Менделеев и учения о растворах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина

Факультет управления и социально-технических сервисов

Кафедра профессионального образования и управления образовательными системами

Реферат

По дисциплине: «Химия»

Тема: «Менделеев и учения о растворах»

Выполнила:

Студентка 1 курса, гр. ППД-14-2

Кочеткова Юлия

Проверила:

Доц. Новик Ирина Рафаиловна

Н. Новгород 2014

Содержание

Введение

1. Биография Дмитрия Ивановича Менделеева

2. Научная деятельность

3. Периодический закон

4. Учения о растворах

Заключение

Источники

Введение

Возникновение и существование раствора невозможно без взаимодействия между всеми частицами, как его образующими, так и являющимися результатом сопровождающих растворение химических процессов. При этом Менделеев вкладывает в понятия "сродство" и "химическое взаимодействие" предельно широкое содержание, вполне оправданное современными нам представлениями.

Говоря: "... в растворах действующая сила, связь производящая, бывает различного напряжения"; указывая, что "определенные химические соединения составляют только частный случай неопределенных химических соединений"; неоднократно подчеркивая, что определенные химические соединения в растворах только более прочны, чем все прочие, и "только в этой различной степени прочности и должно видеть различия между растворами в собственном смысле и другими видами химических соединений", - он как бы предугадывает те многообразные типы взаимодействия, какие нам известны сейчас - от прочных ковалентных связей, через различные формы поляризационных взаимовлияний до сравнительно малых дисперсионных сил, делающих возможным образование многокомпонентных растворов неполярных веществ, например жидких инертных газов, углеводородов и др. С современной точки зрения и процесс, например, конденсации любого чистого газа, состоящего из однородных частиц, можно рассматривать как "химическую реакцию" образования жидкого "раствора" под влиянием сил взаимодействия между этими частицами.

Нам кажется, что такой подход отвечает духу учения Менделеева. В понятие "раствор" он вкладывает очень широкое содержание, охватывая им также и жидкие металлические сплавы, стекла и т. д.

В полном соответствии с современными нам взглядами Менделеев допускает возможность всех видов химического взаимодействия при растворении, в том числе образование более или менее устойчивых соединений, реакций замещения или двойного разложения, реакций разложения под влиянием растворителя и др.

1. Биография Дмитрия Ивановича Менделеева

Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в Тобольске в семье Ивана Павловича Менделеева (1783--1847), в то время занимавшего должность директора Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. Дмитрий был в семье последним, семнадцатым ребёнком. Из семнадцати детей восемь умерли ещё в младенчестве (троим из них родители даже не успели дать имён), а одна из дочерей, Маша, умерла в возрасте 14 лет в середине 1820-х годов в Саратове от чахотки. История сохранила документ о рождении Дмитрия Менделеева -- метрическую книгу духовной консистории за 1834 год, где на пожелтевшей странице в графе о родившихся по тобольской Богоявленской церкви записано: «27 января Тобольской гимназии директора -- надворного советника Ивана Павловича Менделеева от законной его жены Марии Дмитриевны родился сын Дмитрий». Дед его по отцовской линии, Павел Максимович Соколов (1751--1808), был священником села Тихомандрицы Вышневолоцкого уезда Тверской губернии, находившегося в двух километрах от северной оконечности озера Удомля. Только один из четырёх его сыновей, Тимофей, сохранил фамилию отца. Как было принято в то время в среде духовенства, по окончании семинарии трём сыновьям П. М. Соколова были даны разные фамилии: Александру -- Тихомандрицкий (по названию села), Василию -- Покровский (по приходу, в котором служил Павел Максимович), а Иван, отец Дмитрия Ивановича, в виде прозвания получил фамилию соседних помещиков Менделеевых (сам Дмитрий Иванович так толковал её происхождение: «…дана отцу, когда он что-то выменял, как соседний помещик Менделеев менял лошадей»).

Окончив в 1804 году духовное училище, отец Дмитрия Ивановича Иван Павлович Менделеев поступил на филологическое отделение Главного педагогического института. Окончив его в числе лучших студентов в 1807 году, Иван Павлович был определён «учителем философии, изящных искусств и политической экономии» в Тобольск, где в 1809 году женился на Марии Дмитриевне Корнильевой. В декабре1818 года он был назначен директором училищ Тамбовской губернии. С лета1823-го по ноябрь 1827-го года семья Менделеевых жила в Саратове, а в дальнейшем -- возвратилась в Тобольск, где Иван Павлович получил место директора Тобольской классической гимназии. Его незаурядные свойства ума, высокая культура и творческое начало определяли педагогические принципы, которыми он руководствовался в преподавании своих предметов. В год рождения Дмитрия Иван Павлович ослеп, что вынудило его выйти на пенсию. Для удаления катаракты он в сопровождении дочери Екатерины отправился в Москву, где в результате удачной операции доктора Брассе ему было возвращено зрение. Но вернуться к прежней работе он уже не мог, и семья жила на его небольшую пенсию

Мать Д. И. Менделеева происходила из старинного рода сибирских купцов и промышленников. Эта умная и энергичная женщина сыграла особую роль в жизни семьи. Не имея никакого образования, она прошла самостоятельно курс гимназии со своими братьями. Вследствие сложившегося из-за болезни Ивана Павловича стеснённого материального положения Менделеевы переехали в село Аремзянское, где находилась небольшая стекольная фабрика брата Марии Дмитриевны Василия Дмитриевича Корнильева, жившего в Москве. М. Д. Менделеева получила право на управление фабрикой и после кончины И. П. Менделеева в 1847 году большая семья жила на средства, получаемые от неё. Дмитрий Иванович вспоминал: «Там, на стекольном заводе, управляемом моей матушкой, получились первые мои впечатления от природы, от людей, от промышленных дел». Заметив особые способности младшего сына, она сумела найти в себе силы навсегда покинуть родную Сибирь, выехав из Тобольска, чтобы дать Дмитрию возможность получить высшее образование. В год окончания сыном гимназии Мария Дмитриевна ликвидировала все дела в Сибири и с Дмитрием и младшей дочерью Елизаветой выехала в Москву, чтобы определить юношу в университет. Детство Д. И. Менделеева совпало со временем пребывания в Сибири ссыльных декабристов. А. М. Муравьёв, П. Н. Свистунов, М. А. Фонвизин жили в Тобольской губернии. Сестра Дмитрия Ивановича, Ольга, стала женой бывшего члена Южного общества Н. В. Басаргина, и они долгое время жили в Ялуторовске рядом с И. И. Пущиным, вместе с которым они оказывали семье Менделеевых помощь, ставшую насущной после смерти Ивана Павловича.

Также большое влияние на мировоззрение будущего учёного оказал его дядюшка В. Д. Корнильев, у него неоднократно и подолгу во время своего пребывания в Москве жили Менделеевы. Василий Дмитриевич был управляющим у князей Трубецких, что жили на Покровке, как и В. Д. Корнильев; и его дом часто посещали многие представители культурной среды, в числе которых на литературных вечерах или вовсе без всякого повода, запросто бывали литераторы: Ф. Н. Глинка, С. П. Шевырёв, И. И. Дмитриев, М. П. Погодин, Е. А. Баратынский, Н. В. Гоголь, гостем случался и Сергей Львович Пушкин, отец поэта; художники П. А. Федотов, Н. А. Рамазанов; ученые: Н. Ф. Павлов, И. М. Снегирёв, П. Н. Кудрявцев. В 1826 г. Корнильев и его жена, дочь командора Биллингса, принимали у себя на Покровке Александра Пушкина, вернувшегося в Москву из ссылки.

Сохранились сведения, говорящие о том, что Д. И. Менделеев однажды видел в доме Корнильевых Н. В. Гоголя.

При всём том, Дмитрий Иванович оставался таким же мальчишкой, как и большинство его сверстников. Сын Дмитрия Ивановича Иван Менделеев вспоминает, что однажды, когда отец был не здоров, он сказал ему: «Ломит всё тело так, как после нашей школьной драки на Тобольском мосту».

Следует отметить, что среди учителей гимназии выделялся преподававший русскую литературу и словесность сибиряк, известный впоследствии русский поэт Пётр Павлович Ершов, с 1844 года -- инспектор Тобольской гимназии, как некогда и его учитель Иван Павлович Менделеев. Позже автору «Конька-горбунка» и Дмитрию Ивановичу суждено было стать в некоторой степени родственниками.

Дмитрий Иванович был женат дважды. В 1862 году сочетался браком с Феозвой Никитичной Лещевой, уроженкой Тобольска (падчерицей знаменитого автора «Конька-Горбунка» Петра Павловича Ершова). Супруга (Физа, наречённое имя) была старше его на 6 лет. В этом браке родились три ребёнка: дочь Мария (1863) -- она умерла в младенчестве, сын Володя (1865--1898) и дочь Ольга (1868--1950). В конце 1878 г. 43-летний Дмитрий Менделеев страстно влюбился в 18-летнюю Анну Ивановну Попову (1860--1942), дочь донского казака из Урюпинска. Во втором браке у Д. И. Менделеева родилось четверо детей: Любовь, Иван (1883--1936) и близнецы Мария и Василий. В начале 21 в. из потомков Менделеева жив лишь Александр, внук его дочери Марии.

Д. И. Менделеев был тестем русского поэта Александра Блока, женатого на его дочери Любови.

Д. И. Менделеев доводился дядей русским учёным Михаилу Яковлевичу (профессор-гигиенист) и Фёдору Яковлевичу (профессор-физик) Капустиным, которые были сыновьями его старшей сестры Екатерины Ивановны Менделеевой (Капустиной).

О японской внучке Дмитрия Ивановича -- в статье, посвящённой творчеству Б. Н. Ржонсницкого.

2. Научная деятельность

«Он один из самых гениальных химиков XIX века; провёл многочисленные определения физических констант соединений (удельные объёмы, расширение и т. д.), изучал Донецкие месторождения каменного угля, разработал гидратную теорию растворов. Написал «Основы химии» (1868--1871) -- труд, многочисленные издания которого оказали влияние на химиков-неоргаников». -- М. Джуа

Д. И. Менделеев -- автор фундаментальных исследований по химии, физике, метрологии, метеорологии, экономике, основополагающих трудов по воздухоплаванию, сельскому хозяйству, химической технологии, народному просвещению и других работ, тесно связанных с потребностями развития производительных сил России.

Д. И. Менделеев исследовал (в 1854--1856 годах) явления изоморфизма, раскрывающие отношения между кристаллической формой и химическим составом соединений, а также зависимость свойств элементов от величины их атомных объёмов.

Открыл в 1860 году «температуру абсолютного кипения жидкостей», или критическую температуру.

16 декабря 1860 года он пишет из Гейдельберга попечителю Санкт-Петербургского учебного округа И. Д. Делянову: «…главный предмет моих занятий есть физическая химия».

Д. И. Менделеев является автором первого русского учебника «Органическая химия» (1861 год).

Сконструировал в 1859 году пикнометр -- прибор для определения плотности жидкости. Создал в 1865--1887 годах гидратную теорию растворов. Развил идеи о существовании соединений переменного состава.

Исследуя газы, Менделеев нашёл в 1874 году общее уравнение состояния идеального газа, включающее как частность зависимость состояния газа от температуры, обнаруженную в 1834 году физиком Б. П. Э. Клапейроном (уравнение Клапейрона -- Менделеева).

В 1877 году Менделеев выдвинул гипотезу происхождения нефти из карбидов тяжёлых металлов, которая, правда, на сегодня большинством учёных не принимается; предложил принцип дробной перегонки при переработке нефти.

Выдвинул в 1880 году идею подземной газификации углей. Занимался вопросами химизации сельского хозяйства, пропагандировал использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель. Совместно с И. М. Чельцовым принимал в 1890--1892 годах участие в разработке бездымного пороха. Является автором ряда работ по метрологии. Создал точную теорию весов, разработал наилучшие конструкции коромысла и арретира, предложил точнейшие приёмы взвешивания.

В своё время интересы Д. И. Менделеева были близки к минералогии, его коллекция минералов бережно хранится и сейчас в Музее кафедры минералогии Санкт-Петербургского университета, а друза горного хрусталя с его стола является одним из лучших экспонатов в витрине кварца. Рисунок этой друзы он поместил в первое издание «Общей химии» (1903 год). Студенческая работа Д. И. Менделеева была посвящена изоморфизму в минералах.

3. Периодический закон

Закончив 17 февраля (1 марта) 1869 года работу над «Опытом системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», Д. И. Менделеев открыл один из фундаментальных законов природы -- периодический закон химических элементов.

6 марта (18 марта) 1869 года знаменитый доклад Д. И. Менделеева «Соотношение свойств с атомным весом элементов» был прочтён Н. А. Меншуткиным на заседании Русского химического общества и вскоре опубликован в «Журнале Русского химического общества». В том же году это сообщение на немецком языке появилось в журнале «Zeitschrift fьr Chemie», а в 1871 году в журнале «Annalen der Chemie» была осуществлена развёрнутая публикация Д. И. Менделеева, посвящённая его открытию -- «Die periodische Gesetzmдssigkeit der Elemente» (Периодическая закономерность химических элементов).

Отдельные учёные в ряде стран, особенно в Германии, соавтором открытия считают Лотара Мейера. Существенное различие этих систем заключается в том, что таблица Л. Мейера -- это один из вариантов классификации известных к тому времени химических элементов; выявленная Д. И. Менделеевым периодичность -- это система, которая дала понимание закономерности, позволившей определить место в ней элементов, неизвестных в то время, предсказать не только существование, но и дать их характеристики. электролит менделеев химия

Не давая представления о строении атома, периодический закон, тем не менее, вплотную подводит к этой проблеме, и решение её было найдено несомненно благодаря ему -- именно этой системой руководствовались исследователи, указывая факторы, выявленные им с интересовавшими их другими физическими характеристиками. В 1984 году академик В. И. Спицын пишет: «…Первые представления о строении атомов и природе химической валентности, разработанные в начале нашего столетия, основывались на закономерностях свойств элементов, установленных с помощью периодического закона»

Немецкий учёный, главный редактор фундаментального пособия «Анорганикум» -- объединённого курса неорганической, физической и аналитической химии, выдержавшего более десяти изданий, академик Л. Кольдиц так истолковывает особенности открытия Д. И. Менделеева, сопоставляя в высшей степени убедительные результаты его труда с работами других исследователей, искавших подобные закономерности:

Никто из учёных, занимавшихся до Менделеева или одновременно с ним исследованиями соотношений между атомными весами и свойствами элементов, не смог сформулировать эту закономерность так ясно, как это сделал он. В частности, это относится к Дж. Ньюлендсу и Л. Мейеру. Предсказание ещё неизвестных элементов, их свойств и свойств их соединений является исключительно заслугой Д. И. Менделеева. Наилучшим образом он смог применить свой метод горизонтальной, вертикальной и диагональной интерполяции в открытой им периодической системе для предсказания свойств…Развивая в 1869--1871 годах идеи периодичности, Д. И. Менделеев ввёл понятие о месте элемента в периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов. На этой основе, в частности, опираясь на результаты изучения последовательности изменения стеклообразующих оксидов, исправил значения атомных масс 9 элементов (бериллия, индия, урана и др.). В статье, датированной 29 ноября (11 декабря) 1870 года предсказал существование, вычислил атомные массы и описал свойства трёх ещё не открытых тогда элементов -- «экаалюминия» (открыт в 1875 году и назван галлием), «экабора» (открыт в 1879 году и назван скандием) и «экасилиция» (открыт в 1885 году и назван германием). Затем предсказал существование ещё восьми элементов, в том числе «двителлура» -- полония (открыт в 1898 году), «экаиода» -- астата (открыт в 1942--1943 годах), «экамарганца» -- технеция (открыт в 1937 году), «двимарганца» -- рения (открыт в 1925 году), «экацезия» --франция (открыт в 1939 году).

В 1900 году Дмитрий Иванович Менделеев и Уильям Рамзай пришли к выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов особой, нулевой группы благородных газов.

4. Учение о растворах

В 1905 году Д. И. Менделеев скажет: «Всего более четыре предмета составили моё имя: периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциации и „Основы химии“. Тут моё богатство. Оно не отнято у кого-нибудь, а произведено мною…».

На протяжении всей своей научной жизни Д.И. Менделеева не ослабевал его интерес к «растворной» тематике. Наиболее значительные его исследования в этой области относятся к середине 1860-х, а важнейшие -- к 1880-м годам. Тем не менее, публикации учёного показывают, что и в другие периоды своего научного творчества он не прерывал изысканий, способствовавших созданию основы его учения о растворах. Концепция Д. И. Менделеева эволюционировала от весьма противоречивых и несовершенных первоначальных представлений о природе этого явления в неразрывной связи с развитием его идей в других направлениях, в первую очередь -- с учением о химических соединениях.

Д. И. Менделеев показал, что правильное понимание растворов невозможно без учёта их химизма, отношения их к определённым соединениям (отсутствия грани между таковыми и растворами) и сложного химического равновесия в растворах -- в разработке этих трёх неразрывно связанных аспектов заключается основное его значение. Однако сам Д. И. Менделеев никогда не называл свои научные положения в области растворов теорией -- не сам он, а его оппоненты и последователи так именовали то, что он называл «пониманием» и «представлением», а труды настоящего направления -- «попыткой осветить гипотетическим воззрением всю совокупность данных о растворах» -- «…до теории растворов ещё далеко»; основное препятствие в её формировании учёный видел «со стороны теории жидкого состояния вещества».

Нелишним будет отметить, что, развивая это направление, Д. И. Менделеев, поначалу априорно выдвинув идею о температуре, при которой высота мениска будет нулевой, в мае 1860 года провёл серию опытов. При определённой температуре, которую экспериментатор назвал «абсолютной температурой кипения», нагретый в парафиновой ванне в запаянном объёме жидкий хлорид кремния (SiCl₄) «исчезает», перейдя в пар. В статье, посвящённой исследованию, Д. И. Менделеев сообщает, что при абсолютной температуре кипения, полный переход жидкости в пар сопровождается уменьшением поверхностного натяжения и теплоты испарения до нуля. Эта работа -- первое крупное достижение учёного.

Важен также тот факт, что теория растворов электролитов приобрела удовлетворительную направленность, только восприняв идеи Д. И. Менделеева, когда произошёл синтез гипотезы о существовании ионов в растворах электролитов с менделеевским учением о растворах.

Растворам и гидратам Д. И. Менделеевым посвящено 44 труда.

Заключение

Раствор является динамической системой, в которой в различной степени диссоциирующие при данной температуре более или менее прочные соединения находятся в подвижном равновесии со своими продуктами диссоциации в соответствии с законом действия масс. При этом в разных зонах концентраций одной и той же системы могут доминировать различные равновесия, что приводит к невозможности описать всю область концентраций системы одной функциональной зависимостью.

В этом - вторая характерная черта учения Менделеева о растворах, нашедшая полное подтверждение в последующем. Достаточно вспомнить о хорошо изученной в наше время системе HNO₃ - Н₂О, чтобы убедиться в торжестве идей Менделеева. Тщательные оптические, криометрические, термохимические и электрохимические исследования указанной системы приводят к выводу о глубоких различиях в природе этих растворов в различных зонах концентраций.

Представление Менделеева о "постоянном друг с другом обмене" между частицами раствора также нашло многочисленные подтверждения. Достаточно вспомнить о безусловном обмене молекулами воды между гидратными оболочками ионов и не входящей в эти оболочки водой, обмене более или менее интенсивном в зависимости от энергии гидратации; или о протонном обмене при образовании ионов оксониевого типа; или, в случае комплексных соединений, об обмене между ионами-аддендами и такими же ионами, находящимися в сольватированном состоянии в растворе. Частота этих обменов зависит от "времени контакта" с соответствующей частицей, а это время - от энергии взаимодействия.

Вполне оправданно с точки зрения новых данных и убеждение Менделеева в применимости закона действия масс к взаимодействиям в растворе. Он пишет: "Так как при действии химических сил частичные веса действующих веществ играют главную роль, то за самое рациональное выражение состава растворов должно считать представление их состава химическими формулами или частичными количествами действующих веществ. Главная выгода такого обозначения состоит в том, что оно явно указывает на природу сил, при растворении действующих".

Таковы основные положения последовательного и стройного учения Менделеева о растворах, как мы видим, значительно опередившего существовавшие в его время частные обобщения и теории современников и легшего в основу дальнейших успехов в этой области

Источники

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Д.И.Менделеев

2. http://www.mendeleev.nw.ru/solutions/mischenko.htm

3. http://www.famhist.ru/famhist/hal/00451572.htm

Размещено на Allbest.ru