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Die Bedeutung des Periodengesetzes des Periodensystems. Die Bedeutung des Periodensystems und des Periodengesetzes D

Im Jahr 1869 formulierte D. I. Mendeleev auf der Grundlage einer Analyse der Eigenschaften einfacher Substanzen und Verbindungen das Periodengesetz: „Die Eigenschaften einfacher Körper und Elementverbindungen hängen periodisch von der Größe der Atommassen der Elemente ab.“ Basierend auf dem Periodengesetz wurde das Periodensystem der Elemente erstellt. Darin wurden Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zu vertikalen Gruppenspalten zusammengefasst. In einigen Fällen war es bei der Einordnung von Elementen in das Periodensystem notwendig, die Reihenfolge der zunehmenden Atommassen zu unterbrechen, um die Periodizität der Wiederholung von Eigenschaften aufrechtzuerhalten. Beispielsweise war es notwendig, Tellur und Jod sowie Argon und Kalium „auszutauschen“. Der Grund dafür ist, dass Mendelejew das periodische Gesetz zu einer Zeit vorschlug, als noch nichts über die Struktur des Atoms bekannt war. Nachdem im 20. Jahrhundert das Planetenmodell des Atoms vorgeschlagen wurde, wird das periodische Gesetz wie folgt formuliert:

„Die Eigenschaften chemischer Elemente und Verbindungen hängen periodisch von der Ladung der Atomkerne ab.“

Die Ladung des Kerns ist gleich der Nummer des Elements im Periodensystem und der Anzahl der Elektronen in der Elektronenhülle des Atoms. Diese Formulierung erklärte die „Verstöße“ gegen das Periodengesetz. Im Periodensystem entspricht die Periodenzahl der Anzahl der elektronischen Ebenen im Atom, die Gruppennummer für Elemente der Hauptuntergruppen entspricht der Anzahl der Elektronen in der äußeren Ebene.

Wissenschaftliche Bedeutung des periodischen Gesetzes. Das periodische Gesetz ermöglichte es, die Eigenschaften chemischer Elemente und ihrer Verbindungen zu systematisieren. Bei der Zusammenstellung des Periodensystems sagte Mendelejew die Existenz vieler unentdeckter Elemente voraus, hinterließ dafür leere Zellen und sagte viele Eigenschaften unentdeckter Elemente voraus, was ihre Entdeckung erleichterte. Das erste davon folgte vier Jahre später.

Aber Mendelejews großes Verdienst liegt nicht nur in der Entdeckung neuer Dinge.

Mendelejew entdeckte ein neues Naturgesetz. Anstelle von disparaten, unverbundenen Substanzen sah sich die Wissenschaft einem einzigen harmonischen System gegenüber, das alle Elemente des Universums zu einem einzigen Ganzen vereinte; Atome begann man als zu betrachten:

1. durch ein gemeinsames Muster organisch miteinander verbunden,

2. Nachweis des Übergangs quantitativer Änderungen des Atomgewichts in qualitative Änderungen ihrer chemischen Zusammensetzung. Individualitäten,

3. was darauf hinweist, dass das Gegenteil metallisch ist. und nichtmetallisch. Die Eigenschaften von Atomen sind nicht absolut, wie bisher angenommen, sondern nur relativer Natur.

24. Die Entstehung von Strukturtheorien im Entwicklungsprozess der organischen Chemie. Atommolekulare Wissenschaft als theoretische Grundlage für Strukturtheorien.

Organische Chemie. Im gesamten 18. Jahrhundert. Bei der Frage nach den chemischen Beziehungen von Organismen und Stoffen ließen sich Wissenschaftler von der Lehre des Vitalismus leiten – einer Lehre, die das Leben als ein besonderes Phänomen betrachtete, das nicht den Gesetzen des Universums, sondern dem Einfluss besonderer Lebenskräfte unterliegt. Diese Ansicht wurde von vielen Wissenschaftlern des 19. Jahrhunderts übernommen, obwohl ihre Grundfesten bereits 1777 erschüttert wurden, als Lavoisier vermutete, dass die Atmung ein der Verbrennung ähnlicher Prozess sei.

Im Jahr 1828 gewann der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler (1800–1882) durch Erhitzen von Ammoniumcyanat (diese Verbindung wurde uneingeschränkt als anorganische Substanz eingestuft) Harnstoff, ein Abfallprodukt von Mensch und Tier. 1845 synthetisierte Adolf Kolbe, ein Schüler Wöhlers, Essigsäure aus den Ausgangselementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. In den 1850er Jahren begann der französische Chemiker Pierre Berthelot mit systematischen Arbeiten zur Synthese organischer Verbindungen und gewann Methyl- und Ethylalkohole, Methan, Benzol und Acetylen. Eine systematische Untersuchung natürlicher organischer Verbindungen hat gezeigt, dass sie alle ein oder mehrere Kohlenstoffatome und viele Wasserstoffatome enthalten. Typentheorie. Die Entdeckung und Isolierung einer Vielzahl komplexer kohlenstoffhaltiger Verbindungen warf die Frage nach der Zusammensetzung ihrer Moleküle auf und führte zu der Notwendigkeit, das bestehende Klassifizierungssystem zu überarbeiten. In den 1840er Jahren erkannten Chemiker, dass Berzelius‘ dualistische Ideen nur auf anorganische Salze anwendbar waren. Im Jahr 1853 wurde versucht, alle organischen Verbindungen nach Typ zu klassifizieren. Eine verallgemeinerte „Typentheorie“ wurde von einem französischen Chemiker vorgeschlagen Charles Frederic Gerard, der glaubte, dass die Kombination verschiedener Atomgruppen nicht durch die elektrische Ladung dieser Gruppen, sondern durch ihre spezifischen chemischen Eigenschaften bestimmt wird.

Strukturchemie. Im Jahr 1857 schlug Kekule auf der Grundlage der Valenztheorie (unter Valenz wurde die Anzahl der Wasserstoffatome verstanden, die sich mit einem Atom eines bestimmten Elements verbinden) vor, dass Kohlenstoff vierwertig ist und sich daher mit vier anderen Atomen zu langen Ketten verbinden kann – gerade oder verzweigt. Daher begann man, organische Moleküle nicht in Form von Radikalkombinationen, sondern in Form von Strukturformeln darzustellen – Atome und Bindungen zwischen ihnen.

Im Jahr 1874 ein dänischer Chemiker Jacob van't Hoff und der französische Chemiker Joseph Achille Le Bel (1847–1930) erweiterte diese Idee auf die Anordnung von Atomen im Raum. Sie glaubten, dass Moleküle keine flachen, sondern dreidimensionale Strukturen seien. Dieses Konzept ermöglichte die Erklärung vieler bekannter Phänomene, beispielsweise der räumlichen Isomerie, der Existenz von Molekülen gleicher Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Eigenschaften. Die Daten passen sehr gut hinein Louis Pasteurüber Isomere der Weinsäure.

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Die erste Version des Periodensystems der Elemente wurde 1869 von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew veröffentlicht – lange bevor die Struktur des Atoms untersucht wurde. D. I. Mendeleevs Leitfaden in dieser Arbeit waren die Atommassen (Atomgewichte) der Elemente. Durch die Anordnung der Elemente in aufsteigender Reihenfolge ihres Atomgewichts entdeckte D. I. Mendeleev ein grundlegendes Naturgesetz, das heute als Periodengesetz bekannt ist: Die Eigenschaften von Elementen ändern sich periodisch entsprechend ihrem Atomgewicht.

Die grundlegende Neuheit des von D. I. Mendeleev entdeckten und formulierten Periodengesetzes war wie folgt:

1. Es wurde eine Verbindung zwischen Elementen hergestellt, die in ihren Eigenschaften unterschiedlich waren. Dieser Zusammenhang liegt darin, dass sich die Eigenschaften von Elementen mit zunehmendem Atomgewicht gleichmäßig und annähernd gleichmäßig ändern und dass sich diese Änderungen dann REGELMÄSSIG WIEDERHOLEN.

2. In den Fällen, in denen es den Anschein hatte, dass in der Abfolge der Änderungen der Eigenschaften von Elementen ein Zusammenhang fehlte, wurden im Periodensystem Lücken bereitgestellt, die mit noch nicht entdeckten Elementen gefüllt werden mussten. Darüber hinaus ermöglichte das Periodengesetz die Vorhersage der Eigenschaften dieser Elemente.

Bei allen bisherigen Versuchen, die Beziehung zwischen Elementen zu bestimmen, versuchten andere Forscher, ein vollständiges Bild zu erstellen, in dem noch nicht entdeckte Elemente keinen Platz hatten.

Es ist bewundernswert, dass D. I. Mendeleev seine Entdeckung zu einer Zeit machte, als die Atomgewichte vieler Elemente sehr ungefähr bestimmt wurden und nur 63 Elemente selbst bekannt waren – also etwas mehr als die Hälfte der uns heute bekannten.

Periodisches Gesetz nach Mendelejew: „Die Eigenschaften einfacher Körper ... und Verbindungen von Elementen hängen periodisch von der Größe der Atommassen der Elemente ab.“

Basierend auf dem Periodengesetz wurde das Periodensystem der Elemente erstellt. Darin wurden Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zu vertikalen Gruppenspalten zusammengefasst. In einigen Fällen war es bei der Einordnung von Elementen in das Periodensystem notwendig, die Reihenfolge der zunehmenden Atommassen zu unterbrechen, um die Periodizität der Wiederholung von Eigenschaften aufrechtzuerhalten. Beispielsweise war es notwendig, Tellur und Jod sowie Argon und Kalium „auszutauschen“.

Doch selbst nach der enormen und sorgfältigen Arbeit der Chemiker zur Korrektur der Atomgewichte „verletzen“ die Elemente an vier Stellen des Periodensystems die strenge Reihenfolge der Anordnung in zunehmender Atommasse.

Zur Zeit von D. I. Mendelejew galten solche Abweichungen als Mängel des Periodensystems. Die Theorie des Atomaufbaus bringt alles in Ordnung: Die Elemente sind absolut korrekt angeordnet – entsprechend der Ladung ihrer Kerne. Wie können wir dann erklären, dass das Atomgewicht von Argon größer ist als das Atomgewicht von Kalium?

Das Atomgewicht eines Elements entspricht dem durchschnittlichen Atomgewicht aller seiner Isotope unter Berücksichtigung ihrer Häufigkeit in der Natur. Zufällig wird das Atomgewicht von Argon durch das „schwerste“ Isotop bestimmt (es kommt in der Natur in größeren Mengen vor). Bei Kalium hingegen überwiegt sein „leichteres“ Isotop (also ein Isotop mit geringerer Massenzahl).

Der Grund dafür ist, dass Mendelejew das Periodengesetz zu einer Zeit vorschlug, als noch nichts über die Struktur des Atoms bekannt war. Nachdem im 20. Jahrhundert das Planetenmodell des Atoms vorgeschlagen wurde, wurde das Periodengesetz wie folgt formuliert:

„Die Eigenschaften chemischer Elemente und Verbindungen hängen periodisch von der Ladung der Atomkerne ab.“

Der Grund für die periodische Änderung der Eigenschaften chemischer Elemente ist die periodische Füllung der Elektronenhüllen. Nach dem Füllen der nächsten Schale beginnt eine neue Periode. Periodische Veränderungen der Elemente sind deutlich an Veränderungen in der Zusammensetzung und den Eigenschaften von Oxiden erkennbar.

Wissenschaftliche Bedeutung des periodischen Gesetzes.

Das periodische Gesetz ermöglichte es, die Eigenschaften chemischer Elemente und ihrer Verbindungen zu systematisieren. Bei der Zusammenstellung des Periodensystems sagte Mendelejew die Existenz vieler unentdeckter Elemente voraus, hinterließ für sie leere Zellen und sagte viele Eigenschaften unentdeckter Elemente voraus, was ihre Entdeckung erleichterte. Die erste davon folgte vier Jahre später. Das Element, für das Mendelejew einen Ort und Eigenschaften hinterließ, dessen Atomgewicht er vorhersagte, erschien plötzlich! Der junge französische Chemiker Lecoq de Boisbaudran schickte einen Brief an die Pariser Akademie der Wissenschaften. Es sagte:<Позавчера, 27 августа 1875 года, между двумя и четырьмя часами ночи я обнаружил новый элемент в минерале цинковая обманка из рудника Пьерфитт в Пиренеях>. Aber das Erstaunlichste kam noch. Mendeleev sagte voraus, dass seine Dichte 5,9 betragen sollte, obwohl er noch Platz für dieses Element ließ. Und Boisbaudran behauptete: Das von ihm entdeckte Element habe eine Dichte von 4,7. Mendelejew, der das neue Element noch nie gesehen hatte – was die Sache umso überraschender macht – erklärte, dass sich der französische Chemiker in seinen Berechnungen geirrt habe. Aber Boisbaudran erwies sich auch als stur: Er beharrte darauf, dass er korrekt sei. Wenig später, nach weiteren Messungen, wurde klar: Mendelejew hatte uneingeschränkt Recht. Boisbaudran benannte das erste Element, das den leeren Raum in der Tafel füllte, zu Ehren seines Heimatlandes Frankreich nach Gallium. Und niemand dachte damals daran, ihm den Namen des Mannes zu geben, der die Existenz dieses Elements vorhersagte, des Mannes, der den Entwicklungsweg der Chemie ein für alle Mal vorgab. Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts haben dies getan. Ein von sowjetischen Physikern entdecktes Element trägt den Namen Mendelejew.

Aber Mendelejews großes Verdienst liegt nicht nur in der Entdeckung neuer Dinge.

1. durch ein gemeinsames Muster organisch miteinander verbunden,

2. Nachweis des Übergangs quantitativer Änderungen des Atomgewichts in qualitative Änderungen ihrer chemischen Zusammensetzung. Individualitäten,

3. Dies weist darauf hin, dass der Gegensatz zwischen metallischen und nichtmetallischen Eigenschaften von Atomen nicht, wie bisher angenommen, absolut, sondern nur relativ ist.

Die Entdeckung des gegenseitigen Zusammenhangs aller Elemente, ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften stellte ein wissenschaftliches und philosophisches Problem von enormer Bedeutung dar: Dieser gegenseitige Zusammenhang, diese Einheit muss erklärt werden.

Mendelejews Forschungen lieferten eine solide und verlässliche Grundlage für Versuche, die Struktur des Atoms zu erklären: Nach der Entdeckung des periodischen Gesetzes wurde klar, dass die Atome aller Elemente „nach einem einzigen Plan“ aufgebaut sein sollten, dass ihre Struktur sollte spiegeln die Periodizität der Eigenschaften der Elemente wider.

Nur dieses Modell des Atoms könnte das Recht auf Anerkennung und Entwicklung haben, was die Wissenschaft dem Verständnis des Geheimnisses um die Position des Elements im Periodensystem näher bringen würde. Die größten Wissenschaftler unseres Jahrhunderts enthüllten bei der Lösung dieses großen Problems die Struktur des Atoms – so hatte Mendelejews Gesetz einen enormen Einfluss auf die Entwicklung aller modernen Erkenntnisse über die Natur der Materie.

Alle Erfolge der modernen Chemie, die Erfolge der Atom- und Kernphysik, einschließlich der Kernenergie und der Synthese künstlicher Elemente, wurden nur dank des periodischen Gesetzes möglich. Die Erfolge der Atomphysik, das Aufkommen neuer Forschungsmethoden und die Entwicklung der Quantenmechanik wiederum haben das Wesen des periodischen Gesetzes erweitert und vertieft.

Im vergangenen Jahrhundert ist Mendelejews Gesetz – ein wahres Naturgesetz – nicht nur nicht veraltet und hat auch nicht an Bedeutung verloren. Im Gegenteil, die Entwicklung der Wissenschaft hat gezeigt, dass ihre Bedeutung noch nicht vollständig verstanden und vervollständigt wurde, dass sie viel umfassender ist, als sich ihr Schöpfer hätte vorstellen können, als Wissenschaftler bis vor kurzem dachten. Kürzlich wurde festgestellt, dass nicht nur die Struktur der äußeren Elektronenhüllen eines Atoms, sondern auch die Feinstruktur von Atomkernen dem Gesetz der Periodizität unterliegt. Offenbar haben auch jene Muster, die die komplexe und weitgehend missverstandene Welt der Elementarteilchen bestimmen, im Kern einen periodischen Charakter.

Weitere Entdeckungen in Chemie und Physik haben die grundlegende Bedeutung des Periodengesetzes immer wieder bestätigt. Es wurden Edelgase entdeckt, die perfekt in das Periodensystem passen – dies zeigt sich besonders deutlich an der langen Form des Periodensystems. Es stellte sich heraus, dass die Seriennummer eines Elements der Ladung des Atomkerns dieses Elements entsprach. Durch die gezielte Suche nach genau den Eigenschaften, die aus dem Periodensystem vorhergesagt wurden, konnten viele bisher unbekannte Elemente entdeckt werden.

Das periodische Gesetz von D. I. Mendeleev ist von außerordentlich großer Bedeutung. Er legte den Grundstein für die moderne Chemie und machte sie zu einer einzigen, ganzheitlichen Wissenschaft. Man begann, Elemente in Abhängigkeit von ihrer Stellung im Periodensystem in Beziehung zu setzen. Chemie ist keine beschreibende Wissenschaft mehr. Mit der Entdeckung des Periodengesetzes wurde darin wissenschaftliche Weitsicht möglich. Es wurde möglich, neue Elemente und ihre Verbindungen vorherzusagen und zu beschreiben. Ein brillantes Beispiel hierfür ist D. I. Mendelejews Vorhersage der Existenz von Elementen, die zu seiner Zeit noch nicht entdeckt wurden, von denen er für drei – Ga, Sc, Ge – eine genaue Beschreibung ihrer Eigenschaften gab.

Basierend auf dem Gesetz von D. I. Mendelejew wurden alle leeren Zellen seines Systems von Z=1 bis Z=92 gefüllt und Transuranelemente entdeckt. Und heute dient dieses Gesetz als Leitfaden für die Entdeckung oder künstliche Erzeugung neuer chemischer Elemente. Basierend auf dem periodischen Gesetz lässt sich also argumentieren, dass es sich bei der Synthese des Elements Z=114 um ein Analogon von Blei (Ekasblei) handelt, bei der Synthese des Elements Z=118 um ein Edelgas (ekaradon).

Der russische Wissenschaftler N.A. Morozov sagte in den 80er Jahren des 19. Jahrhunderts die Existenz von Edelgasen voraus, die dann entdeckt wurden. Im Periodensystem vervollständigen sie die Perioden und bilden die Hauptuntergruppe der Gruppe VII. „Vor dem periodischen Gesetz“, schrieb D. I. Mendeleev, „stellten die Elemente nur fragmentarische Zufallsphänomene der Natur dar; Es gab keinen Grund, neue zu erwarten, und die wiedergefundenen waren eine völlig unerwartete Neuheit. Das Periodengesetz war das erste, das es ermöglichte, noch unentdeckte Elemente in einer Entfernung zu sehen, die das Sehen ohne die Hilfe dieses Gesetzes bis dahin nicht erreicht hatte.“

Als Grundlage für die Korrektur der Atommassen von Elementen diente das Periodengesetz. Die Atommassen von 20 Elementen wurden von D. I. Mendeleev korrigiert, woraufhin diese Elemente ihren Platz im Periodensystem einnahmen.

Auf der Grundlage des Periodengesetzes und des Periodensystems von D. I. Mendelejew entwickelte sich schnell die Lehre vom Aufbau des Atoms. Es enthüllte die physikalische Bedeutung des Periodengesetzes und erklärte die Anordnung der Elemente im Periodensystem. Die Richtigkeit der Lehre vom Aufbau des Atoms wurde stets durch das periodische Gesetz bestätigt. Hier ist ein weiteres Beispiel. Im Jahr 1921 zeigte N. Bohr, dass das Element Z = 72, dessen Existenz 1870 von D. I. Mendeleev (Ekabor) vorhergesagt wurde, eine dem Zirkoniumatom ähnliche Atomstruktur haben sollte (Zr - 2. 8. 18. 10 . 2; und Hf - 2. 8. 18. 32. 10. 2) und sollte daher unter den Zirkoniummineralien gesucht werden. Diesem Rat folgend entdeckten der ungarische Chemiker D. Hevesy und der niederländische Wissenschaftler D. Coster 1922 das Element Z=72 im norwegischen Zirkoniumerz und nannten es Hafnium (vom lateinischen Namen Kopenhagen, dem Ort, an dem das Element entdeckt wurde). . Dies war der größte Triumph der Atomstrukturtheorie: Basierend auf der Struktur des Atoms wurde die Position eines Elements in der Natur vorhergesagt.

Die Erforschung der Struktur von Atomen führte zur Entdeckung der Atomenergie und ihrer Nutzung für den menschlichen Bedarf. Wir können sagen, dass das Periodengesetz die Hauptquelle aller Entdeckungen der Chemie und Physik des 20. Jahrhunderts ist. Er spielte eine herausragende Rolle bei der Entwicklung anderer Naturwissenschaften mit Bezug zur Chemie.

Das periodische Gesetz und System liegt der Lösung moderner Probleme in der chemischen Wissenschaft und Industrie zugrunde. Unter Berücksichtigung des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendelejew wird daran gearbeitet, neue Polymer- und Halbleitermaterialien, hitzebeständige Legierungen und Substanzen mit bestimmten Eigenschaften zu erhalten, Kernenergie zu nutzen und die Eingeweide der Erde und des Universums zu nutzen.

Das Periodensystem der Elemente hatte großen Einfluss auf die weitere Entwicklung der Chemie.

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew (1834-1907)

Es war nicht nur die erste natürliche Klassifizierung chemischer Elemente, die zeigte, dass sie ein harmonisches System bilden und in enger Verbindung miteinander stehen, sondern es wurde auch zu einem leistungsstarken Werkzeug für die weitere Forschung.

Als Mendelejew seine Tabelle auf der Grundlage des von ihm entdeckten Periodengesetzes zusammenstellte, waren viele Elemente noch unbekannt. Somit war das Element der vierten Periode, Scandium, unbekannt. In Bezug auf die Atommasse kam Titan nach Kalzium, aber Titan konnte nicht direkt nach Kalzium eingeordnet werden, da es in die dritte Gruppe fallen würde, während Titan ein höheres Oxid bildet und aufgrund anderer Eigenschaften in die vierte Gruppe einzuordnen wäre . Daher hat Mendelejew eine Zelle übersprungen, das heißt, er hat einen freien Raum zwischen Kalzium und Titan gelassen. Auf der gleichen Grundlage blieben in der vierten Periode zwei freie Zellen zwischen Zink und Arsen übrig, die nun von den Elementen Gallium und Germanium besetzt waren. In anderen Reihen sind noch Plätze frei. Mendelejew war nicht nur davon überzeugt, dass es noch unbekannte Elemente geben musste, die diese Räume füllen würden, sondern er sagte auch die Eigenschaften solcher Elemente im Voraus voraus, basierend auf ihrer Position unter anderen Elementen des Periodensystems. Er gab einem von ihnen den Namen Ekabor, das künftig zwischen Kalzium und Titan eingeordnet werden sollte (da seine Eigenschaften Bor ähneln sollten); Die anderen beiden, für die in der Tabelle zwischen Zink und Arsen Leerzeichen blieben, wurden Eka-Aluminium und Eca-Silizium genannt.

Im Laufe der nächsten 15 Jahre wurden Mendelejews Vorhersagen auf brillante Weise bestätigt: Alle drei erwarteten Elemente wurden entdeckt. Zunächst entdeckte der französische Chemiker Lecoq de Boisbaudran Gallium, das alle Eigenschaften von Eka-Aluminium besitzt; dann entdeckte L. F. Nilsson in Schweden Scandium, das die Eigenschaften von Ekaboron hatte, und schließlich entdeckte K. A. Winkler einige Jahre später in Deutschland ein Element, das er Germanium nannte und das sich als identisch mit Ekasilizium herausstellte.

Um die erstaunliche Genauigkeit von Mendelejews Voraussicht zu beurteilen, vergleichen wir die von ihm 1871 vorhergesagten Eigenschaften von Eca-Silizium mit den Eigenschaften von Germanium, das 1886 entdeckt wurde:

Die Entdeckung von Gallium, Scandium und Germanium war der größte Triumph des Periodengesetzes.

Das Periodensystem war auch für die Bestimmung der Wertigkeit und Atommassen einiger Elemente von großer Bedeutung. So galt das Element Beryllium lange Zeit als Analogon des Aluminiums und seinem Oxid wurde die Formel zugeordnet. Basierend auf der prozentualen Zusammensetzung und der erwarteten Formel von Berylliumoxid wurde seine Atommasse mit 13,5 angenommen. Das Periodensystem hat gezeigt, dass es in der Tabelle nur einen Platz für Beryllium gibt, nämlich über Magnesium, daher muss sein Oxid die Formel haben, was die Atommasse von Beryllium gleich zehn ergibt. Diese Schlussfolgerung wurde bald durch die Bestimmung der Atommasse von Beryllium aus der Dampfdichte seines Chlorids bestätigt.

Genau. Und auch heute noch ist das Periodengesetz der rote Faden und das Leitprinzip der Chemie. Auf dieser Grundlage wurden in den letzten Jahrzehnten Transurane künstlich erzeugt, die im Periodensystem nach Uran stehen. Eines davon – Element Nr. 101, erstmals 1955 entdeckt – wurde zu Ehren des großen russischen Wissenschaftlers Mendelevium genannt.

Die Entdeckung des Periodengesetzes und die Schaffung eines Systems chemischer Elemente war nicht nur für die Chemie, sondern auch für die Philosophie, für unser gesamtes Weltverständnis, von großer Bedeutung. Mendelejew zeigte, dass chemische Elemente ein harmonisches System bilden, das auf einem grundlegenden Naturgesetz beruht. Dies ist Ausdruck der Position der materialistischen Dialektik zur Verbindung und Interdependenz natürlicher Phänomene. Das periodische Gesetz enthüllte den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften chemischer Elemente und der Masse ihrer Atome und war eine brillante Bestätigung eines der universellen Gesetze der Naturentwicklung – des Gesetzes vom Übergang von Quantität in Qualität.

Die spätere Entwicklung der Wissenschaft ermöglichte es, auf der Grundlage des Periodengesetzes die Struktur der Materie viel tiefer zu verstehen, als dies zu Lebzeiten Mendelejews möglich war.

Die im 20. Jahrhundert entwickelte Theorie des Atomaufbaus wiederum verschaffte dem Periodengesetz und dem Periodensystem der Elemente ein neues, tieferes Licht. Die prophetischen Worte Mendelejews wurden auf brillante Weise bestätigt: „Dem periodischen Gesetz droht nicht die Zerstörung, sondern es werden nur Überbau und Entwicklung versprochen.“

Einführung

Chemie ist keine beschreibende Wissenschaft mehr. Mit der Entdeckung des Periodengesetzes wurde darin wissenschaftliche Weitsicht möglich. Es wurde möglich, neue Elemente und ihre Verbindungen vorherzusagen und zu beschreiben... Ein brillantes Beispiel dafür ist D. I. Mendelejews Vorhersage der Existenz von zu seiner Zeit noch nicht entdeckten Elementen, von denen er für drei – Ga, Sc und Ge – eine angab genaue Beschreibung ihrer Eigenschaften.

Das Periodensystem und seine Bedeutung für das Verständnis des wissenschaftlichen Weltbildes

Periodensystem der Elemente von D. I. Mendeleev, eine natürliche Klassifikation chemischer Elemente, die einen tabellarischen (oder anderen grafischen) Ausdruck darstellt Periodisches Gesetz von Mendelejew. P.S. e. entwickelt von D.I. Mendelejew in den Jahren 1869-1871.

Geschichte von P. s. e. Versuche, chemische Elemente zu systematisieren, wurden seit den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts von verschiedenen Wissenschaftlern in Deutschland, Frankreich, England und den USA unternommen. Mendeleevs Vorgänger - I. Döbereiner, UND. Dumas, französischer Chemiker A. Chancourtois, Englisch. Die Chemiker W. Odling, J. Newlands und andere stellten die Existenz von Gruppen von Elementen mit ähnlichen chemischen Eigenschaften fest, den sogenannten „natürlichen Gruppen“ (z. B. Döbereiners „Triaden“). Allerdings gingen diese Wissenschaftler nicht weiter, als bestimmte Muster innerhalb von Gruppen zu etablieren. Im Jahr 1864 L. Meyer Basierend auf Daten zu Atomgewichten schlug er eine Tabelle vor, die das Verhältnis der Atomgewichte für mehrere charakteristische Elementgruppen zeigt. Meyer machte von seinem Tisch aus keine theoretischen Botschaften.

Der Prototyp des wissenschaftlichen P. s. e. Am 1. März 1869 erschien die von Mendelejew zusammengestellte Tabelle „Erfahrung eines Systems von Elementen auf der Grundlage ihres Atomgewichts und ihrer chemischen Ähnlichkeit“. In den nächsten zwei Jahren verbesserte der Autor diese Tabelle und führte Ideen zu Gruppen, Reihen und Perioden ein Elemente; unternahm einen Versuch, die Kapazität kleiner und großer Perioden abzuschätzen, die seiner Meinung nach 7 bzw. 17 Elemente enthielten. 1870 nannte er sein System natürlich und 1871 periodisch. Schon damals war die Struktur von P. s. e. hat in vielerlei Hinsicht eine moderne Gestalt angenommen.

Äußerst wichtig für die Entwicklung von P. s. e. die von Mendelejew eingeführte Idee über den Platz eines Elements im System erwies sich als wahr; Die Position des Elements wird durch die Perioden- und Gruppennummern bestimmt. Basierend auf dieser Idee kam Mendeleev zu dem Schluss, dass es notwendig sei, die damals akzeptierten Atomgewichte einiger Elemente (U, In, Ce und ihre Analoga) zu ändern, was die erste praktische Anwendung von Atomgewichten darstellte. h., und sagte auch zum ersten Mal die Existenz und grundlegende Eigenschaften mehrerer unbekannter Elemente voraus, die den leeren Zellen von P. s. entsprachen. e. Ein klassisches Beispiel ist die Vorhersage von „Ekaaluminium“ (zukünftiges Ga, entdeckt von P. Lecoq de Boisbaudran im Jahr 1875), „ekabor“ (Sc, entdeckt vom schwedischen Wissenschaftler L. Nilson im Jahr 1879) und „Exasilicon“ (Ge, entdeckt vom deutschen Wissenschaftler K. Winkler im Jahr 1886). Darüber hinaus sagte Mendeleev die Existenz von Analoga von Mangan (zukünftiges Tc und Re), Tellur (Po), Jod (At), Cäsium (Fr), Barium (Ra) und Tantal (Pa) voraus.

P.S. e. erlangte nicht sofort Anerkennung als grundlegende wissenschaftliche Verallgemeinerung; Die Situation änderte sich erst nach der Entdeckung von Ga, Sc, Ge und der Feststellung der Divalenz von Be (es galt lange Zeit als dreiwertig) wesentlich. Dennoch, P. s. e. stellte in vielerlei Hinsicht eine empirische Verallgemeinerung von Tatsachen dar, da die physikalische Bedeutung des periodischen Gesetzes unklar war und es keine Erklärung für die Gründe für die periodische Änderung der Eigenschaften von Elementen in Abhängigkeit von der Zunahme der Atomgewichte gab. Daher bis zur physikalischen Begründung des periodischen Gesetzes und der Entwicklung der Theorie von P. s. e. Viele Sachverhalte konnten nicht erklärt werden. Daher war die Entdeckung Ende des 19. Jahrhunderts unerwartet. Inertgase, die in P. s. keinen Platz zu haben schienen. e.; Diese Schwierigkeit wurde durch die Einbeziehung von p beseitigt. e. unabhängige Nullgruppe (später VIII A-Untergruppen). Die Entdeckung vieler „Radioelemente“ zu Beginn des 20. Jahrhunderts. führte zu einem Widerspruch zwischen der Notwendigkeit ihrer Platzierung in P. s. e. und seine Struktur (für mehr als 30 solcher Elemente gab es in der sechsten und siebten Periode 7 „freie“ Plätze). Dieser Widerspruch wurde durch die Entdeckung überwunden Isotope. Schließlich verlor der Wert des Atomgewichts (Atommasse) als Parameter zur Bestimmung der Eigenschaften von Elementen allmählich an Bedeutung.

Einer der Hauptgründe für die Unmöglichkeit, die physikalische Bedeutung des periodischen Gesetzes und von P. s. zu erklären. e. bestand im Fehlen einer Theorie der Atomstruktur. Daher der wichtigste Meilenstein auf dem Weg von P.s Entwicklung. e. Es erschien ein Planetenmodell des Atoms, vorgeschlagen von E. Rutherford(1911). Auf dieser Grundlage schlug der niederländische Wissenschaftler A. van den Broek (1913) vor, dass die Seriennummer eines Elements im P. s. e. (Ordnungszahl Z) ist numerisch gleich der Ladung des Atomkerns (in Einheiten der Elementarladung). Dies wurde experimentell von G. bestätigt. Moseley(1913-14, siehe Moseley-Gesetz). Somit konnte festgestellt werden, dass die Periodizität von Änderungen der Eigenschaften von Elementen von der Ordnungszahl und nicht vom Atomgewicht abhängt. Als Ergebnis wurde die Untergrenze von P. s. auf wissenschaftlicher Grundlage ermittelt. e. (Wasserstoff als Element mit minimalem Z = 1); die Anzahl der Elemente zwischen Wasserstoff und Uran wird genau geschätzt; Es wurde festgestellt, dass „Lücken“ in P. s. e. entsprechen unbekannten Elementen mit Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87.

Allerdings blieb die Frage nach der genauen Anzahl der Seltenerdelemente unklar und (was besonders wichtig ist) die Gründe für die periodischen Änderungen der Eigenschaften von Elementen in Abhängigkeit von Z wurden nicht geklärt. Diese Gründe wurden während der Weiterentwicklung von gefunden die Theorie der Seltenen Erden. e. basierend auf Quantenkonzepten der Struktur des Atoms (siehe unten). Die physikalische Begründung des Periodengesetzes und die Entdeckung des Phänomens der Isotonie ermöglichten die wissenschaftliche Definition des Begriffs „Atommasse“ („Atomgewicht“). Das beigefügte Periodensystem enthält moderne Werte der Atommassen von Elementen auf der Kohlenstoffskala gemäß der Internationalen Tabelle von 1973. In eckigen Klammern sind die Massenzahlen der langlebigsten Isotope radioaktiver Elemente angegeben. Anstelle der Massenzahlen der stabilsten Isotope 99 Tc, 226 Ra, 231 Pa und 237 Np werden die Atommassen dieser Isotope angegeben, die 1969 von der International Atomic Weights Commission übernommen wurden.

Struktur von P. s. e. Modern (1975) S. p. e. deckt 106 chemische Elemente ab; Davon wurden alle Transurane (Z = 93-106) sowie Elemente mit Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) und 87 (Fr) künstlich gewonnen. Im Laufe der Geschichte von P. s. e. Es wurde eine große Anzahl (mehrere Hundert) Optionen für die grafische Darstellung vorgeschlagen, hauptsächlich in Form von Tabellen. Bilder sind auch in Form verschiedener geometrischer Figuren (räumlich und planar), analytischer Kurven (z. B. Spiralen) usw. bekannt. Am weitesten verbreitet sind drei Formen von P. s. e.: kurz, von Mendelejew vorgeschlagen und allgemein anerkannt; lange Treppe. Die Langform wurde ebenfalls von Mendeleev entwickelt und in verbesserter Form 1905 von A. vorgeschlagen. Werner. Die Leiterform wurde vom englischen Wissenschaftler T. Bailey (1882), dem dänischen Wissenschaftler J. Thomsen (1895) vorgeschlagen und von N. verbessert. Borom(1921). Jede der drei Formen hat Vor- und Nachteile. Das Grundprinzip der Konstruktion von P. s. e. ist die Einteilung aller chemischen Elemente in Gruppen und Perioden. Jede Gruppe ist wiederum in Haupt- (a) und sekundäre (b) Untergruppen unterteilt. Jede Untergruppe enthält Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften. Elemente A- Und B-Untergruppen jeder Gruppe weisen in der Regel eine gewisse chemische Ähnlichkeit zueinander auf, hauptsächlich in höheren Oxidationsstufen, die in der Regel der Gruppennummer entsprechen. Eine Periode ist eine Ansammlung von Elementen, die mit einem Alkalimetall beginnt und mit einem Inertgas endet (ein Sonderfall ist die erste Periode); Jede Periode enthält eine genau definierte Anzahl von Elementen. P.S. e. besteht aus 8 Gruppen und 7 Stunden (die siebte ist noch nicht abgeschlossen).

Die Besonderheit der ersten Periode besteht darin, dass sie nur zwei Elemente enthält: H und He. Der Platz von H im System ist nicht eindeutig: Da es Eigenschaften aufweist, die Alkalimetallen und Halogenen gemeinsam sind, wird es entweder in I platziert A-, oder (vorzugsweise) in VII A-Untergruppe. Helium – der erste Vertreter von VII A-Untergruppen (allerdings wurden He und alle Inertgase lange Zeit zu einer unabhängigen Nullgruppe zusammengefasst).

Die zweite Periode (Li - Ne) enthält 8 Elemente. Es beginnt mit dem Alkalimetall Li, dessen einzige Oxidationsstufe I ist. Dann folgt Be, ein Metall mit der Oxidationsstufe II. Der metallische Charakter des nächsten Elements B ist schwach ausgeprägt (Oxidationsstufe III). Das folgende C ist ein typisches Nichtmetall und kann entweder positiv oder negativ vierwertig sein. Die folgenden N, O, F und Ne sind Nichtmetalle, und nur für N entspricht die höchste Oxidationsstufe V der Gruppennummer; Sauerstoff weist nur selten eine positive Wertigkeit auf und für F ist die Oxidationsstufe VI bekannt. Der Zeitraum endet mit dem Inertgas Ne.

Die dritte Periode (Na - Ar) enthält ebenfalls 8 Elemente, deren Art der Eigenschaftenänderungen weitgehend der in der zweiten Periode beobachteten ähnelt. Allerdings ist Mg im Gegensatz zu Be metallischer, ebenso wie Al im Vergleich zu B, obwohl Al von Natur aus amphoter ist. Si, P, S, Cl, Ar sind typische Nichtmetalle, aber alle (außer Ar) weisen höhere Oxidationsstufen auf, die der Gruppenzahl entsprechen. Somit wird in beiden Perioden mit zunehmendem Z eine Schwächung des metallischen und eine Verstärkung des nichtmetallischen Charakters der Elemente beobachtet. Mendelejew nannte die Elemente der zweiten und dritten Periode (in seiner Terminologie klein) typisch. Bezeichnend ist, dass sie zu den häufigsten in der Natur gehören und C, N und O neben H die Hauptelemente organischer Materie (Organogene) sind. In den Untergruppen sind alle Elemente der ersten drei Perioden enthalten A .

Nach moderner Terminologie (siehe unten) gehören Elemente dieser Perioden dazu S-Elemente (Alkali- und Erdalkalimetalle), aus denen I besteht A- und II A-Untergruppen (in der Farbtabelle rot hervorgehoben) und R-Elemente (B - Ne, At - Ar), die in III enthalten sind A- VIII A-Untergruppen (ihre Symbole sind orange hervorgehoben). Für Elemente kleiner Perioden mit zunehmender Ordnungszahl ist zunächst eine Abnahme zu beobachten Atomradien, und wenn dann die Zahl der Elektronen in der äußeren Hülle des Atoms bereits deutlich zunimmt, führt deren gegenseitige Abstoßung zu einer Vergrößerung der Atomradien. Das nächste Maximum wird zu Beginn der nächsten Periode des alkalischen Elements erreicht. Ungefähr das gleiche Muster ist für Ionenradien charakteristisch.

Die vierte Periode (K – Kr) enthält 18 Elemente (die erste große Periode nach Mendelejew). Nach dem Alkalimetall K und dem Erdalkalimetall Ca (s-Elemente) folgt eine Reihe von zehn sogenannten Übergangselemente(Sc - Zn), oder D- Elemente (Symbole sind blau), die in Untergruppen enthalten sind B entsprechende Gruppen von P. s. e. Die meisten Übergangselemente (alle Metalle) weisen höhere Oxidationsstufen auf, die ihrer Gruppennummer entsprechen. Eine Ausnahme bildet die Triade Fe – Co – Ni, bei der die letzten beiden Elemente maximal positiv dreiwertig sind und Eisen unter bestimmten Bedingungen in der Oxidationsstufe VI bekannt ist. Elemente beginnend mit Ga und endend mit Kr ( R-Elemente) gehören zu Untergruppen A, und die Art der Änderung ihrer Eigenschaften ist die gleiche wie in den entsprechenden Z-Intervallen für Elemente der zweiten und dritten Periode. Es wurde festgestellt, dass Kr chemische Verbindungen bilden kann (hauptsächlich mit F), seine Oxidationsstufe VIII ist jedoch unbekannt.

Die fünfte Periode (Rb - Xe) ist ähnlich wie die vierte aufgebaut; es hat auch einen Einsatz von 10 Übergangselementen (Y - Cd), D-Elemente. Besonderheiten dieser Zeit: 1) In der Triade Ru – Rh – Pd weist nur Ruthenium die Oxidationsstufe VIII auf; 2) alle Elemente der Untergruppen a weisen höhere Oxidationsstufen auf, die der Gruppennummer entsprechen, einschließlich Xe; 3) I hat schwache metallische Eigenschaften. Daher ist die Art der Änderung der Eigenschaften mit zunehmendem Z für Elemente der vierten und fünften Periode komplexer, da metallische Eigenschaften über einen großen Bereich von Ordnungszahlen erhalten bleiben.

Die sechste Periode (Cs – Rn) umfasst 32 Elemente. Zusätzlich zu 10 D-Elemente (La, Hf - Hg) enthält einen Satz von 14 F-Elemente, Lanthanoide, von Ce bis Lu (schwarze Symbole). Die Elemente La bis Lu sind chemisch ziemlich ähnlich. In Kurzform P. s. e. Die Lanthanoide sind im La-Feld enthalten (da ihre vorherrschende Oxidationsstufe III ist) und werden als separate Zeile am Ende der Tabelle aufgeführt. Diese Technik ist etwas umständlich, da 14 Elemente außerhalb der Tabelle zu liegen scheinen. Die langen und treppenförmigen Formen von P. s. haben einen solchen Nachteil nicht. h., was die Spezifität von Lanthanoiden vor dem Hintergrund der integralen Struktur von P. s. gut widerspiegelt. e. Merkmale der Zeit: 1) In der Triade Os – Ir – Pt weist nur Osmium die Oxidationsstufe VIII auf; 2) At hat einen ausgeprägteren (im Vergleich zu 1) metallischen Charakter; 3) Rn sollte offenbar (seine Chemie wurde bisher kaum untersucht) das reaktivste der Inertgase sein.

Die siebte Periode, beginnend mit Fr (Z = 87), sollte ebenfalls 32 Elemente enthalten, von denen bisher 20 bekannt sind (bis zum Element mit Z = 106). Fr und Ra sind jeweils Elemente I A- und II A-Untergruppen (S-Elemente), Ac - Analogon der Elemente III B-Untergruppen ( D-Element). Die nächsten 14 Elemente, F-Elemente (mit Z von 90 bis 103) bilden die Familie Aktiniden. In Kurzform P. s. e. Sie besetzen die Ac-Zelle und werden wie die Lanthaniden in einer separaten Zeile am Ende der Tabelle aufgeführt, wohingegen sie durch eine erhebliche Vielfalt an Oxidationsstufen gekennzeichnet sind. In dieser Hinsicht weisen die Reihe der Lanthaniden und Aktiniden chemisch gesehen deutliche Unterschiede auf. Eine Untersuchung der chemischen Natur von Elementen mit Z = 104 und Z = 105 zeigte, dass diese Elemente Analoga von Hafnium bzw. Tantal sind D-Elemente und sollten in IV platziert werden B- und V B- Untergruppen. Mitglieder B-Untergruppen sollten nachfolgende Elemente bis Z = 112 vorhanden sein, dann erscheint (Z = 113-118). R-Elemente (III A-VIll A-Untergruppen).

Theorie von P. s. e. Die Theorie von P. basiert auf e. liegt die Idee der spezifischen Gesetze, die den Aufbau elektronischer Schalen (Schichten, Ebenen) und Unterschalen (Schalen, Unterebenen) in Atomen mit zunehmendem Z regeln. Diese Idee wurde 1913–21 von Bohr unter Berücksichtigung der Natur von entwickelt die Änderung der Eigenschaften chemischer Elemente im Elektronenspektrum. e. und die Ergebnisse der Untersuchung ihrer Atomspektren. Bohr identifizierte drei wesentliche Merkmale der Bildung elektronischer Konfigurationen von Atomen: 1) Füllung elektronischer Schalen (mit Ausnahme von Schalen, die den Werten des Prinzips entsprechen). Quantenzahl N= 1 und 2) erfolgt bis zu ihrer vollen Kapazität nicht monoton, sondern wird durch das Auftreten von Elektronensätzen unterbrochen, die zu Schalen mit großen Werten gehören N; 2) ähnliche Arten elektronischer Konfigurationen von Atomen werden periodisch wiederholt; 3) Grenzen der Perioden von P. s. e. (mit Ausnahme der ersten und zweiten) fallen nicht mit den Grenzen aufeinanderfolgender Elektronenschalen zusammen.

Die Bedeutung von P. s. e. P.S. e. spielte und spielt weiterhin eine große Rolle in der Entwicklung der Naturwissenschaften. Es war die wichtigste Errungenschaft der Atom- und Molekularwissenschaft; sie ermöglichte eine moderne Definition des Begriffs „chemisches Element“ und eine Klärung der Begriffe einfacher Stoffe und Verbindungen. Von P. s. aufgedeckte Muster h., hatte einen wesentlichen Einfluss auf die Entwicklung der Theorie des Atomaufbaus und trug zur Erklärung des Phänomens der Isotonie bei. DANKE. e. verbunden mit einer streng wissenschaftlichen Formulierung des Problems der Vorhersage in der Chemie, das sich sowohl in der Vorhersage der Existenz unbekannter Elemente und ihrer Eigenschaften als auch in der Vorhersage neuer Merkmale des chemischen Verhaltens bereits entdeckter Elemente manifestierte. P.S. e. - die Grundlagen der Chemie, hauptsächlich der anorganischen; Es trägt wesentlich zur Lösung von Problemen bei der Synthese von Stoffen mit vorgegebenen Eigenschaften, der Entwicklung neuer Materialien, insbesondere Halbleitermaterialien, der Auswahl spezifischer Katalysatoren für verschiedene chemische Prozesse usw. bei. P.S. e. ist auch die wissenschaftliche Grundlage für den Chemieunterricht.

Abschluss

Das Periodensystem von D. I. Mendelejew wurde zum wichtigsten Meilenstein in der Entwicklung der Atom- und Molekularwissenschaft. Dank ihr entstand das moderne Konzept eines chemischen Elements und es wurden Vorstellungen über einfache Stoffe und Verbindungen geklärt.

Die von Mendeleev selbst gezeigte prädiktive Rolle des Periodensystems im 20. Jahrhundert manifestierte sich in der Bewertung der chemischen Eigenschaften von Transuranelementen.

Das Aufkommen des Periodensystems eröffnete eine neue, wahrhaft wissenschaftliche Ära in der Geschichte der Chemie und einer Reihe verwandter Wissenschaften – anstelle verstreuter Informationen über Elemente und Verbindungen erschien ein kohärentes System, auf dessen Grundlage es möglich wurde, zu verallgemeinern: Schlussfolgerungen ziehen und Vorhersagen treffen.

Periodisches Gesetz des Mendeley-Atoms

Das periodische Gesetz ermöglichte die Systematisierung und Verallgemeinerung einer großen Menge wissenschaftlicher Informationen in der Chemie. Diese Funktion des Gesetzes wird üblicherweise als integrativ bezeichnet. Besonders deutlich zeigt es sich in der Strukturierung von Wissenschafts- und Lehrmaterialien in der Chemie. Der Akademiker A.E. Fersman sagte, dass das System die gesamte Chemie in einer einzigen räumlichen, chronologischen, genetischen und energetischen Verbindung vereint.

Die integrative Rolle des Periodengesetzes zeigte sich auch darin, dass einige Angaben zu den Elementen, die angeblich außerhalb der allgemeinen Gesetze liegen, sowohl vom Autor selbst als auch von seinen Anhängern überprüft und geklärt wurden.

Dies geschah mit den Eigenschaften von Beryllium. Vor Mendeleevs Arbeit galt es aufgrund seiner sogenannten diagonalen Ähnlichkeit als dreiwertiges Analogon von Aluminium. Somit gab es in der zweiten Periode zwei dreiwertige Elemente und kein einziges zweiwertiges. Zu diesem Zeitpunkt, zunächst auf der Ebene der mentalen Modellkonstruktion, vermutete Mendelejew einen Fehler bei der Untersuchung der Eigenschaften von Beryllium. Dann fand er die Arbeit des russischen Chemikers Avdeev, der argumentierte, dass Beryllium zweiwertig sei und ein Atomgewicht von 9 habe. Avdeevs Arbeit blieb von der wissenschaftlichen Welt unbemerkt, der Autor starb früh, offenbar an einer Vergiftung durch extrem giftige Berylliumverbindungen. Die Ergebnisse von Avdeevs Forschung wurden dank des Periodengesetzes in der Wissenschaft verankert.

Solche Änderungen und Verfeinerungen der Werte sowohl der Atomgewichte als auch der Wertigkeiten wurden von Mendelejew für neun weitere Elemente (In, V, Th, U, La, Ce und drei weitere Lanthaniden) vorgenommen. Für zehn weitere Elemente wurden nur die Atomgewichte korrigiert. Und alle diese Klarstellungen wurden anschließend experimentell bestätigt.

Auf die gleiche Weise half die Arbeit von Karl Karlovich Klaus Mendelejew, eine einzigartige VIII-Gruppe von Elementen zu bilden, und erklärte die horizontalen und vertikalen Ähnlichkeiten in den Triaden der Elemente:

Eisen-Kobalt-Nickel

Ruthenium Rhodium Palladium

achteckiges Iridium-Platin

Die prognostische (vorhersagende) Funktion des Periodengesetzes erhielt ihre eindrucksvollste Bestätigung in der Entdeckung unbekannter Elemente mit den Seriennummern 21, 31 und 32. Ihre Existenz wurde zunächst auf einer intuitiven Ebene vorhergesagt, mit der Bildung des Systems jedoch von Mendelejew sind in der Lage, ihre Eigenschaften mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu berechnen. Die bekannte Geschichte der Entdeckung von Scandium, Gallium und Germanium war der Triumph von Mendelejews Entdeckung. F. Engels schrieb: „Durch die unbewusste Anwendung des Hegelschen Gesetzes vom Übergang von Quantität in Qualität vollbrachte Mendelejew eine wissenschaftliche Leistung, die man getrost neben die Entdeckung von Laverrier stellen kann, der die Umlaufbahn des unbekannten Planeten Neptun berechnete.“ Es besteht jedoch der Wunsch, mit dem Klassiker zu streiten. Erstens basierten alle Forschungsarbeiten Mendelejews, beginnend mit seiner Studienzeit, ganz bewusst auf Hegels Gesetz. Zweitens berechnete Laverrier die Umlaufbahn des Neptun nach Newtons seit langem bekannten und bewährten Gesetzen, und D. I. Mendeleev machte alle Vorhersagen auf der Grundlage des von ihm selbst entdeckten universellen Naturgesetzes.

Am Ende seines Lebens stellte Mendelejew zufrieden fest: „Nachdem ich 1871 einen Artikel über die Anwendung des Periodengesetzes zur Bestimmung der Eigenschaften noch nicht entdeckter Elemente geschrieben hatte, glaubte ich nicht, dass ich diese Konsequenz noch rechtfertigen würde.“ periodisches Gesetz, aber die Realität antwortete anders. Ich habe drei Elemente beschrieben: Ekabor, Ekaaluminium und Ekasilizium, und weniger als 20 Jahre später hatte ich die größte Freude, alle drei entdeckt zu sehen ... L. de Boisbaudran, Nilsson und Winkler für meinen Teil halte ich für wahre Stärker des Periodischen Gesetz. Ohne sie wäre er nicht in dem Maße anerkannt worden, wie er es jetzt genießt.“ Insgesamt sagte Mendelejew zwölf Elemente voraus.

Mendeleev wies von Anfang an darauf hin, dass das Gesetz nicht nur die Eigenschaften der chemischen Elemente selbst, sondern auch vieler ihrer Verbindungen, darunter auch bisher unbekannter, beschreibt. Um dies zu bestätigen, genügt es, das folgende Beispiel zu nennen. Seit 1929, als der Akademiemitglied P. L. Kapitsa erstmals die nichtmetallische Leitfähigkeit von Germanium entdeckte, begann in allen Ländern der Welt die Entwicklung der Halbleiterforschung. Es wurde sofort klar, dass Elemente mit solchen Eigenschaften die Hauptuntergruppe der Gruppe IV einnehmen. Im Laufe der Zeit kam man zu der Einsicht, dass Verbindungen von Elementen, die sich in gleich weit von dieser Gruppe entfernten Perioden befinden, mehr oder weniger über Halbleitereigenschaften verfügen sollten (z. B. mit einer allgemeinen Formel wie AzB;). Dies machte die Suche nach neuen praktisch wichtigen Halbleitern sofort gezielt und vorhersehbar. Fast die gesamte moderne Elektronik basiert auf solchen Verbindungen.

Es ist wichtig zu beachten, dass Vorhersagen innerhalb des Periodensystems auch nach seiner allgemeinen Akzeptanz gemacht wurden. Im Jahr 1913 Moseley entdeckte, dass sich die Wellenlänge von Röntgenstrahlen, die von Antikathoden aus verschiedenen Elementen empfangen werden, auf natürliche Weise abhängig von der Seriennummer ändert, die üblicherweise den Elementen im Periodensystem zugewiesen wird. Das Experiment bestätigte, dass die Seriennummer eines Elements eine direkte physikalische Bedeutung hat. Erst später wurden Seriennummern auf den Wert der positiven Ladung des Kerns bezogen. Aber Moseleys Gesetz ermöglichte es, die Anzahl der Elemente in Perioden sofort experimentell zu bestätigen und gleichzeitig die zu diesem Zeitpunkt noch nicht entdeckten Orte von Hafnium (Nr. 72) und Rhenium (Nr. 75) vorherzusagen.

Dieselben Studien von Moseley ermöglichten es, die ernsthaften „Kopfschmerzen“ zu beseitigen, die bestimmte Abweichungen von der korrekten Reihe zunehmender Atommassen von Elementen in der Tabelle der Atommassen Mendelejew verursachten. Mendelejew schuf sie unter dem Druck chemischer Analogien, teils auf Expertenniveau, teils einfach auf intuitiver Ebene. Beispielsweise lag Kobalt in der Tabelle vor Nickel, und Jod mit einem geringeren Atomgewicht folgte dem schwereren Tellur. In den Naturwissenschaften ist seit langem bekannt, dass eine „hässliche“ Tatsache, die nicht in den Rahmen der schönsten Theorie passt, sie ruinieren kann. Ebenso bedrohten ungeklärte Abweichungen das Periodengesetz. Aber Moseley hat experimentell bewiesen, dass die Seriennummern von Kobalt (Nr. 27) und Nickel (Nr. 28) genau ihrer Position im System entsprechen. Es stellte sich heraus, dass diese Ausnahmen lediglich die allgemeine Regel bestätigen.

Eine wichtige Vorhersage wurde 1883 von Nikolai Alexandrowitsch Morosow gemacht. Wegen seiner Teilnahme an der Bewegung „Volkswille“ wurde der Chemiestudent Morozov zum Tode verurteilt, der später durch eine lebenslange Haftstrafe in Einzelhaft ersetzt wurde. Er verbrachte etwa dreißig Jahre in königlichen Gefängnissen. Ein Gefangener der Festung Schlisselburg hatte die Gelegenheit, wissenschaftliche Literatur über Chemie zu erhalten. Basierend auf einer Analyse der Atomgewichtsintervalle zwischen benachbarten Elementgruppen im Periodensystem kam Morozov zu dem intuitiven Schluss, dass zwischen den Gruppen der Halogene und Alkalien eine weitere Gruppe unbekannter Elemente mit „Nulleigenschaften“ existieren könnte Metalle. Er schlug vor, in der Luft nach ihnen zu suchen. Darüber hinaus stellte er eine Hypothese über die Struktur der Atome auf und versuchte auf dieser Grundlage, die Ursachen der Periodizität in den Eigenschaften der Elemente aufzudecken.

Allerdings wurden Morozovs Hypothesen erst viel später zur Diskussion gestellt, als er nach den Ereignissen von 1905 freigelassen wurde. Doch zu diesem Zeitpunkt waren Inertgase bereits entdeckt und untersucht worden.

Die Existenz von Edelgasen und ihre Stellung im Periodensystem sorgten lange Zeit für ernsthafte Kontroversen in der chemischen Welt. Mendelejew selbst glaubte einige Zeit, dass sich unter dem Markennamen offenes Argon eine unbekannte einfache Substanz vom Typ Nj verbergen könnte. Die erste rationale Annahme über den Platz von Inertgasen wurde vom Autor ihrer Entdeckung, William Ramsay, gemacht. Und 1906 schrieb Mendeleev: „Als das Periodensystem erstellt wurde (18b9), war Argon nicht nur unbekannt, es gab auch keinen Grund, die Möglichkeit der Existenz solcher Elemente zu vermuten.“ Heute...haben diese Elemente hinsichtlich ihres Atomgewichts genau den Platz zwischen den Halogenen und den Alkalimetallen eingenommen.“

Lange Zeit gab es eine Debatte darüber, Inertgase einer unabhängigen Nullgruppe von Elementen zuzuordnen oder sie als Hauptuntergruppe der Gruppe VIII zu betrachten. Jeder Standpunkt hat seine Vor- und Nachteile.

Aufgrund der Stellung der Elemente im Periodensystem bezweifelten theoretische Chemiker um Linus Pauling lange Zeit die vollständige chemische Passivität von Edelgasen und verwiesen direkt auf die mögliche Stabilität ihrer Fluoride und Oxide. Aber erst im Jahr 1962 führte der amerikanische Chemiker Neil Bartlett als erster die Reaktion von Platinhexafluorid mit Sauerstoff unter den gewöhnlichsten Bedingungen durch und erhielt dabei Xenonhexafluorplatinat XePtF^, gefolgt von anderen Gasverbindungen, die heute eher als edel bezeichnet werden untätig.

Das periodische Gesetz behält bis heute seine Vorhersagefunktion.

Es ist zu beachten, dass es zwei Arten von Vorhersagen unbekannter Mitglieder einer Menge geben kann. Wenn die Eigenschaften eines Elements vorhergesagt werden, das sich innerhalb einer bekannten Reihe ähnlicher Elemente befindet, wird eine solche Vorhersage als Interpolation bezeichnet. Es liegt nahe, anzunehmen, dass diese Eigenschaften den gleichen Gesetzen unterliegen wie die Eigenschaften benachbarter Elemente. Auf diese Weise wurden die Eigenschaften der fehlenden Elemente im Periodensystem vorhergesagt. Es ist viel schwieriger, die Eigenschaften neuer Mitglieder von Mengen vorherzusagen, wenn sie außerhalb des beschriebenen Teils liegen. Die Extrapolation – die Vorhersage von Funktionswerten, die außerhalb einer Reihe bekannter Muster liegen – ist immer weniger sicher.

Mit diesem Problem konfrontierten Wissenschaftler, als sie begannen, nach Elementen außerhalb der bekannten Grenzen des Systems zu suchen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Das Periodensystem endete mit Uran (Nr. 92). Die ersten Versuche, Transurane zu gewinnen, wurden 1934 unternommen, als Enrico Fermi und Emilio Segre Uran mit Neutronen beschossen. Damit begann der Weg zu Aktinoiden und Transaktinoiden.

Kernreaktionen werden auch zur Synthese anderer bisher unbekannter Elemente genutzt.

Das von Eienn Theodor Seaborg und seinen Kollegen künstlich synthetisierte Element Nr. 101 erhielt den Namen „Mendelevium“. Seaborg selbst sagte dazu: „Es ist besonders wichtig zu beachten, dass das Element 101 von amerikanischen Wissenschaftlern zu Ehren des großen russischen Chemikers D. I. Mendeleev benannt wurde, die ihn immer als Pionier der Chemie betrachteten.“

Die Zahl der neu entdeckten bzw. künstlich geschaffenen Elemente nimmt ständig zu. Die Synthese der schwersten Kerne der Elemente mit den Seriennummern 113 und 115 wurde am Russischen Gemeinsamen Institut für Kernforschung in Dubna durchgeführt, indem Kerne aus künstlich gewonnenem Americium mit Kernen des schweren Isotops Calcium-48 beschossen wurden. In diesem Fall erscheint der Kern des Elements Nr. 115, der sofort zerfällt und den Kern des Elements Nr. 113 bildet. Solche superschweren Elemente kommen in der Natur nicht vor, entstehen aber bei Supernova-Explosionen und könnten auch beim Urknall existieren . Ihre Forschung hilft zu verstehen, wie unser Universum entstanden ist.

Insgesamt kommen in der Natur 39 natürlich vorkommende radioaktive Isotope vor. Verschiedene Isotope zerfallen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die durch Halbwertszeiten gekennzeichnet sind. Die Halbwertszeit von Uran-238 beträgt 4,5 Milliarden Jahre und für einige andere Elemente kann sie Millionstelsekunden betragen.

Radioaktive Elemente, die nacheinander zerfallen und sich ineinander umwandeln, bilden ganze Serien. Es sind drei solcher Serien bekannt: Alle Mitglieder der Serie werden entsprechend dem Anfangselement in den Familien Uran, Actinouran und Thorium zusammengefasst. Eine weitere Familie besteht aus künstlich hergestellten radioaktiven Isotopen. In allen Familien werden die Umwandlungen durch das Auftreten nicht radioaktiver Bleiatome abgeschlossen.

Da die Erdkruste nur Isotope enthalten kann, deren Halbwertszeit dem Alter der Erde entspricht, können wir davon ausgehen, dass es im Laufe der Milliarden Jahre ihrer Geschichte auch kurzlebige Isotope gab, die mittlerweile buchstäblich ausgestorben sind. Dazu gehörte vermutlich das schwere Isotop Kalium-40. Aufgrund seines vollständigen Zerfalls beträgt der tabellierte Wert der Atommasse von Kalium heute 39,102 und ist damit in der Masse dem Element Nr. 18 Argon (39,948) unterlegen. Dies erklärt die Ausnahmen bei der stetigen Zunahme der Atommassen der Elemente im Periodensystem.

Der Akademiker V. I. Goldansky wies in einer Rede zum Gedenken an Mendelejew darauf hin, dass „Mendelejews Werke sogar in völlig neuen Bereichen der Chemie, die Jahrzehnte nach dem Tod des brillanten Schöpfers des Periodensystems entstanden sind, eine grundlegende Rolle spielen“.

Die Wissenschaft ist die Geschichte und Quelle der Weisheit und Erfahrung von Jahrhunderten, ihrer rationalen Betrachtung und ihres geprüften Urteilsvermögens.

D. I. Mendelejew

Es kommt selten vor, dass eine wissenschaftliche Entdeckung etwas völlig Unerwartetes ist; sie wird fast immer erwartet:

Allerdings fällt es nachfolgenden Generationen, die auf alle Fragen bewährte Antworten verwenden, oft schwer, einzuschätzen, welche Schwierigkeiten es ihren Vorgängern bereitet hat.

C. Darwin

Jede der Wissenschaften über die Welt um uns herum untersucht spezifische Bewegungsformen der Materie. Die vorherrschenden Vorstellungen betrachten diese Bewegungsformen in der Reihenfolge zunehmender Komplexität:

mechanisch – physikalisch – chemisch – biologisch – sozial. Jede der nachfolgenden Formen lehnt die vorherigen nicht ab, sondern schließt sie ein.

Es ist kein Zufall, dass G. T. Seaborg anlässlich des 100. Jahrestages der Entdeckung des Periodengesetzes seinen Bericht den neuesten Errungenschaften der Chemie widmete. Darin würdigte er die erstaunlichen Leistungen des russischen Wissenschaftlers sehr: „Wenn man die Entwicklung des Periodensystems seit der Zeit Mendelejews betrachtet, ist das Auffälligste, dass er das Periodensystem der Elemente erstellen konnte, Mendelejew jedoch nicht.“ Ich bin mir der heute allgemein anerkannten Konzepte wie Kernstruktur und Isotope, der Beziehung zwischen Ordnungszahlen und Wertigkeit, der elektronischen Natur von Atomen, der Periodizität chemischer Eigenschaften, die durch die elektronische Struktur erklärt werden, und schließlich der Radioaktivität bewusst.“

Man kann die Worte des Akademikers A.E. Fersman zitieren, der auf die Zukunft aufmerksam machte: „Neue Theorien, brillante Verallgemeinerungen werden auftauchen und sterben.“ Neue Ideen werden unsere bereits veralteten Vorstellungen von Atom und Elektron ersetzen. Die größten Entdeckungen und Experimente werden die Vergangenheit zunichte machen und heute Horizonte von unglaublicher Neuheit und Weite eröffnen – all dies wird kommen und gehen, aber Mendelejews Periodengesetz wird immer leben und die Suche leiten.“

24. Die Entstehung von Strukturtheorien im Entwicklungsprozess der organischen Chemie. Atommolekulare Wissenschaft als theoretische Grundlage für Strukturtheorien.

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