Периодическая система химических элементов Менделеева

Интегративная роль Периодического закона проявилась и в том, что  некоторые данные об элементах, якобы  выпадавшие из общих закономерностей, были проверены и уточнены как самим автором, так и его последователями.

Так случилось с характеристиками бериллия. До работы Менделеева его  считали трехвалентным аналогом алюминия из-за их так называемого  диагонального сходства. Таким образом, во втором периоде оказывалось два  трехвалентных элемента и ни одного двухвалентного. Именно на этой стадии сначала на уровне мысленных модельных построений Менделеев заподозрил ошибку в исследованиях свойств бериллия. Затем он нашел работу российского химика Авдеева, утверждавшего, что бериллий двухвалентен и имеет атомный вес 9. Работа Авдеева оставалась не замеченной ученым миром, автор рано скончался, по-видимому, получив отравление чрезвычайно ядовитыми бериллиевыми соединениями. Результаты исследования Авдеева утвердились в науке благодаря Периодическому закону.

Такие изменения и уточнения  значений и атомных весов, и валентностей были сделаны Менделеевым еще  для девяти элементов (In, V, Th, U, La, Ce и трех других лантаноидов). Еще у десяти элементов были исправлены только атомные веса. И все эти уточнения впоследствии были подтверждены экспериментально.

Прогностическая (предсказательная) функция Периодического закона получила самое яркое подтверждение в  открытии неизвестных элементов с порядковыми номерами 21, 31 и 32. Их существование сначала было предсказано на интуитивном уровне, но с формированием системы Менделеев с высокой степенью точности смог рассчитать их свойства. Хорошо известная история открытия скандия, галлия и германия явилась триумфом менделеевского открытия. Ф. Энгельс писал: «Применив бессознательно гегелевский закон о переходе количества в качество, Менделеев совершил научный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Лаверрье, вычислившего орбиту неизвестной планеты Нептун». Однако возникает желание поспорить с классиком. Во-первых, все исследования Менделеева, начиная со студенческих лет, вполне осознанно опирались на гегелевский закон. Во-вторых, Лаверрье рассчитал орбиту Нептуна по давно известным и проверенным законам Ньютона, а Д. И. Менделеев все предсказания делал на основе им же самим открытого всеобщего закона природы.

В начале XX в. таблица Менделеева заканчивалась ураном (№ 92). Первые попытки получения трансурановых элементов были предприняты в 1934 г., когда Энрико Ферми и Эмилио Сегре бомбардировали уран нейтронами. Так начиналась дорога к актиноидам и трансактиноидам.

Ядерные реакции используют и для синтеза других, неизвестных ранее элементов.

Искусственно синтезированный  Еиенном Теодором Сиборгом и его  сотрудниками элемент № 101, впервые полученный в 1955 году, получил название «менделевий». Сам Сиборг об этом сказал так: «Особенно существенно отметить, что элемент 101 назван в честь великого русского химика Д. И. Менделеева американскими учеными, которые всегда считали его пионером в химии».

Число вновь открытых, а  точнее, искусственно созданных элементов постоянно растет. Синтез наиболее тяжелых ядер элементов с порядковыми номерами 113 и 115 осуществлен в российском Объединенном институте ядерных исследований в Дубне путем бомбардировки ядер искусственно полученного америция ядрами тяжелого изотопа кальция-48. При этом возникает ядро элемента № 115, тут же распадающееся с образованием ядра элемента № 113. Подобные сверхтяжелые элементы в природе не существуют, но они возникают при взрывах сверхновых звезд, а также могли существовать в период Большого взрыва. Их исследование помогает понять, как возникла наша Вселенная.

Всего в природе встречается 39 естественных радиоактивных изотопов. Различные изотопы распадаются с разной скоростью, которую характеризует период полураспада. Период полураспада урана-238 составляет 4,5 млрд. лет, а для некоторых других элементов он может быть равен миллионным долям секунды.

Радиоактивные элементы, последовательно распадаясь, превращаясь друг в друга, составляют целые ряды. Известны три таких ряда: по начальному элементу все члены рядов объединяются в семейства урана, актиноурана и тория. Еще одно семейство составляют искусственно полученные радиоактивные изотопы. Во всех семействах превращения завершаются возникновением нерадиоактивных атомов свинца.

Поскольку в земной коре могут находиться только изотопы, период полураспада которых соизмерим с возрастом Земли, то можно предположить, что на протяжении миллиардов лет ее истории существовали и такие короткоживущие изотопы, которые к настоящему времени в прямом смысле этого слова вымерли. К таким, вероятно, относился и тяжелый изотоп калия-40. В результате его полного распада табличное значение атомной массы калия сегодня составляет 39,102, поэтому он уступает по массе элементу № 18 аргону (39,948). Так объясняются исключения в последовательном увеличении атомных масс элементов в периодической таблице.

И в настоящее время  периодический закон остается путеводной нитью и руководящим принципом  химии. Именно на его основе были искусственно созданы в последние десятилетия  трансурановые элементы, расположенные  в периодической системе после  урана.

Открытие периодического закона и создание системы химических элементов имело огромное значение не только для химии, но и для философии, для всего нашего миропонимания. Менделеев показал, что химические элементы составляют стройную систему, в основе которой лежит фундаментальный закон природы. В этом нашло выражение положение материалистической диалектики о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений природы. Вскрывая зависимость между свойствами химических элементов и количеством вещества в их атомах, периодический закон явился блестящим подтверждением одного из всеобщих законов развития природы – закона перехода количества в качество.

Последующее развитие науки  позволило, опираясь на периодический закон, гораздо глубже познать строение вещества, чем это было возможно при жизни Менделеева. Разработанная в ΧΧ веке теория строения атома, в свою очередь, дала периодическому закону и периодической системе элементов новое, более глубокое освещение. Блестящее подтверждение нашли пророческие слова Менделеева: «Периодическому закону не грозит разрушение, а обещаются только надстройка и развитие».  

Заключение 

Каждая из наук об окружающем нас мире имеет предметом изучения конкретные формы движения материи. Сложившиеся представления рассматривают эти формы движения в порядке повышения их сложности:

Механическая - физическая - химическая – биологическая - социальная. Каждая из последующих форм не отвергает предыдущие, но включает их в себя.

Открытый Менделеевым  периодический закон и его  графическое выражение – периодическая  система позволили не только систематизировать известные химические элементы, но и предсказать существование еще не открытых элементов. В настоящее время, когда все пробелы в таблице Менделеева заполнены, они позволяют предвидеть свойства элементов, которые еще могут занять места в конце периодической таблицы.

  Положение элементов в периодической системе закономерно связано с электронным строением их атомов. Поэтому, если известны период, группа и подгруппа, где находится элемент, можно безошибочно написать его электронную формулу.

Зная закономерности изменения  физических и химических свойств  в периодах и группах периодической  системы, можно предсказывать различные  свойства: способность атомов металлических  элементов отдавать электроны, а  неметаллических – их присоединять, высшую степень окисления, реакционную  способность элементов, температуры плавления, плотность и т. д. Элементы, расположенные в ΙА группе, являются активными металлами, причем способность атомов отдавать электроны увеличивается с увеличением номера периода. В VΙΙА группе расположены типичные неметаллы – галогены, активность которых увеличивается снизу вверх. Среднюю часть таблицы – ΙΙΙ-V группы – занимают элементы, которые могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. Значения электроотрицательности характеризуют свойства этих элементов: чем выше электроотрицательность, тем сильнее выражена склонность атома присоединять электроны.

В правой части таблицы  – в VΙΙΙА группе находятся благородные  газы, атомы которых имеют заполненные  внешние электронные оболочки и поэтому не склонны вступать в химические реакции.

Совсем не случайно на праздновании столетия со дня открытия Периодического закона Г. Т. Сиборг посвятил свой доклад новейшим достижениям химии. В нем он высоко оценил удивительные заслуги российского ученого: «При рассмотрении эволюции Периодической системы со времен Менделеева наиболее сильное впечатление производит то, что он был в состоянии создать Периодическую систему элементов, хотя Менделееву не были известны такие общепринятые теперь понятия, как ядерная структура и изотопы, связь порядковых номеров с валентностью, электронная природа атомов, периодичность химических свойств, объясняемая электронной структурой, и, наконец, радиоактивность».

Можно привести слова академика А. Е. Ферсмана, обратившего внимание на будущее: «Будут появляться и умирать новые теории, блестящие обобщения. Новые представления будут сменять наши уже устаревшие понятия об атоме и электроне. Величайшие открытия и эксперименты будут сводить на нет прошлое и открывать на сегодня невероятные по новизне и широте горизонты — все это будет приходить и уходить, но Периодический закон Менделеева будет всегда жить и руководить исканиями».  

Академик В. И. Гольданский  в речи, посвященной памяти Менделеева, отмечал «фундаментальную роль, которую труды Менделеева играют даже в совершенно новых областях химии, зародившихся через десятилетия после смерти гениального творца Периодической системы».

 

«Наука есть история и хранилище мудрости и опыта веков, их разумного созерцания и испытанного суждения».

Д. И. Менделеев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Дибров И.А. Неорганическая химия. СПб.: Изд. «Лань», 2001.

2. Дибров И.А. Химия промышленных взрывчатых веществ. Учебное пособие. Л., Изд. Горного института, 1989 .

3. Глинка Н.Л. Общая  химия. Л.: Химия, 1987 .

4. Липин А.Б., Девяткин  П.Н. Расчеты кислородных балансов  и тепловых эффектов химических  реакций. Метод. указания и  контрольные задания. Изд. СПГГИ  (ТУ), 2003 .

5. Ахметов Н.С. Неорганическая  химия. М.: Высшая школа, 1998.

6. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. СПб.: Химия, 1995.

7. Дубнов А.В., Бахаревич Н.С. Промышленные взрывчатые вещества. М.: Недра, 1988.

8. Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. М.: Машиностроение, 1972.

9. Горст А.Г. Химия и технология промышленных взрывчатых веществ. М.: Оборониздат, 1957.

10. Акопян А.А. Химическая термодинамика. М.: Высшая школа, 1963.

11. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. М.: Оборонгиз, 1960.

12. Краткий справочник  физико-химических величин / Под  ред. К.П.Мищенко А.А. Равделя. Л.: Химия, 1999 .

¹ Раньше вместо термина «относительная атомная масса» употреблялся термин «атомный вес».

² Атомный объем – объем, занимаемый одним молем атомов простого вещества в твердом состоянии.