მენდელეევის პერიოდული სისტემის მნიშვნელობა მოკლეა. პერიოდული ცხრილის მნიშვნელობა
ელემენტების პერიოდულმა სისტემამ დიდი გავლენა მოახდინა ქიმიის შემდგომ განვითარებაზე. ეს იყო არა მხოლოდ ქიმიური ელემენტების პირველი ბუნებრივი კლასიფიკაცია, რომელიც აჩვენებდა, რომ ისინი ქმნიან ჰარმონიულ სისტემას და ერთმანეთთან მჭიდრო კავშირშია, არამედ იყო ძლიერი ინსტრუმენტი შემდგომი კვლევისთვის.
იმ დროს, როდესაც მენდელეევმა შეადგინა თავისი ცხრილი მის მიერ აღმოჩენილი პერიოდული კანონის საფუძველზე, ბევრი ელემენტი ჯერ კიდევ უცნობი იყო. ამრიგად, 4 ელემენტის სკანდიუმის პერიოდი უცნობი იყო. ატომური მასის თვალსაზრისით, Ti მოვიდა Ca-ს შემდეგ, მაგრამ Ti ვერ მოთავსდა Ca-ს შემდეგ დაუყოვნებლივ, რადგან ის მოხვდება მე-3 ჯგუფში, მაგრამ Ti-ის თვისებების გამო ის უნდა დაიყოს მე-4 ჯგუფად. ამიტომ მენდელეევმა ერთი საკანი გამოტოვა. ამავე საფუძველზე, მე-4 პერიოდში ორი თავისუფალი უჯრედი დარჩა Zn-სა და As-ს შორის. სხვა რიგებში ისევ ცარიელი ადგილებია. მენდელეევი არა მხოლოდ დარწმუნებული იყო რომ ჯერ კიდევ უცნობი ელემენტები უნდა არსებობდეს, რომლებიც შეავსებდნენ ამ ადგილებს, მაგრამ ასევე წინასწარ იწინასწარმეტყველეს ასეთი ელემენტების თვისებები, მათი პოზიციიდან გამომდინარე პერიოდული ცხრილის სხვა ელემენტებს შორის.ამ ელემენტებს ასევე მიენიჭა სახელები ეკაბორონი (რადგან მისი თვისებები ბორს უნდა ჰგავდეს), ეკაალუმინი, ეკასილიციუმი...
Ga, Sc, Ge-ს აღმოჩენა იყო პერიოდული კანონის უდიდესი ტრიუმფი. პერიოდულ სისტემას ასევე დიდი მნიშვნელობა ჰქონდა ზოგიერთი ელემენტის ვალენტობისა და ატომური მასების დადგენისას. ანალოგიურად, პერიოდულმა სისტემამ ბიძგი მისცა ზოგიერთი ელემენტის ატომური მასის კორექტირებას.მაგალითად, C-ს ადრე მინიჭებული ჰქონდა 123,4 ატომური მასა. მენდელეევმა, ელემენტების ცხრილში დალაგებით, აღმოაჩინა, რომ მისი თვისებების მიხედვით, C-ები უნდა იყოს პირველი ჯგუფის მთავარ ქვეჯგუფში Rb-ს ქვეშ და, შესაბამისად, ექნება ატომური მასა დაახლოებით 130. თანამედროვე განმარტებები აჩვენებს, რომ Cs-ის ატომური მასა. არის 132.9054..
და ამჟამად, პერიოდული კანონი რჩება ქიმიის წამყვან ვარსკვლავად. სწორედ მის საფუძველზე შეიქმნა ტრანსურანის ელემენტები ხელოვნურად.ერთ-ერთ მათგანს, ელემენტს No101, რომელიც პირველად იქნა მიღებული 1955 წელს, დიდი რუსი მეცნიერის პატივსაცემად მენდელევიუმი დაარქვეს.
მეცნიერების შემდგომმა განვითარებამ შესაძლებელი გახადა, პერიოდულ კანონებზე დაყრდნობით, მატერიის სტრუქტურის უფრო ღრმად გაგება. ვიდრე ეს შესაძლებელი იყო მენდელეევის სიცოცხლეში.
ბრწყინვალედ დადასტურდა მენდელეევის წინასწარმეტყველური სიტყვები: „პერიოდიურ კანონს განადგურება არ ემუქრება, არამედ მხოლოდ ზეკონსტრუქცია და განვითარებაა დაპირებული“.
პერიოდული კანონის აღმოჩენის წინაპირობა იყო ქიმიკოსთა საერთაშორისო კონგრესის გადაწყვეტილებები ქალაქ კარლსრუეში 1860 წელს, როდესაც საბოლოოდ ჩამოყალიბდა ატომურ-მოლეკულური მეცნიერება და მოლეკულისა და ატომის ცნებების პირველი ერთიანი განმარტებები. როგორც ატომური წონა, რომელსაც ჩვენ ახლა ვუწოდებთ ფარდობით ატომურ მასას, იქნა მიღებული.
დ.ი. მენდელეევი თავის აღმოჩენაში ეყრდნობოდა მკაფიოდ ჩამოყალიბებულ ამოსავალ წერტილებს:
ყველა ქიმიური ელემენტის ატომების საერთო უცვლელი თვისებაა მათი ატომური მასა;
ელემენტების თვისებები დამოკიდებულია მათ ატომურ მასებზე;
ამ დამოკიდებულების ფორმა პერიოდულია.
ზემოთ განხილულ წინაპირობებს შეიძლება ეწოდოს ობიექტური, ანუ დამოუკიდებელი მეცნიერის პიროვნებისგან, რადგან ისინი განისაზღვრა ქიმიის, როგორც მეცნიერების, ისტორიული განვითარებით.
III პერიოდული კანონი და ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილი.
მენდელეევის პერიოდული კანონის აღმოჩენა.
ელემენტების პერიოდული ცხრილის პირველი ვერსია გამოქვეყნდა დ.ი. მენდელეევის მიერ 1869 წელს - ატომის სტრუქტურის შესწავლამდე დიდი ხნით ადრე. ამ დროს მენდელეევი ქიმიას ასწავლიდა პეტერბურგის უნივერსიტეტში. ლექციებისთვის ემზადებოდა და აგროვებდა მასალას თავისი სახელმძღვანელოსთვის "ქიმიის საფუძვლები", დ.ი. მენდელეევი ფიქრობდა იმაზე, თუ როგორ მოეხდინა მასალის სისტემატიზაცია ისე, რომ ინფორმაცია ელემენტების ქიმიური თვისებების შესახებ არ ჰგავდეს განსხვავებული ფაქტების ერთობლიობას.
დ.ი. მენდელეევის სახელმძღვანელო ამ ნაშრომში იყო ელემენტების ატომური მასები (ატომური წონა). 1860 წლის ქიმიკოსთა მსოფლიო კონგრესის შემდეგ, რომელშიც ასევე მონაწილეობდა დ.ი.მენდელეევი, ატომური წონის სწორად განსაზღვრის პრობლემა მუდმივად იყო მსოფლიოს მრავალი წამყვანი ქიმიკოსის, მათ შორის დ.ი.მენდელეევის ყურადღების ცენტრში.ელემენტების ატომური წონის გაზრდის თანმიმდევრობით დალაგებით, დ.ი. მენდელეევმა აღმოაჩინა ბუნების ფუნდამენტური კანონი, რომელიც ახლა ცნობილია როგორც პერიოდული კანონი:
ელემენტების თვისებები პერიოდულად იცვლება მათი ატომური წონის მიხედვით.
ზემოაღნიშნული ფორმულირება საერთოდ არ ეწინააღმდეგება თანამედროვეს, რომელშიც "ატომური წონის" კონცეფცია შეიცვალა "ბირთვული მუხტის" კონცეფციით. ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობა უმეტესი ელემენტების ბირთვებში დაახლოებით იგივეა, ამიტომ ატომური წონა იზრდება დაახლოებით ისევე, როგორც იზრდება პროტონების რაოდენობა ბირთვში (ბირთვული მუხტი Z).
პერიოდული კანონის ფუნდამენტური სიახლე იყო შემდეგი:
1. დამყარდა კავშირი თვისებებში განსხვავებულ ელემენტებს შორის. ეს კავშირი მდგომარეობს იმაში, რომ ელემენტების თვისებები იცვლება შეუფერხებლად და დაახლოებით თანაბრად, როდესაც იზრდება მათი ატომური წონა, და შემდეგ ეს ცვლილებები მეორდება პერიოდულად.
2. იმ შემთხვევებში, როდესაც ჩანდა, რომ ელემენტების თვისებების ცვლილებების თანმიმდევრობით რაიმე ბმული აკლდა, პერიოდულ ცხრილში მოყვანილი იყო GAPS, რომელიც ჯერ კიდევ არ იყო აღმოჩენილი ელემენტებით.
ელემენტებს შორის ურთიერთობის დადგენის ყველა წინა მცდელობაში, სხვა მკვლევარები ცდილობდნენ შეექმნათ სრული სურათი, რომელშიც არ არსებობდა ადგილი ელემენტებისთვის, რომლებიც ჯერ კიდევ არ იყო აღმოჩენილი. პირიქით, დ.ი.მენდელეევი თავისი პერიოდული ცხრილის ყველაზე მნიშვნელოვან ნაწილად ის უჯრედებად თვლიდა, რომლებიც ჯერ კიდევ ცარიელი იყო. ამან შესაძლებელი გახადა ჯერ კიდევ უცნობი ელემენტების არსებობის პროგნოზირება.
აღფრთოვანებულია, რომ დ.ი. მენდელეევმა გააკეთა თავისი აღმოჩენა იმ დროს, როდესაც მრავალი ელემენტის ატომური წონა განისაზღვრა ძალიან მიახლოებით და მხოლოდ 63 ელემენტი იყო ცნობილი - ანუ დღეს ჩვენთვის ცნობილი მათგან ნახევარზე ცოტა მეტი.
სხვადასხვა ელემენტების ქიმიური თვისებების ღრმა ცოდნამ მენდელეევს საშუალება მისცა არა მხოლოდ აღმოჩენილი ელემენტების აღნიშვნა, არამედ მათი თვისებების ზუსტად პროგნოზირებაც! დ.ი. მენდელეევმა ზუსტად იწინასწარმეტყველა ელემენტის თვისებები, რომელსაც "ეკა-სილიკონი" უწოდა. 16 წლის შემდეგ ეს ელემენტი მართლაც აღმოაჩინა გერმანელმა ქიმიკოსმა ვინკლერმა და დაარქვა გერმანიუმი.
დ.ი.მენდელეევის მიერ ჯერ კიდევ აღმოუჩენელი ელემენტისთვის „ეკა-სილიკონის“ თვისებების შედარება ელემენტის გერმანიუმის (Ge) თვისებებთან. თანამედროვე პერიოდულ სისტემაში „ეკა-სილიციუმის“ ადგილი გერმანიუმს იკავებს.
საკუთრება
იწინასწარმეტყველა D.I. მენდელეევმა "ეკა-სილიკონისთვის" 1870 წელს
განსაზღვრულია გერმანიუმ Ge-სთვის, აღმოჩენილი 1886 წელს
ფერი, გარეგნობა
ყავისფერი
ღია ყავისფერი
ატომური წონა
72,59
სიმკვრივე (გ/სმ3)
5,5
5,35
ოქსიდის ფორმულა
XO2
GeO2
ქლორიდის ფორმულა
XCl4
GeCl4
ქლორიდის სიმკვრივე (გ/სმ3)
1,9
1,84
ანალოგიურად, "ეკა-ალუმინის" (ელემენტი გალიუმი Ga, აღმოჩენილი 1875 წელს) და "ეკა-ბორონის" (ელემენტი სკანდიუმი Sc, აღმოჩენილი 1879 წელს) თვისებები ბრწყინვალედ დაადასტურა D.I. მენდელეევმა.
ამის შემდეგ მთელს მსოფლიოში მეცნიერებისთვის ცხადი გახდა, რომ დ.ი. მენდელეევის პერიოდული ცხრილი უბრალოდ არ ახდენს ელემენტების სისტემატიზაციას, არამედ არის ბუნების ფუნდამენტური კანონის - პერიოდული კანონის გრაფიკული გამოხატულება.
პერიოდული ცხრილის სტრუქტურა.
დ.ი.-ის პერიოდული კანონის საფუძველზე. მენდელეევმა შექმნა ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილი, რომელიც შედგებოდა 7 პერიოდისა და 8 ჯგუფისგან (ცხრილის მოკლე პერიოდის ვერსია). ამჟამად უფრო ხშირად გამოიყენება პერიოდული სისტემის გრძელვადიანი ვერსია (ცალკე ნაჩვენებია 7 პერიოდი, 8 ჯგუფი, ელემენტები ლანთანიდები და აქტინიდები).
პერიოდები არის ცხრილის ჰორიზონტალური რიგები, ისინი იყოფა პატარა და დიდად. მცირე პერიოდებში არის 2 ელემენტი (1-ლი პერიოდი) ან 8 ელემენტი (მე-2, მე-3 პერიოდი), დიდ პერიოდებში - 18 ელემენტი (მე-4, მე-5 პერიოდები) ან 32 ელემენტი (მე-6, მე-5 პერიოდი) მე-7 პერიოდი). თითოეული პერიოდი იწყება ტიპიური მეტალით და მთავრდება არალითონით (ჰალოგენით) და კეთილშობილი გაზით.
ჯგუფები არის ელემენტების ვერტიკალური თანმიმდევრობა, ისინი დანომრილია რომაული ციფრებით I-დან VIII-მდე და რუსული ასოებით A და B. პერიოდული სისტემის მოკლე პერიოდული ვერსია მოიცავდა ელემენტების ქვეჯგუფებს (მთავარი და მეორადი).
ქვეჯგუფი არის ელემენტების ნაკრები, რომლებიც წარმოადგენენ უპირობო ქიმიურ ანალოგებს; ხშირად ქვეჯგუფის ელემენტებს აქვთ ყველაზე მაღალი ჟანგვის მდგომარეობა, რომელიც შეესაბამება ჯგუფის რიცხვს.
A-ჯგუფებში ელემენტების ქიმიური თვისებები შეიძლება განსხვავდებოდეს ფართო დიაპაზონში არალითონიდან მეტალისამდე (მაგალითად, V ჯგუფის მთავარ ქვეჯგუფში აზოტი არის არალითონი, ხოლო ბისმუტი არის მეტალი).
პერიოდულ ცხრილში ტიპიური ლითონები განლაგებულია IA (Li-Fr), IIA (Mg-Ra) და IIIA (In, Tl) ჯგუფში. არამეტალები განლაგებულია VIIA (F-Al), VIA (O-Te), VA (N-As), IVA (C, Si) და IIIA (B) ჯგუფებში. A-ჯგუფების ზოგიერთი ელემენტი (ბერილიუმი Be, ალუმინი Al, გერმანიუმი Ge, ანტიმონი Sb, პოლონიუმი Po და სხვა), ისევე როგორც B ჯგუფის მრავალი ელემენტი ავლენს როგორც მეტალურ, ისე არამეტალურ თვისებებს (ამფოტერულობის ფენომენი).
ზოგიერთი ჯგუფისთვის გამოიყენება ჯგუფის სახელები: IA (Li-Fr) - ტუტე ლითონები, IIA (Ca-Ra) - მიწის ტუტე ლითონები, VIA (O-Po) - ქალკოგენები, VIIA (F-At) - ჰალოგენები, VIIIA ( He-Rn ) - კეთილშობილი აირები. პერიოდული ცხრილის ფორმა შემოთავაზებული D.I. მენდელეევს უწოდებდნენ მოკლე პერიოდს ან კლასიკურს. ამჟამად უფრო ფართოდ გამოიყენება პერიოდული ცხრილის სხვა ფორმა - გრძელპერიოდული.
პერიოდული კანონი დ.ი. მენდელეევი და ქიმიური ელემენტების პერიოდული ცხრილი გახდა თანამედროვე ქიმიის საფუძველი. შედარებითი ატომური მასები მოცემულია 1983 წლის საერთაშორისო ცხრილის მიხედვით. 104-108 ელემენტებისთვის ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპების მასური რიცხვები მოცემულია კვადრატულ ფრჩხილებში. ფრჩხილებში მოცემული ელემენტების სახელები და სიმბოლოები ზოგადად მიღებული არ არის.
IV პერიოდული კანონი და ატომის აგებულება.
ძირითადი ინფორმაცია ატომების სტრუქტურის შესახებ.
მე-19 საუკუნის ბოლოს და მე-20 საუკუნის დასაწყისში ფიზიკოსებმა დაამტკიცეს, რომ ატომი რთული ნაწილაკია და შედგება მარტივი (ელემენტარული) ნაწილაკებისგან. აღმოაჩინეს:
კათოდური სხივები (ინგლისელი ფიზიკოსი ჯ. ჯ. ტომსონი, 1897), რომლის ნაწილაკებს ელექტრონები e− (ერთ უარყოფით მუხტს ატარებენ);
ელემენტების ბუნებრივი რადიოაქტიურობა (ფრანგი მეცნიერები - რადიოქიმიკოსები ა. ბეკერელი და მ. სკლოდოვსკა-კური, ფიზიკოსი პიერ კიური, 1896 წ.) და α-ნაწილაკების არსებობა (ჰელიუმის ბირთვი 4He2+);
ატომის ცენტრში დადებითად დამუხტული ბირთვის არსებობა (ინგლისელი ფიზიკოსი და რადიოქიმიკოსი E. Rutherford, 1911);
ერთი ელემენტის მეორეში, მაგალითად, აზოტის ჟანგბადად გადაქცევა (E. Rutherford, 1919). ერთი ელემენტის ატომის ბირთვიდან (აზოტი - რეზერფორდის ექსპერიმენტში), α-ნაწილაკთან შეჯახებისას, სხვა ელემენტის ატომის ბირთვი (ჟანგბადი) და ახალი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს დადებითი მუხტის ერთეული და ეწოდება პროტონს ( p+, 1H ბირთვი) ჩამოყალიბდა.
ელექტრულად ნეიტრალური ნაწილაკების ატომის ბირთვში არსებობა - ნეიტრონები n0 (ინგლისელი ფიზიკოსი J. Chadwick, 1932).
კვლევის შედეგად დადგინდა, რომ თითოეული ელემენტის ატომი (გარდა 1H) შეიცავს პროტონებს, ნეიტრონებს და ელექტრონებს, პროტონები და ნეიტრონები კონცენტრირებულია ატომის ბირთვში, ხოლო ელექტრონები მის პერიფერიაზე (ელექტრონულ გარსში) .
ბირთვში პროტონების რაოდენობა ტოლია ელექტრონების რაოდენობას ატომის გარსში და შეესაბამება ამ ელემენტის სერიულ ნომერს პერიოდულ ცხრილში.
ატომის ელექტრონული გარსი რთული სისტემაა. იგი იყოფა სხვადასხვა ენერგიების მქონე ქვეშელებად (ენერგეტიკული დონეები); დონეები, თავის მხრივ, იყოფა ქვედონეებად, ხოლო ქვედონეები მოიცავს ატომურ ორბიტალებს, რომლებიც შეიძლება განსხვავდებოდეს ფორმისა და ზომის მიხედვით (აღნიშნული ასოებით s, p, d, f და ა.შ.).
ასე რომ, ატომის მთავარი მახასიათებელი არ არის ატომური მასა, არამედ ბირთვის დადებითი მუხტის სიდიდე. ეს არის ატომის და, შესაბამისად, ელემენტის უფრო ზოგადი და ზუსტი მახასიათებელი. ელემენტის ყველა თვისება და მისი მდებარეობა პერიოდულ სისტემაში დამოკიდებულია ატომის ბირთვის დადებითი მუხტის სიდიდეზე. ამრიგად, ქიმიური ელემენტის ატომური რიცხვი რიცხობრივად ემთხვევა მისი ატომის ბირთვის მუხტს. ელემენტების პერიოდული ცხრილი არის პერიოდული კანონის გრაფიკული გამოსახულება და ასახავს ელემენტების ატომების სტრუქტურას.
ატომური სტრუქტურის თეორია ხსნის ელემენტების თვისებების პერიოდულ ცვლილებებს. ატომური ბირთვების დადებითი მუხტის ზრდა 1-დან 110-მდე იწვევს ატომებში გარე ენერგიის დონის სტრუქტურული ელემენტების პერიოდულ გამეორებას. და რადგან ელემენტების თვისებები ძირითადად დამოკიდებულია გარე დონეზე ელექტრონების რაოდენობაზე, ისინი ასევე პერიოდულად მეორდებიან. ეს არის პერიოდული კანონის ფიზიკური მნიშვნელობა.
პერიოდული სისტემის ყოველი პერიოდი იწყება ელემენტებით, რომელთა ატომებს გარე დონეზე აქვთ ერთი s-ელექტრონი (არასრული გარე დონეები) და, შესაბამისად, ავლენენ მსგავს თვისებებს - ადვილად თმობენ ვალენტურ ელექტრონებს, რაც განსაზღვრავს მათ მეტალურ ხასიათს. ეს არის ტუტე ლითონები - Li, Na, K, Rb, Cs.
პერიოდი მთავრდება ელემენტებით, რომელთა ატომები გარე დონეზე შეიცავს 2 (s2) ელექტრონს (პირველ პერიოდში) ან 8 (s2p6) ელექტრონს (ყველა შემდგომ პერიოდში), ანუ მათ აქვთ დასრულებული გარე დონე. ეს არის კეთილშობილი აირები He, Ne, Ar, Kr, Xe, რომლებსაც აქვთ ინერტული თვისებები.
1869 წელს, დ.ი. მენდელეევმა, მარტივი ნივთიერებებისა და ნაერთების თვისებების ანალიზის საფუძველზე, ჩამოაყალიბა პერიოდული კანონი: მარტივი სხეულებისა და ელემენტების ნაერთების თვისებები პერიოდულად დამოკიდებულია ელემენტების ატომური მასების სიდიდეზე.პერიოდული კანონის საფუძველზე შედგენილია ელემენტების პერიოდული სისტემა. მასში მსგავსი თვისებების მქონე ელემენტები გაერთიანდა ვერტიკალური ჯგუფის სვეტებად. ზოგიერთ შემთხვევაში, პერიოდულ ცხრილში ელემენტების მოთავსებისას საჭირო იყო ატომური მასების გაზრდის თანმიმდევრობის დარღვევა, რათა შენარჩუნებულიყო თვისებების გამეორების პერიოდულობა. მაგალითად, საჭირო იყო ტელურისა და იოდის, ასევე არგონისა და კალიუმის „გაცვლა“. მიზეზი ისაა, რომ მენდელეევმა შემოგვთავაზა პერიოდული კანონი იმ დროს, როდესაც არაფერი იყო ცნობილი ატომის აგებულების შესახებ.მე-20 საუკუნეში ატომის პლანეტარული მოდელის შემოთავაზების შემდეგ პერიოდული კანონი ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად:
ქიმიური ელემენტებისა და ნაერთების თვისებები პერიოდულად არის დამოკიდებული ატომის ბირთვების მუხტებზე.
ბირთვის მუხტი ტოლია ელემენტის რაოდენობას პერიოდულ სისტემაში და ელექტრონების რაოდენობას ატომის ელექტრონულ გარსში. ეს ფორმულირება ხსნიდა პერიოდული კანონის „დარღვევებს“. პერიოდულ სისტემაში პერიოდის რიცხვი ტოლია ატომში ელექტრონული დონეების რაოდენობას, ძირითადი ქვეჯგუფების ელემენტების ჯგუფის ნომერი უდრის ელექტრონების რაოდენობას გარე დონეზე.
პერიოდული კანონის მეცნიერული მნიშვნელობა. პერიოდულმა კანონმა შესაძლებელი გახადა ქიმიური ელემენტების და მათი ნაერთების თვისებების სისტემატიზაცია. პერიოდული ცხრილის შედგენისას მენდელეევმა იწინასწარმეტყველა მრავალი აღმოუჩენელი ელემენტის არსებობა, მათთვის ცარიელი უჯრედების დატოვება და აღმოუჩენელი ელემენტების მრავალი თვისება იწინასწარმეტყველა, რამაც ხელი შეუწყო მათ აღმოჩენას. პირველი მათგანი მოჰყვა ოთხი წლის შემდეგ.
მაგრამ მენდელეევის დიდი დამსახურება მხოლოდ ახლის აღმოჩენაში არ არის.
მენდელეევმა აღმოაჩინა ბუნების ახალი კანონი. განსხვავებული, დაუკავშირებელი ნივთიერებების ნაცვლად, მეცნიერებას შეექმნა ერთიანი ჰარმონიული სისტემა, რომელიც აერთიანებდა სამყაროს ყველა ელემენტს ერთ მთლიანობაში; ატომები დაიწყო განხილვა, როგორც:
1. ორგანულად დაკავშირებულია ერთმანეთთან საერთო ნიმუშით,
2. ატომური წონის რაოდენობრივი ცვლილებების მათი ქიმიური ხარისხობრივ ცვლილებებში გადასვლის გამოვლენა. ინდივიდუალობა,
3. რაც მიუთითებს იმაზე, რომ საპირისპირო მეტალიკია. და არალითონური. ატომების თვისებები არ არის აბსოლუტური, როგორც ადრე ეგონათ, არამედ მხოლოდ ფარდობითი ხასიათისაა.
24. სტრუქტურული თეორიების გაჩენა ორგანული ქიმიის განვითარების პროცესში. ატომურ-მოლეკულური მეცნიერება, როგორც სტრუქტურული თეორიების თეორიული საფუძველი.
Ორგანული ქიმია.მთელი მე-18 საუკუნის განმავლობაში. ორგანიზმებისა და ნივთიერებების ქიმიური ურთიერთობის საკითხში, მეცნიერები ხელმძღვანელობდნენ ვიტალიზმის დოქტრინით - დოქტრინა, რომელიც სიცოცხლეს განიხილავდა, როგორც განსაკუთრებულ ფენომენს, ექვემდებარება არა სამყაროს კანონებს, არამედ განსაკუთრებული სასიცოცხლო ძალების გავლენას. ეს შეხედულება მე-19 საუკუნის ბევრმა მეცნიერმა მემკვიდრეობით მიიღო, თუმცა მისი საფუძვლები ჯერ კიდევ 1777 წელს შეირყა, როდესაც ლავუაზიემ თქვა, რომ სუნთქვა წვის მსგავსი პროცესია.
1828 წელს გერმანელმა ქიმიკოსმა ფრიდრიხ ვოლერმა (1800–1882) ამონიუმის ციანატის გაცხელებით (ეს ნაერთი უპირობოდ კლასიფიცირებული იყო როგორც არაორგანული ნივთიერება), მიიღო შარდოვანა, ადამიანისა და ცხოველების ნარჩენი პროდუქტი. 1845 წელს ადოლფ კოლბემ, ვოჰლერის სტუდენტმა, მოახდინა ძმარმჟავას საწყისი ელემენტების ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადის სინთეზირება. 1850-იან წლებში ფრანგმა ქიმიკოსმა პიერ ბერტელომ დაიწყო სისტემატური მუშაობა ორგანული ნაერთების სინთეზზე და მიიღო მეთილის და ეთილის სპირტები, მეთანი, ბენზოლი და აცეტილენი. ბუნებრივი ორგანული ნაერთების სისტემატურმა შესწავლამ აჩვენა, რომ ისინი ყველა შეიცავს ერთ ან მეტ ნახშირბადის ატომს და ბევრი შეიცავს წყალბადის ატომს. ტიპების თეორია. ნახშირბადის შემცველი ნაერთების უზარმაზარი რაოდენობის აღმოჩენამ და იზოლაციამ წამოჭრა მათი მოლეკულების შემადგენლობის საკითხი და განაპირობა არსებული კლასიფიკაციის სისტემის გადახედვის აუცილებლობა. 1840-იანი წლებისთვის ქიმიკოსებმა გააცნობიერეს, რომ ბერცელიუსის დუალისტური იდეები მხოლოდ არაორგანულ მარილებს ეხება. 1853 წელს გაკეთდა მცდელობა ყველა ორგანული ნაერთების კლასიფიკაციის მიხედვით. განზოგადებული „ტიპის თეორია“ შემოგვთავაზა ფრანგმა ქიმიკოსმა ჩარლზ ფრედერიკ ჟერარდი, რომელიც თვლიდა, რომ ატომების სხვადასხვა ჯგუფის ერთობლიობა განისაზღვრება არა ამ ჯგუფების ელექტრული მუხტით, არამედ მათი სპეციფიკური ქიმიური თვისებებით.
სტრუქტურული ქიმია. 1857 წელს კეკულემ, ვალენტობის თეორიაზე დაყრდნობით (ვალენტობა გაგებული იყო, როგორც წყალბადის ატომების რაოდენობა, რომლებიც ერწყმის მოცემული ელემენტის ერთ ატომს), ვარაუდობდა, რომ ნახშირბადი ოთხვალენტიანია და, შესაბამისად, შეიძლება გაერთიანდეს ოთხ სხვა ატომთან და წარმოქმნას გრძელი ჯაჭვები - სწორი ან განშტოებული. ამრიგად, ორგანული მოლეკულების გამოსახვა დაიწყო არა რადიკალების კომბინაციების სახით, არამედ სტრუქტურული ფორმულების სახით - ატომები და მათ შორის ობლიგაციები.
1874 წელს დანიელი ქიმიკოსი იაკობ ვანტ ჰოფიდა ფრანგმა ქიმიკოსმა ჯოზეფ აჩილ ლე ბელმა (1847–1930) გაავრცელა ეს იდეა სივრცეში ატომების განლაგებაზე. მათ სჯეროდათ, რომ მოლეკულები არ იყო ბრტყელი, არამედ სამგანზომილებიანი სტრუქტურები. ამ კონცეფციამ შესაძლებელი გახადა მრავალი ცნობილი ფენომენის ახსნა, მაგალითად, სივრცითი იზომერიზმი, იგივე შემადგენლობის, მაგრამ განსხვავებული თვისებების მქონე მოლეკულების არსებობა. მონაცემები ძალიან კარგად ჯდება მასში ლუი პასტერიღვინის მჟავას იზომერების შესახებ.
6. პერიოდული კანონი და პერიოდული სისტემა დ.ი. მენდელეევი პერიოდული სისტემის სტრუქტურა (პერიოდი, ჯგუფი, ქვეჯგუფი). პერიოდული კანონისა და პერიოდული სისტემის მნიშვნელობა.
პერიოდულისამართალი დ.ი. მენდელეევი:მარტივი სხეულების თვისებები, აგრეთვე ნაერთების ფორმები და თვისებებიელემენტების განსხვავება პერიოდულად არის დამოკიდებულიელემენტების ატომური წონის მნიშვნელობები (ელემენტების თვისებები პერიოდულად დამოკიდებულია მათი ბირთვების ატომების მუხტზე).
ელემენტების პერიოდული ცხრილი. ელემენტების სერია, რომელშიც თვისებები იცვლება თანმიმდევრულად, როგორიცაა რვა ელემენტის სერია ლითიუმიდან ნეონამდე ან ნატრიუმიდან არგონამდე, მენდელეევმა პერიოდები უწოდა. თუ ამ ორ პერიოდს დავწერთ ერთმანეთის ქვემოთ ისე, რომ ნატრიუმი იყოს ლითიუმის ქვეშ, ხოლო არგონი ნეონის ქვეშ, მივიღებთ ელემენტების შემდეგ განლაგებას:
ამ განლაგებით, ვერტიკალური სვეტები შეიცავს ელემენტებს, რომლებიც მსგავსია მათი თვისებებით და აქვთ იგივე ვალენტობა, მაგალითად, ლითიუმი და ნატრიუმი, ბერილიუმი და მაგნიუმი და ა.შ.
ყველა ელემენტი პერიოდებად დაყო და ერთი პერიოდი მეორის ქვეშ მოათავსა ისე, რომ თვისებებით და წარმოქმნილი ნაერთების ტიპებით მსგავსი ელემენტები ერთმანეთის ქვეშ მდებარეობდნენ, მენდელეევმა შეადგინა ცხრილი, რომელსაც მან უწოდა ელემენტების პერიოდული სისტემა ჯგუფებისა და სერიების მიხედვით.
პერიოდული სისტემის მნიშვნელობაჩვენ.ელემენტების პერიოდულმა სისტემამ დიდი გავლენა მოახდინა ქიმიის შემდგომ განვითარებაზე. ეს იყო არა მხოლოდ ქიმიური ელემენტების პირველი ბუნებრივი კლასიფიკაცია, რომელიც აჩვენებდა, რომ ისინი ქმნიან ჰარმონიულ სისტემას და ერთმანეთთან მჭიდრო კავშირშია, არამედ იყო ძლიერი ინსტრუმენტი შემდგომი კვლევისთვის.
7. ქიმიური ელემენტების თვისებების პერიოდული ცვლილებები. ატომური და იონური რადიუსი. იონიზაციის ენერგია. ელექტრონის მიდრეკილება. ელექტრონეგატიურობა.
ატომური რადიუსების დამოკიდებულება Z ატომის ბირთვის მუხტზე პერიოდულია. ერთი პერიოდის განმავლობაში, როგორც Z იზრდება, ჩნდება ატომის ზომის შემცირების ტენდენცია, რაც განსაკუთრებით ნათლად შეინიშნება მოკლე პერიოდებში.
ახალი ელექტრონული ფენის აგების დაწყებისთანავე, ბირთვიდან უფრო დაშორებული, ანუ, შემდეგ პერიოდზე გადასვლისას, ატომური რადიუსები იზრდება (შეადარეთ, მაგალითად, ფტორისა და ნატრიუმის ატომების რადიუსი). შედეგად, ქვეჯგუფში, ბირთვული მუხტის მატებასთან ერთად, იზრდება ატომების ზომები.
ელექტრონის ატომების დაკარგვა იწვევს მისი ეფექტური ზომის შემცირებას, ხოლო ჭარბი ელექტრონების დამატება იწვევს ზრდას. ამრიგად, დადებითად დამუხტული იონის (კატიონის) რადიუსი ყოველთვის უფრო მცირეა, ხოლო უარყოფითად დამუხტული არა (ანიონის) რადიუსი ყოველთვის აღემატება შესაბამისი ელექტრულად ნეიტრალური ატომის რადიუსს.
ერთ ქვეჯგუფში ერთი და იგივე მუხტის იონების რადიუსი იზრდება ბირთვული მუხტის მატებასთან ერთად.ეს ნიმუში აიხსნება ელექტრონული ფენების რაოდენობის ზრდით და გარე ელექტრონების მზარდი მანძილით ბირთვიდან.
ლითონების ყველაზე დამახასიათებელი ქიმიური თვისებაა მათი ატომების უნარი ადვილად დატოვონ გარე ელექტრონები და გარდაიქმნან დადებითად დამუხტულ იონებად, ხოლო არალითონებს, პირიქით, ახასიათებთ ელექტრონების დამატების უნარი უარყოფითი იონების შესაქმნელად. ატომიდან ელექტრონის მოსაშორებლად და ამ უკანასკნელის დადებით იონად გადაქცევისთვის საჭიროა გარკვეული ენერგიის დახარჯვა, რომელსაც იონიზაციის ენერგია ეწოდება.
იონიზაციის ენერგიის დადგენა შესაძლებელია ელექტრულ ველში აჩქარებული ელექტრონებით ატომების დაბომბვით. ველის ყველაზე დაბალ ძაბვას, რომლის დროსაც ელექტრონის სიჩქარე საკმარისი ხდება ატომების იონიზაციისთვის, ეწოდება მოცემული ელემენტის ატომების იონიზაციის პოტენციალი და გამოიხატება ვოლტებში. საკმარისი ენერგიის დახარჯვით, ატომიდან შეიძლება ამოღებულ იქნეს ორი, სამი ან მეტი ელექტრონი. აქედან გამომდინარე, ისინი საუბრობენ პირველ იონიზაციის პოტენციალზე (ატომიდან პირველი ელექტრონის ამოღების ენერგია) და მეორე იონიზაციის პოტენციალზე (მეორე ელექტრონის მოცილების ენერგია)
როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ატომებს შეუძლიათ არა მხოლოდ დონაცია, არამედ ელექტრონების მოპოვებაც. ელექტრონის თავისუფალ ატომთან მიმაგრების დროს გამოთავისუფლებულ ენერგიას ატომის ელექტრონებთან კავშირი ეწოდება. ელექტრონის მიდრეკილება, ისევე როგორც იონიზაციის ენერგია, ჩვეულებრივ გამოიხატება ელექტრონ ვოლტებში. ამგვარად, წყალბადის ატომის ელექტრონთა კავშირი არის 0,75 ევ, ჟანგბადი – 1,47 ევ, ფტორი – 3,52 ევ.
ლითონის ატომების ელექტრონის აფინურობა, როგორც წესი, ახლოს არის ნულთან ან უარყოფითთან; აქედან გამომდინარეობს, რომ მეტალების უმეტესობის ატომებისთვის ელექტრონების დამატება ენერგიულად არახელსაყრელია. არალითონის ატომების ელექტრონებთან კავშირი ყოველთვის დადებითია და რაც უფრო დიდია, მით უფრო ახლოსაა არალითონი პერიოდულ სისტემაში კეთილშობილ გაზთან; ეს მიუთითებს არალითონური თვისებების ზრდაზე პერიოდის დასასრულის მოახლოებასთან ერთად.
უცნობი ელემენტების მეცნიერული წინასწარმეტყველების შესაძლებლობა რეალობად იქცა მხოლოდ პერიოდული კანონის და ელემენტების პერიოდული ცხრილის აღმოჩენის შემდეგ. დ.ი. მენდელეევმა იწინასწარმეტყველა 11-ის არსებობა ახალი ელემენტები: ეკაბორონი, ეკასილიციუმი, ეკაალუმინი და ა.შ. ელემენტის „კოორდინატები“ პერიოდულ სისტემაში (სერიული ნომერი, ჯგუფი და პერიოდი) შესაძლებელი გახადა ატომური მასის უხეშად პროგნოზირება, ასევე პროგნოზირებული ელემენტის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებები. ამ პროგნოზების სიზუსტე გაიზარდა განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც პროგნოზირებული ელემენტი გარშემორტყმული იყო ცნობილი და საკმარისად შესწავლილი ელემენტებით.
ამის წყალობით 1875 წელს საფრანგეთში L. de Boisbaudran-მა აღმოაჩინა გალიუმი (ეკა-ალუმინი); 1879 წელს ლ.ნილსონმა (შვედეთი) აღმოაჩინა სკანდიუმი (ეკაბორი); 1886 წელს გერმანიაში კ.ვინკლერმა აღმოაჩინა გერმანიუმი (ეგზილიციუმი).
მეცხრე და მეათე რიგების გამოუვლენელ ელემენტებთან დაკავშირებით, დ.ი. მენდელეევის განცხადებები უფრო ფრთხილი იყო, რადგან მათი თვისებები უკიდურესად ცუდად იყო შესწავლილი. ასე რომ, ბისმუტის შემდეგ, რომელზეც მეექვსე პერიოდი დასრულდა, დარჩა ორი ტირე. ერთი შეესაბამებოდა ტელურუმის ანალოგს, მეორე ეკუთვნოდა უცნობ მძიმე ჰალოგენს. მეშვიდე პერიოდში მხოლოდ ორი ელემენტი იყო ცნობილი - თორიუმი და ურანი. დ.ი. მენდელეევმა დატოვა რამდენიმე უჯრედი ტირეებით, რომლებიც უნდა მიეკუთვნებოდეს თორიუმის წინა, პირველი, მეორე და მესამე ჯგუფის ელემენტებს. ცარიელი საკანი დარჩა თორიუმსა და ურანს შორის. ურანის უკან ხუთი ცარიელი ადგილი დარჩა, ე.ი. თითქმის 100 წლის განმავლობაში ტრანსურანის ელემენტები იყო გათვალისწინებული.
დ.ი. მენდელეევის პროგნოზების სიზუსტის დასადასტურებლად მეცხრე და მეათე რიგების ელემენტებთან დაკავშირებით, შეგვიძლია მაგალითი მოვიყვანოთ პოლონიუმთან (სერიული ნომერი 84). 84 სერიული ნომრით ელემენტის თვისებების პროგნოზირებით, დ.ი. მენდელეევმა იგი დაასახელა ტელურუმის ანალოგად და უწოდა დვიტელურიუმი. ამ ელემენტისთვის მან მიიღო ატომური მასა 212 და უნარი შექმნას EO e ტიპის ოქსიდი. ამ ელემენტს უნდა ჰქონდეს სიმკვრივე 9,3 გ/სმ 3 და იყოს დნობადი, კრისტალური და დაბალი აქროლადი ნაცრისფერი ლითონი. პოლონიუმი, რომელიც სუფთა სახით მიიღეს მხოლოდ 1946 წელს, არის რბილი, დნებადი, ვერცხლისფერი ლითონი 9,3 გ/სმ 3 სიმკვრივით. მისი თვისებები ძალიან ჰგავს თელურიუმს.
მენდელეევის პერიოდული კანონი, როგორც ბუნების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონი, განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს. ასახავს ელემენტებს შორის არსებულ ბუნებრივ ურთიერთობას, მატერიის განვითარების ეტაპებს მარტივიდან რთულამდე, ამ კანონმა აღნიშნა თანამედროვე ქიმიის დასაწყისი. მისი აღმოჩენით ქიმიამ შეწყვიტა აღწერითი მეცნიერება.
მენდელეევის პერიოდული კანონი და ელემენტების სისტემა სამყაროს გაგების ერთ-ერთი საიმედო მეთოდია. ვინაიდან ელემენტები გაერთიანებულია საერთო თვისებებით ან სტრუქტურით, ეს მიუთითებს ფენომენების ურთიერთდამოკიდებულებისა და ურთიერთდამოკიდებულების ნიმუშებზე.
ყველა ელემენტი ერთად ქმნის უწყვეტი განვითარების ერთ ხაზს უმარტივესი წყალბადიდან 118-ე ელემენტამდე. ეს ნიმუში პირველად შენიშნა D.I. მენდელეევმა, რომელმაც შეძლო ახალი ელემენტების არსებობის პროგნოზირება, რითაც აჩვენა მატერიის განვითარების უწყვეტობა.
ჯგუფებში ელემენტების და მათი ნაერთების თვისებების შედარებით, ადვილად შეიძლება გამოვლინდეს კანონის გამოვლინება რაოდენობრივი ცვლილებების ხარისხობრივზე გადასვლის შესახებ. ამრიგად, ნებისმიერი პერიოდის განმავლობაში ხდება გადასვლა ტიპიური მეტალიდან ტიპურ არამეტალზე (ჰალოგენზე), მაგრამ ჰალოგენიდან გადასვლას შემდეგი პერიოდის პირველ ელემენტზე (ტუტე ლითონზე) თან ახლავს თვისებების მკვეთრად გამოჩენა. ამ ჰალოგენის საპირისპიროდ. დ.ი.მენდელეევის აღმოჩენამ ზუსტი და საიმედო საფუძველი ჩაუყარა ატომის სტრუქტურის თეორიას, რომელმაც უდიდესი გავლენა მოახდინა მატერიის ბუნების შესახებ ყველა თანამედროვე ცოდნის განვითარებაზე.
დ.ი. მენდელეევის მუშაობამ პერიოდული ცხრილის შექმნაზე საფუძველი ჩაუყარა ახალი ქიმიური ელემენტების მიზნობრივი ძიების მეცნიერულად დაფუძნებულ მეთოდს. მაგალითები მოიცავს თანამედროვე ბირთვული ფიზიკის მრავალ წარმატებას. გასული ნახევარი საუკუნის განმავლობაში სინთეზირებული იყო ელემენტები სერიული ნომრებით 102-118. მათი თვისებების შესწავლა, ისევე როგორც მათი წარმოება, შეუძლებელი იქნებოდა ქიმიურ ელემენტებს შორის ურთიერთობის ნიმუშების ცოდნის გარეშე.
ასეთი განცხადების დასტურია შედეგები 114, 116, 118 ელემენტების სინთეზის კვლევა.
114-ე ელემენტის იზოტოპი მიღებული იქნა პლუტონიუმის 48 Ca იზოტოპთან ურთიერთქმედებით, ხოლო 116-ე კურიუმის 48 Ca იზოტოპთან ურთიერთქმედებით:
წარმოქმნილი იზოტოპების სტაბილურობა იმდენად მაღალია, რომ ისინი სპონტანურად კი არ იშლება, არამედ განიცდიან ალფა დაშლას, ე.ი. ბირთვის დაშლა ალფა ნაწილაკების ერთდროული გამოსხივებით.
მიღებული ექსპერიმენტული მონაცემები მთლიანად ადასტურებს თეორიულ გამოთვლებს: თანმიმდევრული ალფა დაშლის დროს იქმნება 112-ე და 110-ე ელემენტების ბირთვები, რის შემდეგაც იწყება სპონტანური დაშლა:
ელემენტების თვისებების შედარებით, ჩვენ დავრწმუნდით, რომ ისინი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული საერთო სტრუქტურული მახასიათებლებით. ამრიგად, გარე და წინაგარე ელექტრონულ გარსების სტრუქტურის შედარებით, შესაძლებელია მაღალი სიზუსტით წინასწარ განსაზღვროთ მოცემული ელემენტისთვის დამახასიათებელი ყველა სახის ნაერთი. ასეთი მკაფიო ურთიერთობა ძალიან კარგად ჩანს 104-ე ელემენტის - რუტერფორდიუმის მაგალითზე. ქიმიკოსებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ თუ ეს ელემენტი არის ჰაფნიუმის ანალოგი (72 Hf), მაშინ მის ტეტრაქლორიდს უნდა ჰქონდეს დაახლოებით იგივე თვისებები, რაც HfCl 4-ს. ექსპერიმენტულმა ქიმიურმა კვლევებმა დაადასტურა არა მხოლოდ ქიმიკოსების პროგნოზი, არამედ ახალი ზემძიმე ელემენტის აღმოჩენა 1(M Rf. იგივე ანალოგია ჩანს თვისებებში - Os (Z = 76) და Ds (Z = 110) - ორივე ელემენტები ქმნიან R0 4 ტიპის აქროლად ოქსიდებს.ყველაფერზე ნათქვამია ფენომენთა ურთიერთდამოკიდებულებისა და ურთიერთდამოკიდებულების კანონის გამოვლინება.
ელემენტების თვისებების შედარება როგორც ჯგუფებში, ასევე პერიოდებში და მათი შედარება ატომის სტრუქტურასთან მიუთითებს კანონზე. რაოდენობიდან ხარისხზე გადასვლა.რაოდენობრივი ცვლილებების ხარისხობრივში გადასვლა შესაძლებელია მხოლოდ მეშვეობითუარყოფის უარყოფა.გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, როდესაც ბირთვული მუხტი იზრდება, ხდება ტუტე მეტალიდან კეთილშობილ გაზზე გადასვლა. შემდეგი პერიოდი კვლავ იწყება ტუტე მეტალით - ელემენტი, რომელიც მთლიანად უარყოფს მის წინამორბედ კეთილშობილური აირის თვისებებს (მაგალითად, He და Li; Ne და Na; Ar და Kr და ა.შ.).
ყოველ პერიოდში, მომდევნო ელემენტის ბირთვის მუხტი ერთით იზრდება წინასთან შედარებით. ეს პროცესი შეინიშნება წყალბადიდან 118-ე ელემენტამდე და მიუთითებს მატერიის განვითარების უწყვეტობა.
და ბოლოს, საპირისპირო მუხტების (პროტონისა და ელექტრონის) ერთობლიობა ატომში, მეტალის და არალითონური თვისებების გამოვლინება, ამფოტერული ოქსიდების და ჰიდროქსიდების არსებობა კანონის გამოვლინებაა. ერთიანობა და წინააღმდეგობათა ბრძოლა.
აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ პერიოდული კანონის აღმოჩენა იყო მატერიის თვისებების ფუნდამენტური კვლევის დასაწყისი.
ნილს ბორის თქმით, პერიოდული ცხრილი არის „მიმმართველი ვარსკვლავი ქიმიის, ფიზიკის, მინერალოგიისა და ტექნოლოგიების სფეროებში“.
- ელემენტები 112, 114, 116, 118 იქნა მიღებული ბირთვული კვლევების ერთობლივ ინსტიტუტში (დუბნა, რუსეთი). 113 და 115 ელემენტები ერთობლივად მიიღეს რუსმა და ამერიკელმა ფიზიკოსებმა. მასალა მოგვაწოდა რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის აკადემიკოსმა იუ ც. ოგანესიანმა.
