Учебник для 11 класса

ХИМИЯ

§ 5.2. Открытие Д. И. Менделеевым Периодического закона

Менделеев Дмитрий Иванович (1834—1907) - великий русский ученый, один из основоположников современной химии. Создатель естественной классификации химических элементов — Периодической системы, явившейся выражением Периодического закона. Написал учебник «Основы химии», в котором впервые всю неорганическую химию изложил на основе Периодического закона. Он автор химической теории растворов. В своих трудах много внимания уделял развитию отечественной промышленности и химизации сельского хозяйства.

Д. И. Менделеев доказывал необходимость создания химических производств: соды, серной кислоты, минеральных удобрений. Обосновывал идеи подземной газификации угля и применение кислорода в металлургической промышленности. Предложил способ непрерывной переработки нефти, а также оригинальную теорию ее происхождения.

В основу своей работы по классификации химических элементов Д. И. Менделеев положил два их основных и постоянных признака: величину атомной массы и свойства. Он выписал на карточки все известные сведения об открытых и изученных в то время химических элементах и их соединениях. Сопоставляя эти сведения, ученый составил естественные группы сходных по свойствам элементов, сравнение которых между собой показало, что даже элементы несходных групп имеют объединяющие их признаки. Например, близки по значениям атомные массы фтора и натрия, хлора и калия (инертные газы еще не были известны), следовательно, щелочные металлы и галогены можно поставить рядом, выстраивая химические элементы в порядке возрастания атомных масс. Так Д. И. Менделеев объединил естественные группы химических элементов в единую систему. При этом он обнаружил, что свойства элементов изменяются в пределах определенных их совокупностей линейно (монотонно возрастают или убывают), а затем повторяются периодически, т. е. через определенное число элементов встречаются сходные. Ученый выделил периоды, в которых свойства химических элементов и образованных ими веществ закономерно изменяются. Рассмотрим эти изменения, используя современные термины.

1. Металлические свойства простых веществ, наиболее ярко выраженные у щелочных металлов, ослабевают и сменяются неметаллическими, которые наиболее ярко выражены у галогенов.

2. Значение степени окисления атомов элементов в высших оксидах возрастает от +1 до +7 (+8 только для Os и Ru).

3. Значение степени окисления атомов элементов в гидридах (соединениях металлов с водородом) и в летучих водородных соединениях возрастает сначала от +1 до +3 и затем от -4 до -1. Например:

4. Основные оксиды, образованные химическими элементами начала периода, сменяет амфотерный оксид и далее — кислотные оксиды, свойства которых усиливаются:

5. Гидроксиды-основания через амфотерный гидроксид сменяются все более сильными гидроксидами-кислотами. Например:

На основании этих наблюдений Д. И. Менделеев сформулировал Периодический закон, который в соответствии с принятой в настоящее время терминологией звучит так:

Днем рождения великого закона считается 1 марта 1869 г.

Для иллюстрации этого закона мы использовали рассмотренные периодичности (дискретности, прерывистости через определенные промежутки) только по горизонтали. Однако Периодический закон и Периодическая система гораздо более богаты периодическими закономерностями: кроме рассмотренной горизонтальной (по периодам) периодичности, есть также периодичность вертикальная (по группам) и диагональная.

Вам уже хорошо знакома вертикальная периодичность: в группах (главных подгруппах) с ростом порядковых номеров элементов усиливаются металлические свойства образуемых ими простых веществ и ослабевают неметаллические свойства; усиливается основный характер оксидов и гидроксидов; уменьшается прочность летучих водородных соединений и соответственно усиливаются их кислотные свойства.

Под диагональной периодичностью понимают повторяемость сходства химических свойств простых веществ и соединений элементов, расположенных по диагонали друг от друга в Периодической системе.

Сходство в свойствах между простыми веществами и соединениями, образованными химическими элементами, расположенными по диагонали, объясняется тем, что нарастание неметаллических свойств в периодах слева направо приблизительно уравновешивается эффектом увеличения металлических свойств в группах сверху вниз.

Например, металл литий Li похож на магний Mg во всем, что отличает его от натрия Na. Аналогично бор В больше напоминает кремний Si, чем алюминий Аl.

К числу общих химических свойств у лития Li и магния Mg следует отнести их способность легко воспламеняться, неустойчивость их нитратов и карбонатов, малую растворимость в воде фторидов, фосфатов и силикатов.

Диагональное сходство бериллия Be и алюминия Аl выражается в том, что оба металла одинаково реагируют с кислотами и щелочами, а их оксиды и гидроксиды амфотерны.

Бор и кремний образуют похожие простые вещества, которые инертны и тугоплавки, а оксиды и гидроксиды обладают кислотными свойствами. Бор, подобно углероду и кремнию, образует летучие водородные соединения, по способам получения и свойствам аналогичные кремневодородам (силанам): В₂Н₆, В₄Н₁₀ и т. д.

Лучше всего диагональную периодичность свойств неметаллов характеризует хорошо известная вам диагональ В — Si —As — Те — At, которая условно делит элементы на металлы и неметаллы, или диагональ С — Р — Se — I.

Две диагонали: А1 — Ge — Sb и Zn — In — Pb — включают элементы, оксиды и гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами.

Если объединить горизонтальную, вертикальную и диагональную периодичности, то можно получить «звездную периодичность», например:

Именно учет всех видов периодичности позволил Д. И. Менделееву не только предсказать, описать свойства веществ, образованных еще не открытыми химическими элементами, но и указать пути их открытия, природные источники (руды и соединения), из которых могли быть получены соответствующие простые вещества.