Таблиця Менделєєва Суперпрофа
13 лютого 2018 р., 9 хвилин читання
Ким був Дмитро Менделєєв ?
На момент написання статті 183 роки тому народився той, хто назавжди зробив революцію в хімії.
Його революція, зі свого боку, була створена 148 років тому.
Дмитро Менделєєв народився 8 лютого 1834 року в Тобольську, історична столиця Сибіру, звичайно, в Росії. Зверніть увагу, що він буде 12-ю дитиною дуже багатодітної родини. Треба зігріватися в Сибіру, правда? ?
У 1849 році Дмитро Іванович Менделєєв та його дуже бідна сім'я переїхали до Санкт-Петербурга, другого за величиною російського міста на сьогодні, розташованого неподалік від Фінляндії та Естонії. Момент для нього вступити до університету і вивчати науку. Потім туберкульоз змусить його знову змінити місце, поїхати до Криму в 1855 р. 1856 р. Нарешті дозволяє йому повернутися до Петербурга та здобути ступінь хіміка.
Тоді науки стануть для нього не лише пристрастю, але й способом відкрити трохи більше Європи:
- Німеччина, де він працює з декількома вченими в Гейдельберзі,
- Париж між 1859 і 1861 роками, де він працював над щільністю газу,
У 1863 році він повернувся до Петербурзького університету, де послідовно став професор хімії, потім професор хімії мінералів.
Але саме в 1869 році загорілося світло і Дмитро Менделєєв опублікував те, що і сьогодні викликає кошмари серед студентів усього світу: його таблиця класифікації хімічних елементів. Все це впорядковується за збільшенням атомної маси та згруповане за сімейством елементів. Тобто 5 стовпців із 18 елементів та кілька вільних коробок у цій таблиці, які, як він був переконаний у той час, мали бути розроблені в наступні роки та десятиліття.
І якщо студенти знають російського вченого насамперед за його періодичною системою, вони, як правило, менш усвідомлюють, що він є одним із батьків появи нафти як сировини для нашого суспільства. Він вивчив походження нафти і встановив, що вуглеводні утворюються глибоко в нашій планеті.
У 1882 році він також заявив (цареві):
«Цей матеріал занадто цінний, щоб його можна було спалити; коли ми спалюємо нафту, ми спалюємо гроші; його слід використовувати як сировину для хімічного синтезу. "
Більше того, "теорія абіотичної нафти" сьогодні вважається недійсною.
Дмитро Менделєєв за своє життя працював у багатьох інших галузях і, крім того, мав кваліфікацію "дослідника проліксів": економіка, фізика, вибухові речовини, геологія, метеорологія, гідродинаміка, природа розчинів.
Відкриття хімічних елементів
Хімічний елемент - це сукупність атомів та іонів, ядра яких містять однакову кількість протонів Z. Протягом 19 століття кількість відомих хімічних елементів продовжує зростати завдяки досягненням хімії, фізики та зокрема аналітичним методам, таким як спектроскопія. На початку XIX століття було виявлено лише близько тридцяти хімічних елементів, тоді як на кінець століття їх було більше 80.
Дмитро Менделєєв - російський хімік (1834-1907), який працював над періодичною системою елементів, а також таблицею, яка сьогодні носить його ім'я. Відкриття методів розташування хімічних елементів за їх властивостями принесло йому численні нагороди.
Відкриття цих нових елементів породжує потребу в класифікації. Потім було зроблено кілька невдалих спроб, аж до класифікації в табличній формі, запропонованої російським хіміком Дмитром Менделєєвим у 1869 р., Яка переважала з часом.
Класифікація Менделєєва
Таблиця Менделєєва поділена на стовпці та періоди (що відповідають рядкам). Як і багато його сучасників, Менделєєв спочатку вирішив класифікувати елементи за зростанням їх атомної маси, але він також врахував їх хімічні характеристики, такі як тип хімічної реакції, утворені молекули та іони тощо. Він виявляє, що ці хімічні характеристики повторюються регулярно.
Тому він вирішує класифікувати в одній колонці елементи, що мають порівнянні хімічні властивості, і розташувати елементи того самого рядка відповідно до зростаючого порядку їх атомного номера Z. Ці елементи потім штовхають його надати своїй класифікації форму таблиці.
Періодична система елементів, яку також називають періодичною таблицею, наразі містить 118 елементів.
Таким чином, він класифікує елементи, іони яких мають однаковий заряд в одному стовпці: елементи, що дають катіони (позитивні іони), такі як калій К або натрій Na містяться в тій самій колонці, а також елементи, що дають аніони, такі як хлор Cl або бром Br. В цей час було визначено дві категорії елементів:
- Луги: це хімічні елементи першої колонки періодичної системи. Ці елементи, найчастіше метали, є електропозитивними. Вони легко дають одновалентні катіони (втрачаючи електрон), утворюють іонні зв’язки і беруть участь в окисно-відновних відношеннях як відновники.
- Галогени: це хімічні елементи в 17-й колонці періодичної системи. Ці елементи електронегативні. Вони легко отримують електрон для отримання одновалентних аніонів, отримуючи електрон, утворюючи іонні зв’язки, електронегативні та беруть участь у окислювально-відновних відносинах як окислювачі.
Переваги живопису Менделєєва
Ця таблиця має головну перевагу: вона дозволяє легко ідентифікувати хімічні сполуки, що мають подібні властивості.
Це легко зрозуміти, коли відомо, наприклад, механізм утворення хімічних зв’язків. Дійсно, елементи одного стовпця мають однакову електронну конфігурацію на рівні свого зовнішнього шару.
Тому вони повинні підкорятися тим самим правилам заповнення зовнішньої оболонки: правилам байта і дуету, принципу виключення Паулі, правилу Клечковського про порядок заповнення або правилу Хунда щодо спіну одиночних електронів і квантових клітин. Отже, атоми з однаковою електронною структурою мають подібні властивості.
Сімейства хімічних
Ці атоми згруповані в сімейства, названі відповідно до властивостей атомів, і у вигляді блоку (видно на зображенні вище), що відповідає останній електронній квантовій оболонці атома, яка буде заповнена електронами.
Електрони розподілені в електронних шарах квантового числа n (шари K, L, M, N, O та P), що складаються з підшарів квантового числа l (s, p, d, f, g, h) та рівня енергії м у межах цих підшарів. Нарешті, кожен електрон має спін, напрямок обертання електрона на собі.
Це правило, наприклад, видно для атомів натрію Na та калію К. Обидва ці атоми є частиною колони 1, яка називається "сімейство лугів" (за винятком водню H).
| s | Колонка 1: луги | ns1 | - Ненасичена зовнішня підкладка - Легко втрачаючи електрон, отримуючи одновалентні катіони |
| s | Колонка 2: лужноземельна | ns2 | - Насичена зовнішня підкладка - Легко втрачайте 2 електрони, отримуючи двовалентні катіони |
| стор | Графа 13: родина борів | ns2 np1 | Легко втрачайте 3 електрони, отримуючи тривалентні катіони |
| стор | Стовпець 14: сімейство вуглецю | ns2 np2 | - |
| стор | Графа 15: сімейство азоту | ns2 np3 | - |
| стор | Стовпець 16: халькогени (сімейство кисню) | ns2 np4 | Легко отримати два електрони, щоб отримати двовалентні аніони |
| стор | Колонка 17: галогени | ns2 np5 | - Легко набирайте електрон, отримуючи одновалентні аніони - Електронегативи, окислювачі |
| стор | Графа 18: благородні гази | ns2 np6 | Всі підкладки та шари насичені |
| d | Колонка 3 - 12 (з 4-го періоду): елементи переходу | ns2 (n-1) dx Х від 1 до 10 | - Метали - Втратити s-електрони і, можливо, p-електрони (катіони різного заряду) |
| f | Між колонами 3 і 4: лантаніди (період 6), актиноїди (період 7) | ns2 (n-2) dx X між 1 і 14 | - |
Крім того, таблиця, яку Менделєєв склав у 1869 р., Не була повною, там були порожні ящики, оскільки жоден відомий елемент там не міг бути розміщений. Більше того, картина Менделєєва, написана в 1869 році, не була повною. Коробки залишились порожніми, бо там не можна було помістити жодного відомого предмета. М
ендєлєєв розумів, що ці порожні ящики насправді відповідали елементам, які ще не були виявлені, і використовував їх для успішного прогнозування їх властивостей. Сьогодні ці коробки починають наповнюватись, зокрема лантанідами та актиноїдами.
Властивості хімічних елементів
Таким чином, легко "вгадати" властивості атомів у періодичній системі:
- Ковалентний радіус (або атомний радіус) зменшується вздовж стовпців і збільшується уздовж періодів: чим менший номер стовпчика атома, чи вищий номер періоду атома, і тим більшим він буде. У катіонах він нижчий, ніж у аніонів.
- Енергія іонізації або енергія, яка подається атому, щоб вирвати з нього електрон, збільшується вздовж стовпців, але зменшується протягом періодів.
- Спорідненість до електронів, яка є енергією, яка вводиться в дію під час захоплення електрона елементом в газоподібному стані, збільшується вздовж колон, але зменшується протягом періодів.
- Електронегативність, що відповідає тенденції елемента набирати один або кілька електронів, зростає вздовж стовпців, але зменшується протягом періодів. Це пояснює, чому метали мають низьку електронегативність, тоді як неметали мають високу електронегативність. Тому фтор F є найбільш електронегативним елементом.
- Електропозитивність, що відповідає тенденції елемента втрачати один або кілька електронів, змінюється навпаки до електронегативності в таблиці класифікації. Францій Fr - найбільш електропозитивний елемент.
Благородні гази - це окремий випадок класифікації Менделєєва. Дійсно, останні не з'явилися в початковій класифікації, оскільки вони хімічно інертні, тобто вони не вступають у хімічну реакцію з іншими продуктами. Однак, засновуючи свою класифікацію Менделєєвим на реакційній здатності елементів, благородні гази не вивчались.
Через роки після створення класифікації Джон Рейлі та Вільям Рамсей висунули гіпотезу, що 1% нашої атмосфери буде складатися з газу, відмінного від динітрогену або діоксиду.
Вони назвали цей газ Аргоном (Ar), але відзначили його хімічну інертність. Інші дослідження дозволили їм виділити інші гази того ж типу, Криптон і Неон, що призвело їх до створення нового хімічного сімейства в періодичній системі: благородних газів.
Вплив відкриттів Менделєєва
Спадкування таблиці періодичних елементів
Незважаючи на своє ім'я, яке іноді є складним для сприйняття (часто ми зустрічаємо Менделєва та Менделєєва в примірниках студентів), Дмитро Менделєєв залишається однією з головних фігур хімії серед вчених. !
Російський хімік, який Google відсвяткував у 2016 році.
Розглядається сьогодні як "абетка хіміків", періодична система Менделєєва дозволяє виділити кілька сімей:
- Неметали,
- Справжні метали, що об’єднують лужні метали та лужноземельні метали,
- Перехідні метали,
- Металоїди,
- Лантаніди,
- Актиніди,
- Трансураніуми,
- Галогени,
- Благородні гази.
Внесок російського хіміка в науку вже не доведений: таблиця Менделєєва (або таблиця Менделєєва, згідно з Писаннями) випередила свій час, її автор залишив порожні ящики на своєму столі елементів для прогнозування майбутніх досягнень.
Визначаючи властивості відсутніх елементів, Дмитро Менделєєв залишив за вченими завершити свою класифікацію протягом багатьох років.
Дійсно завдяки його прогнозам можна було виявити три хімічні елементи:
- Галій,
- Скандій,
- Германій.
Відкриті Поль-Еміле Лекоком де Буйсбодран у 1875 р., Ларсом Фредріком Нільсоном у 1879 р. Та Клеменсом Вінклером у 1886 р. Галлій, Скандій та Германій сприяли повноті таблиці Менделєєва. Отже, Менделєїв побачив плід своїх зусиль за життя, але, безсумнівно, був далеко не уявляючи впливу його класифікації протягом наступних століть. !
Інші винаходи Менделєєва
Перфекціоніст до кінця, російський учений не зупинився на своїй єдиній таблиці стихій !
Дмитро Менделєєв також був винахідником критичних температур: за дев'ять років до Томаса Ендрюса "абсолютна температура кипіння" Менделєєва дозволила визначити температуру, вище якої газ не може зріджуватися, незважаючи на додавання певного тиску.
Він також присвятив багато праці вивченню природи нафти, заявивши:
"Найголовніше, що слід зазначити, це те, що нафта народилася глибоко в землі, і лише там ми повинні шукати її походження".
Але Менделєєв був не просто людиною з таблицею атомів і дослідженнями стисливості газу. Згідно з російськими міськими легендами, ця велика людина також є винахідником. горілка !
Так, хоча зерновий алкоголь існував вже більше століття до кінця XIX століття, саме Дмитро Менделєїв сам виявив його досконале дозування при 40 градусах, яке застосовується донині. У 1893 році російський учений, пишаючись своїм винаходом, офіційно запатентував свою дозування в Бюро мір і ваг у Санкт-Петербурзі.
На жаль для нас, ця химерна теорія з часом виявилася помилковою: хоча його теза стосувалася поєднання алкоголю та води, Менделєєва цікавили значно міцніші суміші, порядку 70 градусів.
Незважаючи на всі хитрощі навколо генія Менделєєва, його талант і вплив вже не можна довести. Нещодавно Google присвятив свій щоденний Doodle дню народження легендарного хіміка !
Вам сподобалась стаття ?
Засновник Superprof та інженер, ми намагаємось надати найбільшу базу знань.
Захоплюючись фізикою та хімією та вивчаючи природничі науки в середній школі, я ділюсь своїми уроками (після оновлення їх відповідно до Національної освітньої програми).