Значение Периодического закона и Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева

ПЛАН:  
 
 
 

I Вступление 1  
 

II История открытия  Периодического закона 1  
 

Накопление фактологического материала 1  
 

Классификация Берцелиуса 2  
 

Триады Деберейнера 3  
 

Спираль Шанкуртуа 3  
 

Октавы Ньюлендса 4  
 

Классификация Мейера 4  
 

Съезд химиков  в Карлсруэ 4  
 

III Периодический  закон и Периодическая система  5  
 

химических элементов  
 

Открытие Д.И. Менделеевым  Периодического закона 5  
 

Структура Периодической  системы 7  
 

А) периоды химических элементов  
 

Б) группы химических элементов  
 

IV Периодический  закон и строение атома 10  
 

Основные сведения о строении атома 12  
 

Изменения в составе  ядер атомов химических элементов.  
 

Изотопы  
 

Строение электронных  оболочек атомов 13  
 

V Значение Периодического  закона и Периодической системы  17  
 

химических элементов  Д.И. Менделеева.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I Вступление  
 
 
 

Периодический закон  и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - основа современной химии. Они относятся  к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально  существующие в природе, и поэтому  никогда не потеряют своего значения.  
 

Их открытие было подготовлено всем ходом истории  развития химии, однако потребовалась  гениальность Д. И. Менделеева, его дар  научного предвидения, чтобы эти  закономерности были сформулированы и  графически представлены в виде таблицы.  
 
 
 

II История открытия  Периодического закона  
 
 
 

Накопление фактологического материала.  
 

Основные периоды  открытия химических элементов с  древнейших времен до 1869 г. - года установления Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907) Периодического закона:"1. Древнейший период (от V тысячелетия до н.э. и  до 1200 г. н.э.). К этому длительному  периоду относится знакомство человека с 7 металлами древности - золотом, серебром, медью, свинцом, оловом, железом и  ртутью. Кроме этих элементарных веществ  в древности были известны сера и  углерод, встречающиеся в природе  в свободном состоянии.2. Алхимический период. В этот период (от 1200 до 1600 г.) было установлено существование  нескольких элементов, выделенных либо в процессе алхимических поисков  путей трансмутации металлов, либо в процессах производства металлов и переработки различных руд  ремесленниками-металлургами. Сюда относятся  мышьяк, сурьма, висмут, цинк, фосфор.3. Период возникновения и развития технической химии (конец XVII в.-1751 г.). В это время в результате практического  изучения особенностей различных металлических  руд и преодоления трудностей, возникавщих при выделении металлов, а также открытий в процессе минералогических экспедиций было установлено существование  платины, кобальта, никеля.4. Первый этап химико-аналитического периода в  развитии химии (1760-1805 гг.). В этот период с помощью качественного и  весового количественного анализов был открыт ряд элементов, причем часть из них лишь в виде "земель": магний, кальций (установление различия извести и магнезии), марганец, барий (барит), молибден, вольфрам, теллур, уран (окисел), цирконий (земля), стронций (земля), титан (окисел), хром, бериллий (окисел), иттрий (земля), тантал (земля), церий (земля), фтор (плавиковая кислота), палладий, родий, осмий и иридий.5. Этап пневматической химии. В это время (1760-1780 гг.) были открыты газообразные элементы - водород, азот, кислород и хлор (последний считался сложным веществом - окисленной соляной кислотой до 1809 г.).6. Этап получения элементов в свободном состоянии путем электролиза (Г.Дэви, 1807-1808 гг.) и химическим путем: калий, натрий, кальций, стронций, барий и магний. Все они, впрочем, и ранее были известны в виде "огнепостоянных" (едких) щелочей и щелочных земель, или мягких щелочей.7. Второй этап химико-аналитического периода в развитии химии (1805-1850 гг.). В это время в результате усовершенствования методов количественного анализа и разработки систематического хода качественного анализа были открыты бор, литий, кадмий, селен, кремний, бром, алюминий, иод, торий, ванадий, лантан (земля), эрбий (земля), тербий (земля), рутений, ниобий.8. Период открытия элементов с помощью спектрального анализа, непосредственно вслед за разработкой и введением этого метода в практику (1860-1863 гг.): цезий, рубидий, таллий и индий."Как известно, первая в истории химии "Таблица простых тел" была составлена А.Лавуазье в 1787 г. Все простые вещества были разделены на четыре группы:"I. Простые вещества, представленные во всех трех царствах природы, которые можно рассматривать как элементы тел: 1) свет, 2) теплород, 3) кислород, 4) азот, 5) водород.II. Простые неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) фосфор, 3) уголь, 4) радикал муриевой кислоты, 5) радикал плавиковой кислоты, 6) радикал борной кислоты.III. Простые металлические вещества, окисляемые и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) серебро, 3) мышьяк, 4) висмут, 5) кобальт, 6) медь, 7) олово, 8) железо, 9) марганец, 10) ртуть, 11) молибден, 12) никель, 13) золото, 14) платина, 15) свинец, 16) вольфрам, 17) цинк.IV. Простые вещества, солеобразующие и землистые: 1) известь (известковая земля), 2) магнезия (основание сульфата магния), 3) барит (тяжелая земля), 4) глинозем (глина, квасцовая земля), 5) кремнезем (кремнистая земля)". Эта таблица легла в основу химической номенклатуры, разработанной Лавуазье.Д.Дальтон ввел в науку важнейшую количественную характеристику атомов химических элементов - относительный вес атомов или атомный вес.При отыскании закономерностей в свойствах атомов химических элементов ученые прежде всего обратили внимание на характер изменения атомных весов. В 1815-1816 гг. английский химик У.Праут (1785-1850) опубликовал в "Анналах философии" две анонимные статьи, в которых была высказана и обоснована идея, что атомные веса всех химических элементов являются целочисленными (т.е. кратными атомному весу водорода, который принимался тогда равным единице): "Если взгляды, которые мы решились высказать, правильны, то мы почти можем считать, что первоматерия древних воплощена в водороде...". Гипотеза Праута была очень заманчивой и вызвала постановку многих экспериментальных исследований с целью возможно более точного определения атомных весов химических элементов. Классификация Берцелиуса.  
 

Выдающийся шведский химик Берцелиус разделил все  элементы на металлы неметаллы на основе различий в свойствах, образованных ими простых веществ и соединений. Он определил, что металлам соответствуют  основные оксиды и основания, а неметаллам - кислотные оксиды и кислоты.  
 

Но групп было всего две, они были велики включали значительно отличающиеся друг от друга  элементы. Наличие амфотерных оксидов  и гидроксидов у некоторых  металлов вносило путаницу. Классификация  была неудачной.  
 
 
 

Триады Деберейнера (1816г).  
 

Немецкий химик  И. В. Деберейнер разделил элементы по три на основе сходства в свойствах  образуемых м веществ и так, чтобы  величина которую мы сейчас понимаем как относительную атомную массу  среднего элемента, была равна среднему арифметическому двух крайних. Примеры  триад:  
 
 
 
 
 

Li  
 

Ca  
 

Cl  
 

S  
 

Mn  
 

Na  
 

Sr  
 

Br  
 

Se  
 

Sr  
 

K  
 

Ba  
 

I  
 

Te  
 

Fe  
 
 
 

Работа И. Деберейнера  послужила подтверждением мысли  о наличии определённой связи  между атомными массами и свойствами элементов. Но ему удалось составить  лишь четыре триады, классифицировать все известные в то время элементы он не сумел.  
 
 
 

Спираль Шанкуртуа (1862г).  
 

Профессор парижской  высшей школы Шанкуртуа предложил  располагать элементы по спирали  или образующей цилиндра в порядке  возрастания их атомных масс и  указал, что в этом случае можно  заметить сходство свойств образуемых элементами веществ, если они попадают на одну и ту же вертикальную линию  цилиндра, располагаясь один под другим, например:  
 
 
 

F  
 

Li  
 

Cl  
 

Na  
 

Br  
 

K  
 

I  
 

Rb  
 
 
 

Так впервые родилась мысль о периодичности свойств  элементов, но на неё не обратили внимания, и вскоре она оказалась забытой.  
 
 
 

Октавы Ньюлендса (1865г).  
 

Американский химик  Ньюлендс пытался расположить известные  ему элементы в порядке возрастания  их атомных масс и обнаружил поразительное  сходство между каждым восьмым по счёту элементом, начиная с любого, подобно строению музыкальной октавы, состоящей из восьми звуков.  
 

Он назвал своё открытие законом октав.  
 
 
 

H  
 

Li  
 

Be  
 

B  
 

C  
 

N  
 

O  
 

F  
 

Na  
 

Mg  
 

Al  
 

Si  
 

P  
 

S  
 

Cl  
 

K  
 

Ca  
 

Cr  
 

Ti  
 

Mn  
 

Fe  
 

Co  
 

Cu  
 

Zn  
 

Y  
 

In  
 

As  
 

Se  
 
 
 

Однако ему не удалось удовлетворительно объяснить  найденную закономерность, более  того, в его таблице не нашлось  места неоткрытым ещё элементам, а в некоторые вертикальные столбцы  попали элементы резко отличающиеся по своим свойствам. Лондонское химическое общество встретило его закон  октав равнодушно и предложило Ньюлендсу  попробовать расположить элементы по алфавиту и выявить какую - нибудь закономерность. Классификация Мейера (1864г).  
 

Немецкий исследователь  Л. Мейер расположил химические элементы также в порядке увеличения их атомных масс:  
 
 
 

-  
 

-  
 

-  
 

-  
 

Li  
 

Be  
 

C  
 

N  
 

O  
 

F  
 

Na  
 

Mg  
 

Si  
 

P  
 

S  
 

Cl  
 

K  
 

Ca  
 

-  
 

As  
 

Se  
 

Br  
 

Rb  
 

Sr  
 

Sn  
 

Sb  
 

Te  
 

I  
 

Cs  
 

-  
 

Pb  
 

Bi  
 

-  
 

-  
 

-  
 

Ba  
 
 
 

Но в эту таблицу  Мейер поместил всего 27 элементов, то есть меньше половины известных в  то время. Расположение остальных элементов: B, Al, Cu, Ag и др. - осталось неясным, а  структура таблицы была неопределённой.  
 

До Д. И. Менделеева было предпринято около 50 попыток  классифицировать химические элементы. Большинство учёных пытались выявить  связь между химическими свойствами элементов и их соединений и атомной  массой.  
 

Но создать классификацию, включающую все известные в о  время химические элементы, не удалось. Ни одна из попыток не привела к  созданию системы, отражающей взаимосвязь  элементов и выявляющей природу  их сходства и различия.