قانون تناوبی مندلیف، ماهیت و تاریخچه کشف. تاریخچه کشف قانون تناوبی تاریخچه کشف جدول تناوبی

در اینجا خواننده اطلاعاتی در مورد یکی از مهمترین قوانین کشف شده توسط انسان در زمینه علمی - قانون تناوبی دیمیتری ایوانوویچ مندلیف - پیدا می کند. با اهمیت و تأثیر آن بر شیمی آشنا می شوید؛ مفاد کلی، ویژگی ها و جزئیات قانون تناوبی، تاریخچه کشف و مفاد اصلی در نظر گرفته می شود.

قانون تناوبی چیست؟

قانون تناوبی یک قانون طبیعی با ماهیت اساسی است که برای اولین بار توسط D.I. مندلیف در سال 1869 کشف شد و خود کشف از طریق مقایسه خواص برخی عناصر شیمیایی و مقادیر جرم اتمی شناخته شده در آن زمان اتفاق افتاد.

مندلیف استدلال کرد که طبق قانون او، اجسام ساده و پیچیده و ترکیبات مختلف عناصر به نوع تناوبی آنها و وزن اتم آنها بستگی دارد.

قانون تناوبی در نوع خود بی نظیر است و این به این دلیل است که بر خلاف سایر قوانین اساسی طبیعت و جهان با معادلات ریاضی بیان نمی شود. از نظر گرافیکی، بیان خود را در جدول تناوبی عناصر شیمیایی پیدا می کند.

تاریخچه کشف

کشف قانون تناوبی در سال 1869 اتفاق افتاد، اما تلاش‌ها برای نظام‌بندی تمام عناصر x-th شناخته شده مدت‌ها قبل از آن آغاز شد.

اولین تلاش برای ایجاد چنین سیستمی توسط I. V. Debereiner در سال 1829 انجام شد. او تمام عناصر شیمیایی شناخته شده خود را به سه گانه طبقه بندی کرد که با نزدیکی نیمی از مجموع جرم های اتمی موجود در این گروه از سه جزء به یکدیگر مرتبط هستند. . پس از Debereiner، تلاش شد تا جدول منحصر به فردی از طبقه بندی عناصر توسط A. de Chancourtois ایجاد شود؛ او سیستم خود را "مارپیچ زمینی" نامید و پس از او اکتاو Newlands توسط جان نیولندز گردآوری شد. در سال 1864، تقریباً به طور همزمان، ویلیام اولدینگ و لوتار مایر جداول ایجاد شده مستقل از یکدیگر را منتشر کردند.

قانون ادواری در 8 مارس 1869 برای بررسی به جامعه علمی ارائه شد و این اتفاق در جلسه انجمن روسیه رخ داد. دیمیتری ایوانوویچ مندلیف کشف خود را در حضور همه اعلام کرد و در همان سال کتاب درسی مندلیف "مبانی شیمی" منتشر شد که در آن جدول تناوبی ایجاد شده توسط او برای اولین بار نشان داده شد. یک سال بعد، در سال 1870، او مقاله ای نوشت و آن را به انجمن شیمی روسیه ارائه کرد، جایی که مفهوم قانون دوره ای برای اولین بار مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1871، مندلیف در مقاله معروف خود در مورد قانون تناوبی عناصر شیمیایی شرح جامعی از مفهوم خود ارائه کرد.

سهم ارزشمندی در توسعه علم شیمی

اهمیت قانون تناوبی برای جامعه علمی در سراسر جهان بسیار زیاد است. این به دلیل این واقعیت است که کشف آن انگیزه قدرتمندی برای توسعه شیمی و سایر علوم طبیعی، به عنوان مثال، فیزیک و زیست شناسی ایجاد کرد. رابطه بین عناصر و خصوصیات شیمیایی و فیزیکی کیفی آنها باز بود؛ این امر همچنین امکان درک ماهیت ساخت همه عناصر بر اساس یک اصل را فراهم کرد و باعث شکل‌گیری مدرن مفاهیم در مورد عناصر شیمیایی، برای عینیت بخشیدن به دانش شد. از مواد با ساختار پیچیده و ساده

استفاده از قانون تناوبی حل مشکل پیش بینی شیمیایی و تعیین دلیل رفتار عناصر شیمیایی شناخته شده را ممکن کرد. فیزیک اتمی، از جمله انرژی هسته ای، در نتیجه همین قانون ممکن شد. این علوم به نوبه خود امکان گسترش افق های جوهره این قانون و تعمیق درک آن را فراهم کردند.

خواص شیمیایی عناصر جدول تناوبی

در اصل، عناصر شیمیایی با ویژگی های ذاتی آنها در حالت یک اتم یا یون آزاد، حل شده یا هیدراته، در یک ماده ساده و به شکلی که ترکیبات متعدد آنها می توانند تشکیل دهند، به هم متصل می شوند. با این حال، این ویژگی ها معمولاً از دو پدیده تشکیل شده است: ویژگی های مشخصه یک اتم در حالت آزاد و یک ماده ساده. انواع مختلفی از این نوع خواص وجود دارد، اما مهمترین آنها عبارتند از:

1. یونیزاسیون اتمی و انرژی آن، بسته به موقعیت عنصر در جدول، عدد ترتیبی آن.
2. میل انرژی یک اتم و یک الکترون که مانند یونیزاسیون اتمی به مکان عنصر در جدول تناوبی بستگی دارد.
3. الکترونگاتیوی یک اتم که مقدار ثابتی ندارد، اما بسته به عوامل مختلف می تواند تغییر کند.
4. شعاع اتم ها و یون ها - در اینجا، به عنوان یک قاعده، از داده های تجربی استفاده می شود که با ماهیت موجی الکترون ها در حالت حرکت همراه است.
5. اتمیزه کردن مواد ساده - توصیفی از قابلیت های واکنش پذیری یک عنصر.
6. حالت های اکسیداسیون یک ویژگی رسمی هستند، اما به عنوان یکی از مهمترین ویژگی های یک عنصر ظاهر می شوند.
7. پتانسیل اکسیداسیون برای مواد ساده اندازه گیری و نشانه ای از پتانسیل یک ماده برای عمل در محلول های آبی و همچنین سطح تجلی خواص اکسیداسیون و کاهش است.

تناوب عناصر نوع داخلی و ثانویه

قانون تناوبی درک دیگری از مؤلفه مهم طبیعت - تناوب درونی و ثانویه را ارائه می دهد. حوزه های فوق الذکر مطالعه خواص اتمی در واقع بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که تصور می شود. این به دلیل این واقعیت است که عناصر s, p, d جدول بسته به موقعیت خود در دوره (تناوب داخلی) و گروه (دوره ثانویه) ویژگی های کیفی خود را تغییر می دهند. به عنوان مثال، فرآیند داخلی انتقال عنصر s از گروه اول به عنصر هشتم به عنصر p با حداقل و حداکثر نقاط روی منحنی خط انرژی اتم یونیزه شده همراه است. این پدیده ناپایداری داخلی تناوب تغییرات در خواص یک اتم را با توجه به موقعیت آن در دوره نشان می دهد.

نتایج

اکنون خواننده درک و تعریف روشنی از چیستی قانون تناوبی مندلیف دارد، به اهمیت آن برای انسان و پیشرفت علوم مختلف پی می برد و ایده ای از مقررات مدرن آن و تاریخچه کشف آن دارد.

خانواده مندلیف در خانه ای در ساحل شیب دار و بلند رودخانه توبول در توبولسک زندگی می کردند و دانشمند آینده در اینجا متولد شد. در آن زمان، بسیاری از Decembrists در توبولسک در تبعید خدمت می کردند: Annenkov، Baryatinsky، Wolf، Kuchelbecker، Fonwiesen و دیگران... آنها اطرافیان خود را با شجاعت و سخت کوشی خود آلوده کردند. آنها توسط زندان، کار سخت یا تبعید شکسته نشدند. میتیا مندلیف چنین افرادی را دید. در ارتباط با آنها عشق او به میهن و مسئولیت در قبال آینده آن شکل گرفت. خانواده مندلیف با دمبریست ها روابط دوستانه و خانوادگی داشتند. D. I. مندلیف نوشت: "... دكبریست های محترم و محترم در اینجا زندگی می كردند: فونویزن، آننكوف، موراویف، نزدیك به خانواده ما، به ویژه پس از آنكه یكی از دكبریست ها، نیکلای واسیلیویچ باسارگین، با خواهرم اولگا ایوانونا ازدواج كرد... خانواده های دكبریست، در آن دسته از دكبریست ها. روزها آنها به زندگی توبولسک اثر خاصی بخشیدند و آن را با یک تربیت سکولار وقف کردند. افسانه آنها هنوز در توبولسک زنده است.

دیمیتری ایوانوویچ در سن 15 سالگی از دبیرستان فارغ التحصیل شد. مادرش ماریا دمیتریونا تلاش زیادی کرد تا این مرد جوان به تحصیل خود ادامه دهد.

برنج. 4. مادر D.I. مندلیف - ماریا دیمیتریونا.

مندلیف سعی کرد وارد آکادمی پزشکی-جراحی در سن پترزبورگ شود. با این حال ، آناتومی فراتر از توان مرد جوان تأثیرپذیر بود ، بنابراین مندلیف مجبور شد پزشکی را به آموزش تغییر دهد. در سال 1850 وارد مؤسسه اصلی آموزشی شد، جایی که پدرش زمانی در آنجا تحصیل می کرد. فقط در اینجا مندلیف ذوق یادگیری را احساس کرد و به زودی یکی از بهترین ها شد.

مندلیف در 21 سالگی امتحانات ورودی را به خوبی پشت سر گذاشت. تحصیلات دیمیتری مندلیف در سن پترزبورگ در مؤسسه آموزشی در ابتدا آسان نبود. او در سال اول تحصیلی، در همه دروس به جز ریاضیات، نمرات نامناسبی کسب کرد. اما در سال‌های ارشد، همه چیز به گونه‌ای دیگر پیش رفت - میانگین نمره سالانه مندلیف چهار و نیم بود (از پنج نمره ممکن).

پایان نامه وی در مورد پدیده ایزومورفیسم به عنوان پایان نامه داوطلبی شناخته شد. یک دانش آموز با استعداد در سال 1855. به عنوان معلم در ورزشگاه ریشلیو در اودسا منصوب شد. در اینجا او دومین کار علمی خود - "جلدهای خاص" را آماده کرد. این اثر به عنوان پایان نامه کارشناسی ارشد ارائه شد. در سال 1857 مندلیف پس از دفاع از آن، عنوان استاد شیمی را دریافت کرد و به عنوان استادیار خصوصی در دانشگاه سن پترزبورگ مشغول به کار شد و در آنجا در مورد شیمی آلی سخنرانی کرد. در سال 1859 او به خارج فرستاده شد.

مندلیف دو سال را در دانشگاه های مختلف فرانسه و آلمان گذراند، اما پربارترین آن کار پایان نامه او در هایدلبرگ با دانشمندان برجسته آن زمان، بونسن و کیرشهوف بود.

بدون شک زندگی این دانشمند تا حد زیادی تحت تأثیر طبیعت محیطی بود که دوران کودکی خود را در آن گذراند. از جوانی تا پیری هر کاری و همیشه به روش خودش انجام می داد. از چیزهای کوچک روزمره شروع کنید و به موارد ضروری ادامه دهید. خواهرزاده دیمیتری ایوانوویچ، N. Ya. Kapustin-Gubkina به یاد می آورد: "او غذاهای مورد علاقه خود را داشت که توسط خودش برای خودش اختراع شده بود... او همیشه یک کت پارچه ای پهن و بدون کمربند به سبکی که خودش اختراع کرده بود می پوشید... او سیگار می کشید. سیگارهای غلتان، خودش آنها را چرخاند...» او ملکی نمونه ایجاد کرد - و بلافاصله آن را رها کرد. او آزمایش های قابل توجهی در مورد چسبندگی مایعات انجام داد و بلافاصله این رشته علم را برای همیشه ترک کرد. و چه رسوایی هایی بر سر مافوقش انداخت! او حتی در جوانی، به عنوان یک فارغ التحصیل نوپا از مؤسسه آموزشی، بر سر مدیر بخش فریاد زد که به همین دلیل به خود وزیر، آبراهام سرگیویچ نورواتوف احضار شد. با این حال ، او به مدیر بخش چه اهمیتی می دهد - او حتی انجمن را در نظر نگرفت. هنگامی که به مناسبت طلاق از فئوزا نیکیتیشنا که هرگز با منحصر به فرد بودن علایق خود کنار نیامده بود، هفت سال توبه بر او تحمیل کرد، دیمیتری ایوانوویچ، شش سال قبل از موعد مقرر، کشیش را در کرونشتات متقاعد کرد که ازدواج کند. او دوباره و داستان پرواز با بالون او چه ارزشی داشت، هنگامی که او به زور بالن متعلق به بخش نظامی را تصاحب کرد و ژنرال کوانکو، یک هوانورد باتجربه، را از سبد بیرون راند ... دیمیتری ایوانوویچ از فروتنی رنج نمی برد، برعکس - " مندلیف اظهار داشت: فروتنی مادر همه رذایل است.

اصالت شخصیت دیمیتری ایوانوویچ نه تنها در رفتار دانشمند، بلکه در کل ظاهر او نیز مشاهده شد. خواهرزاده او N. Ya. Kapustina-Gubkina پرتره شفاهی زیر را از دانشمند ترسیم کرد: "یک یال با موهای کرکی بلند در اطراف یک پیشانی سفید بلند، بسیار رسا و بسیار متحرک... چشمان آبی شفاف و روح بخش ... بسیاری شباهت هایی پیدا کردند. در او با گاریبالدی... هنگام صحبت، همیشه اشاره می کرد. حرکات عریض، سریع و عصبی دستانش همیشه با حال و هوای او مطابقت داشت... تن صدایش کم بود، اما خوش صدا و قابل فهم بود، اما لحن او بسیار متفاوت بود و اغلب از نت های پایین به نت های بلند و تقریباً تنور تغییر می کرد. او در مورد چیزی صحبت کرد که دوستش نداشت، سپس خم شد، خم شد، ناله کرد، جیرجیر کشید...» فعالیت تفریحی مورد علاقه مندلیف برای سالها ساخت چمدان و قاب برای پرتره بود. او لوازم این آثار را در Gostiny Dvor خریداری کرد.

اصالت مندلیف او را از دوران جوانی از جمعیت متمایز کرد... سیبریایی چشم آبی که برای آقایان استادان غیرمنتظره بود، در حین تحصیل در یک مؤسسه آموزشی، شروع به نشان دادن چنین تیزبینی کرد. ، چنان عصبانیت در کار که همه همکارانش را خیلی پشت سر گذاشت. در آن زمان بود که الکساندر آبراموویچ ووسکرسنسکی، مشاور دولتی واقعی، یک چهره مشهور در آموزش عمومی، معلم، دانشمند، استاد شیمی، متوجه او شد و عاشق او شد. بنابراین، در سال 1867، الکساندر آبراموویچ دانش آموز مورد علاقه خود، دیمیتری ایوانوویچ مندلیف سی و سه ساله را به سمت استادی شیمی عمومی و معدنی در دانشکده فیزیک و ریاضیات دانشگاه سن پترزبورگ توصیه کرد. در ماه مه 1868، مندلیف ها دختر مورد علاقه خود اولگا را به دنیا آوردند...

سی و سه، سن سنتی شاهکار است: در سی و سه سالگی، طبق حماسه، ایلیا مورومتس از اجاق خارج شد. اما اگرچه از این نظر زندگی دمیتری ایوانوویچ از این قاعده مستثنی نبود ، اما خود او به سختی می توانست احساس کند که چرخشی شدید در زندگی او در حال رخ دادن است. به جای دروس شیمی فنی یا شیمی آلی یا تجزیه که قبلا تدریس کرده بود، باید شروع به خواندن یک درس جدید، یعنی شیمی عمومی می کرد.

البته، استفاده از روش بند انگشتی ساده تر است. با این حال، زمانی که او دوره های قبلی خود را شروع کرد، آن نیز آسان نبود. کتابچه های راهنمای روسی یا اصلا وجود نداشتند یا وجود داشتند، اما قدیمی بودند. شیمی چیز جدید و جوانی است و در جوانی همه چیز به سرعت منسوخ می شود. کتاب های درسی خارجی، جدیدترین آنها، باید توسط خودم ترجمه می شد. او کتاب «شیمی تجزیه» اثر جرارد، «تکنولوژی شیمیایی» اثر واگنر را ترجمه کرد. اما هیچ چیز شایسته ای در شیمی آلی در اروپا یافت نشد، حتی اگر بنشینید و بنویسید. و او نوشت. در دو ماه یک دوره کاملا جدید بر اساس اصول جدید سی برگه چاپ شده. شصت روز بیکاری روزانه - دوازده صفحه تمام شده در روز. دقیقاً در یک روز - او نمی خواست برنامه خود را به چیز کوچکی مانند چرخش کره زمین به دور محور خود وابسته کند، سی یا چهل ساعت از روی میز بلند نشد.

دیمیتری ایوانوویچ نه تنها می توانست در مستی کار کند، بلکه می توانست مست بخوابد. سیستم عصبی مندلیف بسیار حساس بود، حواس او افزایش یافته بود - تقریباً همه خاطره نویسان، بدون اینکه کلمه ای بگویند، گزارش می دهند که او به طور غیرعادی به راحتی، دائماً فریاد می زد، اگرچه، در اصل، او فردی مهربان بود.

ممکن است ویژگی های شخصیتی ذاتی دیمیتری ایوانوویچ با ظاهر دیرهنگام او در خانواده توضیح داده شود - او "آخرین فرزند" ، هفدهمین فرزند بود. و بر اساس مفاهیم رایج، احتمال جهش در فرزندان با افزایش سن والدین افزایش می یابد.

او اولین سخنرانی خود را در مورد شیمی عمومی اینگونه آغاز کرد:

"ما به وضوح هر چیزی را که به عنوان یک ماده یا به عنوان یک پدیده متوجه می شویم، تشخیص می دهیم. ماده فضا را اشغال می کند و وزن دارد، اما پدیده چیزی است که در زمان اتفاق می افتد. هر ماده ای پدیده های گوناگونی را تولید می کند و هیچ پدیده ای وجود ندارد که بدون ماده رخ دهد. تنوع مواد و پدیده ها نمی تواند از توجه همگان دور بماند. کشف قانونمندی، یعنی سادگی و درستی در این تنوع، به معنای مطالعه طبیعت است...»

برای کشف حلالیت یعنی سادگی و درستی... جوهر وزن دارد... جوهر... وزن... جوهر... وزن...

بی وقفه به آن فکر می کرد، هر کاری که می کرد. و چه نکرد! دیمیتری ایوانوویچ برای همه چیز وقت کافی داشت. به نظر می رسد که او سرانجام بهترین بخش شیمیایی در روسیه را دریافت کرد، یک آپارتمان دولتی، فرصتی برای زندگی راحت، بدون دویدن برای پول اضافی - پس روی چیز اصلی تمرکز کنید، و همه چیز در کنار است... من ملکی متشکل از 400 دسیاتین زمین خریدم و یک سال بعد پل باتجربه را رهن کردم که امکان معکوس شدن تهی شدن زمین را با استفاده از شیمی مطالعه کرد. یکی از اولین ها در روسیه.

یک سال و نیم در یک لحظه گذشت و هنوز هیچ سیستم واقعی در شیمی عمومی وجود نداشت. این بدان معنا نیست که مندلیف درس خود را کاملاً تصادفی تدریس کرده است. او با آنچه برای همه آشناست شروع کرد - با آب، با هوا، با زغال سنگ، با نمک. از عناصر موجود در آنها. از قوانین اصلی که بر اساس آن مواد با یکدیگر تعامل دارند.

سپس او در مورد بستگان شیمیایی کلر - فلوئور، برم، ید صحبت کرد. این آخرین سخنرانی بود که او همچنان موفق شد متن آن را به چاپخانه بفرستد، جایی که شماره دوم کتاب جدیدی که شروع کرده بود در حال تایپ بود.

اولین شماره، در قالب جیبی، در ژانویه 1869 چاپ شد. در صفحه عنوان نوشته شده بود: "مبانی شیمی اثر دی. مندلیف" . بدون پیشگفتار اولین شماره، که قبلاً منتشر شده بود، و شماره دوم، که در چاپخانه بود، طبق برنامه دیمیتری ایوانوویچ، قرار بود قسمت اول دوره و دو شماره دیگر - قسمت دوم را تشکیل دهند.

در ژانویه و نیمه اول فوریه، مندلیف در مورد سدیم و سایر فلزات قلیایی سخنرانی کرد، فصل مربوطه از بخش دوم را نوشت. "مبانی شیمی" - و گیر کرد.

در سال 1826، ینس یاکوب برزلیوس مطالعه 2000 ماده را به پایان رساند و بر این اساس وزن اتمی سه دوجین عنصر شیمیایی را تعیین کرد. برای پنج نفر از آنها، وزن اتمی به اشتباه تعیین شد - برای سدیم، پتاسیم، نقره، بور و سیلیکون. برزلیوس اشتباه کرد زیرا دو فرض نادرست را به کار برد: اینکه یک مولکول اکسید می تواند فقط یک اتم فلز داشته باشد و اینکه حجم مساوی از گازها حاوی تعداد مساوی اتم است. در واقع، یک مولکول اکسید می تواند حاوی دو یا چند اتم فلز باشد و حجم مساوی از گازها، طبق قانون آووگادرو، حاوی تعداد مساوی نه اتم، بلکه مولکول است.

تا سال 1858، زمانی که استانیسلائو کانیتزارو ایتالیایی با احیای قانون هموطن خود آووگادرو، وزن اتمی چندین عنصر را تصحیح کرد، سردرگمی در مورد وزن اتمی حاکم بود.

تنها در سال 1860، در کنگره شیمی در کارلسروهه، پس از بحث های داغ، سردرگمی آشکار شد، قانون آووگادرو سرانجام به حقوق خود بازگردانده شد و پایه های تزلزل ناپذیر برای تعیین وزن اتمی هر عنصر شیمیایی سرانجام روشن شد.

در یک تصادف خوش، مندلیف در سال 1860 در یک سفر کاری به خارج از کشور بود، در این کنگره شرکت کرد و ایده روشن و مشخصی دریافت کرد که وزن اتمی اکنون به یک عبارت عددی دقیق و قابل اعتماد تبدیل شده است. با بازگشت به روسیه، مندلیف شروع به مطالعه فهرست عناصر کرد و توجه را به تناوب تغییرات ظرفیت عناصر مرتب شده به ترتیب افزایش وزن اتمی جلب کرد: ظرفیت. اچ – 1, لی – 1, بودن – 2, ب – 3، C – 4، Mg – 2, ن – 2, اس – 2، F – 1، Na – 1, ال – 3, سی - 4 و غیره مندلیف بر اساس افزایش و کاهش ظرفیت، عناصر را به دوره‌هایی تقسیم کرد. دوره اول فقط شامل یک هیدروژن بود، به دنبال آن دو دوره 7 عنصری هر کدام و سپس دوره هایی حاوی بیش از 7 عنصر. D, I, Mendeleev از این داده ها نه تنها برای ساختن یک نمودار، همانطور که مایر و شانکورتوا انجام دادند، استفاده کردند، بلکه برای ساخت جدولی مشابه جدول نیولندز نیز استفاده کردند. چنین جدول تناوبی از عناصر واضح تر و بصری تر از نمودار است، و علاوه بر این، D، I، مندلیف موفق شدند از اشتباه نیولندز که بر برابری دوره ها اصرار داشت جلوگیری کنند.

« من لحظه تعیین کننده تفکر خود را در مورد قانون تناوبی سال 1860 می دانم - کنگره شیمی دانان در کارلسروهه که در آن شرکت کردم ... ایده امکان تناوب در خواص عناصر با افزایش وزن اتمی در اصل، قبلاً به صورت داخلی به من ارائه شده بود." , - اشاره کرد D.I. مندلیف.

در سال 1865، او ملک Boblovo را در نزدیکی کلین خرید و فرصتی یافت که شیمی کشاورزی را که در آن زمان به آن علاقه مند بود، مطالعه کند و هر تابستان در آنجا با خانواده خود استراحت کند.

"تولد" سیستم D.I. مندلیف معمولاً 18 فوریه 1869 در نظر گرفته می شود ، زمانی که اولین نسخه جدول جمع آوری شد.

برنج. 5. عکس D.I. مندلیف در سال کشف قانون تناوبی.

63 عنصر شیمیایی شناخته شد. تمام خواص این عناصر به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است، حتی وزن اتمی برخی از آنها به اشتباه یا نادرست تعیین شده است. زیاد است یا کم - 63 عنصر؟ اگر به یاد داشته باشیم که اکنون 109 عنصر را می شناسیم، البته این کافی نیست. اما کافی است که فرد متوجه الگوی تغییرات در خواص آنها شود. با 30 یا 40 عنصر شیمیایی شناخته شده، بعید است که چیزی کشف شود. حداقل معینی از عناصر باز مورد نیاز بود. به همین دلیل است که کشف مندلیف را می توان به موقع توصیف کرد.

قبل از مندلیف، دانشمندان همچنین سعی کردند همه عناصر شناخته شده را تابع نظم خاصی قرار دهند، آنها را طبقه بندی کنند و در یک سیستم ترکیب کنند. نمی توان گفت که تلاش های آنها بی فایده بود: آنها حاوی مقداری حقیقت بودند. همه آنها خود را محدود به ترکیب عناصر با خواص شیمیایی مشابه در گروه ها کردند، اما ارتباطی درونی بین این گروه های "طبیعی"، همانطور که در آن زمان گفتند، پیدا نکردند.

در سال 1849 شیمیدان برجسته روسی G. I. Hess به طبقه بندی عناصر علاقه مند شد. او در کتاب درسی «مبانی شیمی محض» چهار گروه از عناصر غیرفلزی را با خواص شیمیایی مشابه توصیف کرد:

I Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

اف O

هس نوشت: «این طبقه‌بندی هنوز از طبیعی بودن فاصله زیادی دارد، اما همچنان عناصر و گروه‌هایی را که بسیار شبیه هم هستند به هم متصل می‌کند و با گسترش اطلاعات ما می‌توان آن را بهبود بخشید.»

تلاش های ناموفق برای ساختن سیستمی از عناصر شیمیایی بر اساس وزن اتمی آنها حتی قبل از کنگره در کارلسروهه، هر دو توسط بریتانیایی ها انجام شد: در سال 1853 توسط گلادستون، در سال 1857 توسط Odling.

یکی از تلاش ها برای طبقه بندی در سال 1862 توسط الکساندر امیل بیگی د شانکورتوا فرانسوی انجام شد. . او سیستم عناصر را به شکل یک خط مارپیچ بر روی سطح یک استوانه نشان داد. 16 عنصر در هر پیچ وجود دارد. عناصر مشابه یکی زیر دیگری در ژنراتیکس سیلندر قرار داشتند. دانشمند هنگام انتشار پیام خود، آن را با نموداری که ساخته بود همراهی نکرد و هیچ یک از دانشمندان به کار د شانکورتوا توجه نکردند.

برنج. 6. «پیچ تلوریوم» اثر د شانکورتوا.

ژولیوس لوتار مایر شیمیدان آلمانی موفق تر بود. در سال 1864، او جدولی را پیشنهاد کرد که در آن تمام عناصر شیمیایی شناخته شده بر اساس ظرفیتشان به شش گروه تقسیم شدند. جدول مایر از نظر ظاهری کمی شبیه به جدول تناوبی آینده بود. او حجم های اشغال شده توسط مقادیر وزنی یک عنصر را از نظر عددی برابر با وزن اتمی آنها در نظر گرفت. معلوم شد که هر مقدار وزنی از هر عنصر دارای تعداد یکسانی اتم است. این بدان معنی است که نسبت حجم های در نظر گرفته شده اتم های مختلف این عناصر. بنابراین، این ویژگی عنصر نامیده می شود حجم اتمی

از نظر گرافیکی، وابستگی حجم اتمی عناصر به وزن اتمی آنها به صورت مجموعه ای از امواج که به صورت قله های تیز در نقاط مربوط به فلزات قلیایی (سدیم، پتاسیم، سزیم) بالا می روند بیان می شود. هر فرود و صعود به قله مربوط به دوره ای از جدول عناصر است. در هر دوره مقادیر برخی از خصوصیات فیزیکی علاوه بر حجم اتمی نیز به طور طبیعی ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد.

برنج. 7. وابستگی حجم اتمی به جرم اتمی عناصر، با توجه به

ال. مایر.

هیدروژن، عنصری با کمترین وزن اتمی، اولین بار در فهرست عناصر قرار گرفت. در آن زمان به طور کلی پذیرفته شد که دوره 101 شامل یک عنصر است. دوره های دوم و سوم نمودار مایر هر کدام شامل هفت عنصر بود. این دوره ها اکتاوهای نیولندز را تکرار کردند. با این حال، در دو دوره بعدی تعداد عناصر از 7 فراتر رفت. بنابراین، مایر نشان داد که نیولندز کجا اشتباه می کند. قانون اکتاوها را نمی‌توان به‌طور دقیق برای کل فهرست عناصر رعایت کرد؛ آخرین دوره‌ها باید طولانی‌تر از دوره اول می‌بود.

پس از سال 1860، اولین تلاش از این نوع توسط شیمیدان انگلیسی دیگر، جان الکساندر رینا نیولندز انجام شد. او یکی پس از دیگری جداول را جمع آوری می کرد که در آنها سعی می کرد ایده خود را محقق کند. آخرین جدول مربوط به سال 1865 است. این دانشمند معتقد بود که همه چیز در جهان در معرض هماهنگی عمومی است. باید هم در شیمی و هم در موسیقی یکسان باشد. وزن اتمی عناصر به ترتیب فزاینده ساخته شده اند به اکتاو - به هشت ردیف عمودی، هفت عنصر در هر کدام. در واقع، بسیاری از عناصر با خواص شیمیایی مرتبط در یک خط افقی قرار گرفتند: در اول - هالوژن ها، در دوم - فلزات قلیایی و غیره. اما متأسفانه تعداد زیادی غریبه وارد صفوف شدند و این کل تصویر را خراب کرد. در میان هالوژن ها، به عنوان مثال، کبالت با نیکل و سه پلاتینوئید وجود داشت. از جمله کانی های قلیایی خاکی می توان به وانادیوم و سرب اشاره کرد. خانواده کربن شامل تنگستن و جیوه است. نیولندز برای اینکه به نحوی عناصر مرتبط را با هم متحد کند، در هشت مورد، آرایش عناصر را به ترتیب وزن اتمی مختل می کرد. علاوه بر این، برای ساخت هشت گروه هفت عنصری، به 56 عنصر نیاز دارید، اما 62 عنصر شناخته شده بود و در برخی جاها یک عنصر را با دو عنصر به طور همزمان جایگزین کرد. نتیجه خودسری کامل بود. زمانی که نیولندز او را گزارش کرد "قانون اکتاوها" در جلسه انجمن شیمی لندن، یکی از حاضران به طعنه گفت: آیا سخنران محترم سعی نکرده است عناصر را به سادگی بر اساس حروف الفبا مرتب کند و نوعی الگو را کشف کند؟

همه این طبقه بندی ها شامل چیز اصلی نبودند: آنها الگوی کلی و اساسی تغییرات در خواص عناصر را منعکس نمی کردند. آنها فقط ظاهر نظم را در دنیای خود ایجاد کردند.

پیشینیان مندلیف که به جلوه های خاصی از الگوی بزرگ در جهان عناصر شیمیایی پی بردند، به دلایل مختلف نتوانستند به تعمیم بزرگ برسند و به وجود یک قانون اساسی در جهان پی ببرند. مندلیف از تلاش های پیشینیان خود برای چیدمان عناصر شیمیایی به ترتیب افزایش جرم اتمی و حوادثی که در این مورد به وجود آمد اطلاع چندانی نداشت. به عنوان مثال، او تقریباً هیچ اطلاعاتی در مورد کار Chancourtois، Newlands و Meyer نداشت.

بر خلاف نیولندز، مندلیف مهم ترین چیز را نه وزن اتمی بلکه ویژگی های شیمیایی، فردیت شیمیایی در نظر گرفت. مدام به این موضوع فکر می کرد. ماده ... وزن ... ماده ... وزن ... هیچ راه حلی نیامد.

و سپس دمیتری ایوانوویچ خود را در مشکل زمانی شدید یافت. و خیلی بد شد: نه خیلی "حالا یا هرگز"، بلکه یا امروز، یا موضوع دوباره برای چند هفته به تعویق افتاد.

او مدت ها پیش به انجمن اقتصاد آزاد قول داده بود که در ماه فوریه به استان Tver برود، کارخانه های پنیر را در آنجا بررسی کند و نظر خود را در مورد طرح این موضوع به شیوه ای مدرن ارائه دهد. برای این سفر قبلاً از مسئولان دانشگاه مجوز گرفته شده بود. و "گواهی تعطیلات" - گواهی سفر آن زمان - قبلاً اصلاح شده بود. و آخرین یادداشت جدایی خودنف دبیر جامعه آزاد اقتصادی دریافت شد. و کاری برای انجام دادن باقی نمانده بود جز حرکت در سفر تعیین شده. قطاری که او قرار بود به Tver سفر کند در 17 فوریه عصر از ایستگاه Moskovsky حرکت کرد.

صبح، در حالی که هنوز در رختخواب بود، همیشه یک لیوان شیر گرم نوشید... پس از بلند شدن و شستن، بلافاصله به دفتر خود رفت و در آنجا یک، دو، گاهی اوقات سه فنجان بزرگ لیوانی شکل نوشید. چای قوی و نه خیلی شیرین.» (از خاطرات خواهرزاده اش N.Ya. Kapustina-Gubkina).

ردی از فنجان، که در پشت یادداشت خودنف، مورخ 17 فوریه حفظ شده است، نشان می دهد که صبح زود، قبل از صبحانه، احتمالاً توسط یک پیام رسان دریافت شده است. و این به نوبه خود نشان می دهد که فکر سیستمی از عناصر نه روز و نه شب دیمیتری ایوانوویچ را رها نکرده است: در کنار اثر فنجان، برگ آثار قابل مشاهده ای از روند تفکر نامرئی را که منجر به کشف بزرگ علمی شد حفظ می کند. . در تاریخ علم، این یک مورد نادر است، اگر نگوییم تنها مورد.

با قضاوت بر اساس شواهد فیزیکی، این چیزی است که اتفاق افتاده است. لیوان خود را که تمام کرد و آن را در اولین جایی که با آن برخورد کرد گذاشت - روی نامه خودنف، بلافاصله قلم را گرفت و روی اولین کاغذی که با آن برخورد کرد، روی همان نامه خودنو فکری را نوشت سرش. روی ورق کاغذ، یکی زیر دیگری، نمادهای کلر و پتاسیم ظاهر شد... سپس سدیم و بور، سپس لیتیوم، باریم، هیدروژن... قلم سرگردان شد، همانطور که فکر می‌کرد. در نهایت، او یک اکتام معمولی از کاغذ خالی را برداشت - این تکه کاغذ نیز حفظ شده است - و روی آن، یکی زیر دیگری، به ترتیب کاهش، ردیف هایی از نمادها و وزن های اتمی را ترسیم کرد: در بالا، زمین های قلیایی، در زیر قرار دارند. آنها هالوژن هستند، زیر آنها گروه اکسیژن، زیر آن گروه نیتروژن، زیر آن گروه کربن و غیره است. برای چشم آشکار بود که تفاوت وزن اتمی عناصر همسایه چقدر نزدیک است. مندلیف در آن زمان نمی توانست بداند که "منطقه نامطمئن" بین آشکار است غیر فلزاتو فلزاتحاوی عناصر - گازهای نجیب، که کشف آن متعاقباً جدول تناوبی را به طور قابل توجهی تغییر می دهد.

او عجله داشت، بنابراین هر از چند گاهی اشتباه می کرد و اشتباه می کرد. وزن اتمی گوگرد به جای 32، 36 بود. با کم کردن 65 (وزن اتمی روی) 39 (وزن اتمی پتاسیم)، او 27 دریافت کرد. اما این چیزهای کوچک مهم نیستند! او توسط یک موج بلند شهود حمل می شد.

او به شهود اعتقاد داشت. من کاملا آگاهانه از آن در موقعیت های مختلف زندگی ام استفاده کردم. آنا ایوانونا، همسر مندلیف نوشت: اگر او

یک مسئله دشوار و مهم زندگی باید حل می شد، سریع با راه رفتن سبکش وارد شد، گفت قضیه چیست و خواست نظرم را بر اساس برداشت اول به من بگوید. او تکرار کرد: "فقط فکر نکن، فقط فکر نکن." من صحبت کردم و این تصمیم بود.»

با این حال، هیچ چیز کار نمی کند. ورق خط خورده دوباره به یک ربوس تبدیل شد. و زمان گذشت، غروب باید به ایستگاه می رفتیم. او قبلاً چیز اصلی را احساس کرده و احساس کرده است. اما مطمئناً باید به این احساس شکل منطقی روشنی داده می شد. می توانید تصور کنید که چگونه با ناامیدی یا عصبانیت، او در اطراف دفتر هجوم آورد و به همه چیزهایی که در آن بود نگاه کرد و به دنبال راهی برای جمع کردن سریع سیستم بود. در نهایت، او یک دسته از کارت ها را برداشت، "مبانی" خود را در صفحه سمت راست باز کرد - جایی که لیستی از بدن های ساده وجود داشت - و شروع به ساختن یک دسته کارت بی سابقه کرد. او با ساختن عرشه ای از کارت های شیمیایی، شروع به بازی بی سابقه ای از بازی یک نفره کرد. بازی یک نفره به وضوح یک چالش بود! شش رتبه اول بدون هیچ رسوایی صف آرایی کردند. اما بعد همه چیز شروع به باز شدن کرد.

بارها و بارها دیمیتری ایوانوویچ قلم را به دست گرفت و با دستخط سریع خود، ستون هایی از اعداد را روی ورق کاغذ خط خطی کرد. و باز با حیرت از این کار دست کشید و شروع کرد به غلتاندن سیگار و پک زدن روی آن به حدی که سرش کاملاً کدر شد. بالاخره چشمانش شروع به افتادن کرد، خودش را روی مبل پرت کرد و به خواب عمیقی فرو رفت. این برای او غیرعادی نبود. این بار او برای مدت طولانی نخوابید - شاید چند ساعت، اما شاید چند دقیقه. اطلاعات دقیقی در این مورد وجود ندارد. او از این واقعیت بیدار شد که بازی یک نفره خود را در خواب دید، و نه به شکلی که آن را روی میز گذاشته بود، بلکه به شکل دیگری هماهنگ تر و منطقی تر. و بلافاصله از جا پرید و شروع کرد به کشیدن میز جدیدی روی یک تکه کاغذ.

اولین تفاوت آن با نسخه قبلی این بود که عناصر اکنون نه به ترتیب کاهش، بلکه به ترتیب افزایش وزن اتمی چیده شده اند. دوم اینکه فضاهای خالی داخل جدول با علامت سوال و وزن اتمی پر شده بود.

برنج. 8. طرح خشن که توسط D.I. مندلیف در هنگام کشف قانون تناوبی (در طول دوره بازی "یک نفره شیمیایی") گردآوری شده است. 17 فوریه (1 مارس)، 1869.

برای مدت طولانی، داستان دیمیتری ایوانوویچ که میز خود را در خواب دید به عنوان یک حکایت تلقی می شد. یافتن چیزی منطقی در رویاها خرافه محسوب می شد. امروزه علم دیگر مانعی کور بین فرآیندهایی که در خودآگاه و ناخودآگاه اتفاق می افتد قرار نمی دهد. و او هیچ چیز ماوراءطبیعی در این واقعیت نمی بیند که تصویری که در فرآیند تفکر آگاهانه پدید نیامده است در نتیجه یک فرآیند ناخودآگاه به شکل تمام شده تولید شده است.

مندلیف که به وجود قانونی عینی که همه عناصر با ویژگی‌های گوناگون از آن تبعیت می‌کنند متقاعد شده بود، مسیری اساساً متفاوت را دنبال کرد.

او که یک ماتریالیست خود به خود بود، به دنبال چیزی مادی به عنوان ویژگی عناصر بود که همه تنوع خواص آنها را منعکس می کرد. مندلیف با در نظر گرفتن وزن اتمی عناصر به عنوان یک ویژگی، گروه های شناخته شده در آن زمان را بر اساس وزن اتمی مقایسه کرد. اعضای آنها

با نوشتن گروه هالوژن ها (F = 19، Cl = 35.5، Br = 80، J = 127) در زیر گروه فلزات قلیایی (Li = 7، Na = 23، K = 39، Rb = 85، Cs = 133) مندلیف و با قرار دادن آن در زیر گروه‌های دیگر عناصر مشابه (به ترتیب افزایش وزن اتمی آنها)، مشخص کرد که اعضای این گروه‌های طبیعی یک سری منظم مشترک از عناصر را تشکیل می‌دهند. علاوه بر این، خواص شیمیایی عناصر تشکیل دهنده چنین سری به طور دوره ای تکرار می شود. با قرار دادن تمام 63 عنصر شناخته شده در آن زمان در مجموع با توجه به ارزش وزن اتمی "جدول تناوبی" مندلیف کشف کرد که گروه‌های طبیعی که قبلاً تأسیس شده بودند، به‌طور ارگانیک وارد این سیستم شدند و گسست مصنوعی قبلی خود را از دست دادند. بعداً، مندلیف قانون تناوبی را که کشف کرد به شرح زیر تدوین کرد: خواص اجسام ساده و همچنین اشکال و خواص ترکیبات عناصر به طور دوره ای به مقادیر وزن اتمی عناصر وابسته است.

مندلیف اولین نسخه از جدول عناصر شیمیایی را که قانون تناوبی را بیان می کند در قالب یک برگه جداگانه با عنوان منتشر کرد. "آزمایشی بر روی سیستمی از عناصر بر اساس وزن اتمی و شباهت شیمیایی آنها" و این اعلامیه را در مارس 1869 ارسال کرد. به بسیاری از شیمیدانان روسی و خارجی.

برنج. 9. "تجربه سیستمی از عناصر بر اساس وزن و شباهت شیمیایی آنها."

جدول اول هنوز بسیار ناقص است؛ با شکل مدرن جدول تناوبی فاصله زیادی دارد. اما معلوم شد که این جدول اولین تصویر گرافیکی از الگوی کشف شده توسط مندلیف است: "عناصر چیده شده بر اساس وزن اتمی خود نشان دهنده تناوب مشخصی از خواص هستند" ("رابطه خواص با وزن اتمی عناصر" توسط مندلیف). این مقاله حاصل تفکرات دانشمند در حین کار بر روی "تجربه سیستم..." بود. گزارشی در مورد رابطه کشف شده توسط مندلیف بین خواص عناصر و وزن اتمی آنها در 6 مارس (18) 1869 در جلسه انجمن شیمی روسیه تهیه شد. مندلیف در این جلسه حضور نداشت. به جای نویسنده غایب، گزارش او توسط شیمیدان N. A. Menshutkin خوانده شد. یک نوشته خشک در مورد جلسه 6 مارس در صورتجلسه انجمن شیمی روسیه ظاهر شد: "ن. منشوتکین به نمایندگی از D. Mendeleev "تجربه سیستمی از عناصر را بر اساس وزن اتمی و شباهت شیمیایی آنها گزارش می دهد." با توجه به عدم حضور د. مندلیف، بررسی این موضوع به جلسه بعدی موکول شد. سخنرانی N. Menshutkin در مجله انجمن شیمی روسیه ("رابطه خواص با وزن اتمی عناصر") منتشر شد. در تابستان 1871، مندلیف مطالعات متعدد خود را در مورد استقرار قانون تناوبی در کار خود خلاصه کرد. اعتبار دوره ای عناصر شیمیایی . در اثر کلاسیک "مبانی شیمی" که در طول زندگی مندلیف 8 نسخه به زبان روسی و چندین نسخه به زبان های خارجی را پشت سر گذاشت، مندلیف ابتدا شیمی معدنی را بر اساس قانون تناوبی ارائه کرد.

در هنگام ساختن سیستم تناوبی عناصر، مندلیف بر مشکلات زیادی غلبه کرد، زیرا بسیاری از عناصر هنوز کشف نشده بودند و از 63 عنصر شناخته شده در آن زمان، 9 عنصر وزن اتمی را به اشتباه تعیین کرده بودند. در هنگام ایجاد جدول، مندلیف وزن اتمی بریلیم را تصحیح کرد و بریلیم را نه در همان گروه آلومینیوم که معمولا شیمیدانان انجام می دادند، بلکه در همان گروه با منیزیم قرار داد. در سالهای 1870-1871، مندلیف مقادیر وزن اتمی ایندیم، اورانیوم، توریم، سریم و سایر عناصر را با هدایت خواص آنها و مکان مشخص شده در جدول تناوبی تغییر داد. بر اساس قانون تناوبی، تلوریم را در مقابل ید و کبالت را در مقابل نیکل قرار داد، به طوری که تلوریم با عناصری که ظرفیت آنها 2 است در یک ستون و ید با عناصری که ظرفیت آنها 1 است در یک ستون قرار گیرد. ، اگرچه وزن اتمی این عناصر مستلزم مکان مخالف بود.

مندلیف سه شرایط را دید که به نظر او به کشف قانون تناوبی کمک کرد:

اولاً، وزن اتمی بیشتر عناصر شیمیایی کم و بیش با دقت تعیین شد.

ثانیاً، یک مفهوم واضح در مورد گروه هایی از عناصر با خواص شیمیایی مشابه (گروه های طبیعی) ظاهر شد.

ثالثاً، تا سال 1869، شیمی بسیاری از عناصر کمیاب مورد مطالعه قرار گرفته بود، بدون آگاهی از آنها، رسیدن به هرگونه تعمیم دشوار بود.

در نهایت، گام تعیین کننده برای کشف قانون این بود که مندلیف همه عناصر را با توجه به وزن اتمی آنها مقایسه کرد. پیشینیان مندلیف عناصری را که مشابه یکدیگر بودند مقایسه کردند. یعنی عناصر گروه های طبیعی. معلوم شد که این گروه ها با هم ارتباطی ندارند. مندلیف به طور منطقی آنها را در ساختار جدول خود ترکیب کرد.

با این حال، حتی پس از کار عظیم و دقیق شیمیدانان برای تصحیح وزن اتمی، در چهار مکان از جدول تناوبی عناصر نظم دقیق ترتیب در افزایش وزن اتمی را "نقض" می کنند. اینها جفت عناصر هستند:

18 Ar(39.948) – 19 K (39.098); 27 Co(58.933) – 28 Ni(58.69);

52 Te(127.60) – 53 I(126.904) 90 Th(232.038) – 91 Pa(231.0359).

در زمان D.I. مندلیف، چنین انحرافاتی از کاستی های جدول تناوبی محسوب می شد. تئوری ساختار اتمی همه چیز را در جای خود قرار می دهد: عناصر کاملاً درست قرار دارند - مطابق با بارهای هسته آنها. پس چگونه می توانیم توضیح دهیم که وزن اتمی آرگون از وزن اتمی پتاسیم بیشتر است؟

وزن اتمی هر عنصر با در نظر گرفتن فراوانی آنها در طبیعت برابر با میانگین وزن اتمی تمام ایزوتوپ های آن است. به طور تصادفی، وزن اتمی آرگون توسط "سنگین ترین" ایزوتوپ تعیین می شود (در طبیعت در مقادیر بیشتری یافت می شود). برعکس، در پتاسیم، ایزوتوپ "سبک تر" آن (یعنی ایزوتوپی با تعداد جرم کمتر) غالب است.

مندلیف سیر فرآیند خلاقیت را که نشان دهنده کشف قانون تناوبی است، توصیف می کند: «... به طور غیر ارادی این ایده مطرح شد که باید بین جرم و خواص شیمیایی ارتباطی وجود داشته باشد. و از آنجایی که جرم یک ماده، اگرچه مطلق نیست، بلکه فقط نسبی است، باید به دنبال مطابقت عملکردی بین خصوصیات فردی عناصر و وزن اتمی آنها بود. شما نمی توانید به دنبال چیزی بگردید، حتی قارچ یا نوعی اعتیاد، مگر با نگاه کردن و تلاش کردن. بنابراین شروع به انتخاب کردم و روی کارتهای جداگانه عناصری با وزن اتمی و خواص اساسی آنها، عناصر مشابه و وزن اتمی مشابه نوشتم که به سرعت به این نتیجه رسیدم که خواص عناصر به طور دوره ای به وزن اتمی آنها وابسته است و در بسیاری از ابهامات شک کردم. من یک دقیقه در کلیت نتیجه گیری شک نکردم، زیرا اعتراف به تصادف غیرممکن بود.

اهمیت اساسی و تازگی قانون تناوبی به شرح زیر بود:

1. ارتباطی بین عناصری که از نظر خصوصیات متفاوت بودند برقرار شد. این ارتباط در این واقعیت نهفته است که خواص عناصر به آرامی و تقریباً یکسان با افزایش وزن اتمی آنها تغییر می کند و سپس این تغییرات به صورت دوره ای تکرار می شوند.

2. در مواردی که به نظر می رسید پیوندی در توالی تغییرات خصوصیات عناصر وجود ندارد، GAPS در جدول تناوبی ارائه شد که باید با عناصری که هنوز کشف نشده بودند پر می شد.

برنج. 10. پنج دوره اول جدول تناوبی D. I. مندلیف. گازهای نجیب هنوز کشف نشده اند، بنابراین در جدول نشان داده نشده اند. 4 عنصر ناشناخته دیگر در زمان ایجاد جدول با علامت سوال مشخص شده اند. خواص سه مورد از آنها توسط D.I. Mendeleev با دقت بالا پیش بینی شده بود (بخشی از جدول تناوبی زمان D.I. Mendeleev به شکلی که برای ما آشناتر است).

اصلی که D.I. Mendeleev برای پیش بینی خواص عناصر هنوز ناشناخته استفاده کرد در شکل 11 نشان داده شده است.

مندلیف بر اساس قانون تناوب و عملاً با استفاده از قانون دیالکتیک در انتقال تغییرات کمی به تغییرات کیفی، در سال 1869 به وجود چهار عنصر اشاره کرد که هنوز کشف نشده بودند. برای اولین بار در تاریخ شیمی، وجود عناصر جدید پیش‌بینی شد و وزن اتمی آنها حتی تقریباً تعیین شد. در پایان سال 1870 مندلیف، بر اساس سیستم خود، خواص یک عنصر هنوز کشف نشده گروه III را توصیف کرد و آن را "کا-آلومینیوم" نامید. این دانشمند همچنین پیشنهاد کرد که عنصر جدید با استفاده از تجزیه و تحلیل طیفی کشف شود. در واقع، در سال 1875، شیمیدان فرانسوی P.E. Lecoq de Boisbaudran، با بررسی ترکیب روی با یک طیف سنجی، مندلیف eka-آلومینیوم را در آن کشف کرد. همزمانی دقیق ویژگی‌های مورد انتظار عنصر با ویژگی‌های تعیین‌شده تجربی، اولین پیروزی و تأییدی درخشان از قدرت پیش‌بینی قانون تناوبی بود. توضیحاتی در مورد خواص "کا-آلومینیوم" پیش بینی شده توسط مندلیف و خواص گالیم کشف شده توسط Boisbaudran در جدول 1 آورده شده است.

پیش بینی شده توسط D.I. مندلیف

نصب شده توسط Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaaluminium Ea وزن اتمی حدود 68 بدنه ساده، باید ذوب پذیر کم باشد چگالی نزدیک به 5.9 است حجم اتمی 11.5 نباید در هوا اکسید شود باید آب را در حرارت داغ تجزیه کند فرمول ترکیبات: EaCl3، Ea2O3، Ea2(SO4)3 باید زاج Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O را تشکیل دهد، اما دشوارتر از آلومینیوم اکسید Ea2O3 باید به راحتی کاهش یابد و فلزی فرارتر از آلومینیوم تولید کند، بنابراین می توان انتظار داشت که با تجزیه و تحلیل طیفی EaCl3 - فرار کشف شود.

وزن اتمی حدود 69.72 نقطه ذوب گالیم خالص 30 درجه سانتیگراد است چگالی گالیم جامد 904/5 و گالیم مایع 095/6 است. حجم اتمی 11.7 فقط در دمای حرارت قرمز کمی اکسید می شود آب را در دمای بالا تجزیه می کند فرمول های ترکیبی: GaСl3، Ga2O3، Ga2(SO4)3 زاج تشکیل می دهد NH4Ga(SO4)2 * 12H2O گالیم از اکسید آن توسط کلسینه در جریانی از هیدروژن احیا می شود. با استفاده از تحلیل طیفی کشف شد نقطه جوش GaCl3 215-220 درجه سانتیگراد

در سال 1879م شیمیدان سوئدی ال. نیلسون عنصر اسکاندیم را یافت که کاملاً با اکابور توصیف شده توسط مندلیف مطابقت دارد. در سال 1886، شیمیدان آلمانی K. Winkler عنصر ژرمانیوم را کشف کرد که مربوط به کاسیلیکون است. در سال 1898 شیمیدان فرانسوی پیر کوری و ماری اسکلودوسکا کوری پولونیوم و رادیوم را کشف کردند. مندلیف وینکلر، لکوک دی بویزبودران و نیلسون را «تقویت‌کنندگان قانون تناوبی» می‌دانست.

پیش بینی های مندلیف نیز به حقیقت پیوست: تری مارگنز - رنیم مدرن، دیسزیوم - فرانسیم و غیره کشف شد.

پس از این، برای دانشمندان سراسر جهان مشخص شد که جدول تناوبی دی. آی مندلیف نه تنها عناصر را نظام مند می کند، بلکه بیانی گرافیکی از قانون اساسی طبیعت - قانون تناوبی است.

این قانون قدرت پیش بینی دارد. این امکان انجام جستجوی هدفمند برای عناصر جدید، هنوز کشف نشده را فراهم کرد. وزن اتمی بسیاری از عناصر، که قبلاً با دقت کافی تعیین شده بود، دقیقاً به این دلیل که مقادیر اشتباه آنها با قانون تناوبی در تضاد بود، مورد تأیید و روشن شدن قرار گرفتند.

در یک زمان، D.I. مندلیف با ناامیدی خاطرنشان کرد: "... ما دلایل تناوب را نمی دانیم." او برای حل این معما زندگی نکرد.

یکی از دلایل مهم به نفع ساختار پیچیده اتم ها، کشف قانون تناوبی D.I. مندلیف بود:

خواص مواد ساده و همچنین خواص و اشکال ترکیبات به طور دوره ای به جرم اتمی عناصر شیمیایی بستگی دارد.

وقتی ثابت شد که شماره سریال یک عنصر در یک سیستم از نظر عددی برابر با بار هسته اتم آن است، ماهیت فیزیکی قانون تناوبی روشن شد.

اما چرا با افزایش بار هسته ای، خواص عناصر شیمیایی به صورت دوره ای تغییر می کند؟ چرا سیستم عناصر به این شکل ساخته شده است و نه به گونه ای دیگر و چرا دوره های آن شامل تعداد دقیقی از عناصر است؟ هیچ پاسخی برای این مهم ترین سوالات وجود نداشت.

استدلال منطقی پیش‌بینی می‌کرد که اگر بین عناصر شیمیایی متشکل از اتم‌ها رابطه وجود داشته باشد، اتم‌ها چیزی مشترک دارند و بنابراین، باید ساختار پیچیده‌ای داشته باشند.

معمای سیستم تناوبی عناصر زمانی کاملاً حل شد که بتوان ساختار پیچیده اتم، ساختار لایه‌های الکترونی بیرونی آن و قوانین حرکت الکترون را در اطراف یک هسته با بار مثبت، که در آن تقریباً کل جرم را درک کرد، حل شد. اتم متمرکز است.

تمام خواص شیمیایی و فیزیکی یک ماده با ساختار اتم های آن تعیین می شود. قانون تناوبی که مندلیف کشف کرد، یک قانون جهانی طبیعت است، زیرا بر اساس قانون ساختار اتمی است.

بنیانگذار دکترین مدرن اتم رادرفورد فیزیکدان انگلیسی است که به طور قانع کننده ای نشان داد که تقریباً تمام جرم و ماده بار مثبت یک اتم در قسمت کوچکی از حجم آن متمرکز شده است. او این قسمت از اتم را نامید هسته. بار مثبت هسته توسط الکترون هایی که به دور آن می چرخند جبران می شود. در این مدل اتمی الکترون ها شبیه سیارات منظومه شمسی هستند، به همین دلیل نام سیاره ای را دریافت کرد. پس از آن، رادرفورد توانست از داده های تجربی برای محاسبه بارهای هسته ای استفاده کند. معلوم شد که آنها برابر با شماره سریال عناصر در جدول D.I. مندلیف هستند. پس از کار رادرفورد و شاگردانش، قانون تناوبی مندلیف معنای واضح‌تری و فرمول کمی متفاوت دریافت کرد:

خواص مواد ساده و همچنین خواص و اشکال ترکیبات عناصر به طور دوره ای به بار هسته اتم های عناصر وابسته است.

بنابراین، شماره سریال یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی معنای فیزیکی دریافت کرد.

در سال 1913، G. Moseley تابش اشعه ایکس تعدادی از عناصر شیمیایی را در آزمایشگاه رادرفورد مطالعه کرد. برای این منظور، او آند لوله اشعه ایکس را از موادی متشکل از عناصر خاصی ساخت. مشخص شد که طول موج تشعشعات پرتو ایکس با افزایش تعداد سریال عناصر تشکیل دهنده کاتد افزایش می یابد. جی. موزلی معادله ای را به دست آورد که طول موج و شماره سریال Z را در بر می گیرد:

این عبارت ریاضی اکنون قانون موزلی نامیده می شود. تعیین شماره سریال عنصر مورد مطالعه بر اساس طول موج اندازه گیری شده تابش اشعه ایکس را ممکن می سازد.

ساده ترین هسته اتم، هسته اتم هیدروژن است. بار آن برابر و مخالف بار الکترون است و جرم آن از همه هسته ها کوچکتر است. هسته اتم هیدروژن به عنوان یک ذره بنیادی شناخته شد و رادرفورد در سال 1920 به آن نام داد. پروتون . جرم پروتون تقریباً یک واحد جرم اتمی است.

با این حال، جرم همه اتم ها، به جز هیدروژن، از نظر عددی از بارهای هسته اتم بیشتر است. رادرفورد قبلاً فرض می‌کرد که علاوه بر پروتون‌ها، هسته‌ها باید دارای ذرات خنثی با جرم معین باشند. این ذرات در سال 1932 توسط Bothe و Becker کشف شد. چادویک ماهیت آنها را تثبیت کرد و نام برد نوترون ها . نوترون ذره‌ای بدون بار است که جرم آن تقریباً برابر با جرم یک پروتون است، یعنی 1 a. خوردن

در سال 1932، دانشمند شوروی D. D. Ivanenko و فیزیکدان آلمانی هایزنبرگ به طور مستقل نظریه پروتون-نوترون هسته را توسعه دادند که بر اساس آن هسته اتم ها از پروتون و نوترون تشکیل شده است.

اجازه دهید ساختار یک اتم عنصری، به عنوان مثال، سدیم را از دیدگاه نظریه پروتون-نوترون در نظر بگیریم. عدد اتمی سدیم در سیستم تناوبی 11، عدد جرمی 23 است. مطابق با عدد اتمی، بار هسته اتم سدیم + 11 است. بنابراین، اتم سدیم دارای 11 الکترون است، مجموع بارهای آنها. برابر با بار مثبت هسته است. اگر اتم سدیم یک الکترون از دست بدهد، بار مثبت یک بار بیشتر از مجموع بارهای منفی الکترون ها خواهد بود (10) و اتم سدیم به یونی با بار 1+ تبدیل می شود. بار هسته یک اتم برابر است با مجموع بارهای 11 پروتون واقع در هسته که جرم آن 11 a است. از آنجایی که عدد جرمی سدیم 23 a است. e.m.، سپس تفاوت 23 – 11 = 12 تعداد نوترون های یک اتم سدیم را تعیین می کند.

پروتون و نوترون نامیده می شود نوکلئون ها . هسته اتم سدیم از 23 نوکلئون تشکیل شده است که 11 نوکلئون پروتون و 12 نوترون هستند. تعداد کل نوکلئون های هسته در سمت چپ بالای نماد عنصر و تعداد پروتون ها در پایین سمت چپ، به عنوان مثال Na.

همه اتم های یک عنصر دارای بار هسته ای یکسان هستند، یعنی تعداد پروتون های یکسانی در هسته. تعداد نوترون ها در هسته اتم های عناصر می تواند متفاوت باشد. اتم هایی که تعداد پروتون های یکسان و تعداد نوترون های متفاوتی در هسته خود دارند نامیده می شوند ایزوتوپ ها .

اتم های عناصر مختلف که هسته آنها دارای تعداد یکسانی نوکلئون است نامیده می شود ایزوبارها .

علم اول از همه مدیون فیزیکدان بزرگ دانمارکی نیلز بور است که یک ارتباط واقعی بین ساختار اتم و ساختار جدول تناوبی برقرار می کند. او اولین کسی بود که اصول واقعی تغییرات دوره ای در خواص عناصر را توضیح داد. بور با عملی ساختن مدل رادرفورد از اتم شروع کرد.

مدل سیاره‌ای رادرفورد از اتم این حقیقت آشکار را منعکس می‌کند که بخش اصلی اتم در بخش کوچکی از حجم - هسته اتم - قرار دارد و الکترون‌ها در بقیه حجم اتم توزیع می‌شوند. با این حال، ماهیت حرکت یک الکترون در مدار به دور هسته یک اتم با نظریه حرکت بارهای الکتریکی در الکترودینامیک در تضاد است.

اولاً، طبق قوانین الکترودینامیک، الکترونی که به دور یک هسته می چرخد ​​باید در نتیجه اتلاف انرژی از طریق تشعشع بر روی هسته بیفتد. ثانیاً، هنگام نزدیک شدن به هسته، طول موج های ساطع شده توسط الکترون باید پیوسته تغییر کند و یک طیف پیوسته را تشکیل دهد. با این حال، اتم ها ناپدید نمی شوند، به این معنی که الکترون ها روی هسته نمی افتند و طیف انتشار اتم ها پیوسته نیست.

اگر فلزی تا دمای تبخیر گرم شود، بخار آن شروع به درخشش می کند و بخار هر فلز رنگ خاص خود را دارد. تابش بخار فلزی که توسط یک منشور تجزیه می شود، طیفی متشکل از خطوط نورانی منفرد را تشکیل می دهد. به چنین طیفی طیف خطی می گویند. هر خط از طیف با فرکانس خاصی از تابش الکترومغناطیسی مشخص می شود.

در سال 1905، انیشتین، با توضیح پدیده اثر فوتوالکتریک، پیشنهاد کرد که نور به شکل فوتون یا کوانتوم انرژی منتشر می شود، که معنای بسیار خاصی برای هر نوع اتم دارد.

بور در سال 1913 یک مفهوم کوانتومی را در مدل سیاره ای رادرفورد از اتم معرفی کرد و منشا طیف خطی اتم ها را توضیح داد. نظریه او درباره ساختار اتم هیدروژن بر دو اصل استوار است.

فرض اول:

الکترون در مدارهای ثابت کاملاً مشخصی که نظریه کوانتومی را برآورده می کند، بدون گسیل انرژی به دور هسته می چرخد.

در هر یک از این مدارها، الکترون دارای انرژی خاصی است. هر چه مدار از هسته دورتر باشد، الکترون واقع در آن انرژی بیشتری دارد.

حرکت یک جسم به دور یک مرکز در مکانیک کلاسیک توسط تکانه زاویه ای تعیین می شود m´v´r، که m جرم جسم متحرک، v سرعت جسم، r شعاع دایره است. بر اساس مکانیک کوانتومی، انرژی این جسم فقط می تواند مقادیر معینی داشته باشد. بور معتقد بود که تکانه زاویه ای یک الکترون در اتم هیدروژن فقط می تواند برابر با یک عدد صحیح کوانتوم عمل باشد. ظاهراً این رابطه حدس بور بوده است؛ بعدها توسط فیزیکدان فرانسوی دو بروگلی به صورت ریاضی به دست آمد.

بنابراین، بیان ریاضی فرض اول بور برابری است:

(1)

مطابق با رابطه (1)، حداقل شعاع مدار الکترون و در نتیجه حداقل انرژی پتانسیل الکترون با مقدار n برابر با واحد مطابقت دارد. حالت اتم هیدروژن که با مقدار n=1 مطابقت دارد، نرمال یا پایه نامیده می شود. اتم هیدروژنی که الکترون آن در هر مدار دیگری مطابق با مقادیر n = 2، 3، 4، ¼ قرار دارد، برانگیخته نامیده می شود.

معادله (1) شامل سرعت الکترون و شعاع مداری به عنوان مجهول است. اگر معادله دیگری ایجاد کنید که شامل v و r باشد، می توانید مقادیر این ویژگی های مهم الکترون را در اتم هیدروژن محاسبه کنید. این معادله با در نظر گرفتن برابری نیروهای گریز از مرکز و گریز از مرکز وارد شده در سیستم "هسته اتم هیدروژن - الکترون" به دست می آید.

نیروی گریز از مرکز برابر است با . نیروی مرکزگرا که تعیین کننده جاذبه الکترون به سمت هسته است، طبق قانون کولن برابر است. با در نظر گرفتن برابری بارهای الکترون و هسته در اتم هیدروژن می توان نوشت:

(2)

با حل سیستم معادلات (1) و (2) برای v و r، متوجه می شویم:

(3)

معادلات (3) و (4) محاسبه شعاع مدارها و سرعت الکترون ها را برای هر مقدار n ممکن می سازد. وقتی n=1، شعاع اولین مدار اتم هیدروژن شعاع بور برابر با 0.053 نانومتر است. سرعت الکترون در این مدار 2200 کیلومتر بر ثانیه است. معادلات (3) و (4) نشان می دهد که شعاع مدارهای الکترون اتم هیدروژن به عنوان مربع اعداد طبیعی به یکدیگر مرتبط هستند و با افزایش n سرعت الکترون کاهش می یابد.

فرض دوم:

هنگام حرکت از یک مدار به مدار دیگر، یک الکترون مقداری انرژی را جذب یا ساطع می کند.

هنگامی که یک اتم برانگیخته می شود، یعنی زمانی که یک الکترون از مدار نزدیکتر به هسته به مداری دورتر حرکت می کند، یک کوانتوم انرژی جذب می شود و برعکس، وقتی یک الکترون از مداری دور به مدار نزدیک حرکت می کند، انرژی کوانتومی E 2 – E 1 = hv منتشر می شود. پس از یافتن شعاع مدارها و انرژی الکترون روی آنها، بور انرژی فوتون ها و خطوط مربوطه را در طیف خطی هیدروژن محاسبه کرد که با داده های تجربی مطابقت داشت.

عدد n که اندازه شعاع مدارهای کوانتومی، سرعت حرکت الکترون ها و انرژی آنها را تعیین می کند، نامیده می شود. عدد کوانتومی اصلی .

متعاقباً، سامرفلد نظریه بور را بهبود بخشید. او پیشنهاد کرد که یک اتم می تواند نه تنها مدارهای دایره ای، بلکه بیضوی الکترون ها را نیز داشته باشد، و بر این اساس او منشأ ساختار ظریف طیف هیدروژن را توضیح داد.

برنج. 12. الکترون موجود در اتم بور نه تنها مدارهای دایره ای، بلکه بیضوی را نیز توصیف می کند. در اینجا این است که آنها برای مقادیر مختلف چگونه به نظر می رسند لدر پ =2, 3, 4.

با این حال، نظریه بور-سومرفلد در مورد ساختار اتم مفاهیم کلاسیک و مکانیک کوانتومی را با هم ترکیب کرد و بنابراین، بر اساس تضادها ساخته شد. معایب اصلی نظریه بور-سامرفلد به شرح زیر است:

1. این نظریه قادر به توضیح تمام جزئیات ویژگی های طیفی اتم ها نیست.

2. محاسبه کمی پیوند شیمیایی را حتی در یک مولکول ساده مانند مولکول هیدروژن ممکن نمی کند.

اما موقعیت اساسی به طور محکم ایجاد شد: پر شدن پوسته های الکترونی در اتم های عناصر شیمیایی از سوم شروع می شود، م پوسته ها به صورت متوالی نیستند، به تدریج تا ظرفیت کامل (یعنی همانطور که با آن بود به- و L - پوسته)، اما به صورت گام به گام. به عبارت دیگر، ساخت پوسته های الکترونی به دلیل ظاهر شدن الکترون های متعلق به پوسته های دیگر در اتم ها به طور موقت قطع می شود.

این حروف به شرح زیر تعیین می شوند: n , ل , m l , ام‌اس – و در زبان فیزیک اتمی اعداد کوانتومی نامیده می شوند. از نظر تاریخی، آنها به تدریج معرفی شدند و ظهور آنها تا حد زیادی با مطالعه طیف های اتمی مرتبط است.

بنابراین معلوم می شود که وضعیت هر الکترون در یک اتم را می توان با یک کد خاص که ترکیبی از چهار عدد کوانتومی است، نوشت. اینها فقط مقداری انتزاعی نیستند که برای ثبت حالات الکترونیکی استفاده می شوند. برعکس، همه آنها محتوای فیزیکی واقعی دارند.

عدد پ در فرمول ظرفیت لایه الکترونی گنجانده شده است (2 پ 2) یعنی این عدد کوانتومی پ مربوط به تعداد پوسته الکترونیکی است. به عبارت دیگر، این عدد تعیین می کند که آیا یک الکترون به یک پوسته الکترونی معین تعلق دارد یا خیر.

عدد پ فقط مقادیر صحیح را می پذیرد: 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7،...، به ترتیب مربوط به پوسته ها: K، L، M، N، O، P، Q.

از آنجا که پ در فرمول انرژی الکترون گنجانده شده است، سپس آنها می گویند که عدد کوانتومی اصلی ذخیره انرژی کل الکترون در اتم را تعیین می کند.

یکی دیگر از حروف الفبای ما - عدد کوانتومی مداری (جانبی) - به عنوان نشان داده می شود ل . این برای تاکید بر نابرابری تمام الکترون های متعلق به یک پوسته معین معرفی شد.

هر پوسته به زیر پوسته های خاصی تقسیم می شود و تعداد آنها برابر با تعداد پوسته است. یعنی K-shell ( پ =1) از یک پوسته فرعی تشکیل شده است. پوسته L ( پ =2) - از دو؛ M-shell ( پ =3) - از سه زیر پوسته ...

و هر زیر پوسته این پوسته با یک مقدار مشخص مشخص می شود ل . عدد کوانتومی مداری نیز مقادیر صحیح می گیرد، اما از صفر شروع می شود، یعنی 0، 1، 2، 3، 4، 5، 6... بنابراین، ل همیشه کمتر پ . به راحتی می توان فهمید که چه زمانی پ =1 ل =0; در n =2 ل = 0 و 1; در n = 3 ل = 0، 1 و 2 و غیره شماره ل , به اصطلاح تصویری هندسی دارد. از این گذشته، مدارهای الکترون های متعلق به یک یا پوسته دیگر می توانند نه تنها دایره ای، بلکه بیضوی نیز باشند.

معانی مختلف ل و انواع مختلف مدارها را مشخص کنید.

فیزیکدانان سنت ها را دوست دارند و حروف قدیمی را برای تعیین لایه های فرعی الکترونی ترجیح می دهند س ( ل =0), پ ( ل =1), د ( ل =2), f ( ل =3). اینها اولین حروف کلمات آلمانی هستند که ویژگی های یک سری خطوط طیفی ناشی از انتقال الکترون را مشخص می کنند: تیز، اصلی، تار، بنیادی.

اکنون می‌توانیم به طور خلاصه بنویسیم که کدام زیرشاخه‌های الکترونی در لایه‌های الکترونی قرار دارند (جدول 2).

دانستن تعداد الکترون هایی که زیرشاخه های الکترونی مختلف می توانند در خود جای دهند، به تعیین اعداد کوانتومی سوم و چهارم - ml و m s که مغناطیسی و اسپین نامیده می شوند، کمک می کند.

عدد کوانتومی مغناطیسی m لنزدیک به ل و از یک طرف جهت مکان این مدارها را در فضا تعیین می کند و از طرف دیگر تعداد آنها را برای یک مکان مشخص تعیین می کند. ل . از برخی قاعده مندی های نظریه اتمی چنین بر می آید که برای یک معین ل عدد کوانتومی m ل، 2 می گیرد ل 1+ مقادیر عدد صحیح: از – ل به + ل از جمله صفر. به عنوان مثال، برای ل =3 این دنباله m است ل ما داریم: - 3، - 2، - 1، 0، +1، +2، +3، یعنی در مجموع هفت مقدار.

چرا م لمغناطیسی نامیده می شود؟ هر الکترون که در مدار دور هسته می چرخد، اساساً نشان دهنده یک پیچ سیم پیچی است که جریان الکتریکی از آن عبور می کند. میدان مغناطیسی ایجاد می شود، بنابراین هر مداری در یک اتم را می توان به عنوان یک صفحه مغناطیسی تخت در نظر گرفت. هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی وجود دارد، هر مدار الکترونی با این میدان برهمکنش می‌کند و تلاش می‌کند تا موقعیت خاصی را در اتم اشغال کند.

تعداد الکترون ها در هر مدار با مقدار عدد کوانتومی اسپین m s تعیین می شود.

رفتار اتم ها در میدان های مغناطیسی ناهمگن قوی نشان داد که هر الکترون در یک اتم مانند یک آهنربا رفتار می کند. و این نشان می دهد که الکترون به دور محور خود می چرخد، مانند یک سیاره در مدار. این خاصیت یک الکترون "اسپین" نامیده می شود (که از انگلیسی به عنوان "چرخش" ترجمه شده است. حرکت چرخشی الکترون ثابت و بدون تغییر است. چرخش یک الکترون کاملا غیر معمول است: نمی توان آن را کاهش داد، شتاب داد یا متوقف کرد. برای تمام الکترون های جهان یکسان است.

اما اگرچه اسپین ویژگی مشترک همه الکترون‌ها است، اما تفاوت‌های بین الکترون‌های یک اتم را نیز توضیح می‌دهد.

دو الکترون که در مداری مشابه به دور یک هسته می‌چرخند، دارای اسپین یکسانی هستند و در عین حال می‌توانند در جهت چرخش خود متفاوت باشند. در این حالت علامت تکانه زاویه ای و علامت اسپین تغییر می کند.

محاسبه کوانتومی منجر به دو مقدار ممکن از اعداد کوانتومی اسپینی ذاتی یک الکترون در مدار می شود: s=+ و s= -. معانی دیگری نمی تواند وجود داشته باشد. بنابراین، در یک اتم، تنها یک یا دو الکترون می توانند در هر مدار بچرخند. دیگر نمی تواند وجود داشته باشد.

هر زیر پوسته الکترون می تواند حداکثر 2 (2) را در خود جای دهد ل + 1) - الکترونها، یعنی (جدول 3):

از اینجا با جمع ساده، ظرفیت پوسته های متوالی به دست می آید.

سادگی قانون اساسی که پیچیدگی بی نهایت اولیه ساختار اتم به آن کاهش یافته است شگفت انگیز است. تمام رفتار عجیب و غریب الکترون ها در لایه بیرونی آن، که تمام خواص آن را کنترل می کند، می تواند به طور غیرمعمول به سادگی بیان شود: در یک اتم دو الکترون یکسان وجود ندارد و نمی تواند باشد.این قانون در علم به عنوان اصل پائولی (به نام فیزیکدان نظری سوئیسی) شناخته می شود.

با دانستن تعداد کل الکترون های یک اتم، که برابر با عدد اتمی آن در سیستم مندلیف است، می توانید یک اتم را "بسازید": می توانید ساختار پوسته الکترونی بیرونی آن را محاسبه کنید - تعیین کنید چند الکترون در آن وجود دارد و چه مقدار است. نوع الکترون هایی که در آن هستند.

همانطور که رشد می کنید ز انواع مشابه پیکربندی های الکترونیکی اتم ها به صورت دوره ای تکرار می شوند.در اصل، این نیز فرمول بندی قانون تناوبی است، اما در رابطه با فرآیند توزیع الکترون بین پوسته ها و زیر پوسته ها.

با دانستن قانون ساختار اتمی، اکنون می‌توانیم جدول تناوبی بسازیم و توضیح دهیم که چرا این جدول ساخته شده است. فقط یک توضیح اصطلاحی کوچک مورد نیاز است: به عناصری که در اتم‌های آنها زیرپوسته‌های s-، p-، d-، f رخ می‌دهد، معمولاً به ترتیب عناصر s-، p-، d-، f نامیده می‌شوند.

فرمول یک اتم معمولاً به شکل زیر نوشته می شود: عدد کوانتومی اصلی با عدد مربوطه، عدد کوانتومی ثانویه با یک حرف و تعداد الکترون ها در بالا سمت راست مشخص می شود.

دوره اول شامل 1 عنصر s - هیدروژن و هلیوم است. نماد شماتیک برای دوره اول به شرح زیر است: 1 s 2 . دوره دوم را می توان به شرح زیر نشان داد: 2 s 2 2 p 6، یعنی شامل عناصری است که در آن 2 s-، 2 p-subshell پر شده است. و سومی (3 s-، 3p-subshell در آن تعبیه شده است): 3 s 2 3p 6. بدیهی است که انواع مشابهی از تنظیمات الکترونیکی تکرار می شوند.

در ابتدای دوره چهارم، دو عنصر 4 s وجود دارد، یعنی پر کردن پوسته N زودتر از اتمام ساخت پوسته M شروع می شود. این شامل 10 مکان خالی دیگر است که با ده عنصر بعدی (3 عنصر d) پر می شود. پر شدن پوسته M به پایان رسیده است، پر شدن پوسته N ادامه دارد (با شش الکترون p 4). بنابراین ساختار دوره چهارم به این صورت است: 4 s 2 3 d 10 4 p 6. دوره پنجم نیز به همین ترتیب پر می شود:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

در دوره ششم 32 عنصر وجود دارد. نماد شماتیک آن این است: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6.

و در نهایت دوره هفتم بعدی: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6. باید در نظر داشت که هنوز همه عناصر دوره هفتم شناخته نشده اند.

این پر کردن گام به گام پوسته ها یک قانون فیزیکی سختگیرانه است. به نظر می رسد که به جای اشغال سطوح زیر پوسته 3 d، برای الکترون ها (از نظر انرژی) سود بیشتری دارد که ابتدا سطوح زیر پوسته 4 s را اشغال کنند. این "نوسانات" انرژی "سودآورتر - کم سودتر" است که وضعیتی را توضیح می دهد که در عناصر شیمیایی پر شدن لایه های الکترونی به صورت مرحله ای اتفاق می افتد.

در اواسط دهه 20. L. de Broglie، فیزیکدان فرانسوی، ایده جسورانه ای را بیان کرد: همه ذرات مادی (از جمله الکترون ها) نه تنها خواص مادی، بلکه دارای خواص موجی نیز هستند. به زودی می توان نشان داد که الکترون ها، مانند امواج نور، می توانند به دور موانع نیز خم شوند.

از آنجایی که الکترون یک موج است، حرکت آن در اتم را می توان با استفاده از معادله موج توصیف کرد. این معادله در سال 1926 توسط فیزیکدان اتریشی ای. شرودینگر استخراج شد. ریاضیدانان آن را معادله دیفرانسیل جزئی مرتبه دوم می نامند. برای فیزیکدانان، این معادله اساسی مکانیک کوانتومی است.

معادله به این صورت است:

+++ y = 0،

جایی که متر- جرم الکترون؛ r – فاصله الکترون از هسته؛ ه - بار الکترون؛ E- انرژی کل الکترون، برابر با مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل. ز- شماره سریال اتم (برای اتم هیدروژن 1 است). ساعت- "کوانتوم عمل"؛ ایکس , y , z – مختصات الکترونی؛ y تابع موج است (یک کمیت انتزاعی انتزاعی که درجه احتمال را مشخص می کند).

درجه احتمال اینکه یک الکترون در مکان خاصی در فضای اطراف هسته قرار گرفته باشد. اگر y=1 باشد، الکترون باید واقعاً در همین مکان باشد. اگر y = 0 باشد، هیچ اثری از الکترون در آنجا وجود ندارد.

ایده احتمال یافتن یک الکترون در مکانیک کوانتومی مرکزی است. و مقدار تابع y (psi) (به طور دقیق تر، مربع مقدار آن) احتمال وجود یک الکترون در یک نقطه از فضا را بیان می کند.

در یک اتم مکانیکی کوانتومی هیچ مدار الکترونی مشخصی وجود ندارد که به وضوح در مدل بور اتم مشخص شده است. به نظر می رسد الکترون به شکل ابر در فضا پخش شده است. اما چگالی این ابر متفاوت است: همانطور که می گویند، کجا غلیظ است و کجا خالی. چگالی ابر بیشتر با احتمال بیشتری برای یافتن یک الکترون مطابقت دارد.

از مدل مکانیکی کوانتومی انتزاعی اتم، می توان به مدل بصری و مرئی اتم بور رفت. برای این کار باید معادله شرودینگر را حل کنید. معلوم می شود که تابع موج با سه کمیت مختلف همراه است که فقط می توانند مقادیر صحیح بگیرند. علاوه بر این، توالی تغییرات در این کمیت ها به گونه ای است که نمی توانند چیزی جز اعداد کوانتومی باشند. اصلی، مداری و مغناطیسی. اما آنها به طور خاص برای تعیین طیف اتم های مختلف معرفی شدند. سپس آنها به صورت بسیار ارگانیک به مدل اتم بور مهاجرت کردند. این منطق علمی است - حتی شدیدترین شکاک هم نمی تواند آن را تضعیف کند.

همه اینها به این معنی است که حل معادله شرودینگر در نهایت منجر به مشتق شدن دنباله پر شدن لایه های الکترونی و زیر لایه های اتم می شود. این مزیت اصلی اتم مکانیک کوانتومی نسبت به اتم بور است. و مفاهیم آشنا به اتم سیاره را می توان از نقطه نظر مکانیک کوانتومی مورد بازنگری قرار داد. می توان گفت که یک مدار مجموعه معینی از موقعیت های احتمالی یک الکترون معین در یک اتم است. با تابع موج خاصی مطابقت دارد. به جای اصطلاح "مدار" در فیزیک و شیمی اتمی مدرن از اصطلاح "مدار" استفاده می شود.

بنابراین، معادله شرودینگر مانند یک عصای جادویی است که تمام کاستی های موجود در نظریه رسمی جدول تناوبی را برطرف می کند. "رسمی" را به "واقعی" تبدیل می کند.

در واقع این دور از مورد است. زیرا این معادله تنها برای اتم هیدروژن، ساده ترین اتم، راه حل دقیق دارد. برای اتم هلیوم و اتم های بعدی، حل دقیق معادله شرودینگر غیرممکن است، زیرا نیروهای برهمکنش بین الکترون ها اضافه می شوند. و در نظر گرفتن تأثیر آنها بر نتیجه نهایی یک کار ریاضی با پیچیدگی غیرقابل تصور است. برای توانایی های انسان غیرقابل دسترس است. فقط رایانه های الکترونیکی پرسرعت که صدها هزار عملیات در ثانیه انجام می دهند، می توانند با آن مقایسه شوند. و حتی پس از آن فقط به شرطی که برنامه محاسبه با ساده سازی ها و تقریب های متعدد توسعه یابد.

در طی 40 سال، فهرست عناصر شیمیایی شناخته شده 19 مورد افزایش یافته است. و تمام 19 عنصر سنتز شده و به صورت مصنوعی تهیه شده اند.

سنتز عناصر را می توان به عنوان بدست آوردن از عنصری با بار هسته ای کمتر، عدد اتمی کمتر، عنصری با عدد اتمی بالاتر درک کرد. و خود فرآیند تولید را واکنش هسته ای می نامند. معادله آن مانند معادله یک واکنش شیمیایی معمولی نوشته شده است. در سمت چپ مواد واکنش دهنده، در سمت راست محصولات حاصل هستند. واکنش دهنده ها در یک واکنش هسته ای هدف و ذره بمباران هستند.

هدف می تواند تقریباً هر عنصر جدول تناوبی (به شکل آزاد یا به شکل یک ترکیب شیمیایی) باشد.

نقش ذرات بمباران را ذرات a، نوترون ها، پروتون ها، دوترون ها (هسته ایزوتوپ سنگین هیدروژن) و همچنین به اصطلاح یون های سنگین باردار چندگانه عناصر مختلف - بور، کربن، نیتروژن، اکسیژن، ایفا می کنند. نئون، آرگون و سایر عناصر جدول تناوبی.

برای اینکه یک واکنش هسته ای رخ دهد، ذره بمباران باید با هسته اتم هدف برخورد کند. اگر ذره ای انرژی کافی داشته باشد، می تواند آنقدر عمیق به هسته نفوذ کند که با آن ادغام شود. از آنجایی که تمام ذرات ذکر شده در بالا، به جز نوترون، حامل بارهای مثبت هستند، هنگامی که با هسته ادغام می شوند، بار آن را افزایش می دهند. و تغییر در مقدار Z به معنای تبدیل عناصر است: سنتز یک عنصر با مقدار جدیدی از بار هسته ای.

برای یافتن راهی برای سرعت بخشیدن به ذرات بمباران و دادن انرژی بالا به آنها که برای ادغام آنها با هسته کافی است، یک شتاب دهنده ذرات ویژه اختراع و ساخته شد - یک سیکلوترون. سپس آنها یک کارخانه ویژه برای عناصر جدید - یک رکتور هسته ای - ساختند. هدف مستقیم آن تولید انرژی هسته ای است. اما از آنجایی که شارهای نوترونی شدید همیشه در آن وجود دارد، استفاده از آنها برای اهداف همجوشی مصنوعی آسان است. یک نوترون بار ندارد و بنابراین نیازی به شتاب ندارد (و غیرممکن است). برعکس، نوترون‌های آهسته مفیدتر از نوترون‌های سریع هستند.

شیمیدانان مجبور بودند مغز خود را جمع کنند و معجزات واقعی نبوغ را نشان دهند تا راه هایی برای جداسازی مقادیر ناچیز عناصر جدید از ماده مورد نظر ایجاد کنند. یاد بگیرید که خواص عناصر جدید را زمانی که فقط چند اتم در دسترس بود مطالعه کنید...

با کار صدها و هزاران دانشمند، 19 سلول جدید در جدول تناوبی پر شد. چهار مورد در مرزهای قدیمی آن قرار دارند: بین هیدروژن و اورانیوم. پانزده - برای اورانیوم. همه چیز اینطوری اتفاق افتاد...

4 مکان در جدول تناوبی برای مدت طولانی خالی ماند: خانه های شماره 43، 61، 85 و 87.

این 4 عنصر گریزان بودند. تلاش دانشمندان با هدف جستجوی آنها در طبیعت ناموفق ماند. با کمک قانون تناوبی، تمام مکان های دیگر در جدول تناوبی مدت ها قبل پر شده است - از هیدروژن تا اورانیوم.

بیش از یک بار گزارش هایی از کشف این چهار عنصر در مجلات علمی منتشر شده است. اما همه این اکتشافات تأیید نشدند: هر بار یک بررسی دقیق نشان می‌دهد که اشتباهی رخ داده است و ناخالصی‌های ناچیز تصادفی با عنصر جدیدی اشتباه گرفته می‌شوند.

جستجوی طولانی و دشوار سرانجام به کشف یکی از عناصر گریزان طبیعت منجر شد. معلوم شد که اگززیوم شماره 87 در زنجیره واپاشی ایزوتوپ رادیواکتیو طبیعی اورانیوم 235 وجود دارد. این یک عنصر رادیواکتیو با عمر کوتاه است.

برنج. 13. طرح شکل گیری عنصر شماره 87 – فرانسه. برخی از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو می‌توانند به دو صورت تجزیه شوند، به عنوان مثال، از طریق واپاشی a- و b-decay. به این پدیده چنگال رادیواکتیو می گویند. همه خانواده های رادیواکشن طبیعی حاوی چنگال هستند.

عنصر 87 شایسته است که با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار گیرد. اکنون در دایره المعارف های شیمی می خوانیم: فرانسیم (شماره سریال 87) در سال 1939 توسط دانشمند فرانسوی مارگاریتا پری کشف شد.

پری چگونه توانست عنصر گریزان را بگیرد؟ در سال 1914، سه رادیو شیمیدان اتریشی - S. Meyer، W. Hess و F. Paneth - شروع به مطالعه واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ اکتینیوم با جرم 227 کردند. مشخص شد که این ایزوتوپ به خانواده اکتینورانیوم تعلق دارد و ذرات b منتشر می کند. از این رو محصول تجزیه آن توریم است. با این حال، دانشمندان ظن مبهمی داشتند که اکتینیوم-227 در موارد نادری ذرات a را نیز منتشر می کند. به عبارت دیگر، این یکی از نمونه های چنگال رادیواکتیو است. در طی چنین تبدیلی، ایزوتوپ عنصر 87 باید تشکیل شود. مایر و همکارانش در واقع ذرات آلفا را مشاهده کردند. تحقیقات بیشتری مورد نیاز بود، اما با جنگ جهانی اول متوقف شد.

مارگاریتا پری نیز همین مسیر را طی کرد. اما او ابزارهای حساس‌تر و روش‌های جدید و بهبود یافته‌ای برای تجزیه و تحلیل در اختیار داشت. به همین دلیل موفق شد.

فرانسیم به عنوان یک عنصر سنتز مصنوعی طبقه بندی می شود. اما با این حال، این عنصر برای اولین بار در طبیعت کشف شد. این ایزوتوپ فرانسیم 223 است. نیمه عمر آن فقط 22 دقیقه است. روشن می شود که چرا فرانسه اینقدر کم روی زمین وجود دارد. اولاً، به دلیل شکنندگی آن، وقت کافی برای تمرکز در مقادیر قابل توجهی ندارد و ثانیاً، روند تشکیل آن خود با احتمال کم مشخص می شود: تنها 1.2٪ از هسته های اکتینیم-227 با انتشار a- تجزیه می شوند. ذرات.

از این نظر تهیه مصنوعی فرانسیم سود بیشتری دارد. 20 ایزوتوپ فرانسیم در حال حاضر به دست آمده است و طولانی ترین ایزوتوپ آنها فرانسیم 223 است. شیمیدانان با کار با مقادیر بسیار کمی نمک فرانسیم توانستند ثابت کنند که خواص آن بسیار شبیه سزیم است.

فیزیکدانان با مطالعه خواص هسته های اتمی به این نتیجه رسیدند که ایزوتوپ های پایدار برای عناصر با اعداد اتمی 43، 61، 85 و 87 نمی توانند وجود داشته باشند. آنها فقط می توانند رادیواکتیو باشند، نیمه عمر کوتاهی دارند و باید به سرعت ناپدید شوند. بنابراین، تمام این عناصر به طور مصنوعی توسط انسان ایجاد شده است. مسیرهای ایجاد عناصر جدید توسط قانون تناوبی مشخص شد. عنصر 43 اولین ساخته مصنوعی بود.

هسته عنصر 43 باید دارای 43 بار مثبت و 43 الکترون باشد که به دور هسته می چرخند. فضای خالی عنصر 43 که در اواسط دوره پنجم قرار دارد دارای منگنز در دوره چهارم و رنیم در دوره ششم است. بنابراین، خواص شیمیایی عنصر 43 باید مشابه خواص منگنز و رنیم باشد. سمت چپ سلول 43 مولیبدن شماره 42 و سمت راست روتنیم شماره 44 قرار دارد. بنابراین برای ایجاد عنصر 43 باید تعداد بارهای موجود در هسته اتمی را که دارای 42 بار است با یک بار پایه دیگر افزایش داد. بنابراین، برای سنتز عنصر جدید 43، لازم است مولیبدن به عنوان ماده اولیه مصرف شود. سبک ترین عنصر، هیدروژن، یک بار مثبت دارد. بنابراین، می توان انتظار داشت که عنصر 43 را می توان از واکنش هسته ای بین مولیبدن و پروتون به دست آورد.

برنج. 14. طرح سنتز عنصر شماره 43 - تکنسیوم.

خواص عنصر 43 باید مشابه خواص منگنز و رنیم باشد و برای تشخیص و اثبات تشکیل این عنصر، لازم است از واکنش های شیمیایی مشابه واکنش هایی استفاده شود که توسط شیمیدان ها وجود مقادیر کمی منگنز و منگنز را تعیین می کنند. رنیم

اینگونه است که جدول تناوبی ترسیم مسیر ایجاد عناصر مصنوعی را ممکن می سازد.

دقیقاً به همین ترتیب اولین عنصر شیمیایی مصنوعی در سال 1937 ایجاد شد. نام قابل توجه تکنسیوم را دریافت کرد - اولین عنصری که به صورت فنی و مصنوعی تولید شد. به این ترتیب سنتز تکنسیوم انجام شد. صفحه مولیبدن در معرض بمباران شدید هسته‌های ایزوتوپ سنگین هیدروژن - دوتریوم قرار گرفت که در یک سیکلوترون به سرعت بسیار زیادی شتاب می‌گرفتند.

هسته های سنگین هیدروژن که انرژی بسیار بالایی دریافت می کردند به درون هسته های مولیبدن نفوذ کردند. پس از تابش در یک سیکلوترون، پلاستیک مولیبدن در اسید حل شد. مقدار ناچیزی از یک ماده رادیواکتیو جدید با استفاده از همان واکنش هایی که برای تعیین تحلیلی منگنز ضروری است (آنالوگ عنصر 43) از محلول جدا شد. این عنصر جدید بود - تکنسیوم. آنها دقیقاً با موقعیت عنصر در جدول تناوبی مطابقت دارند.

اکنون تکنسیوم کاملاً در دسترس است: در راکتورهای هسته ای به مقدار نسبتاً زیادی تشکیل می شود. تکنتیوم به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است و در حال حاضر در عمل استفاده می شود.

روش ایجاد عنصر 61 بسیار شبیه به روشی است که توسط آن تکنسیوم تولید می شود. عنصر 61 تنها در سال 1945 از عناصر تکه تکه شده در یک راکتور هسته ای در نتیجه شکافت اورانیوم جدا شد.

برنج. 15. طرح سنتز عنصر شماره 61 - پرومتیم.

این عنصر نام نمادین "پرومتیوم" را دریافت کرد. این نام را به راحتی بر او نهادند. این نماد مسیر دراماتیک علم است که انرژی شکافت هسته ای را از طبیعت می دزدد و بر این انرژی تسلط پیدا می کند (طبق افسانه ها، تیتان پرومتئوس آتش را از آسمان ربود و به مردم داد؛ به همین دلیل او را به صخره ای زنجیر کردند و عقاب بزرگی او را عذاب داد. روزانه)، اما همچنین مردم را نسبت به خطر وحشتناک جنگ هشدار می دهد.

پرومتیم اکنون در مقادیر قابل توجهی به دست می آید: از آن در باتری های اتمی استفاده می شود - منابع جریان مستقیم که می توانند سال ها بدون وقفه کار کنند.

سنگین ترین هالوژن، اکائود، عنصر 85، به روشی مشابه سنتز شد.این عنصر ابتدا با بمباران بیسموت (شماره 83) با هسته های هلیوم (شماره 2)، که در یک سیکلوترون به انرژی های بالا شتاب داده شد، به دست آمد. عنصر جدید استاتین (ناپایدار) نام دارد. رادیواکتیو است و به سرعت ناپدید می شود. خواص شیمیایی آن نیز دقیقاً با قانون تناوبی مطابقت دارد. شبیه ید است.

برنج. 16. طرح سنتز عنصر شماره 85 – استاتین.

عناصر ترانس اورانیک عناصر شیمیایی سنتز شده مصنوعی هستند که در جدول تناوبی بعد از اورانیوم قرار دارند. چند مورد دیگر از آنها می توانند در آینده سنتز شوند، هنوز کسی نمی تواند به طور قطع پاسخ دهد.

اورانیوم آخرین عنصر از مجموعه طبیعی عناصر شیمیایی برای 70 سال طولانی بود.

و در تمام این مدت، دانشمندان به طور طبیعی نگران این سوال بودند که آیا عناصر سنگین‌تر از اورانیوم در طبیعت وجود دارند؟ دیمیتری ایوانوویچ معتقد بود که اگر بتوان عناصر اورانیوم را در روده های زمین کشف کرد، تعداد آنها باید محدود شود. پس از کشف رادیواکتیویته، فقدان چنین عناصری در طبیعت با این واقعیت توضیح داده شد که نیمه عمر آنها کوتاه است و همه آنها مدتها پیش، در مراحل اولیه تکامل سیاره ما، تجزیه شده و به عناصر سبکتر تبدیل شدند. . اما اورانیوم که معلوم شد رادیواکتیو است، عمر زیادی داشت که تا به امروز زنده مانده است. چرا طبیعت نمی تواند حداقل به نزدیک ترین ماوراء الطبیعه زمان به همان اندازه سخاوتمندانه برای وجود بدهد؟ گزارش های زیادی از کشف عناصر ظاهراً جدید در سیستم - بین هیدروژن و اورانیوم - وجود دارد، اما تقریباً هرگز مجلات علمی در مورد کشف ترانس اورانیوم نوشته نشده است. دانشمندان فقط در مورد دلیل شکست جدول تناوبی اورانیوم بحث کردند.

فقط همجوشی هسته ای امکان ایجاد شرایط جالبی را فراهم کرد که قبلاً حتی نمی شد به آنها شک کرد.

اولین مطالعات در مورد سنتز عناصر شیمیایی جدید با هدف تولید مصنوعی ترانس اورانیوم انجام شد. اولین عنصر ماوراء اورانیوم مصنوعی سه سال قبل از ظهور تکنسیوم صحبت شد. رویداد محرک، کشف نوترون بود. یک ذره بنیادی بدون بار، قدرت نفوذ بسیار زیادی داشت، می‌توانست بدون برخورد با هیچ مانعی به هسته اتم برسد و باعث دگرگونی عناصر مختلف شود. نوترون ها شروع به شلیک به اهداف ساخته شده از طیف گسترده ای از مواد کردند. پیشگام تحقیق در این زمینه فیزیکدان برجسته ایتالیایی E. Fermi بود.

اورانیوم تابیده شده با نوترون فعالیت ناشناخته ای با نیمه عمر کوتاه از خود نشان داد. اورانیوم 238 با جذب یک نوترون به ایزوتوپ ناشناخته عنصر اورانیوم 239 تبدیل می شود که رادیواکتیو b است و باید به ایزوتوپ عنصری با عدد اتمی 93 تبدیل شود. نتیجه گیری مشابهی توسط E. Fermi و همکارانش

در واقع، تلاش زیادی برای اثبات اینکه فعالیت ناشناخته در واقع با اولین عنصر فرااورانیوم مطابقت دارد، نیاز داشت. عملیات شیمیایی منجر به این نتیجه شد: عنصر جدید از نظر خواص مشابه منگنز است، یعنی متعلق به زیرگروه VII b. این استدلال قابل توجه بود: در آن زمان (در دهه 30) تقریباً همه شیمیدانان معتقد بودند که اگر عناصر فرااورانیوم وجود داشته باشد ، حداقل اولین آنها مشابه خواهد بود. د-عناصر دوره های قبل این خطایی بود که بدون شک تاریخ کشف عناصر سنگین‌تر از اورانیوم را تحت تأثیر قرار داد.

به طور خلاصه، در سال 1934، ای. فرمی با اطمینان از سنتز نه تنها عنصر 93، که نام "آسونیوم" را به آن داد، بلکه همسایه سمت راست آن را در جدول تناوبی، "هسپریا" (شماره 94) اعلام کرد. دومی محصول فروپاشی b آسونیوم بود:

دانشمندانی بودند که این زنجیره را از این هم بیشتر کردند. از جمله: محققان آلمانی O. Hahn، L. Meitner و F. Strassmann. در سال 1937 آنها قبلاً در مورد عنصر شماره 97 به عنوان چیزی واقعی صحبت می کردند:

اما هیچ یک از عناصر جدید به مقدار قابل توجهی به دست نیامدند یا به صورت آزاد جدا نشدند. سنتز آنها با علائم غیر مستقیم مختلف مورد قضاوت قرار گرفت.

در نهایت، معلوم شد که همه این مواد زودگذر، که برای عناصر فرااورانیوم گرفته شده‌اند، در واقع عناصری هستند که به وسط جدول تناوبی، یعنی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو مصنوعی عناصر شیمیایی شناخته شده، تعلق دارند. این موضوع زمانی مشخص شد که اُ. هان و اف. استراسمن یکی از بزرگترین اکتشافات قرن بیستم را در 22 دسامبر 1938 انجام دادند. - کشف شکافت اورانیوم تحت تأثیر نوترون های کند. دانشمندان به طور غیرقابل انکاری ثابت کرده اند که اورانیوم تابیده شده با نوترون حاوی ایزوتوپ های باریم و لانتانیم است. آنها می توانند تنها با این فرض تشکیل شوند که به نظر می رسد نوترون ها هسته های اورانیوم را به چند قطعه کوچکتر تجزیه می کنند.

مکانیسم شکافت توسط L. Meitner و O. Frisch توضیح داده شد. به اصطلاح مدل قطره ای هسته قبلا وجود داشت: هسته اتم مانند یک قطره مایع شد. اگر به یک قطره انرژی کافی داده شود و هیجان زده شود، می تواند به قطرات کوچکتر تقسیم شود. به همین ترتیب، هسته ای که توسط یک نوترون به حالت برانگیخته می رسد، می تواند متلاشی شده و به بخش های کوچکتر - هسته اتم های عناصر سبک تر - تقسیم شود.

در سال 1940، دانشمندان شوروی G.N. Flerov و K.A. Petrzhak ثابت کردند که شکافت اورانیوم می تواند خود به خود رخ دهد. بنابراین، نوع جدیدی از تبدیل رادیواکتیو که در طبیعت یافت شد، شکافت خود به خودی اورانیوم کشف شد. این یک کشف بسیار مهم بود.

با این حال، اشتباه است که تحقیقات در مورد ترانس اورانیوم در دهه 1930 را اشتباه اعلام کنیم.

اورانیوم دارای دو ایزوتوپ طبیعی اصلی است: اورانیوم-238 (به طور قابل توجهی غالب) و اورانیوم-235. دومی عمدتاً تحت تأثیر نوترون‌های آهسته شکافته می‌شود، در حالی که اولینی که نوترون را جذب می‌کند، تنها به ایزوتوپ سنگین‌تر تبدیل می‌شود - اورانیوم-239، و این جذب شدیدتر است، نوترون‌های بمباران سریع‌تر. بنابراین، در اولین تلاش‌ها برای سنتز ترانس اورانیوم، اثر تعدیل نوترون به این واقعیت منجر شد که وقتی هدفی از اورانیوم طبیعی حاوی اورانیوم ساخته شده بود و "شلیک شد"، فرآیند شکافت غالب شد.

اما اورانیوم 238 که یک نوترون را جذب می کرد، به طور قطع زنجیره تشکیل عناصر ترانس اورانیوم را به وجود آورد. یافتن راهی قابل اعتماد برای به دام انداختن اتم های عنصر 93 در یک آشفتگی پیچیده از قطعات شکافت ضروری بود. این قطعات در هنگام بمباران اورانیوم نسبتاً کوچکتر از اتمهای بسیار عظیم عنصر 93 در فواصل بیشتری پرواز می کردند (طول مسیر طولانی تری دارند).

E. MacMillan فیزیکدان آمریکایی که در دانشگاه کالیفرنیا کار می کرد، آزمایشات خود را بر اساس این ملاحظات استوار کرد. در بهار 1939، او شروع به مطالعه دقیق توزیع قطعات شکافت اورانیوم در طول مسیر کرد. او موفق شد بخش کوچکی از قطعات را با برد کمی جدا کند. در این قسمت بود که او آثاری از یک ماده رادیواکتیو با نیمه عمر 2.3 روز و شدت تابش بالا را کشف کرد. چنین فعالیتی در بخش های دیگر از قطعات مشاهده نشد. مک میلان توانست نشان دهد که این ماده X محصول فروپاشی ایزوتوپ اورانیوم 239 است:

شیمیدان F. Ableson به کار پیوست. مشخص شد که یک ماده رادیواکتیو با نیمه عمر 2.3 روز می تواند از نظر شیمیایی از اورانیوم و توریم جدا شود و ربطی به رنیم ندارد. بنابراین این فرض که عنصر 93 باید اکارنیوم باشد از بین رفت.

سنتز موفقیت آمیز نپتونیوم (عنصر جدید به نام سیاره منظومه شمسی نامگذاری شد) توسط مجله آمریکایی "Physical Review" در اوایل سال 1940 اعلام شد. بدین ترتیب عصر سنتز عناصر فرااورانیوم آغاز شد که معلوم شد بسیار زیاد است. برای توسعه بیشتر دکترین تناوب مندلیف مهم است.

برنج. 17. طرح سنتز عنصر شماره 93 - نپتونیم.

حتی دوره های طولانی ترین ایزوتوپ های عناصر ترانس اورانیوم، به عنوان یک قاعده، به طور قابل توجهی کوتاه تر از سن زمین است، و بنابراین وجود آنها در طبیعت در حال حاضر عملا حذف شده است. بنابراین، دلیل شکست در سری طبیعی عناصر شیمیایی روی اورانیوم - عنصر 92 روشن است.

پس از نپتونیم پلوتونیوم قرار گرفت. این توسط یک واکنش هسته ای سنتز شد:

زمستان 1940 - 1941 دانشمند آمریکایی G. Seaborg و همکارانش (چند عنصر ترانس اورانیوم جدید متعاقباً در آزمایشگاه G. Seaborg سنتز شدند). اما مشخص شد که مهمترین ایزوتوپ پلوتونیوم دارای نیمه عمر 24360 سال است. علاوه بر این، پلوتونیوم-239 تحت تأثیر نوترون های آهسته بسیار شدیدتر از

برنج. 18. طرح سنتز عنصر شماره 94 - پلوتونیوم.

در دهه 40 سه عنصر سنگین تر از اورانیوم سنتز شد: آمریکیوم (به افتخار آمریکا)، کوریم (به افتخار M. و P. کوری) و برکلیوم (به افتخار برکلی در کالیفرنیا). هدف در راکتورهای هسته ای پلوتونیوم 239 بود که توسط نوترون ها و ذرات a و آمریکیوم بمباران شد (تابش آن منجر به سنتز برکلیوم شد):

.

دهه 50 با سنتز کالیفرنیوم (شماره 98) آغاز شد. این زمانی به دست آمد که ایزوتوپ طولانی مدت کوریم 242 در مقادیر قابل توجهی جمع شد و هدفی از آن ساخته شد. واکنش هسته ای: منجر به سنتز یک عنصر جدید 98 شد.

برای حرکت به سمت عناصر 99 و 100، باید مراقب جمع آوری وزن برکلیوم و کالیفرنیوم بود. بمباران اهداف ساخته شده از آنها با ذرات a زمینه را برای سنتز عناصر جدید فراهم کرد. اما نیمه عمر (ساعت و دقیقه) ایزوتوپ های سنتز شده عناصر 97 و 98 بسیار کوتاه بود و این مانعی برای تجمع آنها در مقادیر مورد نیاز بود. راه دیگری نیز پیشنهاد شد: تابش طولانی مدت پلوتونیوم با شار شدید نوترونی. اما باید سال‌ها منتظر نتایج بود (برای به دست آوردن یکی از ایزوتوپ‌های برکلیوم به شکل خالص، هدف پلوتونیوم به مدت 6 سال تحت تابش قرار گرفت!). تنها یک راه برای کاهش قابل توجه زمان سنتز وجود داشت: افزایش شدید قدرت پرتو نوترون. این امر در آزمایشگاه ها غیرممکن بود.

یک انفجار حرارتی به کمک آمد. در 1 نوامبر 1952، آمریکایی ها یک دستگاه گرما هسته ای را در انیوتاک آتول در اقیانوس آرام منفجر کردند. چند صد کیلوگرم خاک از محل انفجار جمع آوری شد و نمونه ها مورد بررسی قرار گرفتند. در نتیجه، امکان کشف ایزوتوپ‌های عناصر 99 و 100 به نام‌های اینشتینیوم (به افتخار A. Einstein) و فرمیوم (به افتخار E. Fermi) وجود داشت.

شار نوترونی تولید شده در طول انفجار بسیار قدرتمند بود به طوری که هسته های اورانیوم 238 توانستند تعداد زیادی نوترون را در مدت زمان بسیار کوتاهی جذب کنند. این ایزوتوپ های فوق سنگین اورانیوم، در نتیجه زنجیره های واپاشی پی در پی، به ایزوتوپ های انیشتینیوم و فرمیم تبدیل شدند (شکل 19).

برنج. 19. طرح سنتز عناصر شماره 99 – انیشتینیوم و شماره 100 – فرمیم.

مندلیویوم نامی است که به عنصر شیمیایی شماره 101 که توسط فیزیکدانان آمریکایی به رهبری جی. سیبورگ در سال 1955 سنتز شد. از سیستم تناوبی برای پیش بینی خواص عناصر شیمیایی کشف نشده استفاده کنید. دانشمندان موفق شدند انیشتینیوم کافی برای تهیه یک هدف از آن جمع کنند (مقدار انیشتینیم در یک میلیارد اتم اندازه گیری شد). با تابش آن به ذرات a، می توان سنتز هسته های عنصر 101 را محاسبه کرد (شکل 20):

برنج. 20. طرح سنتز عنصر شماره 101 - مندلیویوم.

معلوم شد که نیمه عمر ایزوتوپ به دست آمده بسیار بیشتر از آن چیزی است که نظریه پردازان انتظار داشتند. و اگرچه تنها چند اتم مندلیویوم در نتیجه سنتز به دست آمد، مشخص شد که می توان خواص شیمیایی آنها را با استفاده از همان روش هایی که برای ترانس اورانیوم های قبلی استفاده می شد مورد مطالعه قرار داد.

ارزیابی شایسته ای از قانون تناوبی توسط ویلیام رزمای ارائه شد، او استدلال کرد که قانون تناوبی یک قطب نمای واقعی برای محققان است.

چند سال پس از مرگ او گذشت و منظومه مندلیف به مهمترین حلقه دانش ما در مورد جهانی که در آن زندگی می کنیم، در مورد تکامل ماده در جهان تبدیل شد، از زمانی که مندلیف در اکتشافات علمی خود، و به ویژه در کشف قانون تناوبی، در واقع روش دیالکتیکی شناخت پدیده های طبیعت را به کار می برد، که در رابطه با آن توسط فردریش انگلس بسیار تحسین شد، که با ارزیابی قانون تناوبی، خاطرنشان کرد که دانشمند، اگرچه ناخودآگاه قانون هگل را در مورد انتقال کمیت به کیفیت، هنوز هم یک شاهکار علمی را به انجام رساند.»

تحصیل شیمی جز بر اساس این قانون فراگیر غیرممکن است. یک کتاب درسی شیمی بدون جدول تناوبی چقدر مضحک به نظر می رسد! شما باید درک کنید که عناصر مختلف چگونه با یکدیگر مرتبط هستند و چرا آنها تا این حد به هم مرتبط هستند. تنها در این صورت است که جدول تناوبی به یک مخزن غنی از اطلاعات در مورد خواص عناصر و ترکیبات آنها تبدیل خواهد شد، مخزنی که کمی قابل مقایسه با آن است.

یک شیمیدان باتجربه، تنها با نگاه کردن به مکانی که هر عنصر در یک سیستم اشغال می کند، می تواند چیزهای زیادی در مورد آن بگوید: فلز یا غیرفلز. آیا ترکیباتی را با هیدروژن - هیدریدها تشکیل می دهد یا نه. چه اکسیدهایی برای این عنصر مشخص است. چه ظرفیت هایی می تواند هنگام ورود به ترکیبات شیمیایی نشان دهد. کدام ترکیبات این عنصر پایدار خواهد بود، و برعکس، کدام شکننده خواهد بود. از چه ترکیباتی و از چه راهی می توان این عنصر را به صورت رایگان به دست آورد. و اگر یک شیمیدان بتواند همه این اطلاعات را از جدول تناوبی استخراج کند، به این معنی است که او به خوبی بر آن تسلط داشته است.

جدول تناوبی مبنایی است برای به دست آوردن مواد و مواد جدید با خواص جدید، غیر معمول و از پیش تعیین شده، موادی که برای طبیعت ناشناخته هستند. آنها اکنون در مقادیر زیادی ساخته می شوند. همچنین به یک رشته راهنما برای سنتز مواد نیمه هادی تبدیل شد. با استفاده از مثال‌های فراوان، دانشمندان کشف کرده‌اند که ترکیبات عناصری که مکان‌های خاصی در جدول تناوبی را اشغال می‌کنند (عمدتاً در گروه‌های III – V) بهترین خواص نیمه‌رسانا را دارند یا باید داشته باشند.

تعیین تکلیف دستیابی به آلیاژهای جدید با نادیده گرفتن جدول تناوبی غیرممکن است. از این گذشته، ساختار و خواص آلیاژها با موقعیت فلزات در جدول تعیین می شود. در حال حاضر هزاران آلیاژ مختلف شناخته شده است.

شاید در هر شاخه ای از شیمی مدرن بتوان بازتابی از قانون تناوبی را مشاهده کرد. اما فقط شیمیدانان نیستند که در برابر عظمت او سر خم می کنند. در کار دشوار و جذاب سنتز عناصر جدید، بدون قانون تناوبی غیرممکن است. یک فرآیند طبیعی غول پیکر سنتز عناصر شیمیایی در ستارگان اتفاق می افتد. دانشمندان این فرآیند را سنتز هسته می نامند.

تا کنون، دانشمندان هیچ ایده ای ندارند که عناصر شیمیایی شناخته شده برای ما به چه روش هایی، در نتیجه واکنش های پی در پی هسته ای، تشکیل شده اند. فرضیه های زیادی در مورد سنتز هسته وجود دارد، اما هنوز نظریه کاملی وجود ندارد. اما می توان با اطمینان گفت که حتی ترسوترین فرضیات در مورد مسیرهای منشأ عناصر بدون در نظر گرفتن ترتیب متوالی عناصر در جدول تناوبی غیرممکن خواهد بود. قوانین تناوب هسته ای، ساختار و خواص هسته های اتم زیربنای واکنش های مختلف سنتز هسته هستند.

فهرست کردن حوزه‌هایی از دانش و عمل انسان که قانون بزرگ و نظام عناصر نقش مهمی در آنها ایفا می‌کنند، زمان زیادی می‌برد. و راستش را بگوییم، ما حتی مقیاس کامل دکترین تناوب مندلیف را تصور نمی کنیم. بسیاری از اوقات جنبه های غیرمنتظره خود را به دانشمندان نشان می دهد.

مندلیف بدون شک یکی از بزرگترین شیمیدانان جهان است. اگرچه بیش از صد سال از قانون او می گذرد، اما هیچ کس نمی داند چه زمانی کل محتوای جدول تناوبی معروف به طور کامل درک خواهد شد.

برنج. 21. عکس دیمیتری ایوانوویچ مندلیف.

برنج. 22. انجمن شیمی روسیه به ریاست

1. Petryanov I.V., Trifonov D.N. "قانون بزرگ"

مسکو، "آموزش و پرورش"، 1984

2. Kedrov B. M. "پیش بینی های D. I. مندلیف در اتمیسم"

مسکو، اتومزدات، 1977

3. Agafoshin N. P. "قانون دوره ای و سیستم دوره ای عناصر D.I. Mendeleev" مسکو، "روشنگری"، 1973

4. «د. آی. مندلیف در خاطرات معاصرانش» مسکو، «اتومیزدات»، 1973.

5. کتاب مرجع بیوگرافی Volkov V. A. "شیمیدانان برجسته جهان" مسکو، "دبیرستان"، 1991

6. Bogolyubova L.N. "بیوگرافی شیمیدانان بزرگ" مسکو، "روشنگری"، 1997

7. Ivanova L. F.، Egorova E. N. دایره المعارف رومیزی "همه چیز درباره همه چیز" مسکو، "Mnemosyne"، 2001

8. دایره المعارف کودکان Summ L.B. «من جهان را کشف می کنم. شیمی" مسکو، "المپوس"، 1998

30.09.2015

اکتشافات بسیار زیادی در تاریخ جهان وجود دارد که به لطف آنها علم به سطح جدیدی از پیشرفت رسیده است و انقلاب دیگری در دانش خود ایجاد می کند. این دستاوردهای انقلابی به طور کامل یا جزئی نگرش را نسبت به حل مشکلات تعیین شده تغییر داد و همچنین باعث شد دیدگاه علمی در مورد آنچه اتفاق می‌افتاد به طور گسترده‌تر افشا شود.

تاریخ افتتاح قانون ادواری سال 1896 در نظر گرفته شده است. در قانون خود، D.I. مندلیف ما را مجبور می کند به ترتیب عناصر در یک سیستم به گونه ای متفاوت نگاه کنیم و ثابت کند که خواص عناصر، شکل آنها، خواص ترکیبات این عناصر، خواص موادی که آنها تشکیل می دهند، خواه ساده یا پیچیده، به این بستگی دارد. جرم اتمی او تقریباً بلافاصله اولین کتاب خود را با عنوان "مبانی شیمی" منتشر کرد که شامل جدول تناوبی نیز بود.

پیش نیازهای زیادی برای قانون وجود داشت؛ این قانون از ناکجاآباد به وجود نیامد؛ کارهای زیادی توسط دانشمندان مختلف در پیدایش آن دخیل بود. توسعه شیمی در سپیده دم قرن نوزدهم مشکلات زیادی را ایجاد کرد، زیرا برخی از عناصر هنوز کشف نشده بودند و جرم اتمی مواد از قبل شناخته شده نادرست بود. دهه های اول این قرن با چنین اکتشافاتی در مورد قوانین اساسی شیمی مشخص شد، از جمله قوانین تناسب و حجم، Dulong و Petit و غیره.

این اکتشافات مبنایی برای توسعه مطالعات تجربی مختلف شد. اما هنوز اکثر اختلاف نظرها بین آموزه ها باعث سردرگمی در تعریف اوزان اتمی شد که به همین دلیل مثلاً آب در آن زمان با 4 فرمول نمایش داده می شد. برای حل اختلافات، تصمیم گرفته شد کنگره ای تشکیل شود که شیمیدانان معروف به آن دعوت شدند. این در سال 1860 اتفاق افتاد، جایی که Canizzaro گزارشی در مورد نظریه اتمی-مولکولی خواند. دانشمندان همچنین توانستند در مفاهیم اتم، مولکول و معادل به وحدت برسند.

جدول مواد ساده که لاووازیه در سال 1787 ارائه کرد، فقط از 35 عنصر تشکیل شده بود و در پایان قرن نوزدهم تعداد آنها قبلاً 63 بود. بسیاری از دانشمندان همچنین سعی کردند رابطه بین خواص عناصر را بیابند تا بیشتر وزن اتمی را به درستی محاسبه کنید شیمیدان دوبراینر که قانون سه گانه را توسعه داد، در این مسیر به موفقیت های بزرگی دست یافت. J.B. Dumas و M.I. پتنکوفر با موفقیت سری همسانی را کشف کرد و همچنین فرضیاتی را در مورد صحت روابط بین وزن های اتمی بیان کرد.

در حالی که برخی وزن اتم ها را محاسبه می کردند، برخی دیگر در تلاش برای سازماندهی سیستم تناوبی بودند. شیمیدان Odling جدولی از 57 عنصر را پیشنهاد می کند که به 17 گروه تقسیم شده اند و سپس شیمیدان د شانکورت سعی می کند همه چیز را در یک فرمول هندسی به تصویر بکشد. همراه با سیستم پیچ او، جدول نیولندز نیز ظاهر می شود. علاوه بر این، در میان محققان، شایان ذکر است که مایر، که در سال 1864 کتابی با جدولی متشکل از 44 عنصر منتشر کرد. پس از D.I. مندلیف قانون و سیستم تناوبی خود را منتشر کرد، شیمیدان میلت برای مدت طولانی ادعا می کرد که اولویت خود را در کشف دارد.

همه این پیش نیازها اساس این کشف را تشکیل دادند؛ خود مندلیف، چند دهه پس از کشفش، گفت که تقریباً 20 سال است که به این سیستم فکر کرده است. تمام نتیجه گیری ها و مفاد اصلی قانون توسط او در آثارش تا پایان سال 1871 ارائه شد. او ثابت کرد که مقادیر عددی جرم‌های اتمی در یک الگوی مشخص قرار دارند و خواص عناصر فقط داده‌های میانی هستند که به دو عنصر همسایه در بالا و پایین و به طور همزمان به دو عنصر دوره در سمت راست و چپ بستگی دارند.

متعاقبا، D.I. مندلیف مجبور شد کشف خود را بیش از یک سال ثابت کند. به رسمیت شناختن آن بسیار دیرتر، زمانی که ژرمانیوم، اسکاندیم و گالیم با موفقیت کشف شدند، به دست آمد. در پایان قرن نوزدهم، اکثر دانشمندان این قانون را به عنوان یکی از قوانین اصلی طبیعت به رسمیت شناختند. با گذشت زمان، در آغاز قرن بیستم، جدول تناوبی دستخوش تغییرات جزئی شد، یک گروه صفر با گازهای بی اثر تشکیل شد و فلزات خاکی کمیاب در یک سلول قرار گرفتند.

کشف قانون تناوبی [ویدئو]

کشف جدول عناصر شیمیایی دوره ای یکی از نقاط عطف مهم در تاریخ توسعه شیمی به عنوان یک علم بود. کاشف جدول دانشمند روسی دیمیتری مندلیف بود. یک دانشمند خارق‌العاده با چشم‌انداز علمی گسترده، موفق شد تمام ایده‌های مربوط به ماهیت عناصر شیمیایی را در یک مفهوم منسجم واحد ترکیب کند.

M24.RU به شما در مورد تاریخچه کشف جدول عناصر دوره ای، حقایق جالب مربوط به کشف عناصر جدید و داستان های عامیانه ای که مندلیف را احاطه کرده و جدول عناصر شیمیایی که او ایجاد کرده است، می گوید.

تاریخچه باز شدن جدول

تا اواسط قرن نوزدهم، 63 عنصر شیمیایی کشف شد و دانشمندان در سراسر جهان بارها و بارها تلاش کردند تا همه عناصر موجود را در یک مفهوم واحد ترکیب کنند. پیشنهاد شد که عناصر را به ترتیب افزایش جرم اتمی قرار داده و آنها را بر اساس خواص شیمیایی مشابه به گروه‌هایی تقسیم کنند.

در سال 1863 شیمیدان و موسیقیدان جان الکساندر نیولند نظریه خود را ارائه کرد که طرحی از عناصر شیمیایی مشابه آنچه توسط مندلیف کشف شد ارائه کرد، اما کار دانشمند به دلیل اینکه نویسنده از بین رفته بود توسط جامعه علمی جدی گرفته نشد. با جستجوی هارمونی و ارتباط موسیقی با شیمی.

در سال 1869، مندلیف نمودار جدول تناوبی خود را در مجله انجمن شیمی روسیه منتشر کرد و اطلاعیه ای را در مورد این کشف برای دانشمندان برجسته جهان ارسال کرد. پس از آن، شیمیدان بارها و بارها این طرح را اصلاح و بهبود بخشید تا زمانی که ظاهر معمول خود را به دست آورد.

ماهیت کشف مندلیف این است که با افزایش جرم اتمی، خواص شیمیایی عناصر نه به صورت یکنواخت، بلکه به صورت دوره ای تغییر می کند. پس از تعداد معینی از عناصر با ویژگی های مختلف، ویژگی ها شروع به تکرار می کنند. بنابراین پتاسیم شبیه سدیم، فلوئور شبیه کلر و طلا شبیه نقره و مس است.

در سال 1871، مندلیف سرانجام این ایده ها را در قانون تناوبی ترکیب کرد. دانشمندان کشف چندین عنصر شیمیایی جدید را پیش بینی کردند و خواص شیمیایی آنها را توصیف کردند. متعاقباً ، محاسبات شیمیدان کاملاً تأیید شد - گالیم ، اسکاندیم و ژرمانیوم کاملاً با خواصی که مندلیف به آنها نسبت داد مطابقت داشت.

داستان هایی در مورد مندلیف

داستان های زیادی در مورد این دانشمند معروف و اکتشافات او وجود داشت. مردم در آن زمان درک کمی از شیمی داشتند و معتقد بودند که مطالعه شیمی چیزی شبیه خوردن سوپ از نوزادان و دزدی در مقیاس صنعتی است. بنابراین، فعالیت های مندلیف به سرعت انبوهی از شایعات و افسانه ها را به دست آورد.

یکی از افسانه ها می گوید که مندلیف جدول عناصر شیمیایی را در خواب کشف کرد. این تنها مورد نیست؛ آگوست ککوله که رویای فرمول حلقه بنزن را در سر می پروراند نیز در مورد کشف خود صحبت کرد. با این حال، مندلیف فقط به منتقدان خندید. دانشمند یک بار در مورد کشف خود گفت: "شاید بیست سال است که در مورد آن فکر می کنم، و شما می گویید: من آنجا نشسته بودم و ناگهان ... تمام شد!"

داستان دیگری کشف ودکا را به مندلیف نسبت می دهد. در سال 1865 ، دانشمند بزرگ از پایان نامه خود با موضوع "گفتمان در مورد ترکیب الکل با آب" دفاع کرد و این بلافاصله باعث ایجاد افسانه جدیدی شد. هم عصران شیمیدان قهقهه زدند و گفتند که دانشمند "تحت تاثیر الکل ترکیب شده با آب کاملاً خوب خلق می کند" و نسل های بعدی مندلیف را کاشف ودکا نامیدند.

آنها همچنین به سبک زندگی این دانشمند، و به ویژه به این واقعیت که مندلیف آزمایشگاه خود را در حفره یک درخت بلوط بزرگ مجهز کرده بود، خندیدند.

معاصران نیز اشتیاق مندلیف به چمدان را مسخره کردند. این دانشمند در حین عدم فعالیت غیر ارادی خود در سیمفروپل، مجبور شد با چمدان بافی زمان را از بین ببرد. بعدها به طور مستقل ظروف مقوایی برای نیازهای آزمایشگاه ساخت. با وجود ماهیت آشکارا "آماتور" این سرگرمی، مندلیف اغلب "استاد چمدان" نامیده می شد.

کشف رادیوم

یکی از غم انگیزترین و در عین حال مشهورترین صفحات تاریخ شیمی و ظهور عناصر جدید در جدول تناوبی با کشف رادیوم همراه است. این عنصر شیمیایی جدید توسط همسران ماری و پیر کوری کشف شد که متوجه شدند ضایعات باقی مانده پس از جداسازی اورانیوم از سنگ معدن اورانیوم پرتوزاتر از اورانیوم خالص است.

از آنجایی که در آن زمان هیچ کس نمی دانست رادیواکتیویته چیست، شایعات به سرعت خواص درمانی و توانایی درمان تقریباً تمام بیماری های شناخته شده برای علم را به عنصر جدید نسبت دادند. رادیوم در محصولات غذایی، خمیر دندان و کرم های صورت گنجانده شده است. ثروتمندان ساعت هایی می پوشیدند که صفحه آن با رنگ حاوی رادیوم رنگ شده بود. عنصر رادیواکتیو به عنوان وسیله ای برای بهبود قدرت و کاهش استرس توصیه شد.

چنین "تولید" برای بیست سال ادامه یافت - تا دهه 30 قرن بیستم، زمانی که دانشمندان خواص واقعی رادیواکتیویته را کشف کردند و متوجه شدند که تأثیر تشعشع بر بدن انسان چقدر مخرب است.

ماری کوری در سال 1934 بر اثر بیماری تشعشعات ناشی از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض رادیوم درگذشت.

سحابی و کرونیوم

جدول تناوبی نه تنها عناصر شیمیایی را در یک سیستم واحد هماهنگ قرار داد، بلکه امکان پیش بینی بسیاری از اکتشافات عناصر جدید را نیز فراهم کرد. در همان زمان، برخی از "عناصر" شیمیایی به عنوان ناموجود شناخته شدند، بر این اساس که آنها در مفهوم قانون تناوبی قرار نمی گرفتند. مشهورترین داستان "کشف" عناصر جدید سحابی و تاج است.

اخترشناسان در حین مطالعه جو خورشید خطوط طیفی را کشف کردند که قادر به شناسایی آنها با هیچ یک از عناصر شیمیایی شناخته شده روی زمین نبودند. دانشمندان پیشنهاد کردند که این خطوط متعلق به عنصر جدیدی است که به آن تاج گذاری می شود (زیرا خطوط در طول مطالعه "تاج" خورشید - لایه بیرونی جو ستاره کشف شده اند).

چند سال بعد، ستاره شناسان در حین مطالعه طیف سحابی های گازی به کشف دیگری دست یافتند. خطوط کشف شده، که دوباره با هیچ چیز زمینی قابل شناسایی نبود، به عنصر شیمیایی دیگری - سحابی نسبت داده شد.

این اکتشافات مورد انتقاد قرار گرفت زیرا دیگر جایی در جدول تناوبی مندلیف برای عناصری با خواص سحابی و تاج وجود نداشت. پس از بررسی، مشخص شد که سحابی یک اکسیژن معمولی زمینی است و کرونیوم یک آهن بسیار یونیزه است.

مطالب بر اساس اطلاعات منابع باز ایجاد شده است. تهیه شده توسط Vasily Makagonov @vmakagonov

در ژیمناستیک، D.I. مندلیف در ابتدا به طور متوسط ​​تحصیل کرد. در گزارش‌های فصلی که در آرشیو وی نگهداری می‌شود، نمرات رضایت‌بخش زیادی وجود دارد و در پایه‌های پایین و متوسط ​​تعداد بیشتری از آنها وجود دارد. در دبیرستان، D.I. مندلیف به علوم فیزیکی و ریاضی و همچنین تاریخ و جغرافیا علاقه مند شد و به ساختار کیهان نیز علاقه مند بود. به تدریج، موفقیت های دانش آموز جوان مدرسه در گواهی فارغ التحصیلی او که در 14 ژوئیه 1849 دریافت شد، افزایش یافت. فقط دو نمره رضایت‌بخش وجود داشت: در قانون خدا (موضوعی که او دوست نداشت) و در ادبیات روسی (نمرات خوبی در این موضوع وجود نداشت، زیرا مندلیف زبان اسلاو کلیسا را ​​به خوبی نمی دانست). این ورزشگاه در روح D.I. مندلیف خاطرات روشن بسیاری از معلمان به جا گذاشت: در مورد پیوتر پاولوویچ ارشوف - (نویسنده افسانه "اسب کوچولو") که ابتدا مربی و سپس مدیر سالن ورزشی توبولسک بود. درباره I.K. Rummel - (معلم فیزیک و ریاضیات) که راه های درک طبیعت را برای او آشکار کرد. تابستان 1850 به دردسر گذشت در ابتدا، D.I. مندلیف اسنادی را به آکادمی پزشکی و جراحی ارائه کرد، اما او اولین آزمایش - حضور در تئاتر تشریحی را قبول نکرد. مادرم راه دیگری را پیشنهاد کرد - معلم شدن. اما پذیرش در مؤسسه آموزشی اصلی یک سال بعد و دقیقاً در سال 1850 انجام شد. هیچ پذیرایی وجود نداشت خوشبختانه این طومار تأثیر داشت، او در مؤسسه با حمایت دولت ثبت نام کرد. دیمیتری ایوانوویچ در سال دوم خود به کلاس های آزمایشگاهی و سخنرانی های جالب علاقه مند شد.

در سال 1855، D.I. مندلیف به طرز درخشانی با مدال طلا از این موسسه فارغ التحصیل شد. عنوان معلم ارشد به او اعطا شد. 27 اوت 1855 مندلیف اسنادی را دریافت کرد که او را به عنوان معلم ارشد در سیمفروپل منصوب کردند. دیمیتری ایوانوویچ بسیار کار می کند: او ریاضیات، فیزیک، زیست شناسی و جغرافیای فیزیکی تدریس می کند. در طی دو سال، 70 مقاله در مجله وزارت معارف عامه به چاپ رساند.

در آوریل 1859، دانشمند جوان مندلیف "برای بهبود علم خود" به خارج فرستاده شد. او با شیمیدان روسی N. N. Beketov، با شیمیدان معروف M. Berthelot ملاقات می کند.

در سال 1860، D.I. مندلیف در اولین کنگره بین المللی شیمیدانان در شهر کارلسروهه آلمان شرکت کرد.

در دسامبر 1861، مندلیف رئیس دانشگاه شد.

مندلیف سه شرایط را دید که به نظر او به کشف قانون تناوبی کمک کرد:

اولاً، وزن اتمی بیشتر عناصر شیمیایی شناخته شده کم و بیش با دقت تعیین شد.

ثانیاً، یک مفهوم واضح در مورد گروه هایی از عناصر با خواص شیمیایی مشابه (گروه های طبیعی) ظاهر شد.

ثالثاً تا سال 1869م شیمی بسیاری از عناصر کمیاب مورد مطالعه قرار گرفت که بدون آگاهی از آنها رسیدن به هرگونه تعمیم دشوار است.

در نهایت، گام تعیین کننده برای کشف قانون این بود که مندلیف همه عناصر را با توجه به وزن اتمی آنها مقایسه کرد.

در سپتامبر 1869 D.I. مندلیف نشان داد که حجم اتمی مواد ساده به طور دوره ای به وزن اتمی وابسته است و در اکتبر ظرفیت عناصر در اکسیدهای نمک ساز را کشف کرد.

تابستان 1870 مندلیف تغییر وزن اتمی نادرست تعیین شده ایندیم، سریم، ایتریم، توریم و اورانیوم را ضروری دانست و در ارتباط با این موضوع، محل قرارگیری این عناصر را در سیستم تغییر داد. بنابراین، معلوم شد که اورانیوم آخرین عنصر در سری طبیعی و سنگین‌ترین عنصر از نظر وزن اتمی است.

با کشف عناصر شیمیایی جدید، نیاز به سیستم‌بندی آنها بیشتر احساس شد. در سال 1869، D.I. Mendeleev جدول تناوبی عناصر را ایجاد کرد و قانون اساسی آن را کشف کرد. این کشف ترکیبی نظری از کل توسعه قبلی قرن دهم بود. مندلیف خواص فیزیکی و شیمیایی تمام 63 عنصر شیمیایی شناخته شده آن زمان را با وزن اتمی آنها مقایسه کرد و رابطه بین دو مهم ترین ویژگی اندازه گیری شده کمی اتم ها را که تمام شیمی بر اساس آنها ساخته شده است - وزن اتمی و ظرفیت کشف کرد.

سالها بعد، مندلیف سیستم خود را چنین توصیف کرد: "این بهترین خلاصه نظرات و ملاحظات من در مورد تناوب عناصر است." مندلیف برای اولین بار به فرمول متعارف قانون تناوبی که قبل از توجیه فیزیکی آن وجود داشت استناد کرد: "خواص از عناصر، و بنابراین خواص اجسام ساده و پیچیده تشکیل شده توسط آنها، بسته به وزن اتمی آنها به طور متناوب باقی می ماند."

کمتر از شش سال بعد، اخبار در سراسر جهان پخش شد: در سال 1875. P. Lecoq de Boisbaudran، طیف‌نگار جوان فرانسوی، عنصر جدیدی را از یک ماده معدنی استخراج شده در کوه‌های پیرنه جدا کرد. Boisbaudran توسط یک خط بنفش کم رنگ در طیف کانی به دنباله هدایت شد که نمی توان آن را به هیچ یک از عناصر شیمیایی شناخته شده نسبت داد. بویزباودران به افتخار سرزمین خود که در زمان های قدیم گال نام داشت، عنصر جدید را گالیوم نامید. گالیم یک فلز بسیار کمیاب است و بویزباودران مجبور شد برای به دست آوردن آن در مقادیر کمی بیشتر از سر یک سنجاق بیشتر تلاش کند. تعجب Boisbaudran را تصور کنید که از طریق آکادمی علوم پاریس نامه ای با یک مهر روسی دریافت کرد که در آن آمده بود: در توصیف خواص گالیم، همه چیز درست است، به جز چگالی: گالیم سنگین تر از آب است نه 4.7 برابر. همانطور که Boisbaudran ادعا کرد، اما 5. 9 بار. آیا شخص دیگری ابتدا گالیوم را کشف کرد؟ Boisbaudran چگالی گالیم را با قرار دادن فلز در معرض خالص سازی کامل تر دوباره تعیین کرد. و معلوم شد که او اشتباه کرده است و نویسنده نامه - البته مندلیف بود که هرگز گالیوم را ندیده بود - درست می گفت: چگالی نسبی گالیم 4.7 نیست، بلکه 5.9 است.

و 16 سال پس از پیش بینی مندلیف، شیمیدان آلمانی K. Winkler عنصر جدیدی را کشف کرد (1886) و نام آن را ژرمانیوم گذاشت. این بار، خود مندلیف مجبور نبود به این نکته اشاره کند که این عنصر تازه کشف شده قبلاً توسط او پیش بینی شده بود. وینکلر خاطرنشان کرد که ژرمانیوم کاملاً با سیلیسیم اکا مندلیف مطابقت دارد. وینکلر در اثر خود می نویسد: «به سختی می توان دلیل قابل توجه دیگری از اعتبار آموزه تناوب را نسبت به عنصر تازه کشف شده پیدا کرد. این فقط تأیید یک نظریه جسورانه نیست، در اینجا ما شاهد گسترش آشکار افق های شیمیایی هستیم، گامی قدرتمند در زمینه دانش.

وجود بیش از ده عنصر جدید در طبیعت که برای کسی ناشناخته است توسط خود مندلیف پیش بینی شده بود. او برای دوازده عنصر پیش بینی کرد

وزن اتمی صحیح تمام جستجوهای بعدی برای عناصر جدید در طبیعت توسط محققان با استفاده از قانون تناوبی و سیستم تناوبی انجام شد. آنها نه تنها به دانشمندان در جستجوی حقیقت کمک کردند، بلکه در اصلاح اشتباهات و باورهای غلط در علم نیز نقش داشتند.

پیش بینی های مندلیف به طرز درخشانی محقق شد - سه عنصر جدید کشف شد: گالیم، اسکاندیم، ژرمانیوم. معمای بریلیوم که مدتهاست دانشمندان را عذاب داده بود، حل شد. وزن اتمی آن در نهایت با دقت مشخص شد و جای این عنصر در کنار لیتیوم یک بار برای همیشه تایید شد. در دهه 90 قرن 19. طبق گفته مندلیف، "قانونیت دوره ای قوی تر شده است." کتاب های درسی شیمی در کشورهای مختلف بدون شک سیستم ادواری مندلیف را شامل می شود. این کشف بزرگ به رسمیت شناخته شد.

سرنوشت اکتشافات بزرگ گاهی بسیار دشوار است. آنها در راه خود با آزمایشاتی روبرو می شوند که گاهی حتی در حقیقت کشف شک می کنند. این مورد در جدول تناوبی عناصر بود.

این با کشف غیرمنتظره مجموعه ای از عناصر شیمیایی گازی به نام گازهای بی اثر یا نجیب همراه بود. اولین مورد از آنها هلیوم است. تقریباً تمام کتاب های مرجع و دایره المعارف ها تاریخ کشف هلیوم را به سال 1868 می دهند. و این رویداد با ستاره شناس فرانسوی J. Jansen و اخترفیزیکدان انگلیسی N. Lockyer مرتبط است. یانسن در یک خورشید گرفتگی کامل در هند در اوت 1868 حضور داشت. و شایستگی اصلی او این است که پس از پایان ماه گرفتگی موفق به مشاهده برجستگی های خورشیدی شد. آنها فقط در یک ماه گرفتگی مشاهده شدند. Lockyer همچنین برجستگی ها را مشاهده کرد. بدون خروج از جزایر بریتانیا، در اواسط اکتبر همان سال. هر دو دانشمند شرح مشاهدات خود را به آکادمی علوم پاریس فرستادند. اما از آنجایی که لندن بسیار نزدیکتر از کلکته به پاریس است، نامه ها تقریباً به طور همزمان در 26 اکتبر به مخاطب رسید. نه در مورد هیچ عنصر جدیدی که ظاهراً در خورشید وجود دارد. در این نامه ها کلمه ای نبود.

دانشمندان شروع به مطالعه دقیق طیف برجستگی ها کردند. و به زودی گزارش هایی ظاهر شد که آنها حاوی خطی هستند که نمی تواند به طیف هیچ یک از عناصر موجود روی زمین تعلق داشته باشد. در ژانویه 1869 ستاره شناس ایتالیایی A. Secchi آن را به عنوان. در این ضبط، به عنوان یک "قاره" طیفی وارد تاریخ علم شد. در 3 آگوست 1871، فیزیکدان W. Thomson به طور عمومی در مورد سلول خورشیدی جدید در نشست سالانه دانشمندان بریتانیایی صحبت کرد.

این داستان واقعی کشف هلیوم در خورشید است. برای مدت طولانی هیچ کس نمی توانست بگوید این عنصر چیست یا چه ویژگی هایی دارد. برخی از دانشمندان به طور کلی وجود هلیوم در زمین را رد کردند، زیرا فقط در شرایط دمای بالا می توانست وجود داشته باشد. هلیوم تنها در سال 1895 روی زمین کشف شد.

این ماهیت منشأ جدول D.I. مندلیف است.