Реферат
Тема:
«История открытия иподтверждения периодического закона Д.И. Менделеева»
.
Санкт-Петербург 2007
Введение
Периодическийзакон Д.И. Менделеева – это фундаментальный закон, устанавливающийпериодическое изменение свойств химических элементов в зависимости отувеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д.И. Менделеевым в феврале1869 г. При сопоставлении свойств всех известных в то время элементов ивеличин их атомных масс (весов). Термин «периодический закон» Менделеев впервыеупотребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировкуПериодического закона: «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых имипростых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».Графическим (табличным) выражением периодического закона является разработаннаяМенделеевым периодическая система элементов.
1. Попыткидругих ученых вывести периодический закон
Периодическаясистема, или периодическая классификация, элементов имела огромное значение дляразвития неорганической химии во второй половине XIX в. Это значение внастоящее время колоссально, потому что сама система в результате изученияпроблем строения вещества постепенно приобрела ту степень рациональности,которой невозможно было достичь, зная только атомные веса. Переход отэмпирической закономерности к закону составляет конечную цель всякой научнойтеории.
Поиски основыестественной классификации химических элементов и их систематизации началисьзадолго до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивалисьестествоиспытатели, которые первыми работали в этой области, были вызванынедостаточностью экспериментальных данных: в начале XIX в. число известныххимических элементов было ещё слишком невелико, а принятые значения атомныхмасс многих элементов неточны.
Не считаяпопыток Лавуазье и его школы дать классификацию элементов на основе критерияаналогии в химическом поведении, первая попытка периодической классификацииэлементов принадлежит Дёберейнеру.
Триады Дёберейнера и первые системы элементов
В 1829 г.немецкий химик И. Дёберейнер предпринял попытку систематизации элементов.Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединитьпо три в группы, которые он назвал триадами: Li–Na–K; Ca–Sr–Ba; S–Se–Te; P–As–Sb; Cl–Br–I.
Сущностьпредложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что атомная массасреднего элемента триады была близка к полусумме (среднему арифметическому)атомных масс двух крайних элементов триады. Хотя разбить все известные элементына триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад явно указывал наналичие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и ихсоединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещенииэлементов в соответствии с их атомными массами.
ИдеиДёберейнера были развиты Л. Гмелиным, который показал, что взаимосвязьмежду свойствами элементов и их атомными массами значительно сложнее, нежелитриады. В 1843 г. Гмелин опубликовал таблицу, в которой химически сходныеэлементы были расставлены по группам в порядке возрастания соединительных(эквивалентных) весов. Элементы составляли триады, а также тетрады и пентады(группы из четырёх и пяти элементов), причём электроотрицательность элементов втаблице плавно изменялись сверху вниз.
В1850-х гг. М. фон Петтенкофер и Ж. Дюма предложили т.н. дифференциальныесистемы, направленные на выявление общих закономерностей в изменении атомноговеса элементов, которые детально разработали немецкие химики А. Штреккер иГ. Чермак.
Вначале 60-х годов XIX в. появилось сразу несколько работ, которыенепосредственно предшествовали Периодическому закону./>Спираль де Шанкуртуа
А.де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единойпоследовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил наповерхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° кплоскости основания (т.н. земная спираль). При развертывании поверхностицилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра,находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикальпопадали литий, натрий, калий; бериллий, магний, кальций; кислород, сера,селен, теллур и т.д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство,что на одной линии с близкими по своей химической природе элементамиоказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группущелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы – ничего общего сними не имеющий титан./>Таблица Ньюлендса
Английскийучёный Дж. Ньюлендс в 1864 г. опубликовал таблицу элементов, отражающуюпредложенный им закон октав. Ньюлендс показал, что в ряду элементов,размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элементасходны со свойствами первого. Ньюлендс пытался придать этой зависимости,действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В еготаблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том жеряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Кроме того,в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец,таблица не содержала свободных мест; в итоге закон октав был принят чрезвычайноскептически./>Таблицы Одлинга и Мейера
В1864 г. У. Одлинг опубликовал таблицу, в которой элементы былиразмещены согласно их атомным весам и сходству химических свойств, несопроводив её, однако, какими-либо комментариями.
Втом же 1864 г. появилась первая таблица немецкого химика Л. Мейера; внеё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно ихвалентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобыподчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомноймассы в рядах сходных элементов.
В1870 г. вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием«Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девятивертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядахтаблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождаласьграфиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющийхарактерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин «периодичность»,уже предложенный к тому времени Менделеевым.
2. Чтобыло сделано до дня великого открытия
Предпосылкиоткрытия периодического закона следует искать в книге Д.И. Менделеева(далее Д.И.) «Основы химии». Первые главы 2-й части этой книги Д.И. написал вначале 1869 г. 1-я глава была посвящена натрию, 2-я – его аналогам, 3-я –теплоемкости, 4-я – щелочноземельным металлам. Ко дню открытия периодическогозакона (17 февраля 1869 г.) он, вероятно, уже успел изложить вопрос осоотношении таких полярно-противоположных элементов, как щелочные металлы игалоиды, которые были сближены между собой по величине их атомности(валентности), а также вопрос о соотношении самих щелочных металлов по величинеих атомных весов. Он вплотную подошел и к вопросу о сближении и сопоставлениидвух групп полярно-противоположных элементов по величине атомных весов ихчленов, что фактически уже означало отказ от принципа распределения элементовпо их атомности и переход к принципу их распределения по атомным весам. Этотпереход представлял собой не подготовку к открытию периодического закона, а уженачало самого открытия
К началу 1869 г.Значительная часть элементов была объединена в отдельные естественные группы исемейства по признаку общности химических свойств; наряду с этим другая частьих представлял собой разрозненные, стоявшие особняком отдельные элементы,которые не были объединены в особые группы. Твердо установленными считалисьследующие:
– группащелочных металлов – литий, натрий, калий, рубидий и цезий;
– группащелочноземельных металлов – кальций, стронций и барий;
– группакислорода – кислород, сера, селен и теллур;
– группаазота – азот, фосфор, мышьяк и сурьма. Кроме того, сюда часто присоединяливисмут, а в качестве неполного аналога азота и мышьяка рассматривали ванадий;
– группауглерода – углерод, кремний и олово, причем в качестве неполных аналоговкремния и олова рассматривали титан и цирконий;
– группагалогенов (галоидов) – фтор, хлор, бром и йод;
– группамеди – медь и серебро;
– группацинка – цинк и кадмий
– семействожелеза – железо, кобальт, никель, марганец и хром;
– семействоплатиновых металлов – платина, осмий, иридий, палладий, рутений и родий.
Сложнее делообстояло с такими элементами, которые могли быть отнесены к разным группам илисемействам:
– свинец,ртуть, магний, золото, бор, водород, алюминий, таллий, молибден, вольфрам.
Кроме тогобыл известен ряд элементов, свойства которых были еще недостаточно изучены:
– семействоредкоземельных элементов – иттрий, «эрбий», церий, лантан и «дидим»;
– ниобийи тантал;
– бериллий;
– торий;
– уран;
– индий.
3. Деньвеликого открытия
Д.И. был весьмаразносторонним ученым. Он давно и очень сильно интересовался вопросамисельского хозяйства. Он принимал самое близкое участие в деятельности Вольногоэкономического общества в Петербурге (ВЭО), членом которого он состоял. ВЭОорганизовало в ряде северных губерний артельное сыроварение. Одним изинициаторов этого начинания был Н.В. Верещагин. В конце 1868 г., т.е.в то время как Д.И. заканчивал вып. 2 своей книги, Верещагин обратился в ВЭО спросьбой прислать кого-нибудь из членов Общества для того, чтобы на местеобследовать работу артельных сыроварен. Согласие на такого рода поездку выразилД.И. В декабре 1868 г. он обследовал ряд артельных сыроварен в Тверскойгубернии. Для завершения обследования нужна было дополнительная командировка.Как раз на 17 февраля 1869 г. и был назначен отъезд.
Если бы Д.И. мог напередзнать, что именно 17 февраля он займется новым химическим исследованием и чтопоследующая обработка результатов займет у него столько времени, то вряд ли за2 дня до открытия он взял бы из университета, где работал, отпускноесвидетельство для поездки в ряд губерний, начиная с 17 февраля 1869 г.
Рассмотрим, как прошелдень 17 февраля и какие события в жизни и творчестве его наполнили. В связи сэтими событиями Д.И, не смог в намеченный срок выехать на сыроварни и былвынужден задержаться в Петербурге до начала марта. Все это время он был занятсовершением и обработкой периодического закона и его первичной публикацией ввиде таблицы элементов.
Чтобы лучше рассмотреть,как протекало открытие, выделим несколько стадий, которые оно прошло в течениеэтого одного дня:
1) начальнаястадия, когда Д.И. нащупал новый принцип распределения элементов, делаявыкладки на только что полученном письме от Ходнева;
2) стадиясоставления первых двух неполных набросков основной части будущей системыэлементов;
3) стадиясоставления карточек элементов для «химического пасьянса»;
4) решающаястадия – составление полного чернового варианта всей системы;
5) заключительнаястадия – переписывание набело только что открытой системы элементов дляопубликования ее в печати.
В день отъезда Д.И.получил письмо за подписью секретаря ВЭО А.И. Ходнева. Д.И., посвидетельствам современников часто использовал обратную сторону писем для своихнаучных изысканий. А поскольку его неотступно преследовала мысль о нахожденииобщей закономерности свойств элементов, то, неудивительно, что, получив письмо,он стал делать на нем наброски будущей системы элементов.
Д.И. сопоставлял неотдельные элементы, а группы элементов, имеющих сходные свойства. Начал он ссопоставления группы щелочных металлов и галоидов. Затем долго искал переход отщелочных к щелочноземельным металлам. Он предполагал, что между ними должнынаходится т. наз. «переходные» металлы (Cu, Ag, Hg), а затем все жепоставил щелочноземельные металлы после щелочных, минуя переходные.
Далее последовали двенеполные таблички элементов, составленные на одном листе бумаги, в которых Д.И.продолжал составлять из групп элементов и отдельных элементов, не вошедших вгруппы, варианты будущей таблицы.
Решающим шагом к открытиюпериодического закона стало то, что Д.И. попытался сопоставить по величинеатомных весов группы несходных элементов. Изначально Д.И.предполагал строить свою систему на основе принципа атомности (валентности)элементов. Однако затем он перешел к принципу распределения на основе величиныатомной массы элементов. Тем не менее, принцип атомности не был отброшен, онприменялся вкупе с новым принципом. Так, Менделеев выстраивал свои групп наоснове не только общности химических свойств элементов, но и на основе иходинаковой валентности. А при составлении будущих периодов таблицы, он отмечалзакономерное изменение валентности от1 до 4 при переходе от Li к C, а затем вновь до 1 припереходе к F.
При составлении нижнейнеполной таблички элементов для Д.И. становилось ясно, что решена была толькопервая, далеко не самая сложная задача – размещение уже довольно изученныхэлементов в центральной части будущей таблицы. Предстояла же самая сложная итрудная часть задачи с размещением элементов на периферии формирующейсясистемы.
В результате составлениянабросков двух неполных табличек элементов на отдельном листке бумаги выявилосьнесовершенство метода, примененного для выработки полной таблицы элементов,которая должна была охватить собой все элементы. При неясности положения тогоили иного элемента, этот элемент приходилось бы передвигать не один раз с местана место; тогда табличка заполнялась бы вычеркиваниями и поправками, что недало бы возможности быстро ориентироваться при размещении новых элементов.Нужно было найти какой-то более гибкий, более подвижный способ, которыйпозволял бы в любой момент видеть картину распределения элементов как бы вчистом виде, не заслоненную предшествующими переносами, исправлениями изачеркиваниями. Такой прием Д.И, нашел в карточках с написанными на нихэлементами. Такие карточки легко можно было переставлять, имея перед глазамивсю картину распределения элементов, достигнутого в данный момент. Вместе с темможно было в любой момент обозревать карточки тех элементов, которые еще непопали в таблицу. Так возник прием, который А.Е. Ферсман очень удачноназвал «пасьянсом».
Все 63 карточки Д.И.разделил на четыре категории по признаку их распространенности и изученности. В1-ю категорию попало 14 элементов, которые распространены повсеместно исоставляют главный материал видимых тел: Al, C, Ca, Cl, Fe, H, K, Mg, N, Na, O, P, S, Si. В силу своейраспространенности, эти элементы должны были входить в число хорошоисследованных. Во 2-ю категорию попали такие элементы (21), которые встречаютсяв свободном виде или в виде соединений, хотя и не распространены повсюду иливстречаются в малых количествах: Ag, As, Au, B, Ba, Bi, Br, Co, Cr, Cu, F, Hg, I, Mn, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Sr, Zn. Эти элементы также должны были входить в число хорошо изученных.В 3-ю категорию вошло 18 элементов редких, но хорошо исследованных: Be, Ce, Cd, Cs, In, Ir, Li, Mo, Os, Pd, Rb, Se, Te, Tl, Ur, Wo, Y. В 4-ю категорию вошло10 элементов редких и мало исследованных: Di, Er, La, Nb, Rh, Ru, Ta, Th, Va, Zr. В дальнейшем Д.И. могсделать некоторые перестановки элементов между первыми тремя категориями ипоследней категорией. Когда карточки всех 63 элементов были готовы, Д.И. неприбегая еще к «химическому пасьянсу», установил порядок включения в своюготовящуюся систему отдельных категорий элементов. Но так как все элементы былиизображены теперь на карточках, то можно предположить, что разбивка их наразличные категории выражалась в разбивке карточек на несколько кучек.Вероятно, в первую очередь в таблицу должны были войти наиболее изученныеэлементы, причем те, связи между которыми были бесспорно выяснены напредшествующей стадии открытия периодического закона. При определении порядкавключения элементов в таблицу признак распространенности не имел существенногозначения, тогда как решающее значение приобретал атомный вес. Сначала вносилисьв таблицу более легкие, а затем – более тяжелые элементы. Первая кучка –наиболее изученные элементы; следующие за ней две кучки – менее изученныеэлементы; из них вторая – «легкие», третья – «тяжелые» элементы; четвертая –слабо изученные элементы. Разбив карточки всех элементов на кучки, Д.И.определил этим общую последовательность составления таблицы элементов.
К моменту раскладывания«пасьянса» открытие периодического закона вступило в свою решающую фазу.Определяющая роль атомного веса при сопоставлении групп несходных элементоввыяснилась в полной мере. Центральная часть будущей системы элементовсформировалась в своей основе. Осталось «только» одно: доказать всеобщий характертого принципа, который уже был доказан в его применении к центральной частитаблицы. Но это «только» составляло главную, непреодолимую еще трудность присоздании периодической системы элементов.
При доведении до концапостроения своей таблицы элементов Д.И. продолжил применять тот же приемсопоставления групп несходных элементов, с помощью которого он начал строитьэту таблицу в первых записях, сделанных на письме Ходнева, и в обеих неполныхтабличках. Так, путем преставления карточек элементов на основе имеющихся ужесведений, и был открыт периодический закон.
Когда периодический законбыл открыт, и была составлена система элементов в первом ее варианте,оставалось оформить достигнутый результат в виде чистой таблицы, по которойдругие ученые могли бы ознакомиться с открытием, сделанным Д.И. Припереписывании таблицы набело Д.И. внес следующие изменения: элементы в нейрасполагались не в порядке убывания, а в порядке возрастания атомных весов, т.е.более тяжелые элементы подписывались под более легкими, а на тех местах, гдебыли пропуски и где можно было предполагать не известные еще элементы, Д.И.поставил знак вопроса и предположительно вычислил атомные веса.
Отдав в типографию длянабора рукопись «Опыта системы элементов», Д.И. не мог уехать из Петербурга насыроварни до тех пор, пока не пришла корректура. Для набора требовалось время,и это время Д.И. использовал для того, чтобы обобщить и обработать сделанное имоткрытие в виде статьи, изложив в ней то, что было заключено в «Опыте системыэлементов». К моменту написания статьи Д.И. составил уже много различныхвариантов системы элементов, основанной на их атомном весе. Свою статью онозаглавил «Соотношение свойств с атомным весом элементов»
В своей статье Д.И.писал: «Убедясь предыдущею таблицею в том, что атомный вес элементов можетслужить опорою их системы, я первоначально расположил элементы в непрерывномпорядке по величине атомного веса и тотчас заметил, что существуют некоторыеперерывы в ряду таким образом поставленных элементов». Анализируя это и другиевысказывания Д.И., можно сделать вывод о том, что Д.И. сначала составил свой«Опыт системы элементов» (путем сопоставления групп элементов), а затемубедился, что атомный вес может являться основой системы элементов. После этогоД.И. приступил к дальнейшему исследованию открытой им закономерности, и этосвое дальнейшее исследование начал с того, что расположил все элементы внепрерывный ряд по возрастанию их атомных весов. Это опровергает мнениенекоторых химиков, будто сначала Д.И. составил общий ряд элементов по величинеих атомного веса, и только после этого он заметил периодичность в изменениисвойств; затем он разделил общий ряд на периоды и составил из этих отрезковсвой «Опыт системы элементов». Все содержание статьи неоспоримо свидетельствуето том, что в этой статье Д.И. отразил, обобщил и подытожил тот путь, каким оншел в день 17 февраля 1869 г. При создании периодической системыэлементов.
4. После днявеликого открытия
В марте 1869 г.,тут же после окончания статьи «Соотношение свойств с атомным весом элементов»Д.И. поехал на артельные сыроварни. Накануне отъезда, 1 марта 1869 г. Онразослал многим химикам отпечатанный листок с «Опытом системы элементов». 6марта состоялся доклад о системе элементов в заседании русского химическогообщества.
По причинеотсутствия Д.И. в Петербурге, доклад о его открытии сделал профессор Н.А. Меншуткин.В связи с этим позднее возникли различные легенды по этому поводу. Наиболеераспространенной стала легенда о мнимой болезни Д.И., которую распространил Б.Н. Меншуткин(сын Н.А. Меншуткина). А М.Н. Младенцев предложил совсем ужневероятное объяснение: «Первое сообщение было сделано 6 марта 1869 г. Взаседании Химического общества проф. Н.А. Меншуткиным, так как сам Д.И.,видимо, волновался и не решался выступить, хотя ему и ясно было все великоезначение настоящего открытия». Все эти легенды ни в коей мере не соответствуютдействительности. Причина выступления Меншуткина вместо Менделеева была совсемв другом.
5. Применение Д.И. Менделеевымметодов научного познания
Научноеоткрытие такого масштаба, как открытие периодического закона, не могло бысовершиться в столь краткий срок, если бы его автор не владел в совершенствеподлинно научным методом познания, методом научного исследования явленийприроды.
1) Методвосхождения.
Методвосхождения отвечает движению познания от непосредственно данного, исходного, краскрываемому лишь опосредованно, при помощи абстрактного мышления.Следовательно, метод восхождения в самой общей форме выражает то обстоятельство,что развитие мысли в ходе научного познания, как и всякое развитие совершаетсяне хаотически, а в определенном направлении, строго последовательно. Сам Д.И.писал: «Познание и полное обладание предметами состоит из трех степеней: 1)наблюдение, констатирование факта, я вижу, но не знаю, как сделать, отчего ипр. Ему соответствует описание, изучение факта. 2) Соотношение факта снекоторыми другими – закон, этому соответствует измерение. 3) Теория – связьвнутренняя с цельным миросозерцанием… начинается гипотезою, кончаетсятеоретическим открытием новых явлений, выводом всего из одного положения. Этомусоответствует предсказание явления в совершенной его точности, открытие новыхявлений».
Такимобразом, становится понятно, что, вопреки существующим в нашей литературемнениям, Д.И. не был приверженцем только индуктивного метода. Индукцию в ееправильном понимании Д.И. не противопоставляет дедукции, а фактическирассматривает в единстве с ней.
При такомметоде познания происходит переход от простейших «клеточек», как их назвал самД.И. к более общим законам. Такой «клеточкой» стало рассмотрение в 1-ой части«Основ химии» поваренной соли NaCl. Можно сказать, что, выбрав NaCl в качестве исходноговещества при изложении систематической части химии, Д.И. выбрал нечто простое,обычное, множество раз встречающееся в практике человека. Именно такой и должнабыть «клеточка» науки, с которой следует начинать изложение этой науки. Дело втом, что в этом соединении уже были даны в их естественной связи (химической)представители двух наиболее характерных, причем полярно противоположных,химических элементов – Na и Cl отправляясь от соотношения обоих этих элементов,существующего в самой природе, Д.И. нашел сразу ключ к дальнейшему развитиюсвоей творческой мысли. Именно отсюда вытекала необходимость сопоставить двегруппы наиболее несходных между собой элементов – галогенов и щелочныхметаллов.
Следует ещеотметить, что на всем протяжении совершаемого открытия Д.И. строгопридерживался выработавшейся последовательности – переходить от известного кнеизвестному и от более известного к менее известному.
Всякий законв науке устанавливается в итоге обобщения. Тем самым рассмотрение методавосхождения непосредственно приводит к рассмотрению другого, связанного с нимметода, который можно назвать методом обобщения.
2) Методобобщения. Переход от особенного ко всеобщему.
Путь познаниялюбого закона природы исторически, вполне закономерно проходит отдельныеступени. В общем случае таких ступеней можно выделить три:
а) Исходнымявляется собирание или накопление отдельных, единичных фактов, относящихся кизучаемому кругу явлений. Регистрируя каждый такой отдельный факт, мывысказываем полученный нами результат в форме единичности.
б) По меренакопления отдельных фактов во избежание того, чтобы не образовалсянеразличимый хаос данных, мы группируем или классифицируем собранный материал.Мы соединяем все сходное в одну особую группу, отличая ее от столь же особыхкатегорий или групп. Соответственно этому мы выражаем достигнутый теперь результатв форме особенности.
в) Разбивкаизвестных фактов на разобщенные между собой особые группы по признаку их особыхсвойств и на основе учета сходства, противопоставленного различию, лежит воснове искусственных или формальных классификаций. Естественная жеклассификация предполагает прежде всего нахождение общего признака или общейосновы, лежащей в фундаменте всего данного круга явлений, и объединяющей собойвсе разобщенные группы. В соответствии с этим за ступенью особенности всегдаследует та высшая ступень познания, на которой открывается закон природы.Открывая закон природы, мы выражаем достигнутый результат в форме всеобщности.
Такимобразом, путь познания закона – это путь движения научной мысли от единичности(свойства отдельных элементов) к особенности (группы сходных по свойствамэлементов) и от особенности к всеобщности (периодический закон).
Развитиенаучного познания, идущего от единичного через особенное ко всеобщему, можетбыть охарактеризовано в соответствии с тем, как логически соотносятся междусобой различные звенья в общей цепи поступательного движения научной мысли.Если совокупность всех взаимосвязанных элементов принять за целое, то разбивкуэлементов на различные обособленные между собой группы мы можем рассматриватькак деление целого на части. В таком случае переход от отдельных, обособленныхгрупп к общей системе выступит как переход от анализа к синтезу. Напротив,вычленение или выделение из общей системы отдельных групп элементов будетозначать обратное движение от синтетического подхода к аналитическому. По сутидела вся стадия разбивки элементов на их естественные группы представляет собойстадию анализа, если ее рассматривать по отношению ко всей совокупностихимических элементов. Но вместе с тем, если ее брать по отношению к отдельнымэлементам, она выступает уже как подготовка перехода к синтезу черезобъединение элементов в некоторые новые единицы – группы, из которых, как изстроительных кирпичиков можно будет построить здание целостной, охватывающейвсе элементы системы, т.е. осуществить теоретический синтез. В ходе открытияпериодического закона и создания системы элементов выпукло проявиласьвзаимосвязь между синтезом и анализом в познавательном процессе –подготовительная функция анализа и заключительная синтеза.
3) Сравнительныйметод
Суть метода,который Д.И. называл сравнительным, состоит в том, что элементы рассматриваютсяне изолированно, не сами по себе, а в их общей взаимной связи и в их взаимныхотношениях. Уже на первых порах его применения сравнительный метод далгромадный выигрыш, так как позволял не только сопоставлять разные группыэлементов между собой, но и проверять, насколько их сопоставление проведеноправильно, а в связи с этим, насколько правильно составлены и сами группы.
Будучиисходным пунктом для разработки и применения сравнительного метода, сличениеатомных весов подводило непосредственно к формулировке самого периодическогозакона, основанной на признании, что «величина атомного веса определяетхарактер элемента…».
Развитие Д.И.сравнительного подхода к изучению элементов вылилось 17 февраля 1869 г. Вконкретную задачу: составить общую систему и найти в ней естественное место длякаждой группы, а тем самым для каждого отдельного элемента.
С однойстороны, периодический закон был открыт при помощи сравнительного метода, а сдругой – его открытие явилось мощным стимулом к дальнейшему совершенствованиюэтого метода.
Заключение
периодическийменделеев познание научный
В отличие отсвоих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал наналичие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но ирешился назвать эти закономерности общим законом природы. Он взял на себясмелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет свойстваэлемента, изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описатьсвойства неоткрытых ещё элементов.
Д.И. Менделеевна протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеиполучили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевымэлементы: галлий (П. Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Л. Нильсен,1879) и германий (К. Винклер1886) – соответственно экаалюминий, экабор иэкасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательнопризнан в качестве одной из теоретических основ химии.
Хотяклассификация Менделеева и имела значительные достоинства, которыеспособствовали ее быстрому распространению и превращению в руководящий критерийдля исследований в области неорганической химии, она не была полностью лишена недостатков.Первый недостаток таблицы заключался в том, что водород, как одновалентныйэлемент был помещен в начале I группы. Помещение элементов меди, серебра изолота в I группе вместе со щелочными металлами и в VIII группе вместе сметаллами группы железа и группы платины явно непоследовательно. Другиеотклонения замечаются в VI, VII, и VIII группах.
Для того,чтобы периодическая система приобрела еще большую предсказательную силу и моглабыть усовершенствована, имели значение работы по неорганической химии,проведенные в последние десятилетия XIX века. Толчком к пересмотруклассификации послужили исследования редких земель, которые привели к выделениюмногих элементов, не поддававшихся обычному способу классификации, и к открытиюблагородных газов Рамзаем и Рэлеем
В начале XXвека Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведенияв соответствие с новейшими научными данными. Д.И. Менделеев и У. Рамзайпришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы элементов,в которую вошли инертные газы. Инертные газы явились, таким образом,элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунернашёл решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложивв 1902 г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинномварианте таблицы шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый,которые в свою очередь длиннее, чем второй и третий периоды.
Дальнейшееразвитие Периодического закона в было связано с успехами физики: установлениеделимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности в концеконцов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов исоздать теорию Периодической системы.
Мощный толчокдля новых исследований внутренней природы элементов был дан открытием в 1898 г.супругами Кюри радия и тем комплексом явлений, которые известны под названиемрадиоактивности.
Для химиисерьёзную проблему составляла необходимость размещения в Периодической таблицемногочисленных продуктов радиоактивного распада, имеющих близкие атомные массы,но значительно отличающиеся периоды полураспада. Т. Сведберг в 1909 г.доказал, что свинец и неон, полученные в результате радиоактивного распада иотличающиеся по величине атомных масс от «обычных» элементов, химически имполностью тождественны. В 1911 г. Ф. Содди предложил размещатьхимически неразличимые элементы, имеющие различные атомные массы (изотопы) водной ячейке таблицы.
В 1913 г.английский физик Г. Мозли установил, что корень из характеристическойчастоты рентгеновского излучения элемента (н) линейно зависит от целочисленнойвеличины – атомного номера (Z), который совпадает с номером элемента вПериодической таблице:
/>,
где А и b – константы
Закон Мозлидал возможность экспериментально определить положение элементов в Периодическойтаблице. Атомный номер, совпадающий, как предположил в 1911 г. голландскийфизик А. Ван Ден Брук, с величиной положительного заряда ядра атома, сталосновой классификации химических элементов. В 1920 г. английский физик Дж. Чедвикэкспериментально подтвердил гипотезу Ван ден Брука; тем самым был раскрытфизический смысл порядкового номера элемента в Периодической системе.Периодический закон получил современную формулировку: «Свойства простыхвеществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся впериодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов».
В 1921–1923 гг.,основываясь на модели атома Бора-Зоммерфельда, представляющей собой компромиссмежду классическими и квантовыми представлениями, Н. Бор заложил основыформальной теории Периодической системы. Причина периодичности свойствэлементов, как показал Бор, заключалась в периодическом повторении строениявнешнего электронного уровня атома.
Списокиспользованных источников
1. Кедров Б.М. Деньодного великого открытия. – М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 640 с.
2. Ахметов Н.С. Актуальные вопросы курсанеорганической химии. – М.: Просвещение, 1991. – 224 с.
3. Корольков Д.В. Основы неорганическойхимии. – М.: Просвещение, 1982. – 271 с.
4. Джуа М. Историяхимии. – М.: Мир, 1975. – 480 с.