كان للجدول الدوري للعناصر تأثير كبير على التطور اللاحق للكيمياء. لم يكن هذا هو التصنيف الطبيعي الأول للعناصر الكيميائية فحسب، والذي أظهر أنها تشكل نظامًا متماسكًا وترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض، ولكنه كان أيضًا أداة قوية لمزيد من البحث.
في الوقت الذي قام فيه مندليف بتجميع جدوله على أساس القانون الدوري الذي اكتشفه، كانت العديد من العناصر لا تزال مجهولة. لذلك، كان العنصر 4 من فترة سكانديوم غير معروف. من حيث الكتلة الذرية، Ca يتبعه Ti، لكن Ti لا يمكن وضعه مباشرة بعد Ca، لأن سوف يقع ضمن المجموعة 3، ولكن وفقًا لخصائص Ti، يجب تعيينه للمجموعة 4. لذلك، تخطى مندليف خلية واحدة. على نفس الأساس، تم ترك خليتين حرتين بين Zn و As في الفترة 4. وكانت هناك أيضًا مقاعد فارغة في الصفوف الأخرى. لم يكن مندليف مقتنعا فحسب أنه لا بد أنه لا تزال هناك عناصر غير معروفة تملأ هذه الأماكن، ولكنه تنبأ أيضًا مسبقًا بخصائص هذه العناصر، بناءً على موقعها بين العناصر الأخرى في النظام الدوري.أعطيت هذه العناصر أسماء ekabor (حيث كان من المفترض أن تشبه خصائصها البورون)، ekaaluminum، ekasilicium ..

على مدار الخمسة عشر عامًا التالية، تم تأكيد تنبؤات مندليف ببراعة؛ تم فتح العناصر الثلاثة المتوقعة. أولاً، اكتشف الكيميائي الفرنسي ليكوك دي بويسبودران الغاليوم، الذي يمتلك جميع خصائص الإيكالومنيوم. بعد ذلك، في السويد، ل.ف. اكتشف نيلسون سكانديوم، وأخيرا، بعد سنوات قليلة، في ألمانيا، ك.
كان اكتشاف Ga, Sc, Ge أعظم انتصار للقانون الدوري. كان للنظام الدوري أيضًا أهمية كبيرة في تحديد التكافؤ والكتل الذرية لعناصر معينة. وبالمثل، أعطى النظام الدوري قوة دافعة لتصحيح الكتل الذرية لبعض العناصر.على سبيل المثال، تم تخصيص كتلة ذرية لـ Cs تبلغ 123.4. وجد مندليف، وهو يرتب العناصر في جدول، أنه وفقًا لخصائصها، يجب أن تكون Cs في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الأولى تحت Rb وبالتالي سيكون لها كتلة ذرية تبلغ حوالي 130. وتظهر التعريفات الحديثة أن الكتلة الذرية لـ Cs هو 132.9054 ..
وفي الوقت الحاضر يظل القانون الدوري هو النجم المرشد في الكيمياء. وعلى أساسه تم إنشاء عناصر ما بعد اليورانيوم بشكل مصطنع.واحد منهم، العنصر رقم 101، الذي تم الحصول عليه لأول مرة في عام 1955، كان اسمه مندليفيوم تكريما للعالم الروسي العظيم.
التطور اللاحق للعلم جعل من الممكن، بالاعتماد على القانون الدوري، فهم بنية المادة بشكل أعمق بكثير، مما كان ممكنا خلال حياة مندلييف.
تم العثور على تأكيد رائع من خلال الكلمات النبوية لمندليف: "إن القانون الدوري ليس مهددًا بالتدمير، ولكن فقط الوعد بالبنية الفوقية والتنمية".

كان الشرط الأساسي لاكتشاف القانون الدوري هو قرار المؤتمر الدولي للكيميائيين في مدينة كارلسروه عام 1860، حيث تم أخيرًا وضع المذهب الذري والجزيئي، وأول تعريفات موحدة لمفهومي الجزيء والذرة، كما وكذلك تم تصنيع الوزن الذري، الذي نسميه الآن الكتلة الذرية النسبية.

اعتمد D. I. Mendeleev في اكتشافه على نقاط انطلاق واضحة المعالم:

الخاصية الثابتة المشتركة لذرات جميع العناصر الكيميائية هي كتلتها الذرية؛

تعتمد خصائص العناصر على كتلتها الذرية؛

شكل هذا الاعتماد دوري.

يمكن تسمية المتطلبات الأساسية التي تمت مناقشتها أعلاه بالموضوعية، أي أنها مستقلة عن شخصية العالم، لأنها كانت بسبب التطور التاريخي للكيمياء كعلم.

III القانون الدوري والنظام الدوري للعناصر الكيميائية.

اكتشاف مندليف للقانون الدوري.

تم نشر النسخة الأولى من الجدول الدوري للعناصر بواسطة D. I. Mendeleev في عام 1869 - قبل فترة طويلة من دراسة بنية الذرة. في هذا الوقت، قام مندليف بتدريس الكيمياء في جامعة سانت بطرسبرغ. التحضير للمحاضرات، وجمع المواد لكتابه المدرسي "أساسيات الكيمياء"، فكر D. I. Mendeleev في كيفية تنظيم المواد بحيث لا تبدو المعلومات حول الخواص الكيميائية للعناصر وكأنها مجموعة من الحقائق المتباينة.

كانت النقطة المرجعية في هذا العمل لـ D. I. Mendeleev هي الكتل الذرية (الأوزان الذرية) للعناصر. بعد المؤتمر العالمي للكيميائيين في عام 1860، والذي شارك فيه D. I. Mendeleev أيضًا، كانت مشكلة التحديد الصحيح للأوزان الذرية دائمًا في مركز اهتمام العديد من الكيميائيين الرائدين في العالم، بما في ذلك D. I. Mendeleev.من خلال ترتيب العناصر بترتيب تصاعدي لأوزانها الذرية، اكتشف دي آي مندليف قانونًا أساسيًا للطبيعة، والذي يُعرف الآن باسم القانون الدوري:

تتغير خصائص العناصر بشكل دوري حسب وزنها الذري.

الصياغة المذكورة أعلاه لا تتعارض إطلاقا مع الصيغة الحديثة التي يتم فيها استبدال مفهوم "الوزن الذري" بمفهوم "الشحنة النووية". تتكون النواة من بروتونات ونيوترونات. عدد البروتونات والنيوترونات في نوى معظم العناصر هو نفسه تقريبًا، وبالتالي فإن الوزن الذري يزداد بنفس الطريقة التي يزداد بها عدد البروتونات في النواة (الشحنة النووية Z).

كانت الجدة الأساسية للقانون الدوري على النحو التالي:

1. تم إنشاء اتصال بين عناصر غير متشابهة في خصائصها. وتكمن هذه العلاقة في أن خواص العناصر تتغير بسلاسة وبشكل متساو تقريبا مع زيادة وزنها الذري، ومن ثم تتكرر هذه التغيرات بشكل دوري.

2. في تلك الحالات التي بدا فيها أن بعض الروابط مفقودة في تسلسل التغييرات في خصائص العناصر، قدم الجدول الدوري GAPS التي يجب ملؤها بعناصر لم يتم اكتشافها بعد.

وفي كل المحاولات السابقة لتحديد العلاقة بين العناصر، سعى باحثون آخرون إلى تكوين صورة كاملة لا مكان فيها لعناصر لم تكتشف بعد. على العكس من ذلك، اعتبر D. I. Mendeleev أن الجزء الأكثر أهمية في جدوله الدوري هو تلك الخلايا التي لا تزال فارغة. هذا جعل من الممكن التنبؤ بوجود عناصر غير معروفة حتى الآن.

من المثير للإعجاب أن D. I. Mendeleev قام باكتشافه في وقت تم فيه تحديد الأوزان الذرية للعديد من العناصر بشكل تقريبي للغاية، ولم يكن معروفًا سوى 63 عنصرًا - أي ما يزيد قليلاً عن نصف العناصر المعروفة لنا اليوم.

إن المعرفة العميقة بالخصائص الكيميائية للعناصر المختلفة سمحت لمندليف ليس فقط بالإشارة إلى العناصر غير المكتشفة بعد، ولكن أيضًا بالتنبؤ بخصائصها بدقة! D. I. Mendeleev تنبأ بدقة بخصائص العنصر الذي أطلق عليه اسم "eka-silicon". وبعد 16 عامًا، اكتشف الكيميائي الألماني وينكلر هذا العنصر بالفعل وأطلق عليه اسم الجرمانيوم.

مقارنة الخصائص التي تنبأ بها D. I. Mendeleev للعنصر غير المكتشف بعد "eka-silicon" مع خصائص عنصر الجرمانيوم (Ge). في الجدول الدوري الحديث، يحتل الجرمانيوم مكان "eka-silicon".

ملكية

تنبأ دي آي مينديليف عن "eka-silicon" في عام 1870

تم تحديده للجرمانيوم Ge، الذي تم اكتشافه عام 1886

اللون والمظهر

بني

البني الفاتح

الوزن الذري

72,59

الكثافة (جم/سم3)

5,5

5,35

صيغة الأكسيد

XO2

Geo2

صيغة الكلوريد

XCl4

جيكل4

كثافة الكلوريد (جم/سم3)

1,9

1,84

وبنفس الطريقة، تم تأكيد خصائص "eka-aluminum" (عنصر الغاليوم Ga، الذي تم اكتشافه في عام 1875) و"eka-boron" (عنصر سكانديوم Sc الذي تم اكتشافه في عام 1879) والتي تنبأ بها D. I. Mendeleev، ببراعة.

بعد ذلك، أصبح من الواضح للعلماء في جميع أنحاء العالم أن الجدول الدوري لـ D. I. Mendeleev لا ينظم العناصر فحسب، بل هو تعبير رسومي عن القانون الأساسي للطبيعة - القانون الدوري.

هيكل النظام الدوري.

بناءً على القانون الدوري لـ D.I. قام مندلييف بإنشاء الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، والذي يتكون من 7 فترات و8 مجموعات (نسخة قصيرة من الجدول). في الوقت الحاضر، يتم استخدام النسخة الطويلة الأمد من الجدول الدوري في كثير من الأحيان (7 فترات، 8 مجموعات، يتم عرض العناصر - اللانثانيدات والأكتينيدات بشكل منفصل).

الفترات عبارة عن صفوف أفقية من الجدول، وهي مقسمة إلى صغيرة وكبيرة. في الفترات الصغيرة يوجد عنصران (الفترة الأولى) أو 8 عناصر (الفترتان الثانية والثالثة)، وفي الفترات الكبيرة - 18 عنصرًا (الفترة الرابعة والخامسة) أو 32 عنصرًا (الفترة السادسة والسابعة). تبدأ كل فترة بمعدن نموذجي وتنتهي بمادة لا فلزية (هالوجين) وغاز خامل.

المجموعات عبارة عن تسلسلات رأسية للعناصر، ويتم ترقيمها بالأرقام الرومانية من I إلى VIII والحروف الروسية A وB. وتضمنت النسخة قصيرة الفترة من النظام الدوري مجموعات فرعية من العناصر (الرئيسية والثانوية).

المجموعة الفرعية عبارة عن مجموعة من العناصر التي تعتبر نظائرها الكيميائية غير المشروطة؛ غالبًا ما تتمتع عناصر المجموعة الفرعية بأعلى حالة أكسدة تتوافق مع رقم المجموعة.

في المجموعات A، يمكن أن تختلف الخواص الكيميائية للعناصر على نطاق واسع من العناصر غير المعدنية إلى المعدنية (على سبيل المثال، في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة V، النيتروجين عنصر غير معدني، والبزموت معدن).

في النظام الدوري، توجد المعادن النموذجية في المجموعة IA (Li-Fr)، IIA (Mg-Ra) وIIIA (In، Tl). توجد اللافلزات في المجموعات VIIA (F-Al)، VIA (O-Te)، VA (N-As)، IVA (C، Si) وIIIA (B). بعض عناصر المجموعات A (البريليوم Be، والألومنيوم Al، والجرمانيوم Ge، والأنتيمون Sb، والبولونيوم Po وغيرها)، بالإضافة إلى العديد من عناصر المجموعات B، تظهر خصائص معدنية وغير معدنية (ظاهرة مذبذبة).

بالنسبة لبعض المجموعات، يتم استخدام أسماء المجموعات: IA (Li-Fr) - المعادن القلوية، IIA (Ca-Ra) - المعادن الأرضية القلوية، VIA (O-Po) - الكالكوجينات، VIIA (F-At) - الهالوجينات، VIIIA ( He-Rn ) هي غازات نبيلة. شكل النظام الدوري الذي اقترحه د. مندليف، كان يسمى الفترة القصيرة أو الكلاسيكية. حاليًا، يتم استخدام شكل آخر من أشكال النظام الدوري - الفترة الطويلة.

القانون الدوري د. أصبح مندليف والجدول الدوري للعناصر الكيميائية أساس الكيمياء الحديثة. يتم إعطاء الكتل الذرية النسبية وفقًا للجدول الدولي لعام 1983. بالنسبة للعناصر 104-108، فإن الأعداد الكتلية للنظائر الأطول عمرا موضحة بين قوسين مربعين. أسماء ورموز العناصر الواردة بين قوسين غير مقبولة بشكل عام.

IV القانون الدوري وبنية الذرة.

معلومات أساسية عن بنية الذرات.

في نهاية القرن التاسع عشر - بداية القرن العشرين، أثبت الفيزيائيون أن الذرة جسيم معقد ويتكون من جسيمات أبسط (أولية). تم اكتشاف:

أشعة الكاثود (الفيزيائي الإنجليزي جيه جيه طومسون ، 1897) ، والتي تسمى جسيماتها الإلكترونات e− (تحمل وحدة شحنة سالبة) ؛

النشاط الإشعاعي الطبيعي للعناصر (العلماء الفرنسيون - علماء الكيمياء الإشعاعية أ. بيكريل وم. سكلودوفسكا كوري، الفيزيائي بيير كوري، 1896) ووجود جسيمات ألفا (نواة الهيليوم 4He2+)؛

وجود نواة موجبة الشحنة في وسط الذرة (الفيزيائي الإنجليزي وعالم الكيمياء الإشعاعية إي. روثرفورد، 1911)؛

التحويل الاصطناعي لعنصر إلى آخر، على سبيل المثال، النيتروجين إلى الأكسجين (E. Rutherford، 1919). من نواة ذرة عنصر واحد (النيتروجين - في تجربة رذرفورد) عند اصطدامها بجسيم ألفا تتكون نواة ذرة عنصر آخر (الأكسجين) ويتشكل جسيم جديد يحمل وحدة شحنة موجبة ويسمى جسيما موجبا. بروتون (ع +، النواة 1H)

وجود جسيمات محايدة كهربائيًا في نواة الذرة - النيوترونات n0 (الفيزيائي الإنجليزي ج. تشادويك ، 1932).

ونتيجة للدراسات وجد أنه في ذرة كل عنصر (ما عدا 1H) توجد بروتونات ونيوترونات وإلكترونات، وتتركز البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة، والإلكترونات - في محيطها (في الغلاف الإلكتروني).

عدد البروتونات في النواة يساوي عدد الإلكترونات الموجودة في غلاف الذرة ويتوافق مع الرقم التسلسلي لهذا العنصر في النظام الدوري.

الغلاف الإلكتروني للذرة هو نظام معقد. وتنقسم إلى مدارات فرعية ذات طاقات مختلفة (مستويات الطاقة)؛ وتنقسم المستويات بدورها إلى مستويات فرعية، وتشمل المستويات الفرعية المدارات الذرية، والتي يمكن أن تختلف في الشكل والحجم (يشار إليها بالأحرف s، p، d، f، وما إلى ذلك).

لذلك، فإن السمة الرئيسية للذرة ليست الكتلة الذرية، ولكن حجم الشحنة الإيجابية للنواة. وهذا وصف أكثر عمومية ودقة للذرة، وبالتالي للعنصر. تعتمد جميع خصائص العنصر وموقعه في النظام الدوري على حجم الشحنة الموجبة للنواة الذرية. وبالتالي فإن الرقم التسلسلي للعنصر الكيميائي يتطابق عدديا مع شحنة نواة ذرته. النظام الدوري للعناصر هو تمثيل بياني للقانون الدوري ويعكس تركيب ذرات العناصر.

تشرح نظرية بنية الذرة التغير الدوري في خصائص العناصر. تؤدي الزيادة في الشحنة الموجبة للنواة الذرية من 1 إلى 110 إلى التكرار الدوري لعناصر بنية مستوى الطاقة الخارجي في الذرات. وبما أن خصائص العناصر تعتمد بشكل أساسي على عدد الإلكترونات الموجودة على المستوى الخارجي، فإنها تتكرر أيضًا بشكل دوري. هذا هو المعنى المادي للقانون الدوري.

تبدأ كل فترة في النظام الدوري بعناصر تحتوي ذراتها على إلكترون واحد في المستوى الخارجي (المستويات الخارجية غير المكتملة) وبالتالي تظهر خصائص مماثلة - فهي تتخلى بسهولة عن إلكترونات التكافؤ، مما يحدد طابعها المعدني. هذه هي الفلزات القلوية - Li، Na، K، Rb، Cs.

وتنتهي الدورة بعناصر تحتوي ذراتها في المستوى الخارجي على إلكترونين (s2) (في الدورة الأولى) أو 8 إلكترونات (s2p6) (في جميع الإلكترونات اللاحقة)، أي أن لديها مستوى خارجي مكتمل. هذه هي الغازات النبيلة He، Ne، Ar، Kr، Xe، والتي لها خصائص خاملة.

في عام 1869، قام D. I. Mendeleev، بناءً على تحليل لخصائص المواد والمركبات البسيطة، بصياغة القانون الدوري: "إن خصائص الأجسام البسيطة ومركبات العناصر تعتمد بشكل دوري على حجم الكتل الذرية للعناصر."وعلى أساس القانون الدوري، تم تجميع النظام الدوري للعناصر. في ذلك، تم دمج العناصر ذات الخصائص المماثلة في أعمدة رأسية للمجموعة. في بعض الحالات، عند وضع العناصر في النظام الدوري، كان من الضروري انتهاك تسلسل زيادة الكتل الذرية من أجل ملاحظة دورية تكرار الخصائص. على سبيل المثال، كان لا بد من "تبديل" التيلوريوم واليود، وكذلك الأرجون والبوتاسيوم. والسبب هو أن مندليف اقترح القانون الدوري في وقت لم يكن يعرف فيه شيء عن بنية الذرة، وبعد اقتراح النموذج الكوكبي للذرة في القرن العشرين، تمت صياغة القانون الدوري على النحو التالي:

"إن خصائص العناصر والمركبات الكيميائية تعتمد بشكل دوري على شحنات النوى الذرية."

شحنة النواة تساوي عدد العنصر في النظام الدوري وعدد الإلكترونات الموجودة في الغلاف الإلكتروني للذرة. أوضحت هذه الصيغة "انتهاكات" القانون الدوري. في النظام الدوري، عدد الدورة يساوي عدد المستويات الإلكترونية في الذرة، وعدد المجموعة لعناصر المجموعات الفرعية الرئيسية يساوي عدد الإلكترونات في المستوى الخارجي.

الأهمية العلمية للقانون الدوري. جعل القانون الدوري من الممكن تنظيم خصائص العناصر الكيميائية ومركباتها. عند تجميع النظام الدوري، تنبأ مندليف بوجود العديد من العناصر غير المكتشفة بعد، وترك لها خلايا حرة، وتنبأ بالعديد من خصائص العناصر غير المكتشفة، مما سهل اكتشافها، وجاء أولها بعد أربع سنوات.

ولكن ليس فقط في اكتشاف ميزة عظيمة جديدة لمندليف.

اكتشف مندليف قانونًا جديدًا للطبيعة. بدلاً من المواد المتباينة وغير المترابطة، نشأ نظام متناغم واحد قبل العلم، ويوحد جميع عناصر الكون في كل واحد، وبدأ اعتبار الذرات على النحو التالي:

1. مترابطة عضويا من خلال نمط مشترك،

2. الكشف عن انتقال التغيرات الكمية في الوزن الذري إلى التغيرات النوعية في المواد الكيميائية. شخصيات،

3. مما يدل على أنه عكس المعدن. وغير معدنية خصائص الذرات ليست مطلقة، كما كان يعتقد سابقا، ولكنها نسبية فقط.

24. ظهور النظريات البنيوية في تطور الكيمياء العضوية. النظرية الذرية الجزيئية كأساس نظري للنظريات البنيوية.

الكيمياء العضوية.طوال القرن الثامن عشر في مسألة العلاقات الكيميائية بين الكائنات الحية والمواد، استرشد العلماء بعقيدة الحيوية - وهي عقيدة تعتبر الحياة ظاهرة خاصة، لا تخضع لقوانين الكون، ولكن لتأثير القوى الحيوية الخاصة. وقد ورث هذا الرأي العديد من العلماء في القرن التاسع عشر، على الرغم من أن أسسه اهتزت في وقت مبكر من عام 1777، عندما اقترح لافوازييه أن التنفس هو عملية مشابهة للاحتراق.

في عام 1828، قام الكيميائي الألماني فريدريش فولر (1800-1882)، بتسخين سيانات الأمونيوم (كان هذا المركب يعتبر دون قيد أو شرط مادة غير عضوية)، بالحصول على اليوريا، وهو منتج نفايات للإنسان والحيوان. في عام 1845، قام أدولف كولبي، أحد تلاميذ فولر، بتصنيع حمض الأسيتيك من العناصر الأولية الكربون والهيدروجين والأكسجين. في خمسينيات القرن التاسع عشر، بدأ الكيميائي الفرنسي بيير بيرثيلوت العمل المنهجي على تخليق المركبات العضوية وحصل على كحول الميثيل والإيثيل والميثان والبنزين والأسيتيلين. أظهرت دراسة منهجية للمركبات العضوية الطبيعية أنها تحتوي جميعها على ذرة كربون واحدة أو أكثر، ويحتوي الكثير منها على ذرات الهيدروجين. نظرية النوع. أثار اكتشاف وعزل عدد كبير من المركبات المعقدة المحتوية على الكربون بشكل حاد مسألة تكوين جزيئاتها وأدى إلى الحاجة إلى مراجعة نظام التصنيف الحالي. بحلول أربعينيات القرن التاسع عشر، أدرك الكيميائيون أن أفكار بيرسيليوس الثنائية تنطبق فقط على الأملاح غير العضوية. وفي عام 1853 جرت محاولة لتصنيف جميع المركبات العضوية حسب نوعها. اقترح الكيميائي الفرنسي "نظرية النوع" المعممة تشارلز فريدريك جيراردالذي اعتقد أن ارتباط مجموعات مختلفة من الذرات لا يتم تحديده من خلال الشحنة الكهربائية لهذه المجموعات، ولكن من خلال خصائصها الكيميائية المحددة.

الكيمياء الهيكلية. في عام 1857، اقترح كيكولي، انطلاقًا من نظرية التكافؤ (يُفهم من خلال التكافؤ على أنه عدد ذرات الهيدروجين التي تتحد مع ذرة واحدة من عنصر معين)، أن الكربون رباعي التكافؤ وبالتالي يمكن أن يتحد مع أربع ذرات أخرى، مكونًا سلاسل طويلة - مستقيمة أو متفرعة. لذلك، بدأ تصوير الجزيئات العضوية ليس كمجموعات من الجذور، ولكن كصيغ هيكلية - الذرات والروابط بينهما.

في عام 1874 كيميائي دنماركي جاكوب فانت هوفوقام الكيميائي الفرنسي جوزيف أشيل لو بيل (1847–1930) بتوسيع هذه الفكرة لتشمل ترتيب الذرات في الفضاء. لقد اعتقدوا أن الجزيئات ليست مسطحة، ولكنها هياكل ثلاثية الأبعاد. وقد مكّن هذا المفهوم من تفسير العديد من الظواهر المعروفة، مثل الايزومرية المكانية، ووجود جزيئات لها نفس التركيب ولكن بخصائص مختلفة. البيانات تناسب بشكل جيد للغاية. لويس باستورحول ايزومرات حمض الطرطريك.

6. القانون الدوري والنظام الدوري د. مندليف هيكل النظام الدوري (الفترة، المجموعة، المجموعة الفرعية). معنى القانون الدوري والنظام الدوري.

دوريةقانون دي.آي مندليف:خواص الأجسام البسيطة، وكذلك أشكال المركبات وخواصهاالعناصر في الاعتماد الدوري علىقيم الأوزان الذرية للعناصر (خصائص العناصر تعتمد بشكل دوري على شحنة ذرات نواتها).

النظام الدوري للعناصر. سلسلة من العناصر تتغير خصائصها بشكل متتابع، مثل سلسلة من ثمانية عناصر من الليثيوم إلى النيون أو من الصوديوم إلى الأرجون، أطلق عليها مندليف اسم الدورات. فإذا كتبنا هاتين الفترتين إحداهما تحت الأخرى بحيث يكون الصوديوم تحت الليثيوم، والأرجون تحت النيون، نحصل على ترتيب العناصر التالي:

مع هذا الترتيب، فإن العناصر المتشابهة في خصائصها ولها نفس التكافؤ، على سبيل المثال، الليثيوم والصوديوم، والبريليوم والمغنيسيوم، وما إلى ذلك، تقع في الأعمدة الرأسية.

وبتقسيم جميع العناصر إلى فترات وترتيب فترة تحت أخرى بحيث تندرج العناصر المتشابهة في الخواص ونوع المركبات المتكونة تحت بعضها البعض، قام مندليف بتجميع جدول أطلق عليه اسم النظام الدوري للعناصر حسب المجموعات والمتسلسلات.

قيمة النظام الدورينحن.كان للجدول الدوري للعناصر تأثير كبير على التطور اللاحق للكيمياء. لم يكن هذا هو التصنيف الطبيعي الأول للعناصر الكيميائية فحسب، والذي أظهر أنها تشكل نظامًا متماسكًا وترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض، ولكنه كان أيضًا أداة قوية لمزيد من البحث.

7. التغير الدوري في خواص العناصر الكيميائية. نصف القطر الذري والأيوني. طاقة التأين. تقارب للإلكترون. كهرسلبية.

إن اعتماد نصف القطر الذري على شحنة النواة الذرية Z له طابع دوري. خلال فترة واحدة، مع زيادة Z، يتجلى الميل إلى انخفاض حجم الذرة، وهو ما يلاحظ بوضوح بشكل خاص في فترات قصيرة.

مع بداية بناء طبقة إلكترونية جديدة، أكثر بعدًا عن النواة، أي أثناء الانتقال إلى الفترة التالية، يزداد نصف القطر الذري (قارن، على سبيل المثال، نصف قطر ذرات الفلور والصوديوم). ونتيجة لذلك، داخل المجموعة الفرعية، مع زيادة شحنة النواة، تزداد أحجام الذرات.

ففقدان ذرات الإلكترون يؤدي إلى نقص الحجم الفعال لها، كما أن إضافة الإلكترونات الزائدة يؤدي إلى زيادتها. ولذلك، فإن نصف قطر الأيون الموجب الشحنة (الكاتيون) يكون دائمًا أقل، ونصف قطر الأيون غير (الأنيون) المشحون سالبًا يكون دائمًا أكبر من نصف قطر الذرة المحايدة كهربائيًا المقابلة.

وفي إحدى المجموعات الفرعية، تزداد أنصاف أقطار الأيونات ذات الشحنة نفسها مع زيادة الشحنة النووية، ويُفسَّر هذا النمط بزيادة عدد طبقات الإلكترونات وتزايد مسافة الإلكترونات الخارجية عن النواة.

إن أكثر الخصائص الكيميائية المميزة للمعادن هي قدرة ذراتها على التخلي بسهولة عن الإلكترونات الخارجية والتحول إلى أيونات موجبة الشحنة، بينما تتميز المواد غير المعدنية، على العكس من ذلك، بالقدرة على ربط الإلكترونات لتكوين أيونات سالبة. لفصل إلكترون من الذرة وتحويل الأخير إلى أيون موجب، من الضروري استهلاك بعض الطاقة، تسمى طاقة التأين.

يمكن تحديد طاقة التأين عن طريق قذف الذرات بإلكترونات متسارعة في مجال كهربائي. يُطلق على أصغر جهد مجال تصبح عنده سرعة الإلكترون كافية لتأين الذرات إمكانات التأين لذرات عنصر معين ويتم التعبير عنها بالفولت. ومع استهلاك طاقة كافية، يمكن انتزاع إلكترونين أو ثلاثة أو أكثر من الذرة. ولذلك يتحدثون عن جهد التأين الأول (طاقة الانفصال عن ذرة الإلكترون الأول) وعن جهد التأين الثاني (طاقة انفصال الإلكترون الثاني)

كما ذكرنا سابقًا، لا يمكن للذرات التبرع فحسب، بل يمكنها أيضًا إضافة الإلكترونات. تسمى الطاقة المنطلقة عندما يرتبط الإلكترون بذرة حرة بألفة الذرة للإلكترون. عادة ما يتم التعبير عن الألفة الإلكترونية، مثل طاقة التأين، بالإلكترون فولت. لذلك، فإن تقارب الإلكترون لذرة الهيدروجين هو 0.75 فولت، والأكسجين - 1.47 فولت، والفلور - 3.52 فولت.

عادة ما تكون الألفة الإلكترونية لذرات المعدن قريبة من الصفر أو سالبة؛ ويترتب على ذلك أنه بالنسبة لذرات معظم المعادن، فإن إضافة الإلكترونات يكون غير مواتٍ من الناحية الطاقة. تكون الألفة الإلكترونية لذرات اللافلزات دائمًا موجبة، وكلما زاد موقع اللافلزات في النظام الدوري كلما اقتربت من الغاز النبيل؛ وهذا يدل على زيادة الخواص غير المعدنية مع اقتراب نهاية الفترة.

ولم تصبح إمكانية التنبؤ العلمي بالعناصر المجهولة حقيقة إلا بعد اكتشاف القانون الدوري والنظام الدوري للعناصر. توقع D. I. Mendeleev وجود 11 عناصر جديدة: ekabor، ekasilicon، ekaaluminum، إلخ. أتاحت "إحداثيات" العنصر في النظام الدوري (الرقم التسلسلي والمجموعة والفترة) التنبؤ بالكتلة الذرية تقريبًا، بالإضافة إلى أهم خصائص العنصر المتوقع. وتزداد دقة هذه التنبؤات خاصة عندما يكون العنصر المتوقع محاطا بعناصر معروفة ومدروسة بشكل كاف.

بفضل هذا، في عام 1875 في فرنسا، اكتشف L. de Boisbaudran الغاليوم (ekaaluminum)؛ في عام 1879، اكتشف L. Nilson (السويد) السكانديوم (Ekabor)؛ في عام 1886 في ألمانيا اكتشف ك. وينكلر الجرمانيوم (ecasilicon).

فيما يتعلق بالعناصر غير المكتشفة من الصفين التاسع والعاشر، كانت تصريحات D. I. Mendeleev أكثر حذرا، لأن خصائصها تمت دراستها بشكل سيء للغاية. لذلك، بعد البزموت، الذي انتهت فيه الفترة السادسة، بقي شرطتان. أحدهما يتوافق مع نظير التيلوريوم، والآخر ينتمي إلى هالوجين ثقيل غير معروف. في الفترة السابعة، تم التعرف على عنصرين فقط - الثوريوم واليورانيوم. D. I. Mendeleev ترك عدة خلايا بها شرطات، والتي كان من المفترض أن تنتمي إلى عناصر المجموعات الأولى والثانية والثالثة، التي سبقت الثوريوم. كما ترك قفص فارغ بين الثوريوم واليورانيوم. وبقيت خمسة أماكن فارغة لليورانيوم، أي. وبعد ما يقرب من 100 عام، تم توقع وجود عناصر ما بعد اليورانيوم.

لتأكيد دقة تنبؤات D. I. Mendeleev فيما يتعلق بعناصر السلسلة التاسعة والعاشرة، يمكننا إعطاء مثال مع البولونيوم (الرقم التسلسلي 84). توقعًا لخصائص العنصر ذو العدد الذري 84، قام D. I. Mendeleev بتعيينه على أنه نظير للتيلوريوم وأطلق عليه اسم ديتيلوريوم. بالنسبة لهذا العنصر، افترض كتلة ذرية قدرها 212 والقدرة على تكوين أكسيد من النوع EO e. يجب أن تبلغ كثافة هذا العنصر 9.3 جم/سم 3 وأن يكون معدنًا رماديًا منخفض الذوبان ومتبلورًا وغير متطاير. البولونيوم، الذي تم الحصول عليه في شكله النقي فقط في عام 1946، هو معدن ناعم وقابل للانصهار وله لون فضي وكثافته 9.3 جم/سم3. خصائصه تشبه تلك التيلوريوم.

يعد القانون الدوري لـ D. I. Mendeleev، أحد أهم قوانين الطبيعة، ذا أهمية استثنائية. يعكس هذا القانون العلاقة الطبيعية الموجودة بين العناصر، ومراحل تطور المادة من البسيط إلى المعقد، وقد وضع الأساس للكيمياء الحديثة. ومع اكتشافه، لم تعد الكيمياء علمًا وصفيًا.

يعد القانون الدوري ونظام عناصر D. I. Mendeleev إحدى الطرق الموثوقة لفهم العالم. وبما أن العناصر متحدة بخاصية أو بنية مشتركة، فإن ذلك يشير إلى أنماط الترابط والترابط بين الظواهر.

تشكل جميع العناصر معًا خطًا واحدًا من التطور المستمر من أبسط عنصر هيدروجين إلى العنصر رقم 118. تم ملاحظة هذا النمط لأول مرة من قبل D. I. Mendeleev، الذي تمكن من التنبؤ بوجود عناصر جديدة، وبالتالي إظهار استمرارية تطور المادة.

من خلال مقارنة خصائص العناصر ومركباتها داخل المجموعات، من السهل اكتشاف مظهر قانون انتقال التغييرات الكمية إلى تغييرات نوعية. لذا، خلال أي فترة يكون هناك انتقال من معدن نموذجي إلى لا فلز نموذجي (هالوجين)، إلا أن الانتقال من الهالوجين إلى العنصر الأول في الفترة التالية (معدن قلوي) يصاحبه ظهور الخصائص التي تتعارض بشكل حاد مع هذا الهالوجين. أرسى اكتشاف D. I. Mendeleev أساسًا دقيقًا وموثوقًا لنظرية بنية الذرة، وكان له تأثير كبير على تطور كل المعرفة الحديثة حول طبيعة المادة.

يمثل عمل D. I. Mendeleev حول إنشاء النظام الدوري بداية طريقة علمية للبحث الهادف عن عناصر كيميائية جديدة. يمكن أن تكون التطورات العديدة في الفيزياء النووية الحديثة بمثابة أمثلة. على مدار نصف القرن الماضي، تم تصنيع العناصر ذات الأرقام التسلسلية 102-118. إن دراسة خواصها والحصول عليها سيكون مستحيلا دون معرفة أنماط العلاقة بين العناصر الكيميائية.

والدليل على مثل هذا القول هو نتائجبحث عن تركيب العناصر 114، 116، 118 .

تم الحصول على نظير العنصر 114 بتفاعل البلوتونيوم مع نظير 48Ca، والنظير 116 بتفاعل الكوريوم مع نظير 48Ca:

استقرار النظائر الناتجة مرتفع جدًا لدرجة أنها لا تنشطر تلقائيًا، ولكنها تخضع لاضمحلال ألفا، أي. انشطار النواة مع انبعاث جسيمات ألفا في وقت واحد.

تؤكد البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها بشكل كامل الحسابات النظرية: مع اضمحلال ألفا المتتالي، تتشكل نواة العنصرين 112 و110، وبعد ذلك يبدأ الانشطار التلقائي:

بمقارنة خصائص العناصر، نحن مقتنعون بأنها مترابطة من خلال ميزات هيكلية مشتركة. وبالتالي، من خلال مقارنة بنية الغلاف الإلكتروني الخارجي وما قبل الخارجي، من الممكن التنبؤ بدقة عالية بجميع أنواع المركبات المميزة لعنصر معين. يتم توضيح هذه العلاقة الواضحة جيدًا من خلال مثال العنصر 104 - الرذرفورديوم. توقع الكيميائيون أنه إذا كان هذا العنصر نظيرًا للهافنيوم (72 Hf)، فيجب أن تكون خصائص رباعي كلوريده مماثلة تقريبًا لخصائص HfCl 4 . أكدت الدراسات الكيميائية التجريبية ليس فقط توقعات الكيميائيين، ولكن أيضًا اكتشاف عنصر جديد فائق الثقل 1(M Rf. ويمكن تتبع نفس القياس في الخواص - Os (Z = 76) وDs (Z = 110) - كلاهما تشكل العناصر أكاسيد متطايرة من النوع R0 4. كل هذا يتحدث عنه مظهر من مظاهر قانون الترابط والترابط بين الظواهر.

إن مقارنة خصائص العناصر داخل المجموعات والفترات ومقارنتها ببنية الذرة تشير إلى القانون الانتقال من الكمية إلى الجودة.إن انتقال التغييرات الكمية إلى تغييرات نوعية أمر ممكن فقط خلالنفي النفي .خلال فترات، مع زيادة شحنة النواة، يحدث تحول من الفلز القلوي إلى الغاز النبيل. تبدأ الفترة التالية مرة أخرى بمعدن قلوي - وهو عنصر ينفي تمامًا خصائص الغاز النبيل الذي سبقه (على سبيل المثال، He وLi؛ Ne وNa؛ Ar وKg، وما إلى ذلك).

وفي كل فترة تزداد شحنة نواة العنصر التالي بمقدار واحد مقارنة بالشحنة السابقة. يتم ملاحظة هذه العملية من الهيدروجين إلى العنصر 118 وتشير استمرارية تطور المادة.

وأخيرا، فإن اتحاد الشحنات المتضادة (البروتون والإلكترون) في الذرة، وظهور الخواص المعدنية وغير المعدنية، ووجود الأكاسيد والهيدروكسيدات المذبذبة هو مظهر من مظاهر القانون وحدة وصراع الأضداد.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن اكتشاف القانون الدوري كان بمثابة بداية البحث الأساسي فيما يتعلق بخصائص المادة.

وعلى حد تعبير نيلز بور، فإن النظام الدوري هو "نجم مرشد للبحث في مجال الكيمياء والفيزياء وعلم المعادن والتكنولوجيا".

• تم الحصول على العناصر 112، 114، 116، 118 في المعهد المشترك للأبحاث النووية (دوبنا، روسيا). تم الحصول على العنصرين 113 و115 بشكل مشترك من قبل الفيزيائيين الروس والأمريكيين. تم تقديم المادة من قبل يو تس أوغانيسيان، الأكاديمي في الأكاديمية الروسية للعلوم.