La storia della scoperta della legge periodica e del sistema periodico degli elementi chimici. La storia della scoperta della legge periodica e del sistema periodico degli elementi chimici – Dmitry Ivanovich Mendeleev La storia della creazione del sistema periodico degli elementi chimici

La scoperta della tavola periodica degli elementi chimici è stata una delle pietre miliari importanti nella storia dello sviluppo della chimica come scienza. Lo scopritore del tavolo fu lo scienziato russo Dmitry Mendeleev. Uno scienziato straordinario con un'ampia visione scientifica è riuscito a combinare tutte le idee sulla natura degli elementi chimici in un unico concetto coerente.

M24.RU ti racconterà la storia della scoperta della tavola degli elementi periodici, fatti interessanti legati alla scoperta di nuovi elementi e racconti popolari che circondavano Mendeleev e la tavola degli elementi chimici da lui creata.

Cronologia apertura tabella

Entro la metà del 19° secolo erano stati scoperti 63 elementi chimici e gli scienziati di tutto il mondo hanno ripetutamente tentato di combinare tutti gli elementi esistenti in un unico concetto. È stato proposto di disporre gli elementi in ordine crescente di massa atomica e di dividerli in gruppi in base a proprietà chimiche simili.

Nel 1863, il chimico e musicista John Alexander Newland propose la sua teoria, proponendo una disposizione degli elementi chimici simile a quella scoperta da Mendeleev, ma il lavoro dello scienziato non fu preso sul serio dalla comunità scientifica a causa del fatto che l'autore si lasciò trasportare dalla ricerca dell'armonia e dalla connessione della musica con la chimica.

Nel 1869, Mendeleev pubblicò il suo diagramma della tavola periodica sul Journal of the Russian Chemical Society e inviò un avviso della scoperta ai principali scienziati del mondo. Successivamente, il chimico ha ripetutamente perfezionato e migliorato lo schema finché non ha acquisito il suo aspetto abituale.

L'essenza della scoperta di Mendeleev è che con l'aumento della massa atomica, le proprietà chimiche degli elementi cambiano non in modo monotono, ma periodicamente. Dopo un certo numero di elementi con proprietà diverse, le proprietà iniziano a ripetersi. Pertanto, il potassio è simile al sodio, il fluoro è simile al cloro e l'oro è simile all'argento e al rame.

Nel 1871 Mendeleev riunì finalmente le idee nella legge periodica. Gli scienziati hanno previsto la scoperta di numerosi nuovi elementi chimici e ne hanno descritto le proprietà chimiche. Successivamente, i calcoli del chimico furono completamente confermati: gallio, scandio e germanio corrispondevano pienamente alle proprietà attribuite loro da Mendeleev.

Racconti su Mendeleev

C'erano molte storie sul famoso scienziato e sulle sue scoperte. Le persone a quel tempo capivano poco la chimica e credevano che studiare chimica fosse qualcosa come mangiare la zuppa dei bambini e rubare su scala industriale. Pertanto, le attività di Mendeleev acquisirono rapidamente una massa di voci e leggende.

Una delle leggende dice che Mendeleev scoprì la tabella degli elementi chimici in un sogno. Questo non è l'unico caso; anche August Kekule, che sognava la formula dell'anello benzenico, ha parlato della sua scoperta. Tuttavia, Mendeleev si limitò a ridere dei critici. "Ci penso da forse vent'anni e tu dici: ero seduto lì e all'improvviso... fatto!", disse una volta lo scienziato riguardo alla sua scoperta.

Un'altra storia attribuisce a Mendeleev la scoperta della vodka. Nel 1865, il grande scienziato difese la sua tesi sul tema "Discorso sulla combinazione dell'alcol con l'acqua", e questo diede immediatamente origine a una nuova leggenda. I contemporanei del chimico ridacchiarono, dicendo che lo scienziato "crea abbastanza bene sotto l'influenza dell'alcol combinato con l'acqua", e le generazioni successive già chiamavano Mendeleev lo scopritore della vodka.

Ridevano anche dello stile di vita dello scienziato, e soprattutto del fatto che Mendeleev aveva attrezzato il suo laboratorio nella cavità di un'enorme quercia.

I contemporanei si prendevano gioco anche della passione di Mendeleev per le valigie. Lo scienziato, durante la sua involontaria inattività a Simferopoli, fu costretto a passare il tempo tessendo valigie. Successivamente ha realizzato autonomamente contenitori di cartone per le esigenze del laboratorio. Nonostante la natura chiaramente “amatoriale” di questo hobby, Mendeleev veniva spesso definito un “maestro delle valigie”.

Scoperta del radio

Una delle pagine più tragiche e allo stesso tempo famose della storia della chimica e della comparsa di nuovi elementi nella tavola periodica è associata alla scoperta del radio. Il nuovo elemento chimico fu scoperto dai coniugi Marie e Pierre Curie, i quali scoprirono che i rifiuti rimasti dopo la separazione dell'uranio dal minerale di uranio erano più radioattivi dell'uranio puro.

Poiché a quel tempo nessuno sapeva cosa fosse la radioattività, le voci attribuirono rapidamente al nuovo elemento proprietà curative e la capacità di curare quasi tutte le malattie conosciute dalla scienza. Il radio era presente nei prodotti alimentari, nei dentifrici e nelle creme per il viso. I ricchi indossavano orologi i cui quadranti erano dipinti con vernice contenente radio. L'elemento radioattivo era raccomandato come mezzo per migliorare la potenza e alleviare lo stress.

Tale "produzione" è continuata per vent'anni - fino agli anni '30 del XX secolo, quando gli scienziati hanno scoperto le vere proprietà della radioattività e hanno scoperto quanto sia distruttivo l'effetto delle radiazioni sul corpo umano.

Marie Curie morì nel 1934 a causa di una malattia da radiazioni causata dall'esposizione a lungo termine al radio.

Nebulio e Coronio

La tavola periodica non solo ha ordinato gli elementi chimici in un unico sistema armonico, ma ha anche permesso di prevedere molte scoperte di nuovi elementi. Allo stesso tempo, alcuni “elementi” chimici furono riconosciuti come inesistenti perché non rientravano nel concetto della legge periodica. La storia più famosa è la “scoperta” dei nuovi elementi nebulium e coronium.

Studiando l'atmosfera solare, gli astronomi scoprirono linee spettrali che non erano in grado di identificare con nessuno degli elementi chimici conosciuti sulla terra. Gli scienziati hanno suggerito che queste linee appartengano a un nuovo elemento, chiamato coronio (perché le linee sono state scoperte durante lo studio della "corona" del Sole - lo strato esterno dell'atmosfera della stella).

Alcuni anni dopo, gli astronomi fecero un'altra scoperta mentre studiavano gli spettri delle nebulose gassose. Le linee scoperte, che ancora una volta non potevano essere identificate con nulla di terrestre, furono attribuite a un altro elemento chimico: il nebulio.

Le scoperte furono criticate perché nella tavola periodica di Mendeleev non c'era più spazio per elementi con le proprietà del nebulio e del coronio. Dopo il controllo, si è scoperto che il nebulio è il normale ossigeno terrestre e il coronio è ferro altamente ionizzato.

Il materiale è stato creato sulla base di informazioni provenienti da fonti aperte. Preparato da Vasily Makagonov @vmakagonov

Il XIX secolo nella storia dell'umanità è un secolo in cui molte scienze furono riformate, compresa la chimica. Fu in questo momento che apparve il sistema periodico di Mendeleev e con esso la legge periodica. Fu lui a diventare la base della chimica moderna. Il sistema periodico di D.I. Mendeleev è una sistematizzazione di elementi che stabilisce la dipendenza delle proprietà chimiche e fisiche dalla struttura e dalla carica dell'atomo di una sostanza.

Storia

L'inizio del periodo periodico fu stabilito dal libro "La correlazione delle proprietà con il peso atomico degli elementi", scritto nel terzo quarto del XVII secolo. Presentava i concetti base degli elementi chimici conosciuti (a quel tempo ce n'erano solo 63). Inoltre, le masse atomiche di molti di essi sono state determinate in modo errato. Ciò ha notevolmente interferito con la scoperta di D.I. Mendeleev.

Dmitry Ivanovich ha iniziato il suo lavoro confrontando le proprietà degli elementi. Prima di tutto, ha lavorato su cloro e potassio, e solo successivamente è passato a lavorare con i metalli alcalini. Armato di apposite carte sulle quali erano raffigurati gli elementi chimici, tentò più volte di assemblare questo “mosaico”: stendendolo sul suo tavolo alla ricerca degli abbinamenti e degli abbinamenti necessari.

Dopo molti sforzi, Dmitry Ivanovich ha finalmente trovato lo schema che stava cercando e ha disposto gli elementi in file periodiche. Avendo ottenuto come risultato cellule vuote tra gli elementi, lo scienziato si rese conto che non tutti gli elementi chimici erano conosciuti dai ricercatori russi e che era lui a dover dare a questo mondo la conoscenza nel campo della chimica che non gli era stata ancora data dai suoi predecessori.

Tutti conoscono il mito secondo cui la tavola periodica apparve a Mendeleev in sogno e lui raccolse gli elementi in un unico sistema dalla memoria. Questa è, grosso modo, una bugia. Il fatto è che Dmitry Ivanovich ha lavorato piuttosto a lungo e si è concentrato sul suo lavoro, e questo lo ha esaurito notevolmente. Mentre lavorava al sistema degli elementi, Mendeleev una volta si addormentò. Quando si svegliò, si rese conto che non aveva finito la tabella e continuava piuttosto a riempire le celle vuote. Il suo conoscente, un certo Inostrantsev, professore universitario, decise che la tavola periodica era stata sognata da Mendeleev e diffuse questa voce tra i suoi studenti. Ecco come è emersa questa ipotesi.

Fama

Gli elementi chimici di Mendeleev riflettono la legge periodica creata da Dmitry Ivanovich nel terzo quarto del XIX secolo (1869). Fu nel 1869 che la notifica di Mendeleev sulla creazione di una certa struttura fu letta in una riunione della comunità chimica russa. E nello stesso anno fu pubblicato il libro "Fondamenti di chimica", in cui fu pubblicato per la prima volta il sistema periodico degli elementi chimici di Mendeleev. E nel libro "Il sistema naturale degli elementi e il suo uso per indicare le qualità degli elementi non scoperti", D. I. Mendeleev ha menzionato per la prima volta il concetto di "legge periodica".

Struttura e regole per il posizionamento degli elementi

I primi passi nella creazione della legge periodica furono compiuti da Dmitry Ivanovich nel 1869-1871, a quel tempo lavorò duramente per stabilire la dipendenza delle proprietà di questi elementi dalla massa del loro atomo. La versione moderna è composta da elementi riassunti in una tavola bidimensionale.

La posizione di un elemento nella tabella ha un certo significato chimico e fisico. Dalla posizione di un elemento nella tabella, puoi scoprire qual è la sua valenza e determinare altre caratteristiche chimiche. Dmitry Ivanovich ha cercato di stabilire una connessione tra elementi, sia simili nelle proprietà che diversi.

Basò la classificazione degli elementi chimici allora conosciuti sulla valenza e sulla massa atomica. Confrontando le proprietà relative degli elementi, Mendeleev cercò di trovare uno schema che unisse tutti gli elementi chimici conosciuti in un unico sistema. Disponendoli in base all'aumento delle masse atomiche, ottenne comunque la periodicità in ciascuna riga.

Ulteriore sviluppo del sistema

La tavola periodica, apparsa nel 1969, è stata perfezionata più di una volta. Con l'avvento dei gas nobili negli anni '30, fu possibile rivelare una nuova dipendenza degli elementi, non dalla massa, ma dal numero atomico. Successivamente è stato possibile stabilire il numero di protoni nei nuclei atomici e si è scoperto che coincide con il numero atomico dell'elemento. Gli scienziati del 20° secolo hanno studiato l'energia elettronica e hanno scoperto che influisce anche sulla periodicità. Ciò ha cambiato notevolmente le idee sulle proprietà degli elementi. Questo punto si riflette nelle edizioni successive della tavola periodica di Mendeleev. Ogni nuova scoperta delle proprietà e delle caratteristiche degli elementi si inserisce organicamente nella tabella.

Caratteristiche del sistema periodico di Mendeleev

La tavola periodica è divisa in periodi (7 righe disposte orizzontalmente), che a loro volta sono divisi in grandi e piccoli. Il periodo inizia con un metallo alcalino e termina con un elemento con proprietà non metalliche.
La tabella di Dmitry Ivanovich è divisa verticalmente in gruppi (8 colonne). Ciascuno di essi nella tavola periodica è costituito da due sottogruppi, ovvero quello principale e quello secondario. Dopo un lungo dibattito, su suggerimento di D.I. Mendeleev e del suo collega U. Ramsay, si è deciso di introdurre il cosiddetto gruppo zero. Comprende gas inerti (neon, elio, argon, radon, xeno, kripton). Nel 1911, agli scienziati F. Soddy fu chiesto di collocare elementi indistinguibili, i cosiddetti isotopi, nella tavola periodica: per loro furono assegnate celle separate.

Nonostante la correttezza e l'accuratezza del sistema periodico, la comunità scientifica per molto tempo non ha voluto riconoscere questa scoperta. Molti grandi scienziati ridicolizzarono il lavoro di D.I. Mendeleev e credevano che fosse impossibile prevedere le proprietà di un elemento che non era stato ancora scoperto. Ma dopo che furono scoperti i presunti elementi chimici (e questi erano, ad esempio, scandio, gallio e germanio), il sistema di Mendeleev e la sua legge periodica divennero la scienza della chimica.

La tavola nei tempi moderni

La tavola periodica degli elementi di Mendeleev è la base della maggior parte delle scoperte chimiche e fisiche legate alla scienza atomico-molecolare. Il concetto moderno di elemento si è formato proprio grazie al grande scienziato. L'avvento del sistema periodico di Mendeleev ha introdotto cambiamenti fondamentali nelle idee su vari composti e sostanze semplici. La creazione della tavola periodica da parte degli scienziati ha avuto un enorme impatto sullo sviluppo della chimica e di tutte le scienze ad essa correlate.

introduzione

La legge periodica e la tavola periodica degli elementi chimici di D.I. Mendeleev sono la base della chimica moderna. Si riferiscono a leggi scientifiche che riflettono fenomeni che esistono effettivamente in natura e quindi non perderanno mai il loro significato.

La legge periodica e le scoperte fatte sulla sua base in vari campi delle scienze naturali e della tecnologia sono il più grande trionfo della mente umana, prova di una penetrazione sempre più profonda nei segreti più intimi della natura, della riuscita trasformazione della natura a beneficio dell'uomo .

"Accade raramente che una scoperta scientifica si riveli qualcosa di completamente inaspettato, quasi sempre è anticipata, ma le generazioni successive, che utilizzano risposte comprovate a tutte le domande, spesso trovano difficile apprezzare quali difficoltà costò ai loro predecessori." DI. Mendeleev.

Scopo: caratterizzare il concetto di sistema periodico e la legge periodica degli elementi, la legge periodica e la sua logica, caratterizzare le strutture del sistema periodico: sottogruppi, periodi e gruppi. Studia la storia della scoperta della legge periodica e del sistema periodico degli elementi.

Obiettivi: Considerare la storia della scoperta della legge periodica e del sistema periodico. Definire la legge periodica e il sistema periodico. Analizzare la legge periodica e la sua logica. La struttura della tavola periodica: sottogruppi, periodi e gruppi.

La storia della scoperta della legge periodica e del sistema periodico degli elementi chimici

L'affermazione della teoria atomico-molecolare a cavallo tra il XIX e il XIX secolo fu accompagnata da un rapido aumento del numero di elementi chimici conosciuti. Solo nel primo decennio del XIX secolo furono scoperti 14 nuovi elementi. Il detentore del record tra gli scopritori fu il chimico inglese Humphry Davy, che in un anno utilizzando l'elettrolisi ottenne 6 nuove sostanze semplici (sodio, potassio, magnesio, calcio, bario, stronzio). E nel 1830 il numero di elementi conosciuti raggiunse i 55.

L'esistenza di un tale numero di elementi, eterogenei nelle loro proprietà, sconcertava i chimici e richiedeva l'ordinamento e la sistematizzazione degli elementi. Molti scienziati hanno cercato modelli nell'elenco degli elementi e hanno ottenuto alcuni progressi. Possiamo evidenziare tre lavori più significativi che mettono in discussione la priorità della scoperta della legge periodica da parte di D.I. Mendeleev.

Nel 1860 ebbe luogo il primo Congresso Internazionale di Chimica, dopo il quale divenne chiaro che la caratteristica principale di un elemento chimico è il suo peso atomico. Lo scienziato francese B. De Chancourtois nel 1862 fu il primo a disporre gli elementi in ordine crescente di peso atomico e a disporli a spirale attorno ad un cilindro. Ogni giro della spirale conteneva 16 elementi, elementi simili, di regola, cadevano in colonne verticali, sebbene fossero notate anche differenze significative. Il lavoro di De Chancourtois passò inosservato, ma la sua idea di ordinare gli elementi in ordine crescente di peso atomico si rivelò fruttuosa.

E due anni dopo, guidato da questa idea, il chimico inglese John Newlands sistemò gli elementi in una tabella e notò che le proprietà degli elementi si ripetevano periodicamente ogni sette numeri. Ad esempio, il cloro ha proprietà simili al fluoro, il potassio è simile al sodio, il selenio è simile allo zolfo, ecc. Newlands chiamò questo modello “legge delle ottave”, quasi anticipando il concetto di periodo. Ma Newlands ha insistito sul fatto che la lunghezza del periodo (pari a sette) è costante, quindi la sua tabella contiene non solo i modelli corretti, ma anche coppie casuali (cobalto - cloro, ferro - zolfo e carbonio - mercurio).

Ma lo scienziato tedesco Lothar Meyer nel 1870 tracciò la dipendenza del volume atomico degli elementi dal loro peso atomico e scoprì una chiara dipendenza periodica, e la lunghezza del periodo non coincideva con la legge delle ottave ed era un valore variabile.

Tutte queste opere hanno molto in comune. De Chancourtois, Newlands e Meyer scoprirono la manifestazione di cambiamenti periodici nelle proprietà degli elementi a seconda del loro peso atomico. Ma non furono in grado di creare un sistema periodico unificato di tutti gli elementi, poiché molti elementi non trovarono il loro posto negli schemi da loro scoperti. Anche questi scienziati non riuscirono a trarre alcuna conclusione seria dalle loro osservazioni, sebbene ritenessero che le numerose relazioni tra i pesi atomici degli elementi fossero una manifestazione di una legge generale.

Questa legge generale fu scoperta dal grande chimico russo Dmitri Ivanovich Mendeleev nel 1869. Mendeleev formulò la legge periodica sotto forma dei seguenti principi fondamentali:

1. Gli elementi disposti in base al peso atomico rappresentano una chiara periodicità di proprietà.

2. Dovremmo aspettarci la scoperta di molti altri corpi semplici sconosciuti, ad esempio elementi simili ad Al e Si con un peso atomico compreso tra 65 e 75.

3. Il peso atomico di un elemento a volte può essere corretto conoscendo i suoi analoghi.

Alcune analogie sono rivelate dalla dimensione del peso del loro atomo. La prima posizione era nota anche prima di Mendeleev, ma fu lui a darle il carattere di una legge universale, prevedendo sulla sua base l'esistenza di elementi non ancora scoperti, modificando i pesi atomici di un certo numero di elementi e disponendone alcuni elementi nella tabella contrariamente ai loro pesi atomici, ma in pieno accordo con le loro proprietà (principalmente per valenza). Le restanti disposizioni furono scoperte solo da Mendeleev e sono conseguenze logiche della legge periodica

La correttezza di queste conseguenze fu confermata da numerosi esperimenti nei due decenni successivi e permise di parlare della legge periodica come di una rigorosa legge di natura.

Utilizzando queste disposizioni, Mendeleev compilò la propria versione della tavola periodica degli elementi. La prima bozza della tavola degli elementi apparve il 17 febbraio (1 marzo, nuovo stile) 1869.

E il 6 marzo 1869, il professor Menshutkin fece un annuncio ufficiale sulla scoperta di Mendeleev in una riunione della Società chimica russa.

Allo scienziato è stata messa in bocca la seguente confessione: Vedo in sogno un tavolo in cui tutti gli elementi sono disposti secondo necessità. Mi sono svegliato e l'ho subito scritto su un pezzo di carta: solo in un punto si è rivelata necessaria una correzione." Com'è semplice tutto nelle leggende! Ci sono voluti più di 30 anni della vita dello scienziato per svilupparlo e correggerlo.

Il processo di scoperta della legge periodica è istruttivo e lo stesso Mendeleev ne parlò in questo modo: “È nata involontariamente l'idea che dovesse esserci una connessione tra massa e proprietà chimiche. E poiché la massa di una sostanza, sebbene non assoluta, ma solo relativa, è in definitiva espressa sotto forma di pesi atomici, è necessario cercare una corrispondenza funzionale tra le proprietà individuali degli elementi e i loro pesi atomici. Non puoi cercare nulla, nemmeno i funghi o qualche tipo di dipendenza, se non guardando e provando. Così cominciai a selezionare, scrivendo su cartoncini separati gli elementi con i loro pesi atomici e le proprietà fondamentali, elementi simili e pesi atomici simili, il che portò rapidamente alla conclusione che le proprietà degli elementi dipendono periodicamente dal loro peso atomico e, dubitando di molte ambiguità , non ho dubitato per un attimo della generalità della conclusione tratta, dal momento che è impossibile ammettere incidenti”.

Nella primissima tavola periodica tutti gli elementi fino al calcio compreso sono gli stessi della tavola moderna, ad eccezione dei gas nobili. Questo può essere visto da un frammento di una pagina di un articolo di D.I. Mendeleev, contenente la tavola periodica degli elementi.

Se procediamo dal principio dell'aumento dei pesi atomici, gli elementi successivi dopo il calcio avrebbero dovuto essere il vanadio (A = 51), il cromo (A = 52) e il titanio (A = 52). Ma Mendeleev pose un punto interrogativo dopo il calcio, e poi collocò il titanio, cambiando il suo peso atomico da 52 a 50. All'elemento sconosciuto, indicato con un punto interrogativo, fu assegnato un peso atomico A = 45, che è la media aritmetica tra i pesi atomici pesi di calcio e titanio. Poi, tra zinco e arsenico, Mendeleev lasciò spazio a due elementi non ancora scoperti. Inoltre, pose il tellurio davanti allo iodio, sebbene quest'ultimo abbia un peso atomico inferiore. Con questa disposizione degli elementi, tutte le righe orizzontali della tabella contenevano solo elementi simili e la periodicità dei cambiamenti nelle proprietà degli elementi era chiaramente evidente.

Nei due anni successivi Mendeleev migliorò significativamente il sistema di elementi. Nel 1871 fu pubblicata la prima edizione del libro di testo di Dmitry Ivanovich "Fondamenti di chimica", che presentava il sistema periodico in una forma quasi moderna. Nella tabella si sono formati 8 gruppi di elementi, i numeri dei gruppi indicano la valenza più alta degli elementi di quelle serie che sono incluse in questi gruppi, e i periodi si avvicinano a quelli moderni, divisi in 12 serie. Ora ogni periodo inizia con un metallo alcalino attivo e termina con un tipico non metallo, l'alogeno.

La seconda versione del sistema permise a Mendeleev di predire l'esistenza non di 4, ma di 12 elementi e, sfidando il mondo scientifico, descrisse con sorprendente precisione le proprietà di tre elementi sconosciuti, che chiamò ekaboron (eka in sanscrito significa “la stessa cosa”), ekaalluminio ed ekasilicon . I loro nomi moderni sono Se, Ga, Ge.

Il mondo scientifico occidentale inizialmente era scettico riguardo al sistema Mendeleev e alle sue previsioni, ma tutto cambiò quando nel 1875 il chimico francese P. Lecoq de Boisbaudran, esaminando gli spettri del minerale di zinco, scoprì tracce di un nuovo elemento, che chiamò gallio in onore della sua patria (Gallium - antico nome romano della Francia)

Lo scienziato è riuscito a isolare questo elemento nella sua forma pura e studiarne le proprietà. E Mendeleev vide che le proprietà del gallio coincidevano con le proprietà dell'eka-alluminio, da lui predette, e disse a Lecoq de Boisbaudran di aver misurato erroneamente la densità del gallio, che dovrebbe essere pari a 5,9-6,0 g/cm3 invece di 4,7 g /cm3. Infatti, misurazioni più attente hanno portato al valore corretto di 5.904 g/cm3.

Nel 1879, il chimico svedese L. Nilsson, mentre separava gli elementi delle terre rare ottenuti dal minerale gadolinite, isolò un nuovo elemento e lo chiamò scandio. Questo risulta essere l'ecaboron predetto da Mendeleev.

Riconoscimento definitivo della legge periodica del D.I. Mendeleev fu raggiunto dopo il 1886, quando il chimico tedesco K. Winkler, analizzando il minerale d'argento, ottenne un elemento che chiamò germanio. Risulta essere ecasilicon.

Informazioni correlate.

La famiglia Mendeleev viveva in una casa sulla ripida e alta sponda del fiume Tobol a Tobolsk, e qui nacque il futuro scienziato. A quel tempo, molti decabristi erano in esilio a Tobolsk: Annenkov, Baryatinsky, Wolf, Kuchelbecker, Fonwiesen e altri... Hanno contagiato coloro che li circondavano con il loro coraggio e il loro duro lavoro. Non furono spezzati dalla prigione, dai lavori forzati o dall’esilio. Mitya Mendeleev ha visto queste persone. Nella comunicazione con loro si formò il suo amore per la Patria e la responsabilità per il suo futuro. La famiglia Mendeleev aveva rapporti amichevoli e familiari con i Decabristi. D. I. Mendeleev ha scritto: "... qui vivevano venerabili e rispettati decabristi: Fonvizen, Annenkov, Muravyov, vicini alla nostra famiglia, soprattutto dopo che uno dei decabristi, Nikolai Vasilyevich Basargin, sposò mia sorella Olga Ivanovna... Famiglie decabriste , in quelle giorni diedero alla vita di Tobolsk un'impronta speciale e la dotarono di un'educazione secolare. La leggenda su di loro vive ancora a Tobolsk”.

All'età di 15 anni, Dmitry Ivanovich si diplomò al liceo. Sua madre Maria Dmitrievna ha fatto molti sforzi per garantire che il giovane continuasse la sua educazione.

Riso. 4. Madre di D.I. Mendeleev - Maria Dmitrievna.

Mendeleev ha cercato di entrare all'Accademia medico-chirurgica di San Pietroburgo. Tuttavia, l'anatomia si è rivelata al di là delle forze del giovane impressionabile, quindi Mendeleev ha dovuto cambiare la medicina in pedagogia. Nel 1850 entrò nell'Istituto Pedagogico Principale, dove un tempo studiava suo padre. Solo qui Mendeleev sentì il gusto di imparare e presto divenne uno dei migliori.

All'età di 21 anni, Mendeleev superò brillantemente gli esami di ammissione. All'inizio gli studi di Dmitry Mendeleev a San Pietroburgo presso l'Istituto pedagogico non furono facili. Nel primo anno riuscì a ottenere voti insoddisfacenti in tutte le materie tranne che in matematica. Ma negli anni da senior, le cose andarono diversamente: il voto medio annuale di Mendeleev era di quattro e mezzo (su cinque possibili).

La sua tesi sul fenomeno dell'isomorfismo è stata riconosciuta come dissertazione del candidato. Uno studente di talento nel 1855. fu nominato insegnante al ginnasio Richelieu di Odessa. Qui ha preparato il suo secondo lavoro scientifico: "Volumi specifici". Questo lavoro è stato presentato come tesi di master. Nel 1857 Dopo averlo difeso, Mendeleev ricevette il titolo di Master in Chimica e divenne professore assistente privato presso l'Università di San Pietroburgo, dove insegnò chimica organica. Nel 1859 fu inviato all'estero.

Mendeleev trascorse due anni in varie università in Francia e Germania, ma il più produttivo fu il suo lavoro di tesi a Heidelberg con i principali scienziati dell'epoca, Bunsen e Kirchhoff.

Indubbiamente, la vita dello scienziato è stata fortemente influenzata dalla natura dell’ambiente in cui ha trascorso la sua infanzia. Dalla giovinezza alla vecchiaia ha fatto tutto e sempre a modo suo. Partendo dalle inezie quotidiane e proseguendo fino all'essenziale. La nipote di Dmitry Ivanovich, N. Ya. Kapustin-Gubkina ha ricordato: "Aveva i suoi piatti preferiti, inventati da lui stesso... Indossava sempre un'ampia giacca di stoffa senza cintura dello stile da lui stesso inventato... Fumava arrotolava le sigarette, arrotolandole lui stesso...” Ha creato una tenuta esemplare e l'ha immediatamente abbandonata. Condusse notevoli esperimenti sull'adesione dei liquidi e abbandonò immediatamente per sempre questo campo della scienza. E quali scandali ha gettato ai suoi superiori! Anche in gioventù, appena laureato all'Istituto pedagogico, ha gridato al direttore del dipartimento, per il quale è stato convocato dallo stesso ministro, Abraham Sergeevich Norovatov. Tuttavia, cosa gli importa del direttore del dipartimento: non ha nemmeno tenuto conto del sinodo. Quando gli impose una penitenza di sette anni in occasione del suo divorzio da Feoza Nikitishna, che non aveva mai fatto i conti con l'unicità dei suoi interessi, Dmitry Ivanovich, sei anni prima della data prevista, persuase il prete di Kronstadt a sposarsi di nuovo lui. E quanto valeva la storia del suo volo in mongolfiera, quando sequestrò con la forza un pallone appartenente al dipartimento militare, espellendo dal cesto il generale Kovanko, un aeronauta esperto... Dmitrij Ivanovic non soffriva di modestia, al contrario - “ La modestia è la madre di tutti i vizi", affermava Mendeleev.

L'originalità della personalità di Dmitry Ivanovich è stata osservata non solo nel comportamento dello scienziato, ma anche nel suo intero aspetto. Sua nipote N. Ya. Kapustina-Gubkina ha disegnato il seguente ritratto verbale dello scienziato: “Una criniera di lunghi capelli soffici attorno ad un'alta fronte bianca, molto espressiva e molto mobile... Occhi azzurri e pieni di sentimento... Molti hanno trovato somiglianze in lui con Garibaldi... Quando parlava gesticolava sempre. I movimenti ampi, veloci e nervosi delle sue mani corrispondevano sempre al suo umore... Il timbro della sua voce era basso, ma sonoro e intelligibile, ma il suo tono variava notevolmente e spesso passava dalle note basse a quelle alte, quasi tenori... Quando parlava di qualcosa che non gli piaceva, poi sussultava, si chinava, gemeva, strillava...” Per molti anni l'attività ricreativa preferita di Mendeleev è stata la realizzazione di valigie e cornici per ritratti. Ha acquistato le forniture per questi lavori a Gostiny Dvor.

L'originalità di Mendeleev lo distingueva dalla massa fin dalla sua giovinezza... Mentre studiava in un istituto pedagogico, il siberiano dagli occhi azzurri, che non aveva un soldo a suo nome, inaspettatamente per i signori professori, iniziò a mostrare una tale acutezza di mente , tale furia nel lavoro da lasciare indietro tutti i suoi colleghi. Fu allora che l'attuale consigliere di stato, una figura famosa dell'istruzione pubblica, insegnante, scienziato, professore di chimica, Alexander Abramovich Voskresensky, lo notò e si innamorò di lui. Pertanto, nel 1867, Alexander Abramovich raccomandò il suo studente preferito, il trentatreenne Dmitry Ivanovich Mendeleev, alla posizione di professore di chimica generale e inorganica presso la Facoltà di Fisica e Matematica dell'Università di San Pietroburgo. Nel maggio 1868 i Mendeleev diedero alla luce la loro amata figlia Olga...

Trentatré è l'età tradizionale dell'impresa: a trentatré anni, secondo l'epopea, Ilya Muromets si alzò dai fornelli. Ma sebbene in questo senso la vita di Dmitry Ivanovic non facesse eccezione, lui stesso difficilmente riusciva a percepire che nella sua vita stava avvenendo una brusca svolta. Invece dei corsi di chimica tecnica, o organica, o analitica che aveva insegnato in precedenza, dovette iniziare a leggere un nuovo corso, di chimica generale.

Naturalmente, è più semplice utilizzare il metodo delle miniature. Tuttavia, anche quando ha iniziato i suoi corsi precedenti, non è stato facile. I manuali russi o non esistevano affatto, oppure esistevano, ma erano obsoleti. La chimica è una cosa nuova, giovane, e in gioventù tutto diventa rapidamente obsoleto. I libri di testo stranieri, gli ultimi, li ho dovuti tradurre io. Ha tradotto “Chimica analitica” di Gerard, “Tecnologia chimica” di Wagner. Ma in Europa non è stato trovato nulla di degno di nota nella chimica organica, anche se ti siedi e scrivi. E ha scritto. In due mesi, un corso completamente nuovo basato su nuovi principi, trenta fogli stampati. Sessanta giorni di lavoro quotidiano: dodici pagine finite al giorno. Proprio in un giorno - non voleva che il suo programma dipendesse da una sciocchezza come la rotazione del globo attorno al proprio asse, non si alzava dal tavolo per trenta o quaranta ore.

Dmitry Ivanovich non solo poteva lavorare da ubriaco, ma anche dormire da ubriaco. Il sistema nervoso di Mendeleev era estremamente sensibile, i suoi sensi erano acuiti: quasi tutti i memoriali, senza dire una parola, riferiscono che lui insolitamente facilmente, costantemente scoppiava in un urlo, sebbene, in sostanza, fosse una persona gentile.

È possibile che i tratti innati della personalità di Dmitry Ivanovich siano stati spiegati dalla sua tarda apparizione in famiglia: era l '"ultimo figlio", il diciassettesimo figlio. E secondo le concezioni attuali, la possibilità di mutazioni nella prole aumenta con l'età dei genitori.

Iniziò la sua prima lezione di chimica generale in questo modo:

“Distinguiamo chiaramente tutto ciò che notiamo come sostanza o come fenomeno. La materia occupa lo spazio e ha un peso, ma un fenomeno è qualcosa che accade nel tempo. Ogni sostanza produce una varietà di fenomeni e non esiste un singolo fenomeno che si verifichi senza sostanza. La varietà delle sostanze e dei fenomeni non può sfuggire all’attenzione di tutti. Scoprire la legalità, cioè la semplicità e la correttezza in questa diversità, significa studiare la natura…”

Scoprire la legalità, cioè la semplicità, e la correttezza... La sostanza ha peso... La sostanza... Il peso... La sostanza... Il peso...

Ci pensava incessantemente, qualunque cosa facesse. E cosa non ha fatto! Dmitry Ivanovich aveva abbastanza tempo per tutto. Sembrerebbe che alla fine abbia ricevuto il miglior dipartimento chimico della Russia, un appartamento di proprietà statale, l'opportunità di vivere comodamente, senza correre di qua e di là per soldi extra - quindi concentrati sulla cosa principale, e tutto il resto resta da parte... Comprai una tenuta di 400 desiatine di terreno e un anno dopo ipotecai l'esperto Paul, che studiò la possibilità di invertire l'impoverimento della terra utilizzando la chimica. Uno dei primi in Russia.

Passò un anno e mezzo in un istante e non esisteva ancora un vero sistema nella chimica generale. Ciò non significa che Mendeleev tenesse il suo corso in modo del tutto casuale. Ha iniziato con ciò che è familiare a tutti: con l'acqua, con l'aria, con il carbone, con i sali. Dagli elementi che contengono. Dalle principali leggi secondo le quali le sostanze interagiscono tra loro.

Poi ha parlato dei parenti chimici del cloro: fluoro, bromo, iodio. Questa fu l'ultima conferenza, la cui trascrizione riuscì comunque a inviare alla tipografia, dove si stava battendo a macchina il secondo numero del nuovo libro che aveva iniziato.

Il primo numero, in formato tascabile, fu stampato nel gennaio 1869. Il frontespizio diceva: "Fondamenti di chimica di D. Mendeleev" . Nessuna prefazione. Il primo numero, già pubblicato, e il secondo, che era in tipografia, avrebbero dovuto costituire, secondo il piano di Dmitry Ivanovich, la prima parte del corso e altri due numeri: la seconda parte.

A gennaio e nella prima metà di febbraio Mendeleev ha tenuto conferenze sul sodio e altri metalli alcalini e ha scritto il capitolo corrispondente della seconda parte "Fondamenti di Chimica" - e sono rimasto bloccato.

Nel 1826 Jens Jakob Berzelius completò uno studio su 2000 sostanze e, su questa base, determinò il peso atomico di tre dozzine di elementi chimici. Per cinque di essi, il peso atomico è stato determinato in modo errato: sodio, potassio, argento, boro e silicio. Berzelius commise un errore perché applicò due presupposti errati: che una molecola di ossido può contenere un solo atomo di metallo e che un uguale volume di gas contiene un uguale numero di atomi. Infatti, una molecola di ossido può contenere due o più atomi di metallo e un uguale volume di gas, secondo la legge di Avogadro, contiene un numero uguale di non atomi, ma di molecole.

Fino al 1858, quando l'italiano Stanislao Cannizzaro, ripristinando la legge del suo connazionale Avogadro, corresse i pesi atomici di diversi elementi, regnava la confusione in materia di pesi atomici.

Solo nel 1860, al congresso chimico di Karlsruhe, dopo accesi dibattiti, la confusione fu svelata, la legge di Avogadro fu finalmente restituita ai suoi diritti e furono finalmente chiarite le basi incrollabili per determinare il peso atomico di qualsiasi elemento chimico.

Per una felice coincidenza, Mendeleev era in viaggio d'affari all'estero nel 1860, partecipò a questo congresso e ricevette un'idea chiara e distinta che il peso atomico era ormai diventato un'espressione numerica accurata e affidabile. Ritornato in Russia, Mendeleev iniziò a studiare l'elenco degli elementi e attirò l'attenzione sulla periodicità dei cambiamenti nella valenza degli elementi disposti in ordine crescente di peso atomico: valenza H – 1, Li – 1, Essere – 2, B – 3, C – 4, Mg – 2, N – 2, S – 2, Fa – 1, N / a – 1, Al – 3, Sì – 4, ecc. Sulla base degli aumenti e delle diminuzioni della valenza, Mendeleev divise gli elementi in periodi; Il primo periodo comprendeva un solo idrogeno, seguito da due periodi di 7 elementi ciascuno, quindi periodi contenenti più di 7 elementi. D, I, Mendeleev utilizzarono questi dati non solo per costruire un grafico, come fecero Meyer e Chancourtois, ma anche per costruire una tabella simile alla tabella di Newlands. Una tale tavola periodica degli elementi è più chiara e più visiva di un grafico e, inoltre, D, I, Mendeleev sono riusciti a evitare l'errore di Newlands, che ha insistito sull'uguaglianza dei periodi.

« Considero il momento decisivo del mio pensiero sulla legge periodica il 1860: il congresso dei chimici a Karlsruhe, al quale ho partecipato... L'idea della possibilità di periodicità nelle proprietà degli elementi con peso atomico crescente , in sostanza, mi era già stato presentato internamente." , - ha osservato D.I. Mendeleev.

Nel 1865 acquistò la tenuta Boblovo vicino a Klin e ebbe l'opportunità di studiare chimica agraria, alla quale allora era interessato, e di rilassarsi lì con la sua famiglia ogni estate.

Il "compleanno" del sistema di D.I. Mendeleev è solitamente considerato il 18 febbraio 1869, quando fu compilata la prima versione della tabella.

Riso. 5. Foto di D.I. Mendeleev nell'anno della scoperta della legge periodica.

Si conoscevano 63 elementi chimici. Non tutte le proprietà di questi elementi sono state studiate abbastanza bene; anche i pesi atomici di alcuni sono stati determinati in modo errato o impreciso. Sono molti o poco: 63 elementi? Se ricordiamo che ora conosciamo 109 elementi, ovviamente questo non è sufficiente. Ma è già sufficiente notare la struttura dei cambiamenti nelle loro proprietà. Con 30 o 40 elementi chimici conosciuti, sarebbe improbabile che si potesse scoprire qualcosa. Era necessario un certo minimo di elementi aperti. Ecco perché la scoperta di Mendeleev può essere definita tempestiva.

Prima di Mendeleev, gli scienziati cercavano anche di subordinare tutti gli elementi conosciuti a un certo ordine, classificarli e combinarli in un sistema. È impossibile dire che i loro tentativi siano stati inutili: contenevano qualche fondo di verità. Tutti si limitarono a combinare elementi con proprietà chimiche simili in gruppi, ma non trovarono una connessione interna tra questi gruppi “naturali”, come si diceva allora.

Nel 1849, l'eminente chimico russo G. I. Hess si interessò alla classificazione degli elementi. Nel libro di testo "Fondamenti di chimica pura", ha descritto quattro gruppi di elementi non metallici con proprietà chimiche simili:

Io Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

F O

Hess ha scritto: “Questa classificazione è ancora molto lontana dall’essere naturale, ma collega ancora elementi e gruppi molto simili, e con l’espansione delle nostre informazioni può essere migliorata”.

Tentativi infruttuosi di costruire un sistema di elementi chimici basato sui loro pesi atomici furono fatti anche prima del congresso di Karlsruhe, entrambi da parte degli inglesi: nel 1853 da Gladstone, nel 1857 da Odling.

Uno dei tentativi di classificazione fu fatto nel 1862 dal francese Alexandre Emile Beguys de Chancourtois . Ha rappresentato il sistema degli elementi sotto forma di una linea a spirale sulla superficie di un cilindro. Ci sono 16 elementi in ogni turno. Elementi simili erano posti uno sotto l'altro sulla generatrice del cilindro. Nel pubblicare il suo messaggio, lo scienziato non lo accompagnò con il grafico che aveva costruito, e nessuno degli scienziati prestò attenzione al lavoro di de Chancourtois.

Riso. 6. “Vite del tellurio” di de Chancourtois.

Il chimico tedesco Julius Lothar Meyer ebbe più successo. Nel 1864 propose una tabella in cui tutti gli elementi chimici conosciuti erano divisi in sei gruppi, secondo la loro valenza. In apparenza, la tavola di Meyer era leggermente simile alla futura tavola periodica. Considerò i volumi occupati dalle quantità in peso di un elemento numericamente pari ai loro pesi atomici. Si è scoperto che ciascuna quantità di peso di qualsiasi elemento contiene lo stesso numero di atomi. Ciò significava che il rapporto tra i volumi considerati di diversi atomi di questi elementi. Pertanto, viene chiamata questa caratteristica dell'elemento volume atomico.

Graficamente, la dipendenza dei volumi atomici degli elementi dai loro pesi atomici è espressa come una serie di onde che si innalzano con picchi netti nei punti corrispondenti ai metalli alcalini (sodio, potassio, cesio). Ogni discesa e salita alla vetta corrisponde ad un periodo nella tavola degli elementi. In ogni periodo, anche i valori di alcune caratteristiche fisiche, oltre al volume atomico, naturalmente prima diminuiscono e poi aumentano.

Riso. 7. Dipendenza dei volumi atomici dalle masse atomiche degli elementi, secondo

L. Meyer.

L'idrogeno, l'elemento con il peso atomico più basso, era il primo nell'elenco degli elementi. A quel tempo era generalmente accettato che il periodo 101 comprendesse un elemento. Il 2° e il 3° periodo della carta Meyer comprendevano ciascuno sette elementi. Questi periodi duplicavano le ottave di Newlands. Tuttavia, nei due periodi successivi il numero di elementi ha superato i sette. Pertanto, Meyer ha mostrato dove Newlands aveva torto. La legge dell'ottava non poteva essere seguita rigorosamente per l'intero elenco degli elementi; gli ultimi periodi dovevano essere più lunghi del primo.

Dopo il 1860, il primo tentativo di questo tipo fu fatto da un altro chimico inglese, John Alexander Reina Newlands. Uno dopo l'altro ha compilato tabelle in cui ha cercato di realizzare la sua idea. L'ultima tavola è datata 1865. Lo scienziato credeva che tutto nel mondo fosse soggetto all'armonia generale. Deve essere lo stesso sia in chimica che in musica. Costruiti in ordine crescente, i pesi atomici degli elementi sono divisi in ottave - in otto file verticali, sette elementi ciascuna. In effetti, molti elementi con proprietà chimiche correlate erano in una linea orizzontale: nella prima - alogeni, nella seconda - metalli alcalini e così via. Ma, sfortunatamente, molti estranei sono entrati nei ranghi e questo ha rovinato l'intero quadro. Tra gli alogeni, ad esempio, c'erano il cobalto con il nichel e tre platinoidi. Tra i minerali alcalino terrosi troviamo il vanadio e il piombo. La famiglia del carbonio comprende il tungsteno e il mercurio. Per unire in qualche modo gli elementi correlati, Newlands ha dovuto interrompere la disposizione degli elementi nell'ordine dei pesi atomici in otto casi. Inoltre, per creare otto gruppi di sette elementi, erano necessari 56 elementi, ma se ne conoscevano 62, e in alcuni punti sostituì un elemento con due contemporaneamente. Il risultato è stata una completa arbitrarietà. Quando Newlands riferì il suo "Legge dell'ottava" In una riunione della London Chemical Society, uno dei presenti ha osservato sarcasticamente: il venerabile oratore non ha forse cercato di disporre gli elementi semplicemente in ordine alfabetico e di scoprire una sorta di schema?

Tutte queste classificazioni non contenevano la cosa principale: non riflettevano lo schema generale e fondamentale dei cambiamenti nelle proprietà degli elementi. Hanno creato solo l'apparenza di ordine nel loro mondo.

I predecessori di Mendeleev, che notarono manifestazioni particolari del grande modello nel mondo degli elementi chimici, per vari motivi non furono in grado di arrivare alla grande generalizzazione e realizzare l'esistenza di una legge fondamentale nel mondo. Mendeleev non sapeva molto dei tentativi dei suoi predecessori di disporre gli elementi chimici in ordine crescente di massa atomica e degli incidenti che si verificarono in questo caso. Ad esempio, non aveva quasi nessuna informazione sul lavoro di Chancourtois, Newlands e Meyer.

A differenza di Newlands, Mendeleev considerava la cosa principale non tanto i pesi atomici quanto le proprietà chimiche, l'individualità chimica. Ci pensava costantemente. Sostanza... Peso... Sostanza... Peso... Nessuna soluzione è arrivata.

E poi Dmitry Ivanovich si trovò in gravi difficoltà temporali. E le cose sono andate molto male: non tanto “ora o mai più”, ma oggi, oppure la questione è stata nuovamente rinviata di diverse settimane.

Molto tempo fa aveva promesso alla Società economica libera di recarsi nel mese di febbraio nella provincia di Tver, per esaminare i caseifici locali e per esporre il suo pensiero su come affrontare la questione in modo moderno. Per il viaggio era già stata chiesta l'autorizzazione delle autorità universitarie. E il “certificato di vacanza” - l'allora certificato di viaggio - era già stato corretto. E l'ultima nota d'addio del segretario della Società economica libera Khodnev è arrivata. E non restava altro da fare che partire per il viaggio stabilito. Il treno su cui doveva viaggiare per Tver partì dalla stazione Moskovsky la sera del 17 febbraio.

“Al mattino, mentre era ancora a letto, beveva immancabilmente una tazza di latte caldo... Dopo essersi alzato e lavato, si recava subito nel suo ufficio e lì beveva una, due, a volte tre grandi tazze a forma di boccale di tè forte, non molto dolce. (dalle memorie di sua nipote N.Ya. Kapustina-Gubkina).

La traccia della tazza, conservata sul retro del biglietto di Khodnev, datato 17 febbraio, indica che fu ricevuta la mattina presto, prima di colazione, probabilmente portata da un messaggero. E questo, a sua volta, indica che il pensiero di un sistema di elementi non ha lasciato Dmitry Ivanovich né di giorno né di notte: accanto all'impronta della tazza, la foglia conserva tracce visibili dell'invisibile processo di pensiero che ha portato alla grande scoperta scientifica . Nella storia della scienza questo è un caso raro, se non l’unico.

A giudicare dalle prove fisiche, questo è quello che è successo. Dopo aver finito la sua tazza e averla posizionata nel primo posto in cui si è imbattuto - sulla lettera di Khodnev, ha immediatamente afferrato la penna e sul primo pezzo di carta che ha trovato, sulla stessa lettera di Khodnev, ha scritto il pensiero che gli è balenato in mente la sua testa. Sul foglio di carta apparivano, uno sotto l'altro, i simboli del cloro e del potassio... Poi il sodio e il boro, poi il litio, il bario, l'idrogeno... La penna vagava, così come il pensiero. Infine prese un normale ottam di carta bianca - anche questo foglio di carta si è conservato - e vi disegnò, uno sotto l'altro, in ordine decrescente, file di simboli e di pesi atomici: in alto ci sono le terre alcaline, in basso loro sono gli alogeni, sotto di loro c'è il gruppo dell'ossigeno, sotto c'è il gruppo dell'azoto, sotto c'è il gruppo del carbonio, ecc. Era ovvio alla vista quanto fossero vicine le differenze nei pesi atomici degli elementi dei ranghi vicini. Mendeleev non poteva sapere allora che la “zona incerta” è ovvia non metalli E metalli contiene elementi - gas nobili, la cui scoperta modificherà successivamente in modo significativo la tavola periodica.

Aveva fretta, quindi ogni tanto commetteva errori e sbagli. Allo zolfo venne assegnato un peso atomico di 36, invece di 32. Sottraendo 65 (peso atomico dello zinco) 39 (peso atomico del potassio), ottenne 27. Ma non sono le piccole cose che contano! Era trasportato da un'alta ondata di intuizione.

Credeva nell'intuizione. L'ho usato abbastanza consapevolmente in una varietà di situazioni nella mia vita. Anna Ivanovna, la moglie di Mendeleev, ha scritto: “ Se lui

Doveva essere risolto qualche problema difficile e importante della vita, è entrato rapidamente con la sua andatura leggera, ha detto qual era il problema e ha chiesto di dirmi la mia opinione in base alla prima impressione. “Non pensare, semplicemente non pensare”, ha ripetuto. Ho parlato e questa è stata la decisione”.

Tuttavia, nulla ha funzionato. Il foglio scarabocchiato si trasformò di nuovo in un rebus. E il tempo passava, la sera dovevamo andare alla stazione. Ha già sentito e sentito la cosa principale. Ma a questo sentimento bisognava certamente dare una forma logica chiara. Puoi immaginare come, in preda alla disperazione o alla rabbia, si precipitò per l'ufficio, guardando tutto ciò che conteneva, cercando un modo per mettere insieme rapidamente il sistema. Alla fine, prese un mazzo di carte, aprì i suoi “Fondamenti” nella pagina giusta - dove c'era un elenco di corpi semplici - e iniziò a creare un mazzo di carte senza precedenti. Dopo aver creato un mazzo di carte chimiche, iniziò a giocare a un solitario senza precedenti. Il solitario era chiaramente una sfida! I primi sei ranghi si sono schierati senza scandali. Ma poi tutto cominciò a sgretolarsi.

Ancora e ancora Dmitrij Ivanovic afferrava la penna e, con la sua grafia rapida, scarabocchiava colonne di numeri sul foglio di carta. E ancora, sconcertato, rinunciò a questa attività e cominciò ad arrotolare la sigaretta e ad aspirarla così tanto che la sua testa divenne completamente annebbiata. Alla fine i suoi occhi iniziarono ad abbassarsi, si gettò sul divano e si addormentò profondamente. Questo non era insolito per lui. Questa volta non dormì a lungo: forse qualche ora, ma forse qualche minuto. Non ci sono informazioni precise a riguardo. Si è svegliato dal fatto di aver visto in sogno il suo gioco del solitario, e non nella forma in cui lo aveva lasciato sulla scrivania, ma in un'altra, più armoniosa e logica. E subito balzò in piedi e cominciò a disegnare una nuova tabella su un pezzo di carta.

La prima differenza rispetto alla versione precedente era che gli elementi ora non erano disposti in ordine decrescente, ma in ordine crescente di peso atomico. La seconda è che gli spazi vuoti all’interno del tavolo erano riempiti con punti interrogativi e pesi atomici.

Riso. 8. Schizzo approssimativo compilato da D.I. Mendeleev durante la scoperta della legge periodica (durante il corso del "solitario chimico"). 17 febbraio (1 marzo) 1869.

Per molto tempo, la storia di Dmitry Ivanovich di aver visto il suo tavolo in sogno è stata trattata come un aneddoto. Trovare qualcosa di razionale nei sogni era considerato superstizione. Al giorno d'oggi la scienza non pone più una barriera cieca tra i processi che avvengono nel conscio e nel subconscio. E non vede nulla di soprannaturale nel fatto che un'immagine che non è emersa nel processo di riflessione cosciente sia stata prodotta nella forma finita come risultato di un processo inconscio.

Mendeleev, convinto dell'esistenza di una legge oggettiva alla quale obbediscono tutti gli elementi con proprietà diverse, seguì un percorso fondamentalmente diverso.

Essendo un materialista spontaneo, cercava qualcosa di materiale come caratteristica degli elementi, che riflettesse tutta la diversità delle loro proprietà. Prendendo il peso atomico degli elementi come tale caratteristica, Mendeleev confrontò i gruppi conosciuti a quel tempo in base al peso atomico di i loro membri.

Scrivendo il gruppo degli alogeni (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) sotto il gruppo dei metalli alcalini (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) e ponendo sotto di essi altri gruppi di elementi simili (in ordine crescente del loro peso atomico), Mendeleev stabilì che i membri di questi gruppi naturali formano una serie regolare comune di elementi; Inoltre, le proprietà chimiche degli elementi che compongono tale serie vengono periodicamente ripetute. Avendo inserito nel totale tutti i 63 elementi allora conosciuti secondo il valore dei pesi atomici "tavola periodica" Mendeleev scoprì che i gruppi naturali precedentemente stabiliti entravano organicamente in questo sistema, perdendo la loro precedente disunione artificiale. Successivamente, Mendeleev formulò la legge periodica da lui scoperta come segue: “ Le proprietà dei corpi semplici, così come le forme e le proprietà dei composti degli elementi, dipendono periodicamente dai valori dei pesi atomici degli elementi.

Mendeleev pubblicò la prima versione della tavola degli elementi chimici che esprime la legge periodica sotto forma di un foglio separato intitolato "Un esperimento su un sistema di elementi basato sul loro peso atomico e sulla somiglianza chimica" e inviò questo volantino nel marzo 1869. a molti chimici russi e stranieri.

Riso. 9. "Esperienza di un sistema di elementi in base al loro peso e somiglianza chimica".

La prima tavola è ancora molto imperfetta; è lontana dalla forma moderna della tavola periodica. Ma questa tabella si è rivelata la prima illustrazione grafica del modello scoperto da Mendeleev: "Gli elementi disposti secondo il loro peso atomico rappresentano una chiara periodicità delle proprietà" ("Rapporto delle proprietà con il peso atomico degli elementi" di Mendeleev). Questo articolo è il risultato dei pensieri dello scienziato mentre lavorava su “System Experience...”. Un rapporto sulla relazione scoperta da Mendeleev tra le proprietà degli elementi e i loro pesi atomici fu redatto il 6 marzo (18) 1869 in una riunione della Società chimica russa. Mendeleev non era presente a questo incontro. Invece dell'autore assente, il suo rapporto è stato letto dal chimico N. A. Menshutkin. Nel verbale della Società Chimica Russa è apparsa una nota secca sull'incontro del 6 marzo: “N. Menshutkin riporta per conto di D. Mendeleev "l'esperienza di un sistema di elementi basato sul loro peso atomico e sulla somiglianza chimica". A causa dell’assenza di D. Mendeleev, la discussione su questo tema è stata rinviata alla prossima riunione”. Il discorso di N. Menshutkin è stato pubblicato sul Journal of the Russian Chemical Society ("Rapporto delle proprietà con il peso atomico degli elementi"). Nell'estate del 1871, Mendeleev riassunse nella sua opera i suoi numerosi studi relativi all'instaurazione della legge periodica "Validità periodica per gli elementi chimici" . Nell'opera classica "I fondamenti della chimica", che durante la vita di Mendeleev ebbe 8 edizioni in russo e diverse edizioni in lingue straniere, Mendeleev presentò per la prima volta la chimica inorganica sulla base della legge periodica.

Durante la costruzione del sistema periodico degli elementi, Mendeleev superò grandi difficoltà, poiché molti elementi non erano ancora stati scoperti e dei 63 elementi conosciuti a quel tempo, nove avevano determinato in modo errato i pesi atomici. Durante la creazione della tabella, Mendeleev corresse il peso atomico del berillio, ponendo il berillio non nello stesso gruppo con l'alluminio, come facevano solitamente i chimici, ma nello stesso gruppo con il magnesio. Nel 1870-71, Mendeleev cambiò i valori dei pesi atomici di indio, uranio, torio, cerio e altri elementi, guidati dalle loro proprietà e dalla posizione specificata nella tavola periodica. Basandosi sulla legge periodica, pose il tellurio davanti allo iodio e il cobalto davanti al nichel, in modo che il tellurio sarebbe nella stessa colonna con elementi la cui valenza è 2, e lo iodio sarebbe nella stessa colonna con elementi la cui valenza è 1 , sebbene i pesi atomici di questi elementi richiedessero la posizione opposta.

Mendeleev vide tre circostanze che, a suo avviso, contribuirono alla scoperta della legge periodica:

In primo luogo, i pesi atomici della maggior parte degli elementi chimici furono determinati più o meno accuratamente;

In secondo luogo, è apparso un concetto chiaro sui gruppi di elementi con proprietà chimiche simili (gruppi naturali);

In terzo luogo, nel 1869 era stata studiata la chimica di molti elementi rari, senza la cui conoscenza sarebbe stato difficile arrivare ad una generalizzazione.

Infine, il passo decisivo verso la scoperta della legge fu che Mendeleev confrontò tutti gli elementi in base al loro peso atomico. I predecessori di Mendeleev confrontavano elementi simili tra loro. Cioè, elementi di gruppi naturali. Questi gruppi si sono rivelati non correlati. Mendeleev li ha combinati logicamente nella struttura del suo tavolo.

Tuttavia, anche dopo l’enorme e attento lavoro dei chimici per correggere i pesi atomici, in quattro punti della tavola periodica gli elementi “violano” il rigido ordine di disposizione in aumento dei pesi atomici. Queste sono coppie di elementi:

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).

Al tempo di D.I. Mendeleev, tali deviazioni erano considerate carenze della tavola periodica. La teoria della struttura atomica mette tutto al suo posto: gli elementi sono posizionati in modo assolutamente corretto, secondo le cariche dei loro nuclei. Come possiamo allora spiegare che il peso atomico dell'argon è maggiore del peso atomico del potassio?

Il peso atomico di qualsiasi elemento è uguale al peso atomico medio di tutti i suoi isotopi, tenendo conto della loro abbondanza in natura. Casualmente il peso atomico dell'argon è determinato dall'isotopo “più pesante” (si trova in natura in quantità maggiori). Nel potassio, invece, predomina il suo isotopo “più leggero” (cioè con numero di massa inferiore).

Mendeleev ha caratterizzato il corso del processo creativo, che rappresenta la scoperta della legge periodica: “... è nata involontariamente l'idea che dovesse esserci una connessione tra massa e proprietà chimiche. E poiché la massa di una sostanza, sebbene non assoluta, ma solo relativa, è necessario cercare una corrispondenza funzionale tra le proprietà individuali degli elementi e i loro pesi atomici. Non puoi cercare nulla, nemmeno i funghi o qualche tipo di dipendenza, se non guardando e provando. Così cominciai a selezionare, scrivendo su cartoncini separati gli elementi con i loro pesi atomici e le proprietà fondamentali, elementi simili e pesi atomici simili, il che portò rapidamente alla conclusione che le proprietà degli elementi dipendono periodicamente dal loro peso atomico e, dubitando di molte ambiguità , non ho dubitato per un attimo della generalità della conclusione tratta, poiché era impossibile ammettere un incidente.

L’importanza fondamentale e la novità della Legge Periodica era la seguente:

1. È stata stabilita una connessione tra elementi dissimili nelle loro proprietà. Questa connessione sta nel fatto che le proprietà degli elementi cambiano gradualmente e approssimativamente allo stesso modo all'aumentare del loro peso atomico, e quindi questi cambiamenti SI RIPETONO PERIODICAMENTE.

2. Nei casi in cui sembrava che mancasse qualche collegamento nella sequenza dei cambiamenti nelle proprietà degli elementi, nella tavola periodica venivano forniti dei GAPS che dovevano essere riempiti con elementi che non erano ancora stati scoperti.

Riso. 10. I primi cinque periodi della tavola periodica di D. I. Mendeleev. I gas nobili non sono ancora stati scoperti, quindi non sono riportati nella tabella. Altri 4 elementi sconosciuti al momento della creazione della tabella sono contrassegnati con punti interrogativi. Le proprietà di tre di essi furono previste da D.I. Mendeleev con elevata precisione (parte della tavola periodica dei tempi di D.I. Mendeleev in una forma a noi più familiare).

Il principio utilizzato da D.I. Mendeleev per prevedere le proprietà di elementi ancora sconosciuti è illustrato nella Figura 11.

Basandosi sulla legge della periodicità e applicando praticamente la legge della dialettica sulla transizione dei cambiamenti quantitativi in ​​cambiamenti qualitativi, Mendeleev indicò già nel 1869 l'esistenza di quattro elementi che non erano ancora stati scoperti. Per la prima volta nella storia della chimica fu prevista l'esistenza di nuovi elementi e venne determinato in modo approssimativo il loro peso atomico. Alla fine del 1870 Mendeleev, sulla base del suo sistema, descrisse le proprietà di un elemento del gruppo III ancora da scoprire, chiamandolo "eka-alluminio". Lo scienziato ha anche suggerito che il nuovo elemento sarebbe stato scoperto utilizzando l'analisi spettrale. Infatti, nel 1875, il chimico francese P.E. Lecoq de Boisbaudran, esaminando la blenda di zinco con uno spettroscopio, scoprì in essa l'eka-alluminio di Mendeleev. L'esatta coincidenza delle proprietà attese dell'elemento con quelle determinate sperimentalmente fu il primo trionfo e una brillante conferma del potere predittivo della legge periodica. Le descrizioni delle proprietà dell'“eka-alluminio” predette da Mendeleev e delle proprietà del gallio scoperte da Boisbaudran sono riportate nella Tabella 1.

Predetto da D.I. Mendeleev

Installato da Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaalluminio Ea Peso atomico circa 68 Il corpo semplice dovrebbe essere poco fusibile La densità è vicina a 5,9 Volume atomico 11.5 Non dovrebbe ossidarsi all'aria Dovrebbe decomporre l'acqua nel calore rovente Formule dei composti: EaCl3, Ea2O3, Ea2(SO4)3 Dovrebbe formare allume Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, ma più difficile dell'alluminio L'ossido Ea2O3 dovrebbe essere facilmente ridotto e produrre un metallo più volatile dell'alluminio, e quindi ci si può aspettare che venga scoperto mediante l'analisi spettrale di EaCl3 - volatile.

Peso atomico circa 69,72 Il punto di fusione del gallio puro è di 30 gradi C La densità del gallio solido è 5,904 e quella del gallio liquido è 6,095 Volume atomico 11.7 Si ossida leggermente solo a temperature di calore rosso Decompone l'acqua ad alte temperature Formule composte: GaСl3, Ga2О3, Ga2(SO4)3 Forma allume NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Il gallio viene ridotto dal suo ossido mediante calcinazione in corrente di idrogeno; scoperto utilizzando l’analisi spettrale Punto di ebollizione di GaCl3 215-220 gradi C

Nel 1879 Il chimico svedese L. Nilsson ha trovato l'elemento scandio, che corrisponde pienamente all'ekaboron descritto da Mendeleev; nel 1886 il chimico tedesco K. Winkler scoprì l'elemento germanio, corrispondente all'ekasilicio; nel 1898, i chimici francesi Pierre Curie e Marie Skłodowska Curie scoprirono il polonio e il radio. Mendeleev considerava Winkler, Lecoq de Boisbaudran e Nilsson “rafforzatori della legge periodica”.

Anche le previsioni di Mendeleev si sono avverate: sono stati scoperti trimarganese - renio moderno, dicesio - francio, ecc.

Successivamente, è diventato chiaro agli scienziati di tutto il mondo che la tavola periodica di D.I. Mendeleev non solo sistematizza gli elementi, ma è un'espressione grafica della legge fondamentale della natura: la Legge Periodica.

Questa legge ha potere predittivo. Ha permesso di condurre una ricerca mirata di elementi nuovi, non ancora scoperti. I pesi atomici di molti elementi, precedentemente determinati in modo non sufficientemente accurato, furono soggetti a verifica e chiarimento proprio perché i loro valori errati erano in conflitto con la legge periodica.

Un tempo, D.I. Mendeleev notò con disappunto: "...non conosciamo le ragioni della periodicità". Non visse per risolvere questo mistero.

Uno degli argomenti importanti a favore della complessa struttura degli atomi fu la scoperta della legge periodica di D. I. Mendeleev:

Le proprietà delle sostanze semplici, così come le proprietà e le forme dei composti, dipendono periodicamente dalle masse atomiche degli elementi chimici.

Quando fu dimostrato che il numero seriale di un elemento in un sistema è numericamente uguale alla carica del nucleo del suo atomo, l'essenza fisica della legge periodica divenne chiara.

Ma perché le proprietà degli elementi chimici cambiano periodicamente all’aumentare della carica nucleare? Perché il sistema di elementi è costruito in questo modo e non altrimenti e perché i suoi periodi contengono un numero di elementi rigorosamente definito? Non c'erano risposte a queste domande più importanti.

Il ragionamento logico prevedeva che se esiste una relazione tra elementi chimici costituiti da atomi, allora gli atomi hanno qualcosa in comune e, quindi, devono avere una struttura complessa.

Il mistero del sistema periodico degli elementi fu completamente risolto quando fu possibile comprendere la complessa struttura dell'atomo, la struttura dei suoi gusci elettronici esterni e le leggi del movimento degli elettroni attorno a un nucleo carico positivamente, in cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrato.

Tutte le proprietà chimiche e fisiche di una sostanza sono determinate dalla struttura dei suoi atomi. La legge periodica, scoperta da Mendeleev, è una legge universale della natura, perché si basa sulla legge della struttura atomica.

Il fondatore della moderna dottrina dell'atomo è il fisico inglese Rutherford, che dimostrò in modo convincente che quasi tutta la massa e la materia caricata positivamente di un atomo è concentrata in una piccola parte del suo volume. Chiamò questa parte dell'atomo nucleo. La carica positiva del nucleo è compensata dagli elettroni che ruotano attorno ad esso. In questo modello atomico gli elettroni assomigliano ai pianeti del sistema solare, motivo per cui ha ricevuto il nome planetario. Successivamente, Rutherford fu in grado di utilizzare i dati sperimentali per calcolare le cariche nucleari. Si sono rivelati uguali ai numeri seriali degli elementi nella tabella di D.I. Mendeleev. Dopo il lavoro di Rutherford e dei suoi studenti, la legge periodica di Mendeleev ricevette un significato più chiaro e una formulazione leggermente diversa:

Le proprietà delle sostanze semplici, così come le proprietà e le forme dei composti degli elementi, dipendono periodicamente dalla carica del nucleo degli atomi degli elementi.

Pertanto, il numero seriale di un elemento chimico nella tavola periodica ha ricevuto un significato fisico.

Nel 1913, G. Moseley studiò la radiazione a raggi X di un certo numero di elementi chimici nel laboratorio di Rutherford. A questo scopo costruì l'anodo del tubo a raggi X con materiali costituiti da determinati elementi. Si è scoperto che le lunghezze d'onda della caratteristica radiazione a raggi X aumentano con l'aumentare del numero seriale degli elementi che compongono il catodo. G. Moseley ha derivato un'equazione relativa alla lunghezza d'onda e al numero di serie Z:

Questa espressione matematica è ora chiamata legge di Moseley. Permette di determinare il numero di serie dell'elemento in esame in base alla lunghezza d'onda misurata della radiazione a raggi X.

Il nucleo atomico più semplice è il nucleo dell'atomo di idrogeno. La sua carica è uguale e opposta in segno a quella dell'elettrone e la sua massa è il più piccolo di tutti i nuclei. Il nucleo dell'atomo di idrogeno fu riconosciuto come una particella elementare e nel 1920 Rutherford gli diede il nome protone . La massa di un protone è circa un'unità di massa atomica.

Tuttavia, la massa di tutti gli atomi, ad eccezione dell'idrogeno, supera numericamente le cariche dei nuclei atomici. Rutherford già presupponeva che oltre ai protoni, i nuclei dovessero contenere alcune particelle neutre con una certa massa. Queste particelle furono scoperte nel 1932 da Bothe e Becker. Chadwick stabilì la loro natura e diede un nome neutroni . Un neutrone è una particella scarica con una massa quasi uguale alla massa di un protone, ad es. Anche 1 a. mangiare.

Nel 1932, lo scienziato sovietico D. D. Ivanenko e il fisico tedesco Heisenberg svilupparono indipendentemente la teoria del nucleo protone-neutrone, secondo la quale i nuclei degli atomi sono costituiti da protoni e neutroni.

Consideriamo la struttura di un atomo di qualche elemento, ad esempio il sodio, dal punto di vista della teoria protone-neutrone. Il numero atomico del sodio nel sistema periodico è 11, numero di massa 23. Secondo il numero atomico, la carica del nucleo di un atomo di sodio è + 11. Pertanto, l'atomo di sodio ha 11 elettroni, la somma delle loro cariche è uguale alla carica positiva del nucleo. Se l'atomo di sodio perde un elettrone, la carica positiva sarà una in più della somma delle cariche negative degli elettroni (10) e l'atomo di sodio diventerà uno ione con una carica di 1+. La carica del nucleo di un atomo è uguale alla somma delle cariche di 11 protoni situati nel nucleo, la cui massa è 11 a. e.m. Poiché il numero di massa del sodio è 23 a. e.m., allora la differenza 23 – 11= 12 determina il numero di neutroni in un atomo di sodio.

Si chiamano protoni e neutroni nucleoni . Il nucleo di un atomo di sodio è formato da 23 nucleoni, di cui 11 protoni e 12 neutroni. Il numero totale di nucleoni nel nucleo è scritto in alto a sinistra del simbolo dell'elemento e il numero di protoni in basso a sinistra, ad esempio Na.

Tutti gli atomi di un dato elemento hanno la stessa carica nucleare, cioè lo stesso numero di protoni nel nucleo. Il numero di neutroni nei nuclei degli atomi degli elementi può variare. Vengono chiamati atomi che hanno lo stesso numero di protoni e un diverso numero di neutroni nei nuclei isotopi .

Vengono chiamati atomi di elementi diversi i cui nuclei contengono lo stesso numero di nucleoni isobare .

La scienza deve innanzitutto al grande fisico danese Niels Bohr l'istituzione di una reale connessione tra la struttura dell'atomo e la struttura della tavola periodica. Fu il primo a spiegare i veri principi dei cambiamenti periodici nelle proprietà degli elementi. Bohr iniziò rendendo praticabile il modello dell'atomo di Rutherford.

Il modello planetario dell'atomo di Rutherford rifletteva l'ovvia verità che la parte principale dell'atomo è contenuta in una parte insignificantemente piccola del volume: il nucleo atomico, e gli elettroni sono distribuiti nel resto del volume dell'atomo. Tuttavia, la natura del movimento di un elettrone in orbita attorno al nucleo di un atomo contraddice la teoria del movimento delle cariche elettriche in elettrodinamica.

Innanzitutto, secondo le leggi dell'elettrodinamica, un elettrone che ruota attorno a un nucleo deve cadere sul nucleo a causa della perdita di energia per radiazione. In secondo luogo, avvicinandosi al nucleo, le lunghezze d'onda emesse dall'elettrone devono cambiare continuamente, formando uno spettro continuo. Tuttavia, gli atomi non scompaiono, il che significa che gli elettroni non cadono nel nucleo e lo spettro di emissione degli atomi non è continuo.

Se un metallo viene riscaldato alla temperatura di evaporazione, il suo vapore inizierà a brillare e il vapore di ciascun metallo avrà il proprio colore. La radiazione del vapore metallico scomposto da un prisma forma uno spettro costituito da singole linee luminose. Un tale spettro è chiamato spettro a righe. Ogni linea dello spettro è caratterizzata da una certa frequenza della radiazione elettromagnetica.

Nel 1905 Einstein, spiegando il fenomeno dell'effetto fotoelettrico, suggerì che la luce si propaga sotto forma di fotoni o quanti di energia, che hanno un significato ben specifico per ogni tipo di atomo.

Bohr nel 1913 introdusse un concetto quantistico nel modello planetario dell'atomo di Rutherford e spiegò l'origine delle righe spettrali degli atomi. La sua teoria della struttura dell'atomo di idrogeno si basa su due postulati.

Primo postulato:

L'elettrone ruota attorno al nucleo, senza emettere energia, in orbite stazionarie rigorosamente definite che soddisfano la teoria quantistica.

In ciascuna di queste orbite, l'elettrone ha una certa energia. Più l'orbita è lontana dal nucleo, maggiore è l'energia dell'elettrone che si trova su di essa.

Nella meccanica classica il moto di un oggetto attorno ad un centro è determinato dal momento angolare m´v´r, dove m è la massa dell'oggetto in movimento, v è la velocità dell'oggetto, r è il raggio del cerchio. Secondo la meccanica quantistica, l'energia di questo oggetto può avere solo determinati valori. Bohr credeva che il momento angolare di un elettrone in un atomo di idrogeno potesse essere uguale solo a un numero intero di quanti d'azione. A quanto pare, questa relazione era un'ipotesi di Bohr; fu poi derivata matematicamente dal fisico francese de Broglie.

Pertanto, l'espressione matematica del primo postulato di Bohr è l'uguaglianza:

(1)

Secondo l'equazione (1), il raggio minimo dell'orbita dell'elettrone e, di conseguenza, l'energia potenziale minima dell'elettrone corrisponde al valore n pari all'unità. Lo stato dell'atomo di idrogeno, che corrisponde al valore n=1, è detto normale o basico. Un atomo di idrogeno il cui elettrone si trova in qualsiasi altra orbita corrispondente ai valori n = 2, 3, 4,¼ si dice eccitato.

L'equazione (1) include la velocità dell'elettrone e il raggio orbitale come incognite. Se crei un'altra equazione che includa v e r, puoi calcolare i valori di queste importanti caratteristiche dell'elettrone nell'atomo di idrogeno. Questa equazione si ottiene tenendo conto dell'uguaglianza delle forze centrifughe e centripete che agiscono nel sistema “nucleo di un atomo di idrogeno – elettrone”.

La forza centrifuga è pari a . La forza centripeta, che determina l'attrazione dell'elettrone al nucleo, secondo la legge di Coulomb, è . Tenendo conto dell'uguaglianza delle cariche dell'elettrone e del nucleo nell'atomo di idrogeno, possiamo scrivere:

(2)

Risolvendo il sistema di equazioni (1) e (2) per v e r, troviamo:

(3)

Le equazioni (3) e (4) consentono di calcolare i raggi delle orbite e le velocità degli elettroni per qualsiasi valore di n. Quando n=1, il raggio della prima orbita dell'atomo di idrogeno è il raggio di Bohr, pari a 0,053 nm. La velocità di un elettrone in questa orbita è di 2200 km/s. Le equazioni (3) e (4) mostrano che i raggi delle orbite degli elettroni dell'atomo di idrogeno sono correlati tra loro come i quadrati dei numeri naturali, e la velocità dell'elettrone diminuisce all'aumentare di n.

Secondo postulato:

Passando da un'orbita all'altra, un elettrone assorbe o emette un quanto di energia.

Quando un atomo è eccitato, cioè quando un elettrone si sposta da un'orbita più vicina al nucleo a una più distante, viene assorbito un quanto di energia e, viceversa, quando un elettrone si sposta da un'orbita lontana a una vicina, viene assorbito un quanto di energia. E 2 – E 1 = viene emesso hv. Dopo aver trovato i raggi delle orbite e l'energia dell'elettrone su di essi, Bohr calcolò l'energia dei fotoni e le righe corrispondenti nello spettro delle righe dell'idrogeno, che corrispondevano ai dati sperimentali.

Il numero n, che determina la dimensione dei raggi delle orbite quantistiche, la velocità di movimento degli elettroni e la loro energia, è chiamato numero quantico principale .

Successivamente Sommerfeld migliorò la teoria di Bohr. Propose che un atomo potesse avere orbite di elettroni non solo circolari, ma anche ellittiche, e sulla base di ciò spiegò l'origine della struttura fine dello spettro dell'idrogeno.

Riso. 12. L'elettrone nell'atomo di Bohr descrive non solo orbite circolari, ma anche ellittiche. Ecco come appaiono per valori diversi l A P =2, 3, 4.

Tuttavia, la teoria di Bohr-Sommerfeld della struttura dell'atomo combinava concetti classici e quantistici e, quindi, era costruita su contraddizioni. I principali svantaggi della teoria di Bohr-Sommerfeld sono i seguenti:

1. La teoria non è in grado di spiegare tutti i dettagli delle caratteristiche spettrali degli atomi.

2. Non consente di calcolare quantitativamente il legame chimico anche in una molecola così semplice come la molecola di idrogeno.

Ma la posizione fondamentale era fermamente stabilita: il riempimento dei gusci elettronici negli atomi degli elementi chimici avviene a partire dal terzo, M -shell non in sequenza, gradualmente fino alla piena capacità (cioè, come era con A- E l - conchiglie), ma per gradi. In altre parole, la costruzione dei gusci elettronici viene temporaneamente interrotta a causa del fatto che negli atomi compaiono elettroni appartenenti ad altri gusci.

Queste lettere sono designate come segue: N , l , ml , SM – e nel linguaggio della fisica atomica sono chiamati numeri quantici. Storicamente, sono stati introdotti gradualmente e la loro comparsa è in gran parte associata allo studio degli spettri atomici.

Quindi risulta che lo stato di qualsiasi elettrone in un atomo può essere scritto con un codice speciale, che è una combinazione di quattro numeri quantici. Queste non sono solo alcune quantità astratte utilizzate per registrare gli stati elettronici. Al contrario, hanno tutti un contenuto fisico reale.

Numero P è incluso nella formula per la capacità del guscio elettronico (2 P 2), cioè questo numero quantico P corrisponde al numero della shell elettronica; in altre parole, questo numero determina se un elettrone appartiene a un dato guscio elettronico.

Numero P accetta solo valori interi: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,..., corrispondenti rispettivamente alle shell: K, L, M, N, O, P, Q.

Perché il P è incluso nella formula dell'energia dell'elettrone, allora si dice che il numero quantico principale determina la riserva energetica totale dell'elettrone nell'atomo.

Un'altra lettera del nostro alfabeto - il numero quantico orbitale (laterale) - è indicata come l . È stato introdotto per enfatizzare la disuguaglianza di tutti gli elettroni appartenenti ad un dato livello.

Ogni shell è divisa in determinati sottoshell e il loro numero è uguale al numero della shell. Cioè, K-shell ( P =1) consiste di una sottoshell; Guscio a L ( P =2) – da due; Guscio M ( P =3) – da tre subshell...

E ogni subshell di questa shell è caratterizzata da un certo valore l . Anche il numero quantico orbitale assume valori interi, ma partendo da zero, cioè 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6... Quindi, l sempre meno P . È facile capire quando P =1 l =0; A N =2 l =0 e 1; A N = 3 l = 0, 1 e 2, ecc. Numero l , per così dire, ha un'immagine geometrica. Dopotutto, le orbite degli elettroni appartenenti all'uno o all'altro guscio possono essere non solo circolari, ma anche ellittiche.

Significati diversi l e caratterizzare diversi tipi di orbite.

I fisici amano le tradizioni e preferiscono le vecchie designazioni con lettere per designare i subshell degli elettroni S ( l =0), P ( l =1), D ( l =2), F ( l =3). Queste sono le prime lettere delle parole tedesche che caratterizzano le caratteristiche di una serie di linee spettrali causate da transizioni elettroniche: nitide, principali, sfocate, fondamentali.

Ora possiamo scrivere brevemente quali sottolivelli elettronici sono contenuti nei gusci elettronici (Tabella 2).

Sapere quanti elettroni possono ospitare i diversi sottolivelli elettronici aiuta a determinare il terzo e il quarto numero quantico: m l e m s, che sono chiamati magnetici e spin.

Numero quantico magnetico m l strettamente correlato a l e determina, da un lato, la direzione della posizione di queste orbite nello spazio, e dall'altro, il loro numero possibile per un dato l . Da alcune regolarità della teoria atomica consegue che per un dato l numero quantico m l, ne servono 2 l +1 valori interi: da – l a + l , compreso zero. Ad esempio, per l =3 questa è la sequenza m l abbiamo: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, cioè un totale di sette valori.

Perché m l chiamato magnetico? Ogni elettrone, ruotando in orbita attorno al nucleo, rappresenta essenzialmente un giro dell'avvolgimento attraverso il quale scorre la corrente elettrica. Si crea un campo magnetico, quindi ogni orbita in un atomo può essere considerata come un foglio magnetico piatto. Quando c'è un campo magnetico esterno, ciascuna orbita di elettroni interagirà con questo campo e si sforzerà di occupare una certa posizione nell'atomo.

Il numero di elettroni in ciascuna orbita è determinato dal valore del numero quantico di spin m s.

Il comportamento degli atomi in forti campi magnetici disomogenei ha mostrato che ciascun elettrone in un atomo si comporta come un magnete. E questo indica che l'elettrone ruota attorno al proprio asse, come un pianeta in orbita. Questa proprietà dell'elettrone è chiamata "spin" (tradotto dall'inglese come "ruotare"). Il movimento rotatorio dell'elettrone è costante e immutabile. La rotazione di un elettrone è del tutto insolita: non può essere rallentata, accelerata o fermata. È lo stesso per tutti gli elettroni del mondo.

Ma sebbene lo spin sia una proprietà comune a tutti gli elettroni, esso spiega anche le differenze tra gli elettroni di un atomo.

Due elettroni, che ruotano sulla stessa orbita attorno a un nucleo, hanno la stessa grandezza di spin, eppure possono differire nella direzione della propria rotazione. In questo caso cambiano il segno del momento angolare e il segno dello spin.

Il calcolo quantistico porta a due possibili valori dei numeri quantici di spin inerenti ad un elettrone in orbita: s=+ e s= - . Non possono esserci altri significati. Pertanto, in un atomo, solo uno o due elettroni possono ruotare su ciascuna orbita. Non può esserci altro.

Ciascun subshell di elettroni può ospitare un massimo di 2(2 l + 1) - elettroni, vale a dire (tabella 3):

Da qui, per semplice addizione, si ottengono le capacità dei gusci successivi.

È sorprendente la semplicità della legge fondamentale alla quale è stata ridotta l'originaria infinita complessità della struttura dell'atomo. Tutto il comportamento stravagante degli elettroni nel suo guscio esterno, che controlla tutte le sue proprietà, può essere espresso in modo insolitamente semplice: Non ci sono e non possono esserci due elettroni identici in un atomo. Questa legge è conosciuta nella scienza come principio di Pauli (dal nome del fisico teorico svizzero).

Conoscendo il numero totale di elettroni in un atomo, che è uguale al suo numero atomico nel sistema Mendeleev, puoi "costruire" un atomo: puoi calcolare la struttura del suo guscio elettronico esterno - determinare quanti elettroni ci sono e quali tipo di elettroni che ci sono dentro.

Mentre cresci Z tipi simili di configurazioni elettroniche di atomi si ripetono periodicamente. In sostanza, anche questa è una formulazione della legge periodica, ma in relazione al processo di distribuzione degli elettroni tra gusci e sottogusci.

Conoscendo la legge della struttura atomica, ora possiamo costruire una tavola periodica e spiegare perché è costruita in questo modo. È necessario solo un piccolo chiarimento terminologico: quegli elementi negli atomi di cui avviene la costruzione delle sottoshell s, p, d, f sono solitamente chiamati rispettivamente elementi s, p, d, f.

La formula di un atomo è solitamente scritta nella seguente forma: il numero quantico principale è indicato dal numero corrispondente, il numero quantico secondario è contrassegnato da una lettera e il numero di elettroni è indicato in alto a destra.

Il primo periodo contiene 1 elementi s: idrogeno ed elio. La notazione schematica per il primo periodo è la seguente: 1 s 2 . Il secondo periodo può essere rappresentato come segue: 2 s 2 2 p 6, cioè include elementi in cui sono riempite 2 s-, 2 p-sottoshell. E il terzo (in esso sono integrate le subshell 3 s-, 3p): 3 s 2 3p 6. Ovviamente si ripetono tipi simili di configurazioni elettroniche.

All'inizio del 4° periodo ci sono due elementi da 4 s, cioè il riempimento del guscio N inizia prima che la costruzione del guscio M sia completata. Contiene altri 10 posti vacanti, che vengono riempiti da dieci elementi successivi (3 elementi d). Il riempimento del guscio M è terminato, continua il riempimento del guscio N (con sei elettroni da 4 p). Pertanto, la struttura del 4° periodo è la seguente: 4 s 2 3 d 10 4 p 6. Il quinto periodo è compilato in modo simile:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

Ci sono 32 elementi nel sesto periodo. La sua notazione schematica è: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6.

E infine, il successivo, 7° periodo: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6. Va tenuto presente che non tutti gli elementi del 7° periodo sono ancora conosciuti.

Questo riempimento graduale dei gusci è una rigorosa legge fisica. Si scopre che invece di occupare i livelli del sottolivello 3 d, è più vantaggioso (dal punto di vista energetico) che gli elettroni occupino prima i livelli del sottolivello 4 s. Sono queste "oscillazioni" di energia "più redditizie - meno redditizie" che spiegano la situazione secondo cui negli elementi chimici il riempimento dei gusci di elettroni avviene gradualmente.

A metà degli anni '20. Il fisico francese L. de Broglie ha espresso un'idea audace: tutte le particelle materiali (compresi gli elettroni) non hanno solo proprietà materiali, ma anche ondulatorie. Ben presto fu possibile dimostrare che gli elettroni, come le onde luminose, potevano anche piegarsi attorno agli ostacoli.

Poiché un elettrone è un'onda, il suo movimento in un atomo può essere descritto utilizzando l'equazione delle onde. Questa equazione fu derivata nel 1926 dal fisico austriaco E. Schrödinger. I matematici la chiamano equazione alle derivate parziali del secondo ordine. Per i fisici, questa è l’equazione base della meccanica quantistica.

Ecco come appare l'equazione:

+++ y = 0,

Dove M– massa dell'elettrone; R – la distanza dell'elettrone dal nucleo; e – carica dell'elettrone; E– energia totale degli elettroni, pari alla somma dell’energia cinetica e potenziale; Z– numero di serie dell'atomo (per l'atomo di idrogeno è 1); H– “quanto d’azione”; X , sì , z – coordinate elettroniche; y è la funzione d'onda (una quantità astratta astratta che caratterizza il grado di probabilità).

Il grado di probabilità che un elettrone si trovi in ​​una determinata posizione nello spazio attorno al nucleo. Se y = 1, allora l'elettrone deve trovarsi realmente proprio in questo posto; se y = 0, allora non c'è traccia di un elettrone lì.

L’idea della probabilità di trovare un elettrone è centrale nella meccanica quantistica. E il valore della funzione y (psi) (più precisamente, il quadrato del suo valore) esprime la probabilità che un elettrone si trovi in ​​un punto o in un altro nello spazio.

In un atomo quantomeccanico non ci sono orbite elettroniche definite, così chiaramente delineate nel modello dell'atomo di Bohr. L'elettrone sembra essere sparso nello spazio sotto forma di nuvola. Ma la densità di questa nuvola è diversa: come si suol dire, dove è densa e dove è vuota. Una maggiore densità delle nubi corrisponde ad una maggiore probabilità di trovare un elettrone.

Dal modello astratto quantomeccanico dell'atomo si può passare al modello visivo e visibile dell'atomo di Bohr. Per fare ciò, devi risolvere l'equazione di Schrödinger. Si scopre che la funzione d'onda è associata a tre diverse quantità, che possono assumere solo valori interi. Inoltre, la sequenza dei cambiamenti in queste quantità è tale che non possono essere altro che numeri quantici. Principale, orbitale e magnetica. Ma furono introdotti appositamente per designare gli spettri di vari atomi. Poi sono migrati in modo molto organico al modello di Bohr dell'atomo. Questa è la logica scientifica: anche lo scettico più severo non può minarla.

Tutto ciò significa che la soluzione dell'equazione di Schrödinger porta alla fine alla derivazione della sequenza di riempimento dei gusci elettronici e dei sottogusci degli atomi. Questo è il principale vantaggio dell'atomo quantomeccanico rispetto all'atomo di Bohr. E i concetti familiari all'atomo planetario possono essere riconsiderati dal punto di vista della meccanica quantistica. Possiamo dire che un'orbita è un certo insieme di probabili posizioni di un dato elettrone in un atomo. Corrisponde ad una certa funzione d'onda. Nella moderna fisica e chimica atomica invece del termine “orbita” viene utilizzato il termine “orbitale”.

Quindi, l'equazione di Schrödinger è come una bacchetta magica che elimina tutte le carenze contenute nella teoria formale della tavola periodica. Trasforma il "formale" in "fattuale".

In realtà questo è tutt’altro che vero. Perché l'equazione ha una soluzione esatta solo per l'atomo di idrogeno, il più semplice degli atomi. Per l'atomo di elio e quelli successivi è impossibile risolvere con precisione l'equazione di Schrödinger, poiché si sommano le forze di interazione tra gli elettroni. E tenere conto della loro influenza sul risultato finale è un compito matematico di complessità inimmaginabile. È inaccessibile alle capacità umane; solo i computer elettronici ad alta velocità, che eseguono centinaia di migliaia di operazioni al secondo, possono confrontarsi con esso. E anche in questo caso solo a condizione che il programma di calcolo sia sviluppato con numerose semplificazioni e approssimazioni.

In 40 anni, l'elenco degli elementi chimici conosciuti è aumentato di 19. E tutti i 19 elementi sono stati sintetizzati e preparati artificialmente.

La sintesi degli elementi può essere intesa come l'ottenimento da un elemento con carica nucleare minore, numero atomico minore, un elemento con numero atomico maggiore. E il processo di produzione stesso è chiamato reazione nucleare. La sua equazione è scritta allo stesso modo dell'equazione di una normale reazione chimica. Sul lato sinistro ci sono le sostanze reagenti, sul lato destro i prodotti risultanti. I reagenti in una reazione nucleare sono il bersaglio e la particella bombardante.

Il bersaglio può essere quasi qualsiasi elemento della tavola periodica (in forma libera o sotto forma di composto chimico).

Il ruolo delle particelle bombardanti è svolto da particelle a, neutroni, protoni, deuteroni (nuclei dell'isotopo pesante dell'idrogeno), nonché i cosiddetti ioni pesanti a carica multipla di vari elementi: boro, carbonio, azoto, ossigeno, neon, argon e altri elementi della tavola periodica.

Perché avvenga una reazione nucleare, la particella bombardante deve entrare in collisione con il nucleo dell'atomo bersaglio. Se una particella ha un'energia sufficientemente elevata, può penetrare così profondamente nel nucleo da fondersi con esso. Poiché tutte le particelle sopra elencate, tranne il neutrone, portano cariche positive, quando si fondono con il nucleo ne aumentano la carica. E un cambiamento nel valore di Z significa la trasformazione degli elementi: la sintesi di un elemento con un nuovo valore della carica nucleare.

Per trovare un modo per accelerare le particelle bombardanti e fornire loro un'energia elevata, sufficiente per fondersi con i nuclei, è stato inventato e costruito uno speciale acceleratore di particelle: un ciclotrone. Quindi costruirono una fabbrica speciale per i nuovi elementi: un rettore nucleare. Il suo scopo diretto è generare energia nucleare. Ma poiché in esso esistono sempre intensi flussi di neutroni, sono facili da usare per scopi di fusione artificiale. Un neutrone non ha carica e quindi non ha bisogno (ed è impossibile) di essere accelerato. Al contrario, i neutroni lenti risultano più utili di quelli veloci.

I chimici dovettero scervellarsi e mostrare veri e propri miracoli di ingegnosità per sviluppare modi per separare piccole quantità di nuovi elementi dalla sostanza bersaglio. Impara a studiare le proprietà dei nuovi elementi quando erano disponibili solo pochi atomi...

Grazie al lavoro di centinaia e migliaia di scienziati, nella tavola periodica sono state riempite 19 nuove celle. Quattro sono entro i suoi vecchi confini: tra idrogeno e uranio. Quindici - per l'uranio. Ecco come è successo tutto...

4 posti nella tavola periodica sono rimasti vuoti per molto tempo: le celle n. 43, 61, 85 e 87.

Questi 4 elementi erano sfuggenti. Gli sforzi degli scienziati volti a cercarli in natura sono rimasti infruttuosi. Con l'aiuto della legge periodica, tutti gli altri posti nella tavola periodica sono stati occupati molto tempo fa, dall'idrogeno all'uranio.

Più di una volta i resoconti della scoperta di questi quattro elementi sono apparsi su riviste scientifiche. Ma tutte queste scoperte non furono confermate: ogni volta un controllo accurato rivelò che era stato commesso un errore e impurità casuali e insignificanti furono scambiate per un nuovo elemento.

Una ricerca lunga e difficile ha finalmente portato alla scoperta di uno degli elementi sfuggenti della natura. Si è scoperto che l'eccesso n. 87 si verifica nella catena di decadimento dell'isotopo radioattivo naturale dell'uranio-235. È un elemento radioattivo di breve durata.

Riso. 13. Schema di formazione dell'elemento n. 87 – Francia. Alcuni isotopi radioattivi possono decadere in due modi, ad esempio attraverso il decadimento a e b. Questo fenomeno è chiamato forchetta radioattiva. Tutte le famiglie di radioazione naturale contengono forchette.

L'elemento 87 merita di essere discusso più in dettaglio. Ora nelle enciclopedie chimiche leggiamo: il francio (numero di serie 87) fu scoperto nel 1939 dalla scienziata francese Margarita Perey.

Come è riuscito Perey a catturare l'elemento sfuggente? Nel 1914, tre radiochimici austriaci - S. Meyer, W. Hess e F. Paneth - iniziarono a studiare il decadimento radioattivo dell'isotopo dell'attinio con numero di massa 227. Si sapeva che appartiene alla famiglia dell'attinouranio ed emette particelle b; quindi il suo prodotto di degradazione è il torio. Tuttavia, gli scienziati avevano vaghi sospetti che in rari casi l'attinio-227 emettesse anche particelle a. In altre parole, questo è un esempio di forcella radioattiva. Durante una tale trasformazione, dovrebbe formarsi un isotopo dell'elemento 87. Meyer e i suoi colleghi effettivamente osservarono le particelle alfa. Erano necessarie ulteriori ricerche, ma furono interrotte dalla prima guerra mondiale.

Margarita Perey ha seguito lo stesso percorso. Ma aveva a disposizione strumenti più sensibili e metodi di analisi nuovi e migliorati. Ecco perché ha avuto successo.

Il Francio è classificato come un elemento sintetizzato artificialmente. Tuttavia, l'elemento è stato scoperto per la prima volta in natura. Questo è un isotopo del francio-223. La sua emivita è di soli 22 minuti. Diventa chiaro il motivo per cui c'è così poca Francia sulla Terra. In primo luogo, a causa della sua fragilità, non ha il tempo di concentrarsi in quantità evidenti e, in secondo luogo, il processo della sua formazione stesso è caratterizzato da una bassa probabilità: solo l'1,2% dei nuclei di attinio-227 decade con l'emissione di a- particelle.

A questo proposito, è più redditizio preparare artificialmente il francio. Sono già stati ottenuti 20 isotopi del francio e il più longevo di essi è il francio-223. Lavorando con piccolissime quantità di sali di francio, i chimici sono riusciti a dimostrare che le sue proprietà sono estremamente simili al cesio.

Studiando le proprietà dei nuclei atomici, i fisici sono giunti alla conclusione che non possono esistere isotopi stabili per elementi con numeri atomici 43, 61, 85 e 87. Possono solo essere radioattivi, avere un'emivita breve e devono scomparire rapidamente. Pertanto, tutti questi elementi sono stati creati artificialmente dall'uomo. I percorsi per la creazione di nuovi elementi erano indicati dalla legge periodica. L'elemento 43 è stato il primo creato artificialmente.

Il nucleo dell'elemento 43 dovrebbe avere 43 cariche positive e 43 elettroni in orbita attorno al nucleo. Lo spazio vuoto dell'elemento 43, situato a metà del quinto periodo, ha manganese nel quarto periodo e renio nel sesto. Pertanto, le proprietà chimiche dell'elemento 43 dovrebbero essere simili a quelle del manganese e del renio. A sinistra della cella 43 c'è il molibdeno n. 42, a destra c'è il rutenio n. 44. Pertanto, per creare l'elemento 43, è necessario aumentare il numero di cariche nel nucleo di un atomo che ha 42 cariche di una carica elementare in più. Pertanto, per sintetizzare un nuovo elemento 43, è necessario prendere il molibdeno come materiale di partenza. L'elemento più leggero, l'idrogeno, ha una carica positiva. Quindi, ci si può aspettare che l'elemento 43 possa essere ottenuto da una reazione nucleare tra molibdeno e un protone.

Riso. 14. Schema per la sintesi dell'elemento n. 43 – tecnezio.

Le proprietà dell'elemento 43 dovrebbero essere simili a quelle del manganese e del renio e per rilevare e dimostrare la formazione di questo elemento è necessario utilizzare reazioni chimiche simili a quelle con cui i chimici determinano la presenza di piccole quantità di manganese e renio. renio.

È così che la tavola periodica permette di tracciare il percorso per la creazione degli elementi artificiali.

Allo stesso modo, nel 1937, venne creato il primo elemento chimico artificiale. Ha ricevuto il nome significativo di tecnezio, il primo elemento prodotto tecnicamente, artificialmente. Ecco come è stata effettuata la sintesi del tecnezio. La piastra di molibdeno è stata sottoposta ad un intenso bombardamento da parte dei nuclei dell'isotopo pesante dell'idrogeno-deuterio, che sono stati accelerati in un ciclotrone a velocità enorme.

Nuclei pesanti di idrogeno, che ricevevano un'energia molto elevata, penetravano nei nuclei di molibdeno. Dopo l'irradiazione in un ciclotrone, la plastica al molibdeno è stata sciolta in acido. Una quantità insignificante di una nuova sostanza radioattiva è stata isolata dalla soluzione utilizzando le stesse reazioni necessarie per la determinazione analitica del manganese (un analogo dell'elemento 43). Questo era il nuovo elemento: il tecnezio. Corrispondono esattamente alla posizione dell'elemento nella tavola periodica.

Ora il tecnezio è diventato abbastanza accessibile: si forma in quantità abbastanza grandi nei reattori nucleari. Il tecnezio è stato ben studiato ed è già utilizzato nella pratica.

Il metodo con cui è stato creato l'elemento 61 è molto simile al metodo con cui viene prodotto il tecnezio. L'elemento 61 fu isolato solo nel 1945 dagli elementi di frammentazione formatisi in un reattore nucleare a seguito della fissione dell'uranio.

Riso. 15. Schema per la sintesi dell'elemento n. 61 – promezio.

L'elemento ha ricevuto il nome simbolico "promezio". Questo nome non gli è stato dato alla leggera. Simboleggia il percorso drammatico della scienza che ruba l'energia di fissione nucleare dalla natura e padroneggia questa energia (secondo la leggenda, il titano Prometeo rubò il fuoco dal cielo e lo diede alle persone; per questo fu incatenato a una roccia e un'enorme aquila lo tormentò quotidiano), ma mette anche in guardia contro il terribile pericolo della guerra.

Il promezio si ottiene ora in quantità considerevoli: viene utilizzato nelle batterie atomiche, fonti di corrente continua che possono funzionare ininterrottamente per molti anni.

In modo simile fu sintetizzato l'alogeno più pesante, ekaiod, elemento 85. Fu ottenuto inizialmente bombardando il bismuto (n. 83) con nuclei di elio (n. 2), accelerati in un ciclotrone ad alte energie. Il nuovo elemento si chiama astato (instabile). È radioattivo e scompare rapidamente. Anche le sue proprietà chimiche si sono rivelate corrispondenti esattamente alla legge periodica. È simile allo iodio.

Riso. 16. Schema per la sintesi dell'elemento n. 85 – astato.

Gli elementi transuranici sono elementi chimici sintetizzati artificialmente situati nella tavola periodica dopo l'uranio. Quanti altri di essi potranno essere sintetizzati in futuro, nessuno può ancora rispondere con certezza.

L'uranio è stato l'ultimo elemento della serie naturale degli elementi chimici per 70 lunghi anni.

E per tutto questo tempo, gli scienziati erano naturalmente preoccupati per la domanda: esistono in natura elementi più pesanti dell'uranio? Dmitry Ivanovich credeva che se gli elementi di uranio potessero mai essere scoperti nelle viscere della terra, il loro numero dovrebbe essere limitato. Dopo la scoperta della radioattività, l'assenza di tali elementi in natura è stata spiegata dal fatto che la loro emivita è breve e sono tutti decaduti e trasformati in elementi più leggeri molto tempo fa, nelle primissime fasi dell'evoluzione del nostro pianeta . Ma l’uranio, che si rivelò radioattivo, ebbe una vita così lunga che è sopravvissuto fino ai giorni nostri. Perché la natura non potrebbe concedere almeno ai transurani più vicini un tempo altrettanto generoso per esistere? Ci sono stati molti rapporti sulla scoperta di presunti nuovi elementi all'interno del sistema - tra l'idrogeno e l'uranio, ma quasi mai le riviste scientifiche hanno scritto sulla scoperta dei transuranici. Gli scienziati hanno discusso solo del motivo della rottura della tavola periodica sull'uranio.

Solo la fusione nucleare ha permesso di stabilire circostanze interessanti che prima non potevano nemmeno essere sospettate.

I primi studi sulla sintesi di nuovi elementi chimici erano finalizzati alla produzione artificiale di transuranici. Del primo elemento transuranico artificiale si parlava tre anni prima della comparsa del tecnezio. L'evento stimolante fu la scoperta del neutrone. una particella elementare, priva di carica, aveva un enorme potere penetrante, poteva raggiungere il nucleo atomico senza incontrare ostacoli e provocare trasformazioni di vari elementi. I neutroni iniziarono a essere lanciati contro bersagli costituiti da un'ampia varietà di sostanze. Il pioniere della ricerca in questo settore è stato l'eccezionale fisico italiano E. Fermi.

L'uranio irradiato con neutroni ha mostrato un'attività sconosciuta con una breve emivita. L'uranio-238, dopo aver assorbito un neutrone, si trasforma in un isotopo sconosciuto dell'elemento uranio-239, che è b-radioattivo e dovrebbe trasformarsi in un isotopo di un elemento con numero atomico 93. Una conclusione simile è stata fatta da E. Fermi e i suoi colleghi.

In effetti, ci sono voluti molti sforzi per dimostrare che l'attività sconosciuta corrispondesse effettivamente al primo elemento transuranico. Le operazioni chimiche hanno portato alla conclusione: il nuovo elemento ha proprietà simili al manganese, cioè appartiene al sottogruppo VII b. Questo argomento si rivelò impressionante: a quel tempo (negli anni '30) quasi tutti i chimici credevano che se esistessero elementi transuranici, almeno il primo di essi sarebbe stato simile D-elementi di periodi precedenti. Questo fu un errore che senza dubbio influì sulla storia della scoperta degli elementi più pesanti dell'uranio.

In breve, nel 1934, E. Fermi annunciò con sicurezza la sintesi non solo dell'elemento 93, al quale diede il nome di “ausonio”, ma anche del suo vicino destro nella tavola periodica, “hesperia” (n. 94). Quest'ultimo era un prodotto del decadimento b dell'ausonio:

Ci sono stati scienziati che hanno “tirato” ulteriormente questa catena. Tra questi: i ricercatori tedeschi O. Hahn, L. Meitner e F. Strassmann. Già nel 1937 si parlava dell’elemento n. 97 come di qualcosa di reale:

Ma nessuno dei nuovi elementi è stato ottenuto in quantità apprezzabili o isolato in forma libera. La loro sintesi è stata giudicata da vari segni indiretti.

Alla fine, si è scoperto che tutte queste sostanze effimere, prese per elementi transuranici, sono in realtà elementi appartenenti ... al centro della tavola periodica, cioè isotopi radioattivi artificiali di elementi chimici noti da tempo. Ciò divenne chiaro quando il 22 dicembre 1938 O. Hahn e F. Strassmann fecero una delle più grandi scoperte del XX secolo. – scoperta della fissione dell'uranio sotto l'influenza di neutroni lenti. Gli scienziati hanno stabilito inconfutabilmente che l'uranio irradiato con neutroni contiene isotopi di bario e lantanio. Potrebbero formarsi solo presupponendo che i neutroni sembrino spezzare i nuclei di uranio in numerosi frammenti più piccoli.

Il meccanismo della fissione è stato spiegato da L. Meitner e O. Frisch. Esisteva già il cosiddetto modello a goccia del nucleo: il nucleo atomico divenne come una goccia di liquido. Se a una goccia viene data abbastanza energia ed eccitata, può dividersi in gocce più piccole. Allo stesso modo, un nucleo portato in uno stato eccitato da un neutrone può disintegrarsi e dividersi in parti più piccole: i nuclei degli atomi di elementi più leggeri.

Nel 1940, gli scienziati sovietici G.N. Flerov e K.A. Petrzhak dimostrarono che la fissione dell'uranio può avvenire spontaneamente. Fu così scoperto un nuovo tipo di trasformazione radioattiva riscontrabile in natura, la fissione spontanea dell'uranio. Questa è stata una scoperta estremamente importante.

Tuttavia è sbagliato dichiarare erronea la ricerca sui transurani condotta negli anni ’30.

L'uranio ha due principali isotopi naturali: l'uranio-238 (significativamente predominante) e l'uranio-235. Il secondo viene fissione principalmente sotto l'influenza di neutroni lenti, mentre il primo, assorbendo un neutrone, si trasforma solo in un isotopo più pesante: l'uranio-239, e questo assorbimento è tanto più intenso quanto più veloci sono i neutroni che bombardano. Pertanto, nei primi tentativi di sintetizzare i transuranici, l'effetto della moderazione dei neutroni portò al fatto che quando un bersaglio costituito da uranio naturale contenente e fu “sparato”, prevalse il processo di fissione.

Ma l'uranio-238, che assorbiva un neutrone, era destinato a dare origine alla catena di formazione degli elementi transuranici. Era necessario trovare un modo affidabile per intrappolare gli atomi dell'elemento 93 in un complesso pasticcio di frammenti di fissione. Relativamente più piccoli in massa, questi frammenti durante il bombardamento dell'uranio avrebbero dovuto volare per distanze maggiori (avere un percorso più lungo) rispetto agli atomi molto massicci dell'elemento 93.

Il fisico americano E. MacMillan, che ha lavorato presso l'Università della California, ha basato i suoi esperimenti su queste considerazioni. Nella primavera del 1939 iniziò a studiare attentamente la distribuzione dei frammenti di fissione dell'uranio lungo le lunghezze dei percorsi. Riuscì a separare una piccola porzione di frammenti con un piccolo raggio. Fu in questa zona che scoprì tracce di una sostanza radioattiva con un tempo di dimezzamento di 2,3 giorni e un'elevata intensità di radiazione. Tale attività non è stata osservata in altre frazioni di frammenti. McMillan è riuscito a dimostrare che questa sostanza X è un prodotto di decadimento dell'isotopo uranio-239:

Il chimico F. Ableson si unì al lavoro. Si è scoperto che una sostanza radioattiva con un tempo di dimezzamento di 2,3 giorni può essere separata chimicamente dall'uranio e dal torio e non ha nulla a che fare con il renio. Pertanto l'ipotesi che l'elemento 93 dovesse essere ekarenium è crollata.

La riuscita sintesi del nettunio (il nuovo elemento prese il nome dal pianeta del sistema solare) fu annunciata dalla rivista americana "Physical Review" all'inizio del 1940. Iniziò così l'era della sintesi degli elementi transuranici, che si rivelò molto importante per l'ulteriore sviluppo della dottrina della periodicità di Mendeleev.

Riso. 17. Schema per la sintesi dell'elemento n. 93 - nettunio.

Anche i periodi degli isotopi più longevi degli elementi transuranici, di regola, sono significativamente più brevi dell'età della Terra, e quindi la loro esistenza in natura è attualmente praticamente esclusa. Pertanto, la ragione dell'interruzione della serie naturale degli elementi chimici sull'uranio - l'elemento 92 è chiara.

Il nettunio fu seguito dal plutonio. È stato sintetizzato da una reazione nucleare:

inverno 1940 – 1941 Lo scienziato americano G. Seaborg e i suoi colleghi (diversi nuovi elementi transuranici furono successivamente sintetizzati nel laboratorio di G. Seaborg). Ma si scoprì che l'isotopo più importante del plutonio aveva un tempo di dimezzamento di 24.360 anni. Inoltre, la fissione del plutonio-239 è molto più intensa sotto l'influenza dei neutroni lenti rispetto a quella

Riso. 18. Schema per la sintesi dell'elemento n. 94 - plutonio.

Negli anni '40 furono sintetizzati altri tre elementi più pesanti dell'uranio: americio (in onore dell'America), curio (in onore di M. e P. Curie) e berkelio (in onore di Berkeley in California). L'obiettivo nei reattori nucleari era il plutonio-239, bombardato da neutroni e particelle α, e l'americio (la sua irradiazione portò alla sintesi del berkelio):

.

Anni '50 iniziò con la sintesi del californio (n. 98). È stato ottenuto quando l'isotopo a lunga vita curio-242 è stato accumulato in quantità significative e da esso è stato ricavato un obiettivo. Reazione nucleare: ha portato alla sintesi di un nuovo elemento 98.

Per spostarsi verso gli elementi 99 e 100, bisognava fare attenzione ad accumulare pesi di berkelio e californio. Il bombardamento di bersagli ricavati da essi con particelle a ha fornito le basi per sintetizzare nuovi elementi. Ma l'emivita (ore e minuti) degli isotopi sintetizzati degli elementi 97 e 98 era troppo breve e questo si rivelò un ostacolo al loro accumulo nelle quantità richieste. È stato proposto anche un altro modo: l'irradiazione a lungo termine del plutonio con un intenso flusso di neutroni. Ma bisognerebbe attendere i risultati per molti anni (per ottenere uno degli isotopi del berkelio nella sua forma pura, il bersaglio del plutonio è stato irradiato per 6 anni!). C'era solo un modo per ridurre significativamente il tempo di sintesi: aumentare drasticamente la potenza del fascio di neutroni. Ciò si è rivelato impossibile nei laboratori.

Un'esplosione termonucleare è venuta in soccorso. Il 1° novembre 1952 gli americani fecero esplodere un ordigno termonucleare sull'atollo di Eniwetak nell'Oceano Pacifico. Diverse centinaia di chilogrammi di terreno furono raccolti dal luogo dell'esplosione e furono esaminati dei campioni. Di conseguenza, è stato possibile scoprire gli isotopi degli elementi 99 e 100, chiamati rispettivamente einsteinio (in onore di A. Einstein) e fermio (in onore di E. Fermi).

Il flusso di neutroni generato durante l'esplosione si è rivelato molto potente tanto che i nuclei di uranio-238 sono stati in grado di assorbire un gran numero di neutroni in un periodo di tempo molto breve. Questi isotopi superpesanti dell'uranio, come risultato di catene di decadimenti successivi, si sono trasformati in isotopi di einsteinio e fermio (Figura 19).

Riso. 19. Schema di sintesi degli elementi n. 99 – einsteinio e n. 100 – fermio.

Mendeleevio è il nome dato all'elemento chimico n. 101, sintetizzato dai fisici americani guidati da G. Seaborg nel 1955. Gli autori della sintesi chiamarono il nuovo elemento “in onore dei meriti del grande chimico russo, che fu il primo a utilizzare il sistema periodico per prevedere le proprietà degli elementi chimici non ancora scoperti. Gli scienziati sono riusciti ad accumulare abbastanza einsteinio per prepararne un bersaglio (la quantità di einsteinio è stata misurata in un miliardo di atomi); Irradiandolo con particelle a è stato possibile calcolare la sintesi dei nuclei dell'elemento 101 (Figura 20):

Riso. 20. Schema per la sintesi dell'elemento n. 101 - mendeleevio.

L'emivita dell'isotopo risultante si è rivelata molto più lunga di quanto si aspettassero i teorici. E sebbene come risultato della sintesi siano stati ottenuti solo pochi atomi di mendeleevio, si è rivelato possibile studiarne le proprietà chimiche utilizzando gli stessi metodi utilizzati per i precedenti transuranici.

Una degna valutazione della legge periodica è stata data da William Razmay, il quale ha sostenuto che la legge periodica è una vera bussola per i ricercatori.

Passarono parecchi anni dalla sua morte e il sistema Mendeleev divenne l'anello più importante nella nostra conoscenza del mondo in cui viviamo, dell'evoluzione della materia nell'universo, a partire da Mendeleev nelle sue scoperte scientifiche, e soprattutto nella scoperta della la legge periodica, in realtà applicava il metodo dialettico dei fenomeni di conoscenza della natura, in relazione al quale fu molto elogiato da Friedrich Engels, il quale, valutando la legge periodica, notò che lo scienziato, sebbene inconsciamente applicasse la legge di Hegel sulla transizione della quantità in qualità, ha comunque compiuto un’impresa scientifica”.

È impossibile studiare la chimica se non sulla base di questa legge onnipresente. Come sarebbe ridicolo un libro di chimica senza la tavola periodica! Devi capire come i diversi elementi sono correlati tra loro e perché sono così collegati. Solo allora la tavola periodica si rivelerà un ricco deposito di informazioni sulle proprietà degli elementi e dei loro composti, un deposito con cui ben poco può essere paragonato.

Un chimico esperto, semplicemente osservando il posto occupato da un qualsiasi elemento in un sistema, può dire molto al riguardo: se l'elemento è un metallo o un non metallo; se forma o meno composti con gli idruri di idrogeno; quali ossidi sono caratteristici di questo elemento; quali valenze può esibire quando entra nei composti chimici; quali composti di questo elemento saranno stabili e quali, al contrario, saranno fragili; Da quali composti e in che modo è più conveniente e redditizio ottenere questo elemento in forma libera. E se un chimico è in grado di estrarre tutte queste informazioni dalla tavola periodica, significa che l'ha padroneggiata bene.

La tavola periodica è la base per ottenere nuovi materiali e sostanze con proprietà nuove, insolite, predeterminate, sostanze sconosciute alla natura. Ora vengono creati in grandi quantità. È diventato anche un filo conduttore per la sintesi di materiali semiconduttori. Usando molti esempi, gli scienziati hanno scoperto che i composti di elementi che occupano determinati posti nella tavola periodica (principalmente nei gruppi III – V) hanno o dovrebbero avere le migliori proprietà dei semiconduttori.

È impossibile porsi il compito di ottenere nuove leghe ignorando la tavola periodica. Dopotutto, la struttura e le proprietà delle leghe sono determinate dalla posizione dei metalli nella tabella. Attualmente si conoscono migliaia di leghe diverse.

Forse in ogni branca della chimica moderna si può notare un riflesso della legge periodica. Ma non sono solo i chimici a chinare il capo davanti alla sua grandezza. Nel difficile e affascinante compito di sintetizzare nuovi elementi è impossibile fare a meno della legge periodica. Nelle stelle si verifica un gigantesco processo naturale di sintesi di elementi chimici. Gli scienziati chiamano questo processo nucleosintesi.

Finora, gli scienziati non hanno idea in quali modi esatti, a seguito di quali successive reazioni nucleari, si siano formati gli elementi chimici a noi noti. Esistono molte ipotesi sulla nucleosintesi, ma non esiste ancora una teoria completa. Ma possiamo affermare con sicurezza che anche le ipotesi più timide sui percorsi di origine degli elementi sarebbero impossibili senza tener conto della disposizione sequenziale degli elementi nella tavola periodica. Le leggi della periodicità nucleare, della struttura e delle proprietà dei nuclei atomici sono alla base di varie reazioni di nucleosintesi.

Ci vorrebbe molto tempo per elencare quelle aree della conoscenza e della pratica umana in cui la Grande Legge e il sistema degli elementi svolgono un ruolo importante. E, a dire il vero, non immaginiamo nemmeno l’intera portata della dottrina della periodicità di Mendeleev. Molte volte mostrerà agli scienziati le sue sfaccettature inaspettate.

Mendeleev è senza dubbio uno dei più grandi chimici del mondo. Sebbene siano passati più di cento anni dalla sua legge, nessuno sa quando l’intero contenuto della famosa tavola periodica sarà pienamente compreso.

Riso. 21. Foto di Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Riso. 22. Società chimica russa sotto la presidenza

1. Petryanov I.V., Trifonov D.N. “La Grande Legge”

Mosca, “Pedagogia”, 1984

2. Kedrov B. M. "Previsioni di D. I. Mendeleev nell'atomismo"

Mosca, Atomizdat, 1977

3. Agafoshin N. P. “Legge periodica e il sistema periodico di elementi di D. I. Mendeleev” Mosca, “Illuminismo”, 1973

4. "D. I. Mendeleev nelle memorie dei suoi contemporanei" Mosca, "Atomizdat", 1973.

5. Libro di consultazione biografico di Volkov V. A. “Chimici eccezionali del mondo” Mosca, “Scuola superiore”, 1991

6. Bogolyubova L.N. “Biografie di grandi chimici” Mosca, “Illuminismo”, 1997

7. Ivanova L. F., Egorova E. N. enciclopedia desktop “Tutto su tutto” Mosca, “Mnemosyne”, 2001

8. Summ L.B. enciclopedia per bambini “Esploro il mondo. Chimica" Mosca, "Olimpo", 1998

Tutto il materiale che ci circonda in natura, siano essi oggetti spaziali, oggetti terreni ordinari o organismi viventi, è costituito da sostanze. Ne esistono molte varietà. Già nell'antichità gli uomini notarono che erano in grado non solo di modificare il proprio stato fisico, ma anche di trasformarsi in altre sostanze dotate di proprietà diverse rispetto a quelle originarie. Ma le persone non hanno capito immediatamente le leggi secondo le quali avvengono tali trasformazioni della materia. Per fare ciò era necessario individuare correttamente la base della sostanza e classificare gli elementi esistenti in natura. Ciò divenne possibile solo a metà del XIX secolo con la scoperta della legge periodica. La storia della sua creazione D.I. I Mendeleev furono preceduti da molti anni di lavoro e la formazione di questo tipo di conoscenza fu facilitata dall'esperienza secolare di tutta l'umanità.

Quando furono gettate le basi della chimica?

Gli artigiani dei tempi antichi avevano molto successo nel fondere e fondere vari metalli, conoscendo molti segreti della loro trasmutazione. Trasmisero la loro conoscenza ed esperienza ai loro discendenti, che li utilizzarono fino al Medioevo. Si credeva che fosse del tutto possibile trasformare i metalli vili in metalli preziosi, che, in effetti, era il compito principale dei chimici fino al XVI secolo. In sostanza, tale idea conteneva anche le idee filosofiche e mistiche degli antichi scienziati greci secondo cui tutta la materia è costruita da alcuni "elementi primari" che possono essere trasformati l'uno nell'altro. Nonostante l'apparente primitività di questo approccio, esso ha avuto un ruolo nella storia della scoperta della legge periodica.

Panacea e tintura bianca

Alla ricerca del principio fondamentale, gli alchimisti credevano fermamente nell'esistenza di due sostanze fantastiche. Uno di questi era la leggendaria pietra filosofale, chiamata anche elisir di lunga vita o panacea. Si credeva che un tale rimedio non fosse solo un modo sicuro per trasformare mercurio, piombo, argento e altre sostanze in oro, ma servisse anche come una miracolosa medicina universale che guariva qualsiasi malattia umana. Un altro elemento, chiamato tintura bianca, non era così efficace, ma era dotato della capacità di convertire altre sostanze in argento.

Raccontando i retroscena della scoperta della legge periodica, è impossibile non citare le conoscenze accumulate dagli alchimisti. Personificavano un esempio di pensiero simbolico. I rappresentanti di questa scienza semi-mistica hanno creato un certo modello chimico del mondo e dei processi che si verificano in esso a livello cosmico. Cercando di comprendere l'essenza di ogni cosa, registrarono minuziosamente le tecniche di laboratorio, le attrezzature e le informazioni sulla vetreria chimica, con grande scrupolosità e diligenza nel trasmettere la loro esperienza a colleghi e discendenti.

Necessità di classificazione

Nel 19 ° secolo furono accumulate informazioni sufficienti su un'ampia varietà di elementi chimici, il che diede origine al naturale bisogno e desiderio degli scienziati di sistematizzarli. Ma per effettuare una tale classificazione erano necessari ulteriori dati sperimentali, nonché una conoscenza non mistica, ma reale sulla struttura delle sostanze e sull'essenza delle basi della struttura della materia, che ancora non esisteva. Inoltre, le informazioni disponibili sul significato delle masse atomiche degli elementi chimici allora conosciuti, sulla base delle quali è stata effettuata la sistematizzazione, non erano particolarmente accurate.

Ma i tentativi di classificazione tra gli scienziati naturali sono stati fatti ripetutamente molto prima della comprensione della vera essenza delle cose, che ora costituisce la base della scienza moderna. E molti scienziati hanno lavorato in questa direzione. Descrivendo brevemente i prerequisiti per la scoperta della legge periodica di Mendeleev, vale la pena menzionare esempi di tali combinazioni di elementi.

Triadi

Gli scienziati di quei tempi ritenevano che le proprietà esibite da un'ampia varietà di sostanze dipendessero senza dubbio dalla grandezza delle loro masse atomiche. Rendendosi conto di ciò, il chimico tedesco Johann Döbereiner propose il proprio sistema di classificazione degli elementi che costituiscono la base della materia. Ciò accadde nel 1829. E questo evento fu un progresso piuttosto serio nella scienza per quel periodo del suo sviluppo, nonché una tappa importante nella storia della scoperta della legge periodica. Döbereiner unì elementi conosciuti in comunità, dando loro il nome "triade". Secondo il sistema esistente, la massa degli elementi esterni era pari alla media della somma delle masse atomiche del membro del gruppo che si trovava tra di loro.

Tentativi di espandere i confini delle triadi

C'erano abbastanza carenze nel citato sistema Döbereiner. Ad esempio, nella catena del bario, dello stronzio e del calcio non c'era magnesio, simile per struttura e proprietà. E nella comunità del tellurio, del selenio e dello zolfo non c'era abbastanza ossigeno. Anche molte altre sostanze simili non possono essere classificate secondo il sistema della triade.

Molti altri chimici tentarono di sviluppare queste idee. In particolare, lo scienziato tedesco Leopold Gmelin cercò di ampliare il quadro “stretto”, ampliando i gruppi di elementi classificati, distribuendoli in ordine di pesi equivalenti ed elettronegatività degli elementi. Le sue strutture formavano non solo triadi, ma anche tetradi e pentadi, ma il chimico tedesco non riuscì mai a cogliere l'essenza della legge periodica.

Spirale di Chancourtois

Uno schema ancora più complesso per la costruzione degli elementi fu inventato da Alexandre de Chancourtois. Li pose su un piano arrotolato a forma di cilindro, distribuendoli verticalmente con un'inclinazione di 45° in ordine crescente di massa atomica. Come previsto, le sostanze con proprietà simili avrebbero dovuto essere posizionate lungo linee parallele all'asse di una data figura geometrica volumetrica.

Ma in realtà, la classificazione ideale non ha funzionato, poiché a volte elementi completamente indipendenti cadevano in un'unica verticale. Ad esempio, accanto ai metalli alcalini, il manganese si è rivelato avere un comportamento chimico completamente diverso. E la stessa "compagnia" comprendeva zolfo, ossigeno e l'elemento titanio, che non è affatto simile a loro. Tuttavia, anche uno schema simile ha dato il suo contributo, occupando il suo posto nella storia della scoperta della legge periodica.

Altri tentativi di creare classificazioni

Seguendo quelli descritti, John Newlands propose il proprio sistema di classificazione, notando che ogni ottavo membro della serie risultante mostra somiglianze nelle proprietà degli elementi disposti in accordo con l'aumento della massa atomica. Allo scienziato venne in mente di confrontare il modello scoperto con la struttura della disposizione delle ottave musicali. Allo stesso tempo, ha assegnato a ciascuno degli elementi un proprio numero di serie, disponendoli in file orizzontali. Ma ancora una volta un tale schema non si è rivelato ideale ed è stato valutato con molto scetticismo negli ambienti scientifici.

Dal 1964 al 1970 anche le tabelle che organizzano gli elementi chimici furono create da Odling e Meyer. Ma anche questi tentativi avevano i loro inconvenienti. Tutto ciò avvenne alla vigilia della scoperta della legge periodica da parte di Mendeleev. E alcuni lavori con tentativi di classificazione imperfetti furono pubblicati anche dopo la presentazione al mondo della tabella che usiamo ancora oggi.

Biografia di Mendeleev

Il brillante scienziato russo nacque nella città di Tobolsk nel 1834 nella famiglia di un direttore di palestra. Oltre a lui, nella casa c'erano altri sedici fratelli e sorelle. Non privato dell'attenzione, in quanto il più giovane dei bambini, Dmitry Ivanovich fin dalla tenera età ha stupito tutti con le sue straordinarie capacità. I suoi genitori, nonostante le difficoltà, si sforzarono di dargli la migliore educazione. Così, Mendeleev si diplomò prima al ginnasio di Tobolsk, e poi all'Istituto pedagogico della capitale, pur mantenendo nella sua anima un profondo interesse per la scienza. E non solo alla chimica, ma anche alla fisica, alla meteorologia, alla geologia, alla tecnologia, alla costruzione di strumenti, all'aeronautica e altre.

Ben presto Mendeleev difese la sua tesi e divenne professore associato all'Università di San Pietroburgo, dove tenne lezioni di chimica organica. Nel 1865 presentò ai suoi colleghi la sua tesi di dottorato sul tema “Sulla combinazione dell’alcol con l’acqua”. L'anno in cui fu scoperta la legge periodica era il 1969. Ma questo risultato fu preceduto da 14 anni di duro lavoro.

Della grande scoperta

Tenendo conto degli errori, delle imprecisioni e dell'esperienza positiva dei suoi colleghi, Dmitry Ivanovich è riuscito a sistematizzare gli elementi chimici nel modo più conveniente. Notò anche la dipendenza periodica delle proprietà dei composti e delle sostanze semplici, la loro forma dal valore delle masse atomiche, che è affermata nella formulazione della legge periodica data da Mendeleev.

Ma tali idee progressiste, sfortunatamente, non hanno trovato immediatamente una risposta anche nel cuore degli scienziati russi, che hanno accettato questa innovazione con molta cautela. E tra le figure della scienza straniera, soprattutto in Inghilterra e Germania, la legge di Mendeleev trovò i suoi più ardenti oppositori. Ma ben presto la situazione cambiò. Qual è stata la ragione? Il brillante coraggio del grande scienziato russo qualche tempo dopo apparve al mondo come prova della sua brillante capacità di lungimiranza scientifica.

Nuovi elementi in chimica

La scoperta della legge periodica e della struttura della tavola periodica da lui creata ha permesso non solo di sistematizzare le sostanze, ma anche di fare una serie di previsioni sulla presenza in natura di molti elementi allora sconosciuti. Ecco perché Mendeleev riuscì a mettere in pratica ciò che altri scienziati prima di lui non erano riusciti a fare.

Passarono solo cinque anni e le ipotesi cominciarono a essere confermate. Il francese Lecoq de Boisbaudran scoprì un nuovo metallo, a cui diede il nome di gallio. Le sue proprietà si sono rivelate molto simili all'eka-alluminio previsto in teoria da Mendeleev. Avendo saputo questo, i rappresentanti del mondo scientifico di quei tempi rimasero sbalorditi. Ma i fatti sorprendenti non finiscono qui. Poi lo svedese Nilsson scoprì lo scandio, il cui ipotetico analogo si rivelò essere ekabor. E il gemello dell'eca-silicio era il germanio, scoperto da Winkler. Da allora, la legge di Mendeleev cominciò a prendere piede e ad acquisire sempre più nuovi sostenitori.

Nuovi fatti di brillante lungimiranza

Il creatore fu così affascinato dalla bellezza della sua idea che si assunse la responsabilità di fare alcune ipotesi, la cui validità fu successivamente confermata in modo brillante da scoperte scientifiche pratiche. Ad esempio, Mendeleev ha disposto nella sua tabella alcune sostanze per nulla in accordo con l'aumento delle masse atomiche. Prevedeva che la periodicità in un senso più profondo si osserva non solo in relazione all'aumento del peso atomico degli elementi, ma anche per un altro motivo. Il grande scienziato intuì che la massa di un elemento dipende dalla quantità di alcune particelle più elementari nella sua struttura.

Pertanto, la legge periodica in qualche modo ha spinto i rappresentanti della scienza a pensare ai componenti dell'atomo. E gli scienziati del prossimo XX secolo - il secolo delle grandiose scoperte - furono ripetutamente convinti che le proprietà degli elementi dipendessero dall'entità delle cariche dei nuclei atomici e dalla struttura del suo guscio elettronico.

Diritto periodico e modernità

La tavola periodica, pur rimanendo invariata nel suo nucleo, è stata successivamente integrata e modificata più volte. Ha formato il cosiddetto gruppo zero di elementi, che include gas inerti. Anche il problema del posizionamento degli elementi delle terre rare è stato risolto con successo. Ma nonostante le aggiunte, è difficile sopravvalutare l’importanza della scoperta della legge periodica di Mendeleev nella sua versione originale.

Successivamente, con il fenomeno della radioattività, furono pienamente comprese le ragioni del successo di tale sistematizzazione, nonché la periodicità delle proprietà degli elementi delle varie sostanze. Ben presto anche gli isotopi degli elementi radioattivi trovarono il loro posto in questa tabella. La base per la classificazione di numerosi membri della cellula era il numero atomico. E a metà del 20 ° secolo, la sequenza della disposizione degli elementi nella tabella fu finalmente giustificata, a seconda del riempimento degli orbitali degli atomi con elettroni che si muovevano a velocità enorme attorno al nucleo.