Наверное все ещё со школьной скамьи, помнят о рассказе учителя химии про периодический закон. Здесь я расскажу историю его открытия и развития.
Что было до Менделеева?
С древности человеку были известны некоторые простые вещества, например сера, медь, железо и т.д. С развитием науки и изучением окружающего нас мира постепенно науке открывались все новые и новые химические элементы. Когда они закончились в природе. Их научились получать на специальных ускорителях, проводя различные ядерные реакции. На данный момент науке известно всего 118 элементов.
Триады по Дёберейнеру
Со временем ученые стали замечать, что некоторые элементы обладают схожими свойствами. Например, углерод, кремний проявляют высшую валентность валентность 4, натрий и калий являются мягкими металлами, при том чрезвычайно химически активными. Все это привело к попыткам каким-либо образом упорядочить известные науке элементы.
Одной из самых первых попыток считается предложенная Дёберейнером в 1829 году система, состоящая из триад.
Учёный заметил что некоторые химические элементы можно объединить в тройку таким образом, чтобы атомный вес среднего элемента был равен среднему арифметическому крайних. Например относительный атомный вес лития составляет 7, а для калия он равен 39. Тогда у натрия он составит: (7+39)/2 = 23, что соответствует действительности. Такое можно было проделать в любой из триад, представленных на фото выше. Однако не все элементы подчинялись данному правилу, а значит это предположение просто случайное совпадение.
Спираль Шанкуртуа
Французский Александр Шанкуртуа предложил расположить все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд нанести на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания.
При развёртывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий, и т. д.
Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. К примеру к щелочным металлам попадал марганец, который был не настолько активен как его соседи по вертикали, а титан, типичный металл, вообще оказывался рядом с кислородом и серой.
Помимо этого было предложено ещё несколько идей группировки химических элементов, но на них мы особо заострять внимание не будем, т.к. в этой статье я хоче рассказать о самом периодическом законе, его идеи и значении
Во времена Менделеева
Наш учёный, известный каждому школьнику, Дмитрий Иванович Менделеев в 1869 году предложил расположить элементы по увеличению их атомных масс. Причем таким образом, чтобы схожие по свойствам находились рядом.
Отсюда вытекает классическая формулировка периодического закона:
Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса
Однако оставались некоторые пустые в таблице места и парадоксы, например несмотря на то что атомный вес такого элемента как теллур, с относительно атомной массой 127,6, больше чем атомная масса йода (129,9) он размещает йод после теллура согласно его химическим свойствам. Позже ученые смогут дать объяснение этому пародоксальному явлению.
Несмотря на то что некоторые ячейки в таблице остались пустыми Дмитрий Иванович приходит к мнению о том, что эти элементы просто ещё не открыты, и называет их экасилиций (подобный кремнию), экаалюминий(подобный алюминию и т.д.). Также он проводит различные расчёты в попытках предсказать свойства пока ещё неоткрытых элементов.
И когда появилось объявление об открытии нового элемента, который в последствии назвали галлием. А его свойства оказались полностью соответствующими предсказанию Менделеева. Что стало неопровержимым доказательством достоверности периодического закона.
Периодический закон для развития науки
Открытие одного из основополагающих законов химии дало этой науке толчок для развития, коих примеров можно привести немало.
В 1894 году Английские химики Рамзай и Релей открыли новый химический элемент аргон. В этом же столетии было несколько сообщений об открытии другого благородного газа- гелия.
Рамзай решил применить закон Менделеева Рамзай решил определить место новых газов в периодической системе, оказалось что между этими "новичками" остается пустая клетка, находящаяся между рубидием и бромом, а также между йодом и цезием. Это подтолкнуло учёных на поиски других благородных газов. И очень скоро они были найдены.
Это явный пример того, как периодический закон помог открыть целую группу новых газов, существование которых никто не мог предположить.
Периодический закон в наши дни
К настоящему моменту периодический закон не считается основополагающим законом природы, он нашел свое объяснение в строении атома, что было практически не известно во времена Менделеева. Но несмотря на это пытливый ум Дмитрия Ивановича смог увидеть эту закономерность, несмотря даже на некоторые непонятные моменты и вопросы.
Сходность свойств химических элементов одинаковых групп можно объяснить тем, что они обладают одинаковым строением внешнего электронного (валентного) слоя. Ведь именно валентные электроны участвуют в образовании и разрыве химических связей, а значит и отвечают за химические свойства элемента. А так, как количество электронов в атоме определяется зарядом ядра, то отсюда вытекает современная формулировка периодического закона:
Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов элементов
На этом у меня все. Если вам понравилась моя статья и Вы дочитали её до конца, я буду рад если Вы оставите комментарий. В следующий раз я расскажу про изменение некоторых свойств простых веществ и атомов, опираясь на периодический закон.
До встречи!