Небольшое но замечательное открытие менделеева. Дмитрий менделеев

19 октября 1875 года в докладе на заседании физического общества при Петербургском университете Дмитрий Менделеев выдвинул идею аэростата с герметичной гондолой для исследования высотных слоёв атмосферы. Дмитрий Менделеев был фантастически эрудированным человеком и учёным, исследователем во многих науках. За свою жизнь Менделеев сделал немало великих открытий. Сегодня мы решили сделать подборку из пяти главных достижений Дмитрия Менделеева.

Создание управляемого аэростата

Дмитрий Менделеев занимался изучением газов в химии. Также Менделеева интересовали проекты стратостатов и аэростатов. Так в 1875 году он разработал проект стратостата объёмом около 3600 м3 с герметичной гондолой, подразумевающий возможность подъёма в верхние слои атмосферы, уже позже он спроектировал управляемый аэростат с двигателями.

Создание периодической таблицы химических элементов

Одним из главных достижений Дмитрия Ивановича Менделеева было создание периодической таблицы химических элементов. Эта таблица - классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Таблица - это графическое выражение периодического закона, который установил сам Менделеев. Также известно, что периодическая таблица, разработанная Менделеевым больше в рамках химии, явилась готовой систематизацией типов атомов для новых разделов физики.

Открытие критической температуры

Ещё одно немалое достижение Менделеева - это открытие «температуры абсолютного кипения жидкостей», то есть критической температуры. Критическую температуру Менделеев открыл в 1860 году, устроив в своем доме лаборатории, с помощью которой он исследовал поверхностное натяжение жидкостей при различных температурах. Сама под собой в термодинамике «критическая температура» подразумевает значение температуры в критической точке, то есть при температуре выше критической точки газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Открытие общего уравнения состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа - это формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Это уравнении называется уравнением Клайперона-Менделеева, именно потому что вклад в открытие уравнения внесли оба этих ученых. Если уравнение Клапейрона содержало неуниверсальную газовую постоянную, значение которой необходимо было измерять для каждого газа, то Менделеев нашел коэффициент пропорциональности того, чего он назвал универсальной газовой постоянной.

Представляем вашему вниманию очередной материал нашей серии «Жизнь замечательных умов».

На очередном заседании Русского химического общества, проходившем 6 марта 1869 года, Дмитрий Иванович Менделеев не присутствовал. Его совершенно неожиданно вызвали на один из недавно открытых химических заводов. Поэтому его доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» прочитал его друг, первый редактор журнала РХО Николай Александрович Меншуткин. Собравшиеся ученые спокойно выслушали докладчика, вежливо похлопали ему и не спеша разошлись. Все было так, как будто ничего не произошло, и мир после этого доклада остался таким же, каким и был до него.

Сейчас даже школьники знают, что Менделеев увидел свою периодическую таблицу во сне . И нельзя сказать, что эта информация не соответствует истине. По крайней мере, сам ученый рассказывал о том, как после трех суток мучительных рассуждений он забылся сном. И вдруг: «Ясно вижу во сне таблицу, где элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги и заснул опять. Только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка». Позже, когда значение сделанного открытия стало ясно всем образованным людям, падкие на сенсации журналисты растрезвонили об этом по всему миру. Вот, дескать, как получаются великие теории: лег человек, заснул, что-то там себе увидел и проснулся уже великим открывателем. Наконец, в ответ на очередную просьбу рассказать, как это так можно разглядеть такую полезную вещь, как «Периодическая таблица» в сновидении, на этот раз — от репортера «Петербургского листка», ученый не выдержал, взорвался: «…Не пятак за строчку (стандартный газетный гонорар, - В.Ч.)! Не так, как вы! Я над ней, может, двадцать пять лет думал, а вы полагаете: сидел, и вдруг пятак за строчку, пятак за строчку, и готово… !»

Эта история о внезапном «сонном прозрении» была лишь одной из немногих легенд, какие народная, писательская и газетная молва связали с именем великого ученого. Всего же их была великая масса.

Хотя Дмитрий Иванович и родился в культурной семье с древними традициями, фамилию его древней назвать никак нельзя. Дед его, сельский приходской священник Павел Максимович был Соколовым. И только один из четверых сыновей, Тимофей, остался на его фамилии, остальным троим, по обычаям духовенства того времени, после окончания семинарии фамилии были даны другие. Первый, Александр, по названию села, где служил отец, стал Тихомандрицким, второй, Василий, по названию прихода — Покровским, а третьему, Ивану, дали фамилию соседей и постоянных прихожан Соколовых — помещиков Менделеевых. Окончив духовную школу Иван пошел по светской линии, отучился на филологическом отделении Санкт-Петербургского Главного педагогического института, ставшего позже Государственным университетом, после чего был определен «учителем философии, изящных искусств и политической экономии» в Тобольск. Уже там он женился на купеческой дочке Марии Дмитриевне Корнильевой, родившей ему 17 детей. Семнадцатым, «последышем», 27 января 1834 года как раз и стал Дмитрий. Хотя, если считать по-другому, то он был девятым, поскольку восемь умерли в младенчестве.

К тому времени семья Менделеевых достигла пика своего экономического благополучия: Иван Павлович был уже директором Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. Но благополучие это рухнуло моментально. В том же 1834 году отец Дмитрия из-за катаракты ослеп и ушел на пенсию, размер которой был крайне невелик.

Тут, как нельзя кстати, пригодилась предпринимательская хватка матери Менделеева, доставшаяся ей от отца. Она перевезла семью в село Аремзянское, где у ее брата был небольшой стекольный завод. Брат постоянно проживал в Москве, а заботы по управлению предприятием целиком доверил Марии. В 1841 году Митю отдали в Тобольскую гимназию. С этим периодом связана еще одна широко известная легенда, которой часто утешаются двоечники. Всем известно, что Митю Менделеева, в будущем — гениального ученого, в гимназии оставляли на второй год. Это было действительно так, только вот оставляли его не из-за плохой успеваемости, а потому, что отдали его туда не в 8 лет, как было положено, а в 7. Как раз с тем условием, что он будет учиться в первом классе два года кряду.

В 1847 году Иван Павлович умер, и дальше все заботы по обеспечению немаленькой семьи легли целиком на плечи Марии Дмитриевне. Всем детям она постаралась дать по возможности хорошее образование, а когда последний, Дима, окончил гимназию, завершила все свои «стекольные дела», продала все, что было в Тобольске и вместе с сыном и младшей дочерью переехала в Санкт-Петербург. Где по ее настойчивому ходатайству Дмитрия зачислили в тот же Педагогический институт, который заканчивал отец, только на физико-математический факультет. Однако большее предпочтение молодой студент отдавал, как можно уже догадаться, химии и минералогии, преподавали которые известные профессора «дедушка русской химии» Александр Воскресенский и Степан Куторга. Под их руководством он в 1854 году опубликовал первую свою серьезную работу «Химический анализ ортита из Финляндии».

Через год Менделеев окончил институт с золотой медалью, получил титул «Старший учитель» и уехал преподавать из холодного Петербурга в теплую Одессу , где год проработал в Ришельевском лицее. Однако здесь он не столько преподавал, сколько занимался магистерской диссертацией на тему «Строение кремнезёмных соединений», которую и защитил уже в 1856 году. Диссертация имела успех, по результатам защиты Менделеев получил ученую степень магистра и должность приват-доцента при Петербургском университете.

В 1859 году «для усовершенствования в науках» молодой перспективный химик был командирован в немецкий Гейдельберг, где два года изучал взаимосвязь химических и физических свойств веществ. В этой области ему удалось, в частности, доказать, что существует максимальная температура, при которой любые вещества могут находиться только в газообразном состоянии. Возвратившись в Петербург он вскоре написал и издал замечательный учебник по органической химии, принесший ему немалую известность в просвещенных кругах.

Весной 1863 года он женился на падчерице известного писателя, автора «Конька-Горбунка» Петра Ершова, кстати, преподававшего ему в гимназии литературу, Феозве Никитичне Лещевой. Она была на 6 лет старше супруга и принесла ему трех детей. Тогда же ему за «Органическую химию» была присуждена очень даже приличная Демидовская премия, а чуть позже он заступил на должность штатного доцента кафедры органической химии Петербургского университета с солидным окладом 1200 рублей в год. При этом он одновременно получил место профессора и - уже как профессор - квартиру при институте. Таким образом, все материальные проблемы, терзавшие молодые семьи, были в основном сняты и ученый мог с чистым сердцем отдаться химическим исследованиям.

Больше года он занимался изучением спиртоводной смеси и в итоге пришел к выводу, что самую большую плотность имеет раствор, в котором на три молекулы H2O приходится одна C2H5OH. В 1865 году он защитил докторскую диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою». Из нее органически вытекает еще одна легенда, утверждающая, что именно Менделеев изобрел русскую водку . В легенде даже говорится, что «в своей диссертации Дмитрий Иванович убедительно доказал, что оптимальной крепостью «живительной воды» является 38 градусов, которые царское правительство округлило до 40». Но сколько бы мы эту диссертацию не перечитывали, ни одного слова о любимом в народе напитке мы в ней не найдем. На самом деле, крепость 40 градусов российское правительство установило для удобства расчета акцизов, взимавшихся с каждого градуса, еще в 1843 году, когда Менделееву едва исполнилось 9 лет. А 38 градусов были нижним пределом, за которыми начинались штрафные санкции за недоброкачественную продукцию.

Вскоре после защиты Менделеев уже стал ординарным профессором Университета. Вот тогда-то, работая над новым учебником по неорганической химии, он и задумался над тем, как связаны атомный вес химических элементов и прочие их свойства. Для ясности он завел на каждый элемент отдельную карточку, на которую заносил о нем краткую информацию. Пачку этих карточек ученый все время носил с собой и часто перебирал их, раскладывая наподобие хитрого карточного пасьянса. Который у него и сложился к февралю 1869 года.

Правда, сложился не совсем. Некоторые элементы не вполне соответствовали месту, на которое их укладывал ученый. Кроме того, в получившейся таблице были три «дырки». Которые Менделеев «заполнил» тремя выдуманными элементами - «эка-бором», «эка-кремнием» и «эка-алюминием». Все это позволило некоторым его коллегам обвинить химика в подтасовках и подтягивании науки под свою «смехотворную теорию». Созданная Менделеевым «Периодическая система» по-настоящему «выстрелила» только в 1875 году, когда французский химик Лекок де Буабодран сообщил об открытии им нового элемента - галлия с удельным весом 4,7. Менделеев заметил тогда, что этот элемент почти идеально подходит на место «эка-алюминия», с той только разницей, что у последнего рассчитанный вес был в районе 5,9. Ученый сообщил об этом французскому коллеге, тот провел более точные эксперименты и выяснил, что реальный вес галлия - 5,94. После этого имена обоих химиков прогремели по всему миру, а ученые бросились лихорадочно уточнять старые данные, которые все больше соответствовали тому, что давала таблица, и искать предсказанные элементы. В 1879 году был открыт «эка-бор» - «скандий», а в 1885 и «эка-кремний», - «германий». Все эти элементы в точности соответствовали тому, что для них было предсказано новой теорией. Которая к тому времени уже стала общепризнанной.

Но, на фоне такого впечатляющего научного успеха, личная жизнь ученого терпела все более явное фиаско. Отношения с женой, и до того бывшие неважными, к концу 1870-х годов у Дмитрия Ивановича окончательно расстроились. Зато на старом пепелище разгорелось пламя настоящего любовного пожара. Виною которому была часто бывавшая в доме дочь казака из Урюпинска Анна Ивановна Попова. К ее чести стоит сказать, что дама вовсе не стремилась разрушать ячейку общества. Как только Анна поняла, насколько далеко зашли чувства Дмитрия, она попыталась все свернуть, для чего просто уехала из Петербурга в Италию. Однако все было слишком серьезно и, узнав о бегстве возлюбленной, ученый быстро собрал вещи и бросился в погоню. Уже через месяц он привез Анну Ивановну обратно в Петербург, а вскоре они создали новую семью . За более чем 20 лет супружества Анна принесла мужу еще четверых детей.

Не стоит думать, что Менделеев занимался одной лишь химией. Напротив, сейчас сложно найти область, в которой он не проявил бы себя блестящим специалистом. В Императорской Академии Наук он числился по разделу «физический». Среди российских нефтяников он считался самым главным специалистом, предложившим проекты первых нефтепроводов и нефтекачалок. В 1879 году он разработал технологические схемы для первого российского завода по производству машинного масла.

В 1875 Менделеев рассчитал проект стратостата с герметичной кабиной для подъема в верхние слои атмосферы. А летом 1887 года он сам, в качестве аэронавта, поднялся над облаками в корзине наполненного водородом воздушного шара, дабы наблюдать солнечное затмение. Это был настоящий подвиг, ибо ученый до того вообще не имел опыта воздухоплавания. Управлять шаром должен был профессиональный пилот, Александр Кованько, однако накануне прошел дождь, шар намок, отяжелел и не мог поднять двух человек. После чего ученый и высадил Кованько из гондолы, заявив, что управится с шаром сам. Под его управлением аэростат поднялся на высоту почти 4 километра и пролетел более 100 километров, после чего Менделеев совершил вполне удачную посадку. Сам он писал об этом случае: «...Немалую роль в моём решении играло... то соображение, что о нас, профессорах и вообще учёных, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем, что и нам, как щедринским генералам, всегда нужен мужик, для того чтобы делать дело, а иначе у нас всё из рук валится. Мне хотелось демонстрировать, что это мнение, быть может, справедливое в каких-то других отношениях, несправедливо в отношении к естествоиспытателям, которые всю жизнь проводят в лаборатории, на экскурсиях и вообще в исследованиях природы. Мы непременно должны уметь владеть практикой, и мне казалось, что это полезно демонстрировать так, чтобы всем стала когда-нибудь известна правда вместо предрассудка. Здесь же для этого представлялся отличный случай». За этот полет ученый был удостоен особой медали от Академии аэростатической метеорологии.

В середине 1870-х Дмитрий Менделеев состоял в комиссии по рассмотрению медиумных явлений. Сейчас бы ее назвали «комиссией по борьбе с лженаукой». Вместе с другими известными учеными он достаточно успешно разоблачал махинации самых различных медиумов.

В конце 1870-х ученый увлекся судостроением и составил проект «опытового бассейна для испытания судов». А в конце 1890-х его включили в состав комиссии по постройке первого в мире арктического ледокола. Ледокольное судно «Ермак» было спущено на воду в 1898 году.

Став в 1892 году ученым-хранителем Главной палаты мер и весов, он сконструировал сверхточные весы для взвешивания газообразных и твёрдых веществ. Как замечательный экономист он в конце столетия консультировал министра финансов графа Витте по вопросу акцизов и нового таможенного права . В своих работах, посвященных демографии, Менделеев писал: «Высшая цель политики яснее всего выражается в выработке условий для размножения людского». Кстати, по его подсчетам, к середине XX века население России должно было составлять 800 миллионов человек.

Наконец, еще одна распространенная легенда утверждает, что Менделеев был мастером чемоданного дела и в свободное время любил сотворить пару новых чемоданов. И хотя ни одного чемодана нам от него не осталось, однако у этой легенды есть какое-никакое, а основание. Дело в том, что в молодости, в пору, когда с работой и с деньгами было туговато, он и вправду научился азам переплетного и картонажного мастерства и часто сам делал для собственных нужд папки и переплеты. Смастерил даже как-то, уже будучи серьезным ученым, маленькую, но прочную картонную скамеечку, сохранившуюся доныне. Материалы для этого ученый покупал в Гостином дворе. Тут-то он однажды и услышал за спиной приглушенный диалог: «Кто этот почтенный господин?» — «Неужели не знаете? Это же известный чемоданных дел мастер Менделеев». Ученый имел неосторожность рассказать об этом анекдоте друзьям, те поведали знакомым, и байка про «великого чемоданного мастера», в несколько измененном виде, пошла гулять по страницам газет и по умам обывателей.

А вот последняя легенда - о том, что великому химику не дали нобелевскую премию из-за конфликта с семейством Нобелей - может оказаться правдой , хотя никаких документальных свидетельство этого у нас нет. Ученый выдвигался на премию три года подряд - в 1905, 1906 и 1907 годах. В первый раз его обошел немецкий химик-органик Адольф Байер.

В 1906 году нобелевский комитет уже присудил Менделееву премию, но Шведская королевская академия наук отменила это решение. И вот тут, вполне возможно, сказалось лоббирование племянника бездетного Альфреда Нобеля и главного его наследника, Эмануэля, возглавлявшего тогда крупнейшую российскую нефтяную корпорацию «Товарищество братьев Нобель». Известно, что Менделеев открыто критиковал Нобелей и обвинял их в хищническом отношении к российской нефти. Поэтому, чисто теоретически, Эмануэль, имевший в нобелевских кругах определенный вес, мог влиять на судьбу премии. Однако это представляется маловероятным: не таким злопамятным был русский швед Эмануэль Нобель. И ему мы не в последнюю очередь обязаны самим существованием премии. Поскольку завещание, в котором о ней говорилось, составлено было дядюшкой с грубейшими нарушениями и вполне могло быть Эмануэлем опротестовано в свою пользу. Однако молодой Нобель его признал, чем чуть было не поставил семейную компанию, в которой Альфреду принадлежала треть активов, на грань разорения.

Наконец, было принято твердое решение о присуждении в 1907 году «нобелевки» русскому химику. Однако, по завещанию, вручить ее можно было только ныне живущему ученому. А Дмитрий Иванович Менделеев 20 января 1907 года скончался.

Его именем сегодня названы город, поселки, железнодорожные станции, станции метро, вулкан, горный пик, ледник, лунный кратер, астероид, его имя носят институты, школы, научные и ненаучные организации, общества, съезды, журналы, заводы и фабрики. А в 1955 году американские ученые внесли его имя и в созданную им «Периодическую таблицу». Открытый ими 101 элемент Альфред Гиорсо, Беруэлл Харви, Грегори Чоппин и Стенли Томпсон решили назвать в честь легендарного русского ученого «Менделеевий».

Менделеев Дмитрий Иванович – русский ученый, гениальный химик, физик, исследователь в области метрологии, гидродинамики, геологии, глубокий знаток промышленности, приборостроитель, экономист, воздухоплаватель, педагог, общественный деятель и оригинальный мыслитель.

Детство и юность

Великий ученый родился в 1834 году, 8 февраля, в Тобольске. Отец Иван Павлович был директором окружных училищ и Тобольской гимназии, происходил из рода священника Павла Максимовича Соколова, русского по национальности.

Фамилию Иван поменял в детстве, будучи учащимся Тверской семинарии. Предположительно, это было сделано в честь его крестного отца, помещика Менделеева. Позднее неоднократно затрагивался вопрос о национальной принадлежности фамилии ученого. По одним сведениям, она свидетельствовала о еврейских корнях, по другим – о немецких. Сам Дмитрий Менделеев рассказывал о том, что фамилию присвоил Ивану его педагог из семинарии. Юноша произвел удачный обмен и тем прославился среди однокашников. По двум словам – «мену делать» – Иван Павлович был вписан в учебную ведомость.

Мать Мария Дмитриевна (в девичестве Корнильева) занималась воспитанием детей и домашним хозяйством, имела репутацию интеллигентной и умной женщины. Дмитрий был в семье самым младшим, последним из четырнадцати детей (по другой информации – последним из семнадцати детей). В 10-летнем возрасте мальчик лишился отца, который ослеп и вскоре умер.

Во время учебы в гимназии способностей Дмитрий не проявил, сложнее всего ему давалась латынь. Любовь к науке прививала мать, она же участвовала в формировании его характера. Мария Дмитриевна увезла сына учиться в Петербург.

В 1850 году в Петербурге юноша поступает в Главный пединститут на отделение естественных наук физмата. Его преподавателями были профессора Э. Х. Ленц, А. А. Воскресенский и Н. В. Остроградский.

Во время учебы в институте (1850-1855 годы) Менделеев демонстрирует незаурядные способности. Будучи студентом, он публикует статью «Об изоморфизме» и ряд химических анализов.

Наука

В 1855-м Дмитрий получает диплом с золотой медалью и направление в Симферополь. Здесь он работает старшим учителем гимназии. С началом Крымской войны Менделеев перебирается в Одессу и получает должность преподавателя в лицее.

В 1856-м он снова в Петербурге. Учится в университете, защищает диссертацию, преподает химию. Осенью защищает еще одну диссертацию и назначается приват-доцентом университета.

В 1859-м Менделеева отправляют в командировку в Германию. Работает в университете Гейдельберга, обустраивает лабораторию, исследует капиллярные жидкости. Здесь им были написаны статьи «О температуре абсолютного кипения» и «О расширении жидкостей», открыто явление «критическая температура».

В 1861-м ученый возвращается в Петербург. Создает учебник «Органическая химия», за что удостаивается Демидовской премии. В 1864-м он уже профессор, а спустя два года возглавляет кафедру, преподает и работает над «Основами химии».

В 1869-м представляет периодическую систему элементов, совершенствованию которой посвятил всю жизнь. В таблице Менделеев представил атомную массу девяти элементов, позднее добавил в свод группу благородных газов и оставил место для элементов, которые еще предстояло открыть. В 90-е годы Дмитрий Менделеев внес свой вклад в открытие явления радиоактивности. Периодический закон включал в себя доказательства связи свойств элементов и их атомного объема. Теперь рядом с каждой таблицей химических элементов находится фото первооткрывателя.

В 1865–1887 годах разрабатывает гидратную теорию растворов. В 1872-м начинает изучать упругость газов, спустя два года выводит уравнение идеального газа. Среди достижений Менделеева этого периода – создание схемы дробной перегонки нефтепродуктов, применение цистерн и трубопровода. При содействии Дмитрия Ивановича сжигание черного золота в топках полностью прекратилось. Фраза ученого «Сжигать нефть - все равно, что топить печку ассигнациями» стала афоризмом.

Еще одной сферой деятельности ученого стали географические исследования. В 1875 году Дмитрий Иванович побывал на Парижском международном географическом конгрессе, где представил на суд свое изобретение – дифференциальный барометр-высотомер. В 1887 году ученый участвовал в путешествии на аэростате в верхние слои атмосферы для наблюдения полного солнечного затмения.

В 1890-м ссора с высокопоставленным чиновником стала причиной ухода Менделеева из университета. В 1892-м химик изобретает методику получения бездымного пороха. Одновременно с этим его назначают хранителем Депо образцовых мер и весов. Здесь он возобновляет прототипы фунта и аршина, занимается вычислениями по сравнению русских и английских эталонов мер.

По инициативе Менделеева в 1899 году факультативно вводится метрическая система мер. В 1905, 1906 и 1907 годах ученого выдвигают кандидатом на Нобелевскую премию. В 1906-м году Нобелевским комитетом премия присуждается Менделееву, но Королевская академия наук Швеции это решение не подтвердила.

Менделеев, являющийся автором более чем полутора тысяч трудов, имел огромный научный авторитет в мире. За свои заслуги ученый был удостоен многочисленных научных званий, российских и зарубежных наград, был почетным членом ряда научных обществ на родине и за границей.

Личная жизнь

В юности с Дмитрием случился неприятный случай. Ухаживания за девушкой Соней, с которой тот был знаком с детства, закончились помолвкой. Но изнеженная красавица к венцу так и не пошла. Накануне свадьбы, когда подготовка уже шла полным ходом, выходить замуж Сонечка отказалась. Девушка посчитала, что нет смысла что-то менять, если жизнь и так хороша.

Дмитрий болезненно переживал разрыв с невестой, но жизнь шла своим чередом. От тяжких дум его отвлекла поездка за границу, чтение лекций и верные друзья. Возобновив отношения с Феозвой Никитичной Лещевой, с которой был знаком ранее, стал с ней встречаться. Девушка была старше Дмитрия на 6 лет, но выглядела молодо, поэтому разница в возрасте была незаметной.

В 1862-м они стали мужем и женой. Первая дочь Маша родилась в 1863 году, но прожила только несколько месяцев. В 1865-м родился сын Володя, спустя три года – дочь Оля. К детям Дмитрий Иванович был привязан, но времени им уделял мало, так как жизнь была посвящена научной деятельности. В браке, заключенном по принципу «стерпится-слюбится», он не был счастлив.

В 1877-м Дмитрий знакомится с Анной Ивановной Поповой, которая стала для него человеком, способным в трудную минуту поддержать умным словом. Девушка оказалась творчески одаренным человеком: училась в консерватории игре на фортепиано, позже в Академии художеств.

Дмитрий Иванович устраивал у себя молодежные «пятницы», где и познакомился с Анной. «Пятницы» трансформировались в литературно-художественные «среды», завсегдатаями которых были талантливые художники и профессора. Среди них были , Николай Вагнер, Николай Бекетов и другие.

Женитьба Дмитрия и Анны состоялась в 1881 году. Вскоре у них родилась дочь Люба, сын Иван появился в 1883-м, близнецы Василий и Мария – в 1886-м. Во втором браке личная жизнь ученого сложилась счастливо. Позднее зятем Дмитрия Ивановича стал поэт , женившись на дочери ученого Любови.

Смерть

В начале 1907 года в Палате мер и весов проходила встреча Дмитрия Менделеева и нового министра промышленности Дмитрия Философова. После обхода палаты ученый заболел простудой, которая вызвала воспаление легких. Но даже будучи сильно больным, Дмитрий продолжал работу над рукописью «К познанию России», последними написанными им словами в которой стала фраза:

«В заключение считаю необходимым, хоть в самых общих чертах, высказать…».

Смерть наступила в пять часов утра 2 февраля по причине паралича сердца. Могила Дмитрия Менделеева находится на Волковом кладбище Санкт-Петербурга.

Память Дмитрия Менделеева увековечена рядом монументов, документальных фильмов, книгой «Дмитрий Менделеев. Автор великого закона».

С именем Дмитрия Менделеева связано множество интересных фактов биографии. Помимо деятельности ученого, Дмитрий Иванович занимался промышленной разведкой. В 70-е годы в США начался расцвет нефтяной промышленности, появились технологии, которые удешевили производство нефтепродуктов. Российские производители стали терпеть убытки на международном рынке из-за неспособности конкурировать по цене.
В 1876 году по ходатайству министерства финансов России и «Русского технического общества», сотрудничавшего с военным ведомством, Менделеев отправился за океан на выставку технических новинок. На месте химик изучил новаторские принципы изготовления керосина и других нефтепродуктов. А по заказанным отчетам железнодорожных служб Европы Дмитрий Иванович попытался расшифровать метод изготовления бездымного пороха, что ему и удалось.

У Менделеева было хобби – изготавливать чемоданы. Ученый шил себе одежду.
Ученому приписывают изобретение водки и самогонного аппарата. Но на самом деле Дмитрий Иванович в теме докторской диссертации «Рассуждение о соединении спирта с водою» изучил вопрос уменьшения объема смешиваемых жидкостей. В работе ученого не было и слова о водке. А стандарт в 40° был установлен в царской России еще в 1843 году.
Придумал герметические отсеки для пассажиров и пилотов.
Существует легенда, что открытие периодической системы Менделеева произошло во сне, но это миф, созданный самим ученым.
Сам скручивал папиросы, используя дорогой табак. Говорил, что никогда не бросит курить.

Открытия

Создал управляемый аэростат, который стал неоценимым вкладом в воздухоплавание.
Разработал периодическую таблицу химических элементов, ставшую графическим выражением закона, установленного Менделеевым в ходе работы над «Основами химии».
Создал пикнометр – прибор, способный определять плотность жидкости.
Открыл критическую температуру кипения жидкостей.
Создал уравнение состояния идеального газа, устанавливающее зависимость между абсолютной температурой идеального газа, давлением и молярным объемом.
Открыл Главную палату мер и весов – центральное учреждение Министерства финансов, заведовавшее поверочной частью Российской империи, подчинявшееся отделу торговли.

Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева и её значение для естествознания

Введение

Открытие Д.И.Менделеевым закономерностей в строении материи оказалась очень важной вехой в развитии мировой науки и мысли. Гипотеза о том, что все вещества во Вселенной состоят лишь из нескольких десятков химических элементов в 19 веке казалась совершенно невероятной, но она была доказана «Периодической системой элементов» Менделеева.

Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX веке. Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок.

Периодическая система элементов

Д. И. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон.

Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Весь ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, Менделеев разбил на периоды, внутри которых свойства элементов изменяются последовательно, разместив периоды так, чтобы выделить сходные элементы.

Однако, несмотря на огромную значимость такого вывода, периодический закон и система Менделеева представляли лишь гениальное обобщение фактов, а их физический смысл долгое время оставался непонятным. Лишь в результате развития физики XX века - открытия электрона, радиоактивности, разработки теории строения атома - молодой, талантливый английский физик Г. Мозле установил, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу. Этим открытием Мозле подтвердил гениальную догадку Менделеева, который втрех местах периодической таблицы отошел от возрастающей последовательности атомных весов.

Так, при ее составлении Менделеев поставил 27 Со перед 28 Ni, 52 Ti перед 5 J, 18 Аг перед 19 К, несмотря на то, что это противоречило формулировке периодического закона, то есть расположению элементов в порядке увеличения их атомных весов.

Согласно закону Мозле заряды ядер данных элементов соответствовали положению их в таблице.

В связи с открытием закона Мозле современная формулировка периодического закона следующая:

свойство элементов, а так же формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.

Итак, главной характеристикой атома является не атомная масса, а величина положительного заряда ядра. Это более общая точная характеристика атома, а значит, и элемента. От величины положительного заряда ядра атома зависят все свойства Элемента и его положение в периодической системе. Таким образом, порядковый номер химического элемента численно совпадает с зарядом ядра его атома. Периодическая система элементов является графическим изображением периодического закона и отражает строение атомов элементов.

Теория строения атома объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание положительного заряда атомных ядер от 1-до 110 приводит к периодическому повторению у атомов элементов строения внешнего энергетического уровня. А поскольку от числа электронов на внешнем уровне в основном зависят свойства элементов; то и они периодически повторяются. В этом физический смысл периодического закона.

В качестве примера рассмотрим изменение свойств у первых и последних элементов периодов. Каждый период в периодической системе начинается элементами атомы, которых на внешнем уровне имеют один s-электрон (незавершенные внешние уровни) и потому проявляют сходные свойства - легко отдают валентные электроны, что обуславливает их металлический характер. Это щелочные металлы - Li, Na, К, Rb, Cs.

Заканчивается период элементами, атомы которых на внешнем уровне содержат 2 (s 2) электрона (в первом периоде) или 8 (s 1 p 6) электронов (во всех последующих), то есть имеют завершенный внешний уровень. Это благородные газы Не, Ne, Ar, Kr, Xe, имеющие инертные свойства.

Именно вследствие сходства строения внешнего энергетического уровня похожи их физические и химические свойства.

В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом. В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом.

В свете учения о строении атома становится понятным разделение всех элементов на семь периодов, сделанное Д. И. Менделеевым. Номер периода соответствует числу энергетических уровней атома, то есть положение элементов в периодической системе обусловлено строением их атомов. В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами, все элементы делят на четыре типа.

1. s-элементы. Заполняется s-подуровень внешнего уровня (s 1 - s 2). Сюда относятся первые два элемента каждого периода.

2. р-элементы. Заполняется р-подуровень внешнего уровня (р 1 -- p 6)- Сюда относятся последние шесть элементов каждого периода, начиная со второго.

3. d-элементы. Заполняется d-подуровень последнего уровня (d1 - d 10), а на последнем (внешнем) уровне остается 1 или 2 электрона. К ним относятся элементы вставных декад (10) больших периодов, начиная с 4-го, расположенные между s- и p-элементами (их также называют переходными элементами).

4. f-элементы. Заполняется f-подуровень глубинного (треть его снаружи) уровня (f 1 -f 14), а строение внешнего электронного уровня остается неизменным. Это лантаноиды и актиноиды, находящиеся в шестом и седьмом периодах.

Таким образом, число элементов в периодах (2-8-18-32) соответствует максимально возможному числу электронов на соответствующих энергетических уровнях: на первом - два, на втором - восемь, на третьем - восемнадцать, а на четвертом - тридцать два электрона. Деление групп на подгруппы (главную и побочную) основано на различии в заполнении электронами энергетических уровней. Главную подгруппу составляют s - и p-элементы, а побочную подгруппу - d-элементы. В каждой группе объединены элементы, атомы которых имеют сходное строение внешнего энергетического уровня. При этом атомы элементов главных подгрупп содержат на внешних (последних) уровнях число электронов, равное номеру группы. Это так называемые - валентные электроны.

У элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних (вто-рых снаружи) уровней, в чем и состоит основное различие в свойствах элементов главных и побочных подгрупп.

Отсюда следует, что номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом заключается физический смысл номера группы.

С позиций теории строения атома легко объясняется возрастание металлических свойств элементов в каждой группе с ростом заряда ядра атома. Сравнивая, например, распределение электронов по уровням в атомах 9 F (1s 2 2s 2 2р 5) и 53J (1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 Зр 6 3d 10 4s 2 4р 6 4 d 10 5s 2 5p 5) можно отметить, что у них по 7 электронов на внешнем уровне, что указывает на сходство свойств. Однако внешние электроны в атоме йода находятся дальше от ядра и поэтому слабее удерживаются. По этой причине атомы йода могут отдавать электроны или, иными словами, проявлять металлические свойства, что нехарактерно для фтора.

Итак, строение атомов обуславливает две закономерности:

а) изменение свойств элементов по горизонтали - в периоде слева направо ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства;

б) изменение свойств элементов по вертикали - в группе с ростом порядкового номера усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические.

Таким образом: по мере возрастания заряда ядра атомов химических элементов периодически изменяется строение их электронных оболочек, что является причиной периодического изменения их свойств.

Структура периодической Системы Д. И. Менделеева.

Периодическая система Д. И. Менделеева подразделяется на семь периодов – горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера, и восемь групп – последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сходными химическими свойствами.

Первые три периода называются малыми, остальные – большими. Первый период включает два элемента, второй и третий периоды – по восемь, четвёртый и пятый – по восемнадцать, шестой – тридцать два, седьмой (незавершённый) – двадцать один элемент.

Каждый период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом.

Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.

Малые периоды состоят из одного ряда, большие – из двух рядов: чётного (верхнего) и нечётного (нижнего). В чётных рядах больших периодов расположены металлы, и свойства элементов слева направо изменяются слабо. В нечётных рядах больших периодов свойства элементов изменяются слева направо, как у элементов 2 и 3 периодов.

В периодической системе для каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и его относительная атомная масса. Координатами положения элемента в системе является номер периода и номер группы.

Элементы с порядковыми номерами 58-71, именуемыми лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 - актиноиды – помещаются отдельно внизу таблицы.

Группы элементов, обозначаемые римскими цифрами, делятся на главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы содержат 5 элементов (или более). В побочные подгруппы входят элементы периодов, начиная с четвёртого.

Химические свойства элементов обуславливаются строением их атома, а точнее строением электронной оболочки атомов. Сопоставление строения электронных оболочек с положением элементов в периодической системе позволяет установить ряд важных закономерностей:

1. Номер периода равен общему числу энергетических уровней, заполняемых электронами, у атомов данного элемента.

2. В малых периодах и нечётных рядах больших периодов с ростом положительного заряда ядер возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне. С этим связано ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов слева направо.

Номер группы, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей (валентных электронов).

В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов элементов усиливаются их металлические и ослабляются неметаллические свойства.

История создания Периодической системы

Дмитрий Иванович Менделеев в октябре 1897 году писал в статье «Периодическая законность химических элементов»:

- После открытий Лавуазье понятие о химических элементах и простых телах так укрепилось, что их изучение положено в основу всех химических представлений, а вследствие того взошло и во все естествознание. Пришлось признать, что все вещества, доступные исследованию, содержат очень ограниченное число материально разнородных элементов, друг в друга не превращающихся и обладающих самостоятельною весомою сущностью и что все разнообразие веществ природы определяется лишь сочетанием этих немногих элементов и различием или их самих, или их относительного количества, или при одинаковости качества и количества элементов - различием их взаимного положения, соотношения или распределения. «Простыми» телами должно при этом назвать вещества, содержания лишь один какой-либо элемент, «сложными» - два или более. Но для данного элемента могут существовать многие видоизменения простых тел, ему отвечающих, зависящие от распределения («строения») его частей или атомов, т.е. от того вида изомерии, который называется «аллотропией». Так углерод, как элемент, является в состоянии угля, графита и алмаза, которые (взятые в чистом виде) дают при сжигании один и тот же углекислый газ и в том же количестве. Для самих же «элементов» ничего подобного не известно. Они видоизменениям и взаимным превращениям не подвергаются и представляют, по современным воззрениям, неизменную сущность изменяющегося (химически, физически и механически) вещества, входящую как в простые, так и в сложные тела.

Весьма, в древности и до ныне, распространенное представление о «единой или первичной» материи, из которой слагается все разнообразие веществ, опытом не подтверждено, и все попытки, к сему направленные, оказались его опровергающими. Алхимики верили в превращение металлов друг в друга, доказывали это разными способами, но при поверке все оказалось или обманом (особенно в отношении к производству золота из других металлов), или ошибкой и неполнотой опытного исследования. Однако, нельзя не заметить, что если бы завтра оказалось, что металл А превращается целиком или отчасти в другой металл В, то из этого вовсе не будет еще следовать, что простые тела способны друг в друга превращаться вообще, как, например, из того, что долгое время закись урана считали за простое тело, а она оказалась содержащей кислород и действительный металлический уран - вовсе не следует делать никакого общего заключения, а можно только в частности судить о бывшей и современной степенях знакомства с ураном, как самостоятельным элементом. С этой точки зрения должно взглянуть и на оповещенное Емменсом (Stephen - Н. Emmeus) превращение мексиканского серебра отчасти в золото (май-июнь 1897 г.), если справедливость наблюдений оправдается и Argentaurum не окажется подобным алхимистическим оповещением подобного же рода, не раз бывшим и также прикрывавшемся покровом секрета и денежного интереса. Что холод и давление могут содействовать перемене строения и свойств - давно известно, хотя бы по примеру олова Фрицше, но нет фактов, позволяющих предполагать, что изменения эти идут столь глубоко и доходят не до строения частиц, а до того, что ныне считается атомами и элементами, а потому утверждаемое Емменсом превращение (хотя бы и постепенно) серебра в золото будет оставаться сомнительным и мaлозначущим даже в отношении к серебру и золоту, пока, во-первых, «секрет» не будет на столько раскрыт, что опыт может быть всеми воспроизведен, и во-вторых, пока обратный переход (при накаливании и уменьшении давления?) золота в серебро не будет установлен, или пока не будет установлена фактическая его невозможность или трудность. Легко понять, что переход спирта углекислоты в сахар труден, хотя обратный идет легко, потому что сахар бесспорно сложнее спирта и углекислоты. И мне кажется очень мало вероятным переход серебра в золото, если обратно - золото не будет переходить в серебро, потому что атомный вес и плотность золота чуть не в два раза более, чем серебра, из чего должно, по всему известному в химии, заключить, что если серебро и золото произошли из одного материала, то золото сложнее серебра и должно превращаться в серебро легче, чем обратно. Поэтому я думаю, что г. Емменсу для убедительности не только следовало бы раскрыть «секрет», но и попробовать, да и показать, если можно, превращение золота в серебро, тем более, что при получении из дорогого металла другого, в 30 раз более дешевого, денежные интересы будут, очевидно, на далеком плане, а интересы правды и истины окажутся явно на первом, теперь же дело представляется, на мой взгляд, с обратной стороны.

При таком представлении о химических элементах - они оказываются чем-то отвлеченным, так как в отдельности мы их не видим и не знаем. К такому почти идеалистическому представлению столь реалистическое знание, как химия, пришло по совокупности всего доныне наблюденного, и если это представление можно отстаивать, то лишь как предмет глубоко укоренившегося убеждения, доныне оказавшегося совершенно согласным с опытом и наблюдением. В этом смысле понятие о химических элементах имеет глубоко реальное основание во всей науке о природе, так как, например, углерод нигде, никогда, никем и нисколько не превращен в какой-либо другой элемент, тогда как простое тело - уголь превращено в графит и алмаз и, быть может, когда-нибудь можно будет превратить его и в вещество жидкое или газообразное, если удастся найти условия упрощения сложнейших частиц угля. Главное понятие, с которым возможно приступить к объяснению П. законности, состоит именно в коренном различии представлений об элементах и о простых телах. Углерод - элемент, нечто неизменное, содержащееся, как в угле, так и в углекислом газе или в светильном, как в алмазе, так и в массе изменчивых органических веществ, как в известняке, так и в дереве. Это - не конкретное тело, а весомое (материальное) вещество с суммой свойств. Как в парах воды или в снеге нет конкретного тела - жидкой воды, а есть то же весомое вещество с суммой ему одному принадлежащих свойств, так во всем углеродистом содержится материально-однородный углерод: не уголь, а именно углерод. Простые тела суть вещества, содержащие только один какой-либо элемент, и понятие о них становится прозрачно-ясным только тогда, когда признается укрепившееся представление об атомах и частицах или молекулах, из которых слагаются однородные вещества; причем понятию об элементе отвечает атом, а простому телу - частица. Простые тела, как и все тела природы, составлены из частиц: вся их разница от сложных тел состоит лишь в том, что частицы сложных тел содержат разнородные атомы двух или многих элементов, а частицы простых тел - однородные атомы данного элемента. Все, что излагается далее, должно относить именно к элементам, т.е. напр. к углероду, водороду и кислороду, как составным частям сахара, дерева, воды, угля, кислородного газа, озона и т.п., но не простым телам, элементами образуемыми. При этом, очевидно, является вопрос: как же можно находить какую-либо реальную законность в отношении к таким предметам, как элементы, существующие лишь как представления современных химиков, и что же реально осуществимое можно ожидать, как следствие из расследования каких-то отвлеченностей? Действительность отвечает на подобные вопросы с полною ясностью: отвлечения, если они правдивы (содержат элементы истины) и соответствуют реальности, могут служить предметом точно такого же исследования, как и чисто материальные конкретности. Так химические элементы, хотя суть отвлеченности, подлежат расследованию совершенно такому же, как простые или сложные тела, которые можно накалить, взвесить и вообще подвергать прямому наблюдению. Сущность дела здесь в том, что у химических элементов, на основании опытного исследования простых и сложных тел, ими образуемых, открываются свои индивидуальные свойства и признаки, совокупность которых и составляет предмет исследования. Мы и обратимся теперь к перечислению некоторых из особенностей, принадлежащих химическим элементам, чтобы затем показать П. законность химических элементов.

Свойства химических элементов должно разделить на качественные и количественные, хотя бы первые из них и сами по себе подлежали измерению. К числу качественных прежде всего принадлежит свойство образовать кислоты и основания. Хлор может служить образцом первых, так как и с водородом, и кислородом образует явные кислоты, способные с металлами и основаниями давать соли, начиная с первообраза солей - поваренной соли. Натрий же поваренной соли NaCl может служить образцом элементов, дающих только основания, так как кислотных окислов с кислородом он не дает, образуя или основание (окись натрия), или перекись, обладающую характерными признаками типической перекиси водорода. Все элементы суть более или менее кислотные или основные, с явными переходами от первых ко вторым. Это качественное свойство элементов электрохимики (с Берцелиусом во главе) выразили, отличив сходных с натрием, на основании того, что первые при разложении током являются на аноде, а вторые на катоде. Тоже качественное различие элементов выражается отчасти и в различении металлов и металлоидов, так как основные элементы относятся к числу таких, которые в виде простых тел дают настоящие металлы, а кислотные элементы образуют в виде простых тел металлоиды, не имеющие вида и механических свойств настоящих металлов. Но во всех этих отношениях не только невозможно прямое измерение, позволяющее устанавливать последовательность перехода от одних свойств к другим, но и нет резких различий, так что есть элементы в том или ином отношении переходные или такие, которые можно отнести и в тот, и в другой разряд. Так алюминий, по внешнему виду явный металл, отлично проводящий гальв. ток, в своем единственном окисле Аl 2 O 3 (глинозем) играет роль то основную, то кислотную, так как соединяется и с основаниями (напр. Na 2 O, MgO и др.), и с кислотными окислами, например образуя серноглиноземную соль A1 2 (SO 4) 3 =Al 2 O 3 3O 3 ; и в том, и в другом случае он обладает слабо выраженными свойствами. Сера, образуя несомненный металлоид, во множестве химических отношений сходна с теллуром, который по внешним качествам простого тела всегда относился к металлам. Такие случаи, очень многочисленные, придают всем качественным признакам элементов некоторую степень шаткости, хотя и служат к облегчению и, так сказать, оживлению всей системы знакомства с элементами, указывая в них признаки индивидуальности, позволяющей предугадывать еще не наблюденные свойства простых и сложных тел, образующихся из элементов. Эти сложные индивидуальные особенности элементов придавали чрезвычайный интерес открытию новых элементов, не позволяя никоим образом сколько-нибудь предвидеть сумму физических и химических признаков, свойственных веществам, ими образуемым. Все, чего можно было достигать при изучении элементов, ограничивалось сближением в одну группу наиболее сходных, что уподобляло все это знакомство с систематикою растений или животных, т.е. изучение было рабским, описательным и не позволяющим делать какие-либо предсказания по отношению к элементам, еще не бывшим в руках исследователей. Ряд иных свойств, которые мы назовем количественными, выступил в надлежащем виде для химических элементов только со времени Лорана и Жерара, т.е. с 50-х годов текущего столетия, когда была подвергнута исследованию и обобщению способность взаимного реагирования со стороны состава частиц и укрепилось представление о двуобъемных частицах, т.е. о том, что в парообразном состоянии, пока нет разложения, всякие частицы (т.е. количества веществ, вступающие в химическое взаимодействие между собою) всех тел занимают такой же объем, какой занимают два объема водорода при той же температуре и том же давлении. Не входя здесь в изложение и развитие начал, укрепившихся при этом, ныне общепринятом представлении, достаточно сказать, что с развитием унитарной или частичной химии в последние 40 или 50 лет получилась твердость, прежде не существовавшая, как в определении атомных весов элементов, так и в определении состава частиц простых и сложных тел, ими образуемых, и стала очевидною причина различия свойств и реакций обыкновенного кислорода О 2 и озона O 3 , хотя оба содержат только кислород, как и разность маслородного газа (этилена) C 2 H 4 от жидкого цетена С 16 Н 32 , хотя оба содержат на 12 весовых частей углерода по 2 весовых части водорода. В эту многознаменательную эпоху химии выступило в ней для каждого хорошо обследованного элемента два более или менее точных количественных признака или свойства: вес атома и тип (форма) состава частиц соединений, им образуемых, хотя ничто не указывало еще ни на взаимную связь этих признаков, ни на соотношение их с другими, особенно качественными, свойствами элементов. Вес атома, свойственный элементу, т.е. неделимое, наименьшее относительное количество его, входящее в состав частиц всех его соединений, особенно был важен для изучения элементов и составлял их индивидуальную характеристику, пока чисто эмпирического свойства, так как для определения атомного веса элемента надобно узнать не только эквивалент или относительный весовой состав некоторых его соединений с элементами, вес атома которых известен из иных определений, или условно принят известным, но и определить (по реакциям, плотностям паров и т.п.) частичный вес и состав хоть одного, а лучше многих из соединений, им образуемых. Этот путь опыта столь сложен, длинен и требует такого совершенно очищенного и тщательно изученного материла из числа соединений элемента, что для многих, особенно для редких в природе элементов, при отсутствии особо понудительных причин, оставалось много сомнений относительно истинной величины атомного веса, хотя весовой состав (эквивалент) некоторых соединений их и был установлен; таковы, напр., были уран, ванадий, торий, бериллий, церий и др. При чисто эмпирическом значении веса атома не было и особого интереса углубляться в этот предмет для элементов, редко подвергаемых исследованию, тем не менее для большой массы обыкновеннейших элементов величины атомных весов можно было уже в начале 60-х годов считать твердо установленными, особенно после того, как Канницаро твердо установил для многих металлов, напр. Са, Ва, Zn, Fe, Сu и т.п. явное их отличие от К, Na, Ag и т.п., показав, что частицы напр. хлористых соединений первых из них содержат вдвое более хлора, чем вторых, т.е. что Са, Ва, Zn и т.д. дают CaCI 2 , BaCI 2 и т.д., т.е. двуатомны (двуэквивалентны или двувалентны), тогда как K, Na и т.п. одноатомны (одноаквивалентны), т.е. образуют KCI, NaCI и т.п. В эпоху около середины текущего столетия вес атома элементов послужил уже одним из признаков, по которым стали сличать сходственные элементы групп.

Другой из важнейших количественных признаков элементов представляет состав частиц высших соединений, им образуемых. Здесь более простоты и ясности, потому что Дальтонов закон кратных отношений (или простоты и цельности числа атомов, входящих в состав частиц) уже заставляет ждать только немногих чисел и разобраться в них было легче. Обобщение выразилось в учении об атомности элементов или их валентности. Водород есть элемент одноатомный, ибо дает по одному соединению HX с другими одноатомными же элементами, представителем которых считался хлор, образуя НСl. Кислород двуатомен, потому что дает H 2 O или соединяется вообще с двумя X, если под Х подразумевать одноатомные элементы. Так получают НСlO, Сl 2 О и т.д. В этом смысле азот считается трехатомным, так как дает NH 3 , NCl 3 ; углерод четырехатомным, потому что образует СН 4 , СО 2 и т.д. Сходные элементы одной группы, напр. галоиды, дают и сходные частицы соединений, т.е. имеют одну и ту же атомность. Через все это изучение элементов очень сильно двинулось вперед. Но было немало трудностей разного рода. Особую трудность представили соединения кислорода, как элемента двуатомного, способного замещать и удерживать X 2 , в силу чего совершенно понятно образование Cl 2 O, HClO и т.п. соединений с одноатомными элементами. Однако, тот же кислород дает не только НСlO, но и HClO 2 , НСlO 3 и НСlO 4 (хлорная кислота), точно также как не только H 2 O, но и H 2 O 2 (перекись водорода). Для объяснения пришлось признать, что кислород, в силу своей двуатомности, обладая двумя сродствами (как говорят), способен втиснуться в каждую частицу и встать между всякими двумя атомами, в нее входящими. Трудностей при этом получилось много, но остановимся на двух, по-моему, важнейших. Во-первых, оказалась как бы грань О 4 для числа кислородных атомов, входящих в частицу, а этой грани нельзя ждать на основании допущенного. При том, приближаясь к грани, получались часто соединения не менее, а более прочные, чего уже вовсе нельзя допустить при представлении о втиснутых атомах кислорода, так как чем более их взойдет, тем вероятнее было иметь непрочность связей. А между тем НСlO 4 прочнее НСlO 3 , эта последняя прочнее НСlO 2 и НСlO, тогда как НСl опять тело химически очень прочное. Грань же О 4 выступает в том, что водородным соединениям разной атомности:

НСl, H 2 S, Н 3 Р и H 4 Si

отвечают высшие кислородные кислоты:

НСlO 4 , H 2 SO 4 , Н 3 РО 4 и H 4 SiO 4 ,

в которых одинаково содержатся четыре атома кислорода. Из этого даже выходит тот неожиданный вывод, что считая Н - одно-, а О - двуатомными элементами, по кислороду способность к соединению выходит обратная, чем по водороду, т.е. по мере того как у элементов увеличивается свойство удерживать атомы водорода или возрастать в атомности, уменьшается способность удерживать кислород; хлор, так сказать, одноатомен по водороду и семиатомен по кислороду, а фосфор или аналогический с ним азот трехатомен в первом смысле, а во втором - пятиатомен, что видно и по другим соединениям, например NH 4 CI, POCl 3 , РСl 5 и т.п. Во-вторых, все, что знаем, явно указывает на глубочайшее различие в присоединении кислорода (втискивании его, судя по представлению об атомности элементов) в том случае, когда образуется перекись водорода, от того, когда происходит напр. из H 2 SO 4 (сернистая кисл.) серная кислота H 2 SO 4 , хотя H 2 O 2 отличается от Н 2 O точно также атомом кислорода, как H 2 SO 4 от H 2 SO 3 , и хотя раскислители в обоих случаях переводят высшую степень окисления в низшую. Разность в отношении к реакциям, свойственным H 2 O 2 и H 2 SO 4 , особенно выступает по той причине, что серной кислоте отвечает своя перекись (надсерная кислота, аналог которой надхромовая недавно изучена Wiede и содержит, по его данным, H 2 CrO 5), обладающая совокупностью свойств перекиси водорода. Значит, есть существенная разность в способе присоединения кислорода в «солеобразных» окислах и настоящих перекисях и, значит, простым втискиванием атомов кислорода между другими выражать все случаи присоединения кислорода недостаточно, а если выражать, то скорее всего это следует применять к перекисям, а не к образованию, так сказать, нормальных соединений кислорода, приближающихся к RH n О 4 , где n, число атомов водорода, не бывает более 4, как и число атомов кислорода в кислотах, содержащих один атом элементов R. Приняв сказанное во внимание и означая вообще через R атом элементов, вся совокупность сведений о солеобразных окислах приводится к тому выводу, что число самостоятельных форм или видов окислов очень не велико и ограничивается следующими восемью:

R 2 O 2 или RO, напр. CaO, FeO.

Эта стройность и простота форм окисления вовсе не вытекает из учения об атомности элементов в его обычной форме (при определении атомности по соединению с Н или Сl) и есть дело прямого сличения кислородных соединений самих по себе. Вообще учение о постоянной и неизменной атомности элементов заключает в себе трудности и несовершенства (не насыщенные соединения, подобные СО, пересыщенные, подобные JCl 3 , соед. с кристаллизационною водою и т.п.), но оно в двух отношениях имеет и поныне важное значение, а именно с ним достигнута простота и стройность выражения состава и строения сложных органических соединений, и в отношении к выражению аналогии сродственных элементов, так как атомность, по чему бы ее не считали (или состав частиц сходственных соединений), в таком случае оказывается одинаковою. Так напр. сходные между собою во многом ином галоиды или же металлы данной группы (щелочные, напр.) оказываются всегда обладающими одинаковою атомностью и образующими целые ряды сходных соединений, так что существование этого признака есть уже до некоторой степени указатель аналогии.

Чтобы не усложнять изложения, мы оставим перечисление других качественных и количественных свойств элементов (напр. изоморфизма, теплот соед., показ, преломления и т.п.) и прямо обратимся к изложению П. закона, для чего остановимся: 1) на сущности закона, 2) на его истории и приложении к изучению химии, 3) на его оправдании при помощи вновь открытых элементов, 4) на приложении его к определению величины атомных весов и 5) на некоторой неполноте существующих сведений.

Сущность П. законности. Так как из всех свойств химических элементов атомный их вес наиболее доступен для численной точности определения и для полной убедительности, то исходом для нахождения законности химических элементов всего естественнее положить веса атомов, тем более, что в весе (по закону сохранения масс) мы имеем дело с неуничтожаемым и важнейшим свойством всякой материи. Закон есть всегда соответствие переменных, как в алгебре функциональная их зависимость. Следовательно, имея для элементов атомный вес как одну переменную, для отыскания закона элементов следует брать иные свойства элементов, как другую переменную величину, и искать функциональной зависимости. Взяв многие свойства элементов, напр. их кислотность и основность, их способность соединяться с водородом или кислородом, их атомность или состав их соответственных соединений, теплоту, выделяемую при образовании соответственных, напр. хлористых соединений, даже их физические свойства в виде простых или сложных тел сходного состава и т.п., можно подметить периодическую последовательность в зависимости от величины атомного веса. Для того, чтобы это выяснить, приведем сперва простой список всех, хорошо ныне известных определений атомного веса элементов, руководясь недавним сводом, сделанным F.W. Clarke («Smithsonian Miscellaneous Collections», 1075: «A recalculation of the atomic weights», Вашингтон, 1897, стр. 34), так как его ныне должно считать наиболее достоверным и содержащим все лучшие и новейшие определения. При этом примем, вместе с большинством химиков, условно атомный вес кислорода равным 16. Подробное исследование «вероятных» погрешностей показывает, что примерно для половины приведенных результатов погрешность чисел менее 0,1%, но для остальных она доходит до нескольких десятых, а для иных, быть может, и до процентов. Все атомные веса приведены по порядку их величины.

Заключение

Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева имела громадное значение для естествознания и всей науки в целом. Она доказала, что человек способен проникнуть в тайны молекулярной структуры материи, а впоследствии – и в строении атомов. Благодаря успехам теоретической химии была совершена целая революция в промышленности, создано огромное количество новых материалов. Была наконец найдена взаимосвязь неорганической и органической химии – и в первой и во второй были обнаружены одни и те же химические элементы.

В середине XIX в. было известно около 60 химических элементов. Д. И. Менделеев полагал, что должен существовать закон, который объединяет все химические элементы. Менделеев считал, что главной характеристикой элемента является его атомная масса. Поэтому он расположил все известные элементы в один ряд в порядке увеличения их атомной массы и сформулировал закон так:

Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины атомной массы элементов. Современная формулировка периодического закона читается так:

Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома, или порядкового номера элемента.

Формулировка периодического закона Д. И. Менделеевым и современная формулировка не противоречат друг другу, потому что для большинства элементов при увеличении заряда ядра относительная атомная масса тоже увеличивается. Существуют лишь немногие исключения из это го правила. Например, элемент № 18 аргон Аг имеет меньшую атомную массу, чем элемент № 19 калий К. Теория строения атома показала, что периодическая система Д. И. Менделеева является классификацией химических элементов по электронным структурам их атомов.

В атомах элементов I периода (Н и Не) электроны заполняют один энергетический уровень (К); в атомах элементов II периода (от Li до Ne) электроны заполняют два энергетических уровня (К и L); в атомах элементов III периода (от Na до Аг) - три энергетических уровня (К, L и М); в ато мах элементов IV периода (от К до Кг) - четыре энергетических уровня (К, L, М и N). Аналогично в атомах элементов V периода электроны заполняют пять уровней и т. д. Число заполняемых энергетических уровней (электронных слоев) в атомах всех элементов данного периода равно номеру периода. В атомах всех известных элементов электроны заполняют от 1 до 7 энергетических уровней, поэтому периодическая система состоит из семи периодов. Каждый период начинается щелочным металлом (кроме первого периода), в атомах которого на внешнем электронном слое имеется один s-электрон; электронное строение внешнего слоя - ns 1 (л - номер периода). Каждый период заканчивается благородным газом. В атомах всех благородных газов (кроме Не) на внешнем электронном слое имеются два s- и шесть p-электронов; электронное строение внешнего слоя пs 2 пр 6 (п - номер периода). Восемь электронов- это максимальное число электронов на внешнем электронном слое атомов.

Элементы 3 Li,Na, 19 К находятся в главной подгруппе I группы; их атомы имеют на внешнем слое 1 электрон. Элементы 4 Ве, 12 Mg, 20 Са находятся в главной подгруппе II группы; их атомы имеют на внешнем слое 2 электрона и т. д. Следовательно, число электронов на внешнем слое атомов элементов главных подгрупп (кроме Н и Не) равно номеру группы, в которой находятся элементы. При увеличении порядкового номера последовательно увеличивается общее число электронов в атомах элементов, а число электронов на внешнем электронном слое изменяется периодически. Периодическое изменение свойств химических элементов и их соединений при увеличении порядкового номера объясняется тем, что периодически повторяется строение внешнего электронного слоя в атомах элементов.

–Заряд ядер атомом увеличивается.

–Число электронных слоев атомов не изменяется.

–Число электроном на внешнем слое атомов увеличивается от 1 до 8

–Радиус атомов уменьшается

– Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром увеличивается.

–Энергия ионизации увеличивается.

–Сродство к электрону увеличивается.

–Электроотрицательность увеличивается.

–Металличность элементов уменьшается.

–Неметалличность элементов увеличивается.

Рассмотрим, как изменяются некоторые характеристики элементов в главных подгруппах сверху вниз:

–Число электронных слоев атомов увеличивается.

–Число электронов на внешнем слое атомов одинаково.

–Радиус атомов увеличивается.– Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром уменьшается.

–Энергия ионизации уменьшается.– Сродство к электрону уменьшается.

–Электроотрйцательность уменьшается.– Металличность элементов увеличивается.

–Неметалличность элементов уменьшается.

Билет 6.

1. Основные характеристики атомов: атомные (орбитальные, ковалентные), ван-дер-вааальсовы и ионные радиусы, энергии ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, относительная электроотрицательность, закономерности их изменения.

1. Атомные радиусы - характеристики атомов, позволяющие приближенно оценивать межатомное (межъядерное) расстояние в молекулах и кристаллах. Согласно представлениям квантовой механики, атомы не имеют четких границ, однако вероятность найти электрон, связанный с данным ядром, на определенном расстоянии от этого ядра быстро убывает с увеличением расстояния. Поэтому атому приписывают некоторый радиус, полагая, что в сфере этого радиуса заключена подавляющая часть электронной плотности (90-98%). А.р. - величины очень малые, порядка 0,1 нм, однако даже небольшие различия в их размерах могут сказываться на структуре построенных из них кристаллов, равновесной конфигурации молекул и т.п. Опытные данные показывают, что во мн. случаях кратчайшее расстояние между двумя атомами примерно равно сумме соответствующих А. р. - т. наз. принципаддитивности . В зависимости от типа связи между атомами различают металлич., ионные, ковалентные и ван-дер-ваальсовы А. р.

Металлич. радиус равен половине кратчайшего расстояния между атомами в кристаллич. структуре металла. Его значение зависит от координац. числа К (числа ближайших соседей атома в структуре). Чаще всего встречаются структуры металлов с К = 12.

Ионные радиусы используют для приближенных оценок кратчайших межъядерных расстояний в ионных кристаллах, предполагая, что эти расстояния равны сумме соответствующих ионных радиусов атомов. Впервые ионные радиусы были определены в 20-х гг. 20 в. В. М. Гольдшмидтом, опиравшимся на рефрактометрич. значения радиусов F - и О 2- .

Ковалентный радиус равен половине длины одинарной хим. связи X-X, где Х - атом неметалла. Для галогенов ковалентный А.р. - это половина межъядерного расстояния в молекуле Х 2 , для S и Se - в Х 8 , для С - в кристалле алмаза. Пользуясь правилом аддитивности А.р., предсказывают длины связей в многоатомных молекулах.

Ван-дер-ваальсовы радиусы определяют эффективные размеры атомов благородных газов. Эти радиусы равны половине межъядерного расстояния между ближайшими одинаковыми атомами, не связанными между собой хим. связью, т.е. принадлежащими разным молекулам. Значения ван-дер-ваальсовых радиусов находят, пользуясь принципом аддитивности А.р., из кратчайших контактов соседних молекул в кристаллах. В среднем они на ~ 0,08 нм больше ковалентных радиусов. Знание ван-дер-ваальсовых радиусов позволяет определять конформацию молекул и их упаковку в молекулярных кристаллах.

Энергия ионизации атома E i – количество энергии, необходимой для отрыва ē от невозбужденного атома. При движении слева направо по периоду энергия ионизации постепенно увеличивается, при увеличении порядкового номера в пределах группы - уменьшается. Минимальные потенциалы ионизации имеют щелочные металлы, максимальные - благородные газы. Для одного и того же атома вторая, третья и последующие энергии ионизации всегда увеличиваются, так как электрон приходится отрывать от положительно заряженного иона.

Е сродства атома к электрону A e – Е, кот. Выделится при присоединении ē к атому. Наибольшим сродством к электрону обладают атомы галогенов. Обычно сродство к электрону для атомов различных элементов уменьшается параллельно с ростом энергии их ионизации.

Электроотрицательность – мера способности атома данного элемента оттягивать на себя электронную плотность по сравнению с др. элементами в соединении. ее можно представить как полусумму молярных энергий ионизации и сродства к электрону: Э/О = 1/2 (E i + A e). Абсолютные значения электроотрицательностей атомов различных элементов используются очень редко. Чаще используют относительную электроотрицательность , обозначаемую буквой c . Первоначально эта величина определялась как отношение электроотрицательности атома данного элемента к электроотрицательности атома лития. Так как относительная электроотрицательность зависит прежде всего от энергии ионизации атома (энергия сродства к электрону всегда намного меньше), то в системе химических элементов она изменяется примерно также, как и энергия ионизации, то есть возрастает по диагонали от цезия ко фтору.

Экзаменационный билет № 7