Основные этапы развития химии

Применительно ко всей химии  это решение означало возможность  договориться об эмпирических формулах соединений и продолжить изучение строения молекул, уточняя расположение атомов сначала в плоскости, а затем в пространстве. Кроме того, решения конгресса, по сути дела, подготовили условия для создания периодической системы элементов.

Основоположником системного подхода в химии стал русский  химик Дмитрий Иванович Менделеев. Во время работы конгресса он находился  в Германии и работал над диссертацией. Он, естественно, был участником конгресса  и слышал выступление Канниццаро, в котором тот четко изложил свою точку зрения на проблему атомного веса. Вернувшись в Россию, Менделеев приступил к изучению элементов и обратил особое внимание на периодичность изменения валентности у элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов.

Менделеев считал, что любое  точное знание составляет систему, в  основе которой должен быть единый систематизирующий фактор. В качестве такого фактора он выбрал атомный  вес, полагая, что последний является главной характеристикой всех химических элементов.

Основываясь на увеличении и уменьшении валентности элементов  в соответствии с их атомным весом, Менделеев разделил элементы на периоды (отсюда название «периодическая система  элементов»). Первый период включает только один водород, затем следуют два  периода по семь элементов в каждом, а затем периоды, содержащие более  семи элементов. Такая периодическая  система элементов была яснее  и нагляднее, чем график. Благодаря  форме таблицы мировое сообщество ученых отдало приоритет открытия периодической  системы именно Менделееву, а не другим ученым, которые к тому времени  также систематизировали элементы, но в других формах.

Во времена Менделеева было известно всего 62 химических элемента. Поэтому в таблице оказались пустые клетки (пробелы). Наличие этих пробелов он объяснил не несовершенством самой таблицы, а тем, что соответствующие элементы пока еще не открыты. Впоследствии эти элементы были открыты химиками и их свойства оказались именно такими, как предсказал Менделеев.

Хотя классификация Менделеева была выдающимся научным достижением, получила широкое распространение  и стала подлинно научной системой химических знаний, она не была идеальной  и совершенной. Первый недостаток таблицы  заключался в том, что водород  как одновалентный элемент был  помещен в начале I группы. Однако химики тогда еще не пришли к единому мнению относительно того, следует ли помещать водород в эту группу, так как водород не похож в химическом отношении на другие элементы этой группы. Этот и ряд других недостатков таблицы позволил нескольким ученым внести в нее усовершенствования, последнее из которых было сделано после открытия явления радиоактивности.

По мере совершенствования  периодическая система элементов  завоевывала у химиков всеобщий авторитет, так как объясняла  многие факты, а самое главное, указывала  на существование глубокой зависимости  между различными элементами, выводила свойства химических элементов из их порядкового номера в таблице Менделеева.

К середине XIX в. было известно более 60 химический элементов. Естественно, что предпринимались попытки их классифицировать. Еще в 1829г. Доберейнер предложил ввести триады, т.е. сгруппировать элементы по 3 с близкими свойствами, например Cl, Br, I. Однако, Доберейнер смог найти всего 4 триады. 
 
В 1849г. Гесс предложил свою классификацию, недостатком которой было то, что он классифицировал только неметаллы.  
В 1862г. Шанкуртуа предложил расположить элементы по спирали, нанесенной на цилиндр. При этом элементы со сходными свойствами располагались друг под другом, но эта попытка осталась не замеченной. 
В 60-х гг. XIXв. Ньюлекс предложил правило активации.  
 
В 1864г. Лотер Мейер предложил систему элементов, которая практически соответствовала периодической системе. Заслуга Менделеева в том, что в отличии от всех своих предшественников в основу своей классификации он положил открытый им периодический закон, а периодическая система является просто удобной графической интерпретацией. В отличие от своих предшественников Менделеев не только расположил элементы в определенном порядке, но и предсказал свойства тех элементов, который к моменту открытия периодического закона были еще неизвестны. Он оставил в своей таблице пустые клетки для неоткрытых еще в то время новых химических элементов. 
Эти элементы были названы: экаалюминий, экабор, экасилиций. Менделеев не только указал на существование этих элементов, но и предсказал их химические и физические свойства, например для экаборов он вычислил атомную массу = 44. Расчет был довольно простой – это среднее арифметическое масс соседних элементов, т.к. экабор был аналогом бора, то соединение – Э₂О₃. Прошло около 6 лет после того, как Менделеев опубликовал статьи, в которых обосновывал периодический закон и предсказывал свойства новых элементов. И французский ученый Лекок-Де-Буабодран сообщил об открытии элемента, который он назвал в честь своей страны – Галлий (старое название Франции).  
В 1879г. Нильсон открыл скандий, свойства и этого элемента также полностью совпали с предсказаниями Менделеева. 
В 1886г. Винклер открыл Германий. Еще до открытия периодической системы в 1868г. Локьер и Жанеен, исследуя спектр излучения солнца сообщили, что ими открыт новый химический элемент, который они назвали гелией – Не.  
В начале 90-х гг. XIXв. Ролей и Рамзай обнаружили, что азот, выделенный из воздуха, имеет большую массу, чем азот, полученный разложением химических соединений в лаб опытах. Оказалось, что в воздухе содержится примесь неизвестного газа, который не вступает в химическое взаимодействие. Назвали его аргон (ленивый). 
Вскоре выяснилось, что при разложении урана или тория выделяется гелий, ранее открытый на солнце. А затем в течении нескольких лет были открыты: неон, криптон, ксенон, радон. Всем этим элементам не находили место в периодической системе. 
Вторым противоречием было наличие так называемых лантаноидов, которые было очень трудно расположить в пер. табл., поскольку, если после лантана поставить церий, он должен быть похож на гафний, т.е. его хим. св-ва должны совпадать с расположенным выше цирконием, однако, реально, это на наблюдается, еще меньше общего у неодима и празеодима, в тоже время лантаноиды очень близки друг к другу. 
Чешский химик Браунер даже предлагал поместить все лантаноиды в одну клетку пер. сист. вместе с лантаном. Однако это противоречило основному принципу Менделеева, согласно которому, каждому элементу соответствует своя клетка. Для того, чтобы упорядочить расположить вновь открытые химические элементы в периодической системе, было предложено добавить нулевую или 8-ю группы, куда и были помещены все эти элементы, несколько сложнее было решить вопрос с расположением в таблице лантаноидов. И только после того, как в химии были внедрены квантово-механические понятия о строении атома, удалось объяснить, почему лантаноиды являются элементами с близкими друг к другу свойствами. Это связано с тем, что у лантаноидов идет заполнение 4f подоболочки. В классическом варианте периодической системы лантаноиды вынесены в отдельную строку, а рядом с ними помещены актиноиды, т.е. элементы, у которых заполнено 5f подуровней. По структуре п. с. состоит из групп и периодов, к какой группе относится элемент, определяется для s и p элементов числом электронов на внешнем уровне. А для d-на внешнем и предвнешнем. Кроме того, в таблице существуют так называемые триады переходных элементов, которые по традиции помещают в 8 группу (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Pt). Практически все свойства химических элементов изменяются периодически. К примеру, энергия ионизации (энергия, необходимая для отрыва электрона от атома) меняется следующим образом: →H, He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne, Na→. 
Аналогичным образом изменяются многие другие свойства, например радиусы атомов в начале каждого периода имеют максимальное значение, а к концу минимальное. Однако, следует отметить, что существует так называемое явление вторичной периодичности. Оно было открыто Бироном в 1915г. Заключается это явление в том, что в больших периодах возможна не линейная зависимость радиуса атома от порядкового номера, так например индий имеет радиус отличный от радиуса кадмия, а галлий отличается от цинка. Теоретически радиус галлия должен быть меньше, чем радиус цинка, но на практике он несколько больше. Это связано с тем, что у галлия появляется электрон на d-оболочке.  
Другой пример немонотонного изменения свойств – это изменение энергии разрыва химической связи в молекуле галогена: E (кДж/моль) →F₂, (нет d-подуровня) | Cl₂, Br₂, I₂ (участвуют 2 электр. и между ними большое расстояние, легче разорвать).

Заключение

История химии свидетельствует, что до середины XIX в. ее развитие происходило беспорядочно и хаотически. Химики открывали все новые и новые химические элементы, описывали их свойства, способность вступать в различные реакции и благодаря этому постепенно накопили огромный эмпирический материал, который необходимо было привести в определенную систему. Логическим завершением всего многовекового процесса возникновения и развития химии стал первый международный химический конгресс, который состоялся в сентябре 1860 г. в немецком городе Карлсруэ. На конгрессе присутствовали самые знаменитые химики того времени. Проведение конгресса в Карлсруэ имело большое значение для развития химии. На нем были сформулированы и приняты основополагающие принципы, теории и законы химии, которые не вызывали никаких сомнений у участников. Тем самым химия заявила о себе де факто как о самостоятельной науке.Однако гораздо большее значение имели научные результаты и последствия конгресса. К 60-м годам прошлого столетия в химии еще сохранилась путаница с атомными и молекулярными весами, что не позволяло точно решить вопрос о системе элементов и отрицательно сказывалось на развитии самой химии. Разногласия по поводу относительных атомных весов, приписываемых атомам различных элементов привели к разногласиям в отношении числа атомов отдельных элементов, входящих в данную молекулу. Ученые неоднократно предпринимали попытки придать этим проблемам системный вид, но их предложения были весьма несовершенными, потому что в качестве системообразующих факторов брались чаще всего несущественные, второстепенные и даже чисто внешние признаки элементов.

Список литературы

1. Азимов.А Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии.-М.:Мир, 1983
2. Джуа М. История химии.- М.:Мир,1996.
3. Рабинович В.Л. Алхимия как феномен средневековой культуры. М.,1979. Ч.1.
4. Солоьев Ю.И. История химии. Развитие химии с древнейших времен до конца XIX века.-М.:Просвещение,1983
5. Солоьев Ю.И., Трифонов Д.Н., Шамин А.Н.  История химии. Развитие направлений современной химии.-М.:Просвещение,1984
6. Фигуровский Н.А. История химии.-М.:Просвещение,1979.