Открытие периодического закона Менделеева

В течение следующих двадцати пяти лет после событий, описанных в статье «Открытие химических элементов» было открыто еще одиннадцать элементов: хлор (CI), марганец (Мп), молибден (Мо), теллур (Те), вольфрам (W), цирконий (Zr), уран (U), титан (Ti), иттрий (Y), хром (Сг) и бериллий (Be).

В те же годы итальянский физик Александр Вольта создал первый электрический элемент.

В начале XIX века английский химик Гемфри Дэви, используя очень большую электрическую батарею, провел опыты с веществом, которое теперь известно как гидроокись калия. Это соединение было хорошо известно, но никто не знал, из чего оно состоит. Дэви открыл, что, расплавив это соединение и пропустив через него электрический ток, можно получить новый химический элемент.

В настоящее время, чтобы повторить этот опыт, мы просто должны расплавить гидроокись калия в металлическом тигле, подсоединив его к одному из полюсов источника тока. Если затем платиновую проволоку, соединенную с другим полюсом, опустить в расплавленное вещество, то вокруг конца проволоки образуется небольшое количество металлического калия.

Через несколько дней после открытия калия Дэви провел тот же эксперимент, используя вместо гидроокиси калия гидроокись натрия, и выделил натрий. Так Дэви стал первооткрывателем обоих этих металлических элементов — калия и натрия.

Между 1800 и 1869 гг. химия шагнула еще дальше, и число элементов, известных человеку, почти удвоилось. В это время ученые всех стран включились в погоню за новыми элементами.

Последовательно были открыты:

  • ванадий (V), два химических «родственника»—ниобий (Nb) и тантал (Та), церий (Се), палладий (Pd), родий (Rh), иридий (Ir), осмий (Os) и открытые в 1807 г.
  • калий (К) и натрий (Na); бор (В), четыре «родственника» — магний (Mg), кальций (Са), стронций (Sr) и барий (Ва) — все в 1808 г.;
  • йод (J), литий (Li), кадмий (Cd), селен (Se), кремний (Si), бром (Вг), алюминий (А1);
  • Редкоземельные элементы — торий (Th), лантан (La), эрбий (Ег) и тербий (ТЬ), а также элемент рутений (Ru);
  • цезий (Cs), таллий (Т1), рубидий (Rb), индий (In) и редкий газ гелий (Не), который впервые был обнаружен на Солнце.

Хотя в то время не существовало никакой более или менее правильной «таблицы элементов», мы хотели бы показать, как выглядела бы в 1869 г. современная периодическая таблица.

H He
Li Be В C N 0
No Mg Al Si P S Cl
К Ca Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As Se Br
Rb Sr Y Zr Nb Mo Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Те J
Cs Ba 1 Ta W Os Ir Pt Au Hg TI Pb Bi

До 1817 года, когда было известно уже около пятидесяти элементов, никто не пытался классифицировать или сгруппировать их в каком-либо порядке. Фактически было ясно лишь одно — что химические элементы  представляют собой нечто совершенно отличное от химических соединений.

Явно ощущалась необходимость создания какой-либо классификации известных элементов, и ученые вскоре начали предпринимать попытки разобраться в создавшейся ситуации. Многие из них бились над идеей, что различия элементов, возможно, находятся в какой-то связи с их атомными весами.

Первым, кому удалось установить многообещающую связь между несколькими элементами, был немецкий химик Иоганн Вольфганг Деберейнер. В 1829 г. он выдвинул свою идею, триад.

Он нашел, что если поместить элементы с одинаковыми свойствами, например литий, натрий и калий, один над другим, то атомный вес среднего элемента будет равен полусумме атомных весов верхнего и нижнего элементов. Кроме того, химические свойства среднего элемента являются средними между свойствами двух, крайних. Другими примерами таких триад были кальций — стронций — барий и хлор — бром — иод.

В последующие двадцать пять лет химики расширили систему триад Деберейнера и обнаружили группы, состоящие из четырех или пяти взаимно связанных элементов. Это были важные шаги на пути построения системы элементов.

В 1862 г. французский химик Шанкуртуа разместил химические элементы по спирали соответственно их атомным весам. Эта спираль соединяла вместе элементы с близкими химическими свойствами, и каждая пара сходных друг с другом элементов отличалась по атомным весам на 16 единиц (т. е. на атомный вес кислорода). Шанкуртуа предполагал, что свойства элементов относятся между собой так, как целые числа.

Двумя годами позже английский ученый Ньюлендс тюпытался расположить первые семь элементов: водород, литий, бериллий, бор, углерод, азот и кислород подобно музыкальным нотам. Каждый из этих семи элементов возглавлял группу элементов с одинаковыми свойствами. Ньюлендс назвал это расположение элементов, разделенных на семь групп, «законом октав».

История создания периодической таблицы Менделеева

Настоящая победа пришла в 1869 г., когда немецкий химик Лотар Мейер и великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев открыли принцип построения периодической системы, впоследствии названный также периодическим законом Менделеева.

Прежде всего они расположили все известные элементы по порядку возрастания их атомных весов.

Водород не очень хорошо укладывался в их систему, и они начали с лития и бериллия. Было обнаружено, что если скомплектовать один ряд и разместить под ним второй, то элементы с одинаковыми химическими свойствами оказываются лежащими один под другим, причем это справедливо для всей таблицы.

Li Be В C N O F
Na Mg Al Si Р S Cl

После того как была составлена таблица, выяснилось, что несколько групп элементов никак не укладываются в эти семь категорий. Их удалось включить в таблицу лишь позднее.

Д. И. Менделеев заметил, что при попытке составить вертикальные столбцы из элементов, обладающих одинаковыми свойствами, остается несколько пустых мест. Показанная ниже частная форма периодической таблицы отличается от более поздней, расширенной таблицы.

Li Be В C N O F
Na Mg Al Si P S Cl
К Ca Ti V Cr Mn Fe Co Ni
Си Zn As Se Br
Rb Sr Y Zr Nb Mo

Важнейшим вкладом Менделеева явилось то, что он обнаружил пробелы в периодической таблице и заявил, что эти пустые места должны быть заполнены пока еще не открытыми элементами. Менделеев пошел еще дальше. Он взял на себя смелость предсказать, как будут выглядеть эти, тогда еще не открытые элементы, каковы будут их атомные веса и химические свойства.

Так как он считал, что три не обнаруженных пока элемента должны быть похожи на бор, алюминий и кремний, то он предположительно назвал их соответственно эка-бором, эка-алюминием и эка-кремнием. В частности, эка-кремний, как утверждал Менделеев, должен быть твердым веществом грязно-серого цвета с атомным весом 72 и плотностью 5,5; эка-кремний должен образовывать жидкий хлорид.

Перечисленные элементы никогда раньше никто не предсказывал. И если хотя бы один из этих трех элементов был бы открыт, это навсегда доказало бы значение и мощь системы химических элементов Менделеева.

В оставшиеся три десятилетия XIX столетия в основу расположения элементов клались их относительные веса. Как оказалось впоследствии, более правильно размещать элементы не по атомным весам, а в соответствии с их атомными номерами. Атомный номер элемента представляет собой число положительных электрических зарядов его атомного ядра. Как правило, элементы с большим зарядом имеют и больший атомный вес. Но это не всегда так: например, в случае кобальта и никеля имеет место как раз обратное.

Тот факт, что положительный заряд атома сосредоточен в плотном, чрезвычайно маленьком ядре, был открыт в 1911 г. английским физиком лордом Эрнестом Резерфордом.

В течение двух последующих лет датский физик Нильс Бор детально разработал теорию строения атома и описал орбиты различных групп электронов, вращающихся вокруг ядра.

В 1913 и 1914 гг. английский ученый Генри Мозели дал окончательное определение атомного номера как положительного заряда ядра. С этих новых позиций удалось пересмотреть всю периодическую систему и объяснить некоторые факты, казавшиеся ранее противоречивыми.

Однако задолго до этого, когда Менделеев еще разрабатывал свою периодическую таблицу, возникла возможность открывать новые элементы с помощью созданного в это время чудесного прибора, называемого спектроскопом, для понимания принципа работы этого замечательного прибора мы советуем прочитать эту статью «История и устройство спектроскопа«.

Подтверждение периодического закона Менделеева

А теперь мы можем теперь вернуться к знаменитому предсказанию Менделеева о том, что должны быть открыты три новых элемента, которым предстоит заполнить три пустых места в его периодической таблице.

Спустя несколько лет после этого предсказания, в 1875 г., французский химик Лекок де Буабодран работал с цинковыми рудами. Он был хорошо знаком с «пророчеством» Менделеева и знал, какого рода новый элемент следовало искать. С помощью спектроскопа де Буабодран обнаружил в образце цинковой обманки предсказанный Менделеевым эка-алюминий. В честь своей родины Франции он назвал этот элемент галлием (Галлия — старое романское название Франции).

В современной периодической таблице галлий непосредственно следует за цинком . Тот факт, что он был обнаружен в цинковой руде, говорит о том, что одинаковые химические свойства иногда обнаруживаются у двух соседних элементов одного горизонтального ряда; обычно же и более естественно такое сходство проявляется у элементов, принадлежащих одной и той же вертикальной колонке периодической таблицы.

Галлий — твердое вещество, однако он имеет температуру плавления лишь немного выше комнатной температуры. Если вы подержите его в руке несколько минут, он начнет плавиться.

Эка-бор был открыт в 1879 г. шведским ученым Ларсом Нильсоном, который назвал его скандием — в честь Скандинавии.

Немецкий химик Клеменс Александр Винклер открыл в 1886 г. предсказанный Менделеевым эка-кремний и назвал его германием — в честь Германии.

Все три элемента поражали удивительным соответствием между предсказанными и фактическими свойствами. Это подтверждало гениальность Менделеева и укрепляло авторитет его периодической системы элементов. Менделеев получил огромное удовлетворение, увидев эти три элемента открытыми еще при его жизни.

А спустя полстолетия после его смерти в Радиационной лаборатории Калифорнийского университета (США) был получен элемент с атомным номером 101 и назван Менделевием в честь великого русского химика.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.