Valójában Johann Wolfgang Dobereiner német fizikus már 1817-ben észrevette az elemek csoportosítását. Akkoriban a vegyészek még nem értették meg teljesen az atomok természetét, ahogyan azt John Dalton leírta 1808-ban. „Új kémiai filozófiai rendszerében” Dalton a kémiai reakciókat azzal magyarázta, hogy minden elemi anyag egy bizonyos típusú atomból áll.

Dalton azt javasolta, hogy a kémiai reakciók új anyagokat hoznak létre, amikor az atomok szétválnak vagy összekapcsolódnak. Úgy vélte, hogy bármely elem kizárólag egyfajta atomból áll, amely tömegben különbözik a többitől. Az oxigénatomok nyolcszor nagyobb tömegűek voltak, mint a hidrogénatomok. Dalton úgy vélte, hogy a szénatomok hatszor nehezebbek, mint a hidrogén. Amikor az elemek egyesülve új anyagok jönnek létre, ezek alapján ki lehet számítani a reaktánsok mennyiségét atomi mérlegek.

Dalton tévedett néhány tömeggel kapcsolatban – az oxigén valójában 16-szor nehezebb a hidrogénnél, a szén pedig 12-szer nehezebb a hidrogénnél. De elmélete hasznossá tette az atomok gondolatát, és forradalmat inspirált a kémiában. Az atomtömeg pontos mérése a következő évtizedekben komoly problémát jelentett a vegyészek számára.

Ezekre a skálákra gondolva Dobereiner megjegyezte, hogy a három elem bizonyos halmazai (ezeket triádoknak nevezte) érdekes kapcsolatot mutattak. A brómnak például valahol a klór és a jód atomtömege volt, és mindhárom elem hasonló volt. kémiai viselkedés. A lítium, a nátrium és a kálium szintén triád volt.

Más kémikusok összefüggéseket észleltek az atomtömegek és a , de csak az 1860-as években atomtömegek kellően érthetővé és mértté kell válni ahhoz, hogy mélyebb megértés alakuljon ki. John Newlands angol kémikus észrevette, hogy az ismert elemek atomtömeg-növekedési sorrendben való elrendezése minden nyolcadik elem kémiai tulajdonságainak megismétléséhez vezetett. Ezt a modellt az "oktávok törvényének" nevezte egy 1865-ös írásában. Newlands modellje azonban nem tartotta magát túl jól az első két oktáv után, ami miatt a kritikusok azt javasolták, hogy rendezze el az elemeket ábécésorrend. És amint Mengyelejev hamarosan rájött, az elemek tulajdonságai és az atomtömegek közötti kapcsolat egy kicsit bonyolultabb.

A kémiai elemek szerveződése

Mengyelejev a szibériai Tobolszkban született 1834-ben, szülei tizenhetedik gyermekeként. Színes életet élt, más-más érdeklődési kört követett, és útközben is utazott kiemelkedő emberek. Az átvételkor felsőoktatás A szentpétervári Pedagógiai Intézetben majdnem belehalt egy súlyos betegségbe. Érettségi után középiskolákban tanított (erre azért volt szükség, hogy az intézetben fizetést kapjon), ezzel párhuzamosan matematikát, ill. természettudományok mesterképzésre.

Ezután tanárként és előadóként dolgozott (és írt tudományos munkák), amíg ösztöndíjat nem kapott egy hosszabb kutatási körútra Európa legjobb kémiai laboratóriumaiban.

Visszatérve Szentpétervárra, állás nélkül találta magát, ezért remek kalauzt írt a nagy pénznyeremény reményében. 1862-ben ezzel elnyerte a Demidov-díjat. Szerkesztőként, fordítóként és tanácsadóként is dolgozott különböző kémiai területeken. 1865-ben visszatért a kutatáshoz, doktori címet szerzett és a szentpétervári egyetem professzora lett.

Nem sokkal ezután Mengyelejev szervetlen kémiát kezdett tanítani. Miközben ennek az új (neki) területnek az elsajátítására készült, elégedetlen volt a rendelkezésre álló tankönyvekkel. Ezért úgy döntöttem, hogy megírom a sajátomat. A szöveg rendszerezése megkövetelte az elemek rendszerezését, így állandóan a legjobb elrendezés kérdése járt a fejében.

1869 elejére Mengyelejev elegendő előrehaladást ért el ahhoz, hogy felismerje, hogy a hasonló elemek bizonyos csoportjai az atomtömegek rendszeres növekedését mutatják; más, megközelítőleg azonos atomtömegű elemek hasonló tulajdonságokkal rendelkeztek. Kiderült, hogy osztályozásuk kulcsa az elemek atomsúlyuk szerinti sorrendbe állítása.

D. Meneleev periódusos rendszere.

Mengyelejev saját szavaival élve úgy strukturálta gondolkodását, hogy az akkor ismert 63 elem mindegyikét külön kártyára írta fel. Aztán egyfajta vegyszeres pasziánsz játékon keresztül megtalálta a keresett mintát. Azáltal, hogy a kártyákat függőleges oszlopokba rendezte alacsonytól a magasig terjedő atomtömeggel, minden vízszintes sorba hasonló tulajdonságú elemeket helyezett el. Megszületett Mengyelejev periódusos rendszere. Március 1-jén megszerkesztette, kiküldte nyomtatásra, és beillesztette hamarosan megjelenő tankönyvébe. Gyorsan előkészítette a munkát az Orosz Kémiai Társaságnak való bemutatásra is.

"Az atomtömegük mérete szerint rendezett elemek világosak periodikus tulajdonságok" - írta Mengyelejev munkájában. "Minden összehasonlításom arra a következtetésre vezetett, hogy az atomtömeg nagysága határozza meg az elemek természetét."

Eközben Lothar Meyer német kémikus is az elemek rendszerezésén dolgozott. Mengyelejevéhez hasonló táblázatot készített, talán még Mengyelejevnél is korábban. De Mengyelejev közzétette az elsőt.

A Meyer elleni győzelemnél azonban sokkal fontosabb volt, hogy Periodic hogyan használta táblázatát arra, hogy következtetéseket vonjon le a fel nem fedezett elemekről. Az asztal elkészítése közben Mengyelejev észrevette, hogy néhány lap hiányzik. Üres helyeket kellett hagynia, hogy az ismert elemek helyesen sorakozhassanak. Élete során három üres teret töltöttek meg korábban ismeretlen elemekkel: galliummal, szkandiummal és germániummal.

Mengyelejev nemcsak megjósolta ezeknek az elemeknek a létezését, hanem részletesen leírta tulajdonságaikat is. Az 1875-ben felfedezett gallium atomtömege például 69,9, sűrűsége pedig hatszorosa a vízének. Mengyelejev ezt az elemet (ő eka-alumíniumnak nevezte) csak ezzel a 68-as sűrűséggel és atomtömeggel jósolta meg. Az eka-szilíciumra vonatkozó jóslatai szorosan megegyeztek az 1886-ban felfedezett germániummal (72 előrejelzett, 72,3 tényleges) és sűrűségük. Helyesen jósolta meg a germániumvegyületek sűrűségét oxigénnel és klórral.

A periódusos rendszer prófétai lett. Úgy tűnt, a játék végén ez az elemekből álló pasziánsz felfedi magát. Ugyanakkor maga Mengyelejev is mestere volt saját asztalának használatában.

Mengyelejev sikeres jóslatai legendás státuszt szereztek neki a vegyi varázslás mestereként. A történészek azonban ma vitatkoznak arról, hogy a megjósolt elemek felfedezése megerősítette-e időszakos törvényének elfogadását. Egy törvény elfogadásának több köze lehetett a megalapozott magyarázati képességéhez kémiai kötések. Mindenesetre Mengyelejev előrejelzési pontossága minden bizonnyal felhívta a figyelmet táblázata érdemeire.

Az 1890-es évekre a kémikusok széles körben elfogadták törvényét a kémiai ismeretek mérföldköveként. 1900-ban a jövő Nobel díjas a kémiában William Ramsay "a kémiában valaha történt legnagyobb általánosításnak" nevezte. És Mengyelejev megtette ezt anélkül, hogy megértette volna, hogyan.

Matek térkép

A tudomány történetében számos alkalommal bebizonyosodott, hogy az új egyenleteken alapuló nagyszerű előrejelzések helyesnek bizonyultak. Valahogy a matematika felfedi a természet titkait, mielőtt a kísérletezők felfedeznék azokat. Az egyik példa az antianyag, a másik az Univerzum tágulása. Mengyelejev esetében az új elemek előrejelzései minden kreatív matematika nélkül merültek fel. Valójában azonban Mengyelejev felfedezte a természet mély matematikai térképét, mivel táblázata tükrözte az atomi építészetet szabályozó matematikai szabályok jelentését.

Mengyelejev könyvében megjegyezte, hogy "az atomok által alkotott anyag belső különbségei" felelősek lehetnek az elemek periodikusan ismétlődő tulajdonságaiért. De nem ezt a gondolatmenetet követte. Valójában sok éven át azon töprengett, milyen fontos az atomelmélet az ő asztalánál.

Mások azonban el tudták olvasni a táblázat belső üzenetét. 1888-ban Johannes Wislitzen német kémikus bejelentette, hogy az elemek tulajdonságainak tömeg szerinti periodicitása azt jelzi, hogy az atomok kisebb részecskék szabályos csoportjaiból állnak. Tehát bizonyos értelemben a periódusos rendszer valójában előre látta (és bizonyítékot szolgáltatott rá) az atomok bonyolult belső szerkezetére, miközben senkinek a leghalványabb fogalma sem volt arról, hogyan is néz ki egy atom valójában, vagy hogy van-e egyáltalán belső szerkezete.

Mengyelejev 1907-es halálakor a tudósok tudták, hogy az atomok részekre vannak osztva: , plusz néhány pozitív töltésű komponens, amely elektromosan semlegessé teszi az atomokat. Ezeknek az alkatrészeknek a sorba rendezésének kulcsa 1911-ben volt, amikor Ernest Rutherford fizikus, az angliai Manchesteri Egyetemen dolgozó fizikus felfedezte az atommagot. Nem sokkal ezután Henry Moseley, Rutherforddal együtt, bebizonyította, hogy az atommag pozitív töltése (a benne lévő protonok száma vagy "atomszáma") határozza meg. helyes sorrendben elemei a periódusos rendszerben.

Henry Moseley.

Az atomtömeg szorosan összefüggött a Moseley-atomszámmal – elég szorosan ahhoz, hogy az elemek tömeg szerinti sorrendje csak néhány helyen tért el a szám szerinti sorrendtől. Mengyelejev ragaszkodott ahhoz, hogy ezek a tömegek helytelenek, és újra kell mérni, és bizonyos esetekben igaza is volt. Maradt néhány eltérés, de Moseley rendszáma tökéletesen belefért a táblázatba.

Ugyanebben az időben Niels Bohr dán fizikus rájött kvantum elmélet meghatározza az atommagot körülvevő elektronok elrendezését, és azt, amit a legkülső elektronok határoznak meg Kémiai tulajdonságok elem.

A külső elektronok hasonló elrendezései periodikusan megismétlődnek, megmagyarázva a periódusos rendszer által kezdetben feltárt mintákat. Bohr 1922-ben készítette el a táblázat saját változatát, amely alapján kísérleti mérések elektronenergiák (a periodikus törvény néhány nyomával együtt).

Bohr táblázata hozzáadta az 1869 óta felfedezett elemeket, de ez ugyanaz a periodikus sorrend, amelyet Mengyelejev fedezett fel. Anélkül, hogy a leghalványabb fogalma is lett volna a témáról, Mengyelejev készített egy táblázatot, amely tükrözi a kvantumfizika által diktált atomi architektúrát.

Bohr új asztala nem az első és nem is az utolsó változata Mengyelejev eredeti tervének. Több száz változat periódusos táblázat azóta kidolgozták és közzétették. Modern forma- Mengyelejev eredeti függőleges változatával szemben vízszintes kivitelben - csak a második világháború után vált széles körben népszerűvé, nagyrészt Glenn Seaborg amerikai kémikus munkájának köszönhetően.

Seaborg és munkatársai számos új elemet hoztak létre szintetikusan, az urán, az utolsó természetes elem után az atomszámokkal. Seaborg látta, hogy ezeknek az elemeknek, a transzurán elemeknek (plusz az uránt megelőző három elemnek) új sorra van szükségük a táblázatban, amit Mengyelejev nem látott előre. Seaborg táblázata hozzáadott egy sort azoknak az elemeknek a hasonló ritkaföldfém-sor alá, amelyeknek szintén nem volt helye a táblázatban.

Seaborg kémiához való hozzájárulása kivívta neki azt a megtiszteltetést, hogy saját elemét, a seaborgiumot a 106-os számmal nevezte el. Ez egyike a híres tudósokról elnevezett számos elemnek. És ebben a listában természetesen ott van a 101-es elem is, amelyet Seaborg és munkatársai fedeztek fel 1955-ben, és amelyet mendeleviumnak neveztek el – annak a vegyésznek a tiszteletére, aki mindenekelőtt helyet szerzett a periódusos táblázatban.

Látogassa meg hírcsatornánkat, ha több ehhez hasonló történetre van szüksége.

2.2. A periódusos rendszer létrehozásának története.

1867-68 telén Mengyelejev elkezdte írni a „Kémia alapjai” című tankönyvet, és azonnal nehézségekbe ütközött a tényanyag rendszerezése során. 1869. február közepére, miközben a tankönyv szerkezetén töprengett, fokozatosan arra a következtetésre jutott, hogy a tulajdonságok egyszerű anyagok(és ez a létezés egy formája kémiai elemek szabad állapotban) és az elemek atomtömegeit egy bizonyos minta köti össze.

Mengyelejev nem sokat tudott elődei kísérleteiről, hogy a kémiai elemeket a növekvő atomtömegek sorrendjében rendezzék, és az ebben az esetben felmerülő eseményekről. Például szinte semmilyen információja nem volt Chancourtois, Newlands és Meyer munkásságáról.

Gondolatainak döntő állomása 1869. március 1-jén jött el (régi módra február 14.). Mengyelejev egy nappal korábban tíz napos szabadságot írt a Tver tartományban működő artel sajtüzemek vizsgálatára: kapott egy levelet A. I. Hodnyevtől, a Szabad Gazdasági Társaság egyik vezetőjétől a sajtgyártás tanulmányozására vonatkozó ajánlásokkal.

Szentpéterváron aznap felhős és fagyos idő volt. A fák az egyetemi kertben, ahonnan Mengyelejev lakásának ablakai néztek, csikorogtak a szélben. Dmitrij Ivanovics még ágyban ivott egy bögre meleg tejet, majd felkelt, megmosta az arcát és elment reggelizni. Csodálatos hangulatban volt.

Mengyelejevnek a reggelinél váratlan ötlete támadt: össze kell hasonlítani a különböző kémiai elemek hasonló atomtömegét és kémiai tulajdonságaikat. Kétszeri gondolkodás nélkül felírta a klór Cl és kálium K szimbólumait, amelyek atomtömege 35,5, illetve 39 (a különbség mindössze 3,5 egység). Ugyanerre a levélre Mengyelejev más elemek szimbólumait is felvázolta, és hasonló „paradox” párokat keresett köztük: fluor F és nátrium Na, bróm Br és rubídium Rb, jód I és cézium Cs, amelyeknél a tömegkülönbség 4,0-ről 5,0-ra nő. , majd 6.0-ig. Mengyelejev akkor még nem tudhatta, hogy a nyilvánvaló nemfémek és fémek közötti „határozatlan zóna” olyan elemeket - nemesgázokat - tartalmaz, amelyek felfedezése később jelentősen módosítja a periódusos rendszert.

Reggeli után Mengyelejev bezárkózott az irodájába. Kivett egy köteg névjegykártyát az íróasztalról, és a hátoldalukra írni kezdte az elemek szimbólumait és főbb kémiai tulajdonságaikat. Egy idő után a háztartás meghallotta az irodából kiszűrődő hangot: "Óóó! Kürtös. Hú, micsoda kürtös! Legyőzöm őket. Megölöm őket!" Ezek a felkiáltások azt jelentették, hogy Dmitrij Ivanovics kreatív ihletet kapott. Mengyelejev áthelyezte a kártyákat egyik vízszintes sorból a másikba, az atomtömeg értékei és az ugyanazon elem atomjai által alkotott egyszerű anyagok tulajdonságai alapján. Ismét alapos tudás jött a segítségére szervetlen kémia. Fokozatosan kezdett kialakulni a jövőbeni kémiai elemek periódusos rendszerének formája. Így eleinte egy berillium Be elemet tartalmazó kártyát (14 atomtömeg) egy alumínium Al elemmel (27,4 atomtömegű) tartalmazó kártya mellé tett, az akkori hagyomány szerint a berilliumot az alumínium analógjával összetévesztve. Ezután azonban a kémiai tulajdonságok összehasonlítása után berilliumot helyezett a magnézium Mg fölé. Kételkedve a berillium atomtömegének akkor általánosan elfogadott értékében, azt 9,4-re változtatta, a berillium-oxid képletét pedig Be 2 O 3-ról BeO-ra (mint a magnézium-oxid MgO-ra). A berillium atomtömegének „korrigált” értékét egyébként csak tíz évvel később erősítették meg. Máskor is ugyanolyan merészen viselkedett.

Dmitrij Ivanovics fokozatosan arra a végső következtetésre jutott, hogy az atomtömegük növekvő sorrendjében elhelyezkedő elemek fizikai és kémiai tulajdonságainak egyértelmű periodicitását mutatják. Mengyelejev egész nap az elemek rendszerén dolgozott, rövid időre megszakadt, hogy Olgával játsszon, ebédeljen és vacsorázzon.

1869. március 1-jén este teljesen átírta az általa összeállított táblázatot, és „Elemrendszer tapasztalata atomtömegük és kémiai hasonlóságuk alapján” címmel elküldte a nyomdába, jegyzeteket készítve a szedők számára. és a dátumot „1869. február 17-re” teszik (ez a régi stílus).

Így fedezték fel a Periodikus Törvényt, melynek modern megfogalmazása a következő: Az egyszerű anyagok tulajdonságai, valamint az elemek vegyületeinek formái és tulajdonságai periodikusan függnek atomjaik magjának töltésétől.

Mengyelejev sok hazai és külföldi vegyésznek küldött nyomtatott íveket az elemek táblázatával, és csak ezután hagyta el Szentpétervárt, hogy megvizsgálja a sajtgyárakat.

Távozása előtt még sikerült átadnia N. A. Menshutkin szerves kémikusnak és leendő kémiatörténésznek a „Tulajdonságok kapcsolata az elemek atomtömegével” című cikk kéziratát - az Orosz Kémiai Társaság folyóiratában való közzététel céljából. a társaság közelgő ülésén való kommunikációra.

1869. március 18-án Mensutkin, aki akkoriban a cég hivatalnoka volt, Mengyelejev megbízásából rövid beszámolót készített az időszakos törvényről. A jelentés eleinte nem keltett különösebb figyelmet a vegyészek részéről, és az Orosz Kémiai Társaság elnöke, Nyikolaj Zinin akadémikus (1812-1880) kijelentette, hogy Mengyelejev nem azt csinálja, amit egy igazi kutatónak tennie kellene. Igaz, két évvel később, miután elolvasta Dmitrij Ivanovics cikkét " Természetes rendszer elemeket és egyes elemek tulajdonságainak jelzésére való alkalmazását” Zinin meggondolta magát, és ezt írta Mengyelejevnek: „Nagyon, nagyon jó, nagyon kiváló kapcsolatok, még szórakoztató is olvasni, Isten adjon sok szerencsét következtetéseinek kísérleti megerősítéséhez. N. Zinin, őszintén odaadó önnek és mélyen tisztelve Önt." Mengyelejev nem az összes elemet a növekvő atomtömegek sorrendjében helyezte el; bizonyos esetekben inkább a kémiai tulajdonságok hasonlósága vezérelte. Így a kobalt Co-nak nagyobb a hatása atomtömege, mint a nikkel Ni, tellúr Te is nagyobb, mint az I jódé, de Mengyelejev ezeket Co - Ni, Te - I sorrendbe helyezte, és nem fordítva, különben a tellúr a halogének csoportjába kerülne, ill. a jód a szelén-Se rokonává válna.

A feleségemnek és a gyerekeimnek. Vagy talán tudta, hogy haldoklik, de nem akarta előre zavarni és aggódni a családot, akit melegen és gyengéden szeretett. 5:20-kor 1907. január 20-án meghalt Dmitrij Ivanovics Mengyelejev. A szentpétervári Volkovszkoje temetőben temették el, nem messze anyja és fia, Vlagyimir sírjától. 1911-ben fejlett orosz tudósok kezdeményezésére megszervezték a D.I. Múzeumot. Mengyelejev, hol...

Moszkva metróállomás, kutatóhajó oceanográfiai kutatásokhoz, 101. kémiai elem és ásvány - mendelejevit. Az oroszul beszélő tudósok és jokerek néha felteszik a kérdést: „Dmitrij Ivanovics Mengyelejev nem zsidó, ez egy nagyon furcsa vezetéknév, nem a „Mendel” vezetéknévből származik? A válasz erre a kérdésre rendkívül egyszerű: „Pavel Maksimovich Szokolov mind a négy fia, ...

A líceumi vizsga, amelyen az öreg Derzhavin megáldotta a fiatal Puskint. A mérő szerepét történetesen Yu.F. Fritzsche akadémikus, a szerves kémia híres szakembere játszotta. Doktori disszertáció D.I. Mengyelejev a Főiskolán végzett Pedagógiai Intézet 1855-ben. Az "Izomorfizmus a kristályforma és az összetétel egyéb kapcsolataival kapcsolatban" című mesterdolgozata lett az első jelentős tudományos...

Főleg a folyadékok kapillárisának és felületi feszültségének kérdésében, szabadidejét fiatal orosz tudósok körében töltötte: S.P. Botkina, I.M. Sechenova, I.A. Vyshnegradsky, A.P. Borodin és mások. 1861-ben Mengyelejev visszatért Szentpétervárra, ahol folytatta a szerves kémia előadásait az egyetemen, és kiadott egy akkoriban figyelemre méltó tankönyvet: "Szerves kémia" címmel.

Hogyan kezdődött az egész?

A 19. és 20. század fordulóján számos neves kémikus már régóta észrevette, hogy számos kémiai elem fizikai és kémiai tulajdonságai nagyon hasonlóak egymáshoz. Például a kálium, a lítium és a nátrium mind aktív fémek, amelyek vízzel reagálva e fémek aktív hidroxidjait képezik; A klór, fluor, bróm hidrogénnel alkotott vegyületeiben azonos vegyértéket mutatott az I-vel, és ezek a vegyületek mindegyike erős sav. Ebből a hasonlóságból már régóta azt a következtetést sugallják, hogy az összes ismert kémiai elemet csoportokba lehet vonni, és így az egyes csoportok elemei bizonyos fizikai és kémiai jellemzőkkel rendelkeznek. Az ilyen csoportokat azonban a különböző tudósok gyakran helytelenül különböző elemekből állították össze, és hosszú ideig sokan figyelmen kívül hagyták az elemek egyik fő jellemzőjét - atomtömegüket. Figyelmen kívül hagytuk, mert a különböző elemeknél más és más, ami azt jelenti, hogy nem használható paraméterként a csoportokba való összevonáshoz. Az egyetlen kivétel Alexandre Emile Chancourtois francia kémikus volt, aki megpróbálta az összes elemet egy háromdimenziós modellben egy hélix mentén rendezni, de munkáját a tudományos közösség nem ismerte el, a modell terjedelmesnek és kényelmetlennek bizonyult.

Sok tudóstól eltérően D.I. Mengyelejev az atomtömeget (akkoriban még „atomtömeget”) vette kulcsparaméternek az elemek osztályozásában. Az ő változatában Dmitrij Ivanovics az elemeket atomtömegük növekvő sorrendjébe rendezte, és itt olyan mintázat alakult ki, amely bizonyos időközönként az elemek tulajdonságait periodikusan megismétli. Igaz, kivételeket kellett tenni: egyes elemek felcserélődtek, és nem feleltek meg az atomtömeg növekedésének (például a tellúr és a jód), de megfeleltek az elemek tulajdonságainak. További fejlődés Az atom-molekuláris tanítás igazolta az ilyen előrelépéseket, és megmutatta ennek az elrendezésnek az érvényességét. Erről bővebben a „Mi Mengyelejev felfedezése” című cikkben olvashat?

Amint látjuk, az elemek elrendezése ebben a változatban egyáltalán nem egyezik meg azzal, amit a modern formájában látunk. Egyrészt felcserélődnek a csoportok és a periódusok: csoportok vízszintesen, periódusok függőlegesen, másrészt valahogy túl sok csoport van benne - tizenkilenc, a ma elfogadott tizennyolc helyett.

Mengyelejev azonban alig egy évvel később, 1870-ben megalkotta a táblázat új változatát, amely már jobban felismerhető számunkra: a hasonló elemek függőlegesen vannak elrendezve, csoportokat alkotva, és 6 periódus vízszintesen helyezkedik el. Ami különösen figyelemre méltó, hogy a táblázat első és második változatában is látható jelentős vívmányok, amelyekkel elődei nem rendelkeztek: a táblázat gondosan helyet hagyott olyan elemeknek, amelyeket Mengyelejev véleménye szerint még fel kell fedezni. A megfelelő betöltetlen pozíciókat kérdőjel jelzi és a fenti képen láthatja. Ezt követően valóban felfedezték a megfelelő elemeket: Galium, Germánium, Scandium. Így Dmitrij Ivanovics nemcsak az elemeket rendszerezte csoportokba és időszakokba, hanem új, még nem ismert elemek felfedezését is megjósolta.

Ezt követően az akkori kémia számos nyomasztó rejtélyének megoldása után - új elemek felfedezése, nemesgázok egy csoportjának elkülönítése William Ramsay közreműködésével, annak megállapítása, hogy a Didymium egyáltalán nem önálló elem, hanem két másik keveréke - egyre több új és új asztali lehetőség, néha még nem táblázatos megjelenésű. De itt nem mindet mutatjuk be, hanem csak a végső változatot, amely a nagy tudós élete során alakult ki.

Átmenet az atomsúlyokról a nukleáris töltésre.

Sajnos Dmitrij Ivanovics nem élte meg az atomszerkezet bolygóelméletét, és nem látta Rutherford kísérleteinek diadalát, bár felfedezéseivel új korszak kezdődött a periodikus törvény és az egész periódusos rendszer fejlődésében. Hadd emlékeztesselek arra, hogy Ernest Rutherford kísérleteiből az következett, hogy az elemek atomjai pozitív töltésű atomokból állnak. atommagés az atommag körül keringő negatív töltésű elektronok. Az összes akkor ismert elem atommagjának töltéseinek meghatározása után kiderült, hogy a periódusos rendszerben az atommag töltésének megfelelően helyezkednek el. És a periodikus törvény új értelmet kapott, most így kezdett hangzani:

"A kémiai elemek tulajdonságai, valamint az általuk képzett egyszerű anyagok és vegyületek formái és tulajdonságai periodikusan függnek az atommagok töltéseinek nagyságától."

Mostanra kiderült, hogy Mengyelejev miért helyezett néhány könnyebb elemet nehezebb elődeik mögé - a lényeg az, hogy ilyen sorrendben vannak az atommagok töltése szerint. Például a tellúr nehezebb a jódnál, de a táblázatban korábban szerepel, mert atommagjának töltése és elektronjainak száma 52, míg a jódé 53. A táblázatban megnézheti, hogy saját magad.

Az atom és az atommag szerkezetének felfedezése után periódusos táblázat több változtatáson is átesett, míg végül elérte az iskolából már megszokott formát, a periódusos rendszer rövid periódusos változatát.

Ebben a táblázatban már mindent ismerünk: 7 periódus, 10 sor, másodlagos és fő alcsoportok. Ezenkívül az új elemek felfedezésének és a táblázat kitöltésének idejével külön sorokba kellett helyezni az olyan elemeket, mint az Actinium és a Lanthanum, mindegyiket Actinidáknak, illetve Lanthanidáknak nevezték el. A rendszernek ez a változata nagyon sokáig létezett - a világ tudományos közösségében szinte a 80-as évek végéig, a 90-es évek elejéig, hazánkban pedig még tovább - egészen a század 10-es éveiig.

A periódusos rendszer modern változata.

Az a lehetőség azonban, amelyen sokan átmentünk az iskolában, meglehetősen zavarónak bizonyul, és a zűrzavar az alcsoportok fő és másodlagos csoportokra való felosztásában fejeződik ki, és az elemek tulajdonságainak megjelenítési logikáját meglehetősen nehézkessé válik. Természetesen ennek ellenére sokan tanulták a használatát, és a kémiai tudományok doktorává váltak, de a modern időkben egy új verzió váltotta fel - a hosszú távú. Megjegyzem, hogy ezt az opciót az IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) hagyta jóvá. Vessünk egy pillantást rá.

A nyolc csoportot tizennyolcra cserélték, amelyek között már nincs fő és másodlagos felosztás, és minden csoportot az elektronok elhelyezkedése szab meg az atomhéjban. Ugyanakkor megszabadultunk a kétsoros és egysoros periódusoktól, most már minden pont csak egy sort tartalmaz. Miért kényelmes ez a lehetőség? Most már jobban látható az elemek tulajdonságainak periodicitása. A csoportszám valójában a külső szinten lévő elektronok számát jelöli, ezért a régi változat összes fő alcsoportja az első, a második és a tizenharmadik-tizennyolcadik csoportban található, és az összes „korábbi oldali” csoport. az asztal közepén. Így a táblázatból most jól látható, hogy ha ez az első csoport, akkor ezek alkálifémek, és nem réz vagy ezüst, és jól látható, hogy minden tranzitfém egyértelműen bizonyítja tulajdonságainak hasonlóságát a töltés miatt. a d-alszint, amely kevésbé befolyásolja a külső tulajdonságokat, valamint a lantanidok és aktinidák csak az eltérő f-alszint miatt mutatnak hasonló tulajdonságokat. Így a teljes táblázat a következő blokkra oszlik: s-blokk, amelyen s-elektronok vannak kitöltve, d-blokk, p-blokk és f-blokk, d, p és f-elektronokkal.

Sajnos nálunk ez a lehetőség csak az elmúlt 2-3 évben került be az iskolai tankönyvekbe, és akkor sem mindegyikbe. És hiába. Ez mihez kapcsolódik? Nos, először is, a rohamos 90-es évek stagnáló időivel, amikor egyáltalán nem volt fejlődés az országban, az oktatási szektorról nem is beszélve, és a 90-es években tért át erre a lehetőségre a világ vegyipari közössége. Másodszor, enyhe tehetetlenséggel és nehezen észlelve minden újat, mert tanáraink hozzászoktak a táblázat régi, rövid periódusú változatához, annak ellenére, hogy a kémia tanulmányozása során ez sokkal bonyolultabb és kevésbé kényelmes.

A periódusos rendszer kiterjesztett változata.

De az idő nem áll meg, ahogy a tudomány és a technológia sem. A periódusos rendszer 118. elemét már felfedezték, ami azt jelenti, hogy hamarosan meg kell nyitnunk a tábla következő, nyolcadik periódusát. Emellett megjelenik egy új energia-alszint: a g-alszint. Alkotóelemeit lefelé kell mozgatni az asztalon, mint például a lantanidokat vagy aktinidákat, vagy ezt az asztalt még kétszer bővíteni, hogy többé ne férjen el egy A4-es lapon. Itt csak egy hivatkozást adok a Wikipédiára (lásd a Kibővített periódusos táblázatot), és nem ismétlem meg ennek a lehetőségnek a leírását. Akit érdekel, az a linket követve ismerkedhet.

Ebben a változatban sem az f-elemek (lantanidok és aktinidák), sem a g-elemek (a 121-128. sz. "jövő elemei") nincsenek külön elhelyezve, hanem a táblázat 32 cellájával szélesebbé teszik. Ezenkívül a hélium elem a második csoportba kerül, mivel az s-blokk része.

Általában nem valószínű, hogy a jövő kémikusai élnek ezzel a lehetőséggel; a periódusos rendszert valószínűleg a bátor tudósok által már javasolt alternatívák valamelyike ​​váltja fel: a Benfey-rendszer, a Stewart-féle „kémiai galaxis” vagy más lehetőség. . De ez csak a kémiai elemek második stabilitási szigetének elérése után fog megtörténni, és valószínűleg nagyobb szükség lesz rá az egyértelműség érdekében a magfizikában, mint a kémiában, de egyelőre elég lesz nekünk Dmitrij Ivanovics jó öreg periodikus rendszere. .

Utasítás

A periódusos rendszer egy többszintes „ház”, amelyben található nagyszámú apartmanok Minden „bérlő” vagy a saját lakásában egy bizonyos szám alatt, ami állandó. Ezenkívül az elemnek van vezetékneve vagy neve, például oxigén, bór vagy nitrogén. Ezen adatokon kívül minden egyes „lakás” olyan információkat tartalmaz, mint például a relatív atomtömeg, amelyek pontos vagy kerekített értékeket tartalmazhatnak.

Mint minden házban, itt is vannak „bejáratok”, nevezetesen csoportok. Sőt, csoportokban az elemek a bal és a jobb oldalon helyezkednek el, alkotva. Attól függően, hogy melyik oldalon van több, azt az oldalt nevezzük főnek. A másik alcsoport ennek megfelelően másodlagos lesz. A táblázatnak is vannak „szintjei” vagy időszakai. Ezenkívül az időszakok lehetnek nagyok (két sorból állnak) és kicsik (csak egy soruk van).

A táblázat egy elem atomjának szerkezetét mutatja, amelyek mindegyikében van egy pozitív töltésű mag, amely protonokból és neutronokból, valamint negatív töltésű elektronokból áll, amelyek körülötte forognak. A protonok és elektronok száma numerikusan azonos, és a táblázatban az elem sorszáma határozza meg. Például a kén kémiai elem #16, ezért 16 protonja és 16 elektronja lesz.

A neutronok (az atommagban is megtalálható semleges részecskék) számának meghatározásához vonjuk le az elem relatív atomtömegét sorozatszám. Például a vas relatív atomtömege 56, rendszáma pedig 26. Ezért a vas esetében 56 – 26 = 30 proton.

Az elektronok az atommagtól különböző távolságokra helyezkednek el, és elektronszinteket alkotnak. Az elektronikus (vagy energia) szintek számának meghatározásához meg kell nézni annak az időszaknak a számát, amelyben az elem található. Például az alumínium a 3. periódusban van, ezért 3 szintje lesz.

A csoportszám alapján (de csak a fő alcsoportnál) meghatározhatja a legmagasabb vegyértéket. Például a fő alcsoport első csoportjába tartozó elemek (lítium, nátrium, kálium stb.) vegyértéke 1. Ennek megfelelően a második csoport elemeinek (berillium, magnézium, kalcium stb.) vegyértéke 1 lesz. 2.

A táblázatot az elemek tulajdonságainak elemzésére is használhatja. Balról jobbra a fémes tulajdonságok gyengülnek, a nem fémes tulajdonságok pedig növekednek. Ez jól látható a 2. periódus példáján: kezdődik alkálifém nátrium, majd az alkáliföldfém magnézium, utána az amfoter elem az alumínium, majd a nemfémek szilícium, foszfor, kén és a periódus vége gáznemű anyagok– klór és argon. A következő időszakban hasonló függőség figyelhető meg.

Felülről lefelé egy minta is megfigyelhető - a fémes tulajdonságok nőnek, és a nem fémes tulajdonságok gyengülnek. Vagyis például a cézium sokkal aktívabb, mint a nátrium.

Ne veszítsd el. Iratkozzon fel, és e-mailben megkapja a cikk linkjét.

Aki járt iskolába, emlékszik rá, hogy az egyik kötelező tantárgy a kémia volt. Lehet, hogy kedveled, vagy nem kedveled – ez nem számít. És valószínű, hogy sok tudás ebben a tudományágban már feledésbe merült, és nem használják fel az életben. Azonban valószínűleg mindenki emlékszik D. I. Mengyelejev kémiai elemek táblázatára. Sokak számára ez egy sokszínű táblázat maradt, ahol minden négyzetbe bizonyos betűket írnak, amelyek a kémiai elemek nevét jelzik. De itt nem a kémiáról mint olyanról fogunk beszélni, hanem százakat írunk le kémiai reakciókés folyamatokat, de elmondjuk, hogyan jelent meg először a periódusos rendszer - ez a történet minden ember számára érdekes lesz, sőt mindazok számára, akik érdekes és hasznos információkra éhesek.

Egy kis háttér

A kiváló ír kémikus, fizikus és teológus, Robert Boyle még 1668-ban kiadott egy könyvet, amelyben az alkímiáról szóló számos mítoszt megdöntött, és amelyben a felbonthatatlan kémiai elemek keresésének szükségességét tárgyalta. A tudós egy listát is adott róluk, amely mindössze 15 elemből állt, de elismerte, hogy több elem is lehet. Ez lett a kiindulópont nemcsak az új elemek felkutatásában, hanem rendszerezésében is.

Száz évvel később Antoine Lavoisier francia kémikus új listát állított össze, amely már 35 elemet tartalmazott. Közülük 23-ról később kiderült, hogy felbonthatatlanok. De a tudósok világszerte folytatták az új elemek keresését. ÉS főszerep Ebben a folyamatban szerepet játszott a híres orosz kémikus, Dmitrij Ivanovics Mengyelejev – ő volt az első, aki felvetette azt a hipotézist, hogy összefüggés lehet az elemek atomtömege és a rendszerben való elhelyezkedésük között.

A fáradságos munkának és a kémiai elemek összehasonlításának köszönhetően Mengyelejevnek sikerült felfedeznie az elemek közötti kapcsolatot, amelyben egyek lehetnek, és tulajdonságaik nem természetesek, hanem időszakosan ismétlődő jelenségek. Ennek eredményeként 1869 februárjában Mengyelejev megfogalmazta az első időszakos törvényt, és már márciusban a „Tulajdonságok kapcsolata az elemek atomtömegével” című jelentését N. A. Menshutkin kémiatörténész bemutatta az Orosz Kémiai Társaságnak. Aztán ugyanebben az évben Mengyelejev publikációja megjelent a „Zeitschrift fur Chemie” című folyóiratban Németországban, 1871-ben pedig egy másik német folyóirat, az „Annalen der Chemie” új, kiterjedt publikációt adott ki a tudós felfedezésének szentelve.

Periódusos rendszer létrehozása

1869-re a fő gondolatot már Mengyelejev formálta meg, méghozzá elég gyorsan. egy kis idő, de sokáig nem tudta olyan rendezett rendszerbe rendezni, amely egyértelműen megjeleníti, hogy mi az. Kollégájával, A. A. Inosztrancevvel folytatott egyik beszélgetésében még azt is elmondta, hogy már minden kidolgozott a fejében, de nem tudott mindent egy táblázatba foglalni. Ezt követően Mengyelejev életrajzírói szerint gondos munkát kezdett az asztalán, amely három napig tartott alvási szünetek nélkül. Mindenféle módon megpróbálkoztak az elemek táblázatba rendezésével, és a munkát az is nehezítette, hogy akkor még nem tudott minden kémiai elemről a tudomány. De ennek ellenére a táblázatot mégis elkészítették, az elemeket rendszerezték.

Mengyelejev álmának legendája

Sokan hallották a történetet, hogy D. I. Mengyelejev az asztaláról álmodott. Ezt a verziót a fent említett Mengyelejev munkatársa, A. A. Inosztrantsev aktívan terjesztette vicces történetként, amellyel szórakoztatta tanítványait. Azt mondta, hogy Dmitrij Ivanovics lefeküdt, és álmában tisztán látta az asztalát, amelyben az összes kémiai elem a megfelelő sorrendben volt elrendezve. Ezek után még viccelődtek is a diákok, hogy a 40°-os vodkát is így fedezték fel. De az alvással még mindig megvoltak a valódi előfeltételei a történetnek: amint már említettük, Mengyelejev alvás és pihenés nélkül dolgozott az asztalon, Inosztrantsev pedig egyszer fáradtnak és kimerültnek találta. Mengyelejev napközben úgy döntött, hogy tart egy kis pihenőt, majd egy idő után hirtelen felébredt, azonnal elővett egy papírt, és egy kész asztalt rajzolt rá. De a tudós maga cáfolta ezt az egész történetet az álommal, mondván: "Talán húsz éve gondolkodom rajta, és azt gondolod: ültem, és hirtelen... kész." Tehát az álom legendája nagyon vonzó lehet, de az asztal elkészítése csak kemény munkával volt lehetséges.

További munka

1869 és 1871 között Mengyelejev kidolgozta a periodicitás elképzeléseit, amelyek felé a tudományos közösség hajlott. Ennek a folyamatnak az egyik fontos állomása volt annak megértése, hogy a rendszer bármely elemének rendelkeznie kell, tulajdonságainak összessége alapján, összehasonlítva más elemek tulajdonságaival. Ennek alapján, valamint az üvegképző oxidok változásaival kapcsolatos kutatások eredményeire támaszkodva a vegyész korrekciót tudott végrehajtani egyes elemek, köztük az urán, az indium, a berillium és mások atomtömegének értékén.

Mengyelejev természetesen mielőbb meg akarta tölteni a táblázatban maradt üres cellákat, és 1870-ben azt jósolta, hogy hamarosan kinyitják a tudomány számára ismeretlen kémiai elemeket, atomtömegeket és -tulajdonságokat tudott kiszámítani. Ezek közül az első a gallium (1875-ben), a szkandium (1879-ben) és a germánium (1885-ben fedezték fel). Ezután a jóslatok továbbra is megvalósultak, és további nyolc új elemet fedeztek fel, köztük a polóniumot (1898), a réniumot (1925), a technéciumot (1937), a franciumot (1939) és az asztatint (1942-1943). Mellesleg 1900-ban D. I. Mengyelejev és William Ramsay skót kémikus arra a következtetésre jutott, hogy a táblázatnak a nulladik csoportba tartozó elemeket is tartalmaznia kell - 1962-ig inert gázoknak, utána pedig nemesgázoknak nevezték őket.

A periódusos rendszer felépítése

D. I. Mengyelejev táblázatában a kémiai elemek sorokba vannak rendezve, tömegük növekedésének megfelelően, és a sorok hosszát úgy választják meg, hogy a bennük lévő elemek hasonló tulajdonságokkal rendelkezzenek. Például az olyan nemesgázok, mint a radon, a xenon, a kripton, az argon, a neon és a hélium nehezen reagálnak más elemekkel, és alacsony a kémiai reakcióképességük is, ezért a jobb szélső oszlopban helyezkednek el. A bal oldali oszlopban lévő elemek (kálium, nátrium, lítium stb.) pedig jól reagálnak más elemekkel, és maguk a reakciók robbanásveszélyesek. Egyszerűen fogalmazva, az egyes oszlopokon belül az elemek hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek oszlopról a másikra változnak. A 92-es számig minden elem megtalálható a természetben, a 93-astól pedig mesterséges elemek kezdődnek, amelyek csak laboratóriumi körülmények között jöhetnek létre.

Eredeti változatában a periódusos rendszert csak a természetben létező rend visszatükröződéseként értelmezték, és nem volt magyarázat arra, hogy miért kell mindennek így lennie. És csak akkor, amikor megjelent kvantummechanika, világossá vált a táblázatban szereplő elemek sorrendjének valódi jelentése.

Az alkotói folyamat tanulságai

Arról szólva, hogy az alkotói folyamat milyen tanulságai vonhatók le a periódusos rendszer D. I. Mengyelejev-alkotásának teljes történetéből, példaként említhetjük a terület angol kutatójának gondolatait. kreatív gondolkodás Graham Wallace és a francia tudós, Henri Poincaré. Mutassuk meg őket röviden.

Poincaré (1908) és Graham Wallace (1926) tanulmányai szerint a kreatív gondolkodásnak négy fő szakasza van:

• Készítmény– a fő probléma megfogalmazásának szakasza és az első megoldási kísérletek;
• Inkubálás– egy szakasz, amely során átmenetileg elvonják a figyelmet a folyamatról, de a probléma megoldására irányuló munka tudatalatti szinten folyik;
• Betekintés– az a szakasz, ahol az intuitív megoldás található. Ráadásul ez a megoldás olyan helyzetben is megtalálható, amely teljesen független a problémától;
• Vizsgálat– egy megoldás tesztelésének és megvalósításának szakasza, ahol ezt a megoldást tesztelik és lehetséges továbbfejlesztését.

Amint látjuk, Mengyelejev táblázatának elkészítése során intuitív módon pontosan ezt a négy szakaszt követte. Hogy ez mennyire hatékony, azt az eredmények alapján lehet megítélni, pl. azáltal, hogy a táblázat létrejött. És tekintettel arra, hogy létrehozása óriási előrelépést jelentett nem csak kémiai tudomány, hanem az egész emberiség számára is alkalmazható a fenti négy szakasz mind a kis projektek megvalósítására, mind a globális tervek megvalósítására. A legfontosabb, hogy emlékezzünk arra, hogy egyetlen felfedezés, egyetlen probléma megoldása sem található önmagában, bármennyire is szeretnénk látni őket álomban, és bármennyit is alszunk. Ahhoz, hogy valami sikerüljön, mindegy, hogy a kémiai elemek táblázatát vagy egy új marketingterv kidolgozásáról van szó, bizonyos ismeretekkel és készségekkel kell rendelkeznie, valamint ügyesen ki kell használnia a benne rejlő lehetőségeket és keményen kell dolgoznia.

Sok sikert kívánunk törekvéseihez és tervei sikeres megvalósításához!