Периодический закон и периодическая система элементов д. И. Менделеева

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • критерии оценки основных характеристик химических элементов, которые были использованы Д. И. Менделеевым при составлении периодической системы;
• • периодический закон, а также структурные особенности периодической системы;

уметь

• • объяснить принципиальные различия в подходах ученых к проблеме классификации химических элементов;
• • объяснить преимущества и недостатки короткопериодного и длиннопериодного вариантов периодической системы;

владеть

• навыками использования закономерностей, вытекающих из периодического закона, для прогнозирования реакционной способности химических элементов их соединений.

Открытие периодического закона

Создание атомно-молекулярной теории, открытие новых химических элементов способствовали дальнейшему развитию учения об элементе. Вполне закономерными были попытки исследователей выявить взаимосвязь между химическими элементами как с качественной, так и с количественной стороны.

Историческая справка Первые попытки классификации элементов сделали А. Лавуазье (1743—1794), а затем Я. Берцелиус (1779—1848). Так возникло деление элементов на металлы и неметаллы.

Деление на металлы и неметаллы осуществлялось лишь на основе качественных характеристик — свойств элементов. Поиск причин различия в их свойствах способствовал выявлению закономерностей между качественными и количественными характеристиками. В качестве главной количественной характеристики элемента рассматривалась его атомная масса. Поэтому исследования ученых были направлены на изучение связи свойств элементов и их атомных масс. Все это подготавливало открытие в будущем периодического закона. Большую роль также сыграл и Международный химический съезд в г. Карлсруэ (1860). К этому времени уже было известно 63 химических элемента.

Как и его предшественники, Д. И. Менделеев в качестве основной характеристики, однозначно определяющей химический элемент, выбрал атомную массу. Но в отличие от них Д. И. Менделеев искал закономерности в изменении атомных масс не только у химически сходных элементов внутри одной естественной группы, но и между несходными элементами. Сопоставив крайне противоположные в химическом отношении, но близкие по атомным массам члены таких групп, как щелочные металлы и галогены, и написав первые под вторыми, Д. И. Менделеев расположил под и над ними и другие группы сходных элементов в порядке изменения атомных масс. Оказалось, что члены этих естественных групп образуют общий закономерный ряд, причем химические свойства элементов периодически повторяются. При этом обнаруживается, что распределение элементов по их атомной массе не только не противоречит их сходству, а, наоборот, прямо на него указывает.

Датой открытия периодического закона Д. И. Менделеева считается 1 марта 1869 г.

При изучении свойств химических элементов Д. И. Менделеев уделял особое внимание атомной массе, кристаллической форме, плотности, атомному объему и форме соединений.

Система элементов позволила Д. И. Менделееву сделать основные выводы из нее:

• 1) у элементов, расположенных по возрастанию атомных масс, проявляется периодичность свойств, т. е. атомная масса определяет свойства элемента;
• 2) элементы с малыми атомными массами типические, они наиболее распространены в природе и характеризуются ярко выраженными свойствами;
• 3) можно ожидать открытия еще многих неизвестных элементов;
• 4) следует иметь в виду дальнейшее уточнение атомных масс элементов.

На основании этих выводов был сформулирован периодический закон:

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

Открытие, сделанное Д. И. Менделеевым, стало лишь началом разработки естественной системы химических элементов. Был выявлен самый главный критерий, гласивший, что физические и химические свойства простых веществ и соединений составляют периодическую функцию атомной массы всех элементов. Эго и означало, что был открыт новый закон природы.

Открытие Д. И. Менделеева стало подлинно научной теорией с того времени, когда были открыты скандий, галлий, германий и благородные газы. Среди последних — аргон, который в таблице занял место до калия, хотя его атомная масса равна 40.

Позже это кажущееся несоответствие получило объяснение в работе Г. Мозли.