Периодический закон д. И. Менделеева

Изучив содержание главы 3, студенты должны: знать

• • формулировку периодического закона;
• • закономерности изменения свойств атомов и химических элементов в группах и периодах таблицы Менделеева;

уметь

• • извлечь информацию, содержащуюся в таблице Менделеева;
• • охарактеризовать свойства химического элемента по его положению в таблице Менделеева;

владеть

• навыками практического применения периодического закона и таблицы Менделеева.

Начало классификации элементов

После утверждения атомно-молекулярной теории важнейшим событием в химии было открытие в 1869 г. нашим соотечественником Д. И. Менделеевым закона периодической зависимости свойств химических элементов от их атомных весов. Закон коротко называют «периодический закон», реже — «закон периодичности» и все чаще — «закон Менделеева». Открытие закона ускорило дальнейшее развитие химии, позволило предсказать существование еще не открытых химических элементов и в новом свете увидеть всю химию элементов.

Сравнение свойств химических элементов уже достаточно давно привело к делению их на две большие группы — металлы и неметаллы. Это деление было основано в первую очередь на различии во внешнем виде и физических свойствах простых веществ.

Металлы имеют характерный «металлический» блеск, ковкость, тягучесть, могут прокатываться в листы или вытягиваться в проволоку, обладают хорошей теплои электропроводностью. При обычной температуре все металлы, кроме ртути, твердые (кристаллические) вещества.

Неметаллы не имеют перечисленных выше свойств. Они имеют разнообразный внешний вид, цвет, могут находиться в разных агрегатных состояниях, плохо проводят тепло и электричество, но некоторые из них обладают чрезвычайно важным свойством иолуироводимости.

В химии главным критерием для отнесения элемента к той или иной группе служат его химические свойства, особенно характер его оксидов: оксиды металлов имеют преимущественно основный характер, а оксиды неметаллов — кислотный.

Ярко выраженными металлическими или неметаллическими свойствами обладают, однако, далеко не все представители указанных двух множеств. В действительности мы наблюдаем постепенный переход от типичных металлов к типичным неметаллам. Поэтому провести резкую границу между теми и другими не представляется возможным. Относя тот или иной элемент к металлам или неметаллам, мы лишь отмечаем, какие его свойства — металлические или неметаллические — выражены в большей степени.

Деление элементов на металлы и неметаллы являлось по существу первой и самой простой их классификацией. Но с течением времени такая классификация перестала удовлетворять химиков. Появляются попытки разделить элементы по сходству их свойств на более мелкие группы, причем большинство исследователей невольно наталкивается на мысль установить связь между химическими свойствами элементов и их атомными весами и этот принцип положить в основу классификации.

В 1829 г. И. Деберейнер (1780—1849) опубликовал опыт группировки элементов по сходству их химических свойств. Он нашел, что похожие между собой элементы могут быть сгруппированы по три, причем атомный вес (масса) одного из них оказывается приблизительно равным среднему арифметическому из атомных весов двух других элементов, например:

Такие группы Деберейнер назвал триадами. Он полагал, что найденные им соотношения могут послужить основой для систематической группировки элементов. Однако из всех известных в то время элементов ему удалось выделить только четыре триады.

Не останавливаясь на других попытках такого же рода, упомянем лишь о непосредственных предшественниках Менделеева.

В 1865 г. американский химик Дж. Ныолэндс (1837—1898), располагая элементы последовательно, в порядке возрастания их атомных весов, заметил, что восьмой элемент, начиная с любого, приблизительно повторяет свойства первого, подобно восьмой ноте в музыке. Ньюлэндс назвал эту закономерность «законом октав» и, исходя из нее, попытался разбить все известные ему элементы на группы (октавы). Для иллюстрации системы Пьюлэндса приводим первые три октавы:

Размещая элементы в октавах, Ньюлэндс поступал достаточно произвольно: иногда он переставлял их, искусственно подгоняя под свою схему, иногда ставил на одно место два элемента. Система Ньюлэндса содержала много противоречий, однако в ее основе лежала правильная мысль о периодическом изменении свойств элементов с увеличением их атомного веса.

В 1864 г. появилась работа немецкого химика Л. Мейера, в которой дана таблица, содержащая некоторые химические элементы, распределенные по валентности на шесть групп. Отмечая, что разности значений атомных весов последовательно расположенных элементов каждой группы характеризуются определенным постоянством, Мейер заканчивает свою работу словами: «нельзя сомневаться, что имеется закономерность в числовых величинах атомных весов». Однако более определенных выводов, выражающих характер и значение этой закономерности, Мейер не сделал.

Деберейнер, Ньюлэндс, Мейер и другие предшественники Менделеева в области систематики химических элементов преследовали только классификационные цели и не шли дальше распределения отдельных элементов по группам на основании их химического сходства. Из приведенных примеров также очевидно, что для открытия закона, так или иначе объединяющего химические элементы в некоторую систему, к концу 60-х гг. XIX в. сложились необходимые предпосылки, которые смог реализовать выдающийся химик и мыслитель Д. И. Менделеев.