Периодический закон. 
Химия

СОДЕРЖАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА

Изучив материал, изложенный в главе 17, обучающийся должен:

знать

• • историю открытия и содержание периодического закона;
• • принцип расположения элементов периодической таблицы, современную интерпретацию периодичности с точки зрения строения атома;

уметь

• • определять заряд ядра и число электронов в атоме заданного элемента;
• • записать распределение электронов по атомным орбиталям заданного элемента;
• • описать основные свойства химического элемента, исходя из его положения в периодической системе;

владеть

• • представлениями о предсказаниях Д. И. Менделеевым новых элементов и их свойств, исправлении атомных масс;
• • представлениями об основных этапах истории открытия и интерпретации периодического закона.

История открытия

Рис. 17.1. Д. И. Менделеев. Фотография относится ко времени открытия периодического закона — к концу 1860-х гг.

К концу XVIII в. благодаря трудам химиков и физиков были сформированы на экспериментальной основе важнейшие представления химии — об элементах, о простых и сложных веществах, о процессе окисления. Основные итоги этой деятельности были подведены в I860 г. на первом в истории Международном химическом конгрессе в городе Карлсруэ (Германия), участником которого был молодой приват-доцент Санкт-Петербургского университета Д. И. Менделеев (1837—1907) (рис. 17.1).

К этому времени был известен уже 61 элемент, и систематизация постоянно растущего фактического материала химии становилась все более актуальной задачей.

Попытки систематизации элементов на основе поиска арифметических закономерностей в изменениях атомных масс предпринимались с первой половины XIX в. Одна из наиболее успешных попыток такого рода принадлежит немецкому химику Л. Мейеру. В 1864 г. он опубликовал таблицу, в которой 44 элемента были расположены в порядке возрастания их атомных масс в шести столбцах в соответствии с их высшей валентностью по водороду.

Таким образом были выделены шесть вертикальных групп — углерода, азота, кислорода, фтора, в которых валентность по водороду равна 4, 3, 2 и 1 соответственно, и группы лития и бериллия — с валентностью 1 и 2. Мейер также искал и арифметические соотношения между атомными массами элементов, в таблице он привел разности между атомными массами стоящих друг под другом элементов и обратил внимание на то, что их значения более или менее постоянны в горизонтальных строках таблицы. В группах Мейера элементы-аналоги были расположены довольно удачно, но встречались и явные промахи, например марганец, железо, рутений и платина оказались в одной группе элементов с валентностью по водороду, равной четырем. Некоторые элементы, в частности водород и бор, в таблицу вообще не вошли.

Позднее, после триумфа периодического закона, связанного с открытием предсказанных Менделеевым элементов, Мейер высказал претензии на приоритет в открытии периодического закона. Эти претензии явно не были обоснованными, и дело здесь не в отмеченных выше отдельных промахах, а в главной цели и содержании работы Мейера, которая не была направлена на раскрытие периодичности в свойствах элементов, а сами свойства исчерпывались лишь валентностью по водороду. В связи с этим Л. А. Чугаев писал, что «самая сущность периодического закона — периодическое чередование свойств элементов при расположении их в порядке возрастания атомных весов — оставалась совершенно чуждой Л. Мейеру».

Подход Менделеева к проблеме систематизации элементов, несомненно, связан с работами его предшественников, однако работы Менделеева в этом направлении представляют качественно более высокую ступень с точки зрения главной цели и способа ее достижения. Менделеев не искал частные закономерности в изменении отдельных свойств при переходе от элемента к элементу или отдельные арифметические соотношения между массами элементов, а стремился решить общую проблему — найти общий закон природы, «определенно точное начало», как писал он сам.

В отличие от своих предшественников, которые лишь предполагали существование некоторой связи между атомными массами и свойствами элементов, Менделеев был уверен в существовании общего закона природы, связывающего все свойства элементов с их атомными массами. К открытию периодического закона Менделеева привела именно эта уверенность, опирающаяся на широчайшие знания не только в области химии, но и в области других естественных наук, а также ярко выраженная способность к глубоким обобщениям.

Периодический закон был открыт в 1869 г., а через два года Менделеев дал наиболее четкую и лаконичную его формулировку.

Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости (т.е. правильно повторяются) от их атомного веса.