Posibilitatea predicției științifice a elementelor necunoscute a devenit realitate abia după descoperirea legii periodice și tabel periodic elemente. D.I Mendeleev a prezis existența a 11 elemente noi: ekaboron, ekasilicon, ekaaluminiu etc. „Coordonatele” elementului din sistemul periodic (număr de serie, grup și perioadă) au făcut posibilă prezicerea aproximativă a masei atomice, precum și a celor mai importante proprietăți ale elementului prezis. Precizia acestor predicții a crescut mai ales atunci când elementul prezis a fost înconjurat de elemente cunoscute și suficient studiate.
Datorită acestui fapt, în 1875 în Franța, L. de Boisbaudran a descoperit galiul (eka-aluminiu); în 1879 L. Nilsson (Suedia) a descoperit scandiul (ekabor); în 1886 în Germania, K. Winkler a descoperit germaniul (exasilicon).
În ceea ce privește elementele nedescoperite ale rândurilor al nouălea și al zecelea, afirmațiile lui D.I Mendeleev au fost mai precaute, deoarece proprietățile lor au fost studiate extrem de prost. Deci, după bismut, la care s-a încheiat a șasea perioadă, au rămas două liniuțe. Unul corespundea unui analog de telur, celălalt aparținea unui halogen greu necunoscut. În a șaptea perioadă, au fost cunoscute doar două elemente - toriu și uraniu. D.I Mendeleev a lăsat mai multe celule cu liniuțe, care ar fi trebuit să aparțină elementelor din primul, al doilea și al treilea grup premergător torii. O celulă goală a rămas între toriu și uraniu. Cinci locuri goale au rămas în urmă cu uraniu, adică. Timp de aproape 100 de ani, au fost prevăzute elemente transuraniu.
Pentru a confirma acuratețea predicțiilor lui D.I Mendeleev cu privire la elementele din rândurile al nouălea și al zecelea, putem da un exemplu cu poloniu (numărul de serie 84). Prevăzând proprietățile elementului cu numărul de serie 84, D. I. Mendeleev l-a desemnat ca un analog al telurului și l-a numit dwitellurium. Pentru acest element, el a presupus o masă atomică de 212 și capacitatea de a forma un oxid de tip EO e. Acest element ar trebui să aibă o densitate de 9,3 g/cm 3 și să fie un metal gri fuzibil, cristalin și slab volatil. Poloniul, care a fost obținut în formă pură abia în 1946, este un metal moale, fuzibil, de culoare argintie, cu o densitate de 9,3 g/cm 3 . Proprietățile sale sunt foarte asemănătoare cu telurul.
Legea periodică a lui D.I Mendeleev, fiind una dintre cele mai importante legi ale naturii, are o importanță excepțională. Reflectând relația naturală care există între elemente, etapele de dezvoltare a materiei de la simplu la complex, această lege a marcat începutul chimiei moderne. Odată cu descoperirea sa, chimia a încetat să mai fie o știință descriptivă.
Legea periodică și sistemul de elemente ale lui D.I Mendeleev sunt una dintre metodele de încredere de înțelegere a lumii. Deoarece elementele sunt unite prin proprietăți sau structură comune, aceasta indică modelele de interconectare și interdependență ale fenomenelor.
Toate elementele împreună constituie o linie de dezvoltare continuă de la cel mai simplu hidrogen până la al 118-lea element. Acest model a fost observat pentru prima dată de D.I Mendeleev, care a fost capabil să prezică existența unor noi elemente, arătând astfel continuitatea dezvoltării materiei.
Prin compararea proprietăților elementelor și compușilor acestora în cadrul grupurilor, se poate detecta cu ușurință manifestarea legii tranziției modificări cantitativeîn calitate. Astfel, în orice perioadă are loc o tranziție de la un metal tipic la un nemetal tipic (halogen), dar trecerea de la un halogen la primul element al perioadei următoare (un metal alcalin) este însoțită de apariția bruscă a proprietăților. opus acestui halogen. Descoperirea lui D.I Mendeleev a pus bazele exacte și de încredere pentru teoria structurii atomice, având un impact imens asupra dezvoltării tuturor cunoștințelor moderne despre natura materiei.
Lucrarea lui D. I. Mendeleev privind crearea tabelului periodic a pus bazele unei metode bazate științific de căutare țintită a noi elemente chimice. Exemplele includ numeroasele succese ale fizicii nucleare moderne. În ultima jumătate de secol, au fost sintetizate elemente cu numerele de serie 102-118. Studiul proprietăților lor, precum și producerea lor, ar fi imposibil fără cunoașterea tiparelor de relații dintre elementele chimice.
Dovada unei astfel de afirmații este rezultate cercetări privind sinteza elementelor 114, 116, 118.
Izotopul elementului 114 a fost obținut prin interacțiunea plutoniului cu izotopul 48 Ca, iar al 116-lea prin interacțiunea curiumului cu izotopul 48 Ca:
Stabilitatea izotopilor rezultați este atât de mare încât aceștia nu se fisiază în mod spontan, ci suferă dezintegrare alfa, de exemplu. fisiunea nucleului cu emisie simultană de particule alfa.
Datele experimentale obținute confirmă complet calculele teoretice: pe măsură ce au loc dezintegrari succesive alfa, se formează nuclee ale elementelor 112 și 110, după care începe fisiunea spontană:
Comparând proprietățile elementelor, suntem convinși că acestea sunt interconectate prin caracteristici structurale comune. Astfel, prin compararea structurii învelișurilor de electroni exterioare și pre-exterioare, este posibil să se prezică cu mare precizie toate tipurile de compuși caracteristici unui element dat. O astfel de relație clară este foarte bine ilustrată de exemplul celui de-al 104-lea element - rutherfordium. Chimiștii au prezis că, dacă acest element este un analog al hafniului (72 Hf), atunci tetraclorura sa ar trebui să aibă aproximativ aceleași proprietăți ca HfCl 4. Studiile chimice experimentale au confirmat nu numai predicția chimiștilor, ci și descoperirea unui nou element supergreu 1 (M Rf. Aceeași analogie poate fi observată în proprietățile - Os (Z = 76) și Ds (Z = 110) - ambele elementele formează oxizi volatili de tip R0 4 Toate acestea spun despre manifestare a legii interrelaţiei şi interdependenţei fenomenelor.
Compararea proprietăților elementelor atât în cadrul grupurilor, cât și al perioadelor și compararea lor cu structura atomului indică legea trecerea de la cantitate la calitate. Trecerea modificărilor cantitative în cele calitative este posibilă numai prinnegarea negării.În anumite perioade, pe măsură ce sarcina nucleară crește, are loc o tranziție de la un metal alcalin la un gaz nobil. Următoarea perioadă începe din nou cu un metal alcalin - un element care anulează complet proprietățile gazului nobil care îl precede (de exemplu, He și Li; Ne și Na; Ar și Kr etc.).
În fiecare perioadă, sarcina nucleului elementului următor crește cu unul față de cel precedent. Acest proces este observat de la hidrogen la al 118-lea element și indică continuitatea dezvoltării materiei.
În fine, combinarea sarcinilor opuse (proton și electron) într-un atom, manifestarea proprietăților metalice și nemetalice, existența oxizilor și hidroxizilor amfoteri este o manifestare a legii. unitatea și lupta contrariilor.
De remarcat, de asemenea, că descoperirea legii periodice a fost începutul cercetare de bază referitor la proprietățile materiei.
După cum a spus Niels Bohr, tabelul periodic este „o stea călăuzitoare pentru cercetarea în domeniile chimiei, fizicii, mineralogiei și tehnologiei”.
- Elementele 112, 114, 116, 118 au fost obținute la Institutul Comun de Cercetare Nucleară (Dubna, Rusia). Elementele 113 și 115 au fost obținute în comun de fizicienii ruși și americani. Materialul a fost oferit cu amabilitate de academicianul Academiei Ruse de Științe Yu.
Tabelul periodic al elementelor a avut o mare influență asupra dezvoltării ulterioare a chimiei. Nu numai că a fost prima clasificare naturală a elementelor chimice, arătând că acestea formează un sistem armonios și sunt în strânsă legătură între ele, dar a fost și un instrument puternic pentru cercetări ulterioare.
Pe vremea când Mendeleev și-a întocmit tabelul pe baza legii periodice pe care a descoperit-o, multe elemente erau încă necunoscute. Astfel, scandiul din perioada 4 a fost necunoscut. În ceea ce privește masa atomică, Ti a venit după Ca, dar Ti nu a putut fi plasat imediat după Ca, deoarece s-ar încadra în grupa 3, dar din cauza proprietăților Ti ar trebui să fie clasificată în grupa 4. Prin urmare, Mendeleev a ratat o celulă. Pe aceeași bază, în perioada 4, au rămas două celule libere între Zn și As. Mai sunt locuri goale pe alte rânduri. Mendeleev nu era doar convins că trebuie să existe încă elemente necunoscute care să umple aceste locuri, dar și să prezică în avans proprietățile unor astfel de elemente, pe baza poziției lor între alte elemente ale tabelului periodic. Aceste elemente au primit și numele de ekaboron (deoarece proprietățile sale trebuiau să semene cu borul), ekaaluminiu, ecasiliciu...
Descoperirea lui Ga, Sc, Ge a fost cel mai mare triumf al legii periodice. Mare valoare a avut un sistem periodic și în stabilirea valenței și a maselor atomice ale unor elemente. La fel, tabelul periodic a dat impuls corectării maselor atomice ale unor elemente. De exemplu, lui Cs i s-a atribuit anterior o masă atomică de 123,4. Mendeleev, aranjand elementele într-un tabel, a constatat că, conform proprietăților sale, Cs ar trebui să fie în subgrupul principal al primului grup sub Rb și, prin urmare, va avea o masă atomică de aproximativ 130. Definițiile moderne arată că masa atomică a lui Cs este 132,9054..
Și în prezent, legea periodică rămâne steaua călăuzitoare a chimiei. Pe baza ei au fost create în mod artificial elementele transuraniu. Unul dintre ele, elementul nr. 101, obținut pentru prima dată în 1955, a fost numit mendelevium în onoarea marelui om de știință rus.
Dezvoltarea ulterioară a științei a făcut posibilă, pe baza legii periodice, o înțelegere mult mai profundă a structurii materiei, decât acest lucru a fost posibil în timpul vieții lui Mendeleev.
Cuvintele profetice ale lui Mendeleev au fost confirmate cu brio: „Legea periodică nu este în pericol de distrugere, ci doar suprastructura și dezvoltarea sunt promise”.
Tabelul periodic al elementelor a avut o mare influență asupra dezvoltării ulterioare a chimiei.
Dmitri Ivanovici Mendeleev (1834-1907)
Nu numai că a fost prima clasificare naturală a elementelor chimice, arătând că acestea formează un sistem armonios și sunt în strânsă legătură între ele, dar a devenit și un instrument puternic pentru cercetări ulterioare.
Pe vremea când Mendeleev și-a întocmit tabelul pe baza legii periodice pe care a descoperit-o, multe elemente erau încă necunoscute. Astfel, elementul scandiu din perioada a patra a fost necunoscut. În ceea ce privește masa atomică, titanul a venit după calciu, dar titanul nu a putut fi plasat imediat după calciu, deoarece s-ar încadra în a treia grupă, în timp ce titanul formează un oxid mai mare și, în funcție de alte proprietăți, ar trebui să fie clasificat în a patra grupă. . Prin urmare, Mendeleev a sărit peste o celulă, adică a lăsat spațiu liber între calciu și titan. Pe aceeași bază, în perioada a patra au rămas două celule libere între zinc și arsen, acum ocupate de elementele galiu și germaniu. Mai sunt locuri goale pe alte rânduri. Mendeleev nu numai că era convins că trebuie să existe elemente încă necunoscute care să umple aceste spații, dar a prezis și proprietățile acestor elemente în avans, pe baza poziției lor între alte elemente ale tabelului periodic. El i-a dat numele ekabor unuia dintre ei, care în viitor urma să ocupe un loc între calciu și titan (deoarece proprietățile sale trebuiau să semene cu borul); celelalte două, pentru care au rămas spații în tabel între zinc și arsen, au fost denumite eka-aluminiu și eca-siliciu.
În următorii 15 ani, predicțiile lui Mendeleev au fost confirmate cu brio: toate cele trei elemente așteptate au fost descoperite. Mai întâi, chimistul francez Lecoq de Boisbaudran a descoperit galiul, care are toate proprietățile eka-aluminiului; apoi, în Suedia, L. F. Nilsson a descoperit scandiul, care avea proprietățile ekaboronului, iar în cele din urmă, câțiva ani mai târziu, în Germania, K. A. Winkler a descoperit un element pe care l-a numit germaniu, care s-a dovedit a fi identic cu ekasiliconul.
Pentru a judeca uimitoarea acuratețe a previziunii lui Mendeleev, să comparăm proprietățile eca-siliciului prezise de el în 1871 cu proprietățile germaniului descoperite în 1886:
Descoperirea galiului, scandiului și germaniului a fost cel mai mare triumf al legii periodice.
Sistemul periodic a avut, de asemenea, o mare importanță în stabilirea valenței și a maselor atomice ale unor elemente. Astfel, elementul beriliu a fost mult timp considerat un analog al aluminiului și oxidului său i s-a atribuit formula. Pe baza compoziției procentuale și a formulei așteptate a oxidului de beriliu, masa sa atomică a fost considerată a fi 13,5. Tabelul periodic a arătat că există un singur loc pentru beriliu în tabel, și anume deasupra magneziului, deci oxidul său trebuie să aibă formula, de unde masa atomica beriliul este egal cu zece. Această concluzie a fost în curând confirmată de determinările masei atomice a beriliului din densitatea de vapori a clorurii sale.
Exact Și în prezent, legea periodică rămâne firul călăuzitor și principiul călăuzitor al chimiei. Pe baza ei au fost create artificial în ultimele decenii elemente transuranice situate în tabelul periodic după uraniu. Unul dintre ele - elementul nr. 101, obținut pentru prima dată în 1955 - a fost numit mendelevium în onoarea marelui om de știință rus.
Descoperirea legii periodice și crearea unui sistem de elemente chimice a avut o mare importanță nu numai pentru chimie, ci și pentru filozofie, pentru întreaga noastră înțelegere a lumii. Mendeleev a arătat că elementele chimice formează un sistem armonios, care se bazează pe o lege fundamentală a naturii. Aceasta este o expresie a poziției dialecticii materialiste cu privire la interconectarea și interdependența fenomenelor naturale. Dezvăluind relația dintre proprietățile elementelor chimice și masa atomilor lor, legea periodică a fost o confirmare strălucitoare a uneia dintre legile universale ale dezvoltării naturii - legea trecerii cantității în calitate.
Dezvoltarea ulterioară a științei a făcut posibilă, pe baza legii periodice, înțelegerea structurii materiei mult mai profund decât a fost posibil în timpul vieții lui Mendeleev.
Teoria structurii atomice dezvoltată în secolul al XX-lea, la rândul său, a dat legii periodice și sistemului periodic de elemente o iluminare nouă, mai profundă. Cuvintele profetice ale lui Mendeleev au fost confirmate cu brio: „Legea periodică nu este amenințată cu distrugerea, ci doar suprastructura și dezvoltarea sunt promise”.
Legea periodică și sistemul periodic al elementelor chimice în lumina teoriei structurii atomice
1 martie 1869Formularea legii periodice de către D.I. Mendeleev.
Proprietățile substanțelor simple, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, depind periodic de greutățile atomice ale elementelor.
La sfârşitul secolului al XIX-lea, D.I. Mendeleev a scris că, aparent, atomul este format din alte particule mai mici, iar legea periodică confirmă acest lucru.
Formularea modernă a legii periodice.
Proprietățile elementelor chimice și ale compușilor acestora sunt periodic dependente de mărimea sarcinii nucleelor atomilor lor, exprimată în repetabilitate periodică a structurii învelișului electron de valență exterioară.
Legea periodică în lumina teoriei structurii atomice
Concept | fizic sens | caracteristicile conceptului |
Încărcare de bază | Egal cu numărul ordinal al elementului | Caracteristica principală a unui element determină proprietățile sale chimice, deoarece pe măsură ce sarcina nucleului crește, numărul de electroni din atom crește, inclusiv la nivel extern. În consecință, proprietățile se schimbă |
Periodicitate | Odată cu creșterea încărcăturii nucleare, se observă o repetabilitate periodică a structurii nivelului exterior, prin urmare, proprietățile se schimbă periodic. (Electronii externi sunt valență) |
Tabelul periodic în lumina teoriei structurii atomice
Concept | Fiz. sens | Caracteristicile conceptului |
Număr de serie | Egal cu numărul de protoni din nucleu. Egal cu numărul de electroni dintr-un atom. | |
Perioadă | Numărul perioadei este egal cu numărul de învelișuri de electroni | Rând orizontal de elemente. 1,2,3 – mic; 4,5,6 – mare; 7 – neterminat. Sunt doar două elemente în prima perioadă și nu pot fi mai multe. Aceasta este determinată de formula N = 2n 2 Fiecare perioadă începe cu un metal alcalin și se termină cu un gaz inert. Primele două elemente ale oricărei perioade s sunt elemente, ultimele șase p sunt elemente, între ele d - și f sunt elemente. În perioada de la stânga la dreapta: 1. 2. sarcina nucleară crește 3. cantitatea de energie niveluri – în mod constant 4. numărul de electroni la nivel extern crește 5. raza atomilor – scade 6. electronegativitatea – crește În consecință, electronii exteriori sunt ținuți mai strânși, iar proprietățile metalice sunt slăbite, iar cele nemetalice sunt îmbunătățite. În perioade mici, această tranziție are loc prin 8 elemente, în perioade mari - prin 18 sau 32. În perioade mici, valența crește de la 1 la 7 o dată, în perioade mari - de două ori. În punctul în care are loc saltul în schimbarea celei mai mari valențe, perioada este împărțită în două rânduri. De la o perioadă la alta se produce un salt brusc în modificarea proprietăților elementelor, pe măsură ce apare un nou nivel de energie. |
Grup | Numărul grupului este egal cu numărul de electroni din nivelul exterior (pentru elementele subgrupurilor principale) | Rând vertical de elemente. Fiecare grup este împărțit în două subgrupe: principal și secundar. Subgrupul principal este format din elemente s - ir -, elementele secundare - d - și f -. Subgrupurile combină elementele care sunt cel mai asemănătoare între ele. În grup, în subgrupul principal de sus în jos: 1. relatează masa atomică – crește 2. numărul de electroni pe ext. nivel – în mod constant 3. sarcina nucleară crește 4. numără – în energie. niveluri – crește 5. raza atomilor - crește 6. electronegativitatea scade. În consecință, electronii exteriori sunt menținuți mai slabi, iar proprietățile metalice ale elementelor sunt îmbunătățite, în timp ce proprietățile nemetalice sunt slăbite. Elementele unor subgrupuri au nume: Grupa 1a – metale alcaline 2a – metale alcalino-pământoase 6a – calcogeni 7a – halogeni 8a – gaze inerte (au un nivel exterior finalizat) |
Concluzii:
1. Cu cât sunt mai puțini electroni la nivelul exterior și cu cât raza atomului este mai mare, cu atât electronegativitatea este mai mică și cu atât este mai ușor să renunți la electronii exteriori, prin urmare, cu atât proprietățile metalice sunt mai pronunțate.
Cu cât sunt mai mulți electroni la nivelul exterior și cu cât raza atomului este mai mică, cu atât electronegativitatea este mai mare și cu atât este mai ușor să accepti electroni, prin urmare, cu atât proprietățile nemetalice sunt mai puternice.
2. Metalele se caracterizează prin cedarea de electroni, în timp ce nemetalele se caracterizează prin primirea de electroni.
Poziția specială a hidrogenului în tabelul periodic
Hidrogenul din tabelul periodic ocupă două celule (în una dintre ele este cuprins între paranteze) - în grupul 1 și în grupul 7.
Hidrogenul se află în primul grup deoarece, ca și elementele primului grup, are un electron la nivelul exterior.
Hidrogenul este în a șaptea grupă deoarece, ca și elementele din a șaptea grupă, înainte de finalizarea energiei
SENSUL LEGII PERIODICE
Sistem periodic D.I. Mendeleev a devenit o piatră de hotar majoră în dezvoltarea științei atomo-moleculare. Datorită ei a ieșit concept modern despre un element chimic s-au clarificat ideile despre substanțe și compuși simpli.
Această lege avea putere de predicție. A făcut posibilă efectuarea unei căutări direcționate pentru elemente noi, încă nedescoperite. Greutățile atomice ale multor elemente, determinate anterior insuficient de precis, au fost supuse verificării și clarificării tocmai pentru că valorile lor eronate intrau în conflict cu Legea periodică.
Rolul predictiv al sistemului periodic, arătat de Mendeleev, în secolul XX s-a manifestat în evaluarea proprietăților chimice ale elementelor transuraniului.
Noutatea fundamentală a Legii periodice, descoperită și formulată de D.I. Mendeleev, a fost după cum urmează:
1. S-a stabilit o legătură între elementele care erau diferite prin proprietățile lor. Această legătură constă în faptul că proprietățile elementelor se modifică ușor și aproximativ în mod egal pe măsură ce greutatea lor atomică crește, iar apoi aceste modificări SE REPETĂ PERIOD.
2. În acele cazuri în care părea că lipsește vreo legătură în succesiunea modificărilor proprietăților elementelor, în Tabelul Periodic erau prevăzute GAPS care trebuiau completate cu elemente care nu fuseseră încă descoperite. Mai mult, Legea periodică a făcut posibilă PREVIZIA proprietăților acestor elemente.
De la apariția Legii Periodice, chimia a încetat să mai fie o știință descriptivă. După cum a remarcat la figurat celebrul chimist rus N.D. Zelinsky, Legea periodică a fost „descoperirea conexiunii reciproce a tuturor atomilor din univers”.
Descoperiri ulterioare în chimie și fizică au confirmat în mod repetat sensul fundamental al Legii periodice. Au fost descoperite gaze inerte, care se încadrează perfect în Tabelul Periodic - acest lucru este arătat în mod deosebit de forma lungă a tabelului. Numărul de serie al unui element s-a dovedit a fi egal cu sarcina nucleului unui atom al acestui element. Multe elemente necunoscute anterior au fost descoperite datorită unei căutări direcționate pentru exact acele proprietăți care au fost prezise din Tabelul Periodic.
Sistemul periodic al lui Mendeleev a fost un fel de hartă călăuzitoare în studiul chimiei anorganice și munca de cercetareîn acest domeniu.
Apariția sistemului periodic a deschis o nouă eră, cu adevărat științifică, în istoria chimiei și a unui număr de științe conexe - în loc de informații împrăștiate despre elemente și compuși, a apărut un sistem coerent, pe baza căruia a devenit posibilă generalizarea, trage concluzii și prezice.
Există multe descoperiri majore în istoria dezvoltării științei. Dar puține dintre ele pot fi comparate cu ceea ce a făcut Mendeleev. Legea periodică a elementelor chimice a devenit baza științifică naturală pentru studiul materiei, structurii și evoluției sale în natură.
Oamenii de știință americani (G. Seaborg și alții), care au sintetizat elementul nr. 101 în 1955, i-au dat numele Mendelevium „... în semn de recunoaștere a priorității marelui chimist rus, care a fost primul care a folosit tabelul periodic al elementelor. . Pentru a prezice proprietățile chimice ale elementelor nedescoperite atunci.” Acest principiu a fost cheia descoperirii aproape tuturor elementelor transuraniului.
În 1964, numele lui Mendeleev a fost inclus pe Science Honor Board de la Universitatea din Bridgeport (SUA) printre numele celor mai mari oameni de știință din lume.