Открытие периодического закона

После утверждения атомно-молекулярной теории важнейшим событием в химии было открытие периодического закона. Попытки создания систематики химических элементов предпринимались долгое время. Над этим важнейшим для химии вопросом работал ряд ученых, начиная с 1817 года Доберейнера. Помимо химического сходства у Доберейнера имело место и закономерность в отношении атомного веса. Лишь через 30 лет ученые вернулись к обсуждению этого вопроса, но существенных сдвигов получено не было. В 1862 году Шанкуртуа разместил элементы в порядке возрастания атомных весов по винтовой линии, описанной вокруг цилиндра. Сходные по свойствам элементы располагались друг под другом.

В 1864 году появились работы Мейера и Одлинга. первый из них объединил 6 групп элементов. В 1865 году Ньюлендс расположил химические элементы в порядке возрастания их атомных весов по октавам, т.к. заметил, что их свойства повторяются на восьмом элементе. Не открытые элементы не получили своего места в таблице, т.е. никаких пропусков в его таблице не было.

И только в 1869 году Д.И.Менделеев предложил свой первый вариант периодического закона. Он заключался в следующем:

а) «Элементы, расположенные по величине атомного веса, представляют явственную периодичность свойств.»

б) «Величина атомного веса определяет характер элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела.»

в) «Должно ожидать открытия ещё многих неизвестных простых тел»

г) «Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналоги.»

д) «Некоторые аналоги элементов открываются по величине веса их атома», но колонок было 17.

В 1870 году Мейер опубликовал свою таблицу, ссылаясь на таблицу Менделеева, несколько отличающуюся по форме, но не по существу. Мейер не допускал изменения атомного веса.

Гениальность Менделеева заключалась в том, что некоторые элементы

( Os, Ir, Pt, Au, Te, J, Ni, Co )

он расположил вопреки их атомным весам, т.к. они были определены в то время неточно. И это в дальнейшем подтвердилось. И самое главное, он допускал существование ряда элементов ещё не открытых. Нужна была гениальность Менделеева, чтобы пойти на все это и дать в 1871 году развернутое изложение периодической системы элементов, мало отличающейся от современной. Кроме того, он предсказал подробную химическую характеристику некоторых ещё не открытых элементов атомным весом 44, 68 и 72.

экаалюминий	экабор	экасилиций
Ga	Sc	Ge
галий	скандий	германий
1875	1879	1886

и ещё трех Tc _{[Технеция]}, Re и Po.

Первоначально этот закон был принят химиками очень холодно. Окончательное признание этот закон получил в 1890 году. Большое испытание закон выдержал после открытия в 1893 году аргона – инертного газа. Лишь после нахождения гелия и других инертных газов стало ясно, что все они являются членами особой группы – восьмой, т.е. периодическая таблица была надстроена, после седьмой группы Менделеев добавил восьмую группу элементов – инертных газов. Следующим этапом в развитии этого закона были работы Мозли в 1912 году, который показал, что истинной основой этого закона являются не атомные веса, а положительные заряды ядер атомов, численно выражаемые атомными номерами соответствующих элементов. Исследования Мозли подтвердили положение в таблице некоторых элементов, которые стояли как бы не на своем месте (Co с Ni), (Te _{[теллур]} с J) и Ar _{[аргона]} перед K _{[калием]}. Работы Мозли со всей определенностью установили, что между водородом и гелием новых элементов быть не может и что общее их число между барием (№56) и танталом (№73) – 16.

Например, переход от аргона (№18) к калию (№19) связан с возникновением добавляемого электрона в уже имеющийся внешний слой, а у Sc (№21) наиболее устойчива структура 2, 8, 9, 2, т.е. включение нового электрона происходит во второй снаружи слой и т.д., до меди, атом которого имеет структуру 2, 8, 18, 1. Дальше идёт заполнение наружного слоя, начиная с меди до Kr – криптона. В 5, 6 ряду эти свойства повторяются. В 6 ряду у лантана (№57) новый электрон включается во второй снаружи слой 2, 8, 18, 18, 9, 2. А у лантаноидов №58 ... до Lu (№71) в третий снаружи слой 2, 8, 18, 19, 9, 2 №58 – Ce. и т.д. до 32 электронов, что соответствует №71 – лютецию.

В следующем элементе №72 – Hf гафний заполняется второй снаружи слой 2,8,18,32,10,2 и с химической стороны он должен быть аналогом не лантаноидов, а циркония 2,8,18,10,2 – Zr. Поэтому и искать его надо было не в тех рудах, которые содержат лантаниды, в циркониевых минералах. И действительно, после этого открытия Hf (№72) был найден в циркониевой руде (в1923 году). После открытия Hf расположение лантаноидов в периодической системе было отнесено к третьей группе, как элементы с достройкой глубоко лежащего электронного слоя. Подобным образом к третьей группе относят в настоящее время и актиниды, т.е. элементы за актинием (№89). Их выносят в отдельные строки, что позволяет избежать излишнего удлинения табличной формы периодической системы. Теория строения атомов тем самым вскрыла физический смысл периодического закона, т.е. мы стали понимать его не формально, а по существу.

Также можете прочитать: