Розвиток хімії в XIX столітті
Державний освітній заклад
Залікова робота з загальної історії на тему
«Розвиток хімії у ХІХ столітті. Періодична система хімічних елементів»
учениці 10 класу "А"
Москва, 2008 рік
XIX століття відіграє велику роль у світовій історії. Це століття називають «Золотим віком» світової культури. Але дев'ятнадцяте століття увійшло історію і як період прогресивного розвитку науки, з усіх галузей якої основне значення стала набувати хімія.
Багато відкриття в галузі хімії зробили вчені лише за сто років. Протягом першої половини століття були сформульовані основні кількісні закони (закон еквівалентів Ріхтера, закон кратних відносин Дальтона, закони електролізу Фарадея, закон атомів Канніццаро, закон з'єднання газів між собою Гей-Люссака, закон пропорційності між густиною газів або пар та молекулярними вагами – закон Авогадро і т.д.), на основі яких склалася атомно-молекулярна теорія. Вже наприкінці XVIII століття розпочинається вивчення органічної хімії. Однак у наші дні мало хто ставить заслуги європейських вчених на перший план. У будь-якого сучасного школяра предмет хімії асоціюється, передусім, із періодичною системою хімічних елементів, чи таблицею Менделєєва. Дійсно, перш ніж вникнути у суть основних законів та понять хімії, кожен із нас ознайомився із класифікацією хімічних елементів.
Періодична система, чи періодична класифікація, елементів мала велике значення у розвиток неорганічної хімії у другій половині ХІХ століття. Це значення в даний час колосальне, тому що сама система в результаті вивчення проблем будови речовини поступово набула туступінь раціональності, якого неможливо було досягти, знаючи лише відносні атомні ваги. Перехід від емпіричної закономірності до закону становить кінцеву мету будь-якої наукової теорії, проте цієї мети можна досягти не будь-якої миті. Тому до переходу до вивчення складніших теорій необхідний історичний аналіз ідей та постулатів періодичної класифікації.
2. Періодична система елементів
Крім спроб Лавуазьє та її школи дати класифікацію елементів з урахуванням критерію аналогії у хімічному поведінці, перша спроба періодичної класифікації елементів належить Деберейнеру. Він зауважив, що якщо згрупувати елементи групи по три з урахуванням їх хімічної аналогії і розташувати їх у порядку збільшення атомної ваги, то атомна вага елемента. Що знаходиться між двома іншими, є середнім арифметичним атомних ваг цих двох елементів. Так, наприклад, у групах
атомна вага селену досить близька до напівсуми атомних ваг сірки та телуру; те саме можна сказати про бром і стронцію. Так виникли тріади Деберейнера – перша спроба періодичної класифікації елементів.
ПРИРОДА ЕЛЕМЕНТІВ ЯК ФУНКЦІЯ ЇХ АТОМНОЇ ТЕРЕЗИ
3. Таблиця Менделєєва
У цій таблиці є 8 вертикальних стовпців, які містять 8 груп елементів; валентність їх за киснем змінюється від 1 до 8 під час переходу від групи I до групи VIII; елементи груп I, II, III і VIII звичайних сполук з воднем не утворюють, але елементи груп IV, V, VI і VII з ним з'єднуються, причому валентність водню зменшується від групи IV до групи VII. Група VIII містить елементи різної валентності, яка варіюється від одновалентності (як у нікелю) до восьмивалентності (як у осмію). Елементи цієї групи виявляють зазвичайпроміжні ступеня валентності: так, залізо, кобальт і нікель, як правило, бувають дво-і тривалентні, платина та її аналоги – дво- та чотиривалентні і т.д.
Розглянемо побудову таблиці Менделєєва. У ній є, як сказано. 8 груп (вертикальні стовпці) та 10 рядів (горизонтальні рядки), крім водню та типових елементів. Елементи, що знаходяться в одній і тій же групі, характеризуються загальною граничною здатністю до з'єднання: по відношенню до кисню вона варіюється від R2O групи I до RO4 групи VIII. Кожна група містить два вертикальні стовпці. І входять до них елементи утворюють сімейства, володіючи як однаковою здатністю до сполуки, а й виявляючи яскраво виражену аналогію у хімічному поведінці.
Ряди поділяються на непарні (1, 3, 5, 7, 9) та парні (2, 4, 6, 8, 10). Тільки ряду 7 немає жодного відомого елемента. У таблиці є порожні місця, які Менделєєв у той час заповнив прочерками, що вказували на ще не відомі елементи, але для яких на підставі принципу атомної аналогії він встановив атомну вагу, прийнявши його середнім між атомними масами двох сусідніх елементів того ж ряду («гетерологічні елементи ») І тієї ж групи («гомологічні елементи»). Так, наприклад, перше порожнє місце в III групі дозволило передбачити існування елемента з атомною вагою 44, тому що два гетерологічних елементи Ca=40 і Ti=48 дають у середньому 44. по-санскритськи – один, тобто. перший аналог] до назви елемента, що безпосередньо передує «елементу» по групі. Тому невідомий елемент групи ІІІ отримав назву екабор. Менделєєв також передбачив фізичні та хімічні властивості цього елемента та його сполук.
У 1879 Л. Ф. Нілсон (1840 - 1899) відкрив серед рідкісних земель скандій, який, як з'ясувалося, відповідав екабору Менделєєва: визначення атомної ваги дало значення 44,1 (в даний час для нього прийнято значення 45,1).
Невідомий елемент тієї ж групи екаалюміній був відкритий в 1875 Лекоком де Буабодраном (1838 - 1912) і названий галієм; атомна вага була знайдена рівним 70 (нині 69,72). Екасилицій у групі IV було відкрито 1886 року Клеменсом Вінклером (1838 — 1904) і отримав назву германій; йому було приписано атомну вагу 72 (нині 72,6).
Цих небагатьох прикладів достатньо, щоб підкреслити велику важливість класифікації Менделєєва та її значення як дороговказу в дослідницькій роботі.
4. Видозмінені таблиці
неорганічний хімія періодичний елемент
Хоча класифікація Менделєєва і мала значні переваги, які сприяли її швидкому поширенню та перетворенню на керівний критерій для досліджень у галузі неорганічної хімії, вона була повністю позбавлена недоліків. Це спонукало тих, хто готовий був прийняти її, до подальших досліджень з метою усунути або хоча б пояснити її початкові недосконалості. Перший недолік таблиці полягав у тому, що водень як одновалентний елемент був розміщений на початку І групи. Однак хіміки ще не дійшли єдиної думки. Чи слід водень поміщати до цієї групи, тобто, висловлюючись точніше, хіміки вважали, що водень не схожий у хімічному відношенні на інші елементи цієї групи.
Приміщення елементів міді, срібла та золота в I групі разом із лужними металами та у VIII групі разом із металами групи заліза та групи платини явно непослідовно. Інші відхилення помічаються у VI, VII і VIII групах,особливо у типах кисневих сполук таких елементів, як хром, молібден, уран, марганець, йод та інші.
Аугусто Піччіні (1854 - 1903) пояснив ці відхилення в класифікації Менделєєва, встановивши, що слід розуміти під граничними формами сполуки, і відкривши несподівані відносини між хімічними властивостями елементів.
Для того щоб періодична класифікація набула ще більшої передбачальної сили і одночасно могла бути вдосконалена, мали значення роботи з неорганічної хімії, проведені в останні десятиліття XVIII століття. Поштовхом до перегляду класифікації послужили дослідження рідкісних земель, які призвели до виділення багатьох елементів, що не піддавалися звичайному способу класифікації (відповідно до правила розташування елементів відповідно до збільшення атомної маси), та до відкриття благородних газів. Це питання слід висвітлити докладніше.
На час, коли Менделєєв представив у вигляді таблиці періодичну систему, були описані ітрій (Гадолін, 1794), церій (Берцеліус і Хісінгер, 1803), ербій (Мосандер, 1843), лантан (Мосандер, 1839), «дідім» ), який, як було встановлено пізніше, виявився сумішшю двох елементів: неодиму та празеодиму (Ауер фон Вельсбах, 1885). Зазначені елементи були розміщені Менделєєвим у таблиці відповідно до критерію, з яким не можна було погодитись.
Побіжний погляд на групу рідкісноземельних елементів дає уявлення про труднощі, пов'язані з їхньою систематикою: критерій аналогії атомів не міг допомогти Менделєєву, як у разі екабору, екаалюмінію та екасиліцію; в цьому випадку цей критерій був позбавлений принаймні передбачуваної сили, що знижувало його наукову цінність.
Нижче наводиться список рідкісноземельних елементів у порядку збільшення атомних номерів (аотже, і збільшення атомних вагів) і рік їх відкриття.