Mendeleevs periodiske lov, essensen og historien til oppdagelsen. Historien om oppdagelsen av den periodiske loven Historien om oppdagelsen av det periodiske system

Her vil leseren finne informasjon om en av de viktigste lovene som noen gang er oppdaget av mennesket i det vitenskapelige feltet - den periodiske loven til Dmitry Ivanovich Mendeleev. Du vil bli kjent med dens betydning og innflytelse på kjemi; de generelle bestemmelsene, egenskapene og detaljene til den periodiske loven, historien til oppdagelsen og hovedbestemmelsene vil bli vurdert.

Hva er periodisk lov

Den periodiske loven er en naturlov av grunnleggende natur, som først ble oppdaget av D.I. Mendeleev tilbake i 1869, og selve oppdagelsen skjedde gjennom en sammenligning av egenskapene til noen kjemiske elementer og atommasseverdiene kjent på den tiden.

Mendeleev hevdet at i henhold til hans lov er enkle og komplekse legemer og forskjellige sammensetninger av grunnstoffer avhengig av deres periodiske typeavhengighet og av vekten av atomet deres.

Den periodiske loven er unik i sitt slag, og dette skyldes det faktum at den ikke uttrykkes ved matematiske ligninger, i motsetning til andre grunnleggende natur- og universets lover. Grafisk finner den sitt uttrykk i det periodiske systemet for kjemiske elementer.

Oppdagelseshistorie

Oppdagelsen av den periodiske loven skjedde i 1869, men forsøk på å systematisere alle kjente x-te elementer begynte lenge før det.

Det første forsøket på å lage et slikt system ble gjort av I. V. Debereiner i 1829. Han klassifiserte alle de kjemiske grunnstoffene han kjente til i triader, relatert til hverandre ved nærhet til halvparten av summen av atommassene inkludert i denne gruppen av tre komponenter . Etter Debereiner ble det forsøkt å lage en unik tabell for klassifisering av elementer av A. de Chancourtois; han kalte systemet sitt den "jordiske spiralen", og etter ham ble Newlands-oktaven kompilert av John Newlands. I 1864, nesten samtidig, publiserte William Olding og Lothar Meyer tabeller laget uavhengig av hverandre.

Den periodiske loven ble presentert for det vitenskapelige miljøet for gjennomgang 8. mars 1869, og dette skjedde under et møte i det russiske samfunnet. Dmitry Ivanovich Mendeleev kunngjorde sin oppdagelse foran alle, og samme år ble Mendeleevs lærebok "Fundamentals of Chemistry" utgitt, hvor det periodiske systemet laget av ham ble vist for første gang. Et år senere, i 1870, skrev han en artikkel og sendte den inn til Russian Chemical Society, hvor konseptet med den periodiske loven først ble brukt. I 1871 ga Mendeleev en omfattende beskrivelse av konseptet sitt i sin berømte artikkel om den periodiske loven om kjemiske elementer.

Uvurderlig bidrag til utviklingen av kjemi

Betydningen av den periodiske loven er utrolig stor for det vitenskapelige miljøet rundt om i verden. Dette skyldes det faktum at oppdagelsen ga en kraftig drivkraft til utviklingen av både kjemi og annen naturvitenskap, for eksempel fysikk og biologi. Forholdet mellom grunnstoffer og deres kvalitative kjemiske og fysiske egenskaper var åpent; dette gjorde det også mulig å forstå essensen av konstruksjonen av alle elementer etter ett prinsipp og ga opphav til den moderne formuleringen av begreper om kjemiske elementer, for å konkretisere kunnskapen av stoffer med kompleks og enkel struktur.

Bruken av den periodiske loven gjorde det mulig å løse problemet med kjemisk prognose og bestemme årsaken til oppførselen til kjente kjemiske elementer. Atomfysikk, inkludert kjernekraft, ble mulig som et resultat av denne samme loven. På sin side gjorde disse vitenskapene det mulig å utvide horisonten til essensen av denne loven og utdype dens forståelse.

Kjemiske egenskaper til elementer i det periodiske systemet

I hovedsak er kjemiske elementer forbundet med egenskapene som er iboende i dem i tilstanden til et fritt atom eller ion, solvatisert eller hydratisert, i en enkel substans og formen som deres mange forbindelser kan danne. Imidlertid består disse egenskapene vanligvis av to fenomener: egenskaper karakteristiske for et atom i fri tilstand og for et enkelt stoff. Det finnes mange typer egenskaper av denne typen, men de viktigste er:

1. Atomisk ionisering og dets energi, avhengig av elementets plassering i tabellen, dets ordningsnummer.
2. Energiaffiniteten til et atom og et elektron, som i likhet med atomisk ionisering avhenger av elementets plassering i det periodiske system.
3. Elektronegativiteten til et atom, som ikke har en konstant verdi, men kan endre seg avhengig av ulike faktorer.
4. Radius av atomer og ioner - her brukes som regel empiriske data, som er assosiert med bølgenaturen til elektroner i bevegelsestilstand.
5. Atomisering av enkle stoffer - en beskrivelse av reaktivitetsevnene til et element.
6. Oksidasjonstilstander er en formell egenskap, men de fremstår som en av de viktigste egenskapene til et grunnstoff.
7. Oksidasjonspotensial for enkle stoffer er en måling og indikasjon på potensialet til et stoff til å virke i vandige løsninger, samt nivået av manifestasjon av redoksegenskaper.

Periodisitet av interne og sekundære type elementer

Den periodiske loven gir en forståelse av en annen viktig komponent i naturen - intern og sekundær periodisitet. De ovennevnte områdene for å studere atomegenskaper er faktisk mye mer komplekse enn man skulle tro. Dette skyldes det faktum at elementene s, p, d i tabellen endrer sine kvalitative egenskaper avhengig av deres plassering i perioden (intern periodisitet) og gruppe (sekundær periodisitet). For eksempel er den interne prosessen med overgang av element s fra den første gruppen til den åttende til p-elementet ledsaget av minimums- og maksimumspunkter på kurven til energilinjen til det ioniserte atomet. Dette fenomenet viser den indre ustabiliteten til periodisiteten til endringer i egenskapene til et atom i henhold til dets posisjon i perioden.

Resultater

Nå har leseren en klar forståelse og definisjon av hva Mendeleevs periodiske lov er, innser dens betydning for mennesket og utviklingen av ulike vitenskaper, og har en ide om dens moderne bestemmelser og historien til dens oppdagelse.

Mendeleev-familien bodde i et hus på den bratte, høye bredden av Tobol-elven i Tobolsk, og den fremtidige vitenskapsmannen ble født her. På den tiden tjenestegjorde mange desemberister i eksil i Tobolsk: Annenkov, Baryatinsky, Wolf, Kuchelbecker, Fonwiesen og andre... De smittet de rundt seg med sitt mot og harde arbeid. De ble ikke knust av fengsel, hardt arbeid eller eksil. Mitya Mendeleev så slike mennesker. I kommunikasjon med dem ble hans kjærlighet til moderlandet og ansvaret for dets fremtid dannet. Mendeleev-familien hadde vennlige og familiære forhold til Decembrists. D. I. Mendeleev skrev: "... ærverdige og respekterte Decembrists bodde her: Fonvizen, Annenkov, Muravyov, nær familien vår, spesielt etter at en av Decembrists, Nikolai Vasilyevich Basargin, giftet seg med min søster Olga Ivanovna... Decembrist-familier , i de dager ga de Tobolsk livet et spesielt avtrykk og utstyrte det med en sekulær oppdragelse. Legenden om dem lever fortsatt i Tobolsk.»

I en alder av 15 ble Dmitry Ivanovich uteksaminert fra videregående. Hans mor Maria Dmitrievna gjorde mye arbeid for å sikre at den unge mannen fortsatte utdannelsen.

Ris. 4. Mor til D.I. Mendeleev - Maria Dmitrievna.

Mendeleev prøvde å komme inn på det medisinsk-kirurgiske akademiet i St. Petersburg. Imidlertid viste anatomien seg å være utenfor styrken til den påvirkelige unge mannen, så Mendeleev måtte endre medisin til pedagogikk. I 1850 gikk han inn på Main Pedagogical Institute, hvor faren en gang studerte. Bare her følte Mendeleev en smak for læring og ble snart en av de beste.

I en alder av 21 besto Mendeleev opptaksprøvene strålende. Dmitrij Mendelejevs studier i St. Petersburg ved Pedagogisk Institutt var ikke lette i begynnelsen. Det første året klarte han å få utilfredsstillende karakterer i alle fag unntatt matematikk. Men i seniorårene gikk ting annerledes - Mendeleevs gjennomsnittlige årlige karakter var fire og en halv (av fem mulige).

Avhandlingen hans om fenomenet isomorfisme ble anerkjent som en kandidatavhandling. En talentfull student i 1855. ble utnevnt til lærer ved Richelieu gymnasium i Odessa. Her forberedte han sitt andre vitenskapelige arbeid - "Spesifikke volumer". Dette arbeidet ble presentert som en masteroppgave. I 1857 Etter å ha forsvart det, fikk Mendeleev tittelen Master of Chemistry og ble privat adjunkt ved St. Petersburg University, hvor han foreleste om organisk kjemi. I 1859 ble han sendt til utlandet.

Mendeleev tilbrakte to år ved forskjellige universiteter i Frankrike og Tyskland, men det mest produktive var hans avhandlingsarbeid i Heidelberg med datidens ledende vitenskapsmenn, Bunsen og Kirchhoff.

Utvilsomt var vitenskapsmannens liv sterkt påvirket av naturen til miljøet han tilbrakte barndommen i. Fra ungdom til alderdom gjorde han alt og alltid på sin egen måte. Starter med hverdagslige bagateller og fortsetter til det essensielle. Dmitry Ivanovichs niese, N. Ya. Kapustin-Gubkina husket: "Han hadde sine egne favorittretter, oppfunnet av ham for seg selv ... Han hadde alltid på seg en bred tøyjakke uten et belte av stilen han selv fant opp ... Han røykte rullet sigaretter, rullet dem selv..." Han opprettet et eksemplarisk gods - og forlot det umiddelbart. Han utførte bemerkelsesverdige eksperimenter på adhesjon av væsker, og forlot umiddelbart dette vitenskapsfeltet for alltid. Og hvilke skandaler han kastet mot sine overordnede! Selv i ungdommen, som en nyutdannet utdannet ved Pedagogical Institute, ropte han til direktøren for avdelingen, som han ble tilkalt til ministeren selv, Abraham Sergeevich Norovatov, for. Men hva bryr han seg om direktøren for avdelingen - han tok ikke engang synoden i betraktning. Da han påla ham en bod på syv år i anledning hans skilsmisse fra Feoza Nikitishna, som aldri hadde kommet over det unike ved hans interesser, overtalte Dmitry Ivanovich, seks år før forfallsdatoen, presten i Kronstadt til å gifte seg. ham igjen. Og hva var historien om ballongflukten hans verdt, da han tvangsbeslaglagt en ballong som tilhørte militæravdelingen, og utviste general Kovanko, en erfaren luftfartøy, fra kurven ... Dmitry Ivanovich led ikke av beskjedenhet, tvert imot - " Beskjedenhet er alle lasters mor," hevdet Mendeleev.

Originaliteten til Dmitry Ivanovichs personlighet ble observert ikke bare i vitenskapsmannens oppførsel, men også i hele utseendet hans. Hans niese N. Ya. Kapustina-Gubkina tegnet følgende verbale portrett av forskeren: "En manke med langt, luftig hår rundt en høy hvit panne, veldig uttrykksfull og veldig mobil ... Klare blå, sjelfulle øyne ... Mange fant likheter i ham med Garibaldi... Når han snakket, gestikulerte han alltid. Brede, raske, nervøse bevegelser av hendene samsvarte alltid med humøret hans... Stemmens klang var lav, men klangfull og forståelig, men tonen varierte mye og vekslet ofte fra lave toner til høye, nesten tenor... Når han snakket om noe han ikke likte, så krympet han seg, bøyde seg, stønnet, knirket..." Mendeleevs favorittfritidsaktivitet i mange år var å lage kofferter og rammer for portretter. Han kjøpte forsyninger til disse verkene på Gostiny Dvor.

Mendeleevs originalitet skilte ham fra mengden fra ungdommen... Mens han studerte ved et pedagogisk institutt, begynte den blåøyde sibireren, som ikke hadde en krone til navnet sitt, uventet for herrene professorene, å vise en slik skarphet i sinnet. , slik raseri i arbeidet at han la alle kollegene langt bak seg. Det var da den faktiske statsrådmannen, en kjent skikkelse innen offentlig utdanning, lærer, vitenskapsmann, professor i kjemi, Alexander Abramovich Voskresensky, la merke til og ble forelsket i ham. Derfor anbefalte Alexander Abramovich i 1867 sin favorittstudent, trettitre år gamle Dmitrij Ivanovitsj Mendeleev, til stillingen som professor i generell og uorganisk kjemi ved fakultetet for fysikk og matematikk ved St. Petersburg-universitetet. I mai 1868 fødte Mendeleevs sin elskede datter Olga...

Trettitre er den tradisjonelle prestasjonsalderen: ved trettitre, ifølge eposet, gikk Ilya Muromets av ovnen. Men selv om i denne forstand livet til Dmitry Ivanovich ikke var noe unntak, kunne han selv knapt fornemme at en skarp vending fant sted i livet hans. I stedet for kursene i teknisk, eller organisk eller analytisk kjemi som han hadde undervist tidligere, måtte han begynne å lese et nytt kurs, generell kjemi.

Selvfølgelig er det enklere å bruke miniatyrbildemetoden. Men da han begynte på sine tidligere kurs, var det heller ikke lett. Russiske manualer fantes enten ikke i det hele tatt, eller de fantes, men var utdaterte. Kjemi er en ny, ung ting, og i ungdom blir alt fort utdatert. Utenlandske lærebøker, de siste, måtte oversettes av meg selv. Han oversatte "Analytical Chemistry" av Gerard, "Chemical Technology" av Wagner. Men det ble ikke funnet noe verdig i organisk kjemi i Europa, selv om man setter seg ned og skriver. Og han skrev. Om to måneder, et helt nytt kurs basert på nye prinsipper, tretti trykte ark. Seksti dager med daglig overstadig arbeid - tolv ferdige sider per dag. Nettopp på en dag - han ønsket ikke å gjøre timeplanen avhengig av en slik bagatell som rotasjonen av kloden rundt sin akse, han reiste seg ikke fra bordet på tretti eller førti timer.

Dmitry Ivanovich kunne ikke bare jobbe beruset, men også sove beruset. Mendeleevs nervesystem var ekstremt følsomt, sansene hans ble forsterket - nesten alle memoaristene, uten å si et ord, rapporterer at han uvanlig lett, konstant brøt inn i et skrik, selv om han i hovedsak var en snill person.

Det er mulig at de medfødte personlighetstrekkene til Dmitry Ivanovich ble forklart av hans sene opptreden i familien - han var det "siste barnet", det syttende barnet. Og i henhold til dagens konsepter øker muligheten for mutasjoner hos avkom med foreldrenes alder.

Han begynte sin første forelesning om generell kjemi slik:

"Vi skiller klart alt vi legger merke til som et stoff eller som et fenomen. Materie opptar plass og har tyngde, men et fenomen er noe som skjer over tid. Hvert stoff produserer en rekke fenomener, og det er ikke et eneste fenomen som oppstår uten stoff. Variasjonen av stoffer og fenomener kan ikke unnslippe alles oppmerksomhet. Å oppdage lovlighet, det vil si enkelhet og korrekthet i dette mangfoldet, betyr å studere naturen ... "

For å oppdage lovlighet, det vil si enkelhet og korrekthet... Stoff har vekt... Stoff... Vekt... Stoff... Vekt...

Han tenkte på det ustanselig, uansett hva han gjorde. Og hva gjorde han ikke! Dmitry Ivanovich hadde nok tid til alt. Det ser ut til at han endelig fikk den beste kjemiske avdelingen i Russland, en statseid leilighet, muligheten til å bo komfortabelt, uten å løpe rundt for ekstra penger - så konsentrer deg om det viktigste, og alt annet er på siden... Jeg kjøpte en eiendom på 400 desiatiner av land og et år senere pantsatte erfarne Paul, som studerte muligheten for å reversere utarmingen av jorden ved hjelp av kjemi. En av de første i Russland.

Et og et halvt år gikk på et øyeblikk, og det fantes fortsatt ikke noe reelt system i generell kjemi. Dette betyr ikke at Mendeleev underviste kurset sitt helt tilfeldig. Han startet med det som er kjent for alle - med vann, med luft, med kull, med salter. Fra elementene de inneholder. Fra hovedlovene i henhold til hvilke stoffer interagerer med hverandre.

Så snakket han om de kjemiske slektningene til klor - fluor, brom, jod. Dette var det siste foredraget, som han fortsatt klarte å sende til trykkeriet, hvor den andre utgaven av den nye boken han hadde startet, ble maskinskrevet.

Den første utgaven, i lommeformat, ble trykt i januar 1869. Tittelsiden lød: "Fundamentals of chemistry av D. Mendeleev" . Ingen forord. Den første, allerede publiserte utgaven, og den andre, som var i trykkeriet, skulle ifølge Dmitry Ivanovichs plan utgjøre den første delen av kurset, og ytterligere to utgaver - den andre delen.

I januar og første halvdel av februar holdt Mendeleev forelesninger om natrium og andre alkalimetaller, skrev det tilsvarende kapittelet i andre del "Grunnleggende for kjemi" - og ble sittende fast.

I 1826 fullførte Jens Jakob Berzelius en studie av 2000 stoffer og bestemte på dette grunnlaget atomvekten til tre dusin kjemiske grunnstoffer. For fem av dem ble atomvekten bestemt feil - for natrium, kalium, sølv, bor og silisium. Berzelius gjorde en feil fordi han brukte to feilaktige antakelser: at et oksidmolekyl kan inneholde bare ett metallatom og at et like stort volum av gasser inneholder like mange atomer. Faktisk kan et oksidmolekyl inneholde to eller flere metallatomer, og et likt volum av gasser, i henhold til Avogadros lov, inneholder et like stort antall ikke atomer, men molekyler.

Inntil 1858, da italieneren Stanislao Cannizzaro, gjeninnførte loven til sin landsmann Avogadro, korrigerte atomvektene til flere grunnstoffer, hersket forvirring i spørsmålet om atomvekter.

Først i 1860, på den kjemiske kongressen i Karlsruhe, etter heftige debatter, ble forvirringen løst, Avogadros lov ble endelig gjenopprettet til sine rettigheter og det urokkelige grunnlaget for å bestemme atomvekten til ethvert kjemisk grunnstoff ble endelig avklart.

Ved en lykkelig tilfeldighet var Mendeleev på forretningsreise i utlandet i 1860, deltok på denne kongressen og fikk en klar og tydelig idé om at atomvekt nå var blitt et nøyaktig og pålitelig talluttrykk. Da han kom tilbake til Russland, begynte Mendeleev å studere listen over elementer, og trakk oppmerksomheten til periodisiteten av endringer i valens av elementer arrangert i økende rekkefølge av atomvekter: valens H – 1, Li – 1, Være – 2, B – 3, C – 4, Mg – 2, N – 2, S – 2, F – 1, Na – 1, Al – 3, Si – 4 osv. Basert på økninger og reduksjoner i valens, delte Mendeleev elementene inn i perioder; Den første perioden inkluderte bare ett hydrogen, etterfulgt av to perioder med 7 grunnstoffer hver, deretter perioder som inneholdt mer enn 7 grunnstoffer. D, I, Mendeleev brukte disse dataene ikke bare til å konstruere en graf, slik Meyer og Chancourtois gjorde, men også til å konstruere en tabell som ligner på Newlands-tabellen. En slik periodisk tabell over elementer er klarere og mer visuell enn en graf, og i tillegg klarte D, I, Mendeleev å unngå feilen til Newlands, som insisterte på likhet mellom perioder.

« Jeg anser det avgjørende øyeblikket for min tankegang om den periodiske loven for å være 1860 - kjemikerkongressen i Karlsruhe, hvor jeg deltok... Ideen om muligheten for periodisitet i egenskapene til grunnstoffer med økende atomvekt , i hovedsak, ble allerede presentert for meg internt." , - bemerket D.I. Mendeleev.

I 1865 kjøpte han Boblovo-godset ved Klin og fikk muligheten til å studere landbrukskjemi, som han da var interessert i, og slappe av der med familien hver sommer.

"Fødselsdagen" til D.I. Mendeleevs system regnes vanligvis som 18. februar 1869, da den første versjonen av tabellen ble kompilert.

Ris. 5. Foto av D.I. Mendeleev i året for oppdagelsen av den periodiske loven.

63 kjemiske grunnstoffer var kjent. Ikke alle egenskapene til disse elementene har blitt studert godt nok; selv atomvektene til noen har blitt bestemt feil eller unøyaktig. Er det mye eller lite - 63 elementer? Hvis vi husker at vi nå kjenner 109 elementer, så er dette selvfølgelig ikke nok. Men det er nok for en å legge merke til mønsteret av endringer i egenskapene deres. Med 30 eller 40 kjente kjemiske elementer, ville det være usannsynlig at noe ville bli oppdaget. Et visst minimum av åpne elementer var nødvendig. Derfor kan Mendeleevs oppdagelse karakteriseres som tidsriktig.

Før Mendeleev prøvde forskere også å underordne alle kjente elementer til en bestemt rekkefølge, klassifisere dem og kombinere dem til et system. Det er umulig å si at deres forsøk var ubrukelige: de inneholdt noen korn av sannhet. Alle begrenset seg til å kombinere grunnstoffer med lignende kjemiske egenskaper i grupper, men fant ikke en intern forbindelse mellom disse "naturlige", som de sa da, gruppene av dem.

I 1849 ble den fremtredende russiske kjemikeren G. I. Hess interessert i klassifiseringen av grunnstoffer. I læreboken "Foundations of Pure Chemistry" beskrev han fire grupper av ikke-metalliske elementer med lignende kjemiske egenskaper:

I Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

F O

Hess skrev: "Denne klassifiseringen er fortsatt veldig langt fra å være naturlig, men den forbinder fortsatt elementer og grupper som er veldig like, og med utvidelsen av informasjonen vår kan den forbedres."

Mislykkede forsøk på å konstruere et system av kjemiske elementer basert på deres atomvekter ble gjort allerede før kongressen i Karlsruhe, begge av britene: i 1853 av Gladstone, i 1857 av Odling.

Et av forsøkene på klassifisering ble gjort i 1862 av franskmannen Alexandre Emile Beguys de Chancourtois . Han representerte systemet av elementer i form av en spirallinje på overflaten av en sylinder. Det er 16 elementer på hver tur. Lignende elementer var plassert under hverandre på generatrisen til sylinderen. Da han publiserte meldingen, fulgte ikke forskeren den med grafen han hadde konstruert, og ingen av forskerne tok hensyn til de Chancourtois arbeid.

Ris. 6. «Tellurium skrue» av de Chancourtois.

Den tyske kjemikeren Julius Lothar Meyer var mer vellykket. I 1864 foreslo han en tabell der alle kjente kjemiske elementer ble delt inn i seks grupper, i henhold til deres valens. Utseendemessig var Meyers tabell litt lik det fremtidige periodiske system. Han betraktet volumene okkupert av vektmengder av et element numerisk lik deres atomvekter. Det viste seg at hver slik vektmengde av ethvert element inneholder samme antall atomer. Dette betydde at forholdet mellom de betraktede volumene av forskjellige atomer av disse elementene. Derfor kalles denne egenskapen til elementet atomvolum.

Grafisk uttrykkes avhengigheten av atomvolumene til grunnstoffene av deres atomvekter som en serie bølger som stiger i skarpe topper på punkter som tilsvarer alkalimetaller (natrium, kalium, cesium). Hver nedstigning og stigning til toppen tilsvarer en periode i elementtabellen. I hver periode reduseres også verdiene til noen fysiske egenskaper, i tillegg til atomvolum, først og deretter øke.

Ris. 7. Avhengighet av atomvolumer av atommasser av grunnstoffer, iht

L. Meyer.

Hydrogen, grunnstoffet med lavest atomvekt, var først på listen over grunnstoffer. På den tiden var det generelt akseptert at den 101. perioden inneholdt ett element. Den andre og tredje perioden av Meyer-diagrammet inkluderte hver syv elementer. Disse periodene dupliserte Newlands-oktavene. Imidlertid oversteg antallet elementer i de neste to periodene syv. Dermed viste Meyer hvor Newlands tok feil. Oktaverloven kunne ikke følges strengt for hele listen over elementer; de siste periodene måtte være lengre enn de første.

Etter 1860 ble det første forsøket av denne typen gjort av en annen engelsk kjemiker, John Alexander Reina Newlands. Den ene etter den andre kompilerte han tabeller der han forsøkte å realisere ideen sin. Den siste tabellen er datert 1865. Forskeren mente at alt i verden er underlagt generell harmoni. Det må være det samme i både kjemi og musikk. Konstruert i økende rekkefølge, er atomvektene til elementene delt inn i oktaver - i åtte vertikale rader, syv elementer i hver. Faktisk havnet mange elementer med relaterte kjemiske egenskaper i en horisontal linje: i den første - halogener, i den andre - alkalimetaller, og så videre. Men dessverre kom det ganske mange fremmede inn i rekkene, og dette ødela hele bildet. Blant halogenene var det for eksempel kobolt med nikkel og tre platinoider. Blant jordalkalimineralene er vanadium og bly. Karbonfamilien inkluderer wolfram og kvikksølv. For på en eller annen måte å forene beslektede elementer, måtte Newlands forstyrre arrangementet av elementer i rekkefølgen av atomvekter i åtte tilfeller. I tillegg, for å lage åtte grupper på syv elementer, trenger du 56 elementer, men 62 var kjent, og noen steder erstattet han ett element med to på en gang. Resultatet var fullstendig vilkårlighet. Da Newlands rapporterte sin "Law of Octaves" På et møte i London Chemical Society sa en av de tilstedeværende sarkastisk: har ikke den ærverdige foredragsholderen forsøkt å ordne elementene ganske enkelt alfabetisk og oppdage et slags mønster?

Alle disse klassifiseringene inneholdt ikke det viktigste: de reflekterte ikke det generelle, grunnleggende mønsteret av endringer i elementenes egenskaper. De skapte bare utseendet til orden i deres verden.

Mendeleevs forgjengere, som la merke til spesielle manifestasjoner av det store mønsteret i verden av kjemiske elementer, var av forskjellige grunner ikke i stand til å stige til den store generaliseringen og innse eksistensen av en grunnleggende lov i verden. Mendeleev visste ikke mye om sine forgjengeres forsøk på å ordne kjemiske elementer i rekkefølge etter økende atommasser og om hendelsene som oppsto i dette tilfellet. For eksempel hadde han nesten ingen informasjon om arbeidet til Chancourtois, Newlands og Meyer.

I motsetning til Newlands, betraktet Mendeleev det viktigste som ikke så mye atomvekter som kjemiske egenskaper, kjemisk individualitet. Han tenkte på dette hele tiden. Stoff... Vekt... Stoff... Vekt... Ingen løsninger kom.

Og så befant Dmitry Ivanovich seg i alvorlige tidsproblemer. Og det viste seg veldig dårlig: ikke så mye "nå eller aldri", men enten i dag, eller saken ble utsatt igjen i flere uker.

For lenge siden ga han et løfte til Free Economic Society om å reise til Tver-provinsen i februar, undersøke ostefabrikkene der og presentere sine tanker om å sette denne saken på en moderne måte. Det var allerede søkt om tillatelse fra universitetsmyndighetene for reisen. Og "feriebeviset" - det daværende reisebeviset - var allerede rettet. Og det siste avskjedsnotatet fra sekretæren for det frie økonomiske samfunn Khodnev er mottatt. Og det var ikke annet å gjøre enn å legge ut på den avtalte reisen. Toget han skulle reise med til Tver gikk fra Moskovsky-stasjonen 17. februar om kvelden.

«Om morgenen, mens han fortsatt lå i sengen, drakk han alltid et krus varm melk... Etter å ha stått opp og vasket, gikk han umiddelbart til kontoret sitt og der drakk han en, to, noen ganger tre store, krusformede kopper med sterk, ikke veldig søt te." (fra memoarene til hans niese N.Ya. Kapustina-Gubkina).

Sporet av koppen, bevart på baksiden av Khodnevs notat, datert 17. februar, indikerer at den ble mottatt tidlig om morgenen, før frokost, sannsynligvis brakt av en budbringer. Og dette indikerer igjen at tanken på et system av elementer ikke forlot Dmitry Ivanovich verken dag eller natt: ved siden av avtrykket av koppen holder bladet synlige spor av den usynlige tankeprosessen som førte til den store vitenskapelige oppdagelsen . I vitenskapens historie er dette et sjeldent tilfelle, om ikke det eneste.

Etter de fysiske bevisene å dømme, er dette hva som skjedde. Etter å ha fullført kruset og plassert det på det første stedet han kom over - på Khodnevs brev, grep han umiddelbart pennen og på det første papiret han kom over, på det samme brevet fra Khodnev, skrev han ned tanken som blinket inn. hodet hans. På papirarket dukket det opp, under hverandre, symbolene for klor og kalium... Så natrium og bor, så litium, barium, hydrogen... Pennen vandret, som tanken gjorde. Til slutt tok han en vanlig oktam blankt papir - dette papiret er også bevart - og skisserte på det, den ene under den andre, i synkende rekkefølge, rader med symboler og atomvekter: øverst er de alkaliske jordarter, under de er halogenene, under dem er oksygengruppen, under den er nitrogengruppen, under den er gruppen karbon osv. Det var tydelig for øyet hvor nære forskjellene i atomvekter til elementer fra naborekkene var. Mendeleev kunne ikke ha visst da at den "usikre sonen" mellom åpenbare ikke-metaller Og metaller inneholder elementer - edle gasser, hvis oppdagelse senere vil endre det periodiske system betydelig.

Han hadde det travelt, så nå og da gjorde han feil og feil. Svovel ble tildelt en atomvekt på 36, i stedet for 32. Ved å trekke dem fra 65 (atomvekt av sink) 39 (atomvekt av kalium), fikk han 27. Men det er ikke de små tingene som betyr noe! Han ble båret av en høy bølge av intuisjon.

Han trodde på intuisjon. Jeg brukte det ganske bevisst i en rekke situasjoner i livet mitt. Anna Ivanovna, Mendeleevs kone skrev: " Hvis han

En vanskelig, viktig livssak måtte løses, han gikk raskt inn med sin lette gangart, sa hva som var i veien, og ba om å si min mening basert på førsteinntrykket. "Bare ikke tenk, bare ikke tenk," gjentok han. Jeg snakket og dette var avgjørelsen."

Ingenting fungerte imidlertid. Det skriblekte arket ble igjen til en rebus. Og tiden gikk, på kvelden måtte vi til stasjonen. Han har allerede følt og følt hovedsaken. Men denne følelsen måtte absolutt gis en klar logisk form. Du kan forestille deg hvordan han, i fortvilelse eller raseri, skyndte seg rundt på kontoret, så på alt som var i det, på jakt etter en måte å raskt sette sammen systemet. Til slutt grep han en bunke med kort, åpnet "Fundamentals" på høyre side - der det var en liste over enkle kropper - og begynte å lage en enestående kortstokk. Etter å ha laget en kortstokk med kjemiske kort, begynte han å spille et enestående kabal. Kabal var helt klart en utfordring! De seks første rekkene stilte opp uten skandaler. Men så begynte alt å rakne.

Igjen og igjen grep Dmitrij Ivanovich pennen og skrev med sin raske håndskrift kolonner med tall på papirarket. Og igjen, i forvirring, ga han opp denne aktiviteten og begynte å rulle sigaretten og blåse på den så mye at hodet hans ble helt overskyet. Til slutt begynte øynene å henge, han kastet seg på sofaen og sovnet fort. Dette var ikke uvanlig for ham. Denne gangen sov han ikke lenge - kanskje noen timer, men kanskje noen minutter. Det finnes ingen eksakt informasjon om dette. Han våknet av at han så kabalen sin i en drøm, og ikke i den formen han la den på skrivebordet, men i en annen, mer harmonisk og logisk. Og straks hoppet han på beina og begynte å tegne et nytt bord på et stykke papir.

Den første forskjellen fra den forrige versjonen var at elementene nå ikke var ordnet i rekkefølge av avtagende, men i rekkefølge etter økende atomvekter. Det andre er at de tomme plassene inne i bordet var fylt med spørsmålstegn og atomvekter.

Ris. 8. Grov skisse satt sammen av D.I. Mendeleev under oppdagelsen av den periodiske loven (i løpet av å spille "kjemisk kabal"). 17. februar (1. mars), 1869.

I lang tid ble Dmitry Ivanovichs historie om at han så bordet sitt i en drøm behandlet som en anekdote. Å finne noe rasjonelt i drømmer ble ansett som overtro. I dag setter ikke vitenskapen lenger en blind barriere mellom prosessene som skjer i det bevisste og underbevisste. Og han ser ikke noe overnaturlig i det faktum at et bilde som ikke dukket opp i prosessen med bevisst overveielse, ble produsert i ferdig form som et resultat av en ubevisst prosess.

Mendeleev, overbevist om eksistensen av en objektiv lov som alle elementer med forskjellige egenskaper adlyder, fulgte en fundamentalt annen vei.

Siden han var en spontan materialist, lette han etter noe materielt som en egenskap for grunnstoffer, som gjenspeiler all mangfoldet av deres egenskaper. Ved å ta atomvekten til elementene som en slik egenskap, sammenlignet Mendeleev gruppene kjent på den tiden i henhold til atomvekten til deres medlemmer.

Ved å skrive gruppen av halogener (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) under gruppen av alkalimetaller (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) og plasserte det under seg andre grupper av lignende grunnstoffer (i økende rekkefølge etter deres atomvekter), fastslo Mendeleev at medlemmene av disse naturlige gruppene danner en felles regelmessig serie av elementer; Dessuten gjentas de kjemiske egenskapene til elementene som utgjør en slik serie med jevne mellomrom. Etter å ha plassert alle de 63 elementene kjent på det tidspunktet i totalen i henhold til verdien av atomvekter "periodiske tabell" Mendeleev oppdaget at tidligere etablerte naturlige grupper organisk gikk inn i dette systemet, og mistet sin tidligere kunstige splittelse. Senere formulerte Mendeleev den periodiske loven han oppdaget som følger: " Egenskapene til enkle kropper, så vel som formene og egenskapene til sammensetninger av elementer, er periodisk avhengig av verdiene til atomvektene til elementene."

Mendeleev publiserte den første versjonen av tabellen over kjemiske elementer som uttrykker den periodiske loven i form av et eget ark med tittelen "Et eksperiment på et system av elementer basert på deres atomvekt og kjemiske likhet" og sendte ut denne brosjyren i mars 1869. til mange russiske og utenlandske kjemikere.

Ris. 9. "Opplevelse av et system av elementer basert på deres vekt og kjemiske likhet."

Den første tabellen er fortsatt veldig ufullkommen; den er langt fra den moderne formen for det periodiske systemet. Men denne tabellen viste seg å være den første grafiske illustrasjonen av mønsteret oppdaget av Mendeleev: "Elementer arrangert i henhold til deres atomvekter representerer en klar periodisitet av egenskaper" ("Relation of properties with the atomic weight of elements" av Mendeleev). Denne artikkelen var resultatet av forskerens tanker mens han jobbet med "System Experience ...". En rapport om forholdet oppdaget av Mendeleev mellom egenskapene til grunnstoffer og deres atomvekter ble laget den 6. mars 1869 på et møte i det russiske kjemiske selskap. Mendeleev var ikke på dette møtet. I stedet for den fraværende forfatteren ble rapporten hans lest av kjemikeren N. A. Menshutkin. Et tørt innlegg om møtet 6. mars dukket opp i protokollen fra Russian Chemical Society: "N. Menshutkin rapporterer på vegne av D. Mendeleev "opplevelsen av et system av elementer basert på deres atomvekt og kjemiske likhet." På grunn av D. Mendeleevs fravær ble diskusjonen om dette spørsmålet utsatt til neste møte.» N. Menshutkins tale ble publisert i Journal of the Russian Chemical Society ("Relation of properties with the atomic weight of elements"). Sommeren 1871 oppsummerte Mendeleev sine tallrike studier knyttet til etableringen av den periodiske lov i sitt arbeid "Periodisk gyldighet for kjemiske elementer" . I det klassiske verket "Fundamentals of Chemistry", som gikk gjennom 8 utgaver på russisk og flere utgaver på fremmedspråk i løpet av Mendeleevs levetid, presenterte Mendeleev først uorganisk kjemi på grunnlag av den periodiske loven.

Da han konstruerte det periodiske systemet av grunnstoffer, overvant Mendeleev store vanskeligheter, siden mange grunnstoffer ennå ikke var oppdaget, og av de 63 grunnstoffene som var kjent på den tiden, hadde ni feilaktig bestemt atomvekter. Da han laget tabellen, korrigerte Mendeleev atomvekten til beryllium, og plasserte beryllium ikke i samme gruppe med aluminium, slik kjemikere vanligvis gjorde, men i samme gruppe med magnesium. I 1870-71 endret Mendeleev verdiene av atomvektene til indium, uran, thorium, cerium og andre elementer, styrt av deres egenskaper og spesifisert plass i det periodiske systemet. Basert på den periodiske loven, plasserte han tellur foran jod og kobolt foran nikkel, slik at tellur ville være i samme kolonne med grunnstoffer hvis valens er 2, og jod ville være i samme kolonne med elementer hvis valens er 1 , selv om atomvektene til disse elementene krevde motsatt plassering.

Mendeleev så tre omstendigheter som, etter hans mening, bidro til oppdagelsen av den periodiske loven:

For det første ble atomvektene til de fleste kjemiske grunnstoffer mer eller mindre nøyaktig bestemt;

For det andre dukket det opp et klart konsept om grupper av grunnstoffer med lignende kjemiske egenskaper (naturlige grupper);

For det tredje, innen 1869 hadde kjemien til mange sjeldne grunnstoffer blitt studert, uten kunnskap om hvilke det ville vært vanskelig å komme til noen generalisering.

Til slutt var det avgjørende skrittet mot oppdagelsen av loven at Mendeleev sammenlignet alle grunnstoffene i henhold til deres atomvekter. Mendeleevs forgjengere sammenlignet elementer som lignet hverandre. Det vil si elementer av naturlige grupper. Disse gruppene viste seg å være urelaterte. Mendeleev kombinerte dem logisk i strukturen til bordet hans.

Men selv etter kjemikernes enorme og omhyggelige arbeid med å korrigere atomvekter, "krenker" elementene fire steder i det periodiske systemet den strenge rekkefølgen for å øke atomvekten. Dette er par av elementer:

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).

I løpet av D.I. Mendeleevs tid ble slike avvik ansett som mangler ved det periodiske systemet. Teorien om atomstruktur satte alt på plass: elementene er plassert helt riktig - i samsvar med ladningene til kjernene deres. Hvordan kan vi da forklare at atomvekten til argon er større enn atomvekten til kalium?

Atomvekten til ethvert element er lik den gjennomsnittlige atomvekten til alle dets isotoper, tatt i betraktning deres overflod i naturen. Ved en tilfeldighet bestemmes atomvekten til argon av den "tyngste" isotopen (den finnes i naturen i større mengder). I kalium, tvert imot, dominerer dens "lettere" isotop (det vil si en isotop med et lavere massetall).

Mendeleev karakteriserte forløpet av den kreative prosessen, som representerer oppdagelsen av den periodiske loven: «... ideen oppsto ufrivillig om at det må være en sammenheng mellom masse og kjemiske egenskaper. Og siden massen til et stoff, selv om det ikke er absolutt, men bare relativ, er det nødvendig å se etter en funksjonell samsvar mellom de individuelle egenskapene til elementer og deres atomvekter. Du kan ikke lete etter noe, selv sopp eller en slags avhengighet, bortsett fra ved å se og prøve. Så jeg begynte å velge, på separate kort, elementer med deres atomvekter og grunnleggende egenskaper, lignende elementer og lignende atomvekter, noe som raskt førte til konklusjonen at elementenes egenskaper periodisk er avhengig av deres atomvekt, og tvilte på mange uklarheter , Jeg tvilte ikke et minutt på allmennheten til konklusjonen som ble trukket, siden det var umulig å innrømme en ulykke.»

Den grunnleggende betydningen og nyheten til den periodiske loven var som følger:

1. Det ble etablert en sammenheng mellom elementer som var forskjellige i egenskapene. Denne sammenhengen ligger i det faktum at elementenes egenskaper endres jevnt og omtrent likt ettersom atomvekten deres øker, og så gjentas disse endringene PERIODISK.

2. I de tilfellene hvor det så ut til at en kobling manglet i sekvensen av endringer i elementenes egenskaper, ble det gitt GAPS i det periodiske systemet som måtte fylles med elementer som ennå ikke var oppdaget.

Ris. 10. De fem første periodene i det periodiske systemet til D. I. Mendeleev. Edelgasser er ennå ikke oppdaget, så de er ikke vist i tabellen. Ytterligere 4 ukjente elementer på tidspunktet for opprettelsen av tabellen er merket med spørsmålstegn. Egenskapene til tre av dem ble forutsagt av D.I. Mendeleev med høy nøyaktighet (en del av det periodiske systemet for tiden til D.I. Mendeleev i en form som er mer kjent for oss).

Prinsippet som D.I. Mendeleev brukte for å forutsi egenskapene til ennå ukjente elementer er avbildet i figur 11.

Basert på loven om periodisitet og praktisk anvendelse av dialektikkens lov om overgangen av kvantitative endringer til kvalitative, påpekte Mendeleev allerede i 1869 eksistensen av fire elementer som ennå ikke var oppdaget. For første gang i kjemiens historie ble eksistensen av nye grunnstoffer forutsagt, og deres atomvekter ble til og med omtrent bestemt. På slutten av 1870 Mendeleev, basert på systemet hans, beskrev egenskapene til et fortsatt uoppdaget gruppe III-element, og kalte det "eka-aluminium". Forskeren foreslo også at det nye elementet ville bli oppdaget ved hjelp av spektralanalyse. Faktisk, i 1875, oppdaget den franske kjemikeren P.E. Lecoq de Boisbaudran, som undersøkte sinkblanding med et spektroskop, Mendeleev eka-aluminium i den. Det nøyaktige sammentreffet av de forventede egenskapene til elementet med de eksperimentelt bestemte var den første triumfen og en strålende bekreftelse på prediksjonskraften til den periodiske loven. Beskrivelser av egenskapene til "eka-aluminium" forutsagt av Mendeleev og egenskapene til gallium oppdaget av Boisbaudran er gitt i tabell 1.

Spådd av D.I. Mendeleev

Installert av Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaalumium Ea Atomvekt ca 68 Enkel kropp, bør være lite smeltbar Tettheten er nær 5,9 Atomvolum 11,5 Bør ikke oksidere i luft Bør dekomponere vann i rødglødende varme Formler for forbindelser: EaCl3, Ea2O3, Ea2(SO4)3 Skal danne alun Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, men vanskeligere enn aluminium Oksydet Ea2O3 bør lett reduseres og produsere et metall som er mer flyktig enn aluminium, og kan derfor forventes å bli oppdaget ved spektralanalyse av EaCl3 - flyktig.

Atomvekt ca 69,72 Smeltepunktet for rent gallium er 30 grader C Tettheten av fast gallium er 5,904, og flytende gallium er 6,095 Atomvolum 11,7 Litt oksiderer kun ved rød varme temperaturer Spalter vann ved høye temperaturer Sammensatte formler: GaСl3, Ga2О3, Ga2(SO4)3 Danner alun NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Gallium reduseres fra oksidet ved kalsinering i en strøm av hydrogen; oppdaget ved hjelp av spektralanalyse Kokepunkt for GaCl3 215-220 grader C

I 1879 Den svenske kjemikeren L. Nilsson fant grunnstoffet scandium, som fullt ut tilsvarer ekaboronet beskrevet av Mendeleev; i 1886 oppdaget den tyske kjemikeren K. Winkler grunnstoffet germanium, tilsvarende ekasilisium; i 1898 oppdaget de franske kjemikerne Pierre Curie og Marie Skłodowska Curie polonium og radium. Mendeleev anså Winkler, Lecoq de Boisbaudran og Nilsson for å være «forsterkere av den periodiske lov».

Mendeleevs spådommer gikk også i oppfyllelse: trimargan - moderne rhenium, dicesium - francium, etc. ble oppdaget.

Etter dette ble det klart for forskere over hele verden at D.I. Mendeleevs periodiske system ikke bare systematiserer grunnstoffene, men er et grafisk uttrykk for den grunnleggende naturloven - den periodiske lov.

Denne loven har prediktiv kraft. Det gjorde det mulig å gjennomføre et målrettet søk etter nye, ennå ikke oppdagede elementer. Atomvektene til mange grunnstoffer, tidligere bestemt utilstrekkelig nøyaktig, ble gjenstand for verifisering og avklaring nettopp fordi deres feilaktige verdier var i konflikt med den periodiske loven.

En gang bemerket D.I. Mendeleev med skuffelse: "...vi vet ikke årsakene til periodisitet." Han levde ikke for å løse dette mysteriet.

Et av de viktige argumentene til fordel for den komplekse strukturen til atomer var oppdagelsen av den periodiske loven til D. I. Mendeleev:

Egenskapene til enkle stoffer, så vel som egenskapene og formene til forbindelser, avhenger periodisk av atommassene til kjemiske elementer.

Da det ble bevist at serienummeret til et element i et system er numerisk lik ladningen til kjernen til dets atom, ble den fysiske essensen av den periodiske loven tydelig.

Men hvorfor endres egenskapene til kjemiske elementer med jevne mellomrom ettersom kjernefysisk ladning øker? Hvorfor er systemet av elementer bygget på denne måten og ikke på annen måte, og hvorfor inneholder periodene et strengt definert antall elementer? Det fantes ingen svar på disse viktigste spørsmålene.

Logisk resonnement spådde at hvis det er et forhold mellom kjemiske elementer som består av atomer, så har atomene noe til felles, og derfor må de ha en kompleks struktur.

Mysteriet med det periodiske systemet av elementer ble fullstendig løst da det var mulig å forstå den komplekse strukturen til atomet, strukturen til dets ytre elektronskall og lovene for elektronbevegelse rundt en positivt ladet kjerne, der nesten hele massen av atomet er konsentrert.

Alle kjemiske og fysiske egenskaper til et stoff bestemmes av strukturen til dets atomer. Den periodiske loven, oppdaget av Mendeleev, er en universell naturlov, fordi den er basert på loven om atomstruktur.

Grunnleggeren av den moderne læren om atomet er den engelske fysikeren Rutherford, som overbevisende viste at nesten all massen og positivt ladet stoff til et atom er konsentrert i en liten del av volumet. Han kalte denne delen av atomet kjerne. Den positive ladningen til kjernen kompenseres av elektronene som roterer rundt den. I denne atommodellen elektroner ligner planetene i solsystemet, og det er grunnen til at det fikk navnet planetarisk. Deretter var Rutherford i stand til å bruke eksperimentelle data for å beregne atomladninger. De viste seg å være lik serienumrene til elementene i D.I. Mendeleevs tabell. Etter arbeidet til Rutherford og studentene hans, fikk Mendeleevs periodiske lov en klarere betydning og en litt annen formulering:

Egenskapene til enkle stoffer, så vel som egenskapene og formene til forbindelser av elementer, er periodisk avhengig av ladningen til kjernen til elementenes atomer.

Dermed fikk serienummeret til et kjemisk grunnstoff i det periodiske systemet en fysisk betydning.

I 1913 studerte G. Moseley røntgenstrålingen av en rekke kjemiske grunnstoffer i Rutherfords laboratorium. For dette formålet konstruerte han anoden til røntgenrøret av materialer som består av visse elementer. Det viste seg at bølgelengdene til karakteristisk røntgenstråling øker med økende serienummer av elementene som utgjør katoden. G. Moseley utledet en ligning knyttet til bølgelengde og serienummer Z:

Dette matematiske uttrykket kalles nå Moseleys lov. Det gjør det mulig å bestemme serienummeret til elementet som studeres basert på den målte bølgelengden til røntgenstråling.

Den enkleste atomkjernen er kjernen til hydrogenatomet. Ladningen er lik og motsatt i fortegn til ladningen til elektronet, og massen er den minste av alle kjerner. Kjernen til hydrogenatomet ble anerkjent som en elementær partikkel, og i 1920 ga Rutherford den navnet proton . Massen til et proton er omtrent en atommasseenhet.

Imidlertid overstiger massen til alle atomer, bortsett fra hydrogen, numerisk ladningene til atomkjernene. Rutherford antok allerede at i tillegg til protoner, skulle kjerner inneholde noen nøytrale partikler med en viss masse. Disse partiklene ble oppdaget i 1932 av Bothe og Becker. Chadwick etablerte sin natur og navngitt nøytroner . Et nøytron er en uladet partikkel med en masse nesten lik massen til et proton, det vil si også 1 a. spise.

I 1932 utviklet den sovjetiske forskeren D. D. Ivanenko og den tyske fysikeren Heisenberg uavhengig proton-nøytronteorien om kjernen, ifølge hvilken atomkjernene består av protoner og nøytroner.

La oss vurdere strukturen til et atom av et element, for eksempel natrium, fra synspunktet til proton-nøytronteorien. Atomnummeret til natrium i det periodiske systemet er 11, massenummer 23. I samsvar med atomnummeret er ladningen til kjernen til et natriumatom + 11. Derfor har natriumatomet 11 elektroner, summen av ladningene deres er lik den positive ladningen til kjernen. Hvis natriumatomet mister ett elektron, vil den positive ladningen være en mer enn summen av elektronenes negative ladninger (10), og natriumatomet vil bli et ion med en ladning på 1+. Ladningen til kjernen til et atom er lik summen av ladningene til 11 protoner som ligger i kjernen, hvis masse er 11 a. e.m. Siden massetallet for natrium er 23 a. e.m., da bestemmer forskjellen 23 – 11= 12 antall nøytroner i et natriumatom.

Protoner og nøytroner kalles nukleoner . Kjernen til et natriumatom består av 23 nukleoner, hvorav 11 er protoner og 12 er nøytroner. Det totale antallet nukleoner i kjernen er skrevet øverst til venstre i elementsymbolet, og antall protoner nederst til venstre, for eksempel Na.

Alle atomer i et gitt grunnstoff har samme kjerneladning, det vil si like mange protoner i kjernen. Antall nøytroner i kjernene til atomer av elementer kan variere. Atomer som har samme antall protoner og forskjellig antall nøytroner i kjernene kalles isotoper .

Atomer av forskjellige grunnstoffer hvis kjerner inneholder samme antall nukleoner kalles isobarer .

Vitenskapen skylder først og fremst den store danske fysikeren Niels Bohr etableringen av en reell forbindelse mellom strukturen til atomet og strukturen til det periodiske system. Han var den første som forklarte de sanne prinsippene for periodiske endringer i elementenes egenskaper. Bohr begynte med å gjøre Rutherfords modell av atomet levedyktig.

Rutherfords planetariske modell av atomet reflekterte den åpenbare sannheten at hoveddelen av atomet er inneholdt i en ubetydelig liten del av volumet - atomkjernen, og elektroner er fordelt i resten av volumet av atomet. Naturen til bevegelsen til et elektron i bane rundt kjernen til et atom motsier imidlertid teorien om bevegelse av elektriske ladninger i elektrodynamikk.

For det første, i henhold til elektrodynamikkens lover, må et elektron som roterer rundt en kjerne falle ned på kjernen som et resultat av energitap gjennom stråling. For det andre, når man nærmer seg kjernen, må bølgelengdene som sendes ut av elektronet kontinuerlig endres, og danne et kontinuerlig spektrum. Atomer forsvinner imidlertid ikke, noe som betyr at elektroner ikke faller ned på kjernen, og emisjonsspekteret til atomer er ikke kontinuerlig.

Hvis et metall varmes opp til fordampningstemperaturen, vil dampen begynne å gløde, og dampen til hvert metall har sin egen farge. Strålingen av metalldamp dekomponert av et prisme danner et spektrum som består av individuelle lysende linjer. Et slikt spektrum kalles linjespektrum. Hver linje i spekteret er preget av en viss frekvens av elektromagnetisk stråling.

I 1905 foreslo Einstein, som forklarte fenomenet den fotoelektriske effekten, at lys forplanter seg i form av fotoner eller energikvanter, som har en veldig spesifikk betydning for hver type atom.

Bohr introduserte i 1913 et kvantekonsept i Rutherfords planetariske modell av atomet og forklarte opprinnelsen til linjespektrene til atomer. Hans teori om strukturen til hydrogenatomet er basert på to postulater.

Første postulat:

Elektronet roterer rundt kjernen, uten å sende ut energi, i strengt definerte stasjonære baner som tilfredsstiller kvanteteorien.

I hver av disse banene har elektronet en viss energi. Jo lenger banen er fra kjernen, jo mer energi har elektronet som befinner seg på den.

Bevegelsen til et objekt rundt et senter i klassisk mekanikk bestemmes av vinkelmomentet m´v´r, der m er massen til det bevegelige objektet, v er hastigheten til objektet, r er radiusen til sirkelen. I følge kvantemekanikken kan energien til dette objektet bare ha visse verdier. Bohr mente at vinkelmomentet til et elektron i et hydrogenatom bare kan være lik et heltall av handlingskvanta. Tilsynelatende var dette forholdet Bohrs gjetning; det ble senere utledet matematisk av den franske fysikeren de Broglie.

Dermed er det matematiske uttrykket for Bohrs første postulat likheten:

(1)

I samsvar med ligning (1) tilsvarer minimumsradiusen til elektronets bane, og følgelig minimum potensiell energi til elektronet en verdi på n lik enhet. Tilstanden til hydrogenatomet, som tilsvarer verdien n=1, kalles normal eller basisk. Et hydrogenatom hvis elektron er lokalisert i en hvilken som helst annen bane som tilsvarer verdiene n = 2, 3, 4,¼ kalles eksitert.

Ligning (1) inkluderer elektronhastigheten og baneradiusen som ukjente. Hvis du lager en annen ligning som inkluderer v og r, kan du beregne verdiene til disse viktige egenskapene til elektronet i hydrogenatomet. Denne ligningen er oppnådd ved å ta hensyn til likheten mellom sentrifugal- og sentripetalkrefter som virker i "kjernen til et hydrogenatom - elektron" -system.

Sentrifugalkraften er lik . Sentripetalkraften, som bestemmer tiltrekningen av elektronet til kjernen, i henhold til Coulombs lov, er . Tar vi hensyn til likheten mellom ladningene til elektronet og kjernen i hydrogenatomet, kan vi skrive:

(2)

Ved å løse likningssystemet (1) og (2) for v og r finner vi:

(3)

Ligningene (3) og (4) gjør det mulig å beregne radiene til baner og elektronhastigheter for en hvilken som helst verdi av n. Når n=1, er radiusen til den første bane av hydrogenatomet Bohr-radiusen, lik 0,053 nm. Hastigheten til et elektron i denne banen er 2200 km/s. Ligninger (3) og (4) viser at radiene til elektronbanene til hydrogenatomet er relatert til hverandre som kvadrater av naturlige tall, og hastigheten til elektronet avtar med økende n.

Andre postulat:

Når et elektron beveger seg fra en bane til en annen, absorberer eller sender ut et kvantum av energi.

Når et atom er eksitert, dvs. når et elektron beveger seg fra en bane nærmere kjernen til en mer fjern, absorberes et kvante av energi, og omvendt, når et elektron beveger seg fra en fjern bane til en nær en, kvanteenergi E 2 – E 1 = hv sendes ut. Etter å ha funnet radiene til banene og energien til elektronet på dem, beregnet Bohr energien til fotoner og de tilsvarende linjene i linjespekteret til hydrogen, som tilsvarte de eksperimentelle dataene.

Tallet n, som bestemmer størrelsen på radiene til kvantebaner, bevegelseshastigheten til elektroner og deres energi, kalles hovedkvantenummer .

Deretter forbedret Sommerfeld Bohrs teori. Han foreslo at et atom ikke bare kunne ha sirkulære, men også elliptiske baner av elektroner, og på grunnlag av dette forklarte han opprinnelsen til den fine strukturen til hydrogenspekteret.

Ris. 12. Elektronet i Bohr-atomet beskriver ikke bare sirkulære, men også elliptiske baner. Slik ser de ut for forskjellige verdier l på P =2, 3, 4.

Imidlertid kombinerte Bohr-Sommerfeld-teorien om strukturen til atomet klassiske og kvantemekaniske konsepter og ble dermed bygget på motsetninger. De viktigste ulempene med Bohr – Sommerfeld-teorien er som følger:

1. Teorien er ikke i stand til å forklare alle detaljene i atomenes spektrale egenskaper.

2. Det gjør det ikke mulig å kvantitativt beregne den kjemiske bindingen selv i et så enkelt molekyl som hydrogenmolekylet.

Men den grunnleggende posisjonen var fast etablert: fyllingen av elektronskall i atomene til kjemiske elementer skjer fra den tredje, M -skjell ikke sekvensielt, gradvis til full kapasitet (dvs. som det var med TIL- Og L - skjell), men trinnvis. Med andre ord blir konstruksjonen av elektronskall midlertidig avbrutt på grunn av at elektroner som tilhører andre skjell dukker opp i atomene.

Disse bokstavene er betegnet som følger: n , l , m l , m s – og på atomfysikkens språk kalles kvantetall. Historisk sett ble de introdusert gradvis, og deres fremvekst er i stor grad assosiert med studiet av atomspektre.

Så det viser seg at tilstanden til ethvert elektron i et atom kan skrives ned med en spesiell kode, som er en kombinasjon av fire kvantetall. Dette er ikke bare noen abstrakte mengder som brukes til å registrere elektroniske tilstander. Tvert imot har de alle ekte fysisk innhold.

Antall P er inkludert i formelen for kapasiteten til elektronskallet (2 P 2), dvs. dette kvantetallet P tilsvarer nummeret på det elektroniske skallet; med andre ord, dette tallet bestemmer om et elektron tilhører et gitt elektronskall.

Antall P aksepterer bare heltallsverdier: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,..., tilsvarende henholdsvis skallene: K, L, M, N, O, P, Q.

Fordi det P er inkludert i formelen for elektronenergi, så sier de at hovedkvantetallet bestemmer den totale energireserven til elektronet i atomet.

En annen bokstav i alfabetet vårt - det orbitale (side) kvantetallet - er betegnet som l . Det ble introdusert for å understreke ulikheten til alle elektroner som tilhører et gitt skall.

Hvert skall er delt inn i visse underskall, og antallet deres er lik antallet av skallet. Det vil si K-shell ( P =1) består av ett underskall; L-skall ( P =2) – fra to; M-shell ( P =3) – fra tre underskall...

Og hvert underskall av dette skallet er preget av en viss verdi l . Det orbitale kvantetallet tar også heltallsverdier, men starter fra null, dvs. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6... Dermed, l alltid mindre P . Det er lett å forstå at når P =1 l =0; på n =2 l =0 og 1; på n = 3 l = 0, 1 og 2 osv. Antall l , har så å si et geometrisk bilde. Tross alt kan banene til elektroner som tilhører et eller annet skall ikke bare være sirkulære, men også elliptiske.

Ulike betydninger l og karakterisere ulike typer baner.

Fysikere elsker tradisjoner og foretrekker gamle bokstavbetegnelser for å betegne elektronunderskall s ( l =0), s ( l =1), d ( l =2), f ( l =3). Dette er de første bokstavene i tyske ord som karakteriserer egenskapene til en serie spektrallinjer forårsaket av elektronoverganger: skarp, hoved, uskarp, fundamental.

Nå kan vi kort skrive ned hvilke elektronunderskall som finnes i elektronskall (tabell 2).

Å vite hvor mange elektroner forskjellige elektronunderskall kan romme, hjelper til med å bestemme det tredje og fjerde kvantetallet - m l og m s, som kalles magnetisk og spinn.

Magnetisk kvantenummer m l nært knyttet til l og bestemmer på den ene siden plasseringsretningen til disse banene i rommet, og på den andre, deres mulige antall for en gitt l . Fra noen regelmessigheter i atomteorien følger det at for en gitt l kvantenummer m l, tar 2 l +1 heltallsverdier: fra – l til + l , inkludert null. For eksempel for l =3 dette er sekvensen m l vi har: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, dvs. totalt syv verdier.

Hvorfor m l kalt magnetisk? Hvert elektron, som roterer i bane rundt kjernen, representerer i hovedsak én omdreining av viklingen som elektrisk strøm flyter gjennom. Et magnetfelt oppstår, så hver bane i et atom kan betraktes som et flatt magnetisk ark. Når det er et eksternt magnetfelt, vil hver elektronbane samhandle med dette feltet og strebe etter å innta en bestemt posisjon i atomet.

Antall elektroner i hver bane bestemmes av verdien av spinnkvantetallet m s.

Atferden til atomer i sterke inhomogene magnetiske felt viste at hvert elektron i et atom oppfører seg som en magnet. Og dette indikerer at elektronet roterer rundt sin egen akse, som en planet i bane. Denne egenskapen til et elektron kalles "spin" (oversatt fra engelsk som "rotere"). Rotasjonsbevegelsen til elektronet er konstant og uforanderlig. Rotasjonen av et elektron er helt uvanlig: den kan ikke bremses, akselereres eller stoppes. Det er likt for alle elektroner i verden.

Men selv om spinn er en felles egenskap for alle elektroner, står det også for forskjellene mellom elektroner i et atom.

To elektroner, som roterer i samme bane rundt en kjerne, har samme spinn i størrelse, og likevel kan de variere i retningen av deres egen rotasjon. I dette tilfellet endres tegnet på vinkelmomentet og tegnet på spinn.

Kvanteberegning fører til to mulige verdier av spinnkvantetall som er iboende i et elektron i bane: s=+ og s= -. Det kan ikke være andre betydninger. Derfor, i et atom, kan enten bare ett eller to elektroner rotere i hver bane. Det kan ikke være mer.

Hvert elektronunderskall kan romme maksimalt 2(2 l + 1) - elektroner, nemlig (tabell 3):

Herfra, ved enkel tilsetning, oppnås kapasiteten til påfølgende skall.

Enkelheten til den grunnleggende loven som den opprinnelige uendelige kompleksiteten til strukturen til atomet ble redusert til er fantastisk. All den lunefulle oppførselen til elektroner i det ytre skallet, som kontrollerer alle dets egenskaper, kan uttrykkes uvanlig enkelt: Det er ikke og kan ikke være to identiske elektroner i et atom. Denne loven er kjent i vitenskapen som Pauli-prinsippet (oppkalt etter den sveitsiske teoretiske fysikeren).

Når du kjenner det totale antallet elektroner i et atom, som er lik dets atomnummer i Mendeleev-systemet, kan du "bygge" et atom: du kan beregne strukturen til det ytre elektronskallet - bestemme hvor mange elektroner det er i det og hva type elektroner de er i den.

Når du vokser Z lignende typer elektroniske konfigurasjoner av atomer gjentas med jevne mellomrom. I hovedsak er dette også en formulering av den periodiske loven, men i forhold til prosessen med elektronfordeling mellom skjell og underskall.

Når vi kjenner loven om atomstruktur, kan vi nå konstruere et periodisk system og forklare hvorfor det er bygget på denne måten. Bare en liten terminologisk avklaring er nødvendig: de elementene i atomene som konstruksjonen av s-, p-, d-, f-underskall forekommer av, kalles vanligvis henholdsvis s-, p-, d-, f-elementer.

Formelen til et atom er vanligvis skrevet i følgende form: hovedkvantetallet er angitt med det tilsvarende tallet, det sekundære kvantetallet er merket med en bokstav, og antallet elektroner er merket øverst til høyre.

Den første perioden inneholder 1 s-elementer - hydrogen og helium. Den skjematiske notasjonen for den første perioden er som følger: 1 s 2 . Den andre perioden kan avbildes som følger: 2 s 2 2 p 6, dvs. den inkluderer elementer der 2 s-, 2 p-underskall er fylt. Og den tredje (3 s-, 3p-subshells er innebygd i den): 3 s 2 3p 6. Det er klart at lignende typer elektroniske konfigurasjoner gjentas.

I begynnelsen av 4. periode er det to 4 s-elementer, dvs. fylling av N-skallet begynner tidligere enn konstruksjonen av M-skallet er fullført. Den inneholder ytterligere 10 ledige plasser, som fylles med ti påfølgende elementer (3 d-elementer). Fyllingen av M-skallet er avsluttet, fyllingen av N-skallet fortsetter (med seks 4 p-elektroner). Derfor er strukturen i den fjerde perioden som følger: 4 s 2 3 d 10 4 p 6. Den femte perioden fylles ut på samme måte:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

Det er 32 elementer i den sjette perioden. Dens skjematiske notasjon er: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6.

Og til slutt, neste, 7. periode: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6. Det bør huskes at ikke alle elementer i den 7. perioden er kjent ennå.

Denne trinnvise fyllingen av skjellene er en streng fysisk lov. Det viser seg at i stedet for å okkupere nivåene til 3 d-underskallet, er det mer lønnsomt (fra et energisynspunkt) for elektroner å først okkupere nivåene til 4 s-underskallet. Det er disse energisvingningene "mer lønnsomt - mindre lønnsomt" som forklarer situasjonen at i kjemiske elementer skjer fyllingen av elektronskall i trinn.

På midten av 20-tallet. Den franske fysikeren L. de Broglie uttrykte en dristig idé: alle materialpartikler (inkludert elektroner) har ikke bare materiale, men også bølgeegenskaper. Det var snart mulig å vise at elektroner, som lysbølger, også kunne bøye seg rundt hindringer.

Siden et elektron er en bølge, kan dets bevegelse i et atom beskrives ved hjelp av bølgeligningen. Denne ligningen ble utledet i 1926 av den østerrikske fysikeren E. Schrödinger. Matematikere kaller det en annenordens partiell differensialligning. For fysikere er dette den grunnleggende ligningen for kvantemekanikk.

Slik ser ligningen ut:

+++ y = 0,

Hvor m- elektronmasse; r – avstanden til elektronet fra kjernen; e - elektronladning; E– total elektronenergi, lik summen av kinetisk og potensiell energi; Z- serienummeret til atomet (for hydrogenatomet er det 1); h– "handlingskvantum"; x , y , z – elektronkoordinater; y er bølgefunksjonen (en abstrakt abstrakt størrelse som karakteriserer graden av sannsynlighet).

Graden av sannsynlighet for at et elektron befinner seg på et bestemt sted i rommet rundt kjernen. Hvis y = 1, så må elektronet virkelig være på akkurat dette stedet; hvis y = 0, så er det ingen spor av et elektron der.

Ideen om sannsynligheten for å finne et elektron er sentral i kvantemekanikken. Og verdien av y (psi) funksjonen (mer presist, kvadratet av dens verdi) uttrykker sannsynligheten for at et elektron befinner seg på et eller annet punkt i rommet.

I et kvantemekanisk atom er det ingen bestemte elektronbaner, så tydelig skissert i Bohr-modellen av atomet. Elektronet ser ut til å være spredt ut i verdensrommet i form av en sky. Men tettheten til denne skyen er annerledes: som de sier, hvor den er tykk og hvor den er tom. En høyere skytetthet tilsvarer en høyere sannsynlighet for å finne et elektron.

Fra den abstrakte kvantemekaniske modellen av atomet kan man gå videre til den visuelle og synlige modellen av Bohr-atomet. For å gjøre dette må du løse Schrödinger-ligningen. Det viser seg at bølgefunksjonen er assosiert med tre forskjellige størrelser, som bare kan ta heltallsverdier. Dessuten er sekvensen av endringer i disse mengdene slik at de ikke kan være noe annet enn kvantetall. Hoved, orbital og magnetisk. Men de ble introdusert spesielt for å betegne spektrene til forskjellige atomer. Deretter migrerte de veldig organisk til Bohr-modellen av atomet. Dette er vitenskapelig logikk - selv den mest alvorlige skeptikeren kan ikke undergrave den.

Alt dette betyr at løsning av Schrödinger-ligningen til slutt fører til utledning av sekvensen for å fylle elektronskallene og underskallene til atomer. Dette er hovedfordelen med det kvantemekaniske atomet fremfor Bohr-atomet. Og konseptene som er kjent for det planetariske atomet kan revurderes fra kvantemekanikkens synspunkt. Vi kan si at en bane er et visst sett med sannsynlige posisjoner til et gitt elektron i et atom. Det tilsvarer en viss bølgefunksjon. I stedet for begrepet "bane" i moderne atomfysikk og kjemi brukes begrepet "orbital".

Så Schrödinger-ligningen er som en tryllestav som eliminerer alle manglene i den formelle teorien om det periodiske systemet. Gjør om "formell" til "faktisk".

I virkeligheten er dette langt fra tilfelle. Fordi ligningen har en eksakt løsning bare for hydrogenatomet, det enkleste av atomene. For heliumatomet og påfølgende er det umulig å løse Schrödinger-ligningen nøyaktig, siden samspillskreftene mellom elektronene legges til. Og å ta hensyn til deres innflytelse på det endelige resultatet er en matematisk oppgave med ufattelig kompleksitet. Den er utilgjengelig for menneskelige evner; bare høyhastighets elektroniske datamaskiner, som utfører hundretusenvis av operasjoner per sekund, kan sammenlignes med det. Og selv da bare under forutsetning av at beregningsprogrammet er utviklet med mange forenklinger og tilnærminger.

Over 40 år har listen over kjente kjemiske elementer økt med 19. Og alle 19 grunnstoffene ble syntetisert, tilberedt kunstig.

Syntesen av grunnstoffer kan forstås som å oppnå fra et grunnstoff med en lavere kjerneladning, et lavere atomnummer, et grunnstoff med et høyere atomnummer. Og selve produksjonsprosessen kalles en kjernefysisk reaksjon. Dens ligning er skrevet på samme måte som ligningen for en vanlig kjemisk reaksjon. På venstre side er de reagerende stoffene, på høyre er de resulterende produktene. Reaktantene i en kjernefysisk reaksjon er målet og den bombarderende partikkelen.

Målet kan være nesten hvilket som helst element i det periodiske systemet (i fri form eller i form av en kjemisk forbindelse).

Rollen til å bombardere partikler spilles av a-partikler, nøytroner, protoner, deuteroner (kjerner i den tunge isotopen av hydrogen), samt de såkalte flerladede tunge ionene av forskjellige elementer - bor, karbon, nitrogen, oksygen, neon, argon og andre elementer i det periodiske systemet.

For at en kjernefysisk reaksjon skal oppstå, må den bombarderende partikkelen kollidere med kjernen til målatomet. Hvis en partikkel har høy nok energi, kan den trenge så dypt inn i kjernen at den smelter sammen med den. Siden alle partiklene som er oppført ovenfor, bortsett fra nøytronet, har positive ladninger, øker de ladningen når de smelter sammen med kjernen. Og en endring i verdien av Z betyr transformasjon av elementer: syntesen av et element med en ny verdi av kjernefysisk ladning.

For å finne en måte å akselerere bombarderende partikler og gi dem høy energi, tilstrekkelig til at de kan smelte sammen med kjerner, ble en spesiell partikkelakselerator oppfunnet og konstruert - en syklotron. Så bygde de en spesiell fabrikk for nye elementer - en atomrektor. Dens direkte formål er å generere atomenergi. Men siden intense nøytronflukser alltid eksisterer i den, er de enkle å bruke til kunstige fusjonsformål. Et nøytron har ingen ladning, og derfor trenger det ikke (og er umulig) å akselereres. Tvert imot, langsomme nøytroner viser seg å være mer nyttige enn raske.

Kjemikere måtte skrape hjernen og vise ekte mirakler av oppfinnsomhet for å utvikle måter å skille små mengder nye grunnstoffer fra målstoffet. Lær å studere egenskapene til nye grunnstoffer når bare noen få atomer var tilgjengelige...

Gjennom arbeidet til hundrevis og tusenvis av forskere ble 19 nye celler fylt i det periodiske systemet. Fire er innenfor dens gamle grenser: mellom hydrogen og uran. Femten - for uran. Her er hvordan det hele skjedde...

4 steder i det periodiske systemet forble tomme i lang tid: celle nr. 43, 61, 85 og 87.

Disse 4 elementene var unnvikende. Innsatsen til forskere med sikte på å søke etter dem i naturen forble mislykket. Ved hjelp av den periodiske loven ble alle andre steder i det periodiske systemet fylt for lenge siden - fra hydrogen til uran.

Mer enn én gang har rapporter om oppdagelsen av disse fire elementene dukket opp i vitenskapelige tidsskrifter. Men alle disse funnene ble ikke bekreftet: hver gang viste en nøyaktig sjekk at det var gjort en feil og tilfeldige ubetydelige urenheter ble forvekslet med et nytt element.

Et langt og vanskelig søk førte til slutt til oppdagelsen av et av naturens unnvikende elementer. Det viste seg at eksesium nr. 87 forekommer i nedbrytningskjeden til den naturlige radioaktive isotopen uran-235. Det er et kortvarig radioaktivt grunnstoff.

Ris. 13. Plan for dannelse av element nr. 87 – Frankrike. Noen radioaktive isotoper kan forfalle på to måter, for eksempel gjennom både a- og b-forfall. Dette fenomenet kalles en radioaktiv gaffel. Alle naturlige radioaksjonsfamilier inneholder gafler.

Element 87 fortjener å bli diskutert mer detaljert. Nå leser vi i kjemileksikon: francium (serienummer 87) ble oppdaget i 1939 av den franske vitenskapsmannen Margarita Perey.

Hvordan klarte Perey å fange det unnvikende elementet? I 1914 begynte tre østerrikske radiokjemikere - S. Meyer, W. Hess og F. Paneth - å studere det radioaktive forfallet til aktiniumisotopen med massenummer 227. Det var kjent at den tilhører aktinouranfamilien og sender ut b-partikler; derfor er nedbrytningsproduktet thorium. Forskere hadde imidlertid vage mistanker om at aktinium-227 i sjeldne tilfeller også avgir a-partikler. Dette er med andre ord ett eksempel på en radioaktiv gaffel. Under en slik transformasjon skulle det dannes en isotop av element 87. Meyer og kollegene hans observerte faktisk alfapartikler. Ytterligere forskning var nødvendig, men den ble avbrutt av første verdenskrig.

Margarita Perey fulgte samme vei. Men hun hadde mer sensitive instrumenter og nye, forbedrede analysemetoder til rådighet. Derfor var hun vellykket.

Francium er klassifisert som et kunstig syntetisert grunnstoff. Men likevel ble grunnstoffet først oppdaget i naturen. Dette er en isotop av francium-223. Halveringstiden er bare 22 minutter. Det blir klart hvorfor det er så lite Frankrike på jorden. For det første, på grunn av dens skjørhet, har den ikke tid til å konsentrere seg i noen merkbare mengder, og for det andre er selve dannelsesprosessen preget av lav sannsynlighet: bare 1,2% av aktinium-227-kjernene forfaller med utslipp av a- partikler.

I denne forbindelse er det mer lønnsomt å tilberede francium kunstig. 20 isotoper av francium er allerede oppnådd, og den lengstlevende av dem er francium-223. Ved å arbeide med svært små mengder franciumsalter, var kjemikere i stand til å bevise at egenskapene er ekstremt like cesium.

Ved å studere egenskapene til atomkjerner kom fysikere til den konklusjon at stabile isotoper ikke kan eksistere for grunnstoffer med atomnummer 43, 61, 85 og 87. De kan bare være radioaktive, ha kort halveringstid og må forsvinne raskt. Derfor ble alle disse elementene skapt kunstig av mennesket. Veiene for dannelsen av nye elementer ble angitt av den periodiske loven. Element 43 var det første kunstig skapte.

Kjernen til element 43 skal ha 43 positive ladninger og 43 elektroner som går i bane rundt kjernen. Tomrommet for element 43, som ligger i midten av den femte perioden, har mangan i den fjerde perioden og rhenium i den sjette. Derfor bør de kjemiske egenskapene til element 43 være lik egenskapene til mangan og rhenium. Til venstre for celle 43 er molybden nr. 42, til høyre er ruthenium nr. 44. Derfor, for å lage element 43, er det nødvendig å øke antallet ladninger i kjernen til et atom som har 42 ladninger med en mer elementær ladning. Derfor, for å syntetisere et nytt element 43, er det nødvendig å ta molybden som et utgangsmateriale. Det letteste grunnstoffet, hydrogen, har én positiv ladning. Så det kan forventes at element 43 kan oppnås fra en kjernefysisk reaksjon mellom molybden og et proton.

Ris. 14. Opplegg for syntese av grunnstoff nr. 43 – technetium.

Egenskapene til element 43 bør være lik egenskapene til mangan og rhenium, og for å oppdage og bevise dannelsen av dette elementet, er det nødvendig å bruke kjemiske reaksjoner som ligner de som kjemikere bestemmer tilstedeværelsen av små mengder mangan og rhenium.

Slik gjør det periodiske systemet det mulig å kartlegge veien for dannelsen av kunstige grunnstoffer.

På nøyaktig samme måte ble det første kunstige kjemiske elementet skapt i 1937. Det fikk det betydelige navnet technetium - det første elementet produsert teknisk, kunstig. Slik ble syntesen av technetium utført. Molybdenplaten ble utsatt for intenst bombardement av kjerner av den tunge isotopen av hydrogen - deuterium, som ble akselerert i en syklotron til enorm hastighet.

Tunge hydrogenkjerner, som fikk svært høy energi, trengte inn i molybdenkjernene. Etter bestråling i en syklotron ble molybdenplasten oppløst i syre. En ubetydelig mengde av et nytt radioaktivt stoff ble isolert fra løsningen ved å bruke de samme reaksjonene som er nødvendige for analytisk bestemmelse av mangan (en analog av element 43). Dette var det nye grunnstoffet - technetium. De tilsvarer nøyaktig posisjonen til elementet i det periodiske systemet.

Nå har technetium blitt ganske tilgjengelig: det dannes i ganske store mengder i atomreaktorer. Teknetium er godt studert og er allerede i praktisk bruk.

Metoden som element 61 ble laget med er veldig lik metoden som teknetium produseres ved. Element 61 ble isolert først i 1945 fra fragmenteringselementer dannet i en atomreaktor som et resultat av spaltningen av uran.

Ris. 15. Opplegg for syntese av grunnstoff nr. 61 – promethium.

Grunnstoffet fikk det symbolske navnet "promethium". Dette navnet ble ikke gitt ham lettvint. Det symboliserer den dramatiske veien til vitenskapen som stjeler kjernefysisk energi fra naturen og mestrer denne energien (ifølge legenden stjal titanen Prometheus ild fra himmelen og ga den til mennesker; for dette ble han lenket til en stein og en enorm ørn plaget ham daglig), men den advarer også folk mot den forferdelige krigsfaren.

Promethium oppnås nå i betydelige mengder: det brukes i atombatterier - likestrømkilder som kan fungere uten avbrudd i mange år.

Det tyngste halogenet, ekaiod, element 85, ble syntetisert på lignende måte. Det ble først oppnådd ved å bombardere vismut (nr. 83) med heliumkjerner (nr. 2), akselerert i en syklotron til høye energier. Det nye elementet heter astatin (ustabilt). Det er radioaktivt og forsvinner raskt. Dens kjemiske egenskaper viste seg også å samsvare nøyaktig med den periodiske loven. Det ligner jod.

Ris. 16. Opplegg for syntese av grunnstoff nr. 85 – astatin.

Transuraniske elementer er kunstig syntetiserte kjemiske elementer som ligger i det periodiske systemet etter uran. Hvor mange flere av dem som vil kunne syntetiseres i fremtiden, kan ingen definitivt svare på ennå.

Uran var det siste grunnstoffet i den naturlige serien av kjemiske grunnstoffer i 70 lange år.

Og hele denne tiden var forskerne naturlig nok bekymret for spørsmålet: finnes det elementer som er tyngre enn uran i naturen? Dmitry Ivanovich mente at hvis uranelementer noen gang kunne oppdages i jordens tarm, så burde antallet begrenses. Etter oppdagelsen av radioaktivitet ble fraværet av slike elementer i naturen forklart av det faktum at deres halveringstider er korte og at de alle forfalt og ble til lettere grunnstoffer for lenge siden, i de tidlige stadiene av utviklingen av planeten vår. . Men uran, som viste seg å være radioaktivt, hadde så lang levetid at det har overlevd til i dag. Hvorfor kunne ikke naturen gi i det minste de nærmeste transuranene en like sjenerøs tid til å eksistere? Det har vært mange rapporter om oppdagelsen av antatt nye grunnstoffer i systemet – mellom hydrogen og uran, men nesten aldri har vitenskapelige tidsskrifter skrevet om oppdagelsen av transuraner. Forskere kranglet bare om årsaken til bruddet i det periodiske systemet for uran.

Bare kjernefysisk fusjon gjorde det mulig å etablere interessante omstendigheter som tidligere ikke engang kunne mistenkes.

De første studiene på syntesen av nye kjemiske elementer var rettet mot kunstig produksjon av transuraner. Det første kunstige transuranelementet ble snakket om tre år før technetium dukket opp. Den stimulerende hendelsen var oppdagelsen av nøytronet. en elementær partikkel, blottet for ladning, hadde enorm gjennomtrengende kraft, kunne nå atomkjernen uten å møte noen hindringer, og forårsake transformasjoner av ulike grunnstoffer. Nøytroner begynte å bli avfyrt mot mål laget av en lang rekke stoffer. Pioneren innen forskning på dette området var den fremragende italienske fysikeren E. Fermi.

Uran bestrålt med nøytroner viste ukjent aktivitet med kort halveringstid. Uran-238, etter å ha absorbert et nøytron, blir til en ukjent isotop av grunnstoffet uran-239, som er b-radioaktivt og skal bli til en isotop av et grunnstoff med atomnummer 93. En lignende konklusjon ble gjort av E. Fermi og hans kolleger.

Faktisk krevde det mye innsats for å bevise at den ukjente aktiviteten faktisk tilsvarte det første transuranelementet. Kjemiske operasjoner førte til konklusjonen: det nye elementet ligner i egenskaper mangan, det vil si at det tilhører VII b-undergruppen. Dette argumentet viste seg å være imponerende: på den tiden (på 30-tallet) trodde nesten alle kjemikere at hvis transuranelementer eksisterte, ville i det minste den første av dem være like d-elementer fra tidligere perioder. Dette var en feil som utvilsomt påvirket historien til oppdagelsen av grunnstoffer tyngre enn uran.

Kort sagt, i 1934 kunngjorde E. Fermi selvsikkert syntesen av ikke bare element 93, som han ga navnet "ausonium", men også dets høyre nabo på det periodiske systemet, "hesperia" (nr. 94). Sistnevnte var et produkt av b-forfall av ausonium:

Det var forskere som "trakk" denne kjeden enda lenger. Blant dem: de tyske forskerne O. Hahn, L. Meitner og F. Strassmann. I 1937 snakket de allerede om element nr. 97 som noe ekte:

Men ingen av de nye elementene ble oppnådd i noen merkbare mengder eller isolert i fri form. Syntesen deres ble bedømt av forskjellige indirekte tegn.

Til slutt viste det seg at alle disse flyktige stoffene, tatt for transuranelementer, faktisk er elementer som tilhører ... midten av det periodiske systemet, det vil si kunstige radioaktive isotoper av lenge kjente kjemiske elementer. Dette ble tydelig da O. Hahn og F. Strassmann gjorde en av de største funnene på 1900-tallet 22. desember 1938. – oppdagelse av uran fisjon under påvirkning av langsomme nøytroner. Forskere har ugjendrivelig fastslått at uran bestrålt med nøytroner inneholder isotoper av barium og lantan. De kunne bare dannes under antagelsen om at nøytroner ser ut til å bryte opp urankjerner i flere mindre fragmenter.

Fisjonsmekanismen ble forklart av L. Meitner og O. Frisch. Den såkalte dråpemodellen av kjernen eksisterte allerede: atomkjernen ble som en væskedråpe. Hvis en dråpe gis nok energi og begeistres, kan den dele seg i mindre dråper. På samme måte kan en kjerne brakt inn i en eksitert tilstand av et nøytron desintegreres og splittes i mindre deler - atomkjernene til lettere grunnstoffer.

I 1940 beviste sovjetiske forskere G.N. Flerov og K.A. Petrzhak at uranfisjon kan oppstå spontant. Dermed ble en ny type radioaktiv transformasjon funnet i naturen oppdaget, den spontane spaltningen av uran. Dette var en ekstremt viktig oppdagelse.

Det er imidlertid feil å erklære forskning på transuraner på 1930-tallet for feilaktig.

Uran har to naturlige hovedisotoper: uran-238 (betydelig dominerende) og uran-235. Den andre spaltes hovedsakelig under påvirkning av langsomme nøytroner, mens den første, som absorberer et nøytron, bare blir til en tyngre isotop - uran-239, og denne absorpsjonen er mer intens jo raskere de bombarderende nøytronene. Derfor, i de første forsøkene på å syntetisere transuraner, førte effekten av nøytronmoderering til det faktum at når et mål laget av naturlig uran som inneholder og ble "avfyrt", seiret fisjonsprosessen.

Men uran-238, som absorberte et nøytron, var bundet til å gi opphav til dannelseskjeden av transuranelementer. Det var nødvendig å finne en pålitelig måte å fange atomene til element 93 i et komplekst rot av fisjonsfragmenter. Relativt mindre i masse, disse fragmentene under bombardementet av uran skulle ha fløyet over større avstander (ha en lengre banelengde) enn de veldig massive atomene til element 93.

Den amerikanske fysikeren E. MacMillan, som jobbet ved University of California, baserte sine eksperimenter på disse betraktningene. Våren 1939 begynte han nøye å studere fordelingen av uranfissjonsfragmenter langs banelengdene. Han klarte å skille en liten del av fragmenter med en liten rekkevidde. Det var i denne delen han oppdaget spor av et radioaktivt stoff med en halveringstid på 2,3 dager og høy strålingsintensitet. Slik aktivitet ble ikke observert i andre fraksjoner av fragmenter. McMillan var i stand til å vise at dette stoffet X er et nedbrytningsprodukt av isotopen uran-239:

Kjemikeren F. Ableson ble med i arbeidet. Det viste seg at et radioaktivt stoff med en halveringstid på 2,3 dager kan skilles kjemisk fra uran og thorium og har ingenting med rhenium å gjøre. Dermed kollapset antakelsen om at element 93 skulle være ekarenium.

Den vellykkede syntesen av neptunium (det nye elementet ble oppkalt etter planeten i solsystemet) ble annonsert av det amerikanske tidsskriftet "Physical Review" tidlig i 1940. Dermed begynte æraen for syntesen av transuranelementer, som viste seg å være veldig viktig for videreutviklingen av Mendeleevs lære om periodisitet.

Ris. 17. Skjema for syntese av element nr. 93 - neptunium.

Selv periodene til de lengstlevende isotoper av transuranelementer er som regel betydelig kortere enn jordens alder, og derfor er deres eksistens i naturen for tiden praktisk talt utelukket. Dermed er årsaken til bruddet i den naturlige serien av kjemiske elementer på uran - element 92 klar.

Neptunium ble fulgt av plutonium. Det ble syntetisert ved en kjernefysisk reaksjon:

vinteren 1940-1941 Den amerikanske vitenskapsmannen G. Seaborg og hans kolleger (flere nye transuranelementer ble deretter syntetisert i G. Seaborgs laboratorium). Men den viktigste isotopen av plutonium viste seg å ha en halveringstid på 24 360 år. I tillegg spalter plutonium-239 mye mer intenst under påvirkning av langsomme nøytroner enn

Ris. 18. Skjema for syntese av element nr. 94 - plutonium.

På 40-tallet tre flere grunnstoffer tyngre enn uran ble syntetisert: americium (til ære for Amerika), curium (til ære for M. og P. Curie) og berkelium (til ære for Berkeley i California). Målet i atomreaktorer var plutonium-239, bombardert av nøytroner og a-partikler, og americium (bestrålingen førte til syntesen av berkelium):

.

50-tallet begynte med syntesen av californium (nr. 98). Det ble oppnådd da den langlivede isotopen curium-242 ble akkumulert i betydelige mengder og et mål ble laget av den. Kjernefysisk reaksjon: førte til syntesen av et nytt element 98.

For å bevege seg mot grunnstoffene 99 og 100, måtte man passe på å samle vekter av berkelium og californium. Bombardementet av mål laget av dem med a-partikler ga grunnlag for å syntetisere nye elementer. Men halveringstidene (timer og minutter) til de syntetiserte isotopene til elementene 97 og 98 var for korte, og dette viste seg å være en hindring for deres akkumulering i de nødvendige mengdene. En annen måte ble også foreslått: langsiktig bestråling av plutonium med en intens nøytronfluks. Men vi måtte vente på resultatene i mange år (for å få en av berkeliumisotopene i sin rene form, ble plutoniummålet bestrålt i 6 år!). Det var bare én måte å redusere syntesetiden betydelig: å øke kraften til nøytronstrålen kraftig. Dette viste seg å være umulig i laboratorier.

En termonukleær eksplosjon kom til unnsetning. 1. november 1952 eksploderte amerikanerne en termonukleær enhet på Eniwetak-atollen i Stillehavet. Flere hundre kilo jord ble samlet inn fra eksplosjonsstedet og prøver ble undersøkt. Som et resultat var det mulig å oppdage isotoper av grunnstoffene 99 og 100, kalt henholdsvis einsteinium (til ære for A. Einstein) og fermium (til ære for E. Fermi).

Nøytronfluksen som ble generert under eksplosjonen viste seg å være veldig kraftig at uran-238-kjernene var i stand til å absorbere et stort antall nøytroner på svært kort tid. Disse supertunge isotoper av uran, som et resultat av kjeder av påfølgende forfall, ble til isotoper av einsteinium og fermium (Figur 19).

Ris. 19. Synteseskjema av grunnstoffer nr. 99 – einsteinium og nr. 100 – fermium.

Mendeleevium er navnet gitt til kjemisk element nr. 101, syntetisert av amerikanske fysikere ledet av G. Seaborg i 1955. Forfatterne av syntesen kalte det nye elementet "til ære for fordelene til den store russiske kjemikeren, som var den første til å bruke det periodiske systemet til å forutsi egenskapene til uoppdagede kjemiske elementer.» Forskere klarte å samle nok einsteinium til å forberede et mål fra det (mengden einsteinium ble målt i en milliard atomer); Ved å bestråle det med a-partikler, var det mulig å beregne syntesen av kjerner til element 101 (Figur 20):

Ris. 20. Opplegg for syntese av element nr. 101 - mendeleevium.

Halveringstiden til den resulterende isotopen viste seg å være mye lengre enn teoretikere forventet. Og selv om det bare ble oppnådd noen få mendeleevium-atomer som et resultat av syntesen, viste det seg å være mulig å studere deres kjemiske egenskaper ved å bruke de samme metodene som ble brukt for tidligere transuraner.

En verdig vurdering av den periodiske loven ble gitt av William Razmay, som hevdet at den periodiske loven er et sant kompass for forskere.

Det gikk ganske mange år etter hans død og Mendeleev-systemet ble det viktigste leddet i vår kunnskap om verden vi lever i, om utviklingen av materie i universet, siden Mendeleev i sine vitenskapelige oppdagelser, og spesielt i oppdagelsen av den periodiske loven, anvendte faktisk den dialektiske metoden for kunnskapsfenomener i naturen, i forbindelse med hvilken han ble hyllet høyt av Friedrich Engels, som ved å vurdere den periodiske loven bemerket at vitenskapsmannen, selv om han ubevisst brukte Hegels lov om overgangen av kvantitet til kvalitet, fortsatt oppnådd en vitenskapelig bragd.»

Det er umulig å studere kjemi unntatt på grunnlag av denne allestedsnærværende loven. Hvor latterlig en lærebok i kjemi ville se ut uten det periodiske systemet! Du må forstå hvordan ulike elementer er relatert til hverandre og hvorfor de henger så sammen. Først da vil det periodiske system vise seg å være et rikt depot av informasjon om egenskapene til grunnstoffer og deres forbindelser, et depot som lite kan måle seg med.

En erfaren kjemiker, bare ved å se på stedet som er okkupert av et hvilket som helst element i et system, kan fortelle mye om det: om elementet er et metall eller et ikke-metall; om det danner forbindelser med hydrogenhydrider eller ikke; hvilke oksider er karakteristiske for dette elementet; hvilke valenser den kan utvise når den går inn i kjemiske forbindelser; hvilke forbindelser av dette elementet vil være stabile, og som tvert imot vil være skjøre; Fra hvilke forbindelser og på hvilken måte er det mest praktisk og lønnsomt å få dette elementet i fri form. Og hvis en kjemiker er i stand til å trekke ut all denne informasjonen fra det periodiske systemet, betyr dette at han har mestret det godt.

Periodesystemet er grunnlaget for å skaffe nye materialer og stoffer med nye, uvanlige, forhåndsbestemte egenskaper, stoffer som er ukjente for naturen. De lages nå i store mengder. Det ble også en ledetråd for syntesen av halvledermaterialer. Ved å bruke mange eksempler har forskere oppdaget at forbindelser av grunnstoffer som opptar visse steder i det periodiske systemet (hovedsakelig i gruppene III – V) har eller bør ha de beste halvlederegenskapene.

Det er umulig å sette oppgaven med å skaffe nye legeringer mens man ignorerer det periodiske systemet. Tross alt er strukturen og egenskapene til legeringer bestemt av plasseringen av metallene i tabellen. For tiden er tusenvis av forskjellige legeringer kjent.

Kanskje i enhver gren av moderne kjemi kan man legge merke til en refleksjon av den periodiske loven. Men det er ikke bare kjemikere som bøyer hodet for hans storhet. I den vanskelige og fascinerende oppgaven med å syntetisere nye elementer, er det umulig å klare seg uten den periodiske loven. En gigantisk naturlig prosess for syntese av kjemiske elementer skjer i stjerner. Forskere kaller denne prosessen nukleosyntese.

Så langt har forskerne ingen anelse om på hvilke eksakte måter, som et resultat av hvilke påfølgende kjernefysiske reaksjoner, de kjemiske elementene kjent for oss ble dannet. Det er mange hypoteser om nukleosyntese, men det er ingen fullstendig teori ennå. Men vi kan med sikkerhet si at selv de mest engstelige antakelsene om opprinnelsesveiene til elementene ville være umulige uten å ta hensyn til det sekvensielle arrangementet av elementer i det periodiske systemet. Lovene for kjernefysisk periodisitet, struktur og egenskaper til atomkjerner ligger til grunn for ulike nukleosyntesereaksjoner.

Det ville ta lang tid å liste opp de områdene av menneskelig kunnskap og praksis der den store loven og systemet av elementer spiller en viktig rolle. Og for å si sannheten, forestiller vi oss ikke engang hele omfanget av Mendeleevs doktrine om periodisitet. Mange ganger vil den vise sine uventede fasetter til forskere.

Mendeleev er utvilsomt en av verdens største kjemikere. Selv om det har gått mer enn hundre år siden loven hans, vet ingen når hele innholdet i det berømte periodiske systemet vil bli fullt ut forstått.

Ris. 21. Foto av Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Ris. 22. Russian Chemical Society under formannskapet

1. Petryanov I.V., Trifonov D.N. "Den store loven"

Moskva, "Pedagogy", 1984

2. Kedrov B. M. "Prognoser for D. I. Mendeleev i atomisme"

Moskva, Atomizdat, 1977

3. Agafoshin N. P. "Periodisk lov og det periodiske systemet av elementer av D. I. Mendeleev" Moskva, "Enlightenment", 1973

4. "D. I. Mendeleev i memoarene til hans samtidige" Moskva, "Atomizdat", 1973.

5. Volkov V. A. biografisk oppslagsbok "Outstanding Chemists of the World" Moskva, "Higher School", 1991

6. Bogolyubova L.N. "Biografier om store kjemikere" Moskva, "Enlightenment", 1997

7. Ivanova L. F., Egorova E. N. skrivebordsleksikon "Alt om alt" Moskva, "Mnemosyne", 2001

8. Summ L.B. barneleksikon «Jeg utforsker verden. Kjemi" Moskva, "Olympus", 1998

30.09.2015

Det er ganske mange funn i verdenshistorien, takket være hvilke vitenskapen har nådd et nytt utviklingsnivå, noe som gjør en ny revolusjon i sin kunnskap. Disse revolusjonære prestasjonene endret helt eller delvis holdningen til å løse de tildelte problemene, og fremtvang også en mer omfattende avsløring av det vitenskapelige synspunktet på hva som skjedde.

Datoen for åpningen av den periodiske loven anses å være 1896. I sin lov sier D.I. Mendeleev tvinger oss til å se annerledes på arrangementet av elementer i et system, og beviser at egenskapene til elementene, deres former, egenskapene til forbindelser av disse elementene, egenskapene til stoffene de danner, enten de er enkle eller komplekse, avhenger av atommassen. Nesten umiddelbart ga han ut sin første bok, "Fundamentals of Chemistry", som også inkluderte et periodisk system.

Det var mange forutsetninger for loven; den oppsto ikke fra ingensteds; mye arbeid fra forskjellige vitenskapsmenn var involvert i dens fremvekst. Utviklingen av kjemi ved begynnelsen av 1800-tallet forårsaket mange vanskeligheter, siden noen elementer ennå ikke var oppdaget, og atommassene til allerede kjente stoffer var feil. De første tiårene av dette århundret var preget av slike oppdagelser av kjemiens grunnleggende lover, disse inkluderer lovene om proporsjoner og volumer, Dulong og Petit og andre.

Disse funnene ble grunnlaget for utviklingen av ulike eksperimentelle studier. Men fortsatt ga de fleste uenighetene mellom læresetningene forvirring i definisjonen av atomvekter, på grunn av hvilken vann, for eksempel på den tiden, ble representert med 4 formler. For å løse tvistene ble det besluttet å innkalle til en kongress, som kjente kjemikere ble invitert til. Det fant sted i 1860, hvor Canizzaro leste en rapport om atom-molekylær teori. Forskere klarte også å komme til enhet i begrepene atom, molekyl og tilsvarende.

Tabellen over enkle stoffer, som Lavoisier foreslo tilbake i 1787, besto av bare 35 grunnstoffer, og ved slutten av 1800-tallet var antallet allerede 63. Mange forskere forsøkte også å finne sammenhengen mellom elementenes egenskaper for å kunne mer beregne atomvekt riktig. Kjemikeren Döbereiner, som utviklet loven om triader, oppnådde stor suksess i denne retningen. J.B. Dumas og M.I. Pettenekofer oppdaget med suksess den homologiske serien, og uttrykte også antakelser om riktigheten av forholdet mellom atomvekter.

Mens noen beregnet vekten av atomer, prøvde andre å organisere det periodiske systemet. Kjemikeren Odling foreslår en tabell med 57 elementer fordelt på 17 grupper, og deretter prøver kjemikeren de Chancourt å skildre alt i en geometrisk formel. Sammen med skruesystemet hans dukker også Newlands' bord opp. I tillegg er det blant forskerne verdt å merke seg Meyer, som i 1864 ga ut en bok med en tabell bestående av 44 elementer. Etter D.I. Mendeleev publiserte sin periodiske lov og system, kjemikeren Maillet gjorde i lang tid krav på sin prioritet i oppdagelsen.

Alle disse forutsetningene dannet grunnlaget for oppdagelsen; Mendeleev selv, et par tiår etter oppdagelsen, sa at han hadde tenkt på systemet i nesten 20 år. Alle hovedkonklusjonene og bestemmelsene i loven ble laget av ham i hans verk innen slutten av 1871. Han fastslo at de numeriske verdiene til atommasser er i et visst mønster, og egenskapene til elementene er bare mellomdata som avhenger av to naboelementer over og under, og samtidig på to elementer i perioden til høyre og venstre.

Deretter har D.I. Mendeleev måtte bevise oppdagelsen sin i mer enn ett år. Dens anerkjennelse kom først mye senere, da germanium, scandium og gallium ble oppdaget. På slutten av 1800-tallet anerkjente de fleste forskere denne loven som en av naturlovene. Over tid, på begynnelsen av 1900-tallet, gjennomgikk det periodiske systemet mindre endringer, en nullgruppe med inerte gasser ble dannet, og sjeldne jordmetaller var lokalisert i en celle.

Oppdagelsen av den periodiske loven [VIDEO]

Oppdagelsen av tabellen over periodiske kjemiske elementer var en av de viktige milepælene i historien om utviklingen av kjemi som vitenskap. Oppdageren av bordet var den russiske forskeren Dmitrij Mendeleev. En ekstraordinær vitenskapsmann med et bredt vitenskapelig syn klarte å kombinere alle ideer om kjemiske elementers natur til et enkelt sammenhengende konsept.

M24.RU vil fortelle deg om historien til oppdagelsen av tabellen over periodiske elementer, interessante fakta knyttet til oppdagelsen av nye elementer og folkeeventyr som omringet Mendeleev og tabellen over kjemiske elementer han skapte.

Tabellåpningshistorikk

Ved midten av 1800-tallet hadde 63 kjemiske grunnstoffer blitt oppdaget, og forskere over hele verden har gjentatte ganger gjort forsøk på å kombinere alle eksisterende grunnstoffer til et enkelt konsept. Det ble foreslått å plassere elementene i rekkefølge etter økende atommasse og dele dem inn i grupper i henhold til lignende kjemiske egenskaper.

I 1863 foreslo kjemikeren og musikeren John Alexander Newland sin teori, som foreslo en utforming av kjemiske elementer lik den som ble oppdaget av Mendeleev, men vitenskapsmannens arbeid ble ikke tatt på alvor av det vitenskapelige samfunnet på grunn av det faktum at forfatteren ble revet med ved søken etter harmoni og forbindelsen mellom musikk og kjemi.

I 1869 publiserte Mendeleev sitt diagram over det periodiske systemet i Journal of the Russian Chemical Society og sendte melding om oppdagelsen til verdens ledende forskere. Deretter foredlet og forbedret kjemikeren ordningen gjentatte ganger til den fikk sitt vanlige utseende.

Essensen av Mendeleevs oppdagelse er at med økende atommasse endres de kjemiske egenskapene til elementene ikke monotont, men periodisk. Etter et visst antall elementer med forskjellige egenskaper begynner egenskapene å gjenta seg. Dermed ligner kalium på natrium, fluor ligner på klor, og gull ligner på sølv og kobber.

I 1871 kombinerte Mendeleev endelig ideene til den periodiske loven. Forskere forutså oppdagelsen av flere nye kjemiske elementer og beskrev deres kjemiske egenskaper. Deretter ble kjemikerens beregninger fullstendig bekreftet - gallium, scandium og germanium tilsvarte fullstendig egenskapene som Mendeleev tilskrev dem.

Fortellinger om Mendeleev

Det var mange historier om den berømte vitenskapsmannen og hans oppdagelser. Folk på den tiden hadde liten forståelse for kjemi og trodde at det å studere kjemi var noe sånt som å spise suppe fra babyer og stjele i industriell skala. Derfor fikk Mendeleevs aktiviteter raskt en masse rykter og legender.

En av legendene sier at Mendeleev oppdaget tabellen over kjemiske elementer i en drøm. Dette er ikke det eneste tilfellet; August Kekule, som drømte om formelen til benzenringen, snakket også om oppdagelsen sin. Men Mendeleev bare lo av kritikerne. "Jeg har tenkt på det i kanskje tjue år, og du sier: Jeg satt der og plutselig ... ferdig!" sa vitenskapsmannen en gang om oppdagelsen.

En annen historie krediterer Mendeleev med oppdagelsen av vodka. I 1865 forsvarte den store vitenskapsmannen sin avhandling om emnet "Diskurs om kombinasjonen av alkohol med vann", og dette ga umiddelbart opphav til en ny legende. Kemikerens samtidige humret og sa at forskeren "skaper ganske bra under påvirkning av alkohol kombinert med vann," og påfølgende generasjoner kalte allerede Mendeleev oppdageren av vodka.

De lo også av vitenskapsmannens livsstil, og spesielt av det faktum at Mendeleev utstyrte laboratoriet sitt i hulen til et stort eiketre.

Samtidige gjorde også narr av Mendeleevs lidenskap for kofferter. Forskeren, under sin ufrivillige inaktivitet i Simferopol, ble tvunget til å fjerne tiden ved å veve kofferter. Senere laget han selvstendig pappbeholdere for laboratoriets behov. Til tross for den klart "amatør" naturen til denne hobbyen, ble Mendeleev ofte kalt en "mester i kofferter."

Oppdagelse av radium

En av de mest tragiske og samtidig berømte sidene i kjemiens historie og utseendet til nye elementer i det periodiske systemet er assosiert med oppdagelsen av radium. Det nye kjemiske elementet ble oppdaget av ektefellene Marie og Pierre Curie, som oppdaget at avfallet som ble igjen etter separasjonen av uran fra uranmalm var mer radioaktivt enn rent uran.

Siden ingen visste hva radioaktivitet var på den tiden, tilskrev rykter raskt helbredende egenskaper og evnen til å kurere nesten alle sykdommer kjent for vitenskapen til det nye elementet. Radium var inkludert i matvarer, tannkrem og ansiktskremer. De rike hadde på seg klokker hvis skiver var malt med maling som inneholdt radium. Det radioaktive elementet ble anbefalt som et middel for å forbedre styrken og lindre stress.

Slik "produksjon" fortsatte i tjue år - til 30-tallet av det tjuende århundre, da forskere oppdaget de sanne egenskapene til radioaktivitet og fant ut hvor ødeleggende effekten av stråling er på menneskekroppen.

Marie Curie døde i 1934 av strålingssyke forårsaket av langvarig eksponering for radium.

Nebulium og Coronium

Det periodiske systemet bestilte ikke bare de kjemiske elementene i et enkelt harmonisk system, men gjorde det også mulig å forutsi mange funn av nye grunnstoffer. Samtidig ble noen kjemiske "elementer" anerkjent som ikke-eksisterende på grunnlag av at de ikke passet inn i konseptet med den periodiske loven. Den mest kjente historien er "oppdagelsen" av de nye elementene nebulium og koronium.

Mens de studerte solatmosfæren, oppdaget astronomer spektrallinjer som de ikke var i stand til å identifisere med noen av de kjemiske grunnstoffene som er kjent på jorden. Forskere antydet at disse linjene tilhører et nytt element, som ble kalt koronium (fordi linjene ble oppdaget under studiet av "koronaen" til solen - det ytre laget av stjernens atmosfære).

Noen år senere gjorde astronomer en ny oppdagelse mens de studerte spektrene til gasståker. De oppdagede linjene, som igjen ikke kunne identifiseres med noe terrestrisk, ble tilskrevet et annet kjemisk element - nebulium.

Funnene ble kritisert fordi det ikke lenger var plass i Mendeleevs periodiske system for grunnstoffer med egenskapene til nebulium og koronium. Etter sjekk ble det oppdaget at nebulium er vanlig terrestrisk oksygen, og koronium er høyt ionisert jern.

Materialet er laget basert på informasjon fra åpne kilder. Utarbeidet av Vasily Makagonov @vmakagonov

På gymsalen studerte D.I. Mendeleev middelmådig først. I kvartalsrapportene som er bevart i hans arkiv er det mange tilfredsstillende karakterer, og det er flere av dem i lavere og mellomklasse. På videregående ble D.I. Mendeleev interessert i fysiske og matematiske vitenskaper, samt historie og geografi, og han var også interessert i universets struktur. Gradvis vokste den unge skoleelevens suksess i avgangsbeviset hans, mottatt 14. juli 1849. det var bare to tilfredsstillende karakterer: i Guds lov (et emne han ikke likte) og i russisk litteratur (det kunne ikke være en god karakter i dette faget, siden Mendeleev ikke kunne det kirkeslaviske språket godt). Gymsalen etterlot i sjelen til D.I. Mendeleev mange lyse minner fra lærere: om Pyotr Pavlovich Ershov - (forfatter av eventyret "Den lille pukkelryggede hesten"), som først var en mentor, deretter direktøren for Tobolsk-gymnaset; om I.K. Rummel - (lærer i fysikk og matematikk), som avslørte for ham måtene å forstå naturen på. Sommeren 1850 gått i trøbbel. Først sendte D.I. Mendeleev dokumenter til det medisinsk-kirurgiske akademiet, men han besto ikke den første testen - tilstedeværelse i det anatomiske teateret. Min mor foreslo en annen vei - å bli lærer. Men opptak til Hovedpedagogisk institutt fant sted et år senere og nettopp i 1850. det var ingen resepsjon. Heldigvis hadde begjæringen effekt, Han ble innskrevet i instituttet på statlig støtte. Allerede i sitt andre år ble Dmitry Ivanovich interessert i laboratorieklasser og interessante forelesninger.

I 1855 ble D.I. Mendeleev briljant uteksaminert fra instituttet med en gullmedalje. Han ble tildelt tittelen seniorlærer. 27. august 1855 Mendeleev mottok dokumenter som utnevnte ham til seniorlærer i Simferopol. Dmitry Ivanovich jobber mye: han underviser i matematikk, fysikk, biologi og fysisk geografi. I løpet av to år publiserte han 70 artikler i Journal of the Ministry of Public Education.

I april 1859 ble den unge vitenskapsmannen Mendeleev sendt til utlandet «for å forbedre sin vitenskap». Han møter den russiske kjemikeren N. N. Beketov, med den kjente kjemikeren M. Berthelot.

I 1860 deltok D.I. Mendeleev i den første internasjonale kjemikerkongressen i den tyske byen Karlsruhe.

I desember 1861 ble Mendeleev rektor ved universitetet.

Mendeleev så tre omstendigheter som, etter hans mening, bidro til oppdagelsen av den periodiske loven:

For det første ble atomvektene til de fleste kjente kjemiske grunnstoffer mer eller mindre nøyaktig bestemt;

For det andre dukket det opp et klart konsept om grupper av grunnstoffer med lignende kjemiske egenskaper (naturlige grupper);

For det tredje, innen 1869 Kjemien til mange sjeldne grunnstoffer ble studert, uten kunnskap om hvilke det ville være vanskelig å komme til noen generalisering.

Til slutt var det avgjørende skrittet mot oppdagelsen av loven at Mendeleev sammenlignet alle grunnstoffene i henhold til deres atomvekter.

I september 1869 D.I. Mendeleev viste at atomvolumene til enkle stoffer periodisk er avhengige av atomvekter, og i oktober oppdaget han valensen til grunnstoffer i saltdannende oksider.

Sommeren 1870 Mendeleev fant det nødvendig å endre de feilbestemte atomvektene til indium, cerium, yttrium, thorium og uran og endret i forbindelse med dette plasseringen av disse elementene i systemet. Dermed viste uran seg å være det siste grunnstoffet i den naturlige serien og det tyngste når det gjelder atomvekt.

Etter hvert som nye kjemiske elementer ble oppdaget, ble behovet for systematisering av dem stadig mer følt. I 1869 opprettet D.I. Mendeleev det periodiske systemet med grunnstoffer og oppdaget loven som lå til grunn. Denne oppdagelsen var en teoretisk syntese av hele den forrige utviklingen av det 10. århundre. : Mendeleev sammenlignet de fysiske og kjemiske egenskapene til alle 63 da kjente kjemiske grunnstoffer med deres atomvekter og oppdaget sammenhengen mellom de to viktigste kvantitativt målte egenskapene til atomer som all kjemi var bygget på - atomvekt og valens.

Mange år senere beskrev Mendeleev systemet sitt som følger: "Dette er det beste sammendraget av mine synspunkter og betraktninger om periodisiteten til elementer." Mendeleev siterte først den kanoniske formuleringen av den periodiske loven, som eksisterte før dens fysiske begrunnelse: "Egenskapene av grunnstoffene, og derfor egenskapene til de enkle og komplekse legemer dannet av dem, står periodisk avhengig av deres atomvekt."

Mindre enn seks år senere spredte nyheter seg over hele verden: i 1875. Den unge franske spektroskopisten P. Lecoq de Boisbaudran isolerte et nytt grunnstoff fra et mineral utvunnet i Pyreneene. Boisbaudran ble ført til stien av en svak fiolett linje i spekteret til mineralet, som ikke kunne tilskrives noen av de kjente kjemiske elementene. Til ære for sitt hjemland, som i oldtiden ble kalt Gallia, kalte Boisbaudran det nye grunnstoffet gallium. Gallium er et svært sjeldent metall, og Boisbaudran måtte jobbe hardere for å få tak i det i mengder som er lite mer enn hodet på en nål. Se for deg Boisbaudrans overraskelse da han gjennom vitenskapsakademiet i Paris mottok et brev med et russisk stempel, som sa: i beskrivelsen av egenskapene til gallium er alt riktig, bortsett fra tettheten: gallium er tyngre enn vann ikke 4,7 ganger, som Boisbaudran hevdet, men 5. 9 ganger. Oppdaget noen andre gallium først? Boisbaudran bestemte tettheten til gallium på nytt ved å utsette metallet for mer grundig rensing. Og det viste seg at han tok feil, og forfatteren av brevet - det var selvfølgelig Mendeleev, som aldri hadde sett gallium - hadde rett: den relative tettheten til gallium er ikke 4,7, men 5,9.

Og 16 år etter Mendeleevs spådom, oppdaget den tyske kjemikeren K. Winkler et nytt grunnstoff (1886) og kalte det germanium. Denne gangen trengte ikke Mendeleev selv å påpeke at dette nyoppdagede elementet hadde blitt forutsagt av ham tidligere. Winkler bemerket at germanium fullstendig tilsvarer Mendeleevs eca-silisium. Winkler skrev i sitt arbeid: «Man kan knapt finne et annet mer slående bevis på gyldigheten av periodisitetslæren enn i det nyoppdagede grunnstoffet. Dette er ikke bare en bekreftelse på en dristig teori, her ser vi en åpenbar utvidelse av kjemiske horisonter, et kraftig skritt innen kunnskapsfeltet.»

Eksistensen i naturen av mer enn ti nye elementer ukjent for noen ble forutsagt av Mendeleev selv. For et dusin elementer spådde han

Riktig atomvekt. Alle påfølgende søk etter nye grunnstoffer i naturen ble utført av forskere ved å bruke den periodiske loven og det periodiske systemet. De hjalp ikke bare forskere i deres søken etter sannhet, men bidro også til å korrigere feil og misoppfatninger i vitenskapen.

Mendeleevs spådommer gikk strålende i oppfyllelse - tre nye elementer ble oppdaget: gallium, scandium, germanium. Berylliummysteriet, som lenge har plaget forskere, er løst. Atomvekten ble endelig bestemt nøyaktig, og elementets plass ved siden av litium ble bekreftet en gang for alle. På 90-tallet av 1800-tallet. , ifølge Mendeleev, "periodisk lovlighet har blitt sterkere." Lærebøker i kjemi i forskjellige land har utvilsomt begynt å inkludere Mendeleevs periodiske system. Den store oppdagelsen fikk universell anerkjennelse.

Skjebnen til store funn er noen ganger veldig vanskelig. På veien møter de prøvelser som noen ganger til og med sår tvil om sannheten i oppdagelsen. Dette var tilfellet med grunnstoffenes periodiske system.

Det var assosiert med den uventede oppdagelsen av et sett med gassformige kjemiske elementer kalt inerte eller edle gasser. Den første av disse er helium. Nesten alle oppslagsverk og leksikon daterer oppdagelsen av helium til 1868. og denne hendelsen er assosiert med den franske astronomen J. Jansen og den engelske astrofysikeren N. Lockyer. Jansen var til stede ved en total solformørkelse i India i august 1868. Og hans viktigste fortjeneste er at han klarte å observere solprominenser etter at formørkelsen tok slutt. De ble kun observert under en formørkelse. Lockyer observerte også prominenser. Uten å forlate de britiske øyer, i midten av oktober samme år. Begge forskerne sendte beskrivelser av sine observasjoner til Paris Academy of Sciences. Men siden London er mye nærmere Paris enn Calcutta, kom brevene nesten samtidig til adressaten 26. oktober. Ikke om noe nytt grunnstoff som visstnok er til stede på solen. Det var ikke et ord i disse brevene.

Forskere begynte å studere i detalj spektra av prominenser. Og snart dukket det opp rapporter om at de inneholdt en linje som ikke kunne tilhøre spekteret til noen av elementene som eksisterer på jorden. I januar 1869 Den italienske astronomen A. Secchi utpekte det som. I denne innspillingen kom den inn i vitenskapens historie som et spektralt "kontinent". Den 3. august 1871 snakket fysiker W. Thomson offentlig om den nye solcellen på et årlig møte med britiske forskere.

Dette er den sanne historien om oppdagelsen av helium i solen. I lang tid kunne ingen si hva dette elementet er eller hva dets egenskaper er. Noen forskere avviste generelt eksistensen av helium på jorden, siden det bare kunne eksistere under forhold med høye temperaturer. Helium ble oppdaget på jorden først i 1895.

Dette er opprinnelsen til D.I. Mendeleevs bord.