| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
Загальна хімія
|
1 Відкриття періодичного закону. За часів Д. І. Менделєєва було відомо 63 хімічні елементи, тобто трохи більше за половину відомих нині. Знали тоді й шість природних груп хімічних елементів (лужні метали, лужноземельні метали, галогени, групу Оксигену, групу Нітрогену і групу Карбону). Проте знання ці були уривчасті. У той час думали, що природні групи елементів, особливо протилежних за властивостями, ніяк між собою не зв’язані. На відміну своїх попередників Д. І. Менделєєв був глибоко переконаний, що між усіма хімічними елементами, як подібними за властивостями, так і відмінними, повинен існувати природний загальний зв’язок, який об’єднував би всі елементи в системі. За основу систематизації хімічних елементів Д. І. Менделєєв (так само, як і раніше Лотар Мейє) обрав відносну атомну масу, вважаючи її головною характеристикою елемента, оскільки вона не змінюється під час утворення елементом простих і складних речовин. Водночас Д. І. Менделєєв не розглядав масу як єдину характеристику елемента. Він надав великого значення ще й його хімічним властивостям. Згрупувавши більшість відомих тоді хімічних елементів у кілька горизонтальних рядів так, щоб вертикальні стовпчики включали елементи, подібні за хімічними властивостями, Д. І. Менделєєв в 1869 р. склав таблицю – прообраз сучасної періодичної таблиці елементів. А далі доповнював і добудовував цю первісну таблицю, доки включив до неї всі відомі на той час 63 елементи. Один з останніх варіантів таблиці, створеної Д. І. Менделєєвим, за формою мало чим відрізняється від відомої нам сучасної періодичної таблиці. У періодичній таблиці видно, що елементи, розміщені один під одним, мають багато спільного. Так, Літій і Натрій подібні між собою як лужні метали. Флор і Хлор також мають спільні властивості як галогени, а Неон і Аргон – як інертні гази. У горизонтальному ряду елементів, розміщених у порядку зростання їхніх відносних атомних мас, виявилось, що відбувається поступова зміна хімічних властивостей елементів. Так, Літій – одновалентний елемент з яскраво вираженими металічними властивостями, утворює основний оксид Li2O. Як проста речовина – це лужний метал, що енергійно взаємодіє з водою з утворенням типового лугу LiOH. Берилій – двовалентний елемент, утворює просту речовину – метал, який майже не взаємодіє з водою. Його оксид BeO і гідроксид Ве(ОН)2 виявляють амфотерні властивості. Бор – тривалий елемент-неметал, однак неметалічні властивості виявляє слабко, утворює оксид В2О3, що має кислотний характер, і дуже слабку борну кислоту Н3ВО3. 2 Карбон – чотиривалентний елемент-неметал. Утворює кислотний оксид СО2, а також слабку і неміцну карбонатну (вугільну) кислоту Н2СО3, яка існує лише у водному розчині. Нітроген – елемент з яскраво вираженими неметалічними властивостями, утворює кислотний оксид N2О5 і сильну нітратну (азотну) кислоту НNO3. Оксиген – типовий елемент-неметал, а Флор – найактивніший з неметалів (галоген). Далі в ряду розміщені Неон – елемент , що утворює інертний газ. Він не сполучається з іншими елементами. За Неоном розміщується Натрій – одновалентний елемент-метал , подібний до літію. Магній – двовалентний елемент-метал, дещо подібний до Берилію, утворює основний оксид MgO і гідроксид Mg(OH)2 – основу середньої сили. У вигляді простої речовини взаємодіє з водою, але дуже повільно. Алюміній – тривалентний елемент-метал, його оксид АІ2О3 і гідроксид АІ(ОН)3 – амфотерні. Силіцій – чотиривалентний елемент-метал, проста речовина силіцій у хімічному відношенні малоактивна; утворює кислотний оксид SiO2 і слабку силікатну (кремнієву) кислоту Н2SO3. Фосфор – елемент-метал, за хімічними властивостями дещо подібний до Нітрогену, утворює кислотний оксид P2O5 і фосфатну (фосфорну) кислоту Н3PO4 середньої сили. Сульфур – елемент з яскраво вираженими неметалічними властивостями, утворює кислотний оксид SO3 і сильну сульфатну (сірчану) кислоту Н2SO4. Хлор – дуже активний елемент-неметал – галоген утворює кислотний оксид СІ2O7 і перхлоратну (хлорну) кислоту НСІО4, що належить до числа найсильніших оксигеновмісних кислот. Далі в ряду знову розміщується інертний елемент – Аргон. Коли простежити зміну властивостей усіх інших елементів, то виявиться, що в ряду елементів, розміщених у порядку зростання їхніх відносних атомних мас, властивості змінюються від металів до неметалів, а в складних речовин – від основних до кислотних. Формальна валентність елементів за Оксигеном зростає від 1 до 7, а за Гідрогеном – зменшується від 4 до 1. Так Д. І. Менделєєв виявив повторення однакових ознак у світі хімічних елементів і назвав цю закономірність періодичністю (від грец. Periodicos – цикл). Виявлену закономірність він сформулював у вигляді періодичного закону, суть якого опублікував у 1869 р.: властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл перебувають у періодичній залежності від величини атомних мас елементів. 4 1-й період (малий) – 2 елемент;2-й період (малий) – 8 елементів; 3-й період (малий) – 8 елементів; 4-й період (великий) – 18 елементів; 5-й елемент (великий) – 18 елементів; 6-й період (великий) – 32 елементи; 7-й період (великий – досі ще не завершений, містить 24 елементи. Група – це вертикальний стовпчик, у якому один під одним розміщені подібні за властивостями хімічні елементи. Всього груп вісім. Кожна з них підлягається на дві підгрупи: а) головну, до складу якої входять елементи малих періодів (типів) і великих періодів, аналогів типових елементів, і б) побічну, яка складається тільки з елементів великих періодів, вони є не повними аналогами типових елементів і навіть можуть відрізнятися від них за властивостями. Так, сьома група складається з головної підгрупи – це підгрупа галогенів: Флуор, Хлор (типові елементи) та їхні аналоги – Бром, Іод, Астат, і побічної, до складу якої входять елементи тільки великих періодів – Манган, Технецій, Реній. Елементи головної підгрупи, - активні неметали, а елементи побічної підгрупи – метали. Розглянемо основні закономірності періодичної системи. 1. У малих періодах з зростанням відносних атомних мас елементів спостерігається поступове послаблення металічних і наростання неметалічних властивостей. 2. У великих періодах спостерігається деяка періодичність у зміні властивостей всередині самих періодів. Так, у парних рядах великих періодів металічні властивості елементів послаблюються повільно, в результаті всі елементи парних рядів – метали. У непарних рядах великих періодів властивості елементів змінюються так само, як і в елементів малих періодів: металічні властивості послаблюються, а неметалічні – посилюються. 3. Особливу подібність властивостей виявляють елементи, розміщені всередині великих періодів, наприкінці кожного парного ряду. Це та як звані тріоди: Ферум – Кабальт – Нікол, що утворюють родину Феруму, і дві інші: Рутеній – Родій – Паладій та Осмій – Іридій – Платина, що утворюють родину платинових металів (платиноїдів). Виділяють ще родину лантаноїдів ( 14 елементів шостого періоду) і родину антиноїдів (14 елементів сьомого періоду). 4. У групах у міру зростання відносних атомних мас елементів їхні металічні властивості посилюються, а неметалічні послаблюються (в елементів побічних підгруп бувають винятки). 5.У періодичній системі посилення металічних властивостей елементів у групах з верху в низ і послаблення їх у періодах з ліва на право зумовлюють появу діагональної подібності. Так, Берилій більше подібний до Алюмінію, ніж до Магнію, Бор – до Силіцію, ніж до Алюмінію. 5 У періодах максимальна валентність елементів (формальна) у сполуках з Оксигеном зростає: у малих періодах від 1 до 8, у великих періодах – в двічі, що й дало Д. І. Менделєєву підставу розмістити елементи великих періодів у два ряди. 7. У групах вища формальна валентність елементів за Оксигеном, як правило, відповідає номеру групи. Це справедливо для елементів головних підгруп, крім Флуору, Оксигену, Нітрогену та інертних газів. Елементи побічних груп можуть виявляти й іншу валентність. Так, Купрум – елемент першої групи побічної підгрупи – утворює оксиди Cu2O і CuO, де Купрум буває як одно -,так і двовалентний. 8. Елементи головних підгруп IV – VII груп. можуть утворювати легкі сполуки з Гідрогеном. Формальна валентність елементів за Гідрогеном дорівнює різниці між числом 8 і номером групи, в якій розміщується елемент. Життя і діяльність Д.І.Менделєєва. Дмитро Іванович Менделєєв народився у 1834 р. в Тобольську в родині директора гімназії. Ще гімназистом Д. І. Менделєєв виявив великий інтерес до природничих наук, а після закінчення гімназії вступив до природничо-математичного факультету Петербурзького педагогічного інституту. Закінчив інститут із золотою медаллю і був направлений учителем природознавства у Сімферополі. У цей час ішла Кримська війна (1853 – 1856 ), і гімназія не працювала. Д.І.Менделєєв влаштувався в архіві, а згодом переїхав до Одеси і домігся посади викладача першої одеської гімназії при Ришельєвському ліцеї. Тут він розробив гідратну теорію розчинів, потім блискуче захистив магістерську дисертацію ,,Про питомі об'єми”. Незабаром 23-річний Менделєєв став доцентом і здобув право читати лекції в Петербурзькому університеті. Молодий учений продовжував наукове дослідження стану і властивостей речовин. Він відбув дворічне наукове відрядження до Гейдельберзького університету (Німеччина), де досліджував властивості газів, у перше визначив критичні температури багатьох із них і довів, що за певної температури всі гази можна перетворити на рідини. У Німеччині Д. І. Менделєєв зблизився з багатьма видатними вченими. Серед них були М. М, Бекетов, О. П, Бородін, І. М.Сєченов та інші. У 1860 р. він узяв участь у Першому Міжнародному конгресі хіміків у Карлсруе.Повернувшись до Петербурга, Менделєєв продовжував наукову і педагогічну роботу в університеті. Після захисту у 1865 р. докторської дисертації ,,Про сполучення спирту з водою і розуміння розчинів як асоціацій” його було обрано професором Петербурзького технологічного інституту, а потім – університету, в якому він керував кафедрою неорганічної хімії протягом 23 років. Тут він із великою цікавістю працював над фундаментальним підручником ,, Основи хімії”. Пристрасне бажання об’єднати розрізнені хімічні знання у певну систему породило у Менделєєва 6 ідею пошуку спорідненості всіх хімічних елементів. Ця теоретична й експерементальна робота зумовила видатне відкриття всесвітнього значення – відкриття періодичного закону у 1869 р., коли Менделєєву було 35 років. Одночасно Менделєєв проводив велику громадську роботу. За його ініціативою у 1868 р. було створено Російське фізико-хімічне товариство, де він уперше доповів про відкриття періодичного закону. У 1890 р. під час студентських заворушень Д. І. Менделєєв підтримав студентів, виступив на їх захист за , що дістав грубу одповідь від царського міністра освіти і змушений був залишити університет. Проте його наукова і практична діяльність на цьому не припинилась. Він розробляв питання господарського розвитку країни, брав участь у складанні митних тарифів, став організатором і першим директором Головної палати мір і ваги тощо. Багатогранна діяльність Д. І. Менделєєва була тісно зв’язана з розвитком науки, освіти та економіки України. Відомі його широкі зв’язки з багатьма передовими українськими та іншими вченими особливо Київського і Харківського університетів. Д. І. Менделєєв приділяв велику увагу організації вищої освіти, зокрема, брав активну участь у створенні Київського політехнічного університету (1898 р.). У 1903 р. він був головою екзаменаційної комісії першого випуску інженерів та агрономів цього вузу. Д. І. Менделєєв плідно працював над розвитком вугільної промисловості в Україні. Після перебування на Донбасі, де він вивчав питання видобування і транспортування кам’яного вугілля, Д. І. Менделєєв висунув нову для того часу ідею підземної газифікації вугілля, яку в перше було втілено в життя у 1937 р. у м. Горлівці. У 1907 р. Д. І.Менделєєв помер. Тисячні юрби народу проводжали його в останню путь. Попереду траурної процесії несли періодичну таблицю хімічних елементів. В особі Менделєєва світ втратив блискучого різнобічного вченого, ідеї якого продовжують жити. Їх розвивають вчені нашої України і закордонних країн. Періодична система хімічних елементів. Ви вже знаєте, що Д. І. Менделєєв виявив взаємозв’язок усіх хімічних елементів у єдиній природній системі і сформулював періодичний закон. Одним із способів графічного зображення періодичного закону і періодичної системи елементів є створена ним таблиця для побудови таблиці Д. І. Менделєєву довелося припустити інші значення валентності та відносних атомних мас майже у 20 елементів. Так, більшість учених вважали Берилій тривалентним елементом, а його відносну атомну масу такою, що дорівнює 13,5. Однак за сукупність властивостей Д. І. Менделєєв відніс Берилій до двовалентних елементів і розмістив його в періодичній системі між Літієм з відносною атомною масою 7 і Бором із відносною атомною масою 11, зробивши висновок, що відносна атомна маса Берилію повинна дорівнювати приблизно 9. Пізніше експериментальні дослідження довели справедливість припущення Д. І. Менделєєва. Будуючи періодичну систему, Д. І. Менделєєв залишив багато клітинок вільних. Серед 63 відомих тоді елементів ще не було таких, за величиною відносних атомних мас і сукупністю властивостей могли б зайняти ці місця. Тим самим він довів, що повинні існувати елементи, котрі в той час були ще невідомі. Він дійшов висновку, що їхні властивості мають бути проміжними між властивостями сусідніх елементів, що стоять вище й нижче у тій самій групі. Це такі елементи як Галій Ga, Германій Ge, і Скандій Sc. Д. І. Менделєєв назвав їх відповідно екаалюмінієм, екасиліцієм і екабором. Тріумфом періодичного було відкриття у 1875 р. французьким ученим Леком де Буабодраном нового елемента, названо Галілеєм( на честь стародавньої назви Франції). Властивості Галію, визначені експериментально, повністю збігалися з властивостями екаалюмінію, передбаченими Д. І. Менделєєвим. Протягом наступних 15 років передбачення Д. І. Менделєєва блискуче підтвердились: були відкриті прості речовини, утворені передбаченими ним елементами. Однак наприкінці ХІХ ст. були відкриті інертні гази (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Для них не було вільних клітинок у таблиці. Тому їх відкриття стало важким випробуванням для періодичного закону і періодичної системи елементів. Д. І. Менделєєв розмістив їх між галогенами і лужними металами, утворивши окрему групу. Так періоди набули свого логічного завершення. Усе це зумовило загальне визнання періодичного закону і періодичної системи елементів. Основними структурними одиницями системи є періоди і групи.Період – це горизонтальний ряд хімічних елементів, розміщених у порядку зростання їхніх відносних атомних мас, що починається лужним металом і закінчується інертним газом. | |
| Переглядів: 742 | |
| Всього коментарів: 0 | |