyklingi raštai, bet ir atsitiktinės poros (kobaltas – chloras, geležis – siera ir anglis – gyvsidabris).

Tačiau vokiečių mokslininkas Lotharas Meyeris 1870 m. nubraižė elementų atominio tūrio priklausomybę nuo jų atominės masės ir nustatė ryškią periodinę priklausomybę, o periodo trukmė nesutapo su oktavų dėsniu ir buvo kintamasis.

Visi šie darbai turi daug bendro. De Chancourtois, Newlands ir Meyer atrado elementų savybių pasikeitimo periodiškumo pasireiškimą priklausomai nuo jų atominės masės. Tačiau jie negalėjo sukurti vieningos periodinės visų elementų sistemos, nes daugelis elementų nerado savo vietos atrastuose modeliuose. Šiems mokslininkams taip pat nepavyko padaryti rimtų išvadų iš savo stebėjimų, nors jie manė, kad daugybė ryšių tarp elementų atominių svorių yra kažkokio bendro dėsnio apraiška.

Šį bendrą dėsnį 1869 m. atrado didysis rusų chemikas Dmitrijus Ivanovičius Mendelejevas. Mendelejevas suformulavo periodinį įstatymą šiomis pagrindinėmis nuostatomis:

1. Elementai, išdėstyti pagal atominę masę, parodo ryškų savybių periodiškumą.

2. Turime tikėtis, kad bus atrasta daug daugiau nežinomų paprastų kūnų, pavyzdžiui, elementų, panašių į Al ir Si, kurių atominis svoris yra 65–75.

3. Elemento atominės masės reikšmę kartais galima pakoreguoti žinant jo analogijas.

Kai kurias analogijas atskleidžia jų atomo svorio dydis. Pirmoji pozicija buvo žinoma dar prieš Mendelejevą, tačiau būtent jis suteikė jai universalaus dėsnio pobūdį, pagal jį numatydamas dar neatrastų elementų egzistavimą, pakeisdamas daugelio elementų atominius svorius ir išdėstydamas kai kuriuos elementus lentelėje. prieštarauja jų atominiam svoriui, bet visiškai atitinka jų savybes (daugiausia valentingumo). Likusias nuostatas atrado tik Mendelejevas ir jos yra logiškos periodinio įstatymo pasekmės

Šių pasekmių teisingumą patvirtino daugybė eksperimentų per ateinančius du dešimtmečius ir leido kalbėti apie periodinį dėsnį kaip apie griežtą gamtos dėsnį.

Remdamasis šiomis nuostatomis, Mendelejevas sudarė savo periodinės elementų lentelės versiją. Pirmasis elementų lentelės juodraštis pasirodė vasario 17 d. (kovo 1 d., pagal naująjį stilių), 1869 m.

O 1869 metų kovo 6 dieną profesorius Menšutkinas Rusijos chemikų draugijos susirinkime oficialiai paskelbė apie Mendelejevo atradimą.

Mokslininkui į burną buvo įdėta tokia išpažintis: sapne matau stalą, kuriame visi elementai sustatyti pagal poreikį. Pabudau, iš karto užsirašiau ant lapelio – tik vienoje vietoje vėliau pasirodė reikalinga pataisa. Kaip viskas paprasta legendose! Kūrimas ir korekcija užtruko daugiau nei 30 mokslininko gyvenimo metų.

Periodinio dėsnio atradimo procesas yra pamokantis, o pats Mendelejevas apie tai kalbėjo taip: „Nevalingai kilo mintis, kad tarp masės ir cheminių savybių turi būti ryšys. O kadangi medžiagos masė, nors ir ne absoliuti, o tik santykinė, galiausiai išreiškiama atomų svoriais, reikia ieškoti funkcinio atitikimo tarp atskirų elementų savybių ir jų atominių svorių. Neįmanoma nieko ieškoti, bent jau grybų ar kokios priklausomybės, nebent žiūrint ir bandant. Taigi pradėjau atrinkti ant atskirų kortelių elementus su jų atominiu svoriu ir pagrindinėmis savybėmis, panašius elementus ir artimus atominius svorius, kas greitai privedė prie išvados, kad elementų savybės periodiškai priklauso nuo jų atominio svorio, be to, abejoju. daug neaiškumų, nė minutei neabejojau padarytos išvados bendrumu, nes pripažinti nelaimingo atsitikimo neįmanoma.

Pačioje pirmoje periodinėje lentelėje visi elementai iki kalcio imtinai yra tokie patys, kaip ir šiuolaikinėje lentelėje, išskyrus tauriąsias dujas. Tai matyti iš puslapio fragmento iš D.I. straipsnio. Mendelejevas, kuriame yra periodinė elementų sistema.

Remiantis atominio svorio didinimo principu, kiti elementai po kalcio turėjo būti vanadis (A = 51), chromas (A = 52) ir titanas (A = 52). Tačiau Mendelejevas uždėjo klaustuką po kalcio, o tada padėjo titaną, pakeisdamas jo atominį svorį nuo 52 iki 50. Atominis svoris A = 45, kuris yra aritmetinis vidurkis tarp kalcio ir titano atominių svorių, buvo priskirtas nežinomam elementui. , pažymėtas klaustuku. Tada tarp cinko ir arseno Mendelejevas paliko vietos dviem elementams, kurie dar nebuvo atrasti vienu metu. Be to, prieš jodą jis įdėjo telūro, nors pastarojo atominis svoris mažesnis. Esant tokiam elementų išdėstymui, visose lentelės horizontaliose eilutėse buvo tik panašūs elementai, aiškiai pasireiškė elementų savybių pokyčių periodiškumas.

Per ateinančius dvejus metus Mendelejevas žymiai patobulino elementų sistemą. 1871 m. buvo išleistas pirmasis Dmitrijaus Ivanovičiaus vadovėlio „Chemijos pagrindai“ leidimas, kuriame periodinė sistema pateikiama beveik modernia forma. Lentelėje buvo suformuotos 8 elementų grupės, grupių numeriai rodo didžiausią tų eilučių elementų, kurios patenka į šias grupes, valentingumą, o laikotarpiai tampa artimesni šiuolaikiniams, suskirstyti į 12 serijų. Dabar kiekvienas laikotarpis prasideda aktyviu šarminiu metalu ir baigiasi tipišku nemetaliniu halogenu.

Antroji sistemos versija leido Mendelejevui numatyti ne 4, o 12 elementų egzistavimą ir, metęs iššūkį mokslo pasauliui, nuostabiai tiksliai apibūdino trijų nežinomų elementų, kuriuos jis pavadino ekabor, savybes (eka sanskrito kalba reiškia „ tas pats“), ekaaliuminis ir ekasilikonas . Šiuolaikiniai jų pavadinimai yra Se, Ga, Ge.

Vakarų mokslo pasaulis iš pradžių skeptiškai vertino Mendelejevo sistemą ir jos prognozes, tačiau viskas pasikeitė, kai 1875 metais prancūzų chemikas P. Lecoqas de Boisbaudranas, tyrinėdamas cinko rūdos spektrus, aptiko naujo elemento pėdsakus, kuriuos jis. vadinamas galiu savo tėvynės garbei (Gallia (senovės romėniškas Prancūzijos pavadinimas)

Mokslininkui pavyko išskirti šį elementą gryna forma ir ištirti jo savybes. O Mendelejevas pamatė, kad galio savybės sutampa su jo prognozuotomis ekaaliuminio savybėmis, ir pranešė Lecoqui de Boisbaudranui, kad neteisingai išmatavo galio tankį, kuris turėtų būti lygus 5,9-6,0 g/cm3, o ne 4,7 g/cm3. . Iš tiesų, tikslesni matavimai leido gauti teisingą 5,904 g/cm3 vertę.

1879 metais švedų chemikas L. Nilssonas, atskirdamas retųjų žemių elementus, gautus iš mineralo gadolinito, išskyrė naują elementą ir pavadino jį skandžiu. Pasirodo, tai yra Mendelejevo numatytas ekaboras.

Galutinis periodinio įstatymo pripažinimas D.I. Mendelejevas pasiekė po 1886 m., kai vokiečių chemikas K. Vinkleris, analizuodamas sidabro rūdą, gavo elementą, kurį pavadino germaniu. Pasirodo, tai egzacilija.

Panaši informacija.

Žymaus sovietų chemijos istoriko N. F. Figurovskio knygoje "Esė apie bendrąją chemijos istoriją. Klasikinės chemijos raida XIX amžiuje" (M., Nauka, 1979). pateikiami pagrindiniai 63 cheminių elementų atradimo laikotarpiai nuo seniausių laikų iki 1869 m. - Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo (1834-1907) Periodinio įstatymo sukūrimo metai:

1. Seniausias laikotarpis (nuo 5 tūkst. pr. Kr. iki 1200 m. po Kr.).

Į šį ilgą laikotarpį įeina žmogaus pažintis su 7 senovės metalais – auksu, sidabru, variu, švinu, alavu, geležimi ir gyvsidabriu. Be šių elementarių medžiagų, senovėje buvo žinomos sieros ir anglies, gamtoje pasitaikančios laisvos būsenos.

2. Alcheminis laikotarpis.

Per šį laikotarpį (nuo 1200 iki 1600 m.) buvo nustatytas kelių elementų egzistavimas, izoliuotas arba alcheminių metalų transmutavimo būdų paieškose, arba amatininkų metalurgų metalo gamybos ir įvairių rūdų apdirbimo procesuose. Tai yra arsenas, stibis, bismutas, cinkas, fosforas.

3. Techninės chemijos atsiradimo ir raidos laikotarpis (XVII a. pabaiga - 1751 m.).

Tuo metu, praktiškai ištyrus įvairių metalų rūdų charakteristikas ir įveikus sunkumus, kylančius išskiriant metalus, taip pat atradus mineraloginių ekspedicijų metu, platinos, kobalto ir nikelio egzistavimas. buvo įkurtas.

4. Pirmasis chemijos-analizės laikotarpio etapas chemijos raidoje (1760-1805). Per šį laikotarpį kokybinės ir masės kiekybinės analizės pagalba buvo aptikta nemažai elementų, dalis jų tik „žemių“ pavidalu: magnis, kalcis (nustatantis skirtumą tarp kalkių ir magnezijos), manganas, baris ( baritas), molibdenas, volframas, telūras, uranas (oksidas), cirkonis (žemė), stroncis (žemė), titanas (oksidas), chromas, berilis (oksidas), itris (žemė), tantalas (žemė), ceris (žemė) , fluoras (vandenilio fluorido rūgštis), paladis, rodis, osmis ir iridis.

5. Pneumatinės chemijos etapas.Šiuo metu (1760-1780) buvo atrasti dujiniai elementai – vandenilis, azotas, deguonis ir chloras (pastarasis buvo laikomas sudėtinga medžiaga – oksiduota druskos rūgštis iki 1809 m.).

6. Laisvos būsenos elementų gavimo elektrolizės būdu etapas (G. Davy, 1807-1808) ir chemiškai: kalis, natris, kalcis, stroncis, baris ir magnis. Tačiau visi jie anksčiau buvo žinomi kaip „degūs“ (šarminiai) šarmai ir šarminės žemės arba minkštieji šarmai.

7. Antrasis chemijos-analizės laikotarpio etapas chemijos raidoje (1805-1850). Tuo metu, tobulinant kiekybinės analizės metodus ir sukūrus sistemingą kokybinės analizės kursą, boras, litis, kadmis, selenas, silicis, bromas, aliuminis, jodas, toris, vanadis, lantanas (žemė), erbis ( buvo atrasta žemė), terbis (žemė). ), rutenis, niobis.

8. Elementų atradimo spektrinės analizės būdu laikotarpis, iš karto po šio metodo sukūrimo ir įdiegimo praktikoje (1860-1863): cezis, rubidis, talis ir indis.

Kaip žinia, pirmąją chemijos istorijoje „Paprastų kūnų lentelę“ A. Lavoisier sudarė 1787 m. Visos paprastos medžiagos buvo suskirstytos į keturias grupes: „I. Paprastos medžiagos, pateiktos visose trijose gamtos karalystėse, kurios gali būti laikomi kūnų elementais: 1) šviesa, 2) kaloringumas, 3) deguonis, 4) azotas, 5) vandenilis II. Paprastos nemetalinės medžiagos, kurios oksiduojasi ir suteikia rūgščių: 1) stibis, 2) fosforas, 3) anglis. , 4) druskos rūgšties radikalas, 5 ) vandenilio fluorido rūgšties radikalas, 6) boro rūgšties radikalas III. Paprastos metalinės medžiagos, kurios oksiduojasi ir suteikia rūgščių: 1) stibis, 2) sidabras, 3) arsenas, 4) bismutas, 5) kobaltas, 6 ) varis, 7) alavas, 8) geležis, 9) manganas, 10) gyvsidabris, 11) molibdenas, 12) nikelis, 13) auksas, 14) platina, 15) švinas, 16) volframas, 17) cinkas IV. ) kalkės (kalkinga žemė), 2) magnezija (magnio sulfato bazė), 3) baritas (sunkioji žemė), 4) aliuminio oksidas (molis, alūno žemė), 5) silicio dioksidas (silicinė žemė)".

Ši lentelė buvo Lavoisier sukurtos cheminės nomenklatūros pagrindas. D. Daltonas į mokslą įvedė svarbiausią kiekybinę cheminių elementų atomų charakteristiką – santykinę atomų masę arba atominę masę.

Ieškodami cheminių elementų atomų savybių dėsningumų, mokslininkai pirmiausia atkreipė dėmesį į atominių svorių kitimo pobūdį. 1815-1816 metais. anglų chemikas W. Proutas (1785–1850) žurnale „Annals of Philosophy“ paskelbė du anoniminius straipsnius, kuriuose buvo išsakyta ir pagrįsta mintis, kad visų cheminių elementų atominiai svoriai yra sveikieji skaičiai (ty vandenilio atominės masės kartotiniai, kuris tada buvo priimtas lygus vienetui): „Jei pažiūros, kurias nusprendėme išreikšti, yra teisingos, tai beveik galime manyti, kad senolių pirmykštė medžiaga yra įkūnyta vandenilyje ...“. Prouto hipotezė buvo labai viliojanti ir paskatino atlikti daugybę eksperimentinių tyrimų, siekiant kuo tiksliau nustatyti cheminių elementų atominį svorį.

1829 metais vokiečių chemikas I. Debereineris (1780-1849) palygino panašių cheminių elementų: ličio, kalcio, chloro, sieros, mangano, natrio, stroncio, bromo, seleno, chromo, kalio, bario, jodo, telūro atomines mases. , Geležis ir nustatė, kad vidurinio elemento atominis svoris yra lygus pusei kraštutinių elementų atominių svorių sumos. Naujų triadų paieškos paskatino L. Gmeliną (1788-1853) – visame pasaulyje žinomo chemijos žinyno autorių – sukurti daugybę panašių elementų grupių ir sukurti pirminę jų klasifikaciją.

60-aisiais. XIX amžiuje mokslininkai perėjo prie pačių chemiškai panašių elementų grupių palyginimo. Taigi Paryžiaus kalnakasybos mokyklos profesorius A. Shancourtua (1820-1886) visus cheminius elementus cilindro paviršiuje išdėstė jų atominio svorio didėjimo tvarka taip, kad gautųsi „spiralė“. Taikant šį išdėstymą, panašūs elementai dažnai nukrisdavo ant tos pačios vertikalios linijos. 1865 metais anglų chemikas D. Newlandsas (1838-1898) paskelbė lentelę, kurioje buvo 62 cheminiai elementai. Elementai buvo išdėstyti ir sunumeruoti didėjančia atominio svorio tvarka.

Newlandsas naudojo numeraciją, norėdamas pabrėžti, kad kas septyni elementai kartojasi cheminių elementų savybės. 1866 m. Londono chemijos draugijoje aptardamas naują Newlands straipsnį (jis nebuvo rekomenduojamas publikuoti), profesorius J. Foster sarkastiškai paklausė: „Ar bandėte elementus išdėstyti abėcėlės tvarka pagal jų pavadinimus ir ar pastebėjote ką nors naujo modelius?

1868 metais anglų chemikas W. Oldingas (1829-1921) pasiūlė lentelę, kuri, autoriaus nuomone, parodė reguliarų ryšį tarp visų elementų.

1864 metais vokiečių profesorius L. Mayeris (1830-1895) sudarė 44 cheminių elementų lentelę (iš 63 žinomų).

Vertindamas šį laikotarpį, D. Mendelejevas rašė: „Nėra vieno bendro gamtos dėsnio, kuris būtų pagrįstas iš karto, prieš jį patvirtinant visada yra daug nuojautų, o dėsnis pripažįstamas ne tada, kai jis visiškai įsisąmonintas visa savo prasme. , tačiau tik jo pasekmes patvirtinus eksperimentais, kuriuos gamtos mokslininkai turi pripažinti aukščiausiu savo svarstymų ir nuomonių autoritetu.

1868 m. D. I. Mendelejevas pradėjo dirbti kursą „Chemijos pagrindai“. Logiškiausiam medžiagos išdėstymui reikėjo kažkaip klasifikuoti 63 cheminius elementus. Pirmąją cheminių elementų periodinės lentelės versiją 1869 m. kovo mėn. pasiūlė D. I. Mendelejevas.

Po dviejų savaičių Rusijos chemikų draugijos posėdyje buvo perskaitytas Mendelejevo pranešimas „Savybių santykis su elementų atomine svoriu“, kuriame buvo aptariami galimi cheminių elementų klasifikavimo principai:

1) pagal jų santykį su vandeniliu (hidridų formulės); 2) pagal jų santykį su deguonimi (aukštesnių deguonies oksidų formulės); 3) pagal valentiškumą; 4) pagal atominį svorį.

Be to, vėlesniais metais (1869–1871 m.) Mendelejevas tyrinėjo ir dar kartą patikrino tuos dėsningumus ir „neatitikimus“, kurie buvo pastebėti pirmoje „Elementų sistemos“ versijoje. Apibendrindamas šį darbą, DI Mendelejevas rašė: „Didėjant atominiam svoriui, elementai pirmiausia turi vis daugiau kintamų savybių, o vėliau šios savybės vėl kartojasi nauja tvarka, nauja eilute ir daugybe elementų bei ta pati seka Todėl periodiškumo dėsnį galima suformuluoti taip: „Elementų savybės, taigi ir jų suformuotų paprastų ir sudėtingų kūnų savybės yra periodiškai priklausomos (ty kartojasi teisingai) nuo jų atominis svoris". išimčių gamta netoleruoja... Įstatymo tvirtinimas galimas tik iš jo išvedant pasekmes, kurios be jo neįmanomos ir netikėtos, bei tų pasekmių pagrindimą ir eksperimentinį patikrinimą. jo loginis pasekmes, kurios galėtų parodyti, ar jis teisingas, ar ne. Tai apima neatrastų elementų savybių numatymą ir daugelio atominių svorių koregavimą. tuo metu buvo mažai ištirtų elementų... Reikia vieno – arba laikyti periodinį dėsnį teisingu iki galo ir sudarantį naują cheminių žinių įrankį, arba jį atmesti.

Per 1872-1874 m. Mendelejevas pradėjo spręsti kitas problemas, o apie periodinį dėsnį chemijos literatūroje beveik nebuvo užsiminta.

1875 metais prancūzų chemikas L. de Boisbaudranas pranešė, kad tyrinėdamas cinko mišinį spektroskopiškai aptiko jame naują elementą. Jis gavo šio elemento druskas ir nustatė jo savybes. Prancūzijos garbei jis pavadino naująjį elementą galiu (taip Prancūziją vadino senovės romėnai). Palyginkime, ką prognozavo D.I.Mendelejevas ir ką rado L. de Boisbaudranas:

Pirmojoje L. de Boisbaudran ataskaitoje nustatyta, kad galio savitasis svoris yra 4,7. DIMendelejevas nurodė jam savo klaidą. Atidesnis matavimas parodė, kad galio savitasis svoris buvo 5,96.

1879 metais švedų chemikas L. Nilssonas (1840-1899) pranešė apie naujo cheminio elemento – skandžio – atradimą. L. Nilsonas skandį priskyrė prie retųjų žemių elementų. P.T.Kleve nurodė L.Nilsoną, kad skandžio druskos yra bespalvės, jo oksidas netirpsta šarmuose, o skandis yra ekaboras, kurį numatė D.I.Mendelejevas. Palyginkime jų savybes.

1886 m. vasario mėn., analizuodamas naują mineralą, vokiečių profesorius K. Winkleris (1838-1904) atrado naują elementą ir laikė jį stibio ir arseno analogu. Vyko diskusija. K. Winkleris sutiko, kad jo atrastas elementas yra D. I. Mendelejevo numatytas ekasilikonas. K. Winkleris šį elementą pavadino germaniu.

Taigi chemikai tris kartus patvirtino Mendelejevo numatytų cheminių elementų egzistavimą. Be to, būtent Mendelejevo numatytos šių elementų savybės ir jų padėtis Periodinėje sistemoje leido ištaisyti klaidas, kurias netyčia padarė eksperimentatoriai. Tolesnė chemijos raida vyko tvirtu Periodinio įstatymo pagrindu, kuris XIX a. 80-aisiais. buvo visų mokslininkų pripažintas vienu svarbiausių gamtos dėsnių. Taigi svarbiausia bet kurio cheminio elemento savybė yra jo vieta periodinėje D.I.Mendelejevo sistemoje.

Čia skaitytojas ras informacijos apie vieną iš svarbiausių kada nors žmogaus atrastų dėsnių mokslo srityje – periodinį Mendelejevo Dmitrijaus Ivanovičiaus įstatymą. Susipažinsite su jo reikšme ir įtaka chemijai, bus apsvarstytos bendrosios periodinio įstatymo nuostatos, charakteristikos ir detalės, atradimo istorija ir pagrindinės nuostatos.

Kas yra periodinis įstatymas

Periodinis dėsnis yra fundamentalaus pobūdžio gamtos dėsnis, kurį pirmą kartą DI Mendelejevas atrado dar 1869 m., o patį atradimą lėmė kai kurių cheminių elementų savybių palyginimas su tuo metu žinomomis atominės masės reikšmėmis. .

Mendelejevas teigė, kad pagal jo dėsnį paprasti ir sudėtingi kūnai bei įvairūs elementų junginiai priklauso nuo jų priklausomybės nuo periodinio tipo ir nuo atomo svorio.

Periodinis dėsnis yra unikalus savo rūšimi ir taip yra dėl to, kad, skirtingai nei kiti pagrindiniai gamtos ir visatos dėsniai, jis nėra išreikštas matematinėmis lygtimis. Grafiškai jis išreiškiamas periodinėje cheminių elementų lentelėje.

Atradimų istorija

Periodinio dėsnio atradimas įvyko 1869 m., tačiau bandymai susisteminti visus žinomus x elementus prasidėjo gerokai prieš tai.

Pirmą kartą tokią sistemą pabandė sukurti I. V. Debereineris 1829 m. Jis suskirstė visus jam žinomus cheminius elementus į triadas, kurias tarpusavyje siejo pusė atomų masių, įtrauktų į šią trijų komponentų grupę, sumos. Po Debereinerio buvo bandoma sukurti unikalią A. de Chancourtua elementų klasifikavimo lentelę, savo sistemą jis pavadino „žemės spirale“, o po jo Niulandso oktavą sudarė Johnas Newlandsas. 1864 m. beveik vienu metu William Olding ir Lothar Meyer paskelbė savarankiškai sukurtas lenteles.

Periodinis įstatymas buvo pateiktas mokslo bendruomenei peržiūrėti 1869 m. kovo 8 d., ir tai įvyko per Rusijos X-osios draugijos susirinkimą. Mendelejevas Dmitrijus Ivanovičius paskelbė apie savo atradimą visų akivaizdoje ir tais pačiais metais buvo išleistas Mendelejevo vadovėlis „Chemijos pagrindai“, kuriame pirmą kartą buvo parodyta jo sukurta periodinė lentelė. Po metų, 1870 m., jis parašė straipsnį ir pateikė jį peržiūrėti RCS, kur pirmą kartą buvo pavartota periodinio įstatymo sąvoka. 1871 m. Mendelejevas išsamiai apibūdino savo tyrimus garsiajame straipsnyje apie periodinį cheminių elementų galiojimą.

Neįkainojamas indėlis į chemijos plėtrą

Periodinio įstatymo vertė yra neįtikėtinai didelė mokslo bendruomenei visame pasaulyje. Taip yra dėl to, kad jo atradimas davė galingą impulsą tiek chemijos, tiek kitų gamtos mokslų, tokių kaip fizika ir biologija, raidai. Elementų santykis su jų kokybinėmis cheminėmis ir fizinėmis savybėmis buvo atviras, o tai taip pat leido suprasti visų elementų konstravimo pagal vieną principą esmę ir paskatino šiuolaikiškai suformuluoti cheminių elementų sąvokas, konkretizuoti. žinios apie sudėtingos ir paprastos struktūros medžiagas.

Periodinio dėsnio panaudojimas leido išspręsti cheminio numatymo problemą, nustatyti žinomų cheminių elementų elgesio priežastį. Atominė fizika, įskaitant branduolinę energiją, tapo įmanoma dėl to paties dėsnio. Savo ruožtu šie mokslai leido praplėsti šio dėsnio esmės horizontus ir gilintis į jo supratimą.

Periodinės sistemos elementų cheminės savybės

Tiesą sakant, cheminiai elementai yra tarpusavyje susiję savybėmis, būdingomis jiems tiek laisvo atomo, tiek jonų, solvatuotų arba hidratuotų, būsenoje paprastoje medžiagoje ir tokia forma, kokia gali susidaryti daugybė jų junginių. Tačiau x-osios savybės paprastai susideda iš dviejų reiškinių: savybių, būdingų laisvos būsenos atomui ir paprastajai medžiagai. Tokios savybės apima daugybę jų tipų, tačiau svarbiausios yra šios:

1. Atominė jonizacija ir jos energija, priklausomai nuo elemento padėties lentelėje, eilės skaičiaus.
2. Atomo ir elektrono energetinis santykis, kuris, kaip ir atominė jonizacija, priklauso nuo elemento vietos periodinėje lentelėje.
3. Atomo elektronegatyvumas, kuris neturi pastovios vertės, bet gali kisti priklausomai nuo įvairių veiksnių.
4. Atomų ir jonų spinduliai - čia, kaip taisyklė, naudojami empiriniai duomenys, kurie yra susiję su elektronų bangine prigimtimi judėjimo būsenoje.
5. Paprastų medžiagų atomizacija – elemento gebėjimo reaktyvuoti aprašymas.
6. Oksidacijos būsenos yra formali charakteristika, tačiau ji yra viena iš svarbiausių elemento charakteristikų.
7. Paprastų medžiagų oksidacijos potencialas yra medžiagos potencialo veikti vandeniniuose tirpaluose matavimas ir rodiklis, taip pat redoksinių savybių pasireiškimo lygis.

Vidinio ir antrinio tipo elementų periodiškumas

Periodinis dėsnis suteikia supratimą apie kitą svarbų gamtos komponentą – vidinį ir antrinį periodiškumą. Pirmiau minėtos atominių savybių tyrimo sritys iš tikrųjų yra daug sudėtingesnės, nei būtų galima pagalvoti. Taip yra dėl to, kad lentelės elementai s, p, d keičia savo kokybines charakteristikas, priklausomai nuo jų padėties periode (vidinis periodiškumas) ir grupėje (antrinis periodiškumas). Pavyzdžiui, vidinį elemento s perėjimo iš pirmosios grupės į aštuntą į p elementą procesą lydi minimalūs ir didžiausi taškai jonizuoto atomo energijos kreivėje. Šis reiškinys rodo vidinį atomo savybių pokyčių periodiškumo nepastovumą pagal jo padėtį periode.

Rezultatai

Dabar skaitytojas aiškiai supranta ir apibrėžia, kas yra Mendelejevo periodinis dėsnis, suvokia jo reikšmę žmogui ir įvairių mokslų raidai, turi idėją apie dabartines jo nuostatas ir atradimų istoriją.

Dmitrijaus Mendelejevo cheminių elementų periodinės lentelės atradimas 1869 m. kovo mėn. buvo tikras proveržis chemijoje. Rusų mokslininkas sugebėjo susisteminti žinias apie cheminius elementus ir pateikti jas lentelės forma, kurią ir dabar moksleiviai turi mokytis chemijos pamokose. Periodinė lentelė tapo šio sudėtingo ir įdomaus mokslo spartaus vystymosi pagrindu, o jo atradimo istorija apipinta legendomis ir mitais. Visiems, kurie mėgsta mokslą, bus įdomu sužinoti tiesą apie tai, kaip Mendelejevas atrado periodinių elementų lentelę.

Periodinės lentelės istorija: kaip viskas prasidėjo

Bandymai klasifikuoti ir susisteminti žinomus cheminius elementus buvo atlikti gerokai anksčiau nei Dmitrijus Mendelejevas. Jų elementų sistemas pasiūlė tokie garsūs mokslininkai kaip Debereiner, Newlands, Meyer ir kt. Tačiau dėl duomenų apie cheminius elementus ir teisingas jų atomines mases trūkumo pasiūlytos sistemos nebuvo visiškai patikimos.

Periodinės lentelės atradimo istorija prasideda 1869 m., kai Rusijos mokslininkas Rusijos chemijos draugijos posėdyje papasakojo kolegoms apie savo atradimą. Mokslininko pasiūlytoje lentelėje cheminiai elementai buvo išdėstyti priklausomai nuo jų savybių, pateiktų pagal jų molekulinės masės vertę.

Įdomi periodinės lentelės ypatybė taip pat buvo tuščių ląstelių buvimas, kurios ateityje buvo užpildytos mokslininko numatytų atrastų cheminių elementų (germanio, galio, skandžio) buvimas. Po periodinės lentelės atradimo ji daug kartų buvo papildyta ir pataisyta. Kartu su škotų chemiku Williamu Ramsay Mendelejevas į lentelę įtraukė inertinių dujų grupę (nulinę grupę).

Ateityje Mendelejevo periodinės lentelės istorija buvo tiesiogiai susijusi su kito mokslo – fizikos – atradimais. Darbas su periodinių elementų lentele vis dar vyksta, o šiuolaikiniai mokslininkai prideda naujų cheminių elementų, kai jie yra atrandami. Dmitrijaus Mendelejevo periodinės sistemos svarbą sunku pervertinti, nes jos dėka:

• Susistemintos žinios apie jau atrastų cheminių elementų savybes;
• Tapo įmanoma numatyti naujų cheminių elementų atradimą;
• Pradėjo vystytis tokios fizikos šakos kaip atomo fizika ir branduolio fizika;

Yra daug variantų, kaip pavaizduoti cheminius elementus pagal periodinį dėsnį, tačiau labiausiai žinomas ir labiausiai paplitęs variantas yra visiems pažįstama periodinė lentelė.

Mitai ir faktai apie periodinės lentelės kūrimą

Dažniausias klaidingas supratimas periodinės lentelės atradimo istorijoje yra tai, kad mokslininkas ją matė sapne. Tiesą sakant, pats Dmitrijus Mendelejevas paneigė šį mitą ir pareiškė, kad apie periodinį dėsnį galvojo daugybę metų. Siekdamas susisteminti cheminius elementus, jis kiekvieną iš jų surašė į atskirą kortelę ir ne kartą derino vienas su kitu, išdėliodamas eilėmis, priklausomai nuo panašių savybių.

Mitą apie „pranašišką“ mokslininko sapną galima paaiškinti tuo, kad Mendelejevas ištisas dienas dirbo prie cheminių elementų sisteminimo, kurį nutraukė trumpas miegas. Tačiau tik sunkus darbas ir natūralus mokslininko talentas davė ilgai lauktą rezultatą ir suteikė Dmitrijui Mendelejevui pasaulinę šlovę.

Daugelis mokinių mokykloje, o kartais ir universitete, yra priversti įsiminti ar bent jau apytiksliai naršyti periodinėje lentelėje. Kad tai padarytų, žmogus turi turėti ne tik gerą atmintį, bet ir logiškai mąstyti, siedamas elementus į atskiras grupes ir klases. Išstudijuoti lentelę lengviausia tiems žmonėms, kurie nuolat palaiko savo smegenis geros formos treniruodamiesi „BrainApps“.

Mendelejevų šeima gyveno name ant stataus aukšto Tobolo upės kranto Tobolsko mieste, čia gimė būsimasis mokslininkas. Tuo metu Tobolske tremtyje tarnavo daug dekabristų: Annenkovas, Bariatinskis, Vilkas, Kuchelbeckeris, Fonwiesenas ir kiti... Jie savo drąsa ir darbštumu užkrėtė kitus. Jų nepalaužė nei kalėjimai, nei katorgos, nei tremtys. Mitya Mendelejev matė tokius žmones. Bendraujant su jais formavosi jo meilė Tėvynei, atsakomybė už jos ateitį. Mendelejevų šeima su dekabristais palaikė draugiškus ir šeimyninius santykius. D. I. Mendelejevas rašė: „... čia gyveno garbingi ir gerbiami dekabristai: Fonvizenas, Annenkovas, Muravjovas, artimi mūsų šeimai, ypač po to, kai vienas iš dekabristų Nikolajus Vasiljevičius Basarginas vedė mano seserį Olgą Ivanovną... Dekabristų šeimose, tose dienomis jie suteikė Tobolsko gyvenimui ypatingą įspaudą, suteikė pasaulietinį išsilavinimą. Legenda apie juos tebegyvena Tobolske.

Būdamas 15 metų Dmitrijus Ivanovičius baigė gimnaziją. Jo motina Maria Dmitrievna dėjo daug pastangų, kad jaunuolis tęstų mokslus.

Ryžiai. 4. D. I. Mendelejevo motina – Marija Dmitrievna.

Mendelejevas bandė stoti į Sankt Peterburgo medicinos-chirurgijos akademiją. Tačiau įspūdingam jaunuoliui anatomija buvo nepajėgi, todėl Mendelejevas turėjo pakeisti mediciną į pedagogiką. 1850 m. įstojo į Vyriausiąjį pedagoginį institutą, kur kadaise studijavo jo tėvas. Tik čia Mendelejevas pajuto studijų skonį ir netrukus tapo vienu geriausių.

Būdamas 21 metų Mendelejevas puikiai išlaikė stojamuosius egzaminus. Dmitrijaus Mendelejevo studijos Sankt Peterburge Pedagoginiame institute iš pradžių nebuvo lengvos. Pirmaisiais metais jam pavyko gauti nepatenkinamus visų dalykų, išskyrus matematiką, pažymius. Tačiau vyresniais metais viskas klostėsi kitaip – ​​Mendelejevo metinis balų vidurkis buvo keturi su puse (iš penkių galimų).

Jo disertacija apie izomorfizmo fenomeną buvo pripažinta daktaro disertacija. Talentingas studentas 1855 m. buvo paskirtas Odesos Rišeljė gimnazijos mokytoja. Čia jis parengė antrąjį mokslinį darbą – „Konkretūs tomai“. Šis darbas buvo pristatytas kaip magistro baigiamasis darbas. 1857 metais po jos gynimo Mendelejevas gavo chemijos magistro vardą, tapo Sankt Peterburgo universiteto docentu, kur skaitė organinės chemijos paskaitas. 1859 metais buvo išsiųstas į užsienį.

Mendelejevas dvejus metus praleido įvairiuose Prancūzijos ir Vokietijos universitetuose, tačiau produktyviausias buvo jo disertacijos darbas Heidelberge kartu su žymiausiais to meto mokslininkais Bunsenu ir Kirchhoffu.

Be jokios abejonės, mokslininko gyvenimui didelę įtaką padarė aplinkos, kurioje praleido vaikystę, pobūdis. Nuo jaunystės iki senatvės viską darė ir visada savaip. Pradedant nuo smulkmenų ir pereinant prie didelių dalykų. Dmitrijaus Ivanovičiaus dukterėčia N. Ya. Kapustina-Gubkina prisiminė: „Jis turėjo savo mėgstamus patiekalus, kuriuos jis pats sugalvojo ... Jis visada dėvėjo plačią medžiaginę striukę be jo paties dizaino diržo ... Jis rūkė susisukęs cigaretes, pats jas sukdamas...“. Jis sukūrė pavyzdingą dvarą ir iškart jo apleido. Jis atliko nuostabius skysčių sukibimo eksperimentus ir iš karto paliko šią mokslo sritį amžiams. Ir kokius skandalus jis iškėlė valdžiai! Dar jaunystėje, dar tik baigęs Pedagoginį institutą, jis rėkė ant skyriaus direktoriaus, dėl ko buvo iškviestas pas patį ministrą Abraomą Sergejevičių Norovatovą. Tačiau kas jam yra departamento direktorius – su sinodu jis net nesiskaičiavo. Kai skyrybų su Feoza Nikitishna, kuri niekada nesusitaikė su savo interesų ypatumu, skyrybų proga skyrė jam septynerių metų atgailą, Dmitrijus Ivanovičius, likus šešeriems metams iki nustatyto termino, įtikino kunigą Kronštate jį vesti. vėl. O ko verta buvo jo skrydžio oro balionu istorija, kai jis jėga atėmė kariniam skyriui priklausantį oro balioną, išvarydamas iš krepšio patyrusį aeronautą generolą Kovanko... Dmitrijus Ivanovičius nepakentė kuklumo, priešingai - „Kuklumas yra visų ydų motina“, - teigė Mendelejevas.

Dmitrijaus Ivanovičiaus asmenybės originalumas buvo pastebėtas ne tik mokslininko elgesyje, bet ir visoje jo išvaizdoje. Jo dukterėčia N. Ya. Kapustina-Gubkina nupiešė tokį žodinį mokslininko portretą: „Ilgų pūkuotų plaukų karčiai aplink aukštą baltą kaktą, labai išraiškingi ir labai judrūs... Skaidrios mėlynos, skvarbios akys... Jame, daugelis rado panašumų su Garibaldžiu... Kalbėdamas jis visada gestikuliavo . Platūs, greiti, nervingi rankų judesiai visada atitiko nuotaiką... Balso tembras buvo žemas, bet skambus ir suprantamas, tačiau jo tonas labai keitėsi ir dažnai keisdavo nuo žemų natų į aukštas, beveik tenoriškas. . Kai jis kalbėjo apie tai, kas jam nepatiko, tada susiraukė, pasilenkė, dejavo, cypė... “. Mendelejevo mėgstamiausia pramoga daugelį metų buvo lagaminų ir portretų rėmų gamyba. Jis pirko reikmenis šiems darbams Gostiny Dvor mieste.

Mendelejevo savitumas iš minios išskyrė jį nuo jaunystės... Studijuodamas Pedagoginiame institute mėlynakis sibirietis, kuris neturėjo nė cento sielai, netikėtai ponams profesoriams, pradėjo rodyti tokį proto aštrumą, tokį. pyktis darbe, kad paliko visus savo bendražygius. Būtent tada jį pastebėjo ir pamilo tikras valstybės tarybos narys, žinomas visuomenės švietimo veikėjas, mokytojas, mokslininkas, chemijos profesorius Aleksandras Abramovičius Voskresenskis. Todėl 1867 metais Aleksandras Abramovičius rekomendavo savo mėgstamą studentą, trisdešimt trejų metų Dmitrijų Ivanovičių Mendelejevą, eiti Sankt Peterburgo universiteto Fizikos ir matematikos fakulteto bendrosios ir neorganinės chemijos profesoriaus pareigas. 1868 m. gegužę Mendelejevams gimė mylima dukra Olga ...

Trisdešimt treji – tradicinis žygdarbio amžius: trisdešimt trejų, pasak ašarų iš viryklės epopėjos, Ilja Murometsas. Bet nors šia prasme Dmitrijaus Ivanovičiaus gyvenimas nebuvo išimtis, jis pats vargiai pajuto, kad jo gyvenime vyksta staigus posūkis. Vietoj anksčiau dėstytų techninės, organinės ar analitinės chemijos kursų jis turėjo pradėti skaityti naują – bendrosios chemijos kursą.

Žinoma, rievėtas lengviau. Tačiau kai jis pradėjo savo buvusius kursus, taip pat nebuvo lengva. Rusijos lengvatų arba visai nebuvo, arba jos buvo, bet buvo pasenusios. Chemija yra naujas, jaunas dalykas, o jaunystėje viskas greitai pasensta. Užsienio vadovėlius, naujausius, teko versti pačiam. Jis išvertė – Gerardo „Analitinė chemija“, Wagnerio „Cheminė technologija“. O organinėje chemijoje ir Europoje nieko verto nerasta, nors pats sėdi ir rašai. Ir parašė. Per du mėnesius visiškai naujas kursas, paremtas naujais principais, trisdešimt atspausdintų lapų. Šešiasdešimt dienų kasdienio sunkaus darbo – dvylika baigtų puslapių per dieną. Tai buvo dieną - jis nenorėjo nustatyti savo rutinos, priklausomai nuo tokios smulkmenos kaip Žemės rutulio sukimasis aplink savo ašį, jis nesikėlė nuo stalo trisdešimt ar keturiasdešimt valandų.

Dmitrijus Ivanovičius galėjo ne tik neblaivus dirbti, bet ir girtas miegoti. Mendelejevo nervų sistema buvo nepaprastai jautri, jausmai paaštrėję – beveik visi memuaristai, netardami nė žodžio, praneša, kad jis buvo neįprastai lengvas, nuolatos verkė, nors iš esmės jis buvo malonus žmogus.

Gali būti, kad įgimtus Dmitrijaus Ivanovičiaus asmenybės bruožus paaiškino jo vėlyvas pasirodymas šeimoje – jis buvo „paskutinis vaikas“, septynioliktas vaikas iš eilės. O pagal dabartines idėjas, didėjant tėvų amžiui, palikuonių mutacijų tikimybė didėja.

Savo pirmąją paskaitą apie bendrąją chemiją jis pradėjo taip:

„Viską, ką pastebime, aiškiai išskiriame kaip substanciją arba kaip reiškinį. Materija užima erdvę ir turi svorį, o reiškiniai yra dalykai, kurie vyksta laiku. Kiekviena medžiaga veikia įvairius reiškinius, ir nėra nė vieno reiškinio, kuris vyktų be medžiagos. Įvairios medžiagos ir reiškiniai negali išvengti kiekvieno dėmesio. Atrasti teisėtumą, tai yra, paprastumą ir reguliarumą šioje įvairovėje, reiškia tyrinėti gamtą...

Norėdami atrasti teisėtumą, tai yra paprastumą ir teisingumą… Medžiaga turi svorį… Medžiaga… Svoris… Medžiaga… Svoris…

Jis visą laiką apie tai galvojo, kad ir ką bedarytų. Ir ko jis nepadarė! Dmitrijus Ivanovičius turėjo pakankamai laiko viskam. Atrodytų, jis pagaliau gavo geriausią chemijos skyrių Rusijoje, valstybinį butą, galimybę patogiai gyventi, nelakstyti už papildomų pinigų – taigi susikoncentruok į pagrindinį dalyką, o visa kita – ant šono... grindų, ant kurių jis tyrinėjo galimybę chemijos pagalba pakeisti žemės išsekimą. Vienas pirmųjų Rusijoje.

Pusantrų metų prabėgo kaip akimirksniu, bet tikros sistemos bendrojoje chemijoje vis dar nebuvo. Tai nereiškia, kad Mendelejevas savo kursą perskaitė gana atsitiktinai. Jis pradėjo nuo to, kas visiems žinoma – nuo ​​vandens, nuo oro, nuo anglies, nuo druskų. Iš juose esančių elementų. Iš pagrindinių dėsnių, pagal kuriuos medžiagos sąveikauja tarpusavyje.

Tada jis kalbėjo apie cheminius chloro giminaičius – fluorą, bromą, jodą. Tai buvo paskutinė paskaita, kurios stenogramą jis dar spėjo nusiųsti į spaustuvę, kur buvo spausdinamas antrasis jo pradėtos naujos knygos leidimas.

Pirmasis numeris kišeniniu formatu buvo išspausdintas 1869 m. sausį. Tituliniame puslapyje buvo rašoma: "Chemijos pagrindai D. Mendelejevas" . Jokios pratarmės. Pirmasis, jau išleistas numeris, ir antrasis, kuris buvo spaustuvėje, turėjo būti, pasak Dmitrijaus Ivanovičiaus, pirmoji kurso dalis ir dar du numeriai – antroji dalis.

Sausio mėnesį ir vasario pirmoje pusėje Mendelejevas skaitė paskaitas apie natrį ir kitus šarminius metalus, parašė atitinkamą antrosios dalies skyrių. "Chemijos pagrindai" - ir įstrigo.

1826 m. Jensas Jakobas Berzelius baigė 2000 medžiagų tyrimą ir tuo remdamasis trijų dešimčių cheminių elementų atominės masės nustatymą. Penkių iš jų atominis svoris buvo neteisingas – natrio, kalio, sidabro, boro ir silicio. Berzelijus klydo, nes padarė dvi neteisingas prielaidas: kad oksido molekulėje gali būti tik vienas metalo atomas ir kad vienodame dujų tūryje yra tiek pat atomų. Tiesą sakant, oksido molekulėje gali būti du ar daugiau metalo atomų, o vienodame tūryje dujų, pagal Avogadro dėsnį, yra vienodas skaičius ne atomų, o molekulių.

Iki 1858 m., kai italas Stanislao Cannicaro, atkūręs savo tautiečio Avogadro įstatymą, pakoregavo kelių elementų atominius svorius, atominių svorių klausimu viešpatavo painiava.

Tik 1860 metais Karlsrūhėje vykusiame chemijos kongrese po karštų diskusijų painiava buvo išnarpliota, Avogadro dėsnis pagaliau atkurtas savo teisėmis ir galutinai išaiškinti nepajudinami bet kurio cheminio elemento atominės masės nustatymo pagrindai.

Laimingo atsitiktinumo dėka Mendelejevas 1860 m. buvo išvykęs į komandiruotę užsienyje, dalyvavo šiame kongrese ir gavo aiškią ir aiškią mintį, kad atominis svoris dabar tapo tikslia ir patikima skaitine išraiška. Grįžęs į Rusiją, Mendelejevas pradėjo tyrinėti elementų sąrašą ir atkreipė dėmesį į elementų, išdėstytų didėjančia atominių svorių tvarka: valentingumo kitimo periodiškumą. H – 1, Li – 1, Būk – 2, B - 3, C - 4, mg – 2, N – 2, S - 2, F - 1, Na – 1, Al – 3, Si - 4 ir kt. Remdamasis valentingumo padidėjimu ir sumažėjimu, Mendelejevas suskirstė elementus į periodus; Pirmajame periode buvo tik vienas vandenilis, po to du periodai po 7 elementus, po to periodai, kuriuose buvo daugiau nei 7 elementai. D, I, Mendelejevas naudojo šiuos duomenis ne tik grafui sudaryti, kaip padarė Meyeris ir Chancourtua, bet ir lentelei, panašiai į Newlands lentelę. Tokia periodinė elementų lentelė yra aiškesnė ir vizualesnė nei grafikas, be to, D, I, Mendelejevas sugebėjo išvengti Newlandso klaidos, reikalavusios laikotarpių lygybę.

« 1860 m. chemikų kongresą Karlsrūhėje, kuriame dalyvavau, laikau lemiamu momentu, kai galvojau apie periodinį dėsnį... Idėja apie elementų savybių periodiškumo galimybę didėjant atominiam kiekiui. Iš esmės svoris man tada jau buvo vidinis “ , – pažymėjo D.I. Mendelejevas.

1865 m. jis nusipirko Boblovo dvarą netoli Klino ir gavo galimybę užsiimti žemės ūkio chemija, kurią tuo metu mėgo, ir kiekvieną vasarą ten ilsėtis su šeima.

D.I. Mendelejevo sistemos „gimtadienis“ paprastai laikoma 1869 m. vasario 18 d., kai buvo sudaryta pirmoji lentelės versija.

Ryžiai. 5. D. I. Mendelejevo nuotrauka periodinio dėsnio atradimo metais.

Buvo žinomi 63 cheminiai elementai. Ne visos šių elementų savybės buvo pakankamai gerai ištirtos, net kai kurių atominiai svoriai buvo nustatyti neteisingai ar netiksliai. Tai daug ar mažai – 63 elementai? Jei prisiminsime, kad dabar žinome 109 elementus, tada, žinoma, to neužtenka. Tačiau to visiškai pakanka, kad būtų galima pastebėti jų savybių pokyčių modelį. Turint 30 ar 40 žinomų cheminių elementų, vargu ar būtų įmanoma ką nors atrasti. Reikėjo tam tikro minimumo atvirų elementų. Štai kodėl Mendelejevo atradimą galima apibūdinti kaip savalaikį.

Iki Mendelejevo mokslininkai taip pat bandė visus žinomus elementus pajungti tam tikrai tvarkai, juos klasifikuoti, suvesti į sistemą. Neįmanoma sakyti, kad jų bandymai buvo nenaudingi: juose buvo šiek tiek tiesos. Visi jie apsiribojo cheminėmis savybėmis panašių elementų sujungimu į grupes, tačiau nerado vidinio ryšio tarp šių „natūralių“, kaip tada sakė, jų grupių.

1849 metais elementų klasifikacija susidomėjo žymus rusų chemikas G. I. Hessas. Vadovėlyje „Grynosios chemijos pagrindai“ jis apibūdino keturias nemetalinių elementų grupes, turinčias panašias chemines savybes:

I Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

F O

Hessas rašė: „Ši klasifikacija dar labai toli nuo natūralios, tačiau ji vis tiek jungia elementus ir grupes, kurios yra labai panašios, o plečiantis mūsų informacijai, ji gali būti tobulinama.

Nesėkmingų bandymų sukurti cheminių elementų sistemą pagal jų atominį svorį bandė dar prieš suvažiavimą Karlsrūhėje, abu britai: 1853 m. Gladstonas, 1857 m. Odlingas.

Vienas iš klasifikavimo bandymų 1862 m. buvo atliktas prancūzo Aleksandro Emilio Beguis de Chancourtois. . Jis pavaizdavo elementų sistemą spiralinės linijos pavidalu cilindro paviršiuje. Kiekvienas posūkis turi 16 elementų. Panašūs elementai buvo vienas po kito ant cilindro generatoriaus. Skelbdamas savo žinią mokslininkas nepalydėjo jos sukonstruotu grafiku ir nė vienas mokslininkas nekreipė dėmesio į de Chancourtois darbus.

Ryžiai. 6. „Tiūrio varžtas“ de Chancourtua.

Labiau pasisekė vokiečių chemikui Juliui Lotharui Meyeriui. 1864 m. jis pasiūlė lentelę, kurioje visi žinomi cheminiai elementai buvo suskirstyti į šešias grupes pagal jų valentingumą. Savo išvaizda Mejerio stalas buvo šiek tiek panašus į būsimo Mendelejevo. Jis laikė, kad tūriai, kuriuos užima elemento masės kiekiai, yra lygūs jų atominiam svoriui. Paaiškėjo, kad kiekviename tokiame bet kurio elemento svoryje yra tiek pat atomų. Tai reiškė, kad įvairių šių elementų atomų svarstomų tūrių santykis. Todėl nurodyta elemento charakteristika vadinama atominis tūris.

Grafiškai elementų atominių tūrių priklausomybė nuo jų atominių svorių išreiškiama bangų, kylančių aštriomis smailėmis taškuose, atitinkančiuose šarminius metalus (natrio, kalio, cezio), seka. Kiekvienas nusileidimas ir pakilimas į viršūnę atitinka tam tikrą laikotarpį elementų lentelėje. Kiekvienu periodu kai kurių fizinių savybių vertės, be atominio tūrio, taip pat natūraliai pirmiausia mažėja, o paskui didėja.

Ryžiai. 7. Atomų tūrių priklausomybė nuo elementų atominių masių, pagal

L. Mejeris.

Vandenilis, mažiausio atominio svorio elementas, buvo pirmasis elementų sąraše. Tuo metu buvo įprasta manyti, kad 101-asis laikotarpis apima vieną elementą. 2 ir 3 Meyer diagramos periodai apėmė po septynis elementus. Šie laikotarpiai dubliavo Newlands oktavas. Tačiau per kitus du laikotarpius elementų skaičius viršijo septynis. Taigi Meyeris parodė, kokia buvo Newlandso klaida. Nebuvo galima griežtai laikytis oktavų dėsnio visam elementų sąrašui, paskutiniai periodai turėjo būti ilgesni už pirmuosius.

Po 1860 m. pirmą kartą pamėgino kitas anglų chemikas Johnas Alexanderis Reina Newlandsas. Vieną po kitos jis sudarė lenteles, kuriose bandė išversti savo idėją. Paskutinė lentelė yra 1865 m. Mokslininkas tikėjo, kad viskas pasaulyje yra bendra harmonija. O chemijoje ir muzikoje turėtų būti vienodai. Didėjančia tvarka išdėstyti elementų atominiai svoriai jame suskirstyti į oktavas – į aštuonias vertikalias eilutes, po septynis elementus. Išties daugelis chemiškai giminingų elementų atsidūrė toje pačioje horizontalioje linijoje: pirmoje – halogenai, antroje – šarminiai metalai ir pan. Bet, deja, į gretas pateko ir daug nepažįstamų žmonių, ir tai sugadino visą vaizdą. Pavyzdžiui, tarp halogenų buvo kobalto su nikeliu ir trimis platinoidais. Šarminių žemių linijoje – vanadis ir švinas. Anglies šeimai priklauso volframas ir gyvsidabris. Norėdamas kažkaip sujungti susijusius elementus, Newlands aštuoniais atvejais turėjo pažeisti elementų išdėstymą pagal atominį svorį. Be to, norint padaryti aštuonias septynių elementų grupes, reikia 56 elementų, o 62 buvo žinomi, o kai kuriose vietose jis vietoje vieno elemento įdėjo du elementus iš karto. Pasirodė visiška netvarka. Kai Newlandsas pranešė apie savo „Oktavų įstatymas“ Londono chemijos draugijos posėdyje vienas iš susirinkusiųjų sarkastiškai pastebėjo: ar gerbiamasis pranešėjas bandė elementus išdėstyti tiesiog abėcėlės tvarka ir atrasti kažkokį dėsningumą?

Visose šiose klasifikacijose nebuvo pagrindinio dalyko: jie neatspindėjo bendro, esminio elementų savybių pokyčių modelio. Jie sukūrė tik tvarkos išvaizdą savo pasaulyje.

Mendelejevo pirmtakai, dėl įvairių priežasčių pastebėję ypatingas didelio dėsningumo apraiškas cheminių elementų pasaulyje, negalėjo pasiekti didelio apibendrinimo ir suvokti, kad pasaulyje egzistuoja pagrindinis įstatymas. Mendelejevas mažai žinojo apie savo pirmtakų bandymus surikiuoti cheminius elementus didėjančios atominės masės tvarka ir apie šiuo atveju kilusius incidentus. Pavyzdžiui, jis beveik neturėjo informacijos apie Chancourtois, Newlands ir Meyer darbus.

Skirtingai nei Newlandsas, Mendelejevas laikė pagrindiniu dalyku ne tiek atominį svorį, kiek chemines savybes, cheminį individualumą. Jis visą laiką apie tai galvojo. Medžiaga... Svoris... Medžiaga... Svoris... Jokių sprendimų nebuvo.

Ir tada Dmitrijus Ivanovičius pateko į nuožmią laiko bėdą. Ir išėjo visai neblogai: ne tai, kad „dabar arba niekada“, o arba šiandien, arba byla vėl atidėta kelioms savaitėms.

Jau seniai Laisvosios ekonomikos draugijoje jis davė pažadą vasario mėnesį vykti į Tverės provinciją, apžiūrėti vietines sūrines ir pateikti savo požiūrį, kaip šiuolaikiškai surežisuoti šį reikalą. Kelionei jau buvo paprašyta universiteto vadovybės leidimo. O „atostogų pažymėjimas“ – tuometinis kelionės pažymėjimas – jau buvo pataisytas. Ir gavo paskutinę Laisvosios ekonomikos draugijos sekretoriaus Chodnevo atsisveikinimo raštelį. Ir neliko nieko kito, kaip leistis į paskirtą kelionę. Traukinys, kuriuo jis turėjo vykti į Tverę, iš Maskvos stoties išvyko vasario 17 d., vakare.

„Ryte, dar gulėdamas lovoje, jis visada išgerdavo puodelį šilto pieno... Atsikėlęs ir nusiprausęs iš karto nuėjo į savo kabinetą ir išgėrė vieną ar du, kartais tris didelius, puoduko pavidalu, puodelis stiprios, nelabai saldžios arbatos“ (iš jo dukterėčios N.Ya. Kapustinos-Gubkinos atsiminimų).

Puodelio pėdsakas, išsaugotas kitoje Chodnevo raštelio, datuoto vasario 17 d., pusėje, rodo, kad jis buvo gautas anksti ryte, prieš pusryčius, tikriausiai atneštas pasiuntinio. O tai, savo ruožtu, rodo, kad mintis apie elementų sistemą Dmitrijaus Ivanovičiaus neapleido nei dieną, nei naktį: šalia puodelio įspaudo lape yra matomi nematomo mąstymo proceso, atvedusio į didelį mokslinį atradimą, pėdsakai. Mokslo istorijoje tai rečiausias atvejis, jei ne vienintelis.

Sprendžiant iš daiktinių įrodymų, atsitiko taip. Baigęs puodelį ir padėjęs į pirmąją pasitaikiusią vietą - ant Chodnevo laiško, jis tuoj pat griebė rašiklį ir ant pirmo pasitaikiusio popieriaus lapelio, ant to paties Chodnevo laiško, užrašė mintį, kuri šovė į galvą. . Ant lapo vienas po kitu pasirodė chloro ir kalio simboliai... Tada natris ir boras, tada litis, baris, vandenilis... Rašiklis klaidžiojo, kaip ir mintis. Galiausiai jis paėmė įprastą aštuntadalį švaraus popieriaus – šis lapas taip pat išliko – ir vieną po kito mažėjančia tvarka nupiešė simbolių ir atominių svorių eilutes: viršuje šarminės žemės, po jais halogenai, po jomis deguonis. grupė, po juo azotas, po ja grupė anglies ir kt. Plika akimi buvo matyti, kokie artimi atominių svorių skirtumai tarp gretimų gretų elementų. Mendelejevas tada negalėjo žinoti, kad „neapibrėžta zona“ tarp akivaizdžių dalykų nemetalai Ir metalai yra elementų - tauriųjų dujų, kurio atradimas ateityje gerokai pakeis periodinę lentelę.

Jis skubėjo, todėl karts nuo karto suklysdavo, padarydavo klaidų. Sieros atominis svoris buvo 36, o ne 32. Atėmus juos 65 (cinko atominis svoris) 39 (kalio atominis svoris), gavosi 27. Bet tai ne apie smulkmenas! Jį nešė aukšta intuicijos banga.

Jis tikėjo intuicija. Jis jį gana sąmoningai naudojo įvairiose gyvenimo situacijose. Mendelejevo žmona Anna Ivanovna rašė: Jeigu jis

reikėjo išspręsti kažkokį sunkų, svarbų gyvenimišką klausimą, jis greitai, greitai, lengva eisena įėjo, pasakė, kas yra, ir paprašė, kad pasakyčiau savo nuomonę iš pirmo įspūdžio. „Tiesiog negalvok, tiesiog negalvok“, – pakartojo jis. Aš kalbėjau ir tai buvo sprendimas“.

Tačiau niekas neveikė. Nubraižytas lapas vėl virto rebusu. Ir laikas bėgo, vakare reikėjo į stotį. Svarbiausia, ką jis jau jautė, jautė. Tačiau šiam jausmui reikėjo suteikti aiškią loginę formą. Galima įsivaizduoti, kaip apimtas nevilties ar įniršio jis veržėsi po biurą, dairėsi į viską, kas jame buvo, ieškodamas būdo greitai sulankstyti sistemą. Galiausiai jis pagriebė kortų šūsnį, atidarytas dešiniame puslapyje – ten, kur buvo paprastų kūnų sąrašas – savo „Pagrindai“ ir ėmė kurti precedento neturinčią kortų kaladę. Padaręs cheminių kortų kaladę, jis pradėjo žaisti precedento neturintį pasjanso žaidimą. Akivaizdu, kad buvo paprašyta pasjanso! Pirmosios šešios eilutės išsirikiavo be jokių skandalų. Bet tada viskas ėmė aiškėti.

Dmitrijus Ivanovičius vėl ir vėl įsikibo už rašiklio ir veržlia rašysena lape nubrėžė skaičių stulpelius. Ir vėl suglumęs metė šį užsiėmimą ir pradėjo sukti cigaretę bei pūsti ją taip, kad galva visiškai apsiniaukdavo. Pagaliau jo akys ėmė merkti, jis atsigulė ant sofos ir kietai užmigo. Tai jam nebuvo naujiena. Šį kartą jis ilgai nemiegojo – gal kelias valandas, o gal kelias minutes. Tikslios informacijos apie tai nėra. Jis pabudo nuo to, kad sapne pamatė savo pasjansą ir ne tokią, kokią paliko ant stalo, o kitokiu, harmoningesniu ir logiškesniu. Tada jis pašoko ant kojų ir pradėjo ant popieriaus lapo braižyti naują lentelę.

Pirmasis jo skirtumas nuo ankstesnės versijos buvo tas, kad dabar elementai buvo išdėstyti ne mažėjančia, o didėjančia atominio svorio tvarka. Antra, tuščios vietos lentelės viduje buvo užpildytos klaustukais ir atominiais svoriais.

Ryžiai. 8. Eskizo projektas, sudarytas D. I. Mendelejevo periodinio dėsnio atradimo metu (išskleidžiant „cheminį pasjansą“). 1869 m. vasario 17 d. (kovo 1 d.).

Ilgą laiką Dmitrijaus Ivanovičiaus pasakojimas, kad jis sapne matė savo stalą, buvo traktuojamas kaip anekdotas. Rasti sapnuose ką nors racionalaus buvo laikomas prietaru. Šiais laikais mokslas nebestato aklos barjero tarp sąmonėje ir pasąmonėje vykstančių procesų. Ir jis nemato nieko antgamtiško tame, kad paveikslas, kuris nesusiformavo sąmoningo svarstymo procese, buvo išleistas užbaigtu pavidalu dėl nesąmoningo proceso.

Mendelejevas, įsitikinęs, kad egzistuoja objektyvus įstatymas, kuriam paklūsta visi įvairių savybių elementai, nuėjo iš esmės skirtingu keliu.

Būdamas spontaniškas materialistas, jis ieškojo kažko materialaus kaip elementų charakteristikos, atspindinčios visą jų savybių įvairovę, tokia savybe laikydamas elementų atominį svorį, Mendelejevas lygino tuo metu žinomas grupes pagal atominį svorį. savo narių.

Po šarminių metalų grupe (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) įrašant halogenų grupę (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) ir dedant po jomis kitos panašių elementų grupės (didėjančia jų atominio svorio tvarka) Mendelejevas nustatė, kad šių natūralių grupių nariai sudaro bendrą taisyklingą elementų seką; tuo pačiu metu periodiškai kartojasi tokią seriją sudarančių elementų cheminės savybės. Sudėjus visus tuo metu žinomus 63 elementus "periodinė sistema" Mendelejevas atrado, kad anksčiau susikūrusios gamtinės grupės organiškai pateko į šią sistemą, praradusios buvusį dirbtinį susiskaldymą. Vėliau Mendelejevas jo atrastą periodinį dėsnį suformulavo taip: Paprastų kūnų savybės, taip pat elementų junginių formos ir savybės periodiškai priklauso nuo elementų atominių svorių verčių.

Pirmąją cheminių elementų lentelės versiją, išreiškiančią periodinį dėsnį, Mendelejevas paskelbė atskiro lapo forma, vadinama "Elementų sistemos patirtis, pagrįsta jų atominiu svoriu ir cheminiu panašumu" ir išsiuntė šį lapelį 1869 m. kovo mėn. daug rusų ir užsienio chemikų.

Ryžiai. 9. "Elementų sistemos patirtis pagal jų svorį ir cheminį panašumą."

Pirmoji lentelė vis dar labai netobula, ji toli nuo šiuolaikinės periodinės sistemos formos. Tačiau ši lentelė pasirodė esanti pirmoji Mendelejevo atrasto dėsningumo grafinė iliustracija: „Elementai, išdėstyti pagal jų atominį svorį, reiškia aiškų savybių periodiškumą“ (Mendelejevo „Savybių santykis su elementų atominiu svoriu“). Šis straipsnis buvo mokslininko apmąstymų, susijusių su „Sistemos patirtimi ...“, rezultatas. Pranešimas apie Mendelejevo atrastą ryšį tarp elementų savybių ir jų atominių svorių buvo surašytas 1869 m. kovo 6 (18) dieną Rusijos chemijos draugijos posėdyje. Mendelejevas šiame posėdyje nedalyvavo. Vietoj nesančio autoriaus pranešimą perskaitė chemikas N. A. Menšutkinas. Rusijos chemikų draugijos protokole apie kovo 6 dienos posėdį pasirodė sausas užrašas: „N. Menšutkinas D. Mendelejevo vardu praneša „elementų sistemos, pagrįstos jų atominiu svoriu ir cheminiu panašumu, patirtį“. D. Mendelejevo nedalyvaujant, šio klausimo svarstymas atidėtas iki kito posėdžio“. N. Menšutkino kalba buvo paskelbta „Rusijos chemikų draugijos žurnale“ („Savybių santykis su elementų atominiu svoriu“). 1871 m. vasarą Mendelejevas savo darbe apibendrino daugybę savo tyrimų, susijusių su periodinio įstatymo nustatymu. „Periodinis cheminių elementų teisėtumas“ . Klasikiniame veikale „Chemijos pagrindai“, kuris per Mendelejevo gyvenimą išėjo 8 leidimus rusų kalba ir kelis leidimus užsienio kalbomis, Mendelejevas pirmą kartą išaiškino neorganinę chemiją, remdamasis periodiniu įstatymu.

Kurdamas periodinę elementų sistemą Mendelejevas įveikė didelius sunkumus, nes daugelis elementų dar nebuvo atrasti, o iš 63 iki tol žinomų elementų devyniems buvo neteisingai nustatyti atominiai svoriai. Kurdamas lentelę, Mendelejevas pakoregavo berilio atominę masę, berilį įtraukdamas ne į tą pačią grupę su aliuminiu, kaip paprastai darė chemikai, o į tą pačią grupę su magniu. 1870–1871 m. Mendelejevas pakeitė indžio, urano, torio, cerio ir kitų elementų atominių svorių reikšmes, vadovaudamasis jų savybėmis ir nurodyta vieta periodinėje sistemoje. Remdamasis periodiniu dėsniu, jis pastatė telūrą prieš jodą, o kobaltą prieš nikelį, kad telūras patektų į vieną stulpelį su elementais, kurių valentingumas yra 2, o jodas – su elementais, kurių valentingumas yra 1. , nors šių elementų atominiai svoriai reikalavo priešingos vietos.

Mendelejevas įžvelgė tris aplinkybes, kurios, jo nuomone, prisidėjo prie periodinio įstatymo atradimo:

Pirma, daugumos cheminių elementų atominės masės buvo daugiau ar mažiau tiksliai nustatytos;

Antra, atsirado aiški samprata apie cheminėmis savybėmis panašių elementų grupes (natūralios grupės);

Trečia, iki 1869 m. buvo ištirta daugelio retų elementų chemija, kurios nežinant būtų buvę sunku padaryti kokį nors apibendrinimą.

Galiausiai lemiamas žingsnis dėsnio atradimo link buvo tas, kad Mendelejevas palygino visus elementus tarpusavyje pagal atominių svorių dydį. Mendelejevo pirmtakai lygino elementus, kurie buvo panašūs vienas į kitą. Tai yra, natūralių grupių elementai. Šios grupės pasirodė nesusijusios. Mendelejevas logiškai sujungė juos savo lentelės struktūroje.

Tačiau net ir po didžiulio ir kruopštaus chemikų darbo taisant atominius svorius, keturiose periodinės lentelės vietose elementai „pažeidžia“ griežtą atominių svorių išdėstymo tvarką. Tai yra elementų poros:

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).

D. I. Mendelejevo laikais tokie nukrypimai buvo laikomi Periodinės sistemos trūkumais. Atomo sandaros teorija viską sustatė į savo vietas: elementai išsidėstę gana teisingai – pagal jų branduolių krūvius. Kaip tada paaiškinti, kad argono atominė masė yra didesnė už kalio atominę masę?

Bet kurio elemento atominė masė yra lygi visų jo izotopų vidutinei atominei svoriui, atsižvelgiant į jų gausą gamtoje. Atsitiktinai argono atominę masę lemia pats „sunkiausias“ izotopas (gamtoje jo pasitaiko didesniais kiekiais). Priešingai, kalyje dominuoja jo „lengvesnis“ izotopas (ty izotopas, kurio masės skaičius mažesnis).

Mendelejevas kūrybinio proceso, kuris yra periodinio dėsnio atradimas, eigą apibūdino taip: „... nevalingai kilo mintis, kad tarp masės ir cheminių savybių turi būti ryšys. O kadangi materijos masė, nors ir ne absoliuti, o tik santykinė, reikia ieškoti funkcinio atitikimo tarp atskirų elementų savybių ir jų atominių svorių. Ieškoti ko nors, net grybų ar kokios priklausomybės, neįmanoma kitaip, kaip tik ieškant ir bandant. Taigi pradėjau atrinkti ant atskirų kortelių elementus su jų atominiu svoriu ir pagrindinėmis savybėmis, panašius elementus ir artimus atominius svorius, kas greitai privedė prie išvados, kad elementų savybės periodiškai priklauso nuo jų atominio svorio, be to, abejoju. daug neaiškumų, nė minutei neabejojau padarytos išvados bendrumu, nes nebuvo įmanoma pripažinti nelaimingo atsitikimo.

Periodinio įstatymo esminė svarba ir naujumas buvo toks:

1. Užmegztas ryšys tarp NEPANAŠŲ savo savybėmis elementų. Šis ryšys slypi tame, kad elementų savybės sklandžiai ir maždaug vienodai keičiasi didėjant jų atominiam svoriui, o vėliau šie pokyčiai PERIODIKĄ KARTOJAMAI.

2. Tais atvejais, kai atrodė, kad elementų savybių pokyčių sekoje trūksta kokios nors grandies, periodinėje lentelėje buvo numatyti GAPS, kuriuos reikėjo užpildyti dar neatrastais elementais.

Ryžiai. 10. Pirmieji penki D. I. Mendelejevo periodinės lentelės periodai. Inertinės dujos dar nebuvo atrastos, todėl lentelėje jos nepateiktos. Dar 4 lentelės kūrimo metu nežinomi elementai pažymėti klaustukais. Trijų iš jų savybes labai tiksliai nuspėjo D. I. Mendelejevas (mums labiau pažįstama D. I. Mendelejevo laikų periodinės lentelės dalis).

D. I. Mendelejevo naudojamas principas prognozuoti dar nežinomų elementų savybes parodytas 11 paveiksle.

Remdamasis periodiškumo dėsniu ir praktiškai taikydamas dialektikos dėsnį dėl kiekybinių pokyčių perėjimo į kokybinius, Mendelejevas jau 1869 metais atkreipė dėmesį į keturių dar neatrastų elementų egzistavimą. Pirmą kartą chemijos istorijoje buvo prognozuojamas naujų elementų egzistavimas ir net apytiksliai nustatytas jų atominis svoris. 1870 metų pabaigoje. Mendelejevas, remdamasis savo sistema, apibūdino dar neatrasto III grupės elemento savybes, pavadinęs jį „ekaaliuminiu“. Mokslininkas taip pat pasiūlė, kad naujasis elementas būtų atrastas naudojant spektrinę analizę. Iš tiesų, 1875 m. prancūzų chemikas P.E. Lecoqas de Boisbaudranas, spektroskopu tyrinėdamas cinko mišinį, jame atrado Mendelejevo ekaaliuminį. Tikslus tariamų elemento savybių sutapimas su eksperimentiškai nustatytomis buvo pirmasis triumfas ir puikus periodinio dėsnio nuspėjamosios galios patvirtinimas. Mendelejevo numatytų „ekaaliuminio“ savybių ir Boisbaudrano atrasto galio savybių aprašymai pateikti 1 lentelėje.

Numatė D.I. Mendelejevas

Įdiegė Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaaliuminis Ea Atominis svoris apie 68 Paprastas korpusas, turi būti mažai tirpus Tankis artimas 5,9 Atominis tūris 11,5 Neturi oksiduotis ore Įkaitusiame karštyje vanduo turi suskaidyti Sudėtinės formulės: ЕаСl3, Еа2О3, Еа2(SO4)3 Turi sudaryti Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O alūną, bet sunkesnis nei aliuminis Ea2O3 oksidas turėtų būti lengvai redukuojamas ir duoti metalą lakiesnį nei aliuminis, todėl galima tikėtis, kad EaCl3 bus aptiktas spektrine analize – lakus.

Atominis svoris apie 69,72 Gryno galio lydymosi temperatūra yra 30 laipsnių C. Kietojo galio tankis yra 5,904, o skysto – 6,095 Atominis tūris 11.7 Šiek tiek oksiduojasi tik karštoje temperatūroje Esant aukštai temperatūrai, skaido vandenį Junginių formulės: GaCl3, Ga2O3, Ga2(SO4)3 Formos alūnas NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Galis redukuojamas iš oksido kalcinuojant vandenilio sraute; atrasta naudojant spektrinę analizę Virimo temperatūra GaCl3 215-220 laipsnių C

1879 metais švedų chemikas L. Nilsonas rado elementą skandį, kuris visiškai atitinka Mendelejevo aprašytą ekaborą; 1886 metais vokiečių chemikas K. Winkleris atrado elementą germanis, atitinkantį eksasilikoną; 1898 m. prancūzų chemikai Pierre'as Curie ir Maria Sklodowska Curie atrado polonį ir radį. Mendelejevas Winklerį, Lecoqą de Boisbaudraną ir Nilssoną laikė „periodinio įstatymo stiprintojais“.

Mendelejevo prognozės taip pat pasiteisino: buvo aptiktas trimarganas – dabartinis renis, dicezis – francis ir kt.

Po to viso pasaulio mokslininkams tapo aišku, kad D. I. Mendelejevo periodinė lentelė ne tik susistemina elementus, bet yra pagrindinio gamtos dėsnio – periodinio dėsnio – grafinė išraiška.

Šis įstatymas turi nuspėjamąją galią. Jis leido atlikti tikslinę naujų, dar neatrastų elementų paiešką. Daugelio elementų atominiai svoriai, anksčiau nustatyti nepakankamai tiksliai, buvo tikrinami ir patikslinami būtent todėl, kad jų klaidingos reikšmės prieštaravo periodiniam įstatymui.

Vienu metu D. I. Mendelejevas su apmaudu pastebėjo: „... periodiškumo priežasčių nežinome“. Jis nesugebėjo gyventi, kad išspręstų šią paslaptį.

Vienas iš svarbių argumentų, palaikančių sudėtingą atomų struktūrą, buvo periodinio D. I. Mendelejevo dėsnio atradimas:

Paprastų medžiagų savybės, taip pat junginių savybės ir formos yra periodiškai priklausomos nuo cheminių elementų atominių masių.

Įrodžius, kad elemento eilės skaičius sistemoje skaitiniu požiūriu lygus jo atomo branduolio krūviui, paaiškėjo periodinio dėsnio fizikinė esmė.

Tačiau kodėl cheminių elementų savybės periodiškai keičiasi didėjant branduolio krūviui? Kodėl elementų sistema sukonstruota taip, o ne kitaip, o jos perioduose yra griežtai apibrėžtas elementų skaičius? Į šiuos esminius klausimus atsakymų nebuvo.

Loginis samprotavimas numatė, kad jei yra ryšys tarp cheminių elementų, susidedančių iš atomų, tada atomai turi kažką bendro, todėl jie turi turėti sudėtingą struktūrą.

Periodinės elementų sistemos paslaptis buvo visiškai išaiškinta, kai pavyko suprasti sudėtingiausią atomo sandarą, jo išorinių elektronų apvalkalų sandarą, elektronų judėjimo aplink teigiamai įkrautą branduolį dėsnius, kuriuose beveik visas atomo masė yra koncentruota.

Visas chemines ir fizines medžiagos savybes lemia atomų sandara. Mendelejevo atrastas periodinis dėsnis yra universalus gamtos dėsnis, nes remiasi atomo sandaros dėsniu.

Šiuolaikinės atomo teorijos pradininkas yra anglų fizikas Rutherfordas, įtikinamais eksperimentais įrodęs, kad beveik visa atomo masė ir teigiamai įkrauta medžiaga yra susitelkę nedidelėje jo tūrio dalyje. Šią atomo dalį jis pavadino šerdis. Teigiamą branduolio krūvį kompensuoja aplink jį besisukantys elektronai. Šiame atomo modelyje elektronai primena Saulės sistemos planetas, dėl to ji buvo vadinama planetine. Vėliau Rutherfordas sugebėjo panaudoti eksperimentinius duomenis branduolių krūviams apskaičiuoti. Jie pasirodė lygūs elementų serijos numeriams D. I. Mendelejevo lentelėje. Po Rutherfordo ir jo mokinių darbų Mendelejevo periodinis įstatymas gavo aiškesnę prasmę ir kiek kitokią formuluotę:

Paprastų medžiagų savybės, taip pat elementų derinio savybės ir formos yra periodiškai priklausomos nuo elementų atomų branduolio krūvio.

Taigi cheminio elemento eilės numeris periodinėje sistemoje gavo fizinę reikšmę.

1913 metais G. Moseley Rutherfordo laboratorijoje ištyrė daugelio cheminių elementų spinduliuotę rentgeno spinduliais. Šiuo tikslu jis suprojektavo rentgeno vamzdžio anodą iš medžiagų, susidedančių iš tam tikrų elementų. Paaiškėjo, kad būdingos rentgeno spinduliuotės bangos ilgiai didėja didėjant elementų, sudarančių katodą, serijos numeriui. G. Moseley išvedė lygtį, susiejančią bangos ilgį ir serijos numerį Z:

Ši matematinė išraiška dabar vadinama Moseley įstatymu. Tai leidžia pagal išmatuotą rentgeno bangos ilgį nustatyti tiriamo elemento serijos numerį.

Paprasčiausias atomo branduolys yra vandenilio atomo branduolys. Jo krūvis yra lygus ir priešingas elektrono krūviui, o jo masė yra mažiausia iš visų branduolių. Vandenilio atomo branduolys buvo pripažintas elementariąja dalele, o 1920 m. Rutherfordas suteikė jam pavadinimą. protonas . Protono masė yra maždaug vienas atominės masės vienetas.

Tačiau visų atomų, išskyrus vandenilio, masė skaitine prasme viršija atomų branduolių krūvius. Jau Rutherfordas manė, kad, be protonų, branduoliuose turėtų būti ir tam tikros masės neutralių dalelių. Šias daleles 1932 m. atrado Bothe ir Becker. Chadwickas nustatė jų prigimtį ir pavadino neutronų . Neutronas yra neįkrauta dalelė, kurios masė beveik lygi protono masei, ty taip pat 1 AU. valgyti.

1932 metais sovietų mokslininkas D. D. Ivanenko ir vokiečių fizikas Heisenbergas savarankiškai sukūrė branduolio protonų-neutronų teoriją, pagal kurią atomų branduoliai susideda iš protonų ir neutronų.

Apsvarstykite kurio nors elemento, pavyzdžiui, natrio, atomo struktūrą protonų-neutronų teorijos požiūriu. Natrio eilės numeris periodinėje sistemoje yra 11, masės skaičius yra 23. Pagal eilės numerį natrio atomo branduolio krūvis yra + 11. Todėl natrio atome yra 11 elektronų, kurių krūvių suma lygi teigiamajam branduolio krūviui. Jei natrio atomas netenka vieno elektrono, tai teigiamas krūvis bus vienu daugiau nei neigiamų elektronų krūvių suma (10), o natrio atomas taps jonu, kurio krūvis yra 1+. Atomo branduolio krūvis lygus 11 protonų, esančių branduolyje, kurio masė yra 11 a, krūvių sumai. e.m. Kadangi natrio masės skaičius yra 23 a.m. e.m., tada skirtumas 23 - 11 \u003d 12 lemia neutronų skaičių natrio atome.

Protonai ir neutronai vadinami nukleonai . Natrio atomo branduolį sudaro 23 nukleonai, iš kurių 11 yra protonai ir 12 yra neutronai. Bendras nukleonų skaičius branduolyje rašomas elemento žymėjimo viršuje kairėje, o protonų skaičius apačioje kairėje, pvz., Na.

Visi konkretaus elemento atomai turi tą patį branduolio krūvį, ty tą patį protonų skaičių branduolyje. Neutronų skaičius elementų atomų branduoliuose gali būti skirtingas. Atomai, kurių branduoliuose yra tiek pat protonų ir skirtingą neutronų skaičių, vadinami izotopų .

Vadinami skirtingų elementų atomai, kurių branduolyje yra tiek pat nukleonų izobarai .

Mokslas už realų ryšį tarp atomo struktūros ir periodinės sistemos struktūros visų pirma skolingas didingam danų fizikui Nielsui Bohrui. Jis taip pat pirmasis paaiškino tikruosius periodinio elementų savybių kitimo principus. Bohras pradėjo darydamas Rutherfordo atomo modelį gyvybingą.

Rutherfordo planetinis atomo modelis atspindėjo akivaizdžią tiesą, kad pagrindinė atomo dalis yra nežymioje tūrio dalyje – atomo branduolyje, o likusioje atomo tūrio dalyje pasiskirsto elektronai. Tačiau elektrono judėjimo orbitoje aplink atomo branduolį pobūdis prieštarauja elektrodinamikos elektrinių krūvių judėjimo teorijai.

Pirma, pagal elektrodinamikos dėsnius, aplink branduolį besisukantis elektronas turi nukristi į branduolį dėl energijos praradimo spinduliuotei. Antra, artėjant prie branduolio elektrono skleidžiami bangos ilgiai turi nuolat keistis, sudarydami ištisinį spektrą. Tačiau atomai neišnyksta, vadinasi, ant branduolio nekrenta elektronai, o atomų spinduliavimo spektras nėra tęstinis.

Jei metalas pašildomas iki garavimo temperatūros, tada jo garai pradės švytėti, o kiekvieno metalo garai turi savo spalvą. Metalo garų spinduliuotė, skaidoma prizme, sudaro spektrą, susidedantį iš atskirų šviesos linijų. Toks spektras vadinamas linijiniu spektru. Kiekviena spektro linija pasižymi tam tikru elektromagnetinės spinduliuotės dažniu.

1905 m. Einšteinas, aiškindamas fotoelektrinio efekto reiškinį, pasiūlė, kad šviesa sklinda fotonų arba energijos kvantų pavidalu, kurie turi labai apibrėžtą reikšmę kiekvienam atomo tipui.

1913 m. Bohras įtraukė kvantinį vaizdą į Rutherfordo planetinį atomo modelį ir paaiškino atomų linijinių spektrų kilmę. Jo vandenilio atomo sandaros teorija remiasi dviem postulatais.

Pirmasis postulatas:

Elektronas sukasi aplink branduolį, nespinduliuodamas energijos, griežtai apibrėžtomis stacionariomis orbitomis, kurios tenkina kvantinę teoriją.

Kiekvienoje iš šių orbitų elektronas turi tam tikrą energiją. Kuo toliau nuo branduolio yra orbita, tuo daugiau energijos turi joje esantis elektronas.

Objekto judėjimą aplink centrą klasikinėje mechanikoje lemia kampinis momentas m´v´r, kur m yra judančio objekto masė, v yra objekto greitis, r yra apskritimo spindulys. Remiantis kvantine mechanika, šio objekto energija gali turėti tik tam tikras reikšmes. Bohras manė, kad elektrono kampinis impulsas vandenilio atome gali būti lygus tik sveikajam veikimo kvantų skaičiui. Matyt, šis santykis buvo Boro spėjimas, vėliau jį matematiškai išvedė prancūzų fizikas de Broglie.

Taigi, matematinė pirmojo Bohro postulato išraiška yra lygybė:

(1)

Pagal (1) lygtį mažiausias elektrono orbitos spindulys, taigi ir mažiausia elektrono potencinė energija, atitinka n reikšmę, lygią vienetui. Vandenilio atomo būsena, atitinkanti reikšmę n=1, vadinama normaliąja arba bazine. Vandenilio atomas, kurio elektronas yra bet kurioje kitoje orbitoje, atitinkančioje reikšmes n=2, 3, 4, ¼, vadinamas sužadintu.

(1) lygtis apima elektronų greitį ir orbitos spindulį kaip nežinomus. Jei sudarysime kitą lygtį, kurioje bus v ir r, tada galime apskaičiuoti šių svarbių elektrono charakteristikų reikšmes vandenilio atome. Tokia lygtis gaunama atsižvelgiant į „vandenilio atomo branduolio – elektrono“ sistemoje veikiančių išcentrinių ir įcentrinių jėgų lygybę.

Išcentrinė jėga yra. Įcentrinė jėga, kuri lemia elektrono trauką prie branduolio, pagal Kulono dėsnį yra . Atsižvelgdami į elektrono ir branduolio krūvių lygybę vandenilio atome, galime parašyti:

(2)

Išspręsdami (1) ir (2) lygčių sistemą v ir r atžvilgiu, randame:

(3)

(3) ir (4) lygtys leidžia apskaičiuoti orbitos spindulius ir elektronų greičius bet kuriai n reikšmei. Esant n=1, vandenilio atomo pirmosios orbitos spindulys, Boro spindulys, yra lygus 0,053 nm. Elektrono greitis šioje orbitoje yra 2200 km/s. (3) ir (4) lygtys rodo, kad vandenilio atomo elektronų orbitų spinduliai yra susiję vienas su kitu kaip natūraliųjų skaičių kvadratai, o elektrono greitis mažėja didėjant n.

Antrasis postulatas:

Judėdamas iš vienos orbitos į kitą, elektronas sugeria arba išspinduliuoja energijos kvantą.

Kai atomas sužadinamas, ty kai elektronas juda iš orbitos, esančios arčiausiai branduolio į tolimesnę, energijos kvantas sugeriamas ir, atvirkščiai, kai elektronas juda iš tolimos orbitos į artimą, kvantinė energija yra išmetė E 2 - E 1 \u003d hv. Radęs orbitų spindulius ir ant jų esančio elektrono energiją, Bohras apskaičiavo fotonų ir juos atitinkančių linijų energiją vandenilio linijų spektre, kuri atitiko eksperimentinius duomenis.

Skaičius n, lemiantis kvantinių orbitų spindulių dydį, elektronų judėjimo greitį ir jų energiją, vadinamas pagrindinis kvantinis skaičius .

Sommerfeldas dar labiau patobulino Bohro teoriją. Jis pasiūlė, kad atome gali būti ne tik apskritimo, bet ir elipsės formos elektronų orbitos, ir tuo remdamasis paaiškino smulkiosios vandenilio spektro struktūros kilmę.

Ryžiai. 12. Boro atomo elektronas apibūdina ne tik apskritas, bet ir elipsines orbitas. Štai kaip jie atrodo skirtingoms vertybėms l adresu P =2, 3, 4.

Tačiau Bohr-Sommerfeld teorija apie atomo sandarą sujungė klasikines ir kvantinės mechanikos sąvokas, todėl buvo pagrįsta prieštaravimais. Pagrindiniai Bohr-Sommerfeld teorijos trūkumai yra šie:

1. Teorija nepajėgi paaiškinti visų atomų spektrinių charakteristikų detalių.

2. Neįmanoma kiekybiškai apskaičiuoti cheminės jungties net tokioje paprastoje molekulėje kaip vandenilio molekulė.

Tačiau pagrindinė pozicija buvo tvirtai nusistovėjusi: elektronų apvalkalų užpildymas cheminių elementų atomuose vyksta nuo trečiojo, M - apvalkalai nėra nuoseklūs, palaipsniui iki pilno pajėgumo (t. y. kaip buvo su KAM- Ir L - kriauklės), bet palaipsniui. Kitaip tariant, elektronų apvalkalų statyba laikinai nutrūksta dėl to, kad elektronai atsiranda atomuose, kurie priklauso kitiems apvalkalams.

Šios raidės žymimos taip: n , l , m l , m s – o atominės fizikos kalba vadinami kvantiniais skaičiais. Istoriškai jie buvo pristatyti palaipsniui, o jų atsiradimas daugiausia susijęs su atomų spektrų tyrimu.

Taigi išeina, kad bet kurio elektrono būseną atome galima užrašyti specialiu kodu, kuris yra keturių kvantinių skaičių derinys. Tai ne tik kai kurie abstraktūs dydžiai, naudojami elektroninėms būsenoms įrašyti. Priešingai, jie visi turi tikrą fizinį turinį.

Skaičius P yra įtrauktas į elektronų apvalkalo talpos formulę (2 P 2), ty duotą kvantinį skaičių P atitinka elektronų apvalkalo skaičių; kitaip tariant, šis skaičius lemia, ar elektronas priklauso tam tikram elektronų apvalkalui.

Skaičius P priima tik sveikuosius skaičius: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,…, atitinkančius atitinkamai apvalkalus: K, L, M, N, O, P, Q.

Tiek, kiek P yra įtrauktas į elektrono energijos formulę, tada jie sako, kad pagrindinis kvantinis skaičius lemia bendrą elektrono energiją atome.

Kita mūsų abėcėlės raidė – orbitinis (šoninis) kvantinis skaičius – žymima kaip l . Jis buvo įvestas siekiant pabrėžti visų elektronų, priklausančių tam tikram apvalkalui, neekvivalentiškumą.

Kiekvienas apvalkalas yra suskirstytas į tam tikrus pokerius, o jų skaičius yra lygus apvalkalo skaičiui. ty K apvalkalas ( P =1) susideda iš vieno posluoksnio; L formos apvalkalas ( P =2) - iš dviejų; M apvalkalas ( P =3) - iš trijų subkorpusų ...

Ir kiekvienas šio apvalkalo posluoksnis pasižymi tam tikra verte l . Orbitinis kvantinis skaičius taip pat turi sveikųjų skaičių reikšmes, bet pradedant nuo nulio, ty 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 ... Taigi, l visada mažiau P . Nesunku suprasti, kad kada P =1 l =0; adresu n =2 l =0 ir 1; adresu n = 3 l = 0, 1 ir 2 ir tt Skaičius l , taip sakant, turi geometrinį vaizdą. Juk vienam ar kitam apvalkalui priklausančių elektronų orbitos gali būti ne tik apskritos, bet ir elipsės.

skirtingos reikšmės l ir apibūdinti skirtingus orbitų tipus.

Fizikai mėgsta tradicijas ir renkasi senus raidžių pavadinimus, žyminčius elektronų subkorpusus. s ( l =0), p ( l =1), d ( l =2), f ( l =3). Tai pirmosios vokiškų žodžių raidės, apibūdinančios spektrinių linijų serijos požymius dėl elektronų perėjimų: aštrioji, pagrindinė, difuzinė, fundamentalioji.

Dabar galite trumpai užrašyti, kurie elektronų posluoksniai yra elektronų apvalkaluose (2 lentelė).

Norėdami sužinoti, kiek elektronų gali tilpti įvairūs elektronų posluoksniai, padėkite nustatyti trečiąjį ir ketvirtąjį kvantinius skaičius – m l ir m s, kurie vadinami magnetiniais ir sukiniu.

Magnetinis kvantinis skaičius m l glaudžiai susiję su l ir nustato, viena vertus, šių orbitų išsidėstymo erdvėje kryptį ir, kita vertus, jų skaičių, galimą tam tikrai l . Iš kai kurių atominės teorijos dėsnių išplaukia, kad tam tikram l kvantinis skaičius m l, užima 2 l +1 sveikųjų skaičių reikšmės: nuo - l prie + l , įskaitant nulį. Pavyzdžiui, už l =3 tai seka m l mes turime: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, ty iš viso septynias reikšmes.

Kodėl m l vadinama magnetine? Kiekvienas elektronas, besisukantis orbita aplink branduolį, iš esmės yra vienas apvijos apsisukimas, per kurį teka elektros srovė. Yra magnetinis laukas, todėl kiekviena atomo orbita gali būti laikoma plokščiu magnetiniu lakštu. Kai randamas išorinis magnetinis laukas, kiekviena elektrono orbita sąveikauja su šiuo lauku ir yra linkusi užimti tam tikrą atomo vietą.

Elektronų skaičius kiekvienoje orbitoje nustatomas pagal sukinio kvantinio skaičiaus m s reikšmę.

Atomų elgesys stipriuose netolygiuose magnetiniuose laukuose parodė, kad kiekvienas atomo elektronas elgiasi kaip magnetas. Ir tai rodo, kad elektronas sukasi aplink savo ašį, kaip planeta orbitoje. Ši elektrono savybė vadinama „sukimu“ (išvertus iš anglų kalbos – suktis). Sukamasis elektrono judėjimas yra pastovus ir nekintantis. Elektrono sukimasis yra visiškai neįprastas: jo negalima sulėtinti, pagreitinti ar sustabdyti. Tai vienoda visiems pasaulio elektronams.

Tačiau nors sukinys yra bendra visų elektronų savybė, tai taip pat yra elektronų skirtumo atome priežastis.

Dviejų elektronų, besisukančių ta pačia orbita aplink branduolį, sukimosi dydis yra toks pat, tačiau jie gali skirtis savo sukimosi kryptimi. Šiuo atveju keičiasi kampinio momento ženklas ir sukimosi ženklas.

Kvantinis skaičiavimas leidžia gauti dvi galimas sukinio kvantinių skaičių, būdingų orbitoje esančiam elektronui, reikšmes: s=+ ir s= - . Kitų vertybių negali būti. Todėl atome kiekvienoje orbitoje gali suktis tik vienas arba du elektronai. Daugiau negali būti.

Kiekviename elektronų posluoksnyje gali tilpti 2 (2 l + 1) – elektronai, būtent (3 lentelė):

Iš čia, paprastai pridedant, gaunami nuoseklių apvalkalų pajėgumai.

Stebina pagrindinio dėsnio, iki kurio buvo sumažintas pradinis begalinis atomo struktūros sudėtingumas, paprastumas. Visas įnoringas elektronų elgesys išoriniame apvalkale, kuris valdo visas jo savybes, gali būti išreikštas nepaprastai paprastai: Atome nėra ir negali būti dviejų vienodų elektronų.Šis dėsnis moksle žinomas kaip Pauli principas (šveicarų fiziko teoretiko vardu).

Žinodami bendrą elektronų skaičių atome, kuris lygus jo eilės numeriui Mendelejevo sistemoje, galite "sustatyti" atomą: galite apskaičiuoti jo išorinio elektronų apvalkalo struktūrą - nustatyti, kiek elektronų jame yra ir kokių. malonūs jie jame.

Kai augate Z periodiškai kartojasi panašaus tipo elektroninės atomų konfigūracijos. Tiesą sakant, tai taip pat yra periodinio dėsnio formuluotė, bet susijusi su elektronų pasiskirstymo per apvalkalus ir posluoksnius procesu.

Žinodami atomo sandaros dėsnį, dabar galite sukurti periodinę sistemą ir paaiškinti, kodėl ji sukurta būtent taip. Reikia tik vieno nedidelio terminologinio patikslinimo: tie elementai, kurių atomuose įvyksta s-, p-, d-, f-apvalkalų konstrukcija, paprastai vadinami atitinkamai s-, p-, d-, f-elementais.

Atomo formulę įprasta rašyti tokia forma: pagrindinis kvantinis skaičius – atitinkamas skaičius, antrinis kvantinis skaičius – raidė, elektronų skaičius pažymėtas viršuje dešinėje.

Pirmajame periode yra 1 s-elementas – vandenilis ir helis. Scheminis pirmojo laikotarpio vaizdavimas yra toks: 1 s 2 . Antrasis periodas gali būti pavaizduotas taip: 2 s 2 2 p 6, t.y. apima elementus, kuriuose užpildyti 2 s-, 2 p-apvalkalai. Ir trečiasis (jame pastatyti 3 s-, 3p-apvalkalai): 3 s 2 3p 6 . Akivaizdu, kad panašaus tipo elektroninės konfigūracijos kartojasi.

4-ojo periodo pradžioje yra du 4 s elementai, t.y., N korpuso užpildymas prasideda anksčiau nei buvo baigtas M korpuso statyba. Jame yra dar 10 laisvų darbo vietų, kurios užpildomos kituose dešimtyje elementų (3 d-elementai). M apvalkalo užpildymas baigėsi, N apvalkalo užpildymas tęsiasi (su šešiais 4 p-elektronais). Vadinasi, 4 periodo struktūra yra tokia: 4 s 2 3 d 10 4 p 6 . Penktasis laikotarpis pildomas taip pat:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

Šeštajame periode yra 32 elementai. Jo schematiškai pavaizduota taip: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6 .

Ir galiausiai kitas, 7-asis laikotarpis: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6 . Reikia turėti omenyje, kad dar ne visi 7-ojo laikotarpio elementai yra žinomi.

Toks laipsniškas kriauklių pildymas yra griežtas fizinis dėsningumas. Pasirodo, elektronams, užuot užėmę 3 d posluoksnio lygius, naudingiau (energetikos požiūriu) pirmiausia užpildyti 4 s subapvalko lygius. Būtent šios energijos „sūpynės“ „pelningiau – nuostolingiau“ ir paaiškina situaciją, kad cheminiuose elementuose elektronų apvalkalų užpildymas eina atbrailomis.

20-ųjų viduryje. Prancūzų fizikas L. de Broglie išsakė drąsią mintį: visos medžiagos dalelės (taip pat ir elektronai) turi ne tik medžiagų, bet ir banginių savybių. Netrukus buvo galima parodyti, kad elektronai, kaip ir šviesos bangos, taip pat gali apeiti kliūtis.

Kadangi elektronas yra banga, jo judėjimą atome galima apibūdinti naudojant bangos lygtį. Tokią lygtį 1926 metais išvedė austrų fizikas E. Schrödingeris. Matematikai tai vadina antros eilės daline diferencialine lygtimi. Fizikams tai yra pagrindinė kvantinės mechanikos lygtis.

Štai kaip atrodo ta lygtis:

+++ y=0

kur m yra elektrono masė; r – elektrono atstumas nuo branduolio; e yra elektronų krūvis; E yra bendra elektrono energija, kuri lygi kinetinės ir potencialinės energijos sumai; Z yra atomo eilės numeris (vandenilio atomui jis lygus 1); h- "veiksmo kvantas"; x , y , z – elektronų koordinatės; y – banginė funkcija (abstraktus abstraktus dydis, apibūdinantis tikimybės laipsnį).

Tikimybės, kad elektronas yra tam tikroje erdvės aplink branduolį vietoje, laipsnis. Jei y \u003d 1, vadinasi, elektronas tikrai turi būti šioje vietoje; jei y = 0, tai ten iš viso nėra elektrono.

Tikimybės rasti elektroną samprata yra svarbiausia kvantinėje mechanikoje. O funkcijos y (psi) reikšmė (tiksliau, jos reikšmės kvadratas) išreiškia elektrono atsidūrimo viename ar kitame erdvės taške tikimybę.

Kvantiniame mechaniniame atome nėra apibrėžtų elektronų orbitų, kurios taip aiškiai nurodytos Bohro atomo modelyje. Elektronas tarsi išsitepęs erdvėje debesies pavidalu. Tačiau šio debesies tankis yra skirtingas: kaip sakoma, kur jis tankus, o kur tuščias. Didesnis debesų tankis atitinka didesnę tikimybę rasti elektroną.

Nuo abstraktaus kvantinio-mechaninio atomo modelio galima pereiti prie Boro vizualinio ir matomo atomo modelio. Norėdami tai padaryti, turite išspręsti Schrödingerio lygtį. Pasirodo, bangų funkcija yra susieta su trimis skirtingais dydžiais, kurie gali turėti tik sveikąsias reikšmes. Be to, šių dydžių pokyčių seka yra tokia, kad jie negali būti nieko kito, kaip kvantiniai skaičiai. Pagrindinis, orbitinis ir magnetinis. Tačiau jie buvo įvesti specialiai tam, kad būtų galima nurodyti įvairių atomų spektrus. Tada jie labai organiškai migravo į Bohro atomo modelį. Tokia jau mokslinė logika – net ir pats griežčiausias skeptikas jos nepakenks.

Visa tai reiškia, kad Schrödingerio lygties sprendimas galiausiai lemia elektronų apvalkalų ir atomų subapvalkų užpildymo sekos išvedimą. Tai yra pagrindinis kvantinio mechaninio atomo pranašumas prieš Boro atomą. O planetos atomui pažįstamas sąvokas galima peržiūrėti kvantinės mechanikos požiūriu. Galima sakyti, kad orbita yra tam tikra tam tikro elektrono tikėtinų padėčių atome rinkinys. Tai atitinka tam tikrą bangos funkciją. Vietoj termino „orbita“ šiuolaikinėje atominėje fizikoje ir chemijoje vartojamas terminas „orbita“.

Taigi, Schrödingerio lygtis yra tarsi burtų lazdelė, kuri pašalina visus formaliosios periodinės sistemos teorijos trūkumus. „Oficialus“ paverčia „faktu“.

Realybėje taip toli gražu. Kadangi lygtis turi tik tikslų vandenilio atomo, paprasčiausio iš atomų, sprendimą. Helio atomui ir vėlesniems neįmanoma tiksliai išspręsti Schrödingerio lygties, nes pridedamos elektronų sąveikos jėgos. O atsižvelgti į jų įtaką galutiniam rezultatui yra neįsivaizduojamo sudėtingumo matematinė problema. Jis neprieinamas žmogaus gebėjimams; su juo galima palyginti tik sparčiuosius elektroninius kompiuterius, atliekančius šimtus tūkstančių operacijų per sekundę. Ir net tada tik su sąlyga, kad skaičiavimų programa bus sukurta su daugybe supaprastinimų ir aproksimacijų.

Per 40 metų žinomų cheminių elementų sąrašas išaugo 19. Ir visi 19 elementų buvo susintetinti, paruošti dirbtinai.

Elementų sintezė gali būti suprantama kaip gavimas iš elemento, turinčio mažesnį branduolinį krūvį, mažesnį atominį skaičių elemento, kurio atominis skaičius didesnis. O gavimo procesas vadinamas branduoline reakcija. Jos lygtis parašyta taip pat, kaip ir įprastos cheminės reakcijos lygtis. Reagentai yra kairėje, produktai yra dešinėje. Branduolinės reakcijos reagentai yra taikinys ir bombarduojanti dalelė.

Beveik bet kuris periodinės sistemos elementas (laisva forma arba cheminio junginio pavidalu) gali būti taikinys.

Bombarduojančių dalelių vaidmenį atlieka a-dalelės, neutronai, protonai, deuteronai (vandenilio sunkiojo izotopo branduoliai), taip pat įvairių elementų – boro, anglies, azoto, deguonies, vadinamieji daugkartinio krūvio sunkieji jonai, neonas, argonas ir kiti periodinės sistemos elementai.

Kad įvyktų branduolinė reakcija, bombarduojanti dalelė turi susidurti su tikslinio atomo branduoliu. Jei dalelė turi pakankamai didelę energiją, ji gali taip giliai prasiskverbti į branduolį, kad susilieja su juo. Kadangi visos aukščiau išvardintos dalelės, išskyrus neutroną, turi teigiamus krūvius, tai susiliedamos su branduoliu jos padidina jo krūvį. O Z reikšmės keitimas reiškia elementų transformaciją: elemento su nauja branduolinio krūvio reikšme sintezę.

Siekiant rasti būdą, kaip pagreitinti bombarduojančias daleles, suteikti joms didelę energiją, kurios pakaktų susilieti su branduoliais, buvo išrastas ir sukonstruotas specialus dalelių greitintuvas – ciklotronas. Tada jie pastatė specialią naujų elementų gamyklą – branduolinį rektorių. Jo tiesioginė paskirtis – gaminti branduolinę energiją. Tačiau kadangi jame visada yra intensyvūs neutronų srautai, juos lengva naudoti dirbtinės sintezės tikslais. Neutronas neturi krūvio, todėl jo greitėti nereikia (ir neįmanoma). Priešingai, lėti neutronai yra naudingesni nei greitieji.

Chemikai turėjo sukti smegenis ir parodyti tikrus išradingumo stebuklus, kad sukurtų būdus, kaip atskirti nereikšmingus kiekius naujų elementų nuo tikslinės medžiagos. Išmokti tyrinėti naujų elementų savybes, kai buvo prieinami tik keli jų atomai...

Šimtų ir tūkstančių mokslininkų darbu periodinėje sistemoje buvo užpildyta 19 naujų langelių. Keturi yra senose ribose: tarp vandenilio ir urano. Penkiolika – uranui. Štai kaip viskas atsitiko...

Periodinėje sistemoje ilgą laiką tuščios liko 4 vietos: 43, 61, 85 ir 87 celės.

Šie 4 elementai buvo nepastebimi. Mokslininkų pastangos jų ieškoti gamtoje liko nesėkmingos. Periodinio dėsnio pagalba visos kitos periodinės lentelės vietos buvo užpildytos seniai – nuo ​​vandenilio iki urano.

Ne kartą moksliniuose žurnaluose buvo pranešimų apie šių keturių elementų atradimą. Tačiau visi šie atradimai nepasitvirtino: kiekvieną kartą tikslus patikrinimas parodydavo, kad buvo padaryta klaida ir atsitiktinės nereikšmingos priemaišos buvo supainiotos su nauju elementu.

Ilgos ir sunkios paieškos galiausiai leido gamtoje atrasti vieną iš sunkiai suvokiamų elementų. Paaiškėjo, kad ekcezis Nr.87 atsiranda natūralaus radioaktyvaus izotopo urano-235 skilimo grandinėje. tai trumpaamžis radioaktyvus elementas.

Ryžiai. 13. Elemento Nr.87 formavimo schema - Prancūzija. Kai kurie radioaktyvieji izotopai gali skilti dviem būdais, pavyzdžiui, skaidydami a ir b. Šis reiškinys vadinamas radioaktyvia šakute. Visose natūraliose radioaktyviose šeimose yra šakės.

87 elementas nusipelno papasakoti išsamiau. Dabar chemijos enciklopedijose skaitome: francį (serijos numeris 87) 1939 metais atrado prancūzų mokslininkė Marguerite Perey.

Kaip Perey pavyko užfiksuoti nepagaunamą elementą? 1914 metais trys austrų radiochemikai – S. Meyeris, W. Hessas ir F. Panetas – pradėjo tirti aktinio izotopo, kurio masės skaičius yra 227, radioaktyvų skilimą. Buvo žinoma, kad jis priklauso aktinourano šeimai ir išskiria b- dalelės; taigi jo skilimo produktas yra toris. Tačiau mokslininkams kilo miglotų įtarimų, kad aktinis-227 retais atvejais išskiria ir a daleles. Kitaip tariant, čia stebimas vienas iš radioaktyviosios šakutės pavyzdžių. Tokios transformacijos metu turėtų susidaryti elemento izotopas 87. Meyeris ir jo kolegos iš tikrųjų stebėjo a daleles. Prireikė tolesnių studijų, tačiau jas nutraukė Pirmasis pasaulinis karas.

Marguerite Perey ėjo tuo pačiu keliu. Tačiau ji turėjo jautresnių instrumentų, naujų, patobulintų analizės metodų. todėl jai pasisekė.

Francis yra vienas iš dirbtinai susintetintų elementų. Tačiau elementas pirmą kartą buvo atrastas gamtoje. Tai yra francio-223 izotopas. Jo pusinės eliminacijos laikas yra tik 22 minutės. Pasidaro aišku, kodėl Žemėje tiek mažai Prancūzijos. Pirma, dėl savo trapumo jis nespėja susikaupti jokiais pastebimais kiekiais, antra, pats jo susidarymo procesas pasižymi maža tikimybe: tik 1,2% aktinio-227 branduolių suyra, išskirdami a- dalelės.

Šiuo atžvilgiu franciumą pelningiau ruošti dirbtinai. Jau gauta 20 francio izotopų, o ilgiausiai iš jų gyvavęs - francis-223. dirbdami su labai mažais francio druskų kiekiais, chemikams pavyko įrodyti, kad jo savybės itin panašios į cezio.

Tyrinėdami atominių branduolių savybes, fizikai priėjo prie išvados, kad elementai, kurių atominiai numeriai yra 43, 61, 85 ir 87, negali turėti stabilių izotopų. Jie gali būti tik radioaktyvūs, trumpo pusėjimo trukmės ir turėtų greitai išnykti. Todėl visus šiuos elementus žmogus sukūrė dirbtinai. Naujų elementų kūrimo kelius nurodė periodinis įstatymas. 43 elementas buvo pirmasis dirbtinai sukurtas.

43 elemento branduolyje turi būti 43 teigiami krūviai, o aplink branduolį turi suktis 43 elektronai. Tuščioje erdvėje elementui 43, kuri yra penktojo periodo viduryje, ketvirtajame periode yra mangano, o šeštame – renio. Todėl 43 elemento cheminės savybės turėtų būti panašios į mangano ir renio savybes. 43 langelio kairėje yra molibdenas #42, dešinėje - rutenis #44. Todėl, norint sukurti elementą 43, reikia dar vienu elementariu krūviu padidinti krūvių skaičių atomo, turinčio 42 krūvius, branduolyje. Todėl naujo elemento 43 sintezei molibdenas turi būti naudojamas kaip žaliava. Lengviausias elementas vandenilis turi vieną teigiamą krūvį. Taigi, galime tikėtis, kad elementas 43 gali būti gautas kaip branduolinės reakcijos tarp molibdeno ir protono rezultatas.

Ryžiai. 14. Elemento Nr.43 - technecio sintezės schema.

Elemento 43 savybės turėtų būti panašios į mangano ir renio, o norint aptikti ir įrodyti šio elemento susidarymą, reikia naudoti chemines reakcijas, panašias į tas, pagal kurias chemikai nustato mažų mangano ir renio kiekių buvimą.

Taip periodinė sistema leidžia nubrėžti dirbtinių elementų kūrimo kelią.

Lygiai taip pat 1937 metais buvo sukurtas pirmasis dirbtinis cheminis elementas. Jis gavo reikšmingą technecio pavadinimą – pirmąjį elementą, pagamintą techninėmis, dirbtinėmis priemonėmis. Taip buvo susintetintas technecis. Molibdeno plokštelę intensyviai bombardavo sunkaus vandenilio izotopo - deuterio branduoliai, kurie dideliu greičiu išsisklaidė ciklotrone.

Į molibdeno branduolius prasiskverbdavo sunkieji vandenilio branduoliai, kurie gaudavo labai didelę energiją. Po apšvitinimo ciklotronu molibdeno plastikas buvo ištirpintas rūgštyje. Nežymus kiekis naujos radioaktyvios medžiagos iš tirpalo buvo išskirtas naudojant tas pačias reakcijas, kurios būtinos analitiniam mangano nustatymui (analogiškai 43 elementui). Tai buvo naujas elementas – technecis. Jie tiksliai atitinka elemento padėtį periodinėje lentelėje.

Dabar technecis tapo gana prieinamas: branduoliniuose reaktoriuose jo susidaro gana dideli kiekiai. Technecis buvo gerai ištirtas ir jau naudojamas praktikoje.

Metodas, kuriuo buvo sukurtas elementas 61, labai panašus į metodą, kuriuo gaunamas technecis. 61 elementas buvo išskirtas tik 1945 m. iš suskaidymo elementų, susidariusių branduoliniame reaktoriuje dėl urano skilimo.

Ryžiai. 15. Elemento Nr.61 - prometio sintezės schema.

Elementas gavo simbolinį pavadinimą „prometis“. Šis vardas jam buvo suteiktas ne dėl paprastos priežasties. Tai simbolizuoja dramatišką mokslo kelią, vagiančio iš gamtos branduolio dalijimosi energiją ir įvaldant šią energiją (pagal legendą, titanas Prometėjas pavogė ugnį iš dangaus ir atidavė ją žmonėms; už tai buvo prirakintas prie uolos ir didžiulio erelio. kankino jį kiekvieną dieną), bet taip pat perspėja žmones nuo baisaus karinio pavojaus.

Prometis dabar gaminamas dideliais kiekiais: jis naudojamas atominėse baterijose – nuolatinės srovės šaltiniuose, galinčiuose be pertrūkių veikti daugelį metų.

Panašiu būdu susintetintas ir sunkiausias halogenas ekaiodas, elementas 85. Jis pirmą kartą buvo gautas bombarduojant bismutą (Nr. 83) helio branduoliais (Nr. 2), pagreitintu ciklotronu iki didelių energijų. Naujasis elementas pavadintas astatine (nestabilus). Jis yra radioaktyvus ir greitai išnyksta. Taip pat pasirodė, kad jo cheminės savybės tiksliai atitinka periodinį dėsnį. Jis panašus į jodą.

Ryžiai. 16. Elemento Nr.85 - astatino sintezės schema.

Transurano elementai yra dirbtinai susintetinti cheminiai elementai, esantys periodinėje sistemoje po urano. Kiek dar jų bus susintetinta ateityje, kol niekas tiksliai atsakyti negali.

Uranas buvo paskutinis iš natūralių cheminių elementų serijos ilgus 70 metų.

Ir visą šį laiką mokslininkai, žinoma, nerimavo dėl klausimo: ar gamtoje yra sunkesnių už uraną elementų? Dmitrijus Ivanovičius manė, kad jei transurano elementų kada nors būtų galima rasti žemės žarnyne, jų skaičius turėtų būti ribotas. Po radioaktyvumo atradimo tokių elementų nebuvimas gamtoje buvo paaiškintas tuo, kad jų pusinės eliminacijos laikas yra trumpas ir jie visi suiro, virto lengvesniais elementais, labai seniai, ankstyviausiuose mūsų evoliucijos etapuose. planeta. Tačiau uranas, kuris pasirodė esąs radioaktyvus, turėjo tokį ilgą tarnavimo laiką, kad išliko iki mūsų laikų. Kodėl bent jau artimiausiems transuranams gamta negalėjo skirti tokio dosnaus laiko egzistavimui? Buvo daug pranešimų apie tariamai naujų elementų atradimą sistemoje – tarp vandenilio ir urano, tačiau beveik niekada moksliniuose žurnaluose nebuvo rašoma apie transuranų atradimą. Mokslininkai tik ginčijosi, kokia buvo periodinės urano sistemos lūžio priežastis.

Tik branduolių sintezė leido nustatyti įdomias aplinkybes, kurių anksčiau net nebuvo galima įtarti.

Pirmieji naujų cheminių elementų sintezės tyrimai buvo skirti dirbtinei transuranų gamybai. Apie pirmąjį dirbtinį transurano elementą buvo kalbama trejus metus iki technecio atsiradimo. Stimuliuojantis įvykis buvo neutrono atradimas. elementarioji dalelė, neturinti krūvio, turėjo didžiulę skvarbą galią, be kliūčių galėjo pasiekti atomo branduolį ir sukelti įvairių elementų transformacijas. Neutronai pradėjo šaudyti į taikinius iš įvairių medžiagų. Šios srities tyrimų pradininku tapo iškilus italų fizikas E. Fermi.

Neutronais apšvitintas uranas pasižymėjo nežinomu aktyvumu ir trumpu pusinės eliminacijos periodu. Uranas-238, sugėręs neutroną, virsta nežinomu elemento urano-239 izotopu, kuris yra b-radioaktyvus ir turėtų virsti elemento, kurio eilės numeris 93, izotopu. Panašią išvadą padarė ir E. Fermi bei jo kolegos.

Tiesą sakant, reikėjo daug pastangų įrodyti, kad nežinoma veikla tikrai atitinka pirmąjį transurano elementą. Atlikus chemines operacijas buvo padaryta išvada: naujasis elementas savo savybėmis panašus į manganą, tai yra, priklauso VII b pogrupiui. Šis argumentas pasirodė įspūdingas: tuo metu (30-aisiais) beveik visi chemikai tikėjo, kad jei transurano elementai egzistuoja, tai bent pirmasis iš jų bus panašus. d-elementai iš ankstesnių laikotarpių. Tai buvo klaida, kuri neabejotinai paveikė sunkesnių už uraną elementų atradimo istoriją.

Žodžiu, 1934 metais E. Fermi užtikrintai paskelbė apie ne tik 93 elemento, kuriam suteikė pavadinimą „ausonium“, bet ir jo dešiniojo kaimyno periodinėje lentelėje – „hesperio“ (Nr. 94) sintezę. Pastarasis buvo ausonio b-skilimo produktas:

Buvo mokslininkų, kurie šią grandinę „tempė“ dar toliau. Tarp jų: ​​vokiečių tyrinėtojai O. Hahnas, L. Meitneris ir F. Strassmannas. 1937 metais jie jau kalbėjo, tarsi apie kažką tikro, apie elementą Nr.

Tačiau nė vienas iš naujų elementų nebuvo gautas pastebimais kiekiais, nebuvo izoliuotas laisva forma. Jų sintezė buvo vertinama pagal įvairius netiesioginius požymius.

Galiausiai paaiškėjo, kad visos šios trumpalaikės medžiagos, paimtos kaip transurano elementai, iš tikrųjų yra elementai, priklausantys ... periodinės sistemos viduriui, tai yra, seniai žinomų cheminių elementų dirbtiniai radioaktyvieji izotopai. Tai paaiškėjo, kai O. Hahnas ir F. Strassmannas 1938 m. gruodžio 22 d. padarė vieną didžiausių XX amžiaus atradimų. - urano dalijimosi atradimas veikiant lėtiems neutronams. Mokslininkai neginčijamai nustatė, kad neutronais apšvitintame urane yra bario ir lantano izotopų. Jie galėjo susidaryti tik darant prielaidą, kad neutronai tarsi suskaido urano branduolius į kelis mažesnius fragmentus.

Padalijimo mechanizmą paaiškino L. Meitner ir O. Frisch. Jau egzistavo vadinamasis branduolio lašo modelis: atomo branduolys buvo lyginamas su skysčio lašu. Jei lašui suteikiama pakankamai energijos, jei jis sužadinamas, tada jį galima suskirstyti į mažesnius lašus. Lygiai taip pat branduolys, neutrono atvestas į sužadintą būseną, gali suirti, suskilti į smulkesnes dalis – lengvesnių elementų atomų branduolius.

1940 metais sovietų mokslininkai G. N. Flerovas ir K. A. Petržakas įrodė, kad urano skilimas gali įvykti savaime. Taip buvo atrastas naujas gamtoje vykstančių radioaktyvių virsmų tipas – savaiminis urano dalijimasis. Tai buvo nepaprastai svarbus atradimas.

Tačiau klaidinga XX amžiaus trečiojo dešimtmečio transuranų tyrimus paskelbti klaidingais.

Uranas turi du pagrindinius natūralius izotopus: uraną-238 (žymiai vyraujantį) ir uraną-235. Antrasis daugiausiai dalijasi veikiant lėtiesiems neutronams, o pirmasis, sugerdamas neutroną, virsta tik sunkesniu izotopu – uranu-239, ir ši absorbcija yra kuo intensyvesnė, tuo greičiau bombarduojami neutronai. Todėl pirmuosiuose bandymuose sintetinti transuranus neutronų lėtėjimo efektas lėmė tai, kad „gliaudant“ taikinį iš natūralaus urano turinčio ir , vyravo dalijimosi procesas.

Tačiau uranas-238, sugėręs neutroną, turėjo sukelti transurano elementų susidarymo grandinę. Reikėjo rasti patikimą būdą, kaip sugauti 93 elemento atomus sudėtingiausioje dalijimosi fragmentų mišinyje. Palyginti mažesnės masės, šie fragmentai bombarduojant uraną turėjo skristi dideliais atstumais (turėti ilgesnį kelią) nei labai masyvūs 93 elemento atomai.

Šie samprotavimai buvo pagrįsti amerikiečių fiziku E. Macmillanu, dirbusiu Kalifornijos universitete, kaip savo eksperimentų pagrindu. 1939 m. pavasarį jis pradėjo atidžiai tyrinėti urano dalijimosi fragmentų pasiskirstymą per bėgių ilgį. Jam pavyko atskirti nedidelę dalį nereikšmingo kelio ilgio fragmentų. Būtent šioje dalyje jis aptiko radioaktyviosios medžiagos, kurios pusinės eliminacijos laikas yra 2,3 dienos ir didelio spinduliavimo intensyvumo, pėdsakų. Tokio aktyvumo kitose fragmentų frakcijose nepastebėta. Macmillan sugebėjo parodyti, kad ši medžiaga X yra urano-239 izotopo skilimo produktas:

Prie darbo prisijungė chemikas F. Ablesonas. Paaiškėjo, kad radioaktyvioji medžiaga, kurios pusinės eliminacijos laikas yra 2,3 dienos, gali būti chemiškai atskirta nuo urano ir torio ir neturi nieko bendra su reniu. Taip žlugo prielaida, kad 93 elementas turi būti ekskarnacija.

Apie sėkmingą neptūno (naujasis elementas pavadintas Saulės sistemos planetos vardu) sintezę paskelbė Amerikos žurnalas Physical Review 1940 metų pradžioje. Taip prasidėjo transurano elementų sintezės era, kuri pasirodė labai svarbiai tolesnei Mendelejevo periodiškumo teorijos raidai.

Ryžiai. 17. Elemento Nr.93 - neptūno sintezės schema.

Netgi ilgiausiai gyvuojančių transurano elementų izotopų periodai, kaip taisyklė, yra gerokai prastesni už Žemės amžių, todėl jų egzistavimas gamtoje dabar praktiškai atmestas. Taigi natūralios cheminių elementų serijos ant urano, elemento 92, nutrūkimo priežastis yra aiški.

Po neptūno sekė plutonis. Jis buvo susintetintas branduolinės reakcijos būdu:

1940-1941 žiema amerikiečių mokslininko G. Seaborgo ir bendradarbių (vėliau G. Seaborgo laboratorijoje buvo susintetinti dar keli nauji transurano elementai). Tačiau paaiškėjo, kad svarbiausias plutonio izotopas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 24 360 metų. Be to, plutonis-239, veikiamas lėtų neutronų, dalijasi daug intensyviau nei

Ryžiai. 18. Elemento Nr.94 - plutonio - sintezės schema.

40-aisiais. susintetinti dar trys už uraną sunkesni elementai: americis (Amerikos garbei), kuršis (M. ir P. Curie garbei) ir berkelis (Berklio garbei Kalifornijoje). Branduolinių reaktorių taikinys buvo plutonis-239, bombarduojamas neutronų ir a-dalelių, ir americis (jo švitinimas paskatino berkelio sintezę):

.

50-ieji prasidėjo kalifornio (Nr. 98) sintezė. Jis buvo gautas, kai buvo sukauptas reikšmingas ilgaamžis izotopas curium-242 ir iš jo pagamintas taikinys. Branduolinė reakcija: paskatino naujojo elemento 98 sintezę.

Norint pereiti prie 99 ir 100 elementų, reikėjo pasirūpinti, kad būtų sukauptas berkelio ir kalifornio svorio kiekis. Iš jų pagamintų taikinių bombardavimas a-dalelėmis suteikė pagrindą sintetinti naujus elementus. Tačiau susintetintų elementų 97 ir 98 izotopų pusinės eliminacijos laikas (valandos ir minutės) buvo per trumpas, ir tai pasirodė esąs kliūtis jiems kauptis reikiamais kiekiais. Taip pat buvo pasiūlytas ir kitas būdas: ilgalaikis plutonio švitinimas intensyviu neutronų srautu. Tačiau rezultatų tektų laukti daug metų (norint gauti vieną iš berkelio izotopų grynu pavidalu, plutonio taikinys buvo švitinamas net 6 metus!). Buvo tik vienas būdas žymiai sutrumpinti sintezės laiką: smarkiai padidinti neutronų pluošto galią. Laboratorijose tai nebuvo įmanoma.

Į pagalbą atėjo termobranduolinis sprogimas. 1952 metų lapkričio 1 dieną amerikiečiai Ramiajame vandenyne esančiame Enivetok atole susprogdino termobranduolinį įrenginį. Sprogimo vietoje buvo surinkta keli šimtai kilogramų grunto, ištirti mėginiai. Dėl to pavyko aptikti 99 ir 100 elementų izotopus, atitinkamai pavadintus einšteinu (A. Einšteino garbei) ir fermiu (E. Fermio garbei).

Sprogimo metu susidaręs neutronų srautas pasirodė labai galingas, todėl urano-238 branduoliai per labai trumpą laiką sugebėjo sugerti daug neutronų. Šie supersunkieji urano izotopai dėl nuoseklaus skilimo grandinių virto einšteino ir fermio izotopais (19 pav.).

Ryžiai. 19. Elementų Nr.99 - einšteino ir Nr.100 - fermio sintezės schema.

Mendelejevas pavadino cheminį elementą Nr. 101, kurį 1955 m. susintetino amerikiečių fizikai, vadovaujami G. Seaborgo. Sintezės autoriai naująjį elementą pavadino „pripažindami didžiojo rusų chemiko, kuris pirmasis panaudojo periodinę sistemą, nuopelnus. numatyti neatrastų cheminių elementų savybes“. Mokslininkams pavyko sukaupti pakankamai einšteino, kad iš jo paruoštų taikinį (einšteino kiekis buvo matuojamas milijardu atomų); apšvitinus jį a-dalelėmis, buvo galima apskaičiuoti 101 elemento branduolių sintezę (20 pav.):

Ryžiai. 20. Elemento Nr.101 - mendeleevio sintezės schema.

Gauto izotopo pusinės eliminacijos laikas pasirodė daug ilgesnis, nei manė teoretikai. Ir nors sintezės metu buvo gauti keli mendeleevio atomai, paaiškėjo, kad jų chemines savybes galima ištirti tais pačiais metodais, kurie buvo naudojami ankstesniems transuranams.

Vertą periodinio įstatymo įvertinimą pateikė Williamas Razmay'us, teigdamas, kad periodinis įstatymas yra tikras kompasas tyrinėtojams.

Po jo mirties praėjo nemažai metų ir Mendelejevo sistema tapo svarbiausia mūsų žinių apie pasaulį, kuriame gyvename, apie materijos raidą visatoje grandimi, nuo Mendelejevo savo moksliniuose atradimuose, o ypač atradęs periodinį dėsnį, faktiškai taikė dialektinį gamtos reiškinių pažinimo metodą, dėl kurio jį labai vertino Friedrichas Engelsas, kuris, vertindamas periodinį dėsnį, pažymėjo, kad mokslininkas net nesąmoningai taikė Hėgelio dėsnį. kiekybės perėjimas į kokybę, jis vis dėlto atliko mokslinį žygdarbį.

Neįmanoma studijuoti chemijos, išskyrus remiantis šiuo visur galiojančiu įstatymu. Kaip juokingai atrodytų chemijos vadovėlis be periodinės lentelės! Turite suprasti, kaip skirtingi elementai yra susiję ir kodėl jie taip susiję. Tik tada periodinė sistema taps turtingiausia informacijos apie elementų ir jų junginių savybes saugykla, tokia saugykla, su kuria mažai ką galima palyginti.

Patyręs chemikas, vien pažvelgęs į bet kurio sistemos elemento vietą, gali daug pasakyti apie jį: duotas elementas yra metalas ar nemetalas; nesudaro junginių su vandenilio hidridais, ar nesudaro; kokie oksidai būdingi šiam elementui; kokius valentingumus jis gali parodyti patekdamas į cheminius junginius; kurie šio elemento junginiai bus stabilūs, o kurie, priešingai, bus trapūs; iš kokių junginių ir kokiu būdu patogiausia ir pelningiausia gauti šį elementą laisva forma. Ir jei chemikas sugeba išgauti visą šią informaciją iš periodinės sistemos, tai reiškia, kad jis ją gerai įsisavino.

Periodinė sistema yra pagrindas gauti naujas medžiagas ir medžiagas, turinčias naujas, neįprastas, iš anksto nustatytas savybes, tokias, kurios gamtai nežinomos. Dabar jų kuriama labai daug. Jis taip pat tapo kreipiamuoju puslaidininkinių medžiagų sintezės siūlu. Daugelio pavyzdžių mokslininkai nustatė, kad elementų junginiai, užimantys tam tikras vietas periodinėje lentelėje (daugiausia jos III-V grupėse), turi arba turėtų turėti geriausias puslaidininkines savybes.

Neįmanoma nustatyti užduoties gauti naujų lydinių, ignoruojant periodinę sistemą. Juk lydinių struktūrą ir savybes lemia metalų padėtis lentelėje. Šiuo metu žinoma tūkstančiai įvairių lydinių.

Galbūt bet kurioje šiuolaikinės chemijos šakoje galima pastebėti periodinio dėsnio atspindį. Tačiau prieš jo didybę galvą lenkia ne tik chemikai. Sudėtingame ir žaviame naujų elementų sintezės versle neįmanoma išsiversti be periodinio įstatymo. Žvaigždėse vyksta milžiniškas natūralus cheminių elementų sintezės procesas. Mokslininkai šį procesą vadina nukleosinteze.

Kol kas mokslininkai neįsivaizduoja, kokiais būdais, įvykusių vienas po kito einančių branduolinių reakcijų, susidarė mums žinomi cheminiai elementai. Yra daug nukleosintezės hipotezių, tačiau dar nėra visos teorijos. Tačiau galime drąsiai teigti, kad net pačios nedrąsiausios prielaidos apie elementų atsiradimo būdus būtų neįmanomos neatsižvelgus į nuoseklų elementų išdėstymą periodinėje sistemoje. Branduolio periodiškumo dėsningumai, atomų branduolių struktūra ir savybės yra įvairių nukleosintezės reakcijų pagrindas.

Reikėtų ilgai išvardinti tas žmogaus žinių ir praktikos sritis, kuriose Didysis Įstatymas ir elementų sistema vaidina svarbų vaidmenį. Ir, tiesą sakant, mes net neįsivaizduojame visos Mendelejevo periodiškumo teorijos masto. Daug kartų ji vis tiek sužibės prieš mokslininkus su netikėtais aspektais.

Mendelejevas neabejotinai yra vienas didžiausių chemikų pasaulyje. Nors nuo jo įstatymo praėjo daugiau nei šimtas metų, niekas nežino, kada bus iki galo suprastas visas garsiosios periodinės lentelės turinys.

Ryžiai. 21. Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo nuotrauka.

Ryžiai. 22. Rusijos chemijos draugija, kuriai pirmininkauja

1. Petrjanovas I. V., Trifonovas D. N. „Didysis įstatymas“

Maskva, Pedagogika, 1984 m

2. Kedrovas B. M. „D. I. Mendelejevo prognozės atomistikoje“

Maskva, Atomizdatas, 1977 m

3. Agafošinas N. P. „Periodinė teisė ir periodinė D. I. Mendelejevo elementų sistema“ Maskva, „Švietimas“, 1973 m.

4. „D. I. Mendelejevas amžininkų atsiminimuose „Maskva“, „Atomizdat“, 1973 m.

5. Volkovas V. A. Biografinis žinynas „Nuostabūs pasaulio chemikai“, Maskva, „Aukštoji mokykla“, 1991 m.

6. Bogolyubova L. N. „Didžiųjų chemikų biografijos“ Maskva, „Švietimas“, 1997 m.

7. Ivanova L. F., Egorova E. N. darbalaukio enciklopedija „Viskas apie viską“ Maskva, „Mnemozina“, 2001 m.

8. Summ L. B. vaikų enciklopedija „Pažįstu pasaulį. Chemija“ Maskva, „Olimp“, 1998 m