Что такое значение периодической системы
Периодическая система элементов оказала большое влияние на последующее развитие химии.
Она не только была первой естественной классификацией химических элементов, показавшей, что они образуют стройную систему и находятся в тесной связи друг с другом, но и явилась могучим орудием для дальнейших исследований.
В то время, когда Менделеев на основе открытого им периодического закона составлял свою таблицу, многие элементы были еще неизвестны.
Так, например, был неизвестен элемент скандий, находящийся в четвертом ряду. По атомному весу вслед за кальцием шел титан, но титан нельзя было поставить сразу после кальция, так как он попал бы в третью группу, тогда как титан четырехвалентен, образует высший окисел ТiO2, да и по всем другим свойствам должен быть отнесен к четвертой группе.
Поэтому Менделеев пропустил одну клетку, т. е. оставил свободное место между кальцием и титаном. На том же основании в пятом ряду между цинком и мышьяком были оставлены две свободные клетки, занятые теперь элементами таллием и германием.
Свободные места остались и в других рядах. Менделеев был не только убежден, что должны существовать неизвестные еще элементы, которые заполнят эти места, но и заранее предсказал свойства таких элементов, основываясь на их положении среди других элементов периодической системы.
Одному из них, которому в будущем предстояло занять место между кальцием и титаном, он дал название эка-бор (так как свойства его должны были напоминать бор); два других, для которых в таблице остались свободные места в пятом ряду между цинком и мышьяком, были названы эка-алюминием и эка-силицием.
Предсказывая свойства этих неизвестных элементов, Менделеев писал: «Решаюсь сделать это ради того, чтобы хотя со временем, когда будет открыто одно из этих предсказываемых тел, иметь возможность окончательно увериться самому и уверить других химиков в справедливости тех предположений, которые лежат в основании предлагаемой мною системы».
В течение следующих 15 лет предсказания Менделеева блестяще подтвердились: все три ожидаемых элемента действительно были открыты.
Сперва французский химик Лекок де-Буабодран открыл новый элемент галлий, обладающий всеми свойствами эка-алюминия; вслед за тем в Швеции Нильсоном был открыт скандий, имевший свойства эка-бора, и, наконец, спустя еще несколько лет в Германии Винклер открыл элемент, названный им германием, который оказался тождественным с эка-силицием.
Интересно но факт: Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов.
В то же время некоторые химические элементы были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона.
Сравнение свойств эка-силиция и германия
Чтобы судить об удивительной точности предсказаний Менделеева, сопоставим свойства предсказанного им в 1871 г. эка-силиция со свойствами открытого в 1886 г. германия:
Свойства эка-силиция
Эка-силиций Es — плавкий металл, способный в сильном жару улетучиваться Атомный вес Es близок к 72 Удельный вес Es около 5,5 EsО2 должен легко восстанавливаться Удельный вес EsO2 будет близок к 4,7 ЕsСl4 — жидкость, кипящая около 90°, удельный вес ее близок к 1,9 |
Свойства германия
Германий Ge — серый металл, плавящийся около 960°, а при более высокой температуре улетучивающийся Атомный вес Ge 72,6 Удельный вес Ge 5,35 при 20° GeО2 легко восстанавливается углем или водородом до металла Удельный вес GeO2 4,703 при 18° GeCl4 — жидкость, кипящая при 83°, удельный вес ее 1,88 при 18° |
Открытие галлия, скандия и германия было величайшим триумфом периодического закона. Весь мир заговорил о сбывшихся теоретических предсказаниях русского химика и о его периодическом законе, получившем после этого всеобщее признание.
Сам Менделеев с глубоким удовлетворением встретил эти открытия. «Писавши в 1871 г. статью о приложении периодического закона к определению свойств еще не открытых элементов, — говорил он, — я не думал, что доживу до оправдания этого следствия периодического закона, но действительность ответила иначе.
Описаны были мною три элемента: экабор, экаалюминий и экасилиций, и не прошло 20 лет, как я имел уже величайшую радость видеть все три открытыми…».
Самая большая таблица Менделеева была установлена на стенах химического факультета в Университете Мурсии в Испании.
В общей сложности инсталляция занимает в общей сложности около 150 кв. м и состоит из 118 металлических квадратов размером 75х75 см. В периодическую систему включены все известные на сегодняшний день химические элементы.
Значение таблицы Менделеева
Большое значение имела периодическая система также в решении вопроса о валентности и величинах атомных весов некоторых элементов. Так, например, элемент бериллий долгое время считался аналогом алюминия и его окислу приписывали формулу Ве2O3.
Путем анализа было найдено, что в окиси бериллия на 16 весовых частей кислорода приходится 9 вес. ч. бериллия. Но так как летучие соединения бериллия не были известны, то определить точно атомный вес этого элемента не представлялось возможным.
Исходя из процентного состава и предполагаемой формулы окиси бериллия, его атомный вес считали равным 13,5. Периодическая система показала, что для бериллия в таблице есть только одно место, а именно над магнием, так что окись его должна иметь формулу ВеО, откуда атомный вес бериллия получается равным девяти.
Этот вывод вскоре был подтвержден определениями плотности паров хлористого бериллия, что дало возможность вычислить атомный вес бериллия.
Измерение атомных весов и таблица Менделеева
Точно так же периодическая система дала толчок к исправлению атомных весов некоторых редких элементов. Например, цезию приписывали раньше атомный вес 123,4.
Менделеев же, располагая элементы в таблицу, нашел, что по своим свойствам цезий должен стоять в левом столбце первой группы под рубидием и потому будет иметь атомный вес около 130. Новейшие определения показывают,что атомный вес цезия равен 132,91.
Первоначально периодический закон был встречен очень холодно и недоверчиво. Когда Менделеев, опираясь на свое открытие, поставил под сомнение ряд опытных данных относительно атомных весов и решился предсказать существование и свойства еще не открытых элементов, многие химики отнеслись к его смелым высказываниям с нескрываемым пренебрежением.
Так, например, Л. Мейер писал в 1870 г. о периодическом законе: «Было бы поспешно предпринимать на таких шатких основаниях изменение доныне принятых атомных весов».
Однако после того как предсказания Менделеева подтвердились и периодический закон получил всеобщее признание, в ряде стран были предприняты попытки оспорить первенство Менделеева и приписать открытие периодического закона другим ученым.
Протестуя против таких попыток, Менделеев писал: «Утверждение закона возможно только при помощи вывода из него следствий, без него невозможных и не ожидаемых, и оправдания тех следствий в опытной проверке.
Поэтому-то, увидев периодический закон, я с своей стороны (1869—1871) вывел из него такие логические следствия, которые могли показать — верен он или нет. Без такого способа испытания не может утвердиться ни один закон природы.
Ни Шанкуртуа, которому французы приписывают право на открытие периодического закона, ни Ньюлэндс, которого выставляют англичане, ни Л. Мейер, которого цитировали иные как основателя периодического закона, не рисковали предугадывать свойства неоткрытых элементов, изменять «принятые веса атомов» и вообще считать периодический закон новым, строго постановленным законом природы, могущим охватывать еще доселе необобщенные факты, как это сделано мною с самого начала (1869)».
Значение периодической системы элементов
Открытие периодического закона и создание системы химических элементов имело огромное значение не только для химии и других естественных наук, но и для философии, для всего нашего миропонимания.
Вскрывая зависимость между свойствами химических элементов и количеством вещества в их атомах, периодический закон явился блестящим подтверждением всеобщего закона развития природы, закона перехода количества в качество.
До Менделеева химики группировали элементы по их химическому сходству, стремясь сблизить между собой только сходные элементы. Совершенно иначе подошел к рассмотрению элементов Менделеев.
Он встал на путь сближения несходных элементов, расположив рядом химически различные элементы, имевшие близкие значения атомных весов. Именно это сопоставление позволило вскрыть глубокую органическую связь между всеми элементами и привело к открытию периодического закона.
Периодический закон был величайшим обобщением всех современных Менделееву знаний о химических элементах. Менделеев показал, что химические элементы составляют стройную систему, в основе которой лежит фундаментальный закон природы.
Придавая огромное значение периодическому закону, Менделеев в то же время неоднократно указывал, что для познания его сущности требуется еще упорная работа и новые исследования.
«Периодический закон, — писал он, — рисуется ныне в виде новой, отчасти только раскрытой тайны природы».
Последующее развитие науки позволило, опираясь на периодический закон, гораздо глубже познать строение материи, чем это было возможно во время Менделеева.
Разработанная в начале XX в. теория строения атома, как показано далее, придала периодической системе новое освещение и еще большее значение.