8 февраля 1834 года в семье директора Тобольской гимназии родился великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Широта его научных интересов поражает, а количество изобретений просто ошеломляет. Химик, физико-химик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, нефтяник, педагог, воздухоплаватель, приборостроитель, географ, путешественник, агроном. Профессор Санкт-Петербургского университета; профессор Санкт-Петербургского технологического института; член-корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт-Петербургской Академии наук. Одновременно также преподавал в Николаевских инженерных академии и училище и в Институте Корпуса инженеров путей сообщения.

Конечно, прежде всего Менделеев известен открытием периодического закона химических элементов. Это один из фундаментальных законов мироздания и неотъемлемый для всего естествознания. Классический труд Д.И. Менделеева «Основы химии» актуален до сих пор. Но Дмитрий Иванович не открытия в химии ставил себе в заслугу. Так, в письме нашему известному премьер-министру Сергею Юльевичу Витте, своему другу, Менделеев, оценивая свою долголетнюю и многогранную деятельность, называет три службы Родине, которые он исполнил: «Третья служба моя Родине наименее видна, хотя заботила меня с юных лет по сих пор. Это служба по мере сил и возможности на пользу роста русской промышленности».

Тут следует особо подчеркнуть, что, как ученый, Дмитрий Иванович считал за обязательное условие своей научной работы такой ее итог, чтобы результат открытия был непременно каким-либо образом внедрен в производство и послужил развитию российской промышленности - качество, нашим креаклам из всякого рода инновационных и интеллектуальных центров абсолютно неведомое.

Результат экономической деятельности ученого был парадоксален и отмечен двумя весьма интересными последствиями. Первым итогом стала переписка Дмитрия Менделеева с императором Александром III, в которой ученый особо продвигал идею строительства заводов в России. Вторым стал запрет на переиздание экономических трудов Менделеева и выемка их из библиотек. И произошло это не в царские времена, не в 30-е годы прошлого века, как можно было бы предположить, а вначале 90-х! В стране идет небывалый подъем демократии, журналы каждый месяц выходят миллионными тиражами, публикуя запрещенную большевиками литературу, с полок снимают заброшенные туда цензурой фильмы. А работы Менделеева по экономике, разрешенные в СССР, наоборот, запрещают. Парадокс? Нет!

Именно экономическая доктрина Дмитрия Менделеева являлась яркой системной научно обоснованной доказательной новаторской и самое главное - отчаянно актуальной и детально разработанной программой народно-хозяйственного развития России в условиях частного капитала. Именно взгляды Дмитрия Менделеева, как никого другого ученого, обнаруживали ложность постулатов шайки младореформаторов, гайдаровцев и чубайсовцев, начавших в эти годы колонизацию нашей страны и взявших курс на разгром отечественной индустрии. Основная направленность работ Менделеева - инициировать промышленное развитие России, возбудить интерес общественности к промышленному предпринимательству.

Менделеев активно выступал за однозначно промышленный путь развития России, за активную индустриализацию: «Я не был и не буду ни фабрикантом, ни заводчиком, ни торговцем, но я знаю, что без них, без придания им важного и существенного значения нельзя думать о прочном развитии благосостояния России». Нам же последние четверть века либералы вдалбливали, что мы будем работать в сфере каких-то неведомых услуг и промышленность, заводы, фабрики, комбинаты и мастерские не очень-то и нужны. Все это оказалось ложью. Нам даже не удосужились объяснить, что и кого мы будем обслуживать. Они замолчали ту простую мысль, что сфера обслуживания и торговля появляются только там, где расцветают промышленность и сельское хозяйство, где производятся товары, где бьется научная мысль, придумывая и внедряя все новые и новые технологии и продукты. Они обещали: рынок расставит все на свои места. Но вместо честно регулируемого государством конкурентного рынка они подсунули нам суррогат в виде неофеодальной системы производственных отношений, больше похожий на кормление, уничтоженное еще 500 лет назад Иваном Грозным.

Кроме того, Д.И. Менделеев провинился перед либералами тем, что выступал горячим сторонником государственного протекционизма и хозяйственной самостоятельности России. Это уже для наших компрадорских реформаторов было преступлением смертельным. Ученый утверждал, что надо защищать русскую промышленность от конкуренции со стороны западных стран. Менделеев объединял развитие промышленности России с общей таможенной политикой. Дмитрий Иванович говорил о несправедливости экономического порядка, позволяющего странам, осуществляющим переработку сырья, пожинать плоды труда работников стран - поставщиков сырья. Этот порядок, на его взгляд, «имущему отдает весь перевес над неимущим». Именно Менделеев первым обнаружил опасность сырьевого развития России и определил способы избежать этого «проклятия».

Дмитрий Менделеев утверждал: «Богатство и капитал - равно труду, опыту, бережливости, равно началу нравственному, а не чисто экономическому». Несколько важных работ Менделеева посвящены обоснованию налоговой и тарифной политики в России. В кратком изложении все его пожелания можно свести к следующим: «Желательно, чтобы начинающимся и особенно кооперативным (артельным) предприятиям было оказываемо исключительное внимание и всякие с них налоги уменьшаемы ради их усиленного возникновения». Идея, явно не нашедшая понимания в Минфине наших дней.

Одним из главнейших своих постулатов Дмитрий Иванович считал гибельность политики, при которой Россия все время догоняет страны, от которых она отстала в промышленном развитии. Д.И. Менделеев главным видит рост богатства, создание новых рабочих мест, развитие всех видов просвещения. Достичь этого можно, лишь создавая фабрики и заводы, развивая современную промышленность. «Заветы государственного "порядка", христианских народов, художественной красоты и научно-искренней правды, - пишет мыслитель, - даже в соединении с политическим могуществом и хлебным богатством не обеспечивают будущее нашей страны, если мы не станем быстро двигаться в народно-промышленном хозяйстве, то есть преимущественно в деле фабрик и заводов». Вряд ли такие речи тоже бы понравились нашим министрам.

Будучи взаимосвязаны рынком и взаимозависимы, участники товарного производства и обмена заинтересованы в общем порядке и мире. Их поддержание, по мысли Д.И. Менделеева, берет на себя государство. Развиваясь и углубляя общественные связи товаропроизводителей, рынок тем самым развивает и укрепляет государство. В свою очередь, государство содействует развитию фабрик и заводов, покровительствует промышленности в широком смысле и тем самым способствует развитию общественного разделения труда, торговли и, следовательно, рынка. В товарном хозяйстве рынок и государство не исключают, а дополняют, помогают друг другу.

Покровительством и поддержкой индустриального возрождения России, по замыслу Д.И. Менделеева, должно заниматься государство. Экономическому и политическому прогрессу требуется государственное управление. Именно оно должно координировать и направлять экономическую деятельность предпринимателей, обеспечивая тем самым «общее благо развития», разрешать неизбежные противоречия между товаропроизводителями. Дмитрий Иванович Менделеев был убежден, что отсутствие веры в предстоящее показывает узость мысли. Он верил в русского человека и был уверен в том, что «если народ владеет знаниями, имеет землю, трудолюбив, бережлив и способен к размножению, его развитие может идти необыкновенно быстро». А лозунг нынешних наших экономических руководителей, кажется, звучит так: «Чумазый играть не может».

Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева и её значение для естествознания

Введение

Открытие Д.И.Менделеевым закономерностей в строении материи оказалась очень важной вехой в развитии мировой науки и мысли. Гипотеза о том, что все вещества во Вселенной состоят лишь из нескольких десятков химических элементов в 19 веке казалась совершенно невероятной, но она была доказана «Периодической системой элементов» Менделеева.

Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX веке. Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок.

Периодическая система элементов

Д. И. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон.

Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Весь ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, Менделеев разбил на периоды, внутри которых свойства элементов изменяются последовательно, разместив периоды так, чтобы выделить сходные элементы.

Однако, несмотря на огромную значимость такого вывода, периодический закон и система Менделеева представляли лишь гениальное обобщение фактов, а их физический смысл долгое время оставался непонятным. Лишь в результате развития физики XX века - открытия электрона, радиоактивности, разработки теории строения атома - молодой, талантливый английский физик Г. Мозле установил, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу. Этим открытием Мозле подтвердил гениальную догадку Менделеева, который втрех местах периодической таблицы отошел от возрастающей последовательности атомных весов.

Так, при ее составлении Менделеев поставил 27 Со перед 28 Ni, 52 Ti перед 5 J, 18 Аг перед 19 К, несмотря на то, что это противоречило формулировке периодического закона, то есть расположению элементов в порядке увеличения их атомных весов.

Согласно закону Мозле заряды ядер данных элементов соответствовали положению их в таблице.

В связи с открытием закона Мозле современная формулировка периодического закона следующая:

свойство элементов, а так же формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.

Итак, главной характеристикой атома является не атомная масса, а величина положительного заряда ядра. Это более общая точная характеристика атома, а значит, и элемента. От величины положительного заряда ядра атома зависят все свойства Элемента и его положение в периодической системе. Таким образом, порядковый номер химического элемента численно совпадает с зарядом ядра его атома. Периодическая система элементов является графическим изображением периодического закона и отражает строение атомов элементов.

Теория строения атома объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание положительного заряда атомных ядер от 1-до 110 приводит к периодическому повторению у атомов элементов строения внешнего энергетического уровня. А поскольку от числа электронов на внешнем уровне в основном зависят свойства элементов; то и они периодически повторяются. В этом физический смысл периодического закона.

В качестве примера рассмотрим изменение свойств у первых и последних элементов периодов. Каждый период в периодической системе начинается элементами атомы, которых на внешнем уровне имеют один s-электрон (незавершенные внешние уровни) и потому проявляют сходные свойства - легко отдают валентные электроны, что обуславливает их металлический характер. Это щелочные металлы - Li, Na, К, Rb, Cs.

Заканчивается период элементами, атомы которых на внешнем уровне содержат 2 (s 2) электрона (в первом периоде) или 8 (s 1 p 6) электронов (во всех последующих), то есть имеют завершенный внешний уровень. Это благородные газы Не, Ne, Ar, Kr, Xe, имеющие инертные свойства.

Именно вследствие сходства строения внешнего энергетического уровня похожи их физические и химические свойства.

В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом. В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом.

В свете учения о строении атома становится понятным разделение всех элементов на семь периодов, сделанное Д. И. Менделеевым. Номер периода соответствует числу энергетических уровней атома, то есть положение элементов в периодической системе обусловлено строением их атомов. В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами, все элементы делят на четыре типа.

1. s-элементы. Заполняется s-подуровень внешнего уровня (s 1 - s 2). Сюда относятся первые два элемента каждого периода.

2. р-элементы. Заполняется р-подуровень внешнего уровня (р 1 -- p 6)- Сюда относятся последние шесть элементов каждого периода, начиная со второго.

3. d-элементы. Заполняется d-подуровень последнего уровня (d1 - d 10), а на последнем (внешнем) уровне остается 1 или 2 электрона. К ним относятся элементы вставных декад (10) больших периодов, начиная с 4-го, расположенные между s- и p-элементами (их также называют переходными элементами).

4. f-элементы. Заполняется f-подуровень глубинного (треть его снаружи) уровня (f 1 -f 14), а строение внешнего электронного уровня остается неизменным. Это лантаноиды и актиноиды, находящиеся в шестом и седьмом периодах.

Таким образом, число элементов в периодах (2-8-18-32) соответствует максимально возможному числу электронов на соответствующих энергетических уровнях: на первом - два, на втором - восемь, на третьем - восемнадцать, а на четвертом - тридцать два электрона. Деление групп на подгруппы (главную и побочную) основано на различии в заполнении электронами энергетических уровней. Главную подгруппу составляют s - и p-элементы, а побочную подгруппу - d-элементы. В каждой группе объединены элементы, атомы которых имеют сходное строение внешнего энергетического уровня. При этом атомы элементов главных подгрупп содержат на внешних (последних) уровнях число электронов, равное номеру группы. Это так называемые - валентные электроны.

У элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних (вто-рых снаружи) уровней, в чем и состоит основное различие в свойствах элементов главных и побочных подгрупп.

Отсюда следует, что номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом заключается физический смысл номера группы.

С позиций теории строения атома легко объясняется возрастание металлических свойств элементов в каждой группе с ростом заряда ядра атома. Сравнивая, например, распределение электронов по уровням в атомах 9 F (1s 2 2s 2 2р 5) и 53J (1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 Зр 6 3d 10 4s 2 4р 6 4 d 10 5s 2 5p 5) можно отметить, что у них по 7 электронов на внешнем уровне, что указывает на сходство свойств. Однако внешние электроны в атоме йода находятся дальше от ядра и поэтому слабее удерживаются. По этой причине атомы йода могут отдавать электроны или, иными словами, проявлять металлические свойства, что нехарактерно для фтора.

Итак, строение атомов обуславливает две закономерности:

а) изменение свойств элементов по горизонтали - в периоде слева направо ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства;

б) изменение свойств элементов по вертикали - в группе с ростом порядкового номера усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические.

Таким образом: по мере возрастания заряда ядра атомов химических элементов периодически изменяется строение их электронных оболочек, что является причиной периодического изменения их свойств.

Структура периодической Системы Д. И. Менделеева.

Периодическая система Д. И. Менделеева подразделяется на семь периодов – горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера, и восемь групп – последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сходными химическими свойствами.

Первые три периода называются малыми, остальные – большими. Первый период включает два элемента, второй и третий периоды – по восемь, четвёртый и пятый – по восемнадцать, шестой – тридцать два, седьмой (незавершённый) – двадцать один элемент.

Каждый период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом.

Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.

Малые периоды состоят из одного ряда, большие – из двух рядов: чётного (верхнего) и нечётного (нижнего). В чётных рядах больших периодов расположены металлы, и свойства элементов слева направо изменяются слабо. В нечётных рядах больших периодов свойства элементов изменяются слева направо, как у элементов 2 и 3 периодов.

В периодической системе для каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и его относительная атомная масса. Координатами положения элемента в системе является номер периода и номер группы.

Элементы с порядковыми номерами 58-71, именуемыми лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 - актиноиды – помещаются отдельно внизу таблицы.

Группы элементов, обозначаемые римскими цифрами, делятся на главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы содержат 5 элементов (или более). В побочные подгруппы входят элементы периодов, начиная с четвёртого.

Химические свойства элементов обуславливаются строением их атома, а точнее строением электронной оболочки атомов. Сопоставление строения электронных оболочек с положением элементов в периодической системе позволяет установить ряд важных закономерностей:

1. Номер периода равен общему числу энергетических уровней, заполняемых электронами, у атомов данного элемента.

2. В малых периодах и нечётных рядах больших периодов с ростом положительного заряда ядер возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне. С этим связано ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов слева направо.

Номер группы, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей (валентных электронов).

В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов элементов усиливаются их металлические и ослабляются неметаллические свойства.

История создания Периодической системы

Дмитрий Иванович Менделеев в октябре 1897 году писал в статье «Периодическая законность химических элементов»:

- После открытий Лавуазье понятие о химических элементах и простых телах так укрепилось, что их изучение положено в основу всех химических представлений, а вследствие того взошло и во все естествознание. Пришлось признать, что все вещества, доступные исследованию, содержат очень ограниченное число материально разнородных элементов, друг в друга не превращающихся и обладающих самостоятельною весомою сущностью и что все разнообразие веществ природы определяется лишь сочетанием этих немногих элементов и различием или их самих, или их относительного количества, или при одинаковости качества и количества элементов - различием их взаимного положения, соотношения или распределения. «Простыми» телами должно при этом назвать вещества, содержания лишь один какой-либо элемент, «сложными» - два или более. Но для данного элемента могут существовать многие видоизменения простых тел, ему отвечающих, зависящие от распределения («строения») его частей или атомов, т.е. от того вида изомерии, который называется «аллотропией». Так углерод, как элемент, является в состоянии угля, графита и алмаза, которые (взятые в чистом виде) дают при сжигании один и тот же углекислый газ и в том же количестве. Для самих же «элементов» ничего подобного не известно. Они видоизменениям и взаимным превращениям не подвергаются и представляют, по современным воззрениям, неизменную сущность изменяющегося (химически, физически и механически) вещества, входящую как в простые, так и в сложные тела.

Весьма, в древности и до ныне, распространенное представление о «единой или первичной» материи, из которой слагается все разнообразие веществ, опытом не подтверждено, и все попытки, к сему направленные, оказались его опровергающими. Алхимики верили в превращение металлов друг в друга, доказывали это разными способами, но при поверке все оказалось или обманом (особенно в отношении к производству золота из других металлов), или ошибкой и неполнотой опытного исследования. Однако, нельзя не заметить, что если бы завтра оказалось, что металл А превращается целиком или отчасти в другой металл В, то из этого вовсе не будет еще следовать, что простые тела способны друг в друга превращаться вообще, как, например, из того, что долгое время закись урана считали за простое тело, а она оказалась содержащей кислород и действительный металлический уран - вовсе не следует делать никакого общего заключения, а можно только в частности судить о бывшей и современной степенях знакомства с ураном, как самостоятельным элементом. С этой точки зрения должно взглянуть и на оповещенное Емменсом (Stephen - Н. Emmeus) превращение мексиканского серебра отчасти в золото (май-июнь 1897 г.), если справедливость наблюдений оправдается и Argentaurum не окажется подобным алхимистическим оповещением подобного же рода, не раз бывшим и также прикрывавшемся покровом секрета и денежного интереса. Что холод и давление могут содействовать перемене строения и свойств - давно известно, хотя бы по примеру олова Фрицше, но нет фактов, позволяющих предполагать, что изменения эти идут столь глубоко и доходят не до строения частиц, а до того, что ныне считается атомами и элементами, а потому утверждаемое Емменсом превращение (хотя бы и постепенно) серебра в золото будет оставаться сомнительным и мaлозначущим даже в отношении к серебру и золоту, пока, во-первых, «секрет» не будет на столько раскрыт, что опыт может быть всеми воспроизведен, и во-вторых, пока обратный переход (при накаливании и уменьшении давления?) золота в серебро не будет установлен, или пока не будет установлена фактическая его невозможность или трудность. Легко понять, что переход спирта углекислоты в сахар труден, хотя обратный идет легко, потому что сахар бесспорно сложнее спирта и углекислоты. И мне кажется очень мало вероятным переход серебра в золото, если обратно - золото не будет переходить в серебро, потому что атомный вес и плотность золота чуть не в два раза более, чем серебра, из чего должно, по всему известному в химии, заключить, что если серебро и золото произошли из одного материала, то золото сложнее серебра и должно превращаться в серебро легче, чем обратно. Поэтому я думаю, что г. Емменсу для убедительности не только следовало бы раскрыть «секрет», но и попробовать, да и показать, если можно, превращение золота в серебро, тем более, что при получении из дорогого металла другого, в 30 раз более дешевого, денежные интересы будут, очевидно, на далеком плане, а интересы правды и истины окажутся явно на первом, теперь же дело представляется, на мой взгляд, с обратной стороны.

При таком представлении о химических элементах - они оказываются чем-то отвлеченным, так как в отдельности мы их не видим и не знаем. К такому почти идеалистическому представлению столь реалистическое знание, как химия, пришло по совокупности всего доныне наблюденного, и если это представление можно отстаивать, то лишь как предмет глубоко укоренившегося убеждения, доныне оказавшегося совершенно согласным с опытом и наблюдением. В этом смысле понятие о химических элементах имеет глубоко реальное основание во всей науке о природе, так как, например, углерод нигде, никогда, никем и нисколько не превращен в какой-либо другой элемент, тогда как простое тело - уголь превращено в графит и алмаз и, быть может, когда-нибудь можно будет превратить его и в вещество жидкое или газообразное, если удастся найти условия упрощения сложнейших частиц угля. Главное понятие, с которым возможно приступить к объяснению П. законности, состоит именно в коренном различии представлений об элементах и о простых телах. Углерод - элемент, нечто неизменное, содержащееся, как в угле, так и в углекислом газе или в светильном, как в алмазе, так и в массе изменчивых органических веществ, как в известняке, так и в дереве. Это - не конкретное тело, а весомое (материальное) вещество с суммой свойств. Как в парах воды или в снеге нет конкретного тела - жидкой воды, а есть то же весомое вещество с суммой ему одному принадлежащих свойств, так во всем углеродистом содержится материально-однородный углерод: не уголь, а именно углерод. Простые тела суть вещества, содержащие только один какой-либо элемент, и понятие о них становится прозрачно-ясным только тогда, когда признается укрепившееся представление об атомах и частицах или молекулах, из которых слагаются однородные вещества; причем понятию об элементе отвечает атом, а простому телу - частица. Простые тела, как и все тела природы, составлены из частиц: вся их разница от сложных тел состоит лишь в том, что частицы сложных тел содержат разнородные атомы двух или многих элементов, а частицы простых тел - однородные атомы данного элемента. Все, что излагается далее, должно относить именно к элементам, т.е. напр. к углероду, водороду и кислороду, как составным частям сахара, дерева, воды, угля, кислородного газа, озона и т.п., но не простым телам, элементами образуемыми. При этом, очевидно, является вопрос: как же можно находить какую-либо реальную законность в отношении к таким предметам, как элементы, существующие лишь как представления современных химиков, и что же реально осуществимое можно ожидать, как следствие из расследования каких-то отвлеченностей? Действительность отвечает на подобные вопросы с полною ясностью: отвлечения, если они правдивы (содержат элементы истины) и соответствуют реальности, могут служить предметом точно такого же исследования, как и чисто материальные конкретности. Так химические элементы, хотя суть отвлеченности, подлежат расследованию совершенно такому же, как простые или сложные тела, которые можно накалить, взвесить и вообще подвергать прямому наблюдению. Сущность дела здесь в том, что у химических элементов, на основании опытного исследования простых и сложных тел, ими образуемых, открываются свои индивидуальные свойства и признаки, совокупность которых и составляет предмет исследования. Мы и обратимся теперь к перечислению некоторых из особенностей, принадлежащих химическим элементам, чтобы затем показать П. законность химических элементов.

Свойства химических элементов должно разделить на качественные и количественные, хотя бы первые из них и сами по себе подлежали измерению. К числу качественных прежде всего принадлежит свойство образовать кислоты и основания. Хлор может служить образцом первых, так как и с водородом, и кислородом образует явные кислоты, способные с металлами и основаниями давать соли, начиная с первообраза солей - поваренной соли. Натрий же поваренной соли NaCl может служить образцом элементов, дающих только основания, так как кислотных окислов с кислородом он не дает, образуя или основание (окись натрия), или перекись, обладающую характерными признаками типической перекиси водорода. Все элементы суть более или менее кислотные или основные, с явными переходами от первых ко вторым. Это качественное свойство элементов электрохимики (с Берцелиусом во главе) выразили, отличив сходных с натрием, на основании того, что первые при разложении током являются на аноде, а вторые на катоде. Тоже качественное различие элементов выражается отчасти и в различении металлов и металлоидов, так как основные элементы относятся к числу таких, которые в виде простых тел дают настоящие металлы, а кислотные элементы образуют в виде простых тел металлоиды, не имеющие вида и механических свойств настоящих металлов. Но во всех этих отношениях не только невозможно прямое измерение, позволяющее устанавливать последовательность перехода от одних свойств к другим, но и нет резких различий, так что есть элементы в том или ином отношении переходные или такие, которые можно отнести и в тот, и в другой разряд. Так алюминий, по внешнему виду явный металл, отлично проводящий гальв. ток, в своем единственном окисле Аl 2 O 3 (глинозем) играет роль то основную, то кислотную, так как соединяется и с основаниями (напр. Na 2 O, MgO и др.), и с кислотными окислами, например образуя серноглиноземную соль A1 2 (SO 4) 3 =Al 2 O 3 3O 3 ; и в том, и в другом случае он обладает слабо выраженными свойствами. Сера, образуя несомненный металлоид, во множестве химических отношений сходна с теллуром, который по внешним качествам простого тела всегда относился к металлам. Такие случаи, очень многочисленные, придают всем качественным признакам элементов некоторую степень шаткости, хотя и служат к облегчению и, так сказать, оживлению всей системы знакомства с элементами, указывая в них признаки индивидуальности, позволяющей предугадывать еще не наблюденные свойства простых и сложных тел, образующихся из элементов. Эти сложные индивидуальные особенности элементов придавали чрезвычайный интерес открытию новых элементов, не позволяя никоим образом сколько-нибудь предвидеть сумму физических и химических признаков, свойственных веществам, ими образуемым. Все, чего можно было достигать при изучении элементов, ограничивалось сближением в одну группу наиболее сходных, что уподобляло все это знакомство с систематикою растений или животных, т.е. изучение было рабским, описательным и не позволяющим делать какие-либо предсказания по отношению к элементам, еще не бывшим в руках исследователей. Ряд иных свойств, которые мы назовем количественными, выступил в надлежащем виде для химических элементов только со времени Лорана и Жерара, т.е. с 50-х годов текущего столетия, когда была подвергнута исследованию и обобщению способность взаимного реагирования со стороны состава частиц и укрепилось представление о двуобъемных частицах, т.е. о том, что в парообразном состоянии, пока нет разложения, всякие частицы (т.е. количества веществ, вступающие в химическое взаимодействие между собою) всех тел занимают такой же объем, какой занимают два объема водорода при той же температуре и том же давлении. Не входя здесь в изложение и развитие начал, укрепившихся при этом, ныне общепринятом представлении, достаточно сказать, что с развитием унитарной или частичной химии в последние 40 или 50 лет получилась твердость, прежде не существовавшая, как в определении атомных весов элементов, так и в определении состава частиц простых и сложных тел, ими образуемых, и стала очевидною причина различия свойств и реакций обыкновенного кислорода О 2 и озона O 3 , хотя оба содержат только кислород, как и разность маслородного газа (этилена) C 2 H 4 от жидкого цетена С 16 Н 32 , хотя оба содержат на 12 весовых частей углерода по 2 весовых части водорода. В эту многознаменательную эпоху химии выступило в ней для каждого хорошо обследованного элемента два более или менее точных количественных признака или свойства: вес атома и тип (форма) состава частиц соединений, им образуемых, хотя ничто не указывало еще ни на взаимную связь этих признаков, ни на соотношение их с другими, особенно качественными, свойствами элементов. Вес атома, свойственный элементу, т.е. неделимое, наименьшее относительное количество его, входящее в состав частиц всех его соединений, особенно был важен для изучения элементов и составлял их индивидуальную характеристику, пока чисто эмпирического свойства, так как для определения атомного веса элемента надобно узнать не только эквивалент или относительный весовой состав некоторых его соединений с элементами, вес атома которых известен из иных определений, или условно принят известным, но и определить (по реакциям, плотностям паров и т.п.) частичный вес и состав хоть одного, а лучше многих из соединений, им образуемых. Этот путь опыта столь сложен, длинен и требует такого совершенно очищенного и тщательно изученного материла из числа соединений элемента, что для многих, особенно для редких в природе элементов, при отсутствии особо понудительных причин, оставалось много сомнений относительно истинной величины атомного веса, хотя весовой состав (эквивалент) некоторых соединений их и был установлен; таковы, напр., были уран, ванадий, торий, бериллий, церий и др. При чисто эмпирическом значении веса атома не было и особого интереса углубляться в этот предмет для элементов, редко подвергаемых исследованию, тем не менее для большой массы обыкновеннейших элементов величины атомных весов можно было уже в начале 60-х годов считать твердо установленными, особенно после того, как Канницаро твердо установил для многих металлов, напр. Са, Ва, Zn, Fe, Сu и т.п. явное их отличие от К, Na, Ag и т.п., показав, что частицы напр. хлористых соединений первых из них содержат вдвое более хлора, чем вторых, т.е. что Са, Ва, Zn и т.д. дают CaCI 2 , BaCI 2 и т.д., т.е. двуатомны (двуэквивалентны или двувалентны), тогда как K, Na и т.п. одноатомны (одноаквивалентны), т.е. образуют KCI, NaCI и т.п. В эпоху около середины текущего столетия вес атома элементов послужил уже одним из признаков, по которым стали сличать сходственные элементы групп.

Другой из важнейших количественных признаков элементов представляет состав частиц высших соединений, им образуемых. Здесь более простоты и ясности, потому что Дальтонов закон кратных отношений (или простоты и цельности числа атомов, входящих в состав частиц) уже заставляет ждать только немногих чисел и разобраться в них было легче. Обобщение выразилось в учении об атомности элементов или их валентности. Водород есть элемент одноатомный, ибо дает по одному соединению HX с другими одноатомными же элементами, представителем которых считался хлор, образуя НСl. Кислород двуатомен, потому что дает H 2 O или соединяется вообще с двумя X, если под Х подразумевать одноатомные элементы. Так получают НСlO, Сl 2 О и т.д. В этом смысле азот считается трехатомным, так как дает NH 3 , NCl 3 ; углерод четырехатомным, потому что образует СН 4 , СО 2 и т.д. Сходные элементы одной группы, напр. галоиды, дают и сходные частицы соединений, т.е. имеют одну и ту же атомность. Через все это изучение элементов очень сильно двинулось вперед. Но было немало трудностей разного рода. Особую трудность представили соединения кислорода, как элемента двуатомного, способного замещать и удерживать X 2 , в силу чего совершенно понятно образование Cl 2 O, HClO и т.п. соединений с одноатомными элементами. Однако, тот же кислород дает не только НСlO, но и HClO 2 , НСlO 3 и НСlO 4 (хлорная кислота), точно также как не только H 2 O, но и H 2 O 2 (перекись водорода). Для объяснения пришлось признать, что кислород, в силу своей двуатомности, обладая двумя сродствами (как говорят), способен втиснуться в каждую частицу и встать между всякими двумя атомами, в нее входящими. Трудностей при этом получилось много, но остановимся на двух, по-моему, важнейших. Во-первых, оказалась как бы грань О 4 для числа кислородных атомов, входящих в частицу, а этой грани нельзя ждать на основании допущенного. При том, приближаясь к грани, получались часто соединения не менее, а более прочные, чего уже вовсе нельзя допустить при представлении о втиснутых атомах кислорода, так как чем более их взойдет, тем вероятнее было иметь непрочность связей. А между тем НСlO 4 прочнее НСlO 3 , эта последняя прочнее НСlO 2 и НСlO, тогда как НСl опять тело химически очень прочное. Грань же О 4 выступает в том, что водородным соединениям разной атомности:

НСl, H 2 S, Н 3 Р и H 4 Si

отвечают высшие кислородные кислоты:

НСlO 4 , H 2 SO 4 , Н 3 РО 4 и H 4 SiO 4 ,

в которых одинаково содержатся четыре атома кислорода. Из этого даже выходит тот неожиданный вывод, что считая Н - одно-, а О - двуатомными элементами, по кислороду способность к соединению выходит обратная, чем по водороду, т.е. по мере того как у элементов увеличивается свойство удерживать атомы водорода или возрастать в атомности, уменьшается способность удерживать кислород; хлор, так сказать, одноатомен по водороду и семиатомен по кислороду, а фосфор или аналогический с ним азот трехатомен в первом смысле, а во втором - пятиатомен, что видно и по другим соединениям, например NH 4 CI, POCl 3 , РСl 5 и т.п. Во-вторых, все, что знаем, явно указывает на глубочайшее различие в присоединении кислорода (втискивании его, судя по представлению об атомности элементов) в том случае, когда образуется перекись водорода, от того, когда происходит напр. из H 2 SO 4 (сернистая кисл.) серная кислота H 2 SO 4 , хотя H 2 O 2 отличается от Н 2 O точно также атомом кислорода, как H 2 SO 4 от H 2 SO 3 , и хотя раскислители в обоих случаях переводят высшую степень окисления в низшую. Разность в отношении к реакциям, свойственным H 2 O 2 и H 2 SO 4 , особенно выступает по той причине, что серной кислоте отвечает своя перекись (надсерная кислота, аналог которой надхромовая недавно изучена Wiede и содержит, по его данным, H 2 CrO 5), обладающая совокупностью свойств перекиси водорода. Значит, есть существенная разность в способе присоединения кислорода в «солеобразных» окислах и настоящих перекисях и, значит, простым втискиванием атомов кислорода между другими выражать все случаи присоединения кислорода недостаточно, а если выражать, то скорее всего это следует применять к перекисям, а не к образованию, так сказать, нормальных соединений кислорода, приближающихся к RH n О 4 , где n, число атомов водорода, не бывает более 4, как и число атомов кислорода в кислотах, содержащих один атом элементов R. Приняв сказанное во внимание и означая вообще через R атом элементов, вся совокупность сведений о солеобразных окислах приводится к тому выводу, что число самостоятельных форм или видов окислов очень не велико и ограничивается следующими восемью:

R 2 O 2 или RO, напр. CaO, FeO.

Эта стройность и простота форм окисления вовсе не вытекает из учения об атомности элементов в его обычной форме (при определении атомности по соединению с Н или Сl) и есть дело прямого сличения кислородных соединений самих по себе. Вообще учение о постоянной и неизменной атомности элементов заключает в себе трудности и несовершенства (не насыщенные соединения, подобные СО, пересыщенные, подобные JCl 3 , соед. с кристаллизационною водою и т.п.), но оно в двух отношениях имеет и поныне важное значение, а именно с ним достигнута простота и стройность выражения состава и строения сложных органических соединений, и в отношении к выражению аналогии сродственных элементов, так как атомность, по чему бы ее не считали (или состав частиц сходственных соединений), в таком случае оказывается одинаковою. Так напр. сходные между собою во многом ином галоиды или же металлы данной группы (щелочные, напр.) оказываются всегда обладающими одинаковою атомностью и образующими целые ряды сходных соединений, так что существование этого признака есть уже до некоторой степени указатель аналогии.

Чтобы не усложнять изложения, мы оставим перечисление других качественных и количественных свойств элементов (напр. изоморфизма, теплот соед., показ, преломления и т.п.) и прямо обратимся к изложению П. закона, для чего остановимся: 1) на сущности закона, 2) на его истории и приложении к изучению химии, 3) на его оправдании при помощи вновь открытых элементов, 4) на приложении его к определению величины атомных весов и 5) на некоторой неполноте существующих сведений.

Сущность П. законности. Так как из всех свойств химических элементов атомный их вес наиболее доступен для численной точности определения и для полной убедительности, то исходом для нахождения законности химических элементов всего естественнее положить веса атомов, тем более, что в весе (по закону сохранения масс) мы имеем дело с неуничтожаемым и важнейшим свойством всякой материи. Закон есть всегда соответствие переменных, как в алгебре функциональная их зависимость. Следовательно, имея для элементов атомный вес как одну переменную, для отыскания закона элементов следует брать иные свойства элементов, как другую переменную величину, и искать функциональной зависимости. Взяв многие свойства элементов, напр. их кислотность и основность, их способность соединяться с водородом или кислородом, их атомность или состав их соответственных соединений, теплоту, выделяемую при образовании соответственных, напр. хлористых соединений, даже их физические свойства в виде простых или сложных тел сходного состава и т.п., можно подметить периодическую последовательность в зависимости от величины атомного веса. Для того, чтобы это выяснить, приведем сперва простой список всех, хорошо ныне известных определений атомного веса элементов, руководясь недавним сводом, сделанным F.W. Clarke («Smithsonian Miscellaneous Collections», 1075: «A recalculation of the atomic weights», Вашингтон, 1897, стр. 34), так как его ныне должно считать наиболее достоверным и содержащим все лучшие и новейшие определения. При этом примем, вместе с большинством химиков, условно атомный вес кислорода равным 16. Подробное исследование «вероятных» погрешностей показывает, что примерно для половины приведенных результатов погрешность чисел менее 0,1%, но для остальных она доходит до нескольких десятых, а для иных, быть может, и до процентов. Все атомные веса приведены по порядку их величины.

Заключение

Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева имела громадное значение для естествознания и всей науки в целом. Она доказала, что человек способен проникнуть в тайны молекулярной структуры материи, а впоследствии – и в строении атомов. Благодаря успехам теоретической химии была совершена целая революция в промышленности, создано огромное количество новых материалов. Была наконец найдена взаимосвязь неорганической и органической химии – и в первой и во второй были обнаружены одни и те же химические элементы.

Менделеев Дмитрий Иванович – русский ученый, гениальный химик, физик, исследователь в области метрологии, гидродинамики, геологии, глубокий знаток промышленности, приборостроитель, экономист, воздухоплаватель, педагог, общественный деятель и оригинальный мыслитель.

Детство и юность

Великий ученый родился в 1834 году, 8 февраля, в Тобольске. Отец Иван Павлович был директором окружных училищ и Тобольской гимназии, происходил из рода священника Павла Максимовича Соколова, русского по национальности.

Фамилию Иван поменял в детстве, будучи учащимся Тверской семинарии. Предположительно, это было сделано в честь его крестного отца, помещика Менделеева. Позднее неоднократно затрагивался вопрос о национальной принадлежности фамилии ученого. По одним сведениям, она свидетельствовала о еврейских корнях, по другим – о немецких. Сам Дмитрий Менделеев рассказывал о том, что фамилию присвоил Ивану его педагог из семинарии. Юноша произвел удачный обмен и тем прославился среди однокашников. По двум словам – «мену делать» – Иван Павлович был вписан в учебную ведомость.

Мать Мария Дмитриевна (в девичестве Корнильева) занималась воспитанием детей и домашним хозяйством, имела репутацию интеллигентной и умной женщины. Дмитрий был в семье самым младшим, последним из четырнадцати детей (по другой информации – последним из семнадцати детей). В 10-летнем возрасте мальчик лишился отца, который ослеп и вскоре умер.

Во время учебы в гимназии способностей Дмитрий не проявил, сложнее всего ему давалась латынь. Любовь к науке прививала мать, она же участвовала в формировании его характера. Мария Дмитриевна увезла сына учиться в Петербург.

В 1850 году в Петербурге юноша поступает в Главный пединститут на отделение естественных наук физмата. Его преподавателями были профессора Э. Х. Ленц, А. А. Воскресенский и Н. В. Остроградский.

Во время учебы в институте (1850-1855 годы) Менделеев демонстрирует незаурядные способности. Будучи студентом, он публикует статью «Об изоморфизме» и ряд химических анализов.

Наука

В 1855-м Дмитрий получает диплом с золотой медалью и направление в Симферополь. Здесь он работает старшим учителем гимназии. С началом Крымской войны Менделеев перебирается в Одессу и получает должность преподавателя в лицее.

В 1856-м он снова в Петербурге. Учится в университете, защищает диссертацию, преподает химию. Осенью защищает еще одну диссертацию и назначается приват-доцентом университета.

В 1859-м Менделеева отправляют в командировку в Германию. Работает в университете Гейдельберга, обустраивает лабораторию, исследует капиллярные жидкости. Здесь им были написаны статьи «О температуре абсолютного кипения» и «О расширении жидкостей», открыто явление «критическая температура».

В 1861-м ученый возвращается в Петербург. Создает учебник «Органическая химия», за что удостаивается Демидовской премии. В 1864-м он уже профессор, а спустя два года возглавляет кафедру, преподает и работает над «Основами химии».

В 1869-м представляет периодическую систему элементов, совершенствованию которой посвятил всю жизнь. В таблице Менделеев представил атомную массу девяти элементов, позднее добавил в свод группу благородных газов и оставил место для элементов, которые еще предстояло открыть. В 90-е годы Дмитрий Менделеев внес свой вклад в открытие явления радиоактивности. Периодический закон включал в себя доказательства связи свойств элементов и их атомного объема. Теперь рядом с каждой таблицей химических элементов находится фото первооткрывателя.

В 1865–1887 годах разрабатывает гидратную теорию растворов. В 1872-м начинает изучать упругость газов, спустя два года выводит уравнение идеального газа. Среди достижений Менделеева этого периода – создание схемы дробной перегонки нефтепродуктов, применение цистерн и трубопровода. При содействии Дмитрия Ивановича сжигание черного золота в топках полностью прекратилось. Фраза ученого «Сжигать нефть - все равно, что топить печку ассигнациями» стала афоризмом.

Еще одной сферой деятельности ученого стали географические исследования. В 1875 году Дмитрий Иванович побывал на Парижском международном географическом конгрессе, где представил на суд свое изобретение – дифференциальный барометр-высотомер. В 1887 году ученый участвовал в путешествии на аэростате в верхние слои атмосферы для наблюдения полного солнечного затмения.

В 1890-м ссора с высокопоставленным чиновником стала причиной ухода Менделеева из университета. В 1892-м химик изобретает методику получения бездымного пороха. Одновременно с этим его назначают хранителем Депо образцовых мер и весов. Здесь он возобновляет прототипы фунта и аршина, занимается вычислениями по сравнению русских и английских эталонов мер.

По инициативе Менделеева в 1899 году факультативно вводится метрическая система мер. В 1905, 1906 и 1907 годах ученого выдвигают кандидатом на Нобелевскую премию. В 1906-м году Нобелевским комитетом премия присуждается Менделееву, но Королевская академия наук Швеции это решение не подтвердила.

Менделеев, являющийся автором более чем полутора тысяч трудов, имел огромный научный авторитет в мире. За свои заслуги ученый был удостоен многочисленных научных званий, российских и зарубежных наград, был почетным членом ряда научных обществ на родине и за границей.

Личная жизнь

В юности с Дмитрием случился неприятный случай. Ухаживания за девушкой Соней, с которой тот был знаком с детства, закончились помолвкой. Но изнеженная красавица к венцу так и не пошла. Накануне свадьбы, когда подготовка уже шла полным ходом, выходить замуж Сонечка отказалась. Девушка посчитала, что нет смысла что-то менять, если жизнь и так хороша.

Дмитрий болезненно переживал разрыв с невестой, но жизнь шла своим чередом. От тяжких дум его отвлекла поездка за границу, чтение лекций и верные друзья. Возобновив отношения с Феозвой Никитичной Лещевой, с которой был знаком ранее, стал с ней встречаться. Девушка была старше Дмитрия на 6 лет, но выглядела молодо, поэтому разница в возрасте была незаметной.

В 1862-м они стали мужем и женой. Первая дочь Маша родилась в 1863 году, но прожила только несколько месяцев. В 1865-м родился сын Володя, спустя три года – дочь Оля. К детям Дмитрий Иванович был привязан, но времени им уделял мало, так как жизнь была посвящена научной деятельности. В браке, заключенном по принципу «стерпится-слюбится», он не был счастлив.

В 1877-м Дмитрий знакомится с Анной Ивановной Поповой, которая стала для него человеком, способным в трудную минуту поддержать умным словом. Девушка оказалась творчески одаренным человеком: училась в консерватории игре на фортепиано, позже в Академии художеств.

Дмитрий Иванович устраивал у себя молодежные «пятницы», где и познакомился с Анной. «Пятницы» трансформировались в литературно-художественные «среды», завсегдатаями которых были талантливые художники и профессора. Среди них были , Николай Вагнер, Николай Бекетов и другие.

Женитьба Дмитрия и Анны состоялась в 1881 году. Вскоре у них родилась дочь Люба, сын Иван появился в 1883-м, близнецы Василий и Мария – в 1886-м. Во втором браке личная жизнь ученого сложилась счастливо. Позднее зятем Дмитрия Ивановича стал поэт , женившись на дочери ученого Любови.

Смерть

В начале 1907 года в Палате мер и весов проходила встреча Дмитрия Менделеева и нового министра промышленности Дмитрия Философова. После обхода палаты ученый заболел простудой, которая вызвала воспаление легких. Но даже будучи сильно больным, Дмитрий продолжал работу над рукописью «К познанию России», последними написанными им словами в которой стала фраза:

«В заключение считаю необходимым, хоть в самых общих чертах, высказать…».

Смерть наступила в пять часов утра 2 февраля по причине паралича сердца. Могила Дмитрия Менделеева находится на Волковом кладбище Санкт-Петербурга.

Память Дмитрия Менделеева увековечена рядом монументов, документальных фильмов, книгой «Дмитрий Менделеев. Автор великого закона».

• С именем Дмитрия Менделеева связано множество интересных фактов биографии. Помимо деятельности ученого, Дмитрий Иванович занимался промышленной разведкой. В 70-е годы в США начался расцвет нефтяной промышленности, появились технологии, которые удешевили производство нефтепродуктов. Российские производители стали терпеть убытки на международном рынке из-за неспособности конкурировать по цене.
• В 1876 году по ходатайству министерства финансов России и «Русского технического общества», сотрудничавшего с военным ведомством, Менделеев отправился за океан на выставку технических новинок. На месте химик изучил новаторские принципы изготовления керосина и других нефтепродуктов. А по заказанным отчетам железнодорожных служб Европы Дмитрий Иванович попытался расшифровать метод изготовления бездымного пороха, что ему и удалось.

• У Менделеева было хобби – изготавливать чемоданы. Ученый шил себе одежду.
• Ученому приписывают изобретение водки и самогонного аппарата. Но на самом деле Дмитрий Иванович в теме докторской диссертации «Рассуждение о соединении спирта с водою» изучил вопрос уменьшения объема смешиваемых жидкостей. В работе ученого не было и слова о водке. А стандарт в 40° был установлен в царской России еще в 1843 году.
• Придумал герметические отсеки для пассажиров и пилотов.
• Существует легенда, что открытие периодической системы Менделеева произошло во сне, но это миф, созданный самим ученым.
• Сам скручивал папиросы, используя дорогой табак. Говорил, что никогда не бросит курить.

Открытия

• Создал управляемый аэростат, который стал неоценимым вкладом в воздухоплавание.
• Разработал периодическую таблицу химических элементов, ставшую графическим выражением закона, установленного Менделеевым в ходе работы над «Основами химии».
• Создал пикнометр – прибор, способный определять плотность жидкости.
• Открыл критическую температуру кипения жидкостей.
• Создал уравнение состояния идеального газа, устанавливающее зависимость между абсолютной температурой идеального газа, давлением и молярным объемом.
• Открыл Главную палату мер и весов – центральное учреждение Министерства финансов, заведовавшее поверочной частью Российской империи, подчинявшееся отделу торговли.

В середине XIX в. было известно около 60 химических элементов. Д. И. Менделеев полагал, что должен существовать закон, который объединяет все химические элементы. Менделеев считал, что главной характеристикой элемента является его атомная масса. Поэтому он расположил все известные элементы в один ряд в порядке увеличения их атомной массы и сформулировал закон так:

Свойства элементов и их соединений находятся в перио­дической зависимости от величины атомной массы элементов. Современная формулировка периодического за­кона читается так:

Свойства элементов и их соединений находятся в перио­дической зависимости от заряда ядра атома, или поряд­кового номера элемента.

Формулировка периодического закона Д. И. Менделеевым и современная формулировка не противоречат друг другу, потому что для большинства элементов при увеличе­нии заряда ядра относительная атомная масса тоже увели­чивается. Существуют лишь немногие исключения из это го правила. Например, элемент № 18 аргон Аг имеет меньшую атомную массу, чем элемент № 19 калий К. Теория строения атома показала, что периодическая си­стема Д. И. Менделеева является классификацией хими­ческих элементов по электронным структурам их атомов.

В атомах элементов I периода (Н и Не) электроны запол­няют один энергетический уровень (К); в атомах элементов II периода (от Li до Ne) электроны заполняют два энерге­тических уровня (К и L); в атомах элементов III периода (от Na до Аг) - три энергетических уровня (К, L и М); в ато мах элементов IV периода (от К до Кг) - четыре энергети­ческих уровня (К, L, М и N). Аналогично в атомах элемен­тов V периода электроны заполняют пять уровней и т. д. Число заполняемых энергетических уров­ней (электронных слоев) в атомах всех элементов данного периода равно номеру периода. В атомах всех известных элементов электроны заполня­ют от 1 до 7 энергетических уровней, поэтому периодичес­кая система состоит из семи периодов. Каждый период начинается щелочным металлом (кроме первого периода), в атомах которого на внешнем электрон­ном слое имеется один s-электрон; электронное строение внешнего слоя - ns 1 (л - номер периода). Каждый период заканчивается благородным газом. В ато­мах всех благородных газов (кроме Не) на внешнем элект­ронном слое имеются два s- и шесть p-электронов; электрон­ное строение внешнего слоя пs 2 пр 6 (п - номер периода). Восемь электронов- это макси­мальное число электронов на внешнем электронном слое атомов.

Элементы 3 Li,Na, 19 К находятся в главной подгруппе I группы; их атомы имеют на внешнем слое 1 электрон. Элементы 4 Ве, 12 Mg, 20 Са находятся в главной подгруппе II группы; их атомы имеют на внешнем слое 2 электрона и т. д. Следовательно, число электронов на внешнем слое атомов элементов главных подгрупп (кроме Н и Не) равно номеру группы, в которой находятся элементы. При увеличении порядкового номера последовательно увеличивается общее число электронов в атомах элементов, а число электронов на внешнем электронном слое изменяется периодически. Периодическое изменение свойств химических элементов и их соединений при увеличении порядкового номера объясняется тем, что периодически повторяется строение внешнего электронного слоя в атомах элементов.

–Заряд ядер атомом увеличивается.

–Число электронных слоев атомов не изменяется.

–Число электроном на внешнем слое атомов увеличи­вается от 1 до 8

–Радиус атомов уменьшается

– Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром увеличивается.

–Энергия ионизации увеличивается.

–Сродство к электрону увеличивается.

–Электроотрицательность увеличивается.

–Металличность элементов уменьшается.

–Неметалличность элементов увеличивается.

Рассмотрим, как изменяются некоторые характеристи­ки элементов в главных подгруппах сверху вниз:

–Число электронных слоев атомов увеличивается.

–Число электронов на внешнем слое атомов оди­наково.

–Радиус атомов увеличивается.– Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром уменьшается.

–Энергия ионизации уменьшается.– Сродство к электрону уменьшается.

–Электроотрйцательность уменьшается.– Металличность элементов увеличивается.

–Неметалличность элементов уменьшается.

Билет 6.

1. Основные характеристики атомов: атомные (орбитальные, ковалентные), ван-дер-вааальсовы и ионные радиусы, энергии ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, относительная электроотрицательность, закономерности их изменения.

1. Атомные радиусы - характеристики атомов, позволяющие приближенно оценивать межатомное (межъядерное) расстояние в молекулах и кристаллах. Согласно представлениям квантовой механики, атомы не имеют четких границ, однако вероятность найти электрон, связанный с данным ядром, на определенном расстоянии от этого ядра быстро убывает с увеличением расстояния. Поэтому атому приписывают некоторый радиус, полагая, что в сфере этого радиуса заключена подавляющая часть электронной плотности (90-98%). А.р. - величины очень малые, порядка 0,1 нм, однако даже небольшие различия в их размерах могут сказываться на структуре построенных из них кристаллов, равновесной конфигурации молекул и т.п. Опытные данные показывают, что во мн. случаях кратчайшее расстояние между двумя атомами примерно равно сумме соответствующих А. р. - т. наз. принципаддитивности . В зависимости от типа связи между атомами различают металлич., ионные, ковалентные и ван-дер-ваальсовы А. р.

Металлич. радиус равен половине кратчайшего расстояния между атомами в кристаллич. структуре металла. Его значение зависит от координац. числа К (числа ближайших соседей атома в структуре). Чаще всего встречаются структуры металлов с К = 12.

Ионные радиусы используют для приближенных оценок кратчайших межъядерных расстояний в ионных кристаллах, предполагая, что эти расстояния равны сумме соответствующих ионных радиусов атомов. Впервые ионные радиусы были определены в 20-х гг. 20 в. В. М. Гольдшмидтом, опиравшимся на рефрактометрич. значения радиусов F - и О 2- .

Ковалентный радиус равен половине длины одинарной хим. связи X-X, где Х - атом неметалла. Для галогенов ковалентный А.р. - это половина межъядерного расстояния в молекуле Х 2 , для S и Se - в Х 8 , для С - в кристалле алмаза. Пользуясь правилом аддитивности А.р., предсказывают длины связей в многоатомных молекулах.

Ван-дер-ваальсовы радиусы определяют эффективные размеры атомов благородных газов. Эти радиусы равны половине межъядерного расстояния между ближайшими одинаковыми атомами, не связанными между собой хим. связью, т.е. принадлежащими разным молекулам. Значения ван-дер-ваальсовых радиусов находят, пользуясь принципом аддитивности А.р., из кратчайших контактов соседних молекул в кристаллах. В среднем они на ~ 0,08 нм больше ковалентных радиусов. Знание ван-дер-ваальсовых радиусов позволяет определять конформацию молекул и их упаковку в молекулярных кристаллах.

Энергия ионизации атома E i – количество энергии, необходимой для отрыва ē от невозбужденного атома. При движении слева направо по периоду энергия ионизации постепенно увеличивается, при увеличении порядкового номера в пределах группы - уменьшается. Минимальные потенциалы ионизации имеют щелочные металлы, максимальные - благородные газы. Для одного и того же атома вторая, третья и последующие энергии ионизации всегда увеличиваются, так как электрон приходится отрывать от положительно заряженного иона.

Е сродства атома к электрону A e – Е, кот. Выделится при присоединении ē к атому. Наибольшим сродством к электрону обладают атомы галогенов. Обычно сродство к электрону для атомов различных элементов уменьшается параллельно с ростом энергии их ионизации.

Электроотрицательность – мера способности атома данного элемента оттягивать на себя электронную плотность по сравнению с др. элементами в соединении. ее можно представить как полусумму молярных энергий ионизации и сродства к электрону: Э/О = 1/2 (E i + A e). Абсолютные значения электроотрицательностей атомов различных элементов используются очень редко. Чаще используют относительную электроотрицательность , обозначаемую буквой c . Первоначально эта величина определялась как отношение электроотрицательности атома данного элемента к электроотрицательности атома лития. Так как относительная электроотрицательность зависит прежде всего от энергии ионизации атома (энергия сродства к электрону всегда намного меньше), то в системе химических элементов она изменяется примерно также, как и энергия ионизации, то есть возрастает по диагонали от цезия ко фтору.

Экзаменационный билет № 7

Русский ученый Дмитрий Менделеев (1834-1907) больше всего известен благодаря его периодическому закону химических элементов, на основе которого им была построена таблица, знакомая каждому человеку еще со школьной скамьи. Однако на самом деле великий ученый интересовался самыми разными областями знаний. Открытия Менделеева связаны с химией, физикой, метрологией, экономикой, геологией, педагогикой, воздухоплаванием и т. д.

Периодический закон

Периодический закон - один из фундаментальных законов природы. Он заключается в том, что свойства химических элементов зависят от их атомного веса. Менделеев открыл периодический закон в 1869 году. Совершенная им научная революция была осознана химиками не сразу.

Русский исследователь предложил закономерную систему, с помощью которой оказалось возможным предсказать неизвестные тогда химические элементы и даже их свойства. После их скорого открытия (речь идет о галлии, германии и скандии) ученые с мировым именем начали признавать фундаментальность периодического закона.

Открытия Менделеева происходили в эпоху, когда наука пополнялась все новыми разрозненными фактами об окружающем нас мире. Из-за этого периодический закон и построенная на его основе периодическая таблица элементов оказались перед серьезными вызовами. Например, в 1890 гг. были открыты благородные газы и явление радиоактивности. Защищая свою теорию, Менделеев продолжал совершенствовать таблицу, соотнося ее со все новыми научными фактами. В химик поместил аргон, гелий и их аналоги в отдельную нулевую группу. Со временем фундаментальность периодического закона становилась все яснее и бесспорнее, а сегодня он по праву считается одним из величайших открытий в истории естественных наук.

Исследования силикатов

Периодический закон - крайне важная страница в истории науки, однако открытия Менделеева в области химии на нем не закончились. В 1854 году он исследовал финский ортит и пироксен. Также один из циклов работ Менделеева посвящен химии силикатов. В 1856 году ученый издал диссертационную работу «Удельные объемы» (в ней была дана оценка взаимосвязи между объемом вещества и его характеристиками). В главе, посвященной кремнеземным соединениям, Дмитрий Иванович подробно остановился на природе силикатов. Кроме того, он первым дал правильную трактовку явления стеклообразного состояния.

Газы

Ранние открытия Менделеева были связаны с еще одной химической и одновременно физической темой - исследованием газов. Ученый занялся ею, углубившись в поиск причин закона периодичности. В XIX веке в этой области науки ведущей была теория о «мировом эфире» - всепроникающей среде, через которую передается тепло, свет и гравитация.

Изучая данную гипотезу, русский исследователь пришел к нескольким важным выводам. Так совершились открытия Менделеева в физике, главным из которых можно назвать появление с универсальной газовой постоянной. Кроме того, Дмитрием Ивановичем была предложена собственная термодинамическая шкала температур.

Всего Менделеев издал 54 труда, посвященных газам и жидкостям. Самыми известными в этом цикле стали «Опыт химической концепции мирового эфира» (1904) и «Попытка химического понимания мирового эфира» (1905). В своих работах ученый использовал вириалные изложения и тем самым заложил основы современных уравнений для

Растворы

Растворы интересовали Дмитрия Менделеева на протяжении всей его научной карьеры. Относительно этой темы исследователь не оставил полной теории, а ограничился несколькими принципиальными тезисами. Самыми важными моментами касательно растворов он считал их отношение к соединениям, химизм и в растворах.

Все открытия Менделеева проверялись им с помощью экспериментов. Некоторые из них касались температуры кипения растворов. Благодаря детальному анализу темы, Менделеев в 1860 году пришел к выводу, что, переходя при кипении в пар, жидкость теряет теплоту испарения и поверхность натяжения вплоть до нулевого значения. Также учение Дмитрия Ивановича о растворах повлияло на становление теории

Менделеев критично относился к появившейся в его время теории об электролитической диссоциации. Не отрицая саму концепцию, ученый указывал на необходимость ее доработки, что напрямую было связано с его работами о химических растворах.

Вклад в воздухоплавание

Дмитрий Менделеев, открытия и достижения которого охватывают самые разные сферы человеческих знаний, интересовался не только теоретическими предметами, но и прикладными изобретениями. Конец XIX века прошел под знаком повышенного интереса к зарождавшемуся воздухоплаванию. Разумеется, русский эрудит не мог не обратить внимания на этот символ будущего. В 1875 году он создал проект собственного стратостата. Теоретически аппарат мог подниматься даже в верхние атмосферные слои. На практике первый такой полет произошел только пятьдесят лет спустя.

Другим изобретением Менделеева стал работающий на двигателях аэростат. Воздухоплавание интересовало ученого не в последнюю очередь в связи с другими его работами, связанными с метеорологией и газами. В 1887 году Менделеев совершил экспериментальный полет на аэростате. Воздушному шару удалось покрыть расстояние в 100 километров на высоте почти 4 километров. За полет химик получил золотую медаль Академии аэростатической метеорологии Франции. В своей монографии о вопросах сопротивления среды Менделеев посвятил воздухоплаванию один из разделов, в котором подробно описал свои взгляды на эту тему. Ученый интересовался разработками пионера авиации

Освоение Севера и кораблестроение

Прикладные открытия Менделеева, список которых можно продолжить таковыми в области кораблестроения, делались при сотрудничестве с исследовательскими географическими экспедициями. Так, Дмитрий Иванович первым предложил идею опытового бассейна - экспериментальной установки, необходимой для гидромеханических исследований судовых моделей. В реализации этой задумки ученому помог адмирал Степан Макаров. С одной стороны, бассейн нужен был для торговых и военно-технических целей, но в то же время он оказался полезным и для науки. Экспериментальную установку запустили в 1894 году.

Помимо всего прочего, Менделеев сконструировал ранний прототип ледокола. Ученый был включен в комиссию, выбравшую проект для государственного ассигнования первого в мире такого корабля. Им стал ледокол «Ермак», спущенный на воду в 1898 году. Менделеев занимался исследованиями морской воды (в том числе ее плотности). Материал для изучения ему предоставлял все тот же адмирал Макаров, побывавший в кругосветном путешествии на «Витязе». Открытия Менделеева в географии, связанные с темой покорения Севера, были изложены ученым в более чем 36 напечатанных работах.

Метрология

Помимо остальных наук, Менделеева интересовала метрология - наука о средствах и методах измерения. Ученый работал над созданием новых способов взвешивания. Как химик он был сторонником химических методов измерения. Открытия Менделеева, список которых пополнялся год от года, были не только научными, но и буквальными - в 1893 году Дмитрий Иванович открыл Главную палату мер и весов России. Также он изобрел собственную конструкцию арретира и коромысла.

Пироколлодийный порох

В 1890 году Дмитрий Менделеев отправился в длительную заграничную командировку, целью которой было знакомство с иностранными лабораториями по разработке взрывчатых веществ. Ученый занялся данной тематикой с подачи государства. В морском министерстве ему предложили внести свой вклад в развитие русского порохового дела. Инициатором командировки Менделеева был вице-адмирал Николай Чихачев.

Менделеев считал, что в отечественном пороходелии больше всего необходимо развивать экономическую и промышленную стороны. Также он настаивал на использовании в производстве исключительно российского сырья. Главным же итогом работы Дмитрия Менделеева в этой сфере стала разработка им в 1892 году нового пироколлодийного пороха, отличавшегося своей бездымностью. Военные специалисты высоко оценили качество этого взрывчатого вещества. Особенностью пироколлодийного пороха был его состав, в который входила подверженная растворимости нитроклетчатка. Готовя к производству новых порох, Менделеев хотел наделить его стабилизированным газообразованием. Для этого при изготовлении взрывчатого вещества были использованы дополнительные реагенты, в том числе всяческие присадки.

Экономика

На первый взгляд, открытия Менделеева в биологии или метрологии вовсе не связаны с его образом прославленного химика. Однако еще более отдаленными от этой науки были исследования ученого, посвященные экономике. В них Дмитрий Иванович подробно рассматривал направления развития хозяйства своей страны. Еще в 1867 году он вступил в первое отечественное объединение предпринимателей - Общество для содействия русской промышленности и торговли.

Менделеев видел будущее экономики в развитии независимых артелей и общин. Этот прогресс подразумевал конкретные реформы. Например, ученый предлагал сделать общину не просто сельскохозяйственной, а занятой фабрично-заводской деятельностью в зимний период, когда пустуют поля. Дмитрий Иванович выступал против перепродаж и любых форм спекуляции. В 1891 году он участвовал в разработке нового Таможенного тарифа.

Протекционизм и демография

Менделеев, открытия в области химии которого затмевают его успехи в гуманитарных науках, все свои экономические исследования вел с вполне практичной целью помощи России. В этой связи ученый был последовательным протекционистом (что, например, отразилось в его работах в отрасли пороходелия и его же письмах к царю Николаю II).

Менделеев изучал экономику неразрывно от демографии. Незадолго до смерти он в одной из своих работ отметил, что в 2050 году население России составит 800 миллионов человек. Прогноз ученого стал утопией после двух мировых и Гражданской войны, репрессий и других катаклизмов, обрушившихся на страну в XX столетии.

Опровержение спиритизма

Во второй половине XIX века Россию, как и весь остальной мир, охватила мода на мистицизм. Эзотерикой увлекались представители высшего света, богема и простые городские жители. Меж тем открытия Менделеева в химии, список которых состоит из множества пунктов, заслоняют его длительную борьбу с популярным тогда спиритизмом.

Ученый разоблачал приемы медиумов вместе с соратниками из Русского физического общества. С помощью ряда экспериментов с манометрическими и пирамидальными столиками, а также другими инструментами гипнотизеров Менделеев пришел к выводу, что спиритизм и похожие практики - лишь суеверие, на котором наживаются спекулянты и мошенники.