Периодический закон и периодическая система химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева

Министерство  образования и науки РФ

ГОУ ВПО  Тверской государственный университет

Химико-технологический  факультет

Кафедра неорганической и аналитической  химии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

Периодический Закон и Периодическая система  химических элементов Д.И.Менделеева 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                  Проверил: к.х.н., доцент Баранова  Н.В. 

                                                      Выполнил: студент(ка) 15 группы

                            Магасумова В.Р. 
 
 
 
 
 

Тверь 2011 
Содержание: 

Введение                                                                                                               3-4

1. История открытия Периодического закона                              

     1.1 Триады И.В.Дёберейнера и первые системы элементов             6

     1.2 Спираль де Шанкуртуа                                                                6-7

     1.3 Октавы Ньюлендса                                                                       7-8

     1.4 Таблицы Одлинга и Мейера                                                        8-9

     1.5 Открытие Периодического закона                                                9-10

     1.6 Развитие Периодического закона  в XX веке                               9-10 

2. Периодические свойства химических элементов

     2.1 Проявления периодического закона  в отношении энергии ионизации                                                                                                  11-13

     2.2 Проявления периодического закона  в отношении энергии сродства  к электрону                                                                                                13-14

     2.3 Проявления периодического закона  в отношении электроотрицательности                                                                            14-16

     2.4 Проявления периодического закона  в отношении атомных и ионных  радиусов                                                                                                    16-17

     2.5 Проявления периодического закона  в отношении энергии атомизации                                                                                                  17-18

     2.6 Проявления периодического закона  в отношении степени

       Окисления                                                                                          18-19

     2.7 Проявления периодического закона  в отношении окислительного потенциала                                                                                                    19-20 

3. Внутренняя и вторичная периодичность

     3.1 s- и р-элементы                                                                             20-23

     3.2  d-элементы                                                                                       23-24 

4. Структура  Периодической  системы                                                         25-27 

5. Периодический закон — основа химической систематики                     27-29 

6. Математическое выражение Периодического закона                              29-30 

Заключение                                                                                                       31 

Список литературы                                                                                          32

 

Введение

«Будут  появляться и умирать новые теории, блестящие обобщения. Новые представления будут сменять наши уже устаревшие понятия об атоме и электроне. Величайшие открытия и эксперименты будут сводить на нет прошлое и открывать на сегодня невероятные по новизне и широте горизонты - всё это будет приходить и уходить, но Периодический закон Менделеева будет всегда жить и руководить исканиями».

А.Е. Ферсман.

     Периодический закон и Периодическая система  химических элементов Д.И. Менделеева – основа современной химии. Да и  остальные открытия ученого по сей  день не потеряли своего значения.   

     Дмитрий Иванович Менделеев – один из самых  выдающихся ученых. Его исследования, открытия, изыскания оказали огромное влияние на развитие многих наук (химии, в частности) и образования. Д.И. Менделеев  обладал всеми качествами талантливого ученого: даром научного предвидения, научной интуицией, умением обобщать, анализировать, делать верные выводы, постоянным стремлением к познанию неведомого. И что самое главное: ученый не считал науку обособленной. Д.И. Менделеев полагал, что научные  открытия, в первую очередь, должны иметь практическое значение.

     Именем  ученого названы города, заводы, учебные заведения, научно-исследовательские  институты. В честь Д.И. Менделеева в России утверждена золотая медаль – она присуждается за выдающиеся работы по химии. Имя ученого присвоено  Российскому химическому обществу. Даже элементу с порядковым номером 101 было дано название менделевий, в  честь Дмитрия Ивановича.

     Научное и педагогическое наследие Д.И. Менделеева огромно – полное собрание сочинений  составляет 25 томов! Круг интересов  ученого был весьма разнообразен, его интересовали порой совершенно противоположные отрасли знания. Из 431 опубликованной работы, исключая статьи и заметки в периодической прессе, 40 посвящено химии, 106 физикохимии, 99 физике, 22 географии, 99 технике и промышленности, 36 экономическим и общественным вопросам и 29 другим темам. Приблизительно две трети трудов и статей Д.И. Менделеева посвящены научным и техническим вопросам и одна треть учебным пособиям, литературным и обзорным работам. Главнейшей заслугой Д.И. Менделеева было открытие периодического закона и создание периодической системы химических элементов, которые обессмертили его имя в мировой науке. Этот закон и периодическая система – основа всего дальнейшего развития учения об атомах и элементах, они являются фундаментом химии и физики наших дней.

     «Д.И. Менделеев был великий, гениальный человек и, как большинство великих людей, великий труженик. А трудился он, действительно, не жалея себя».

     В. И. Тищенко. Воспоминания о Д.И. Менделееве. «Природа», № 3, 127–136 (1937).

Периодический закон Д.И.Менделеева — фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д. И. Менделеевым в марте 1869 года при сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс. Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Графическим (табличным) выражением периодического закона является разработанная Менделеевым периодическая система элементов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. История открытия Периодического закона

Поиски  основы естественной классификации  химических элементов и их систематизации начались задолго до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели, которые первыми  работали в этой области, были вызваны  недостаточностью экспериментальных  данных: в начале XIX века число известных химических элементов было ещё слишком мало, а принятые значения атомных масс многих элементов неточны.

1.1 Триады Дёберейнера и первые системы элементов

В 1829 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер предпринял первую значимую попытку систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами:

Li	Ca	P	S	Cl
Na	Sr	As	Se	Br
K	Ba	Sb	Te	I

Сущность  предложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что атомная масса среднего элемента триады была близка к полусумме (среднему арифметическому) атомных масс двух крайних элементов триады. Несмотря на то, что триады Деберейнера в какой-то мере являются прообразами менделеевских групп, эти представления в целом ещё слишком несовершенны. Отсутствие магния в едином семействе кальция, стронция и бария или кислорода в семействе серы, селена и теллура является результатом искусственного ограничения совокупностей сходных элементов лишь тройственными союзами. Очень показательна в этом смысле неудача Деберейнера выделить триаду из четырех близких по своим свойствам элементов: P, As, Sb, Bi. Дёберейнер отчётливо видел глубокие аналогии в химических свойствах фосфора и мышьяка, сурьмы и висмута, но, заранее ограничив себя поисками триад, он не смог найти верного решения. Спустя полвека Лотар Майер скажет, что если бы Дёберейнер хоть ненадолго отвлекся от своих триад, то он сразу же увидел бы сходство всех этих четырех элементов одновременно.

Хотя  разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в соответствии с их атомными массами.

Идеи  Дёберейнера были развиты другим немецким химиком Леопольдом Гмелиным, который показал, что взаимосвязь между свойствами элементов и их атомными массами значительно сложнее, нежели триады. В 1843 году Гмелин опубликовал таблицу, в которой химически сходные элементы были расставлены по группам в порядке возрастания соединительных (эквивалентных) весов. Элементы составляли триады, а также тетрады и пентады (группы из четырёх и пяти элементов), причём электроотрицательность элементов в таблице плавно изменялась сверху вниз.

В 1850-х  годах Макс фон Петтенкофер и Жан Дюма предложили «дифференциальные системы», направленные на выявление общих закономерностей в изменении атомного веса элементов, которые детально разработали немецкие химики Адольф Штреккер и Густав Чермак.

В начале 60-х годов XIX века появилось сразу несколько работ, которые непосредственно предшествовали Периодическому закону.

1.2 Спираль де Шанкуртуа

Александр де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания (т. н. земная спираль). При развертывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий; бериллий, магний, кальций; кислород, сера, селен, теллур и т. д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы — ничего общего с ними не имеющий титан.

1.3 Октавы Ньюлендса

Вскоре  после спирали де Шанкуртуа английский учёный Джон Ньюлендс сделал попытку сопоставить химические свойства элементов с их атомными массами. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом. Найденную закономерность Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что (при небольшом изменении порядка некоторых элементов) сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии.