Периодический закон, открытый Дмитрием Менделеевым в 1869 году, является одним из фундаментальных законов природы и важнейшим достижением науки 19 века. Это открытие навсегда изменило химию, превратив ее из описательной науки в точную науку, давшую возможность предсказывать свойства химических элементов. Давайте разберемся, как родилось это гениальное открытие и почему оно так важно.
Предпосылки открытия периодического закона
В первой половине 19 века химия активно накапливала фактические знания о свойствах известных химических элементов и их соединений. Одновременно развивалось атомно-молекулярное учение, объясняющее природу химических превращений. Ученые начали замечать, что между элементами существует какая-то система.
Еще в 1817 году немецкий химик И. Деберейнер обнаружил, что некоторые элементы образуют группы по три - триады. В триадах атомная масса элемента посередине была примерно равна среднему арифметическому атомных масс крайних элементов (например, для триады Cl — Br — I). Это открытие указывало на наличие взаимосвязи между атомными массами и свойствами элементов, хотя объяснить ее тогда не удавалось.
В 1862 году французский геолог А.Э. Шанкуртуа предложил классификацию элементов на основе их атомных масс и химических свойств. В 1864 году английский химик Дж. Ньюлендс заметил, что элементы, расположенные по возрастанию атомных масс, обнаруживают сходство через каждые семь элементов. Однако ни одна из предложенных классификаций не охватывала все известные элементы.
Д.И. Менделеев и его работа над учебником "Основы химии"
Решающий вклад в открытие периодического закона внес русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Он родился в 1834 году в Сибири, окончил Главный педагогический институт в Петербурге и всю жизнь занимался научной и педагогической деятельностью.
В 1868-1870 годах Менделеев работал над учебником "Основы химии", в котором хотел изложить всю совокупность знаний по химии того времени. При подготовке материалов для учебника он столкнулся со сложностью систематизации описания химических элементов. Менделеев решил отказаться от принятого тогда алфавитного порядка и попытался найти внутреннюю логику, позволяющую установить взаимосвязи между элементами.
После долгих размышлений и записей на отдельных карточках Менделеев обнаружил, что свойства элементов повторяются периодически при увеличении их атомных масс. Это фундаментальное открытие позволило ему расположить элементы в определенной последовательности - периодической таблице.
Публикация первого варианта Периодической таблицы
Первый вариант таблицы Менделеев опубликовал 17 февраля (1 марта по новому стилю) 1869 года в статье "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве". В этой таблице элементы были расположены по 19 горизонтальным рядам и 6 вертикальным группам строго по возрастанию атомных весов.
"Когда я стал окончательно оформлять мою классификацию элементов, я написал на отдельных карточках каждый элемент и его соединения, и затем, расположив их в порядке групп и рядов, получил первую наглядную таблицу периодического закона." - Д.И. Менделеев
Сам Менделеев на заседании Русского химического общества, где было сделано сообщение о его открытии, отсутствовал. В это время он по заданию Вольного экономического общества обследовал сыроварни в Тверской и Новгородской губерниях.
Доработка Периодической таблицы (1870-1871)
Открытие периодического закона на этом не завершилось. Менделеев продолжал совершенствовать и дорабатывать свою таблицу. Уже в 1870 году в учебнике "Основы химии" он опубликовал второй вариант Периодической таблицы:
- Горизонтальные ряды превратились в 8 вертикальных групп
- Вертикальные столбцы стали горизонтальными периодами
- Каждый период разделялся на 2 ряда - подгруппы
В 1871 году в статье "Периодический закон химических элементов" Менделеев дал классическую формулировку открытого им закона:
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомного веса элементов.
В этой же работе Менделеев сделал смелые, но верные предсказания существования еще не открытых элементов и предсказал их свойства на основании периодического закона. Это стало подлинным триумфом его открытия.
Триумф Периодического закона (1871-1890)
После публикации периодического закона Д.И. Менделеев приобрел мировую известность как выдающийся химик. Его открытие быстро признали ведущие ученые Европы. Уже в 1871 году статья Менделеева о периодическом законе была переведена на немецкий язык и разослана крупнейшим химикам.
Главным подтверждением правильности периодического закона стало открытие предсказанных Менделеевым новых элементов с экспериментально подтвержденными им свойствами:
- Галлий (экаалюминий) - 1875
- Скандий (экабор) - 1879
- Германий (экасилиций) - 1886
Кроме того, благодаря периодической таблице были исправлены атомные массы многих элементов, а также определены ранее неизвестные валентности ряда элементов.
Периодический закон позволил не только классифицировать уже открытые элементы, но и целенаправленно синтезировать новые, искусственные элементы, отсутствующие в природе. Это открыло путь к получению радиоактивных элементов и изучению ядерных реакций.
Таким образом, открытие Д.И. Менделеева превратило химию из описательной науки в точную науку, способную предсказывать свойства веществ и их поведение в химических реакциях. Периодический закон навсегда вошел в фундамент современной химии.
Личность Д.И. Менделеева
Дмитрий Иванович Менделеев обладал удивительным трудолюбием и целеустремленностью. Ученый мог работать по 18 часов в сутки, сосредоточившись на решении важных научных проблем. Именно эти качества помогли ему сделать открытие периодического закона.
В то же время Менделеев отличался научной добросовестностью и скрупулезностью. Прежде чем опубликовать свою Периодическую таблицу, он тщательно проверил все известные на тот момент данные об атомных массах и свойствах химических элементов. Это позволило ему сделать обоснованные выводы.
Менделеев обладал поистине энциклопедическими знаниями и широтой научных интересов. Помимо химии, он внес большой вклад в развитие физики, метрологии, экономики, нефтехимии, воздухоплавания. Ученый активно занимался также педагогической и общественной деятельностью.
Вместе с тем Менделеев славился своим трудным характером, был очень принципиален и порой резок в суждениях о коллегах и их работах. Он нажил немало научных оппонентов, вступая в острые дискуссии по различным вопросам.
Интересные факты об открытии
Существует множество легенд о том, как именно родилась гениальная идея Периодической таблицы у Менделеева. По одной из версий, озарение пришло к ученому, когда он играл в пасьянс, раскладывая карточки с названиями химических элементов.
Любопытно, что Менделеев интересовался спиритизмом и даже участвовал в спиритических сеансах. По одной из гипотез, идею Периодической таблицы ему подсказал дух во время такого сеанса.
После публикации Периодической таблицы Менделеев вступил в многолетнюю дискуссию с немецким химиком Лотаром Мейером по поводу приоритета в открытии периодического закона. Оба ученых независимо друг от друга сделали это открытие практически одновременно.
Первые варианты Периодической таблицы, опубликованные Менделеевым, имели довольно необычный внешний вид. Элементы были размещены в несколько колонок, а не в одну, как принято сейчас. Это делало таблицу громоздкой.
Значение Периодического закона
Открытие периодического закона превратило химию из описательной науки в точную науку, давшую возможность предсказывать свойства неизвестных элементов. Благодаря этому закону стала понятна взаимосвязь и закономерность в изменении свойств всех химических элементов.
Кроме того, периодический закон позволил упорядочить и систематизировать накопленные к тому времени обширные знания о свойствах веществ. Это дало мощный импульс для дальнейших исследований в области химии.
Благодаря предсказательной силе периодического закона был открыт целый ряд новых химических элементов с заранее известными свойствами. Это открыло путь к синтезу и изучению радиоактивных элементов и ядерных реакций.
Периодический закон Д.И. Менделеева навсегда вошел в число величайших достижений человеческой мысли наряду с открытиями Ньютона, Эйнштейна и других гениев науки. Он был положен в основу современной химии.
Периодический закон сегодня
За полтора века с момента открытия периодического закона Периодическая таблица химических элементов существенно пополнилась и усовершенствовалась. Сегодня в ней насчитывается уже 118 элементов. Периодический закон включен в обязательную школьную программу и изучается всеми школьниками.
Открытие периодического закона дало толчок для множества научных исследований в области химии, физики, кристаллографии и других наук. Ученые продолжают открывать все новые сверхтяжелые химические элементы и исследовать закономерности Периодической таблицы. В частности, ведутся работы по поиску "островов стабильности" среди сверхтяжелых элементов.
Таким образом, гениальное научное открытие, сделанное 150 лет назад, до сих пор служит фундаментом современной науки и стимулом для новых исследований. Периодический закон Д.И. Менделеева бесспорно является одним из величайших достижений человечества.
Объяснение периодического закона
Сам Д.И. Менделеев не мог дать убедительного объяснения открытому им периодическому закону. В те времена еще не была известна внутренняя структура атома, поэтому ученый сомневался в возможности теоретического обоснования периодичности.
После 1871 года Менделеев оставил работу над периодическим законом и сосредоточился на экспериментальных исследованиях в области физики, метрологии и изучения свойств газов. Эти исследования также принесли ему мировую известность.
Лишь после открытия электрона в 1897 году и создания в начале XX века квантовой теории строения атома появилась возможность объяснить периодичность изменения свойств химических элементов.
Развитие Периодической таблицы в XX веке
В XX веке, после открытия периодического закона, число известных химических элементов существенно увеличилось. Были открыты лантаноиды и актиноиды, которые заняли отдельные места в нижних строках Периодической таблицы.
Кроме того, было установлено существование изотопов - разновидностей химических элементов с разным числом нейтронов в ядре. Это привело к некоторому пересмотру значений атомных масс элементов.
Таким образом, Периодическая таблица претерпела ряд модификаций, но ее основополагающие принципы, открытые Менделеевым, остались неизменными. Периодический закон сохранил свое фундаментальное значение для химии и смежных наук.
Периодический закон в научной фантастике
Уникальность и фундаментальность периодического закона нашли отражение в произведениях научной фантастики. В ряде фантастических произведений предполагается, что Периодическая таблица элементов имеет вселенское значение.
Например, в фильме "Чужой: Завет" героиня-андроид считает, что периодическая таблица записана в самой ткани Вселенной. В книге "Совершенная точка" утверждается, что Периодическая таблица является кодом, задающим фундаментальные константы нашей Вселенной.
Такое восприятие периодического закона свидетельствует о том, насколько глубоко это открытие повлияло на представления человечества о мироустройстве и законах природы.
Популяризация периодического закона
Открытие периодического закона, безусловно, нуждается в популяризации среди широкой общественности. Это позволит привлечь внимание к одному из величайших научных достижений человечества.
Для популяризации можно использовать создание научно-популярных фильмов и книг об истории открытия, о личности Д.И. Менделеева. Интересными формами являются интерактивные выставки, квесты, тематические флешмобы.
Периодический закон должен изучаться не только в рамках школьной программы, но и во время различных научных шоу, лекториев, открытых уроков для всех желающих. Такое просветительство откроет для многих красоту и величие этого закона природы.
