Таблица Менделеева

ПЛАН: 1. Биография Д.И. Менделеева. 2. Накануне открытия: a) Как шла подготовка открытия периодического закона. b) Как Менделеев вплотную приблизился к своему открытию.
c) Что собирался делать Менделеев 17 февраля 1869 г. 3. День открытия, первая половина. 4. День открытия, вторая половина. 5. Путешествие по группам периодической системы Менделеева. Использованная литература: 1. “Летопись жизни и деятельности Д.И. Менделеева” Академия наук СССР. 2. “Энциклопедический словарь юного химика.” 3. “Биография великих химиков” Кари Хойниг. 4. «День одного великого открытия» Кедров Б.М. 5. «Пятая вертикаль периодической системы» Фадеев Г.Н. 6. «Путешествие по шестой группе» Кемчанинова Г.Л. 7. «Под знаком углерода» Вишневский А.Д. 8. «Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева» Агофошин Н.П. Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января 1834 г. в Тобольске. Он был последним семнадцатым ребёнком у директора Тобольской гимназии. Хотя Менделеев рано научился читать и писать и обладал необычайными математическими способностями, поступление в Тобольскую гимназию оказалось для него нелёгким делом. За всё время обучения в гимназии, включая и выпускные экзамены, Менделеев показал очень посредственные успехи, особенно по латинскому языку. В 15 лет Менделеев окончил гимназию, и его мать приложила немало усилий , чтобы юноша продолжил образование . оставшись вдовой, она с 1828 года сама управляла небольшим стекольным заводом близ Тобольска. Будущий учёный уже в юности близко ознакомился с производственным процессом. Это, по всей вероятности, было одной из причин его интереса к химической технологии. Хотя мать Менделеева очень любила Сибирь, она решила послать сына учиться за многие тысячи километры от дома, в Москву, где жил её брат. Несмотря на хлопоты дяди и его друзей, получить разрешение на поступление Менделеева в Московский университет не удалось. Весной 1850 оставшись почти без средств, Менделеевы отправились в Петербург. Там Менделеев пытался поступить в Металлургическую академию. Однако, анатомия оказалась не под силу, и ему пришлось медицину поменять на педагогику. В возрасте 21 года Менделеев блестяще выдержал выпускные экзамены, а его дипломная работа была признана полноценной докторской диссертацией. В 1857 г. Менделеев стал приват-доцентом Петербургского университета а спустя 2 года за свои выдающиеся достижения был направлен для завершения научной подготовки в заграничную командировку. В 1864 – 1866 г.г. Менделеев был профессором Петербургского технологического университета. В марте 1865 г. Менделеев был утверждён экстраординарным профессором физической химии Петербургского университета. С 1867 г. Менделеев – профессор чистой (неорганической) химии университета. В 1869 г. Менделеев опубликовал сообщения о систематизации известных тогда элементов. До конца дней (Менделеев скончался 20 января 1907 г. ) великий учёный не прекращал разнообразной и многосторонней интенсивной творческой деятельности. «Основы химии» Дмитрий Иванович начал писать в 1868 г. К этому времени было известно 63 химических элемента, описать которые и предстояло Менделееву. Для Дмитрия Ивановича было ясно, что нельзя описывать элементы хаотически, бессистемно или же следуя какому-то искусственному, формальному произвольно установленному порядку. Между тем в те времена, вплоть до открытия периодического закона, обычно было принято составлять общий список в алфавитном порядке их латинских названий, что сделал Менделеев не только на кануне написания «Основы химии», но даже ещё в 1-ой её части. Следует также отметить, что атомные веса многих элементов не были установлены к февралю 1869 г. достаточно точно. Более того, до самого конца 60-х годов для ряда элементов удерживались старые, эквивалентные веса, несмотря на то, что ещё в 1860 г. на Международном съезде химиков в Карлсруе были приняты истинные атомные веса, соответствующие закону Авогадро – Исероро. В 1868 г. Дмитрий Иванович успел написать всю 1-ую часть «Основы химии», состоящий из 2-х выпусков. Выпуск 1 был напечатан уже летом этого же года. В самом начале этого выпуска, т.е. в самом начале «Основы химии», Менделеев привёл список тех же 63 элементов, расположенных в той же алфавитной последовательности, но без атомных весов. «Основы химии» делились на 2 части. В свою очередь каждая часть составлялась из 2-х выпусков. Выпуск 1-ый части 1-ой вышел в свет ещё летом 1868 г. Он был повещен главным образом общим вопросам химии, наряду с которыми Менделеев начал описание первых элементов, игравших роль типических; это были водород (Н), кислород (О) и азот (N), причём описание азота только было ещё начато в выпуске 1-ом. Следующие выпуски должны были охватить остальные 60 элементов. Очевидно, что выпуск 2 «Основы химии» должен был включить в себя, кроме описания азота ещё и углерод (С), т.е. последнего из 4-х типичных элементов. Кроме того, как показал набросок плана «Основы химии», относящийся по-видимому, к середине 1868 г., в это выпуск Менделеев предполагал включить CL, Fe, Br, I и щелочные металлы. Следовательно, выпуск 2, а тем самым и всю 1-ую часть «Основы химии», Менделеев первоначально предполагал закончить щелочными металлами. Интересно выяснить более конкретно, каким именно вопросам Менделеев намеревался посвятить последние главы выпуска 2-ого. Дмитрий Иванович намечал описывать элементы и их соединения в следующем порядке. NaCl(гл.20), CL, ClO, т.е. соединение CL с O(гл.21) и аналоги хлора – I, Br и F(гл.22). Сейчас же вслед за галоидами в плане у Менделеева шли NA, K, Cs и Ag (последний был затем вычеркнут и перенесён во 2-ую часть «Основы химии»). Как уже говорилось выше, набросок плана «Основы химии» Дмитрий Иванович сделал в середине 1868 г., а дальнейшие изменения в этом плане сделал несколько позднее, возможно во второй половине 1868 г. Согласно этому наброску плана в 1-ую часть «Основы химии» должны были войти, кроме 4-х органогенных элементов (H,O,N,C), ещё 4-е (CL, F, Br, I) и 5 щёлочных металлов (Na, Li, K, Rb, Cs), т.е. всего 13 элементов. В таком случае во 2-ую часть следовало включить остальные 50 элементов. Однако, Менделеев решил перенести изложение материала о щелочных металлах во 2-ую часть «Основы химии», с тем чтобы 1-ую часть завершить галоидами, а во 2-ую часть начать с Na. Тем самым непосредственный переход от галоидов к щелочным металлам стал для Дмитрия Ивановича практическим вопросам о переходе от 1-ой части «Основы химии» ко 2-ой их части. Итак, Дмитрий Иванович к этому моменту уже изменил план разделения элементов между обоими частями «Основы химии».В 1-ой части осталось 8 элементов : органогены (H,О,N,С) и галоиды (Cl,Br,J); остальные 55 элементов приходились на 2-ую часть «Основы химии». Первые главы 2-ой части «Основы химии» (вып.3) Дмитрий Иванович написал вначале 1869 г., как он сам об этом сообщил.Из этих глав 1-ая посвящается Na, 2-ая – его аналог, 3-ья – теплоёмкос-
ти, 4-ая – щелочноземельным металлам. За первые полтора месяца 1869 г.(до 15 февраля), Дмитрий Иванович смог написать только первые из этих глав, возможно, что главу 3-ью он дописал позднее. Ко дню открытия периодического закона (17 февраля), он вероятно, успел уже изложить вопрос о соотношении таких полярно противоположных элементов, как щелочные металлы и галоиды,
которые были сближены между собою по величине их атомности, а так же вопрос о соотношении самих щелочных металлов по величине их атомных весов. Переходя к главе 2-ой части 2-ой «Основы химии», посвященной аналогами Na Дмитрий Иванович сразу же начинает с сопоставлениями названные выше 2-х групп элементов. Дальше Дмитрий Иванович развивает ту же мысль, подчеркивая вместе с тем полярную противоположность в химических отношений обеих групп. Он пишет : …»В качественном отношении галоиды, с одной стороны, и щелочные металлы с другой , суть элементов, наиболее противоположные друг другу, и в ряду всех прочих элементов эту противоположность характеризуют чаще всего называя галоиды электроотрицательными, а щелочные металлы – электроположительными телами…» При всем этом качественном различии есть, однако, важное количественное сходство между галоидами и щелочными металлами, Это сходство выражают, причисляя оба эти разряды элементов к числу одноатомных. Достаточно сравнить в этом отношении с водой КНО , К О, HclO и Cl O. Этим доказывается, что в количественном отношении галоиды и щелочные металлы сходственны с водородом. Следовательно, в начале 1869 г., при написании первых глав 2 –ой части «Основы химии», Дмитрий Иванович был занят мыслью о проведении параллели между обоими упоминаемыми группами элементов, при одновременном подчеркивании их полярной проти- воположности : он обращает также свое внимание и на то обстоятельство, что величина атомных весов позволяет выяснить те отношения, которые существуют между элементами, входящими в одну естественную группу. Для решающего шага к открытию периодического закона оставалось сопоставить и сблизить обе группы по величине атомных весов их членов. Другой вопрос, который стал особенно интересовать Дмитрия Ивановича, как только он приступил к написанию 2-ой части «Основы химии», состоял в том, каким образом надо было располагать вслед за щелочными металлами остальные 50 элементов. Согласно плану 1868 г, за щелочными металлами должны были следовать Mg, Ca, Sr и Bo; Zn и Pb; Ag, Hg и Сu. За ними – семейство железо и т.д. В такой примерно последовательности Дмитрий Иванович начал излагать главы 3 и 4 Части 2 –ой «Основы химии», а затем главы 5 и 6. По тому обстоятельству, что при изложении материала о щелочноземельных металлах (гл.4) Дмитрий Иванович включил в эту группу и Be, можно подумать, что главу 4 он написал уже после открытия периодического закона, ибо впервые Be был включён Менделеевым в одну группу с Mg только 17 февраля 1869 г. О том, что глава 4 написана после этой даты, свидетельствует и тот факт, Дмитрий Иванович здесь уже определят разность между атомными весами у членов групп щелочных и щелочноземельных металлов, что он стал делать так же только начиная с 17 февраля 1869 г. и что привело его к открытию периодического закона. Таким образом, вопрос об истинных атомных весах щелочноземельных металлов, описание которых, как помогал Менделеев, должно было следовать непосредственно за описанием щелочных металлов, не был окончательно решён. В связи с этим возникал общий вопрос о соотношении атомных весов у элементов различных групп и о значении атомных весов при переходе от одной естественной группы элементов к другой. В дальнейшем мы увидим, как у Дм. Ив. Сформируется в момент открытия периодического закона новые группы элементов, одна из которых включает в себя Cu, Ag и Hg, другая – Ca, Ba, Pb. В конце концов Менделеев решил всё же держаться первого наброска плана «Основы химии» и не помещать между щелочными и щелочноземельными металлами каких-либо «переходных» металлов. В итоге всего сказанного можно довольно точно определить, что было написано Дм. Ив. До 17 февраля 1869 и что – после. Всё говорит за то, что глава 1 и 2 были написаны до этой даты, т.е. ещё до открытия периодического закона, а глава 4 – после. Глава же 3 очевидно, была начата также до 17 февраля 1869 г., а затем дописана уже после этой даты. День 17 февраля 1869 г. был во всех других отношениях самым обычным понедельником. Итак, имея отпускное свидетельство в кармане и буквально «сидя на чемоданах», Дм. Ив. Встретил утро понедельника 17 февраля 1869 г. Утром этого дня он получил от Вольного экономического общества два документа, оба за подписью секретаря А. И. Ходиева: один – личное письмо Хомиева; другой – извещение от имени Совета Общества. Именно на первом письме Менделеев сделал записи истории открытия периодического закона. Оба документа касались поездки Дм. Ив. На артельные сыроварни. В тот момент, когда Менделеев вплотную подошёл к написанию следующей главы, которую следовало посвятить либо щёлочноземельным либо «переходным» металлам. В такой момент и застало его письмо Ходиева. Рассмотрим теперь карандашные записи, сделанные Дм. Ив. На письме Ходиева, которые раскрывают начальный момент открытия периодического закона и показывают первые пробы Менделеева сопоставить атомные веса несходных элементов. Наконец, записи на письме позволяют ответить ещё на один существенный вопрос: каким путём пришёл Дм. Ив. Своему открытию? Записи Менделеева на письме Ходиева свидетельствуют о том, что Дм. Ив. Начал делать своё открытие сравнения групп несходных элементов по величине их атомных весов. Если не считать сопоставления Cl c K в верхнем углу листка, то можно сказать, что на первом, начальном этапе своего открытия Дм. Ив. Сопоставил две группы, охватывающие всего 8 элементов: Na K Pb Cl ? Li Mg Zn Cd Это сопоставление двух групп и составило первый этап открытия периодического закона в день 17 февраля 1869 г. Чтобы сравнить две группы необходимых элементов по атомным весам, надо было сопоставить сразу3 не 2 произвольно выбранные группы, а несколько групп причём сопоставить их так, чтобы они вплотную примкнули одна к другой без образования громадных пустых промежутков. Но обратная сторона письма Ходиева была уже полностью исписана. Для продолжения записей Дм. Ив. берёт большой по размерам лист и вместе с этим само открытие вступило во вторую фазу своего развития Листок бумаги с названными таблицами имеет дату: 17 февраля 1869 года. Упомянутый листок содержит 2 таблицы – верхнюю и нижнюю: обе они неполные. Рассмотрим каждую отдельно. Начнём с верхней. Прежде всего, Менделеев, по-видимому, заполнил три верхние строки, находящиеся под датой, занеся на них группы F, O и N. Затем он, пропустив строчку, написал группу H – Cu. Отличие записей, которые Дм. Ив. Стал делать на новом листке бумаги, состояло в том, что теперь он начал сопоставление групп элементов не со щелочных металлов, а с галоидов, поэтому в порядке убывания атомных весов за галоидами должны были идти неметаллы – группы O, N и C.
Итак, Дм. Ив. Стремился избежать пропусков между двумя значениями атомных весов, подписанных один под другим так, чтобы между ними нельзя было поместить элементы с каким-либо промежуточным значением атомного веса. Возник вопрос о том, как от органогенов и галоидов, описанных в 1-ой части «Основы химии», перейти к металлам и тем неметаллам, рассмотрению которых отводилась 2-я часть книги.
И всё-таки был найден переход от неметаллов к наиболее сильным металлам через так называемые переходные металлы, но лишь с разницей, что теперь эти металлы образовали собою переход не между щелочными и щёлочноземельными металлами, а между неметаллами и щёлочными металлами. Итак, верхняя таблица включила в себя уже не 4, а 6 групп, охватывающих уже не 15,а 26 элементов. Наконец, уже к концу составления верхней таблицы Менделеев включил в неё и Hg=200. Итак, таблица в заключительный момент включала уже 7 групп, а общее число вошедших элементов 31, т. е. Половина всех известных в то время элементов. При этом число основных столбцов увеличилось от 4 до 5 и наметился промежуточный столбец. Что же касается оставшихся 32 элементов, ещё не включившихся в таблицу, то их число, кроме изученных элементов, входили все малоисследованные элементы, химические свойства и атомные веса, у которых не были достаточно изучены. А без этих данных включение их в общую таблицу элементов не могло не вызывать огромных трудностей и неясности. При составлении нижней таблицы Дм. Ив. учёл положительной результат, достигнутый в ходе предшествующей своей работы по составлению групп элементов. Итак, уже в начале составления нижней таблицы в ней было включено 6 сопоставленных друг с другом групп в которые вошли 23 элемента. Все элементы были вполне выдержанными для всех 23 элементов.
Но особенно важно подчеркнуть, что атомные веса вписывались именно столбцами, а не в строчку. Это означает, что уже к этому моменту Дм. Ив. стал рассматривать связи элементов в составляемой им в таблице не только в разряде групп(по горизонтали), но и в разрезе будущих рядов и периодов(по вертикали). Однако в дальнейшем дм. Ив. продолжает заносить элементы в свою таблицу горизонтальным рядом(т.е. группам), а не вертикальными(т.е. периодами), за исключением, возможно, пятого основного столбца и первого промежуточного.
После того, как проверка показала, что принятый принцип сближения несходных элементов вплотную по величине их атомных весов нигде не нарушен, можно идти дальше, можно было продолжать переносить группу элементов из верхней таблице в нижнюю, а одновременно попытаться расширить нижнюю таблицу путём включения в неё новых групп, которые отсутствовали вовсе в верхней таблице.
Итак, уже на этом этапе открытия фактически уже вставал вопрос о выборе одной из двух форм системы элементов: длинной, которая соединяет в одну группу только полные аналоги, и короткой, которая включает в одну группу, наряду с полными также и неполные аналоги. Число сопоставленных в ней групп достигло рекордной цифры 10, а число охваченных его элементов – 41. При этом число столбцов увеличилось до шести за счёт одного основного(пятого) и одного промежуточного.
Мы подходим к концу процесса сопоставления нижней таблицы. Этот момент стоял в выделении ещё одного столбца, но уже не в конце системы из числа наиболее лёгких элементов, обладающих наименьшими атомным весом. Так или иначе, но Li и Be образовали собой новый столбец. Какой же результат получился у Менделеева при составлении нижней таблицы элементов? Рассматривая его, можно сказать так: хотя нижняя таблица пополнилась 11 новыми элементами, которых не было в верхней таблице, тем не менее, обе эти таблицы являются неполными: первая из них охватила только половину всех элементов, вторая 2/3 из них.
Для Дм. Ив. становилось ясно, что составлением нижней таблицы была решена только первая, причём далеко не самая сложная и трудная часть задачи; предстояло же решить оставшуюся часть задачи с размещением элементов на периферии формирующейся системы.
Подведём общий итог первого этапа открытия периодического закона.
Именно для того, чтобы как можно удобнее, быстрее и безошибочнее разместить элементы на периферии формирующейся системы элементов Дм. Ив. прибёг к карточкам.
Таким образом, на основании данных собранных в списке элементов, составлялась довольно детальная картина в отношении каждого отдельного элемента, вполне достаточно для того, чтобы составить карточки для всех элементов.
Когда карточки для всех 63 элементов были написаны, Менделеев, не прибегая ещё к своему «химическому» пасьянсу , установил порядок включения в свою готовящуюся систему отдельных категорий элементов. Но так как все элементы были изображены теперь на карточках, то можно предположить, что разбивка их на различные категории выражалась в разбивке их карточек на несколько кучек. В таком случае те элементы, с которых Дм. Ив. намеревался начинать составление полной таблицы элементов в первую кучку карточек, затем следовала вторая их кучка, содержавшая карточки элементов, которые должны были вносить в таблицу во вторую очередь и т.д.
В первую кучку входило 27 элементов:
Li, Na, K, Rb, Cs;
F, Cl, Br, I;
O, S, Se, Te;
N, P, As, Sb, Bi;
C, Si, Sn;
Mg, Zn, Cd;
Cu, Ag, Hg.
Последняя кучка состояла из 5 элементов сомнительных:
Nb, Ta;
Th;
Er, Y.
Если теперь из общего числа 63 элементов вычесть 27 ясных и 5 сомнительных, то останется ещё 31 элемент.
В одну кучку вошли элементы с атомным весом меньше 70; условно эти элементы можно назвать «лёгким».
В другую кучку вошли все элементы с атомным весом более 70; условно их можно по этому назвать «тяжёлыми». К числу легких относится 14 элементов, их карточки составили 3-тью кучку. За ними следовало последняя, следовательно, 4-ая по счету кучка сомнительных элементов.
Разбив карточки всех элементов на кучки, Дм. Ив. определил этим общую последовательность составления таблицы элементов. Теперь «химический пасьянс» был уже подготовлен полностью, так что Менделеев мог приступить к его проведению. Речь теперь шла о том, чтобы присоединить к уже сложившейся центральной части таблицы, к её верхнем и нижнему краю, оставшиеся группы и в особенности известные уже ранее семейства элементов. Можно думать, что Дм. Ив. начал раскладывать свой «химический пасьянс» так: сначала в один рад ан расположил 5 карточек щелочных металлов, а затем под ними 4 карточки галоидов. Всего таким образом было включено в «пасьянс» сразу 27 элементов, из них 24 их центральной части системы. Это были единственные элементы, которые сразу встали на свои места и в дальнейшем не подвергались никаким перестановкам…
Дм. Ив. стал готовиться к включению в «пасьянс» карточек тяжёлых элементов из 3-ей кучки. Размещение тяжёлых металлов. Всего в 3-ей кучки было с самого начала 17 карточек: к ним присоединилась последняя карточка Be из 2-ой кучки, оставшаяся не включенная в « пасьянс». Таким образом, здесь оказалось 18 карточек.
Всего на этой стадии составления таблицы элементов в «пасьянс» было включено 12 карточек из 3-ей кучки. Остальные 9 элементов не присутствовали в нижней таблице. Поскольку после размещения карточек тяжёлых металлов из 3-ей кучки следовало к размещению карточек сомнительных элементов из 4-ой кучки, то было вполне естественно, что к этим последним Дм. Ив. присоединил карточку Ir, оставшуюся из 3-ей кучки. Для полной ликвидации второго промежуточного столбца осталось снять Ir=72? В итоге карточка Ir вновь вернулась в 4-ую кучку. В результате всех этих действий не включёнными в систему оказались 4 элемента: Ir, Er, Th, Yt. Продолжая размещение сомнительных элементов, Дм. Ив. выносит на верхний край системы Yt, Th, Er, и, наконец Ir фиксирует этот заключительный момент составления полной таблицы элементов. Дм. Ив. завершил работу над системой. Так завершился 4-ый(решающий) этап открытия периодического закона. Теперь, когда периодический закон был открыт, и была составлена периодическая система элементов в первом её варианте, оставалось сделать ещё один шаг. Речь шла о подготовке полученного результата к его публикации. Так прошёл один из величайших дней в истории науки, день открытия периодического закона и создания периодической системы химических элементов. Отдав в типографию для набора рукопись «Опыты системы элементов», Дм. Ив., естественно, не мог уехать из Петербурга на сыроварни до тех пор, пока не пришла корректура, которую он просил прислать поскорее. Для набора требовалось некоторое время, и это время Менделеев использовал для того, чтобы обобщить и обратить сделанное им открытие в виде стать, изложив в ней, то что было заключено в «Опыте системы элементов». Дм. Ив. решил опубликовать статью в только что начавшем выходить с 1869 г. «Журнале Русского химического общества». В связи с опубликованием статьи о периодическом законе в «Журнале Русского химического общества» Менделееву нужно было доложить её содержание на заседании Русского химического общества, которое собиралось по первым четвергам каждого месяца. Ближайшее после 17 февраля 1869 г. заседание приходилось, таким образом, на 6 марта 1869 г. При подготовке статьи, которая должна была являться докладом для чтения на заседании Русского химического общества, Дм. Ив. обратил особое внимание на различные таблицы элементов, в которых может быть выражена периодичность свойств элементов. Возможность таких форм была выявлена Менделеевым до составления «Опыта системы элементов». Не случайно он назвал свою первую таблицу именно опытом системы, а не системой элементов, подчёркивая этим её предварительной, пробной, не окончательный характер. Лишь в октябре 1869 г., спустя семь с половиной месяцев со дня открытия периодического закона, Дм. Ив. отказывается от признака прочности соединения и переходит к признаку их предельности при обоснования распределения элементов по их группам в периодической системе элементов. Далее Дм. Ив. указывает на то, что было сделано много попыток «открыть законность в тех отношениях, какие замечаются в рядах элементов, принадлежащих к одной группе». Приёмы определения величины атомных весов Дм. Ив. считает незыблемыми и несомненными, так что не возникает сомнений в величине истинного атомного веса для большинства элементов, особенно для тех, теплоёмкость которых в свободном состоянии уже определена. Тем не менее для подавляющего большинства элементов атомные веса были установлены в общем правильно, что позволило Дм. Ив. расположить эти элементы в последовательные ряды по величине атомных весов и открыть периодический закон. Таким образом, у Менделеева была твёрдая уверенность в фундаментальности свойства атомного веса и в истинности атомных весов большинства элементов. Работая над своей 1-ой статьёй о периодическом законе Дм. Ив. составил несколько вариантов периодической системы с целью рассмотреть открытую им закономерность с различных сторон и в различных её проявлениях. Появляется несколько вариантов системы элементов: 1. «Опыт системы элементов» 2. Второй вариант периодической системы элементов. 3. Третий вариант по сути дела мало чем отличается от предыдущего; только здесь группы расположены не горизонтально, а вертикально столбцами. 4. Четвёртый по счёту её вариант получался из «Опыта системы элементов» путём «отсечения» H и семи «сомнительных элементов» и переноса оставшихся двух нижних строк элементов на самый верх таблицы. Такой вариант системы элементов можно назвать «длинной» таблицей с растянутыми малыми периодами. Итак, всё содержание статьи «соотношение свойств с атомным весом элементов» неоспоримо свидетельствует о том, что в этой статье Дм. Ив. отразил, обобщил и подытожил тот путь, каким он шёл в день 17 февраля 1869 г. при создании периодической системы элементов. Первая статья Менделеева была посвящена только что открытому периодическому закону. Эта статья была написана в течение 11 дней с 18 по 28 февраля, и не позднее 1 марта 1869 г. была передана редактору «Русского химического общества». А сейчас рассмотри по одному элементу из каждой группы.
1. Литий Li - химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 3, атомная масса 6,94; относится к щелочным металлам.
Физические свойства. Li самый лёгкий (p=0,53 г/см³) из металлов, почти вдвое легче воды. Он серебристо-белого цвета, с ярким металлическим блеском.( Tплав = 180,5°С, Tкип=1317°С). Литий мягок, легко режется ножом. На воздухе быстро тускнеет, соединяясь с кислородом. Степень окисления = 2.
Химические свойства. Литий взаимодействует с водой, образуя щёлочь LiOH, при этом он не воспламеняется. Зато с азотом , углеродом, водородом литий реагирует легче других металлов.
Некоторые соли лития (карбонат, фторид и др.) в отличие от аналогичных солей его соседей плохо растворяются в воде.
2. Бериллий Be – химический элемент II группы периодической системы Менделеева; атомный номер 4, атомная масса 9,012. Долгое время многие химики считали, что Be – трёхвалентный металл с атомной массой 13,8. Для такого металла не находилось места в периодической системе и тогда, несмотря на очевидное сходство Be с Al, Дм. Ив. поместил этот элемент во II группу, изменив его атомную массу на 9. Вскоре шведские учёные нашли, что атомная масса Be = 9,01 и это соответствовало предположению Менделеева. Физические свойства. Чистый Be – светло-серый, лёгкий(p=1,85 г/см³), твёрдый металл.
Химические свойства. Бериллий химически активен, атом его легко отдает свои 2 электрона с внешней оболочки. На воздухе Be покрывается оксидной плёнкой BeO, предохраняющий его от коррозии и очень тугоплавкой, а воде – плёнкой Be(OH)2, которая так же защищает металл. Be реагирует серной, соляной и др. кислотами. Легко соединяется с галогенами, серой и углеродом.
Недостатками бериллия следует считать его хрупкость и токсичность. Все соединения бериллия ядовиты. 3. Бор B – химический элемент III группы; атомный номер 5, атомная масса 10,811. Физические свойства. Очень чистый бор бесцветный. Из-за примесей, мелкокристаллический бор обычно бывает тёмно-серого, чёрного или бурого цвета. Его p=2,3 г/см³. Тплав = 2075° С. Химические свойства. При обычной температуре бор взаимодействует только со фтором, при нагревании – с другими галогенами, кислородом, серой, углеродом, азотом, фосфором, с металлами, а из кислот – с азотной и серной. 4. Олово Sn – химический элемент IV группы периодической системы элементов Менделеева; атомный номер 50, атомная масса 118,69. Физические свойства. Олово – это мягкий, легкоплавкий металл. Между атомами олова и свинца нет прочных ковалентных связей, нет прочной и металлической связи. Этим и объясняется своеобразные физические свойства олова. Олово плавится при 232°С. 5. Азот N – химический элемент V группы; атомный номер 7, атомная масса 14,007. Физический свойства. Азот – бесцветный газ, состоящий из молекул N2 и с трудом вступающий в химические реакции. Существует ещё газообразный азот, имеющий устойчивый приятный золотисто-жёлтый цвет. Он получается в результате электрического разряда в атмосфере обычного азота. В замороженном виде такой азот становится голубым. При 195,8°С азот превращается в бесцветную жидкость, а при 210,5°С становится похожим на снег или лёд. Химические свойства. Газообразный азот вступает в реакцию весьма неохотно. При комнатной температуре азот реагирует только с литием, образуя нитрид Li3N. При повышенных температурах азот становится более активным, особенно а присутствии катализаторов. Химическая реактивность азота при обычных условиях объясняется прочностью её молекулы, которая состоит из двух атомов, соединённых друг с другом тремя электронными парами: N=N графическая формула :N::N: структурная формула. Самыми важными соединениями азота являются аммиак и окислы азота, из них при дальнейшей обработке можно получить один из наиболее ценных химических продуктов – азотную кислоту. 6. Сера S – химический элемент VI группы; атомный номер 16, атомная масса 32,064. Сера – это порошок жёлтого цвета. Есть сера ромбическая и моноклиническая. Третья модификация серы пластическая. Тплав = 119,3°С, Ткип = 444,6°С. p=2,06 г/см³. Степень окисления 0, +3, +4 и очень редко +6, -2. Химические свойства. Сера – умеренно- реакционно-способное вещество, в обычных условиях не взаимодействует с кислородом. При нагревании на воздухе или в кислороде она сгорает с образованием оксида SO2. При сгорании S наряду с молекулами SO2 возникает небольшое количество серы SO3. Сера в обычных условиях с Н не соединяется. Лишь при нагревании происходит обратимая реакция. Сера так же взаимодействует с галогенами. Сера с водой и разбавленными кислотами не взаимодействует. Подобно другим неметаллам, сера, селен и теллур окисляются концентрированной азотной кислотой до соответствующих кислот. Например, сера до серной кислоты. Сера так же как и О2 взаимодействует со всеми металлами, кроме золота, платины, иридия, с образованием сульфидов. Эта реакция идёт обычно при нагревании, но с некоторыми металлами без нагревания. 7. Фтор F – это химический элемент VII группы; атомный номер 9, атомная масса 18,998; относиться к семейству галогенов. Фтор – элемент, расположенный в таблице Менделеева «на полюсе» неметаллических свойств. Это самый активный, самый реакционно-способный окислитель. Даже кислород окисляется фтором. Химическая активность фтора такова, что инертные газы (криптон, ксенон, радон), долгое время считавшиеся не способными к каким-либо химическим реакциям, вступают в соединение с ним. Фтор реагирует почти со всеми простыми веществами, кроме гелия, аргона, неона, азота и углерода. Некоторые из этих реакций имеют характер взрыва. Фтор вступает в реакцию и с органическими веществами. На практике же используют не сам фтор, а его некоторые неорганические соединения. 8. Железо Fe – химический элемент VIII группы; атомный номер 26, атомная масса 55,847. Железо – блестящий, серебристо-белый металл, p=7,87 г/см³, Тплав = 1539°С, Ткип = 3200°С, его легко обрабатывать, резать, ковать, прокатывать, штамповать. Ему можно предать большую прочность и твёрдость. Железо в соединении может проявлять разные степени окисления: +2,+3,+6, редко +1,+4 и даже 0. Из соединения двухвалентного железа наиболее известны FeO – оксид железа(II), а так же сульфид и галогены. Ионы Fe образуются при растворении железа в разбавленных кислотах. А вот в концентрированных сильных кислотах азотной, серной – железо не растворяется. Практически не растворяется в щелочах. Соли Fe(III) обычно получаются при окислении оксида солей FE(II). При этом, если реакция проходит в растворе, цвет раствора меняется. Характерная для Fe светло-зелёная окраска изменяется на бурую. Соли Fe(III) склонны к гидролизу. Гидрооксиды двух- и трёхвалентного железа Fe(OH)2 и Fe(OH)3 в воде растворяются плохо.