История химии

Дмитрий Иванович Менделеев (1834 - 1907) – русский ученый. Родился  недалеко от Тобольска в селе Верхние Аремзяны.

Обучение в своей биографии  Дмитрий Менделеев проходил вначале  в тобольской гимназии. Затем в  жизни Менделеева с успехом, золотой  медалью был закончен педагогический институт Петербурга (физико-математический факультет).

С 1855 по 1890 год преподавал (в гимназиях в Симферополе, Одессе, университете Петербурга). С 1892 года деятельность Менделеева связана с метрологией, под его инициативой была сформирована Палата мер и весов.

На протяжении всей жизни  интерес к химическим элементам  Менделеева не угасал. В 1893 году он трудился над созданием бездымного пороха на химическом заводе. На протяжении своей  биографии Менделеев Дмитрий  Иванович являлся членом многих научных  обществ.

В своей биографии Менделеев  занимался не только химией, а также  физикой, метрологией, экономикой, педагогической деятельностью. В жизни, деятельности Менделеева было написано несколько  трудов («Органическая химия», «Основы  химии»). Но бесспорно, главным его  достижением является создание периодической  таблицы Менделеева.

Открытия Менделеева связаны  с исследованием зависимости  между атомным объемом и свойствами элементов, изоморфизмом. Он предсказал, описал еще не открытые элементы, составил уравнения состояния идеального газа. Таблица Менделеева сформирована на основе свойств элементов, их сопоставлении  со свойствами соседствующих элементов.

Элемент Менделеева (менделевий) – назван в честь ученого, расположен под номером 101 в периодической  системе Менделеева. 

Менделеев открыл в феврале 1869 года один из фундаментальных законов природы — периодический закон химических элементов.

Предалхимический период: до III в

«Квадрат  противоположностей» — графическое отображение взаимосвязи между элементами

В предалхимическом периоде теоретический и практический аспекты знаний о веществе развивались относительно независимо друг от друга.

Практические  операции с веществом являлись прерогативой ремесленной химии. Начало её зарождения следует в первую очередь связывать, видимо, с появлением и развитием металлургии. В античную эпоху были известны в чистом виде семь металлов: медь, свинец, олово, железо, золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов — ещё и мышьяк, цинк и висмут. Помимо металлургии, накопление практических знаний происходило и в других областях, таких как производство керамики и стекла, крашение тканей идубление кож, изготовление лекарственных средств и косметики. Именно на основе успехов и достижений практической химии древности происходило развитие химических знаний в последующие эпохи.

Попытки теоретического осмысления проблемы происхождения свойств вещества привели к формированию в античной греческойнатурфилософии учения об элементах-стихиях. Наибольшее влияние на дальнейшее развитие науки оказали учения Эмпедокла, Платона иАристотеля. Согласно этим концепциям все вещества образованы сочетанием четырёх первоначал: земли, воды, воздуха и огня. Сами элементы при этом способны к взаимопревращениям, поскольку каждый из них, согласно Аристотелю, представляет собой одно из состояний единой первоматерии — определённое сочетание качеств. Положение о возможности превращения одного элемента в другой стало позднее основой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации). Практически одновременно с учением об элементах-стихиях в Греции возник и атомизм, основателями которого стали Левкипп и Демокрит.

Алхимический  период: III—XVII вв

Открытие фосфора алхимиком Х. Брандом

Алхимический период — это время поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления трансмутации металлов. Алхимическая теория, основанная на античных представлениях о четырёх элементах, была тесно переплетена с астрологией и мистикой. Наряду с химико-техническим «златоделием» эта эпоха примечательна также и созданием уникальной системы мистической философии. Алхимический период, в свою очередь, разделяется на три подпериода: александрийскую (греко-египетскую), арабскую и европейскую алхимию.

Теория флогистона

Основной движущей силой  развития учения об элементах в первой половине XVIII века стала теория флогистона, предложенная немецким химиком Г. Э. Шталем. Она объясняла горючесть тел наличием в них некоего материального начала горючести — флогистона, и рассматривала горение как разложение^[16]. Теория флогистона обобщила широкий круг фактов, касавшихся процессов горения и обжига металлов, послужила мощным стимулом для развития количественного анализа сложных тел, без которого было бы абсолютно невозможным экспериментальное подтверждение идей о химических элементах. Она стимулировала также изучение газообразных продуктов горения в частности и газов вообще; в результате появилась пневматическая химия, основоположниками которой стали Дж. Блэк, Д. Резерфорд, Г. Кавендиш, Дж. Пристли и К. В. Шееле.

Теория флогистона стала  первой гипотезой в химии. Пусть  и ошибочная, она существовала больше семидесяти лет и позволила обобщить множество химических реакций. Термин «флогистон» был введен в 1703 году немецким химиком Георгом Шталем (1659 – 1734) для объяснения процессов горения. Флогистон представляли как тонкую газообразную материю, невесомое и неуловимое вещество. В то время считалось, что металл - это соединение «земли» (оксида металла) с флогистоном, и при горении металл разлагается на «землю» и флогистон. Якобы, выделяясь в процессе горения, флогистон соединяется с воздухом, и отделить его могут лишь растения, через которые он впоследствие попадает и в животные организмы. Присутствием флогистона в различных веществах Шталь объяснял их цвет, запах и другие свойства. Эта теория позволила рассматривать и объяснять совершенно разные явления с единой точки зрения, что способствовало прогрессу химии. В то же время, теория эта настолько «ослепила» Шталя и его последователей, что перестали замечать вопиющие противоречия между теорией и экспериментальными фактами.

В первой половине 18 века ученые делали робкие попытки опровергнуть теорию флогистона, но безрезультатно.

В 1783 году Лавуазье напечатал "Размышления о флогистоне", которые стали своего рода похоронным маршем по старой теории. Опираясь на свои открытия, он доказал полнейшую ненужность теории флогистона. А спустя два  года решил изложить открытые им новые  факты и объяснения различных  явлений с точки зрения кислородной  теории в кратком «Элементарном курсе химии».

Создание антифлогистической химии благотворно отразилось на развитии как теоретических, так  и экспериментальных исследований. На рубеже 18го и 19го веков, единомышленники и последователи Лавуазье во Франции успешно продолжали развивать основные положения кислородной теории горения и дыхания, объясняя с новых позиций различные химические явления и устраняя остатки флогистических воззрений и устаревших представлений.

Период количественных законов: конец XVIII — середина XIX в

Главным итогом развития химии  в период количественных законов  стало её превращение в точную науку, основанную не только на наблюдении, но и на измерении. За открытым Лавуазье законом сохранения массы последовал целый ряд новых количественных закономерностей — стехиометрические законы:

• Закон эквивалентов (И. В. Рихтер, 1791—1798)
• Закон постоянства состава (Ж. Л. Пруст, 1799—1806)
• Закон кратных отношений (Дж. Дальтон, 1803)
• Закон объёмных отношений, или закон соединения газов (Ж. Л. Гей-Люссак, 1808)
• Закон Авогадро (А. Авогадро, 1811)
• Закон удельных теплоёмкостей (П. Л. Дюлонг и А. Т. Пти, 1819)
• Закон изоморфизма (Э. Мичерлих, 1819)
• Законы электролиза (М. Фарадей, 1830-е гг.)
• Закон постоянства количества теплоты (Г. Гесс, 1840)
• Закон атомов (С. Канниццаро, 1858)

Основываясь на законе кратных  отношений и законе постоянства  состава, объяснить которые, не прибегая к предположению о дискретности материи, невозможно, Дж. Дальтон разработал свою атомную теорию (1808). Важнейшей характеристикой атома элемента Дальтон считал атомный вес. Проблема определения атомных весов на протяжении нескольких десятилетий являлась одной из важнейших теоретических проблем химии.

Огромный вклад в развитие химической атомистики внёс шведский химик Й. Я. Берцелиус, определивший атомные массы многих элементов. Он же в 1811—1818 разработал электрохимическую теорию сродства, объяснявшую соединение атомов на основе представления о полярности атомов и электроотрицательности.

Свою молекулярную теорию, органично дополняющую атомистику Дальтона, разработал А. Авогадро, однако его взгляды долгое время не находили признания.

Наряду с атомными весами, долгое время в химии существовала система «эквивалентных весов», которую  развивали У. Волластон и Л. Гмелин. Многим химикам эквивалентные веса казались более удобными и точными, чем атомные, поскольку они рассчитывались без принятых Дальтоном допущений. Однако для органической химии система эквивалентов оказалась малопригодной, и в 1840-х гг. Ж. Б. Дюма, Ш. Жерар и О. Лоран возродили идеи Авогадро.

Окончательную ясность в  атомно-молекулярную теорию внёс С. Канниццаро. Реформа Канниццаро, получившая всеобщее признание на Международном конгрессе химиков в Карлсруэ (1860), завершила период, основным содержанием которого стало установление количественных законов. Определения атомных масс химических элементов, которые выполнил в первой половине 1860-х годов бельгийский химик Ж. С. Стас, до конца XIX века считались наиболее точными и открыли дорогу для систематизации элементов.

Первая Элементы побочной подгруппы I группы медь Си, серебро Ag, и золото Аи известны с древнейших времен. Все они встречаются в природе в самородном виде, что свидетельствует о химической инертности свободных металлов, резко усиливающейся от меди к золоту. Не случайно серебро и золото относят к благородным металлам. Подгру́ппа ме́ди — химические элементы 11-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы побочной подгруппы I группы). В группу входят переходные металлы, из которых традиционно изготавливают монеты: медь Cu, серебро Ag и золотоAu. На основании строения электронной конфигурации, к этой же группе относится и рентгений Rg, но в «монетную группу» он не попадает (это недолго живущий трансактинид с периодом полураспада 3.6 сек). Название монетные металлы официально не применяется к 11 группе элементов, поскольку для изготовления монет используются и другие металлы, такие как алюминий, свинец, никель, нержавеющая сталь и цинк. История

Все элементы этой группы, кроме рентгения, известны человечеству с доисторических времён, поскольку все они встречаются в природе в металлической форме, и для их производства не требуются сложные металлургические процессы.

Свойства

Все элементы подгруппы являются относительно химически  инертными металлами. Характерны также высокие значения плотности, но оносительно небольшие температур плавления икипения, высокая тепло- и электропроводность.

Вторая Подгру́ппа ци́нка — химические элементы 12-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы побочной подгруппы II группы). В группу входят цинк Zn, кадмий Cd и ртуть Hg. На основании электронной конфигурации атома к этой же группе относится и искусственно синтезированный элемент коперниций Cn, эксперименты с отдельными атомами которого начали проводиться совсем недавно.

Все элементы этой группы являются металлами. Близость металлических радиусов кадмия и ртути обусловлено косвенным влиянием лантаноидного сжатия. Таким образом, тренд в этой группе отличается от тренда в группе 2 (щёлочноземельные металлы), в которой металлический радиус плавно увеличивается от верхней к нижней части группы. Все три металла имеют сравнительно низкие температуры плавления и кипения, что говорит о том, что металлическая связь относительно слабая, с относительно небольшим перекрытием между валентной зоной и зоной проводимости. Таким образом, цинк близок к границе между металлами и металлоидами, которая обычно помещается междугаллием и германием, хотя галлий присутствует в полупроводниках, таких как арсенид галлия.

Цинк  является наиболее электроположительным элементом в группе, следовательно, он является хорошим восстановителем. Окислительно-восстановительный статус группы равен +2, причём ионы имеют достаточно стабильную d¹⁰ электронную конфигурацию, с заполненными подуровнями. Однако, ртуть легко переходит к статусу +1. Обычно, как, например, в ионах Hg₂²⁺, два иона ртути (I) соединяются в виде металл-металл и образуют диамагнитный образец. Кадмий может также формировать связи, такие как [Cd₂Cl₆]⁴⁻, в которых окислительно-восстановительный статус металла равен +1. Так же как и для ртути, в результате формируется связь металл-металл в виде диамагнитного соединения, в котором нет непарных электронов, делающих соединение сильно химически активным. Цинк (I) известен только в виде газа, в таких соединениях как вытянутые в линию Zn₂Cl₂, аналогичные каломели.

Все три иона металлов образуют тетраэдрические  молекулярные формы, такие как MCl₄²⁻. Когда двухвалентные ионы этих элементов формируют тетраэдрический координатный комплекс, он подчиняется правилу октета. Цинк и кадмий могут также формировать октаэдрических комплексы, такие как ионы [M(H₂O)₆]²⁺, которые присутствуют в водных растворах солей этих металлов. Ковалентный характер достигается за счет использования 4d или 5d-орбиталей соответственно, формируя sp³d² гибридные орбитали. Ртуть, однако, редко превышает координационное число четыре. Когда это происходит, должны быть вовлечены 5f-орбитали. Известны также координационные числа 2, 3, 5, 7 и 8.