Значение периодического закона

                                Колыванский сельскохозяйственный техникум

                                              Агрономический факультет 

                                                        Кафедра химии  
 
 
 
 
 
 

                                                         Реферат:

      Значение периодического закона    Д.И.Менделеев. 
 

                                                           Выполнила: студентка I курса

                                                               А-11   группы  Калинкина В.В.

                                                        Проверил: преподаватель  

                                                                    Могилина В.А. 
 
 
 
 
 
 

                                                     Колывань  2010

                                 Содержание

         Введение……………………………………………………………………….3

         Краткая биография и деятельность Д.И. Менделеева ……………………...4

         История открытия Периодического закона………………………………….5

         Значение Периодического закона для химии и естествознания……………6

         Заключение…………………………………………………………………….9

         Список использованной литературы………………………………………..10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                 Введение                               

                                                                                            Сами трудясь, вы сделаете все  
                                                                                            и для близких, и для себя,  
                                                                                           а если при труде успеха не будет,  
                                                                                           будет неудача – не беда, пробуйте еще. 
                                                                                                                              Д.И.Менделеев 
 
 
 

  Цель: узнать  о значении периодического закона.

  Задачи: 1) изучить историю периодического закона; 2) узнать о роли периодического закона в химии и естествознании; 3) сделать выводы.

  Актуальность  темы: эта тема очень интересна и привлекательна так как открытие в 1869 г. Периодического закона стало не только одним из крупнейших событий в истории химии XIX столетия, но и в известном смысле одним из самых выдающихся достижений человеческой мысли минувшего тысячелетия.

  Периодический закон и Периодическая система  химических элементов до сих пор  все еще остаются загадкой. До сих  пор не удается понять глубокие физические причины периодичности, в частности, причины периодической повторяемости  сходных электронных конфигураций атомов, хотя ясно, что феномен этот связан с непространственной динамической симметрией атомных систем.

  Наконец, остается во многих отношениях загадочной сама история открытия Периодического закона и создания Периодической  системы, хотя ей была посвящена обширная литература. Разными исследователями  предлагались различные версии истории  открытия Периодического закона. 
 

       Краткая биография и деятельность Д.И. Менделеева

   Менделеев Дмитрий Иванович (1834-1907) - выдающийся русский химик, автор  Периодического закона родился в  г. Тобольске, там же он закончил гимназию, а в 1850 г. был принят в Петербургский  главный педагогический институт на физико-математический факультет. После  защиты диссертации Менделеев  в 1857 г. был назначен приват-доцентом. В 1859 г. он уехал заграничную командировку в Германию на два года, где работал  в Гейдельберге у Бунзена, принял участие в работе Международного химического конгресса в Карлсруэ. После возвращения в Петербург  Менделеев вел большую научную  и преподавательскую деятельность, в 1865 г. защитил докторскую диссертацию, в которой была изложена его  гидратная теория растворов и выдвинута идея о возможности существования в растворах соединений  переменного состава.

  В 1867 г. Менделеев был назначен профессором  химии Петербургского университета. Заняв кафедру химии столичного университета, он стал главой университетских  химиков в России и инициатором  создания Русского химического общества (1868 г.). В 1868 г. Менделеев начал работать над учебником "Основы химии". Он писал, что его цель - "познакомить  учащихся с основными данными  и выводами химии в общедоступном  научном изложении, указать на значение этих выводов для понимания как  природы вещества и явлений вокруг нас совершающихся, так и тех  применений, которые получила химия  в сельском хозяйстве, технике". В  процессе работы над второй частью учебника в феврале 1869 г. Менделеев  сформулировал Периодический закон  и предложил наиболее совершенную  форму его воплощения в виде таблицы, которую он назвал "Опыт системы  элементов, основанной на их атомном  весе и химическом сходстве". В  течение двух лет Менделеев работал  над развитием и углублением  открытого закона и готовил обобщающую статью "Естественная система элементов  и применение ее к указанию свойств  неоткрытых элементов". Менделеев предсказал существование:

1. экаалюминия (был открыт в 1875 г. французом Лекоком де Буабодраном и назван галлием),
2. экабора (был открыт в 1879 г. шведом Л.Ф.Нильсоном и назван скандием)
3. экасилиция (был открыт в 1886 г. немцем К.А.Винклером и назван германием).

К середине 80-х годов XIX в. Периодический закон  был признан всеми учеными  и вошел в арсенал науки  как один из важнейших законов природы. 
Изучая газы, Менделеев (в 1874 г.) уточнил уравнение состояния для идеальных газов (уравнение Клапейрона-Менделеева).

  В 1877 г. Менделеев высказал гипотезу о  происхождении нефти из карбидов тяжелых металлов и предложил  принцип дробной перегонки при  переработке нефти, в 1888 г. - выдвинул идею о подземной  газификации углей, в 1891 г. - разработал технологию изготовления нового типа бездымного пороха.

                 История открытия Периодического закона

  Первый  вариант Периодической таблицы  элементов был опубликован Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году - задолго до того, как было изучено  строение атома. В это время Менделеев  преподавал химию в Петербургском  университете. Готовясь к лекциям, собирая  материал для своего учебника "Основы химии", Д. И. Менделеев раздумывал над тем, как систематизировать  материал таким образом, чтобы сведения о химических свойствах элементов  не выглядели набором разрозненных фактов.

  Ориентиром  в этой работе Д. И. Менделееву послужили  атомные массы (атомные веса) элементов. После Всемирного конгресса химиков в 1860 году, в работе которого участвовал и Д. И. Менделеев, проблема правильного определения атомных весов была постоянно в центре внимания многих ведущих химиков мира, в том числе и Д. И. Менделеева.

  Располагая  элементы в порядке возрастания  их атомных весов, Д. И. Менделеев  обнаружил фундаментальный закон  природы, который теперь известен как  Периодический закон:

Свойства  элементов периодически изменяются в соответствии с их атомным весом.

  Приведенная формулировка нисколько не противоречит современной, в которой понятие "атомный  вес" заменено понятием "заряд  ядра". Сегодня мы знаем, что атомная  масса сосредоточена в основном в ядре атома. Ядро состоит из протонов и нейтронов. С увеличением числа  протонов, определяющих заряд ядра, растет и число нейтронов в  ядрах, а значит и масса атомов элементов.

  До  Менделеева было предпринято несколько  попыток систематизировать элементы по разным признакам. В основном объединялись сходные по своим химическим свойствам элементы. Например: Li, Na, K. Или: Cl, Br, I. Эти и некоторые другие элементы объединялись в так называемые "триады". Таблица из пяти таких "триад" была опубликована Доберейнером еще в 1829 году, но она включала лишь небольшую часть из известных к тому времени элементов.

В 1864 году англичанин Дж. Ньюлендс заметил, что если располагать элементы в  порядке возрастания их атомного веса, то примерно каждый восьмой элемент  является своего рода повторением первого - подобно тому, как нота "до" (как и любая другая нота) повторяется  в музыкальных октавах через  каждые 7 нот (закон октав). Ниже показан  вариант таблицы Ньюлендса стр.11 , относящийся к 1865 году. Элементы, имеющие одинаковый атомный вес (по данным того времени) помещались под одним номером. Можно видеть, с какими трудностями столкнулся Ньюлендс - наметившиеся закономерности быстро разрушались, поскольку в его системе не была учтена возможность существования еще не открытых элементов.

Доклад  Ньюлендса «Закон октав и причины  химических соотношений среди атомных  весов» обсуждался на заседании Лондонского  химического общества 1 марта 1866 года, а краткий отчет о нем публиковался в журнале «Сhemical News». Ньюлендс был  близок к открытию Периодического закона, однако сама идея последовательной нумерации  только известных к тому времени  элементов не просто "ломала" плавное  изменение их химических свойств - эта  идея исключала возможность существования  еще не открытых элементов, для которых  в системе Ньюлендса просто не было места.  

Значение  Периодического закона для химии и  естествознания

  Принципиальная  новизна Периодического закона, открытого  и сформулированного Д. И. Менделеевым  спустя ровно три года, заключалась  в следующем:

1. Устанавливалась  связь между НЕСХОДНЫМИ  по своим свойствам  элементами. Эта связь  заключается в  том, что свойства  элементов плавно  и примерно одинаково  изменяются с возрастанием  их атомного веса, а затем эти  изменения ПЕРИОДИЧЕСКИ  ПОВТОРЯЮТСЯ.

2. В тех случаях,  когда создавалось  впечатление, что  в последовательности  изменения свойств  элементов не хватает  какого-нибудь звена,  в Периодической  таблице предусматривались  ПРОБЕЛЫ, которые  надо было заполнить  еще не открытыми  элементами. Мало  того, Периодический  закон позволял  ПРЕДСКАЗЫВАТЬ свойства  этих элементов.

  Первый  вариант Периодической таблицы, опубликованный Менделеевым в 1869 году, выглядит непривычно для современного читателя (рис. 2 стр. 11). Пока не проставлены атомные номера, будущие группы элементов расположены горизонтально (а будущие периоды - вертикально), еще не открыты инертные газы, встречаются незнакомые символы элементов, многие атомные массы заметно отличаются от современных. Однако нам важно видеть, что уже в первый вариант Периодической таблицы Д. И. Менделеев включал больше элементов, чем их было открыто на тот момент! Он оставил свободными 4 клеточки своей таблицы для еще неизвестных элементов и даже смог правильно оценить их атомный вес. Атомные единицы массы (а.е.м.) тогда еще не были приняты и атомные веса элементов измеряли в "паях", близких по значению к массе атома водорода.

  Предсказанные Д. И. Менделеевым и действительно  открытые впоследствии элементы.

  Во  всех предыдущих попытках определить взаимосвязь между элементами другие исследователи стремились создать  законченную картину, в которой не было места еще не открытым элементам. Наоборот, Д. И. Менделеев считал важнейшей частью своей Периодической таблицы те ее клеточки, которые оставались пока пустыми (знаки вопроса на рис. 2 стр.11.). Это давало возможность предсказать существование еще неизвестных элементов.

  Достойно  восхищения, что свое открытие Д. И. Менделеев сделал в то время, когда  атомные веса многих элементов были определены весьма приблизительно, а  самих элементов было известно всего 63 - то есть чуть больше половины известных  нам сегодня.

  Глубокое  знание химических свойств различных  элементов позволило Менделееву не только указать на еще не открытые элементы, но и предсказать их свойства! Посмотрите, как точно предсказал Д. И. Менделеев свойства элемента, названного им "эка-силицием" (на рис. 2 стр. 11 это элемент германий). Спустя 16 лет предсказание Д. И. Менделеева блестяще подтвердилось.

  Таблица 2 стр. 11 . Сопоставление свойств, предсказанных Д. И. Менделеевым для еще не открытого элемента "эка-силиция" со свойствами элемента германия (Ge). В современной Периодической таблице германий занимает место "эка-силиция".

  Точно так же при жизни Д. И. Менделеева блестяще подтвердились свойства "эка-алюминия" (элемент галлий Ga) и "эка-бора" (элемент скандий Sc).

  После этого ученым всего мира стало  ясно, что Периодическая таблица  Д. И. Менделеева не просто систематизирует  элементы, а является графическим выражением фундаментального закона природы - Периодического закона.

  Этот  закон обладает предсказательной силой. Он позволил вести целенаправленный поиск новых, еще не открытых элементов. Атомные веса многих элементов, определенные до этого недостаточно точно, подверглись  проверке и уточнению именно потому, что их ошибочные значения вступали в противоречие с Периодическим  законом.

  Впрочем, даже после огромной и тщательной работы химиков по исправлению атомных  весов, в четырех местах Периодической  таблицы элементы "нарушают" строгий  порядок расположения по возрастанию  атомной массы. Это пары элементов:

₁₈Ar(39,948) – ₁₉K (39,098);

₂₇Co(58,933) – ₂₈Ni(58,69);

₅₂Te(127,60) – ₅₃I(126,904);

₉₀Th(232,038) – ₉₁Pa(231,0359).

  Во  времена Д. И. Менделеева подобные отступления  считались недостатками Периодической  системы. Теория строения атома расставила все на свои места: элементы расположены  совершенно правильно - в соответствии с зарядами их ядер. Как же тогда  объяснить, что атомный вес аргона больше атомного веса калия?

Атомный вес любого элемента равен  среднему атомному весу всех его изотопов с учетом их распространенности в природе. Случайно атомный вес аргона определяется наиболее "тяжелым" изотопом (он встречается в природе в большем количестве). У калия, наоборот, преобладает более "легкий" его изотоп (то есть изотоп с меньшим массовым числом).

  Экспериментальное определение зарядов ядер элементов, проведенное Г. Мозли в 1914 году, подтвердило  правоту Д. И. Менделеева, который  отдал предпочтение химическим свойствам, а не атомным весам элементов  при определении их окончательного места в Периодической таблице.

  С момента появления Периодического закона химия перестала быть описательной наукой. Как образно заметил известный  русский химик Н. Д. Зелинский, Периодический  закон явился "открытием взаимной связи всех атомов в мироздании".

  Дальнейшие  открытия в химии и физике многократно  подтвердили фундаментальный смысл  Периодического закона. Были открыты  инертные газы, которые великолепно  вписались в Периодическую систему - особенно наглядно это показывает длинная форма таблицы. Порядковый номер элемента оказался равным заряду ядра атома этого элемента. Многие неизвестные ранее элементы были открыты благодаря целенаправленному  поиску именно тех свойств, которые  предсказывались по Периодической  таблице. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                        Заключение

  Одним из самых выдающихся достижений науки считается создание периодической системы элементов. Но и сегодня ученые не перестают удивляться, как Менделеев мог ее создать, имея столь скудные исходные данные.

  Что мы вообще знаем о знаменитом периодическом  законе элементов и периодической  системе в частности? Беглый опрос  ближайших знакомых дал однозначную  картину: почти никто не мог толком сказать, в чем же там суть дела. Зато все без исключения уверены: закон явился Дмитрию Ивановичу во сне.

  Был ли тот "вещий сон"? Мнения биографов  на сей счет расходятся. Они напоминают: Менделеев был человеком веселым, неожиданным, склонным к шуткам и  розыгрышам. Особенно от него доставалось  неумеренным в своих восторгах  поклонникам и, конечно, вездесущим журналистам. Одному, особо надоедавшему вопросом: "Как вам пришла в  голову эта идея?", он ответил: "Уж точно не так, как вам, батенька! Сидите себе, сидите, и вдруг пятак за строчку. А я, может, над ней двадцать лет думал".

  А если серьезно, то в 1869 году ни один человек  в мире не думал о классификации  химических элементов больше, чем  Менделеев, и не знал о них больше, чем он. Подозрение, что между  известными к тому времени 64 элементами есть какая-то связь, у него зародилось еще в студенческие годы. Наверное, не одну тысячу раз он раскладывал  химический "пасьянс": визитные карточки, на одной стороне которых написал  название элемента, на другой - атомный  вес и важнейшие свойства. Перетасовывая  карточки, перекладывая с места на места, из ряда в ряд, пересмотрел  множество комбинаций. Порой казалось, что вот она, закономерность, найдена, но потом следовало разочарование.

  В начале 1869 года у Дмитрия Ивановича  вдруг появилось странное предчувствие: решение где-то рядом. Очевидцы рассказывают, что он стал крайне возбужден: спал урывками, стараясь отыскать магический закон, который бы навел порядок  в хаосе химических элементов. И  вот 1 марта исторический момент: на первом попавшемся листке бумаги ученый написал периодическую таблицу.

  То, что произошло, никакому логическому  объяснению не поддается. Кажется невероятным, как на материале, которым располагала  тогда наука, можно было создать  знаменитую таблицу. Ведь многие элементы еще не были открыты, а у известных  атомные веса определены неточно, их свойства не выявлены… Новым его триумфом стало открытие еще двух предсказанных им элементов: в 1879 году - скандия, а в 1886 году - германия. Так химия обрела порядок, а Дмитрий Иванович навсегда вписал свое имя в историю. Нет, он не удостоился Нобелевской премии, его забаллотировали на выборах в Российскую академию наук, хотя он уже был членом многих иностранных академий и обществ.

                         Список использованной литературы

1. http://www.alhimik.ru
2. Агафошин Н. П. Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева. — М.: Просвещение, 1973. — 208 с.
3. Евдокимов Ю., кандидат химич. наук. К истории периодического закона. Наука и жизнь, № 5 (2009), С. 12-15.
4. Макареня А. А., Рысев Ю. В. Д. И. Менделеев. — М.: Просвещение, 1983. — 128 с.
5. Макареня А. А., Трифонов Д. Н. Периодический закон Д. И. Менделеева. — М.: Просвещение, 1969. — 160 с.

Рис. 1. Вариант таблицы Ньюлендса 
 

Рис. 2. Первый вариант Периодической таблицы, опубликованный в 1869 году.