Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / 4. Развитие учения о периодичности (II стадия развити (Исаева Т.).doc
Скачиваний:
38
Добавлен:
19.05.2015
Размер:
368.64 Кб
Скачать

4. Развитие учений о периодичности и валентности (II стадия развития атомно-теоретической концепции химического элемента)

4.1. Развитие учения о периодичности

Периодический закон и периодическая система были созданы Д.И. Менделеевым при подготовке второй части «Основ химии». При этом Дмитрий Иванович ощущал, что изложение не имеет системного характера. Он понял, что валентность, которая уже в то время считалась одной из наиболее важных количественных характеристик элемента, не может служить систематике простых тел: так, одновалентное Ag являлось аналогом не щелочных металлов, а меди. Менделеев поэтому отдал предпочтение чисто химическому (качественному) сходству перед количественным и вслед за описанием щелочных металлов стал описывать не оксиды Ag и других металлов, способных образовывать оксиды R2O, а щелочно-земельные металлы и их соединения. Благодаря такому подходу Менделеев и открыл закон, согласно которому свойства элементов находятся в периодической зависимости от их атомной массы.

Менделеев Дмитрий Иванович (1834-1907)- великий русский ученый, педагог. Открыл (1869) периодический закон химических элементов - один из основных законов естествознания. Получил уравнение состояния ИГ, указал на существование «абсолютной температуры кипения», т.е. критической температуры. Разработал гидратную теорию растворов, предложил промышленный способ фракционного разделения нефти, изобрел вид бездымного пороха, пропагандировал использование минеральных удобрений и т.д.

При работе над первыми вариантами своей системы Менделеев представлял себе закон периодичности именно как функциональную зависимость свойств элементов от их атомных масс. В дальнейшем (с сентября 1869 г.) Менделеев перешел к систематическим исследованиям способности элементов образовывать различные химические соединения с кислородом и водородом и т. д. в зависимости от величины их атомных масс. Т. е. он постепенно перешел от признания детерминирующей роли атомной массы при построении системы к признанию детерминирующего значения по отношению ко всем свойствам элементов, в том числе и атомным весам, места элемента в системе. При этом под местом элемента подразумевается совокупность связей данного элемента со всеми остальными элементами системы. Конкретнее: совокупность свойств данного элемента, взятая в сопоставлении со свойствами других, прежде всего «соседних», элементов системы, выражается клеткой в таблице элементов.

Периодический закон, таким образом, выражает не только определенную зависимость свойств элементов от их атомной массы, но и определяет общность всех химических элементов, связывая их в единую систему материального мира. Выдающийся химик Н. Д. Зелинский писал, что открытие периодического закона явилось вместе с тем «открытием взаимной связи всех атомов в мироздании».

Именно, благодаря этому ПЗ, позволил описывать свойства элементов точнее, чем при их эмпирическом определении, и предсказывать существование еще не открытых элементов с такой характеристикой их свойств, которая подтверждалась только в самых точных экспериментах. Так, в 1875 г. П. Лекок де Буабодран открыл галлий (менделеевский «экаалюминий»), а в 1879 г. Л. Нильсон – открыл скандий (менделеевский «экабор»).

Лекок де Буабодран Поль Эмиль (1838–1912 )- французский химик. Открыл (1875) в цинковой обманке новый элемент – галлий, существование которого под названием «экаалюминий» было предсказано Д. И. Менделеевым. Внес большой вклад в изучение химии редкоземельных элементов, широко используя спектральные методы. Открыл самарий (1879), гадолиний и диспрозий.

Уже в XIX столетии периодический закон и периодическая система стали «фундаментом общей химии» в том именно смысле, что придали новое содержание проблеме соотношения состава и свойств. Эта новизна выразилась прежде всего в переходе от неупорядоченных сведений о бесчисленном множестве соединений к стройной системе знаний об определенных группах и семействах элементов и их соединениях. Например, вместо хаотических сведений о кислотах и щелочах появилась возможность выявить общие закономерности формирования кислотных и основных свойств различных оксидов и гидридов в зависимости от места элементов, их образующих, в системе Д. И. Менделеева. Иначе говоря, открытие естественной системы элементов позволило создать соответствующую ей систему теоретических представлений о зависимости свойств соединений от их элементного состава.

Историю развития учения о периодичности обычно делят на 2 этапа:

химический (менделеевский) и физический (электронный), начавшийся с работ Н. Бора.

Химический этап подразделяется в свою очередь на два этапа: первый этап (1869-1971) – сам факт открытия ПЗ и ПС и второй этап (1872-1893), когда были открыты предсказанные Менделеевым элементы, что способствовало утверждению ПЗ. На химическом этапе ПЗ и ПС рассматриваются в форме естественной системы химических элементов. О химическом этапе мы говорили чуть раньше.

На физическом этапе, который был подготовлен открытием и эмпирическим обоснованием естественной системы элементов, появилась фундаментальная теория периодической системы.

Физический этап подразделяется в свою очередь на три этапы (3,4,5).

Третий этап (1894 – 1910) характеризуется важнейшими открытиями физиков:

а) открытие Ar и He (В. Релей, У. Рамзай) привело к изменению структуры периодической системы, появилась нулевая группа;

б) открытие электрона (Э. Вихерт, Дж. Томсон) привело к появлению гипотез о сложном строении атома и возрождению представления о сродстве как проявлении электрических сил. Так, в 1898-1902 гг. Р. Абегг и Г. Бодлендер развили идеи об электросродстве и электровалентности;

Рамзай Уильям (1852–1916)- английский химик и физик. Исследования относятся к физике, неорганической и органической химии. Синтезировал пиридин из ацетилена и циановодорода. Предложил способ определения молекулярной массы жидкостей по значению поверхностного натяжения. Совместно с Дж. У. Релеем открыл (1894) аргон и описал (1895) его свойства. Совместно с М. У. Траверсом открыл (1898) неон, криптон и ксенон. В 1900 Рамзай и одновременно Д. И. Менделеев пришли к выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов особой группы – благородных газов. Изобрел микровесы. Нобелевская премия (1904).

в) открытие Х-лучей (В. Рентген) дало надежный метод изучения структуры вещества.

г) открытие радиоактивности (А. Беккерель) вызвало наибольшие перемены во взглядах химиков на первичные частицы вещества, став началом эволюции принципиально новых представлений о сложном строении атома и о возможности переходов от одних элементов к другим (Э. Резерфорд, Ф. Содди, Г. Гейгер).

Беккерель Антуан Анри (1852–1908) - французский физик. Основные работы посвящены изучению явлений люминесценции и радиоактивности. Открыл (1896) и изучил явление самопроизвольного излучения солями урана и металлическим ураном лучей особой

На третьем этапе появился еще ряд важных работ, оказавших существенное влияние на развитие идей периодичности. Так, в 1897 г. И. Ридберг пришел к выводу, что периодичность свойств элементов и даже их атомная масса являются функцией порядковых номеров элементов. В 1898-1900 гг. М. Кюри показала материальный характер α-излучения, из

Склодовская-Кюри Мария (1867–1934) - химик и физик. Является одним из основоположников учения о радиоактивности. Совместно с П. Кюри открыла (1898) химические элементы полоний и радий. Впервые употребила термин «радиоактивность». Получила (1902) вместе с П. Кюри 0,1 г соли радия и определила его атомный вес. Совместно с А. Л. Дебьеном получила (1910) радий в металлическом виде. Они же изготовили (1911) первый эталон радия. Нобелевская премия по физике (1903, совместно с П. Кюри). Нобелевская премия по химии (1911).

Кюри Пьер (1859–1906)- французский физик и химик. Один из основателей учения о радиоактивности.Научные работы посвящены также исследованию кристаллических тел, магнетизму. Совместно с женой М. Склодовской-Кюри открыл полоний и радий. Одним из первых использовал понятие «период полураспада». Предложил (1904) идею метода определения абсолютного возраста урансодержащих минералов. Нобелевская премия по физике (1903, совместно с М. Склодовской-Кюри).

чего вытекала гипотеза о материальной сущности и радиоактивного излучения. В 1900 г. М. Планк заложил основы квантовой теории излучения, а в 1905 г. А. Эйнштейн сформулировал закон эквивалентности массы и энергии (E = mc2).

Планк Макс (1858–1947) - немецкий физик. Основоположник квантовой теории. Впервые, вопреки представлениям классической физики, предположил, что энергия излучения испускается не непрерывно, а порциями - квантами, и на основе этой гипотезы вывел закон теплового излучения (закон Планка). Ввел фундаментальную физическую постоянную – постоянную Планка, без которой невозможно описание свойств атома, молекулы и других квантовых систем. Нобелевская премия по физике(1918).

Альберт Эйнштейн (14.III.1879–18.IV.1955) – немецкий физик. Создатель специальной и общей теории относительности. Открыл закон взаимосвязи массы и энергии, заключенной в телах. Исходя из квантовой теории света, объяснил такие явления, как фотоэффект, правило Стокса для флюоресценции, фотоионизацию. Распространил (1907) идею квантовой теории на физические процессы, непосредственно не связанные со светом, разработал первую квантовую теорию теплоемкости твердых тел, распространил идею квантовой

Четвертый этап (1911- 1925) - характеризуется собственно физическим обоснованием закона периодичности и разработкой формальной теорией ПС. Важнейшие работы этого этапа рассматривают проблему по 3 направлениям: