Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Химия — это наука о веществах, одна из основоположных в естествознании. Знания по этому предмету, полученные в школе, некоторые уже позабыли, а вот периодическую таблицу Д. И. Менделеева запомнил каждый, хотя у многих в памяти она так и осталась таблицей с разноцветными квадратами и вписанными в них буквами. Наверняка каждому творчески мыслящему человеку будет интересно узнать, как создавалась таблица Менделеева.

Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Необходимость систематизации элементов

Веками человек стремился раскрыть тайну состава частиц, но его методы, как и само представление о строении вещества, были слишком запутаны. Началом изучения химических элементов можно считать 1668 год, когда ирландский химик Роберт Бойль в своей книге описал 15 таких частиц и предположил, что их может быть гораздо больше.

Через сто лет французский химик Антуа н Лавуазье составил новый список, состоящий из 35 элементов. 23 из них позже признали неразложимыми.

Основа для понимания была заложена только в начале XIX века, когда атомы были признаны базовыми строительными кирпичиками природы. Элемент — это вещество, состоящее из одного вида атомов. Атомы разных частиц отличаются друг от друга весом.

Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

К середине XIX века ученые открыли 63 химических элемента. Многие исследователи пытались определить хоть какую-нибудь закономерность в этом подборе:

  • в 1829 году немецкий химик Иоганн Дёберейнер;
  • в 1862 году французский геолог и химик Александр Эмиль Шанкуртуа;
  • в 1866 году английский химик Джон Александр Ньюлендс.

С помощью весов химики определяли соотношение веса у разных атомов, но результаты не совпадали. В 1860 году был созван конгресс химиков в Карлсруэ (Германия), чтобы положить конец неподобающей ситуации с определением атомных и молекулярных весов.

Он наметил путь к более комплексной систематизации состава веществ. Два участника конгресса Дмитрий Менделеев из России и Лотар Мейер из Германии понимали, что атомные веса — ключ классификации элементов. Менделеев первым предположил, то между атомной массой элементов и их расположением в системе может существовать взаимосвязь.

Как заполнялась периодическая таблица

В 1867 году Менделеев стал профессором химии Санкт-Петербургского университета. В окрестных карьерах он искал минералы, чтобы показать студентам, в какой форме элементы могут встречаться в природе. Менделеев, как преподаватель написал классический учебник «Основы химии». При его написании он углубился в отношения между свойствами частиц, пытаясь создать систему для их классификации.

Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

В 1869 год члены российского химического общества прослушали доклад Менделеева, подводящий итоги его исследований. Ему удалось разработать стройную систему химических элементов. Но как он пришел к этой системе? «Искать что-либо, хотя бы грибы или какую-либо зависимость нельзя иначе, как наблюдая и пробуя», — писал он.

Менделеев стал подбирать вещества, записывая в отдельных карточках их атомный вес и характерные свойства. Схожие частицы и близкие атомные веса позволили ему сделать заключение, что свойства элементов состоят в периодической зависимости от их атомного веса.

Менделеев заполнил пробелы в таблице карточками ещё не открытых химических веществ. Он даже предсказал их свойства. Многие коллеги решили, что его выводы несостоятельны.

Тем не менее, Менделеев стремился как можно быстрее заполнить пустые клетки еще неизвестными науке химическими веществами, свойства и атомные массы которых, он сумел вычислить. И процесс начался. Один за одним стали открываться новые элементы. Первым открыли галлий в 1875 году, затем стали открываться и остальные:

Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

  • скандий в 1879 году;
  • германий в 1885 году;
  • полоний — 1898 год;
  • рений —1925 год;
  • технеций —1937 год;
  • франций —1939 год;
  • астат в 1942—1943 годы.

Периодическая система, которую сегодня знает каждый школьник, состоит из колонок и рядов. В рядах элементы выстроены по увеличению числа атомов. Они примерно пропорциональны их атомному весу. Колонки содержат химические вещества со сходными свойствами, которые варьируют при переходе от одного столбца к другому.

Влияние изучения строения атома

В 1886 году Клеменс Винклер, немецкий химик-технолог заполнил один из пробелов, оставленных Менделеевым — он открыл элемент германий. Его химические свойства совпали с предсказаниями Менделеева.

Германий относится к той же группе элементов, что и уголь, кремний, олово и свинец. Точность периодической системы подтвердили открытия шотландского химика Уильяма Рамзая. В период между 1894 и 1898 годами он открыл несколько благородных газов — новую отдельную группу элементов.

Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Рамзай открыл благородные газы в атмосфере, где из-за химически инертного поведения они долго оставались не обнаруженными. Эта группа легко вошла в таблицу. Но по-настоящему периодическую систему поняли только тогда, когда выяснилось, что атом состоит из ядра и электронов.

Электроны расположены в оболочках атомов согласно определенным законам. Когда одна из них заполняется, создается новая, поэтому химические свойства зависят, в частности, от числа электронов во внешней оболочке. В каждой новой оболочке эти свойства повторяются, а в таблице начинается новый ряд.

Первым в таблице стоит водород, атом которого самый легкий из всех. Атомы азота и кислорода — двух главных составляющих атмосферы, во много раз тяжелее его. Атомный вес водорода примерно равен единице. Атомы самого тяжёлого, из встречающихся в природе химических веществ — урана более, чем в 200 раз тяжелее водорода.

К сороковому году были обнаружены все девяносто два элемента — от водорода до урана за исключением прометия. В конце тридцатых годов группы ученых пытались искусственно получить из урана более тяжелые частицы. В 1938 году немецкий химик Отто Ган почти случайно открыл ядерное деление. Он вместе с помощником Фрицем Штрассманом изучал образцы урана, которые бомбардировал нейтронами.

Но вместо нового тяжелого элемента Ган получил только более легкие, образованные при распаде ядра урана. Так Отто Ган впервые доказал деление ядра.

Через два года, выполняя похожие опыты, американские ученые создали первое искусственное химическое вещество — нептуний. Год спустя к нему добавился плутоний. Обе эти частицы тяжелее урана. Они легко вошли, в существующую таблицу элементов.

Роль плутония в расширении таблицы

Таким образом, 92 элемента встречаются в природе, а начиная с 93-го могут быть созданы лишь в лаборатории и являются искусственными. Изначально таблица отражала лишь порядок, существующий в природе, не объясняя почему должно быть именно так. Лишь появление квантовой механики раскрыло истинный смысл порядка элементов в таблице.

Практика показывала, что должны быть и другие трансурановые элементы. Когда стало известно, что изотоп плутония-239 легко делится, им заинтересовались военные. Их привлекала огромная взрывная сила, которую он может создать.

Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Плутоний, имеющий атомное число 94, продолжил процесс расширения таблицы Менделеева. Он образуется, когда природный уран бомбардируют нейтронами в ядерном реакторе. Критическая масса плутония, нужная для атомной бомбы, — пять килограммов. До тех пор плутоний удавалось создавать в таких малых количествах, что взвешивать его можно было только с помощью тонкой стеклянной нити.

Несмотря на это, ученые все же смогли определить его физические и химические свойства. Война с Германией стала важной предпосылкой для производства плутония килограммами. Его планировали использовать для создания сверхоружия против гитлеровской Германии.

Работая над бомбой, ученые и инженеры открывали новые горизонты. Невозможное стало реальностью. Хотя бомбу так и не сбросили на Германию, между двумя сверхдержавами — США и СССР началась гонка, кто откроет больше элементов, которые можно производить искусственно.

Пример плутония показал, что открытие новых элементов может означать военное превосходство. Так холодная война внесла вклад в расширение таблицы Менделеева.

Значение для мировой науки

В начале восьмидесятых годов из Германии поступали сообщения о новых, искусственно созданных химических веществах. К 1996 году полдюжины новых элементов были созданы в институте по исследованию тяжёлых ионов в немецком городе Дармштадте.

Эксперименты были сложными и дорогими. Образцы неделями бомбардировали ионами. Для непосвященного выход нового элемента кажется крайне низким. Таблица постоянно расширяется. Последний элемент теннессин открыт в 2010 году, а всего открыто 118 частиц.

Значение таблицы Д. Менделеева для мировой науки:

Как создавалась периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

  • она явилась наиболее важным этапом в развитии атомно-молекулярного учения;
  • с её помощью стало возможным предсказание ранее неизвестных химических элементов;
  • частицы, обнаруженные позже, точно стали на свободные места таблицы, предсказанные Менделеевым;
  • таблица помогла составить понятие о химическом элементе в современном понимании;
  • таблица дала возможность систематизировать типы атомов, для вновь созданных разделов физики (атомной физики и физики ядра).

Вначале периодическую систему пополняли новыми частицами химики, а сейчас эту задачу выполняют физики. Периодическая система элементов, созданная Дмитрием Менделеевым больше века назад, оказалось настолько универсальной, что каждое новое открытие только подтверждает ее верность.

Предыдущая
ХимияХимические элементы в организме человека - общее значение и роль
Следующая
ХимияИзопропиловый спирт - структурная формула, свойства и применение
Помогли? Поставьте оценку, пожалуйста.
Плохо
0
Хорошо
0
Супер
0
Мы в ВК, подпишись на нас!

Подпишись на нашу группу в ВКонтакте, чтобы быть в курсе выхода нового материала...

Вступить