История открытия периодической системы

История открытие периодического закона.

      Зимой 1867-68 года Менделеев начал  писать учебник "Основы химии"  и сразу столкнулся с трудностями  систематизации фактического материала.  К середине февраля 1869 года, обдумывая  структуру учебника, он постепенно пришел к выводу, что свойства простых веществ (а это есть форма существования химических элементов в свободном состоянии) и атомные массы элементов связывает некая закономерность. 

      Менделеев многого не знал  о попытках его предшественников  расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс и о возникающих при этом казусах. Например, он не имел почти никакой информации о работах Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера.

       Решающий этап его раздумий  наступил 1 марта 1869 года (14 февраля  по старому стилю). Днем раньше Менделеев написал прошение об отпуске на десять дней для обследования артельных сыроварен в Тверской губернии: он получил письмо с рекомендациями по изучению производства сыра от А. И. Ходнева - одного из руководителей Вольного экономического общества. 

      За завтраком Менделееву пришла  неожиданная мысль: сопоставить  близкие атомные массы различных  химических элементов и их  химические свойства. 

     Недолго думая, на обратной  стороне письма Ходнева он  записал символы хлора Cl и калия K с довольно близкими атомными массами, равными соответственно 35,5 и 39 (разница всего в 3,5 единицы). На том же письме Менделеев набросал символы других элементов, отыскивая среди них подобные "парадоксальные" пары: фтор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, йод I и цезий Cs, для которых различие масс возрастает с 4,0 до 5,0, а потом и до 6,0. Менделеев тогда не мог знать, что "неопределенная зона" между явными неметаллами и металлами содержит элементы - благородные газы, открытие которых в дальнейшем существенно видоизменит Периодическую систему.

     После завтрака Менделеев закрылся  в своем кабинете. Он достал  из конторки пачку визитных  карточек и стал на их обратной  стороне писать символы элементов  и их главные химические свойства. 

    Через некоторое время домочадцы услышали, как из кабинета стало доноситься: "У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!" Эти возгласы означали, что у Дмитрия Ивановича наступило творческое вдохновение Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного и того же элемента. В который раз на помощь ему пришло доскональное знание неорганической химии. Постепенно начал вырисовываться облик будущей Периодической системы химических элементов. 

     Так, вначале он положил карточку  с элементом бериллием Be (атомная масса 14) рядом с карточкой элемента алюминия Al (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции приняв бериллий за аналог алюминия. Однако затем, сопоставив химические свойства, он поместил бериллий над магнием Mg. Усомнившись в общепринятом тогда значении атомной массы бериллия, он изменил ее на 9,4, а формулу оксида бериллия переделал из Be₂O₃ в BeO (как у оксида магния MgO). Кстати, "исправленное" значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Так же смело действовал он и в других случаях.

     Постепенно Дмитрий Иванович  пришел к окончательному выводу, что элементы, расположенные по  возрастанию их атомных масс, выказывают явную периодичность физических и химических свойств.  В течение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясь ненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать. Вечером 1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве" послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставив дату "17 февраля 1869 года" (по старому стилю). 

      Так был открыт Периодический закон, современная формулировка которого такова: 

«Свойства простых веществ, а также формы  и свойства соединений элементов  находятся в периодической зависимости  от заряда ядер их атомов» 

     Менделееву тогда было всего  35 лет. Отпечатанные листки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным и зарубежным химикам и только после этого выехал из Петербурга для обследования сыроварен. 

     До отъезда он еще успел  передать Н. А. Меншуткину, химику-органику  и будущему историку химии, рукопись статьи "Соотношение свойств с атомным весом элементов" - для публикации в Журнале Русского химического общества и для сообщения на предстоящем заседании общества.

    Менделееву после открытия Периодического  закона предстояло сделать еще  многое. Причина периодического изменения свойств элементов оставалась неизвестной, не находила объяснения и сама структура Периодической системы, где свойства повторялись через семь элементов у восьмого. Однако с этих чисел был снят первый покров таинственности: во втором и третьем периодах системы находилось, тогда как раз по семь элементов.

     Не все элементы Менделеев  разместил в порядке возрастания  атомных масс; в некоторых случаях  он больше руководствовался сходством  химических свойств. Так, у  кобальта Co атомная масса больше, чем у никеля Ni, у теллура Te она также больше, чем у йода I, но Менделеев разместил их в порядке Co - Ni, Te - I, а не наоборот. Иначе теллур попадал бы в группу галогенов, а йод становился родственником селена Se. 

     Самое же важное в открытии Периодического закона - предсказание существования еще не открытых химических элементов.

     Под алюминием Al Менделеев оставил место для его аналога "экаалюминия", под бором B - для "экабора", а под кремнием Si - для "экасилиция".

     Так назвал Менделеев еще не открытые химические элементы. Он даже дал им символы El, Eb и Es.

    По поводу элемента "экасилиция" Менделеев писал: "Мне кажется,  наиболее интересным из несомненно  недостающих металлов будет тот,  который принадлежит к IV группе аналогов углерода, а именно, к III ряду. Это будет металл, следующий тотчас же за кремнием, и потому назовем его экасилицием". Действительно, этот еще не открытый элемент должен был стать своеобразным "замком", связывающим два типичных неметалла - углерод C и кремний Si - с двумя типичными металлами - оловом Sn и свинцом Pb. 

     Не все зарубежные химики сразу  оценили значение открытия Менделеева. Уж очень многое оно меняло  в мире сложившихся представлений.  Так, немецкий физико-химик Вильгельм Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации "чего-то неопределенного". Немецкий химик Роберт Бунзен, открывший в 1861 году два новых щелочных элемента, рубидий Rb и цезий Cs, писал, что Менделеев увлекает химиков "в надуманный мир чистых абстракций".

       С каждым годом Периодический закон завоевывал все большее число сторонников, а его открыватель - все большее признание. В лаборатории Менделеева стали появляться высокопоставленные посетители, в том числе даже великий князь Константин Николаевич, управляющий морским ведомством.

      Менделеев точно предсказал свойства  экаалюминия: его атомную массу,  плотность металла, формулу оксида  El₂O₃, хлорида ElCl₃, сульфата El₂(SO₄)₃. После открытия галлия эти формулы стали записывать как Ga₂O₃, GaCl₃ и Ga₂(SO₄)₃.

    Менделеев предугадал, что это будет очень легкоплавкий металл, и действительно, температура плавления галлия оказалась равной 29,8 С^о. По легкоплавкости галлий уступает только ртути Hg и цезию Cs. 

      В 1886 году профессор Горной  академии во Фрейбурге немецкий химик Клеменс Винклер при анализе редкого минерала аргиродита состава Ag₈GeS₆ обнаружил еще один элемент, предсказанный Менделеевым. Винклер назвал открытый им элемент германием Ge в честь своей родины, но это почему-то вызвало резкие возражения со стороны некоторых химиков. Они стали обвинять Винклера в национализме, в присвоении открытия, которое сделал Менделеев, уже давший элементу имя "экасилиций" и символ Es. Обескураженный Винклер обратился за советом к самому Дмитрию Ивановичу. Тот объяснил, что именно первооткрыватель нового элемента должен дать ему название. 

     Предугадать существование группы  благородных газов Менделеев  не мог, и им поначалу не  нашлось места в Периодической  системе. 

    Открытие аргона Ar английскими учеными У. Рамзаем и Дж. Релеем в 1894 году сразу же вызвало бурные дискуссии и сомнения в Периодическом законе и Периодической системе элементов. Менделеев вначале посчитал аргон аллотропной модификацией азота и только в 1900 году под давлением непреложных фактов согласился с присутствием в Периодической системе "нулевой" группы химических элементов, которую заняли другие благородные газы, открытые вслед за аргоном. Теперь эта группа известна под номером VIIIА.

     В 1905 году Менделеев написал: "По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя как русского меня хотели затереть, особенно немцы". 

Открытие  Периодического закона ускорило развитие химии и открытие новых химических элементов.  

Структура периодической системы:

периоды, группы, подгруппы. 

     Итак, мы выяснили, что периодическая система  – это графическое выражение  периодического закона.

     Каждый  элемент занимает определённое место (клетку) в периодической системе  и имеет свой порядковый (атомный) номер. Например:

         Горизонтальные ряды элементов,  в пределах которых свойства  элементов изменяются последовательно,  Менделеев назвал периодами (начинаются щелочным металлом (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и заканчиваются благородным газом (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)). Исключения: первый период, который начинается водородом и седьмой период, который является незавершённым. Периоды разделяются на малые и большие. Малые периоды состоят из одного горизонтального ряда. Первый, второй и третий периоды являются малыми, в них находится 2 элемента (1-й период) или 8 элементов (2-й, 3-й периоды).

         Большие периоды состоят из  двух горизонтальных рядов. Четвёртый,  пятый и шестой периоды являются  большими, в них находятся 18 элементов  (4-й, 5-й периоды) или 32 элемента (6-й, 7-й период). Верхние ряды больших периодов называются чётными, нижние ряды – нечётными.

        В шестом периоде лантаноиды  и в седьмом периоде актиноиды  располагаются в нижней части  периодической системы.В каждом  периоде слева направо металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические свойства усиливаются. В чётных рядах больших периодов находятся только металлы. В результате в таблице имеется 7 периодов, 10 рядов и 8 вертикальных столбцов, названных группами – это совокупность элементов, которые имеют одинаковую высшую валентность в оксидах и в других соединениях. Эта валентность равна номеру группы.

Исключения: 

     В VIII группе только Ru и Os имеют высшую валентность VIII.

     Группы - вертикальные последовательности элементов, они нумеруется римской цифрой от I до VIII и русскими буквами А и Б. Каждая группа состоит из двух подгрупп: главной и побочной. Главная подгруппа – А, содержит элементы малых и больших периодов. Побочная подгруппа – В, содержит элементы только больших периодов. В них входят элементы периодов, начиная с четвёртого.