Прогностическая функция периодического закона и периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прогностическая функция периодического закона и периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева

Панова. О.Л.

учитель химии МБОУ СОШ№3 ст. Гиагинская, Гиагинский район, Республика Адыгея, Россия

Аннотация: статья посвящена рассмотрению прогностической функции периодического закона и периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Благодаря открытию периодического закона не только сложилось современное понятие о химическом элементе, были уточнены представления о простых веществах и соединениях, но и предсказаны новые, еще не открытые элементы и определено их положение в периодической системе. менделеев периодический закон химический элемент

Ключевые слова: прогностическая функция периодического закона, периодическая система, открытие элементов, благородные (инертные) газы.

Panova. O. L.

ChemistryteacherofSecondaryComprehensiveSchool №3 ofGiaginskiiregionRepublicofAdyghea

РИОСХО8ТІС FUNCTION OF PERIODIC LAW AND PERIODIC SYSTEM OF CHEMICAL ELEMENTS OF D. I. MENDELEEV

Abstract: thearticleisdevotedtotheprognosticfunctionoftheperiodiclawandtheperiodicsystemofchemicalelementsof D. I. Mendeleev. Duetothediscoveryoftheperiodiclaw, notonlythemodernconceptofthechemicalelementwasformed, theconceptsofsimplesubstancesandcompoundswereclarified, butalsonew, notyetdiscoveredelementswerepredictedandtheirpositionintheperiodictablewasdetermined.

Keywords: predictivefunctionofperiodiclaw, periodicsystem, discoveryofelements, noble (inert) gases.

В науке вижу две цели: предвидение и пользу.

Д.И. Менделеев

Немало законов природы открыто человеком. Законы трудно сравнивать между собой, но все, же их можно сравнить, если взять за основной критерий возможность предсказания нового, предвидение неизвестного. Закон - объективная, всеобщая, необходимая связь явлений и предметов, которая характеризуется устойчивостью и повторяемостью. Периодический закон, связывающий химические элементы, один из общих законов природы.

Ярким примером диалектической логики познания является история открытия периодического закона. Составляя первый вариант периодической системы химических элементов, Д.И. Менделеев обосновывал размещение элементов в таблице на предсказаниях, вытекающих из самого периодического закона.

В настоящее время известно 118 химических элементов. К концу шестидесятых годов 19 века хорошо изученными можно считать только 48 химических элементов. Атомный вес у 15 элементов был определен неточно, а порой неверно. В 1869 году на самом первом изображении «Опыта элементов» Д. И. Менделеев разместил только 63 элемента, но для четырех элементов были оставлены пустые места. Эти «пустые места» и неверные атомные массы невозможно было объяснить без периодического закона. И здесь невозможно не согласиться со словами российского физика-химика, академика И. ВПетр^нова-Сокол^ва: «Нужна была прозорливость гения, способного почувствовать великий порядок в видимом хаосе уже познанных свойств вещества. Нужна была непостижимая способность к обобщению, чтобы в бесконечном многообразии увидеть всеобъемлющую простоту закона. Нужна была могучая интуиция, продвигающая познание за пределы известного. Нужна и великая научная смелость. В науку должен был прийти Менделеев» [ 1]

Прогностическая функция Периодического закона может быть рассмотрена на примере открытия неизвестных элементов «экаалюминия», «экабора» и «экасицилия». Их существование сначала было предсказано на интуитивном уровне, но с формированием системы Менделеев с высокой степенью точности смог рассчитать их свойства. Хорошо известны истории открытия галлия ( П. Лекок де Буабодран, 1875), скандия (Л. Нильсон, П. Клеве,1879), германия (К. Виклер,1886). Менделеев с удовлетворением отмечал: "Писавши в 1871 году статью о приложении периодического закона к определению свойств еще не открытых элементов, я не думал, что доживу до оправдания этого следствия периодического закона, но действительность ответила иначе. Описаны мной были три элемента: экабор, экаалюминий и экасилиций, и не прошло и 20 лет, как я имел уже величайшую радость видеть все три открытыми...Л. де Буабодрана, Нильсона и Винклера я, со своей стороны, считаю истинными укрепителями периодического закона. Без них он не был бы признан в такой мере, как это случилось ныне". [3]

В начале двадцатого столетия были открыты европий (Э. Демарсе, 1901) и лютеций (Ж. Урбен, 1907). В результате семейство редкоземельных элементов стало насчитывать 14 элементов. Чешский химик Б. Браунер, в 1901 году предложил «интерпериодическую группу» редкоземельных элементов, представляющую «...продолжение теперешней четвертой группы, начиная от церия и кончая неизвестным до сих пор элементом с атомным весом 180, лежащим налево от тантала». Концепция «интерпериодической группы» не встретила в то время интереса среди химиков.

Всего же Д. И. Менделеевым были предсказаны 12 элементов. Он не только подробно описал свойства некоторых элементов и свойства их соединений, но даже предсказал способы, при помощи которых они впоследствии будут найдены.

Д. И.Менделеев указывал, что закон описывает свойства не только самих химических элементов, но и множества их соединений. Прогнозирование, в данном случае, подтвердилось, когда во всех странах мира началось развитие учения о полупроводниках, элементы с такими свойствами занимают главную подгруппу 4-й группы. Со временем пришло понимание, что полупроводниковыми свойствами должны в большей или меньшей мере обладать соединения элементов, расположенных в периодах, равно удаленных от этой группы. Это сразу сделало поиск новых практически важных полупроводников целенаправленным и предсказуемым. Сейчас к полупроводникам относится большая группа веществ, среди которых графит, кремний, германий, бор, цезий, рубидий, галлий, кадмий и различные химические соединения - оксиды и сульфиды, большинство минералов и некоторые сплавы металлов. На таких соединениях основывается практически вся современная электроника.

Предсказания в рамках Периодической системы продолжаются и после его всеобщего признания в середине 1880 годов.

В 1913г. Г. Мозли в работах по изучению характеристических рентгеновских лучей, испускаемых различными элементами, обнаружил, что длина волн рентгеновских лучей, которые получены от антикатодов, сделанных из разных элементов, изменяется закономерно в зависимости от порядкового номера, условно присвоенного элементам в Периодической системе. Г. Мозли подчеркивал, что химические свойства управляются именно значением порядковых номеров элементов, тогда как атомные массы сами по себе являются сложной функцией значений порядковых номеров. Выяснилось, что последовательность расположения химических элементов не противоречит идее периодичности «аномалиями» Ar-K, Co-Ni, Te-I. Закон Мозли, позволил сразу экспериментально подтвердить число элементов в периодах и вместе с тем предсказать места еще не открытых к тому времени гафния (№ 72) и рения (№ 75).

Если для галлия, скандия и германия в периодической системе уже были «предусмотрены» места, то с благородными (инертными) газами дело обстояло сложнее.

В начале их открытия считалось, что отсутствие соединений этих элементов делает их несовместимыми с периодической системой, поскольку, эти новые химические элементы были исключительно инертными и не проявляли химических свойств. После открытия гелия В.Рамзай пришёл к выводу, что существует целая группа химических элементов, которая располагается в периодической системе между щелочными металлами и галогенами. Пользуясь периодическим законом и методом Менделеева, было определено количество неизвестных инертных газов и их свойства, в частности, их атомные массы. Это позволило осуществить и целенаправленные поиски инертных газов. После того как были открыты гелий, неон и аргон, уже не вызывало сомнений, что в четвёртом, пятом и шестом периодах тоже должны находиться инертные газы. Но найти их удалось не сразу.

По предложению бельгийского химика Л. Эррера, а также В.Рамзая и по согласованию с Д.И.Менделеевым, в 1900 году в Периодическую систему была введена нулевая группа химических элементов. В неё вошли названные элементы и гелий, впервые открытый спектральным методом на Солнце и много позже на Земле, а также радон - продукт радиоактивного распада радия. В восьмом издании «Основ химии» нулевая группа размещалась в правой части периодической системы.

Номер группы в Периодической системе связан с максимальной валентностью химических элементов, проявляемой в кислородных соединениях, или с их максимальной степенью окисления. Огромные усилия химиков различных стран, направленные на выявление реакционной способности новых элементов, были тщетными. К великому удивлению, они не вступали в химическое взаимодействие ни с какими, даже самыми активными веществами, и потому был сделан вывод, что валентность и степень окисления благородных газов равны нулю. В связи с этим их называли “инертными газами”. Данное название сохранилось на многие годы.

В 1962 г. канадский ученый Н. Бартлетт, изучая фториды металлов в высоких степенях окисления, использовал ксенон, и получил продукт Хе(Р1Бб)х, где (1 < x < 2), в котором в химическое взаимодействие была вовлечена восьмиэлектронная оболочка ксенона. Таким образом, был разрушен миф об абсолютной инертности благородно-газовой электронной оболочки. После открытия Бартлетта уже невозможно было называть газы инертными, и, по аналогии с малоактивными металлами, их стали именовать благородными. Поскольку для одного из представителей этих химических элементов (для ксенона) в настоящее время уже получены кислородные соединения, в которых реализована максимальная, принципиально мыслимая степень окисления +8, то далее обозначать группу данных элементов нулевой не было никаких оснований. В результате благородные газы были отнесены к VIII группе Периодической системы. До этого в этой группе были лишь d- элементы (триада железа и платиновые металлы), которые составляли побочную подгруппу. Благородные газы заняли положение ее главной подгруппы. Стройность системы от этого не пострадала, а, наоборот, выиграла.

Прогностическую функцию периодический закон сохраняет и до наших дней. В первом издании «Основ химии» Д. И Менделеев оставил свободные места за ураном в конце таблицы, как будто предвидя их открытие. Поиски элементов, стоящих за границами традиционной менделеевской системы, начатые в 1934 году, продолжаются и в наше время. Примером тому является открытие химического элемента 118 -оганесона (Og), получившего свое названия в честь профессора Ю. Ц. Оганесяна, академика РАН, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н Флерова, Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Таким образом, оганесон стал вторым (после сиборгия) элементом, названным в честь живущего человека. Элемент оганесон принадлежит к инертным газам, имея завершённую 7^-электронную оболочку и завершённую электронную конфигурацию, что означает его химическую инертность и нулевую по умолчанию степень окисления.

Можно с уверенностью сказать, что периодический закон и периодическая система стали «компасом для исследователя, путеводной нитью в области химии, физики, минералогии, технике, таблицей истории и мироздания».

Примечания:

1. Популярная библиотека химических элементов / под ред. И. Петр^нова-Сокол^ва; сост. В.В Станцо, М.Б Черненко. М.: Наука, 1983.

2. Подольный И.А., Подольный Б.Ю. Красота-сияние истины: периодический закон в единой научной картине мира: к 175-летию со дня рождения Д.И. Менделеева. Вологда: Фест, 2009.

3. Соловьев, Ю.И. История химии: развитие основных направлений современной химии: кн. для учителя. М.: Просвещение, 1984.

Размещено на Allbest.ru