Невелике, але чудове відкриття Менделєєва. Дмитро Мендєлєєв

19 жовтня 1875 року у доповіді на засіданні фізичного товариства при Петербурзькому університеті Дмитро Менделєєв висунув ідею аеростату з герметичною гондолою на дослідження висотних шарів атмосфери. Дмитро Менделєєв був фантастично ерудованою людиною та вченим, дослідником у багатьох науках. За своє життя Менделєєв зробив багато великих відкриттів. Сьогодні ми вирішили зробити добірку із п'яти головних досягнень Дмитра Менделєєва.

Створення керованого аеростату

Дмитро Менделєєв займався вивченням газів у хімії. Також Менделєєва цікавили проекти стратостатів та аеростатів. Так у 1875 році він розробив проект стратостату об'ємом близько 3600 м3 з герметичною гондолою, що передбачає можливість підйому у верхні шари атмосфери, вже пізніше він спроектував керований аеростат з двигунами.

Створення періодичної таблиці хімічних елементів

Одним із головних досягнень Дмитра Івановича Менделєєва було створення періодичної таблиці хімічних елементів. Ця таблиця – класифікація хімічних елементів, що встановлює залежність різних властивостей елементів від заряду атомного ядра. Таблиця – це графічне вираження періодичного закону, який встановив сам Менделєєв. Також відомо, що періодична таблиця, розроблена Менделєєвим більше у межах хімії, стала готовою систематизацією типів атомів нових розділів фізики.

Відкриття критичної температури

Ще одне неабияке досягнення Менделєєва - це відкриття «температури абсолютного кипіння рідин», тобто критичної температури. Критичну температуру Менделєєв відкрив у 1860 році, влаштувавши у своєму будинку лабораторію, за допомогою якої він досліджував поверхневий натяг рідин при різних температурах. Сама під собою в термодинаміці «критична температура» має на увазі значення температури в критичній точці, тобто при температурі вище критичної точки газ неможливо сконденсувати за жодного тиску.

Відкриття загального рівняння стану ідеального газу

Рівняння стану ідеального газу – це формула, що встановлює залежність між тиском, молярним об'ємом та абсолютною температурою ідеального газу. Це рівняння називається рівнянням Клайперона-Менделєєва, саме тому що внесок у відкриття рівняння зробили обидва ці вчені. Якщо рівняння Клапейрона містило неуніверсальну постійну газову, значення якої необхідно було вимірювати для кожного газу, то Менделєєв знайшов коефіцієнт пропорційності того, чого він назвав універсальною газовою постійною.

Пропонуємо до вашої уваги черговий матеріал нашої серії «Життя чудових умів».

На черговому засіданні Російського хімічного товариства, яке проходило 6 березня 1869 року, Дмитро Іванович Менделєєв був відсутній. Його зовсім несподівано викликали на один із нещодавно відкритих хімічних заводів. Тому його доповідь "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів" прочитав його друг, перший редактор журналу РХО Микола Олександрович Меншуткін. Вчені, що зібралися, спокійно вислухали доповідача, чемно поплескали йому і не поспішаючи розійшлися. Все було так, ніби нічого не сталося, і світ після цієї доповіді залишився таким самим, яким був до нього.

Нині навіть школярі знають, що Менделєєв побачив свою періодичну таблицю уві сні. І не можна сказати, що ця інформація не відповідає істині. Принаймні сам учений розповідав про те, як після трьох діб болісних міркувань він забувся сном. І раптом: «Ясно бачу уві сні таблицю, де елементи розставлені, як треба. Прокинувся, зараз же записав на клаптику паперу і заснув знову. Тільки в одному місці згодом виявилася потрібна поправка». Пізніше, коли значення зробленого відкриття стало зрозумілим усім освіченим людям, ласі на сенсації журналісти роззвонили про це по всьому світу. Ось, мовляв, як виходять великі теорії: ліг чоловік, заснув, щось там собі побачив і прокинувся вже великим відкривачем. Нарешті, у відповідь на чергове прохання розповісти, як це так можна розглянути таку корисну річ, як «Періодична таблиця» у сновидінні, цього разу від репортера «Петербурзького листка», учений не витримав, вибухнув: «…Не п'ятак за рядок ( стандартний газетний гонорар, – В.Ч.)! Не так, як ви! Я над нею, може, двадцять п'ять років думав, а ви гадаєте: сидів, і раптом п'ятак за рядок, п'ятак за рядок, і готове ...!

Ця історія про раптове «сонне прозріння» була лише однією з небагатьох легенд, які народна, письменницька та газетна поголос пов'язали з ім'ям великого вченого. Загалом їх була велика маса.

Хоча Дмитро Іванович і народився в культурній сім'ї з давніми традиціями, прізвище його давньою назвати не можна. Дід його, сільський парафіяльний священик Павло Максимович був Соколовим. І лише один із чотирьох синів, Тимофій, залишився на його прізвищі, решті трьох, за звичаями духовенства того часу, після закінчення семінарії прізвища були дані інші. Перший, Олександр, за назвою села, де служив отець, став Тихомандрицьким, другий, Василь, за назвою парафії — Покровським, а третьому, Івану, дали прізвище сусідів та постійних парафіян Соколових — поміщиків Менделєєвих.Закінчивши духовну школу Іван пішов світською лінією, відучився на філологічному відділенні Санкт-Петербурзького Головного педагогічного інституту, що став пізніше Державним університетом, після чого був визначений «учителем філософії, витончених мистецтв та політичної економії» в Тобольську. Вже там він одружився з купецькою донькою Марією Дмитрівною Корнільовою, яка народила йому 17 дітей. Сімнадцятим, «останком», 27 січня 1834 року якраз і став Дмитро. Хоча, якщо вважати по-іншому, він був дев'ятим, оскільки вісім померли в дитинстві.

На той час сім'я Менделєєвих досягла піку свого економічного благополуччя: Іван Павлович був директором Тобольської гімназії та училищ Тобольського округу. Але благополуччя це звалилося миттєво. Того ж 1834 року батько Дмитра через катаракту осліп і пішов на пенсію, розмір якої був вкрай невеликий.

Тут, як не можна до речі, стала в нагоді підприємницька хватка матері Менделєєва, яка дісталася їй від батька. Вона перевезла сім'ю в село Аремзянське, де її брат мав невеликий скляний завод. Брат постійно мешкав у Москві, а турботи з управління підприємством цілком довірив Марії. 1841 року Мітю віддали до Тобольської гімназії. З цим періодом пов'язана ще одна відома легенда, якою часто втішаються двієчники. Всім відомо, що Мітю Менделєєва, в майбутньому геніального вченого, в гімназії залишали на другий рік. Це було справді так, тільки ось залишали його не через погану успішність, а тому, що віддали його туди не в 8 років, як було заведено, а в 7. Саме з тією умовою, що він буде вчитися в першому класі два року поспіль.

1847 року Іван Павлович помер, і далі всі турботи щодо забезпечення немаленької родини лягли цілком на плечі Марії Дмитрівні. Всім дітям вона постаралася дати якомога хорошу освіту, а коли останній, Діма, закінчив гімназію, завершила всі свої «скляні справи», продала все, що було в Тобольську і разом із сином та молодшою ​​дочкою переїхала до Санкт-Петербурга. Де за її наполегливим клопотанням Дмитра зарахували до того ж Педагогічного інституту, який закінчував батько, лише на фізико-математичний факультет. Проте більшу перевагу молодий студент віддавав, як можна вже здогадатися, хімії та мінералогії, які викладали відомі професори «дідусь російської хімії» Олександр Воскресенський та Степан Куторга. Під їх керівництвом він в 1854 опублікував першу свою серйозну роботу «Хімічний аналіз ортиту з Фінляндії».

Через рік Менделєєв закінчив інститут із золотою медаллю, отримав титул «Старший учитель» і поїхав викладати з холодного Петербурга до теплої Одеси, де рік пропрацював у Рішельєвському ліцеї. Однак тут він не стільки викладав, скільки займався магістерською дисертацією на тему «Будова кремнеземних сполук», яку й захистив уже 1856 року. Дисертація мала успіх, за результатами захисту Менделєєв отримав вчений ступінь магістра та посаду приват-доцента при Петербурзькому університеті.

У 1859 році «для удосконалення в науках» молодий перспективний хімік був відряджений до німецького Гейдельберга, де два роки вивчав взаємозв'язок хімічних та фізичних властивостей речовин. У цій галузі йому вдалося, зокрема, довести, що існує максимальна температура, за якої будь-які речовини можуть перебувати тільки в газоподібному стані. Повернувшись до Петербурга він невдовзі написав і видав чудовий підручник з органічної хімії, який приніс йому чималу популярність у освічених колах.

Навесні 1863 року він одружився з падчеркою відомого письменника, автора «Коника-Горбунка» Петра Єршова, який, до речі, викладав йому в гімназії літературу, Феозве Микитічна Лещової. Вона була на 6 років старша за чоловіка і принесла йому трьох дітей. Тоді ж йому за «Органічну хімію» було присуджено дуже пристойну Демидівську премію, а трохи пізніше він заступив на посаду штатного доцента кафедри органічної хімії Петербурзького університету з солідним окладом 1200 рублів на рік. При цьому він одночасно отримав місце професора і вже як професор квартиру при інституті. Таким чином, всі матеріальні проблеми, що терзали молоді сім'ї, були зняті в основному і вчений міг з чистим серцем віддатися хімічним дослідженням.

Більше року він займався вивченням спиртоводной суміші й у результаті дійшов висновку, що найбільшу щільність має розчин, у якому три молекули H2O припадає одна C2H5OH. В 1865 він захистив докторську дисертацію на тему «Міркування про з'єднання спирту з водою». З неї органічно випливає ще одна легенда, яка стверджує, що саме Менделєєв винайшов російську горілку. У легенді навіть йдеться про те, що «у своїй дисертації Дмитро Іванович переконливо довів, що оптимальною міцністю «живлювальної води» є 38 градусів, які царський уряд округлив до 40». Але скільки б ми цю дисертацію не перечитували, жодного слова про улюблений у народі напій ми в ньому не знайдемо. Насправді фортеця 40 градусів російський уряд встановив для зручності розрахунку акцизів, що стягувалися з кожного градуса, ще в 1843 році, коли Менделєєву ледве виповнилося 9 років. А 38 градусів були нижньою межею, за якими розпочиналися штрафні санкції за недоброякісну продукцію.

Незабаром після захисту Менделєєв уже став простим професором Університету. Ось тоді, працюючи над новим підручником з неорганічної хімії, він і задумався над тим, як пов'язані атомна вага хімічних елементів та інші властивості. Для ясності він завів кожний елемент окрему картку, яку заносив про нього коротку інформацію. Пачку цих карток вчений весь час носив із собою і часто перебирав їх, розкладаючи на зразок хитрого карткового пасьянсу. Який він і склався до лютого 1869 року.

Щоправда, склався не зовсім. Деякі елементи не цілком відповідали місцю, на яке їх вкладав учений. Крім того, в таблиці, що вийшла, були три «дірки». Які Менделєєв «заповнив» трьома вигаданими елементами – «ека-бором», «ека-кремнієм» та «ека-алюмінієм». Все це дозволило деяким його колегам звинуватити хіміка у підтасовуваннях та підтягуванні науки під свою «сміхотворну теорію». Створена Менделєєвим "Періодична система" по-справжньому "вистрілила" тільки в 1875 році, коли французький хімік Лекок де Буабодран повідомив про відкриття ним нового елемента - галію з питомою вагою 4,7. Менделєєв помітив тоді, що цей елемент майже ідеально підходить на місце «ека-алюмінію», з тією різницею, що в останнього розрахована вага була в районі 5,9. Вчений повідомив про це французького колегу, той провів точніші експерименти і з'ясував, що реальна вага галію - 5,94. Після цього імена обох хіміків прогриміли в усьому світі, а вчені кинулися гарячково уточнювати старі дані, які все більше відповідали тому, що давала таблиця, і шукати передбачені елементи. У 1879 році був відкритий "ека-бор" - "скандій", а в 1885 і "ека-кремній", - "германій". Всі ці елементи точно відповідали тому, що для них було передбачено новою теорією. Яка на той час вже стала загальновизнаною.

Але, на тлі такого вражаючого наукового успіху, особисте життя вченого зазнавало дедалі явнішого фіаско. Відносини з дружиною, які до того були неважливими, до кінця 1870-х років у Дмитра Івановича остаточно засмутилися. Зате на старому згарищі розгорілося полум'я справжньої любовної пожежі. Виною якому була дочка козака з Урюпинська Ганна Іванівна Попова, яка часто була в будинку. До її честі варто сказати, що жінка зовсім не прагнула руйнувати осередок суспільства. Як тільки Ганна зрозуміла, наскільки далеко зайшли почуття Дмитра, вона спробувала все згорнути, навіщо просто виїхала з Петербурга до Італії. Проте все було надто серйозно і, дізнавшись про втечу коханої, вчений швидко зібрав речі і кинувся в погоню. Вже за місяць він привіз Ганну Іванівну назад до Петербурга, а невдовзі вони створили нову родину.. За більш як 20 років подружжя Ганна принесла чоловікові ще чотирьох дітей.

Не варто думати, що Менделєєв займався лише хімією. Навпаки, зараз складно знайти область, де він не виявив би себе блискучим фахівцем. У Імператорській Академії Наук він вважався за розділом "фізичний". Серед російських нафтовиків він вважався найголовнішим фахівцем, який запропонував проекти перших нафтопроводів та нафтокачалок. В 1879 він розробив технологічні схеми для першого російського заводу з виробництва машинного масла.

У 1875 р. Менделєєв розрахував проект стратостату з герметичною кабіною для підйому у верхні шари атмосфери.А влітку 1887 року він сам, як аеронавт, піднявся над хмарами в кошику наповненої воднем повітряної кулі, щоб спостерігати сонячне затемнення. Це був справжній подвиг, бо вчений до того взагалі не мав досвіду повітроплавання. Управляти кулею мав професійний пілот, Олександр Кованько, проте напередодні пройшов дощ, куля намок, обважніла і не могла підняти двох людей. Після чого вчений і висадив Кованька з гондоли, заявивши, що впорається з кулею сам. Під його керуванням аеростат піднявся на висоту майже 4 кілометри і пролетів понад 100 кілометрів, після чого Менделєєв здійснив цілком вдалу посадку. Сам він писав про цей випадок: «...Немалу роль у моєму рішенні грало... те міркування, що про нас, професорів і взагалі вчених, зазвичай думають всюди, що ми говоримо, радимо, але практичною справою володіти не вміємо, що і нам, як щедринським генералам, завжди потрібен мужик, щоб робити справу, а інакше у нас все з рук валиться. Мені хотілося демонструвати, що ця думка, можливо, справедлива в якихось інших відносинах, несправедлива щодо дослідників природи, які все життя проводять в лабораторії, на екскурсіях і взагалі в дослідженнях природи. Ми неодмінно повинні вміти володіти практикою, і мені здавалося, що це корисно демонструвати так, щоб усім стала колись відома правда замість забобону. Тут же для цього був чудовий випадок». За цей політ учений був удостоєний особливої ​​медалі від Академії аеростатичної метеорології.

У 1870-х Дмитро Менделєєв перебував у комісії з розгляду медіумних явищ.Зараз би її назвали «комісією з боротьби з лженаукою». Разом з іншими відомими вченими він досить успішно викривав махінації різних медіумів.

Наприкінці 1870-х вчений захопився суднобудуваннямта склав проект «дослідного басейну для випробування судів». А наприкінці 1890-х його включили до складу комісії з будівництва першого у світі арктичного криголаму. Криголамне судно «Єрмак» було спущене на воду в 1898 році.

Ставши в 1892 році вченим-охоронцем Головної палати заходів та ваг, він сконструював надточні ваги для зважування газоподібних та твердих речовин. Як чудовий економіст він наприкінці сторіччя консультував міністра фінансів графа Вітте з питання акцизів та нового митного права. У своїх роботах, присвячених демографії, Менделєєв писав: «Вища мета політики найяскравіше виявляється у виробленні умов розмноження людського». До речі, за його підрахунками, до середини XX століття населення Росії мало становити 800 мільйонів чоловік.

Нарешті, ще одна поширена легенда стверджує, що Менделєєв був майстром валізи і у вільний час любив створити пару нових валіз. І хоча жодної валізи нам від нього не залишилося, однак у цієї легенди є якась, а підстава. Справа в тому, що в молодості, в пору, коли з роботою і з грошима було туго, він і справді навчився азам палітурної і картонажної майстерності і часто сам робив для своїх потреб папки та палітурки. Змайстрував навіть якось, уже будучи серйозним ученим, маленьку, але міцну картонну лавку, що збереглася дотепер. Матеріали для цього вчений купував у вітальні. Тут він якось і почув за спиною приглушений діалог: Хто цей поважний пан? - «Невже не знаєте? Це ж відомий валіз справ майстер Менделєєв». Вчений мав необережність розповісти про цей анекдот друзям, ті розповіли знайомим, і байка про «великого валізи», у дещо зміненому вигляді, пішла гуляти сторінками газет і розумами обивателів.

А ось остання легенда – про те, що великому хіміку не дали нобелівську премію через конфлікт із сімейством Нобелів – може виявитися правдою, хоча жодних документальних свідчень цього у нас немає. Вчений висувався на премію три роки поспіль – у 1905, 1906 та 1907 роках. Вперше його обійшов німецький хімік-органік Адольф Байєр.

1906 року нобелівський комітет уже присудив Менделєєву премію, але Шведська королівська академія наук скасувала це рішення. І ось тут, цілком можливо, далося взнаки лобіювання племінника бездітного Альфреда Нобеля та головного його спадкоємця, Емануеля, який очолював тоді найбільшу російську нафтову корпорацію «Товариство братів Нобель». Відомо, що Менделєєв відкрито критикував Нобелів і звинувачував їх у хижацькому ставленні до російської нафти. Тому, суто теоретично, Емануель, який мав у нобелівських колах певну вагу, міг впливати на долю премії. Однак це видається малоймовірним: не таким злопам'ятним був російський швед Емануель Нобель. І ми не в останню чергу завдячуємо самим існуванням премії. Оскільки заповіт, у якому про неї говорилося, складено було дядечком із грубими порушеннями і цілком міг бути Емануелем опротестовано на свою користь. Однак молодий Нобель його визнав, чим мало не поставив сімейну компанію, де Альфреду належала третина активів, на межу руйнування.

Нарешті, було прийнято тверде рішення про присудження в 1907 «нобелівки» російському хіміку. Однак, за заповітом, вручити її можна було тільки вченому, що нині живе. А Дмитро Іванович Менделєєв 20 січня 1907 помер.

Його ім'ям сьогодні названо місто, селища, залізничні станції, станції метро, ​​вулкан, гірський пік, льодовик, місячний кратер, астероїд, його ім'я носять інститути, школи, наукові та ненаукові організації, товариства, з'їзди, журнали, заводи та фабрики. А в 1955 році американські вчені внесли його ім'я і створену ним «Періодичну таблицю». Відкритий ними 101 елемент Альфред Гіорсо, Беруелл Харві, Грегорі Чоппін та Стенлі Томпсон вирішили назвати на честь легендарного російського вченого «Менделєєвій».

Менделєєв Дмитро Іванович – російський вчений, геніальний хімік, фізик, дослідник у галузі метрології, гідродинаміки, геології, глибокий знавець промисловості, приладобудівник, економіст, повітроплавець, педагог, громадський діяч та оригінальний мислитель.

Дитинство і юність

Великий учений народився 1834 року, 8 лютого, у Тобольську. Отець Іван Павлович був директором окружних училищ та Тобольської гімназії, походив із роду священика Павла Максимовича Соколова, російського за національністю.

Прізвище Іван змінив у дитинстві, будучи учням Тверської семінарії. Імовірно, це було зроблено на честь його хрещеного батька, поміщика Менделєєва. Пізніше неодноразово порушувалося питання національної приналежності прізвища вченого. За одними відомостями, вона свідчила про єврейське коріння, за іншими – про німецьке. Сам Дмитро Менделєєв розповідав про те, що прізвище надав Іванові його педагог із семінарії. Юнак зробив вдалий обмін і тим прославився серед однокашників. За двома словами – «мену робити» – Іван Павлович був вписаний у навчальну відомість.

Мати Марія Дмитрівна (у дівоцтві Корнільєва) займалася вихованням дітей та домашнім господарством, мала репутацію інтелігентної та розумної жінки. Дмитро був у сім'ї наймолодшим, останнім із чотирнадцяти дітей (за іншою інформацією – останнім із сімнадцяти дітей). У 10-річному віці хлопчик втратив батька, який осліп і невдовзі помер.

Під час навчання у гімназії здібностей Дмитро не виявив, найскладніше йому давалася латина. Любов до науки прищеплювала мати, вона брала участь у формуванні його характеру. Марія Дмитрівна забрала сина вчитися до Петербурга.

У 1850 року у Петербурзі юнак вступає у Головний педінститут відділення природничих наук физмата. Його викладачами були професори Е. Х. Ленц, А. А. Воскресенський та Н. В. Остроградський.

Під час навчання в університеті (1850-1855 роки) Менделєєв показує неабиякі здібності. Будучи студентом, він публікує статтю «Про ізоморфізм» та низку хімічних аналізів.

Наука

1855-го Дмитро отримує диплом із золотою медаллю та направлення до Сімферополя. Тут він працює старшим учителем гімназії. З початком Кримської війни Менделєєв перебирається до Одеси та отримує посаду викладача у ліцеї.

1856-го він знову в Петербурзі. Навчається в університеті, захищає дисертацію, викладає хімію. Восени захищає ще одну дисертацію та призначається приват-доцентом університету.

1859-го Менделєєва відправляють у відрядження до Німеччини. Працює в Гейдельбергському університеті, облаштовує лабораторію, досліджує капілярні рідини. Тут їм було написано статті «Про температуру абсолютного кипіння» та «Про розширення рідин», відкрито явище «критична температура».

1861-го вчений повертається до Петербурга. Створює підручник «Органічна хімія», за що нагороджується Демидівською премією. 1864-го він уже професор, а через два роки очолює кафедру, викладає та працює над «Основами хімії».

1869-го представляє періодичну систему елементів, удосконаленню якої присвятив усе життя. У таблиці Менделєєв представив атомну масу дев'яти елементів, пізніше додав у склепіння групу благородних газів і залишив місце для елементів, які ще мали відкрити. У 90-ті роки Дмитро Менделєєв зробив свій внесок у відкриття явища радіоактивності. Періодичний закон включав у собі докази зв'язку властивостей елементів та його атомного обсягу. Тепер поруч із кожною таблицею хімічних елементів знаходиться фото першовідкривача.

У 1865-1887 роках розробляє гідратну теорію розчинів. 1872-го починає вивчати пружність газів, через два роки виводить рівняння ідеального газу. Серед досягнень Менделєєва цього періоду – створення схеми дробової перегонки нафтопродуктів, застосування цистерн та трубопроводу. За сприяння Дмитра Івановича спалювання чорного золота у топках повністю припинилося. Фраза вченого «Спалювати нафту – все одно, що топити піч асигнаціями» стала афоризмом.

Ще однією сферою діяльності вченого стали географічні дослідження. В 1875 Дмитро Іванович побував на Паризькому міжнародному географічному конгресі, де представив на суд свій винахід - диференціальний барометр-висотомір. У 1887 році вчений брав участь у подорожі аеростатом у верхні шари атмосфери для спостереження повного сонячного затемнення.

1890-го сварка з високопосадовцем стала причиною виходу Менделєєва з університету. 1892-го хімік винаходить методику отримання бездимного пороху. Одночасно з цим його призначають зберігачем Депо зразкових заходів та ваг. Тут він відновлює прототипи фунта та аршина, займається обчисленнями порівняно російських та англійських еталонів заходів.

З ініціативи Менделєєва 1899 року факультативно вводиться метрична система заходів. У 1905, 1906 та 1907 роках вченого висувають кандидатом на Нобелівську премію. У 1906 році Нобелівським комітетом премія присуджується Менделєєву, але Королівська академія наук Швеції це рішення не підтвердила.

Менделєєв, який є автором більш ніж півтори тисячі праць, мав величезний науковий авторитет у світі. За свої досягнення вчений був удостоєний численних наукових звань, російських і зарубіжних нагород, був почесним членом низки наукових товариств на батьківщині та за кордоном.

Особисте життя

У юності з Дмитром стався неприємний випадок. Догляд за дівчиною Сонею, з якою той був знайомий з дитинства, закінчилися заручинами. Але розпещена красуня до вінця так і не пішла. Напередодні весілля, коли підготовка вже йшла на повний хід, виходити заміж Сонечка відмовилася. Дівчина вважала, що немає сенсу щось міняти, якщо життя й так хороше.

Дмитро болісно переживав розрив з нареченою, але життя йшло своєю чергою. Від тяжких дум його відвернула поїздка за кордон, читання лекцій та вірні друзі. Відновивши стосунки з Феозвою Микитичною Ліщевою, з якою був знайомий раніше, став із нею зустрічатися. Дівчина була старша за Дмитра на 6 років, але виглядала молодо, тому різниця у віці була непомітною.

1862-го вони стали чоловіком і дружиною. Перша дочка Маша народилася 1863 року, але прожила лише кілька місяців. 1865-го народився син Володя, через три роки – дочка Оля. До дітей Дмитро Іванович був прив'язаний, але часу їм приділяв мало, оскільки життя було присвячене науковій діяльності. У шлюбі, укладеному за принципом «стерпиться-злюбиться», він не був щасливим.

1877-го Дмитро знайомиться з Ганною Іванівною Поповою, яка стала для нього людиною, здатною у скрутну хвилину підтримати розумним словом. Дівчина виявилася творчо обдарованою людиною: навчалася у консерваторії гри на фортепіано, пізніше в Академії мистецтв.

Дмитро Іванович влаштовував молодіжні «п'ятниці», де й познайомився з Ганною. «П'ятниці» трансформувалися в літературно-мистецькі «середовища», завсідниками яких були талановиті художники та професори. Серед них були , Микола Вагнер, Микола Бекетов та інші.

Одруження Дмитра та Ганни відбулося 1881 року. Незабаром у них народилася дочка Люба, син Іван з'явився 1883-го, близнюки Василь та Марія – 1886-го. У другому шлюбі особисте життя вченого склалося щасливо. Пізніше зятем Дмитра Івановича став поет, одружившись з дочкою вченого Любові.

Смерть

На початку 1907 року в Палаті мір і терезів проходила зустріч Дмитра Менделєєва та нового міністра промисловості Дмитра Філософова. Після обходу палати вчений захворів на застуду, яка викликала запалення легенів. Але навіть будучи сильно хворим, Дмитро продовжував роботу над рукописом «До пізнання Росії», останніми написаними ним словами в якому стала фраза:

«На закінчення вважаю за необхідне, хоч у найзагальніших рисах, висловити…».

Смерть настала о п'ятій годині ранку 2 лютого через параліч серця. Могила Дмитра Менделєєва знаходиться на Волковому цвинтарі Санкт-Петербурга.

Пам'ять Дмитра Менделєєва увічнена низкою монументів, документальних фільмів, книгою «Дмитро Менделєєв. Автор великого закону».

• З ім'ям Дмитра Менделєєва пов'язано багато цікавих фактів біографії. Окрім діяльності вченого, Дмитро Іванович займався промисловою розвідкою. У 70-ті роки в США почався розквіт нафтової промисловості, з'явилися технології, які здешевили виробництво нафтопродуктів. Російські виробники стали зазнавати збитків на міжнародному ринку через нездатність конкурувати за ціною.
• У 1876 році за клопотанням міністерства фінансів Росії та «Російського технічного товариства», яке співпрацювало з військовим відомством, Менделєєв вирушив за океан на виставку технічних новинок. На місці хімік вивчив новаторські засади виготовлення гасу та інших нафтопродуктів. А за замовленими звітами залізничних служб Європи Дмитро Іванович спробував розшифрувати метод виготовлення бездимного пороху, що йому вдалося.

• Менделєєв мав хобі – виготовляти валізи. Вчений шив собі одяг.
• Вченому приписують винахід горілки та самогонного апарату. Але насправді Дмитро Іванович у темі докторської дисертації «Міркування про з'єднання спирту з водою» вивчив питання зменшення обсягу рідин, що змішуються. У роботі вченого не було й слова про горілку. А стандарт у 40 ° був встановлений у царській Росії ще 1843 року.
• Придумав герметичні відсіки для пасажирів та пілотів.
• Існує легенда, що відкриття періодичної системи Менделєєва відбулося уві сні, але це міф, створений самим вченим.
• Сам скручував цигарки, використовуючи дорогий тютюн. Казав, що ніколи не кине курити.

Відкриття

• Створив керований аеростат, який став неоціненним внеском у повітроплавання.
• Розробив періодичну таблицю хімічних елементів, яка стала графічним виразом закону, встановленого Менделєєвим під час роботи над «Основами хімії».
• Створив пікнометр – прилад, здатний визначати густину рідини.
• Відкрив критичну температуру кипіння рідин.
• Створив рівняння стану ідеального газу, що встановлює залежність між абсолютною температурою ідеального газу, тиском та молярним об'ємом.
• Відкрив Головну палату заходів та ваг – центральна установа Міністерства фінансів, яка завідувала перевірною частиною Російської імперії, що підпорядковувалася відділу торгівлі.

Періодична система Дмитра Івановича Менделєєва та її значення для природознавства

Вступ

Відкриття Д. І. Менделєєвим закономірностей у будові матерії виявилася дуже важливою віхою у розвитку світової науки та думки. Гіпотеза про те, що всі речовини у Всесвіті складаються лише з кількох десятків хімічних елементів у 19 столітті, здавалася зовсім неймовірною, але вона була доведена «Періодичною системою елементів» Менделєєва.

Відкриття періодичного закону та розробка періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва з'явилися вершиною розвитку хімії в XIX столітті. Величезна сума знань про властивості 63 елементів, відомих на той час, було приведено в стрункий порядок.

Періодична система елементів

Д. І. Менделєєв вважав, що основною характеристикою елементів є їх атомні ваги, і в 1869 вперше сформулював періодичний закон.

Властивості простих тіл, а також форми та властивості сполук елементів знаходяться у періодичній залежності від величини атомних ваг елементів.

Весь ряд елементів, розташованих у порядку зростання атомних мас, Менделєєв розбив на періоди, всередині яких властивості елементів послідовно змінюються, розмістивши періоди так, щоб виділити подібні елементи.

Однак, незважаючи на величезну значущість такого висновку, періодичний закон і система Менделєєва представляли лише геніальне узагальнення фактів, а їхній фізичний зміст тривалий час залишався незрозумілим. Лише результаті розвитку фізики ХХ століття - відкриття електрона, радіоактивності, розробки теорії будови атома - молодий, талановитий англійський фізик Р. Мозле встановив, що величина зарядів ядер атомів послідовно зростає від елемента до елемента на одиницю. Цим відкриттям Мозле підтвердив геніальну здогад Менделєєва, який у трьох місцях періодичної таблиці відійшов від зростаючої послідовності атомних ваг.

Так, при її складанні Менделєєв поставив 27 С перед 28 Ni, 52 Ti до 5 J, 18 Аг до 19 К, незважаючи на те, що це суперечило формулюванню періодичного закону, тобто розташування елементів у порядку збільшення їх атомних ваг.

Відповідно до закону Мозлі заряди ядер даних елементів відповідали становищу в таблиці.

У зв'язку з відкриттям закону Мозлі сучасне формулювання періодичного закону таке:

властивість елементів, а як і форми і властивості їх сполук перебувають у періодичної залежність від заряду ядра їх атомів.

Отже, головною характеристикою атома є атомна маса, а величина позитивного заряду ядра. Це загальна точна характеристика атома, отже, і елемента. Від величини позитивного заряду ядра атома залежать усі властивості Елемента та його положення у періодичній системі. Таким чином, порядковий номер хімічного елемента чисельно збігається із зарядом ядра його атома. Періодична система елементів є графічним зображенням періодичного закону та відбиває будову атомів елементів.

Теорія будови атома пояснює періодичну зміну властивостей елементів. Зростання позитивного заряду атомних ядер від 1-110 призводить до періодичного повторення в атомів елементів будови зовнішнього енергетичного рівня. А оскільки від числа електронів на зовнішньому рівні переважно залежать властивості елементів; і вони періодично повторюються. У цьому вся фізичний зміст періодичного закону.

Як приклад розглянемо зміна властивостей у перших та останніх елементів періодів. Кожен період в періодичній системі починається елементами атоми, яких на зовнішньому рівні мають один s-електрон (незавершені зовнішні рівні) і тому виявляють подібні властивості – легко віддають валентні електрони, що зумовлює їхній металевий характер. Це лужні метали – Li, Na, К, Rb, Cs.

Закінчується період елементами, атоми яких зовнішньому рівні містять 2 (s 2) електрона (у першому періоді) чи 8 (s 1 p 6) електронів (у всіх наступних), тобто мають завершений зовнішній рівень. Це благородні гази Не, Ne, Ar, Kr, Xe, які мають інертні властивості.

Саме внаслідок подібності будови зовнішнього енергетичного рівня схожі їхні фізичні та хімічні властивості.

У кожному періоді зі зростанням порядкового номера елементів металеві властивості поступово слабшають і зростають неметалеві, закінчується період інертним газом. У кожному періоді зі зростанням порядкового номера елементів металеві властивості поступово слабшають і зростають неметалеві, закінчується період інертним газом.

У світлі вчення про будову атома стає зрозумілим поділ всіх елементів на сім періодів, зроблений Д. І. Менделєєвим. Номер періоду відповідає числу енергетичних рівнів атома, тобто положення елементів у періодичній системі обумовлено будовою їх атомів. Залежно від того, який рівень заповнюється електронами, всі елементи ділять на чотири типи.

1. s-елементи. Заповнюється s-підрівень зовнішнього рівня (s 1 – s 2). Сюди відносяться перші два елементи кожного періоду.

2. р-елементи. Заповнюється р-підрівень зовнішнього рівня (р 1 - p 6) - Сюди відносяться останні шість елементів кожного періоду, починаючи з другого.

3. d-елементи. Заповнюється d-підрівень останнього рівня (d1 - d 10), але в останньому (зовнішньому) рівні залишається 1 чи 2 електрона. До них відносяться елементи вставних декад (10) великих періодів, починаючи з 4-го, розташовані між s- та p-елементами (їх також називають перехідними елементами).

4. f-елементи. Заповнюється f-підрівень глибинного (третина його зовні) рівня (f 1 -f 14), а будова зовнішнього електронного рівня залишається незмінною. Це лантаноїди та актиноїди, які перебувають у шостому та сьомому періодах.

Таким чином, кількість елементів у періодах (2-8-18-32) відповідає максимально можливому числу електронів на відповідних енергетичних рівнях: на першому – два, на другому – вісім, на третьому – вісімнадцять, а на четвертому – тридцять два електрони. Розподіл груп на підгрупи (головну та побічну) заснований на відмінності у заповненні електронами енергетичних рівнів. Головну підгрупу складають s- та p-елементи, а побічну підгрупу – d-елементи. У кожній групі об'єднані елементи, атоми яких мають схожу будову зовнішнього рівня енергії. При цьому атоми елементів головних підгруп містять на зовнішніх рівнях число електронів, що дорівнює номеру групи. Це звані - валентні електрони.

У елементів побічних підгруп валентними є електрони як зовнішніх, а й передостанніх (других зовні) рівнів, у чому полягає основна відмінність у властивостях елементів головних і побічних підгруп.

Звідси випливає, що номер групи зазвичай вказує кількість електронів, які можуть брати участь в утворенні хімічних зв'язків. У цьому полягає фізичне значення номера групи.

З позицій теорії будови атома легко пояснюється зростання металевих властивостей елементів кожної групи із зростанням заряду ядра атома. Порівнюючи, наприклад, розподіл електронів за рівнями в атомах 9 F (1s 2 2s 2 2р 5) та 53J (1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 Зр 6 3d 10 4s 2 4 р 6 4 d 10 5s 2 5p 5) можна відзначити, що вони по 7 електронів на зовнішньому рівні, що вказує на подібність властивостей. Однак зовнішні електрони в атомі йоду знаходяться далі від ядра і тому утримуються слабше. Тому атоми йоду можуть віддавати електрони або, іншими словами, виявляти металеві властивості, що нехарактерно для фтору.

Отже, будова атомів зумовлює дві закономірності:

а) зміна властивостей елементів по горизонталі – у періоді зліва направо послаблюються металеві та посилюються неметалічні властивості;

б) зміна властивостей елементів по вертикалі - у групі зі зростанням порядкового номера посилюються металеві властивості та слабшають неметалеві.

Таким чином: у міру зростання заряду ядра атомів хімічних елементів періодично змінюється будова їх електронних оболонок, що причиною періодичного зміни їх властивостей.

Структура періодичної системи Д. І. Менделєєва.

Періодична система Д. І. Менделєєва поділяється на сім періодів - горизонтальних послідовностей елементів, розташованих за зростанням порядкового номера, і вісім груп - послідовностей елементів, що володіють однотипною електронною конфігурацією атомів і подібними хімічними властивостями.

Перші три періоди називаються малими, інші – більшими. Перший період включає два елементи, другий та третій періоди – по вісім, четвертий та п'ятий – по вісімнадцять, шостий – тридцять два, сьомий (незавершений) – двадцять один елемент.

Кожен період (за винятком першого) починається лужним металом і закінчується благородним газом.

Елементи 2 та 3 періодів називаються типовими.

Малі періоди складаються з одного ряду, великі – із двох рядів: парного (верхнього) та непарного (нижнього). У парних рядах великих періодів розташовані метали, і властивості елементів ліворуч змінюються слабо. У непарних рядах великих періодів властивості елементів змінюються ліворуч, як у елементів 2 і 3 періодів.

У періодичній системі для кожного елемента вказується його символ та порядковий номер, назва елемента та його відносна атомна маса. Координатами положення елемента у системі є номер періоду та номер групи.

Елементи з порядковими номерами 58-71, що називаються лантаноїдами, та елементи з номерами 90-103 - актиноїди – розміщуються окремо внизу таблиці.

Групи елементів, що позначаються римськими цифрами, поділяються на головні та побічні підгрупи. Головні підгрупи містять 5 елементів (або більше). До побічних підгруп входять елементи періодів, починаючи з четвертого.

Хімічні властивості елементів зумовлюються будовою їхнього атома, а точніше будовою електронної оболонки атомів. Зіставлення будови електронних оболонок із положенням елементів у періодичній системі дозволяє встановити низку важливих закономірностей:

1. Номер періоду дорівнює загальному числу енергетичних рівнів, що заповнюються електронами, атомів даного елемента.

2. У малих періодах та непарних рядах великих періодів зі зростанням позитивного заряду ядер зростає кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні. З цим пов'язане ослаблення металевих та посилення неметалічних властивостей елементів зліва направо.

Номер групи вказує кількість електронів, які можуть брати участь в утворенні хімічних зв'язків (валентних електронів).

У підгрупах із зростанням позитивного заряду ядер атомів елементів посилюються їх металеві та послаблюються неметалеві властивості.

Історія створення Періодичної системи

Дмитро Іванович Менделєєв у жовтні 1897 року писав у статті «Періодична законність хімічних елементів»:

- Після відкриттів Лавуазьє поняття про хімічні елементи і прості тіла так зміцнилося, що їх вивчення покладено в основу всіх хімічних уявлень, а внаслідок цього зійшло і на все природознавство. Довелося визнати, що всі речовини, доступні дослідженню, містять дуже обмежену кількість матеріально різнорідних елементів, що один в одного не перетворюються і володіють самостійною вагомою сутністю і що вся різноманітність речовин природи визначається лише поєднанням цих небагатьох елементів і різницею або їх самих, або їх відносної кількості , або за однакової якості та кількості елементів - відмінністю їх взаємного становища, співвідношення чи розподілу. «Простими» тілами має у своїй назвати речовини, змісту лише одне якийсь елемент, «складними» - дві чи більше. Але цього елемента можуть існувати багато видозміни простих тіл, йому відповідальних, залежні від розподілу («будови») його частин чи атомів, тобто. від того виду ізомерії, що називається «аллотропією». Так вуглець, як елемент, є в стані вугілля, графіту та алмазу, які (взяті у чистому вигляді) дають при спалюванні один і той же вуглекислий газ і в тій же кількості. Для самих «елементів» нічого подібного не відомо. Вони видозмін і взаємним перетворенням не піддаються і представляють, на сучасні погляди, постійну сутність змінюється (хімічно, фізично і механічно) речовини, що входить як у прості, і у складні тіла.

Дуже, у давнину і донині, поширене уявлення про «єдину чи первинну» матерію, з якої складається вся різноманітність речовин, досвідом не підтверджено, і всі спроби, до цього спрямовані, виявилися його спростовуючими. Алхіміки вірили в перетворення металів один в одного, доводили це різними способами, але при перевірці все виявилося або обманом (особливо щодо виробництва золота з інших металів), або помилкою і неповнотою досвідченого дослідження. Однак, не можна не помітити, що якби завтра виявилося, що метал А перетворюється цілком або частково в інший метал В, то з цього зовсім не слідуватиме, що прості тіла здатні одне в одного перетворюватися взагалі, як, наприклад, з того, що довгий час закис урану вважали за просте тіло, а він виявився містить кисень і дійсний металевий уран - зовсім не слід робити жодного загального висновку, а можна тільки зокрема судити про колишню і сучасну ступені знайомства з ураном, як самостійним елементом. З цієї точки зору має поглянути і на сповіщене Емменсом (Stephen - Н. Emmeus) перетворення мексиканського срібла частково в золото (травень-червень 1897 р.), якщо справедливість спостережень виправдається і Argentaurum не виявиться подібним алхімістичним сповіщенням такого ж роду, не раз бувши і також покривом секрету, що прикривався, і грошового інтересу. Що холод і тиск можуть сприяти зміні будови та властивостей - давно відомо, хоча б за прикладом олова Фріцше, але немає фактів, що дозволяють припускати, що ці зміни йдуть настільки глибоко і доходять не до будови частинок, а до того, що нині вважається атомами і елементами, а тому затверджуване Емменсом перетворення (хоча б і поступово) срібла в золото залишатиметься сумнівним і малозначущим навіть у відношенні до срібла та золота, поки, по-перше, «секрет» не буде настільки розкритий, що досвід може бути всіма відтворений , і по-друге, поки зворотний перехід (при розжарюванні та зменшенні тиску?) ​​золота в срібло не буде встановлений, або доки не буде встановлена ​​фактична його неможливість або труднощі. Легко зрозуміти, що перехід спирту вуглекислоти в цукор важкий, хоча зворотний йде легко, тому що цукор безперечно складніший за спирт і вуглекислоту. І мені здається дуже мало ймовірним перехід срібла в золото, якщо назад - золото не буде переходити в срібло, тому що атомна вага і щільність золота мало не вдвічі більше, ніж срібла, з чого має бути, по всьому відомому в хімії, укласти, що якщо срібло і золото походять з одного матеріалу, то золото складніше срібла і має перетворюватися на срібло легше, ніж назад. Тому я думаю, що м. Емменсу для переконливості не тільки слід було б розкрити «секрет», а й спробувати, та й показати, якщо можна, перетворення золота на срібло, тим більше що при отриманні з дорогого металу іншого в 30 разів більше дешевого, грошові інтереси будуть, очевидно, на далекому плані, а інтереси правди та істини виявляться явно на першому, тепер же справа представляється, на мій погляд, зі зворотного боку.

При такому уявленні про хімічні елементи – вони виявляються чимось абстрактним, оскільки окремо ми їх не бачимо і не знаємо. До такого майже ідеалістичного уявлення настільки реалістичне знання, як хімія, прийшло за сукупністю всього дотепер спостереженого, і якщо це уявлення можна відстоювати, то лише як предмет глибоко укоріненого переконання, що дотепер виявився цілком згодним з досвідом і спостереженням. У цьому сенсі поняття про хімічні елементи має глибоко реальну основу у всій науці про природу, тому що, наприклад, вуглець ніде, ніколи, ніким і анітрохи не перетворений на будь-який інший елемент, тоді як просте тіло - вугілля перетворене на графіт і алмаз і, можливо, коли-небудь можна буде перетворити його і на речовину рідку або газоподібну, якщо вдасться знайти умови спрощення найскладніших частинок вугілля. Головне поняття, з яким можна приступити до пояснення П. законності, полягає саме в корінному відмінності уявлень про елементи і про прості тіла. Вуглець - елемент, щось незмінне, що міститься, як у вугіллі, так і вуглекислому газі або в світильному, як в алмазі, так і в масі мінливих органічних речовин, як у вапняку, так і в дереві. Це - не конкретне тіло, а вагома (матеріальна) речовина із сумою властивостей. Як у парах води або в снігу немає конкретного тіла - рідкої води, а є та ж вагома речовина із сумою йому одному належних властивостей, так у всьому вуглецевому міститься матеріально-однорідний вуглець: не вугілля, а саме вуглець. Прості тіла суть речовини, що містять тільки один якийсь елемент, і поняття про них стає прозоро-ясним тільки тоді, коли визнається уявлення, що зміцнилося, про атоми і частинки або молекули, з яких складаються однорідні речовини; причому поняттю елемент відповідає атом, а простому тілу - частка. Прості тіла, як і всі тіла природи, складені з частинок: вся їхня різниця від складних тіл полягає лише в тому, що частинки складних тіл містять різнорідні атоми двох або багатьох елементів, а частинки простих тіл - однорідні атоми даного елемента. Усе, що викладається далі, має відносити саме до елементів, тобто. напр. до вуглецю, водню та кисню, як складових частин цукру, дерева, води, вугілля, кисневого газу, озону тощо, але не простим тілам, що утворюються елементами. При цьому, очевидно, є питання: як же можна знаходити якусь реальну законність щодо таких предметів, як елементи, що існують лише як уявлення сучасних хіміків, і що реально можна очікувати, як наслідок з розслідування якихось абстрактностей? Реальність відповідає на подібні питання з повною ясністю: відволікання, якщо вони правдиві (містять елементи істини) і відповідають реальності, можуть бути предметом такого самого дослідження, як і суто матеріальні конкретності. Так хімічні елементи, хоча суть абстрактності, підлягають розслідуванню такому ж, як прості чи складні тіла, які можна розжарити, зважити і взагалі піддавати прямому спостереженню. Сутність справи тут у тому, що у хімічних елементів, на підставі досвідченого дослідження простих і складних тіл, що ними утворюються, відкриваються свої індивідуальні властивості та ознаки, сукупність яких і є предметом дослідження. Ми й звернемося тепер до переліку деяких із особливостей, що належать хімічним елементам, щоб потім показати П. законність хімічних елементів.

Властивості хімічних елементів має розділити на якісні та кількісні, хоча перші їх і самі собою підлягали виміру. До якісних насамперед належить властивість утворити кислоти і основи. Хлор може бути зразком перших, так як і з воднем, і киснем утворює явні кислоти, здатні з металами та основами давати солі, починаючи з первообразу солей - кухонної солі. Натрій же кухонної солі NaCl може бути зразком елементів, що дають тільки підстави, оскільки кислотних оксидів з киснем він не дає, утворюючи або основу (окис натрію), або перекис, що має характерні ознаки типового перекису водню. Всі елементи суть більш менш кислотні або основні, з явними переходами від перших до других. Цю якісну властивість елементів електрохіміки (з Берцеліусом на чолі) висловили, відрізнивши подібних з натрієм, на підставі того, що перші при розкладанні струмом є на аноді, а другі на катоді. Теж якісна відмінність елементів виражається частково й у розрізненні металів і металоїдів, оскільки основні елементи ставляться до таких, які у вигляді простих тіл дають справжні метали, а кислотні елементи утворюють у вигляді простих тіл металоїди, що не мають виду та механічних властивостей справжніх металів. Але у всіх цих відносинах не тільки неможливий прямий вимір, що дозволяє встановлювати послідовність переходу від одних властивостей до інших, але і немає різких відмінностей, так що є елементи в тому чи іншому перехідні або такі, які можна віднести і в той, і в інший розряд. Так алюміній, на вигляд явний метал, відмінно проводить гальв. струм, у своєму єдиному оксиді Аl 2 O 3 (глинозем) відіграє роль то основну, то кислотну, так як з'єднується і з основами (напр. Na 2 O, MgO та ін), і з кислотними оксидами, наприклад утворюючи сірноглиноземну сіль A1 2 (SO 4) 3 =Al 2 O 3 3O 3 ; і в тому, і в іншому випадку він має слабо виражені властивості. Сірка, утворюючи безперечний металоїд, у безлічі хімічних відносин подібна до телуру, який за зовнішніми якостями простого тіла завжди ставився до металів. Такі випадки, дуже численні, надають всім якісним ознакам елементів деякий ступінь хиткості, хоч і служать до полегшення і, так би мовити, пожвавлення всієї системи знайомства з елементами, вказуючи в них ознаки індивідуальності, що дозволяє передбачати ще не спостережені властивості простих і складних тіл, що утворюються. з елементів. Ці складні індивідуальні особливості елементів надавали надзвичайний інтерес відкриттю нових елементів, не дозволяючи жодним чином передбачити суму фізичних і хімічних ознак, властивих речовин, що ними утворюються. Все, чого можна було досягати щодо елементів, обмежувалося зближенням в одну групу найбільш подібних, що уподібнювало все це знайомство з систематикою рослин або тварин, тобто. вивчення було рабським, описовим і які дозволяють робити будь-які передбачення стосовно елементам, які ще не були в руках дослідників. Ряд інших якостей, які ми назвемо кількісними, виступив у належному вигляді для хімічних елементів лише з часу Лорана і Жерара, тобто. з 50-х років поточного сторіччя, коли була піддана дослідженню та узагальненню здатність взаємного реагування з боку складу частинок та зміцнилося уявлення про двооб'ємні частки, тобто. про те, що в пароподібному стані, поки немає розкладання, всякі частинки (тобто кількості речовин, що вступають у хімічну взаємодію між собою) всіх тіл займають такий же об'єм, який займають два об'єми водню за тієї ж температури і того ж тиску. Не входячи тут у виклад і розвиток початків, що зміцнилися при цьому, нині загальноприйнятому уявленні, досить сказати, що з розвитком унітарної або часткової хімії в останні 40 або 50 років вийшла твердість, яка раніше не існувала, як у визначенні атомних ваг елементів, так і в визначенні складу частинок простих і складних тіл, ними утворених, і стала очевидною причина відмінності властивостей і реакцій звичайного кисню О 2 і озону O 3 хоча обидва містять тільки кисень, як і різницю олійного газу (етилену) C 2 H 4 від рідкого цетену С 16 Н 32 хоча обидва містять на 12 вагових частин вуглецю по 2 вагових частини водню. У цю історичну епоху хімії виступило в ній для кожного добре обстеженого елемента дві більш менш точні кількісні ознаки або властивості: вага атома і тип (форма) складу частинок сполук, що їм утворюються, хоча ніщо не вказувало ще ні на взаємний зв'язок цих ознак, ні на співвідношення їх із іншими, особливо якісними, властивостями елементів. Вага атома, властивий елементу, тобто. неподільне, найменше відносне кількість його, що входить до складу частинок всіх його сполук, особливо був важливий для вивчення елементів і становив їх індивідуальну характеристику, поки чисто емпіричного властивості, так як для визначення атомної ваги елемента потрібно дізнатися не тільки еквівалент або відносний ваговий склад деяких його сполук з елементами, вага атома яких відома з інших визначень, або умовно прийнятий відомим, але й визначити (за реакціями, густиною пари і т.п. ) часткову вагу і склад хоч одного, а краще багатьох зі сполук, що їм утворюються. Цей шлях досвіду настільки складний, довгий і вимагає такого абсолютно очищеного і ретельно вивченого матеріалу з числа сполук елемента, що для багатьох, особливо для рідкісних у природі елементів, за відсутності особливо примусових причин, залишалося багато сумнівів щодо справжньої величини атомної ваги, хоча ваговий склад (еквівалент) деяких з'єднань їх і було встановлено; такими, напр., були уран, ванадій, торій, берилій, церій та ін. терезів можна було вже на початку 60-х років вважати твердо встановленими, особливо після того, як Канніцаро твердо встановив для багатьох металів, напр. Са, Ва, Zn, Fe, Су і т.п. явна їхня відмінність від До, Na, Ag і т.п., показавши, що частинки напр. хлористих сполук перших містять вдвічі більше хлору, ніж других, тобто. що Са, Ва, Zn і т.д. дають CaCI 2 BaCI 2 і т.д., тобто. двоатомні (двоеквівалентні або двовалентні), тоді як K, Na і т.п. одноатомні (одноаквівалентні), тобто. утворюють KCI, NaCI тощо. В епоху близько середини поточного століття вага атома елементів послужила вже однією з ознак, за якими стали порівнювати подібні елементи груп.

Інший з найважливіших кількісних ознак елементів є складом частинок вищих сполук, ним утворених. Тут більш простоти і ясності, тому що Дальтонів закон кратних відносин (або простоти та цілісності числа атомів, що входять до складу частинок) вже змушує чекати лише небагатьох чисел і розібратися в них було легше. Узагальнення виявилося у вченні про атомність елементів або їхню валентність. Водень є одноатомним елементом, бо дає по одному з'єднанню HX з іншими одноатомними ж елементами, представником яких вважався хлор, утворюючи НСl. Кисень двоатомен, тому що дає H 2 O або з'єднується взагалі з двома X, якщо під Х мається на увазі одноатомні елементи. Так отримують НСlO, Сl 2 Про і т.д. У цьому сенсі азот вважається триатомним, так як дає NH 3 , NCl 3; вуглець чотирихатомний, тому що утворює СН 4 , 2 і т.д. Подібні елементи однієї групи, наприклад. галоїди, дають і подібні частинки сполук, тобто. мають одну й ту саму атомність. Через це вивчення елементів дуже сильно рушило вперед. Але було чимало труднощів різного роду. Особливу складність представили сполуки кисню, як двоатомного елемента, здатного заміщати і утримувати X 2 , внаслідок чого цілком зрозуміло утворення Cl 2 O, HClO і т.п. з'єднань з одноатомними елементами Однак, той же кисень дає не тільки НСlO, але і HClO 2 , НСlO 3 і НСlO 4 (хлорна кислота), так само як не тільки H 2 O, але і H 2 O 2 (перекис водню). Для пояснення довелося визнати, що кисень, в силу своєї двоатомності, маючи дві спорідненості (як кажуть), здатний втиснутися в кожну частинку і стати між будь-якими двома атомами, що до неї входять. Проблем при цьому вийшло багато, але зупинимося на двох, на мою думку, найважливіших. По-перше, виявилася хіба що грань Про 4 кількості кисневих атомів, які входять у частинку, а цієї грані не можна чекати виходячи з допущеного. При тому, наближаючись до грані, виходили часто з'єднання не менше, а міцніші, чого вже зовсім не можна допустити при уявленні про втиснуті атоми кисню, оскільки чим більше їх зійде, тим ймовірніше було мати неміцність зв'язків. А тим часом НСlO 4 міцніше НСlO 3 , ця остання міцніше НСlO 2 і НСlO, тоді як НСl знову тіло хімічно дуже міцне. Грань О 4 виступає в тому, що водневим сполукам різної атомності:

НСl, H 2 S, Н 3 Р та H 4 Si

відповідають вищі кисневі кислоти:

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

у яких однаково містяться чотири атоми кисню. З цього виходить той несподіваний висновок, що вважаючи Н - одно-, а Про - двоатомними елементами, по кисню здатність до сполуки виходить зворотна, ніж по водню, тобто. у міру того, як у елементів збільшується властивість утримувати атоми водню або зростати в атомності, зменшується здатність утримувати кисень; хлор, так би мовити, одноатомен водню і семіатомен по кисню, а фосфор або аналогічний з ним азот триатомен в першому сенсі, а в другому - п'ятиатомен, що видно і по інших сполуках, наприклад NH 4 CI, POCl 3 , РСl 5 і т .п. По-друге, все, що знаємо, явно вказує на глибоку відмінність у приєднанні кисню (втискання його, судячи з уявлення про атомність елементів) у разі, коли утворюється перекис водню, від цього, коли відбувається напр. з H 2 SO 4 (сірчана кисл.) сірчана кислота H 2 SO 4 хоча H 2 O 2 відрізняється від Н 2 O точно також атомом кисню, як H 2 SO 4 від H 2 SO 3 і хоча розкислювачі в обох випадках переводять вищий ступінь окислення в нижчу. Різниця щодо реакцій, властивих H 2 O 2 і H 2 SO 4 , особливо виступає з тієї причини, що сірчаній кислоті відповідає свій перекис (надсірчана кислота, аналог якої надхромова нещодавно вивчена Wiede і містить, за його даними, H 2 CrO 5 ), що володіє сукупністю властивостей перекису водню. Отже, є суттєва різниця у способі приєднання кисню в «солоподібних» оксидах і справжніх перекисах і, отже, простим втиском атомів кисню між іншими висловлювати всі випадки приєднання кисню недостатньо, а якщо висловлювати, то швидше за все це слід застосовувати до перекисів, а не до перекисів. утворенню, так би мовити, нормальних сполук кисню, що наближаються до RH n Про 4 де n, число атомів водню, не буває більше 4, як і число атомів кисню в кислотах, що містять один атом елементів R. Прийнявши сказане до уваги і означаючи взагалі через R атом елементів, вся сукупність відомостей про солеподібні оксиди приводиться до того висновку, що кількість самостійних форм або видів оксидів дуже не велика і обмежується наступними вісьмома:

R 2 O 2 чи RO, напр. CaO, FeO.

Ця стрункість і простота форм окислення зовсім не випливає з вчення про атомність елементів у його звичайній формі (при визначенні атомності по з'єднанню з Н або Сl) і є прямого звірення кисневих сполук самих по собі. Взагалі вчення про постійну і незмінну атомність елементів містить у собі труднощі та недосконалості (не насичені сполуки, подібні до СО, пересичені, подібні до JCl 3 , з'єдн. з кристалізаційною водою тощо), але воно у двох відносинах має й досі важливе значення , а саме з ним досягнуто простота і стрункість виразу складу та будови складних органічних сполук, і у відношенні до вираження аналогії споріднених елементів, оскільки атомність, чому б її не вважали (або склад частинок подібних сполук), у такому разі виявляється однаковою. Так, напр. подібні між собою багато в чому галоїди або метали цієї групи (лужні, напр.) виявляються завжди володіють однаковою атомністю і утворюють цілі ряди подібних сполук, так що існування цієї ознаки є вже певною мірою покажчик аналогії.

Щоб не ускладнювати виклади, ми залишимо перелік інших якісних і кількісних властивостей елементів (напр. ізоморфізму, теплот з'єдн., показ, заломлення тощо) і звернемося до викладу П. закону, для чого зупинимося: 1) на сутності закону 2) на його історії та додатку до вивчення хімії; 3) на його виправданні за допомогою знову відкритих елементів; 4) на додатку його до визначення величини атомних ваг і 5) на деякій неповноті існуючих відомостей.

Сутність П. законності. Так як з усіх властивостей хімічних елементів атомна їх вага найбільш доступна для чисельної точності визначення і для повної переконливості, то результатом для знаходження законності хімічних елементів найприродніше покласти ваги атомів, тим більше, що у вазі (за законом збереження мас) ми маємо справу з незнищується і найважливішою властивістю будь-якої матерії. Закон завжди є відповідність змінних, як в алгебрі функціональна їх залежність. Отже, маючи для елементів атомну вагу як одну змінну, для відшукання закону елементів слід брати інші властивості елементів, як іншу змінну величину, і шукати функціональної залежності. Взявши багато властивостей елементів, напр. їх кислотність і основність, їх здатність з'єднуватися з воднем або киснем, їх атомність або склад відповідних сполук, теплоту, що виділяється при утворенні відповідних, напр. хлористих сполук, навіть їх фізичні властивості у вигляді простих чи складних тіл подібного складу тощо, можна помітити періодичну послідовність залежно від величини атомної ваги. Для того, щоб це з'ясувати, наведемо спершу простий список усіх добре нині відомих визначень атомної ваги елементів, керуючись недавнім склепінням, зробленим F.W. Clarke («Smithsonian Miscellaneous Collections», 1075: «A recalculation of the atomic weights», Вашингтон, 1897, стор. 34), оскільки його нині має вважати найбільш достовірним і містить усі найкращі та новітні визначення. При цьому приймемо, разом з більшістю хіміків, умовно атомна вага кисню дорівнює 16. Докладне дослідження «імовірних» похибок показує, що приблизно для половини наведених результатів похибка чисел менше 0,1%, але для інших вона доходить до кількох десятих, а для інших , можливо, і до відсотків. Усі атомні ваги наведені в порядку їх величини.

Висновок

Періодична система Дмитра Івановича Менделєєва мала величезне значення для природознавства та всієї науки загалом. Вона довела, що людина здатна проникнути в таємниці молекулярної структури матерії, а згодом – і у будові атомів. Завдяки успіхам теоретичної хімії було здійснено цілу революцію в промисловості, створено величезну кількість нових матеріалів. Нарешті було знайдено взаємозв'язок неорганічної та органічної хімії – і в першій і в другій були виявлені одні й ті ж хімічні елементи.

У ХІХ ст. було відоме близько 60 хімічних елементів. Д. І. Менделєєв вважав, що має існувати закон, який поєднує всі хімічні елементи. Менделєєв вважав, головною характеристикою елемента є його атомна маса. Тому він розташував усі відомі елементи в один ряд у порядку збільшення їхньої атомної маси і сформулював закон так:

Властивості елементів та їх сполук знаходяться у періодичній залежності від величини атомної маси елементів. Сучасне формулювання періодичного закону читається так:

Властивості елементів та їх з'єднань знаходяться в періодичній залежності від заряду атома ядра, або порядкового номера елемента.

Формулювання періодичного закону Д. І. Менделєєвим і сучасне формулювання не суперечать один одному, тому що для більшості елементів зі збільшенням заряду ядра відносна атомна маса теж збільшується. Існують лише деякі винятки з цього правила. Наприклад, елемент №18 аргонАг має меншу атомну масу, ніж елемент №19 калійТеорія будови атома показала, що періодична система Д. І. Менделєєва є класифікацією хімічних елементів за електронними структурами їх атомів.

В атомах елементів I періоду (Н та Не) електрони заповнюють один енергетичний рівень (К); в атомах елементів II періоду (від Li до Ne) електрони заповнюють два енергетичні рівні (К та L); в атомах елементів III періоду (від Na до Аг) - три енергетичні рівні (К, L та М); в ато мах елементів IV періоду (від До до Кг) - чотири енергетичні рівні (К, L, М та N). Аналогічно в атомах елементів V періоду електрони заповнюють п'ять рівнів і т. д. Число енергетичних рівнів (електронних шарів), що заповнюються, в атомах всіх елементів даного періоду дорівнює номеру періоду. В атомах всіх відомих елементів електрони заповнюють від 1 до 7 енергетичних рівнів, тому періодична система складається із семи періодів. Кожен період починається лужним металом (крім першого періоду), в атомах якого зовнішньому електронному шарі є один s-електрон; електронна будова зовнішнього шару - ns 1(Л – номер періоду). Кожен період закінчується благородним газом. В атомах всіх благородних газів (крім Не) на зовнішньому електронному шарі є два s-та шість p-електронів; електронна будова зовнішнього шару пs 2 пр 6 (п -номер періоду). Вісім електронів-це максимальна кількість електронів на зовнішньому електронному шарі атомів.

Елементи 3 Li,Na, 19 знаходяться в головній підгрупі I групи; їх атоми мають зовнішньому шарі 1 електрон. Елементи 4, 12 Mg, 20 Са знаходяться в головній підгрупі II групи; їх атоми мають на зовнішньому шарі 2 електрона і т. д. Отже, число електронів на зовнішньому шарі атомів елементів головних підгруп (крім Н і Не) дорівнює номеру групи, в якій знаходяться елементи. При збільшенні порядкового номера послідовно збільшується загальна кількість електронів в атомах елементів, а кількість електронів на зовнішньому електронному шарі періодично змінюється. p align="justify"> Періодична зміна властивостей хімічних елементів та їх сполук при збільшенні порядкового номера пояснюється тим, що періодично повторюється будова зовнішнього електронного шару в атомах елементів.

-Заряд ядер атомом збільшується.

-Кількість електронних шарів атомів не змінюється.

-Кількість електроном на зовнішньому шарі атомів збільшується від 1 до 8

-Радіус атомів зменшується

– Міцність зв'язку електронів зовнішнього шару з ядром збільшується.

-Енергія іонізації збільшується.

-Спорідненість до електрона збільшується.

-Електронегативність збільшується.

-Металичність елементів зменшується.

-Неметалічність елементів збільшується.

Розглянемо, як змінюються деякі характеристики елементів у головних підгрупах зверху донизу:

-Кількість електронних шарів атомів збільшується.

–Кількість електронів на зовнішньому шарі атомів однакова.

-Радіус атомів збільшується. - Міцність зв'язку електронів зовнішнього шару з ядром зменшується.

-Енергія іонізації зменшується. - Спорідненість до електрона зменшується.

–Електронегативність зменшується. – Металевість елементів збільшується.

-Неметалічність елементів зменшується.

Квиток 6.

1. Основні характеристики атомів: атомні (орбітальні, ковалентні), ван-дер-вааальсові та іонні радіуси, енергії іонізації, спорідненість до електрона, електронегативність, відносна електронегативність, закономірності їх зміни.

1. Атомні радіуси- характеристики атомів, що дозволяють приблизно оцінювати міжатомну (між'ядерну) відстань у молекулах і кристалах. Згідно з уявленнями квантової механіки, атоми не мають чітких меж, проте ймовірність знайти електрон, пов'язаний з даним ядром, на певній відстані від цього ядра швидко зменшується зі збільшенням відстані. Тому атому приписують деякий радіус, вважаючи, що у сфері цього радіусу міститься переважна частина електронної густини (90-98%). О.Р. - величини дуже малі, близько 0,1 нм, проте навіть невеликі розбіжності у тому розмірах можуть позначатися структурі побудованих їх кристалів, рівноважної зміни молекул тощо. Досвідчені дані показують, що у мн. У випадках найкоротша відстань між двома атомами приблизно дорівнює сумі відповідних А. р. - Т. зв. принципадитивності . Залежно від типу зв'язку між атомами розрізняють металлич., іонні, ковалентні та ван-дер-ваальсови А. н.

Металіч. радіусдорівнює половині найкоротшої відстані між атомами в кристаліч. структуру металу. Його значення залежить від координації. числа К (числа найближчих сусідів атома у структурі). Найчастіше зустрічаються структури металів із К = 12.

Іонні радіусивикористовують для наближених оцінок найкоротших міжядерних відстаней в іонних кристалах, припускаючи, що ці відстані дорівнюють сумі відповідних іонних радіусів атомів. Вперше іонні радіуси були визначені у 20-х роках. 20 ст. В. М. Гольдшмідтом, що спирався на рефрактометріч. значення радіусів F - і 2 - .

Ковалентний радіусдорівнює половині довжини одинарної хім. зв'язку X-X, де Х - атом неметалу. Для галогенів ковалентний А.Р. - Це половина між'ядерної відстані в молекулі Х 2 , для S і Se - в Х 8 , для С - в кристалі алмазу. Користуючись правилом адитивності А.р., пророкують довжини зв'язків у багатоатомних молекулах.

Ван-дер-ваальсові радіусивизначають ефективні розміри атомів благородних газів Ці радіуси дорівнюють половині міжядерної відстані між найближчими однаковими атомами, не пов'язаними між собою хімічними. зв'язком, тобто. що належать різним молекулам. Значення ван-дер-ваальсових радіусів знаходять, користуючись принципом адитивності А.р., із найкоротших контактів сусідніх молекул у кристалах. У середньому вони на ~ 0,08 нм більші за ковалентні радіуси. Знання ван-дер-ваальсових радіусів дозволяє визначати конформацію молекул та їхню упаковку в молекулярних кристалах.

Енергія іонізації атома E i– кількість енергії, яка потрібна на відрив ē від незбудженого атома. При русі зліва направо за періодом енергія іонізації поступово збільшується, зі збільшенням порядкового номери межах групи - зменшується. Мінімальні потенціали іонізації мають лужні метали, максимальні – благородні гази. Для того самого атома друга, третя і наступні енергії іонізації завжди збільшуються, оскільки електрон доводиться відривати від позитивно зарядженого іона.

Е спорідненості атома до електрона A e - Е, кіт. Виділиться при приєднанні до атома. Найбільшою спорідненістю до електрона мають атоми галогенів. Зазвичай спорідненість до електрона для атомів різних елементів зменшується паралельно зі зростанням енергії їхньої іонізації.

Електронегативність – міра здатності атома даного елемента відтягувати він електронну щільність проти ін. елементами у соединении. її можна як напівсуму молярних енергій іонізації і спорідненості до електрону: Э/О = 1/2 ( E i + A e). Абсолютні значення електронегативності атомів різних елементів використовуються дуже рідко. Найчастіше використовують відносну електронегативність , що позначається літерою c. Спочатку ця величина визначалася як відношення електронегативності атома даного елемента до електронегативності атома літію. Так як відносна електронегативність залежить насамперед від енергії іонізації атома (енергія спорідненості до електрона завжди набагато менше), то в системі хімічних елементів вона змінюється приблизно так само, як і енергія іонізації, тобто зростає по діагоналі від цезію до фтору.

Екзаменаційний квиток №7