Некоторые аналоги элементов открываются по величине массы их атома

Величина атомной массы химического элемента может быть исправлена, если знать аналоги данного элемента.

Нужно ждать открытия еще многих неизвестных химических элементов с атомной массой от 65 до 75 (они по своим свойствам сходны с алюминием и кремнием).

Величина атомной массы определяет характер элемента.

Распространенные в природе элементы имеют малую атомную массу, а все элементы с малыми атомными массами характеризуются резко выраженными свойствами. Они являются типическими элементами.

Сопоставление элементов или их групп по величине атомной массы соответствует их валентности.

Сходные по химическим свойствам элементы имеют или близкие атомные массы, или последовательно увеличивающиеся.

Элементы, расположенные по величине их атомной массы, представляют периодичность свойств.

В течение последних трех лет Д. И. Менделеев теоретически и экспериментально разработал и обосновал открытый им закон и систему элементов.

В работе «О количестве кислорода в соляных окислах…» (1870 г.) он установил, что высшая валентность элемента в солеобразующем оксиде также есть периодическая функция атомной массы.

В 1870-1871 г.г. он обосновал понятие о «месте элемента в системе» как узле, в котором сходятся и пересекаются закономерные ряды изменения свойств элементов по вертикали и горизонтали. Ученый точно был уверен, что место, которое должен был занять неизвестный элемент в системе, позволяет точно предсказать его свойства.

В 1871 г. Д. И. Менделеев закончил итоговую статью «Периодическая законность химических элементов». В ней рассмотрены следующие вопросы:

- сущность закона периодичности;

- применение закона к систематике элементов;

- применение закона к определению атомных масс малоисследованных элементов;

- применение закона к исправлению атомных масс;

- применение закона к дополнению сведений о формах химических соединений. В этой статье впервые дана формулировка закона: «свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от атомного веса элементов».

Д. И. Менделеев был настолько уверен в справедливости закона, что на его основе исправил атомные массы девяти элементов, которые нарушали периодичность в изменении свойств.

В 1870 г. на основе работ русского химика И. В. Авдеева он принял атомную массу бериллия равной 9,4 (вместо 14,0) и поместил его между Li = 7 и B = 11,0.

В 1881 г. чешский химик Богуслав Браунер (1855-1935 г.г.) экспериментально определил атомную массу бериллия. Она оказалась равной 9,1.

До 1870 г. атомная масса урана считалась равной 120,0. Д. И. Менделеев принял удвоенную атомную массу этого элемента (U = 240,0). Это подтвердилось впоследствии исследованиями Г. Рóско и К. Циммермана.

Атомную массу индия Д. И. Менделеев изменил: вместо 75,6 он поставил в своей таблице 113,4; атомную массу церия вместо 92,0 сделал 140,0; у тория вместо 174,0 сделал 231,0; у иттрия – вместо 92,0 – 88,0; у титана – вместо 50,0 – 48,0. Впоследствии все эти расчеты подтвердились экспериментальными исследованиями.

В первой публикации об открытии Периодического закона Д. И. Менделеев предсказал четыре неизвестных элемента с атомными массами 45,0 (будущий скандий); 68,0 (будущий галлий); 70,0 (будущий германий); 180,0 (будущий гафний). В период с 1875 по 1886 г.г. были открыты элементы галлий, скандий, германий, а в 1823 г. – гафний. Атомные массы, физические и химические свойства элементов и их соединений практически совпали с тем, что предполагал Д. И. Менделеев на основе своего закона.

В течение короткого времени все предсказания русского исследователя исполнились. И тем поразительнее подействовало на химиков открытие инертных газов, которые на первый взгляд не допускали никакой связи с Периодической системой.

Аргон был открыт в 1892 г. при тщательном исследовании состава атмосферного азота. Английские химики Вильям Рамзáй (1852-1916 г.г.) и Д. Рэ́лей обнаружили разницу в плотности атмосферного азота и азота, полученного в результате химической реакции. Они установили, что новый газ является одноатомным, инертным, его атомная масса равна 40,0, плотность 19,9 г/см³.

Открытие гелия связано с разработкой нового метода анализа – спектрального. В 1868 г. французский астроном П. Жансен и английский астрофизик Н. Локьер независимо друг от друга сделали наблюдения, которые привели их к открытию гелия на Солнце. Затем гелий был обнаружен при разложении минералов, содержащих уран и торий. Открытие этого «земного» гелия принадлежит В. Рамзаю.

Открытие инертных газов явилось испытанием для Периодического закона. Ситуация сложилась так, что для новых элементов не оказалось «свободных мест» в таблице. Нулевая валентность, наличие одного атома в молекуле вызывали затруднение в размещении инертных газов. В. Рамзáй и Д. Рэ́лей считали, что аргон можно поместить в VIII группу после хлора, так как его физические свойства достаточно хорошо отвечают тем, которые можно предсказать для элемента на данном месте. В 1895 г. В. Рамзáй сообщил Д. И. Менделееву об открытии аргона и написал, что «Периодическая классификация совершенно отвечает атомной массе аргона, и этот газ дает новое доказательство закона периодичности».

В статье «Аргон и его спутники» (1900 г.) В. Рамзáй и М. Траверс определенно заявили, что инертные газы образуют группу между галогенами и щелочными металлами.

Подводя итог исследованиям природы инертных газов, Д. И. Менделеев писал в 1903 г.: «Если аналоги аргона вовсе не дают соединений, то их нельзя включить ни в одну из известных групп элементов. Для них нужно создать особую нулевую группу, чем сразу выразится их инертность». В 1903 г. вышло седьмое издание учебника «Основы химии» Д. И. Менделеева. В нем была помещена Периодическая система элементов, включающая нулевую группу инертных газов. После этого Периодическая система приобрела законченный вид.

Все дальнейшие изменения в Периодическую систему и формулировку Периодического закона были внесены в XX в. на основе и в результате развития учения о строении атома. Появились группы лантаноидов и актиноидов, хотя некоторые из этих элементов были известны Д. И. Менделееву (это редкоземельные элементы). Изучением и размещением редкоземельных элементов в Периодической системе Д. И. Менделеев занимался около 30 лет. Трудности с изучением этих элементов были связаны с тем, что все они оказались трехвалентными, близкими по химическим свойствам, причем при изменении атомной массы от 140,0 до 180,0 химические свойства менялись незначительно.

В 1815 г. В. Праут высказал гипотезу, согласно которой водород является первичной материей всех веществ, и что многообразие элементов может быть объяснено различными сочетаниями атомов водорода. Выдвинув эту гипотезу, В. Праут уточнил, что эта идея не новая, в ней отразились представления древних ученых о существовании некоторой первичной материи. Эта гипотеза послужила толчком к определению точных атомных масс химических элементов.

В 60-е годы XIX в. бельгийский химик Жан Сервэ Стас (1813-1891 г.г.) поставил ряд опытов для определения точных атомных масс элементов. Он показал, что атомные массы не являются целыми числами, до и после реакции их величины отличаются на число, не превышающее 0,002 %. В 1860 г. он предложил перейти от водородного стандарта (Н = 1,0) к кислородному стандарту (О = 16,0). В этой новой шкале для водорода принято значение атомной массы, равное 1,01.

Точные опыты Жана Сервэ Стаса казалось, опровергали гипотезу В. Праута. Но в пользу этой гипотезы высказался швейцарский химик Жан Мартиньяк (1817-1894 г.г.). Он считал, что если числа Ж. Стаса не вполне согласуются с числами В. Праута, то они приближаются к ним до такой степени, что трудно счесть этот факт случайным. Этот вопрос разрешился в XX в., когда был изучен состав ядра и открыто явление существования изотопов.

К концу 90-х годов XIX в. Периодический закон получил всеобщее признание. Он позволил предвидеть новые открытия и систематизировать экспериментальный материал. В свете Периодического закона многие понятия общей и неорганической химии приобрели более строгую форму. Сам Д. И. Менделеев отчетливо понимал, что «периодическая изменчивость простых и сложных тел подчиняется некоторому высшему закону, природа которого кроется в основных началах внутренней механики атомов и частиц».

Дата добавления: 2014-01-20