О.Н. Зефирова - Краткий курс истории и методологии химии (1118122), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Так, в 18!5- !6 гг, английский ученый В. Праут Попытки сне высказал идею о том„что атомы всех элементов тематизации представляют собой «агрегаты» атомов водорода . элементов Следствием этой иден была гипотеза о целочисленных значениях всех атомных весов и их кратности атомному весу водорода.
Эта идея, восходящая к традиционным представлениям об общей сущности элементов, привлекла внимание многих химиков и проверялась ими, но была отвергнута (атомный вес хлора, например, был явно нецелочисленным: 35.5). В 1829 г, немецкий химик И. Деберейиер, группируя элементарные вещества на основе сопоставления нх характерных химических свойств, объединил сходные элементы в триады (Са-5г-Вп; С1-Вг-т' и др.) н при этом обнаружил, что атомный вес среднего элемента каждой триады равен среднему арифметическому из атомных весов двух других элементов. Эта рабои в то время почти не получила продолжения, однако сама идея о систематизации элементов, путем сопоставления с одной стороны их химических свойств, а с другой — значений их атомных весов была перспективной.
Ва второй половине Х!Х в. проблема поиска связи между атомными весами н химической природой элементов привлекла внимание целого ряда исследователей. Однако предпринятые в 1850-х — 1860-х гг. попытки ее решения (в работах Ж.Б. Дюма, А. де Шанкуртуа, В. Одлинга и др.) были не слишком улачны либо из-за путаницы в применении эквивалентных и атомных вссов, либо из-за систематизации только по величинам атомных весов без учета химических свойств элементов .
В 1865 г. английский химик Дж. Ньюлендс, пытаясь скоординировать обе характеристики, расположил элементы в порядке возрастания атом! Идея об уннверсвльности водорода (идущяя ат древних предстввяення о «первичной материн») нивелировала квчествеи нос рвэличне лвльтоновскнх атомов. Зто приволвш к большим пропусквы или большим скоплениям элементов в некоторых областях клвссификвиионных систем. 73 Глава 9. Физикнаизацил «ниии в конце Х(Х вЂ” первой половине ХХ вв.
ных весов н начал новый вертикальный ряд с восьмого злементть чтобы в горизонтальных радах сходные элементы располагалнсь рядом. Некоторая периодичность в системе Ньюлендса (названная нм законом оюнав) была, но в ней наблюдалось частое нарушение химических аналоглй. В 1870 г. немецкий хнмнк Л. Мейер предложил удачную графическую модель, выражающую завлснмость атомных объемов элементов от их втоыных весов. Получившаяся волнообразная кривая ясно показывала периодичность свойств элементов, т.
к. сходные элементы занимали на ней аналогнчные положения. Нанболее обстоятельное решение проблема Сметена взаимосвязи атомного веса и свойств элемента д И М нашла в периодическом законе, сформулированном русским хнмнком Д.И. Менделеевым. В конце 1860-х гг. Д.И. Менделеев, полагая, что атомный вес как базовая характернстнка элемента должен определять его химическое сродство и, соответственно, все его свойства н свойства образуемых нм простых н сложных веществ, задался целью создать универсальную классификационную систему элементов. В качестве основного принципа такой классификации Менделеев выбрал сходство элементов в качественном смысле, т.
е. по характеру реакций (для этого он сравннвал нх отношение к кислороду нлн к водороду; соотносил физические н химическне свойства образуемых элементами простых тел н соединений и т.п.). Еще одним базовым принципом системы Менделеева стал учет сходства и различия количественных параметров сопоставляемых элементов, прежле всего апюмних составов их соелннений. Другие характеристики, такие как валент- ность, изоморфизм, удельный объем простых тел ,,.ф не былн основнымн критериями при построении ййва -" этой класснфнкацнн (хотя Менделеев принимал лх во внимание в случае совпадения других свойств). Рнс. 38.
Д.И. Менлеаееа В итоге Д.И. Менделеев создал таблицу нз чередующихся групп и рядов элементов и показал, что свойства каждого элемента зависят от его положения в таблице. Такая систематизация вносила определенный порядок в хаотическое множество фактов о химических элементах и их соединениях. Однако сам Д.И.Менделеев увндел в этой системе не просто удобную классификацию, но новую всеобъемлющую закономерность — периодический закон, констатирующий периодичность физических и химических свойств элементов как функцию атом- Поскольку значение валентности может ныть не1мменным, Ыенлелееа не считал ее уннаерсальным свойством атома. 9.
П Периодический токаи ного веса. Этот закон не только обобщал уже известные факты, но должен был служить стимулом для будущих исследований, необходимость которых диктовалась тем, что в Х1Х в. многое в найденных закономерностях оставалось непонятным: различная длина периодов системы, необходимость перестановок некоторых пар элементов и т.п. Не ясна была и сама сущность зависимости химических н физических свойств элементов от их атомных весов, а также сущность связи между элементамн и свойствами образуемых пми сложных молекул (в которых свойства образующих ее атомов должны были бы исчезнуть). Все эти вопросы требовалн дальнейшего разрешения.
Экспериментальной проверки требовали и факты, предсказанные самим Д.И. Менделеевым иа основании периодического закона. Эти предсказания касались ряда еще неизвестных элементов, для которых в таблице были оставлены свободные клетки. Наличие свободных мест придавало периодической системе в большей степени теоретический, чем классификационный характер. Сделанные Д.И.
Менделеевым предсказания атомных весов неоткрытых элементов (скандня, галлия и германия), а также их физических свойств и свойств их соединений были вскоре подтверждены. Это способствовало повышению интереса к периодическому закону и продемонстрировало его возможность упорядочивать и уточнять открьпия новых элементов. Учитывая во многом предугаданную научную истинность периодического закона. он, в принципе, мог оказаться ошибочным, н впоследствии несколько раз устанавливались, казалось бы, противоречащие ему факты.
Так было при открытии инертных газов, явлений радишштивности, изотопии и т.д. Однако, все эти проблемы были со временем решены и приведены в соответствие с законом, хотя в начале ХХ в. и сам закон претерпел видоизменение. Важность открытия периодического закона проявилась и в том, что он внес новый аспект в физические исследования, способствуя сближению физики с химией.
Установление подтверждаемой экспериментом функциональной зависимости между физической величиной (атомным весом) и вещественной природой элемента поставило вопрос о причинах этой зависимости. Повторение свойств внутри групп элементов наводило на мысль, что существует нечто, повторяющееся в самих атомах. Так считал и сам Д.И. Менделеев, полагая, что причина закона лежит «во внутренней механике атомов н молекула.
В начале ХХ столетия мышление физиков и химиков смогло углубиться в познание этой «внутренней механикиа, что привело к утверждению новых взглядов на строение вещества и на периодичность. 1 Иисртиыс газы били открыты в 1890-х гг. аигливскими учсиыми Дм.В. Релсем и В. Рамзаем. Глава 9. Физнкалпзаиня химии в колке л!л - первой половине ХХ вв. 9.2.
Становление квантово-химической теории В конце Х1Х вЂ” начале ХХ в. в физике были сделаны важные открытия, оказавшие серьезное влияние на все дальнейшее развитие науки, в том числе и химии. Одним из таких открытий было установление массы и элементарного заряда электрона. В 1874 — 1877 гг. Дж. Стони и Г. Гельмгольц выдвинули идею (вытекавшую нз установленных М. Фарадеем за! конов электролиза ), о том, что электричество обусловлено движением мельчайших частиц — отдельных элементарных зарядов, связанных с атомами. В 1891 г. Дж. Стони дал единице заряда название элеклт)зон, а через несколько лет Дж.Дж.
Томсон нашел отношение заряда электрона к его массе и высказал предположение о том, что масса электрона очень мала (точное установление этих величин было сделано Р. Миллнкеном в 1909 г., масса электрона составляет '/~ям массы атома водорода). Другим важным открьггием в физике было обнаружение в !89б г. французским ученым А. Беккерелем явления радиоактивности — самопроизвольного излучения, испускаемого солями урана. А. Беккерель показал, что это явление могло быть связано только со свойством атомов урана (так как интенсивность излучения зависела только ат количества в солях этого элемента). Вскоре французские химики М.
Склодовская-Кюри, П. Кюри н другие ученые открыли несколько новых радиоактивных элементов, излучение которых было разнородным (однн его тип оказался идентичным с потоком электронов). В начале !900-х гг. английские физики Э. Резерфорд и Ф. Солди экспериментально доказали. что радиоактивность является проявлением внутриатомного химического процесса, в котором порождаются новые виды вещества, и при радиоактивном распаде происходятатомные превращения или атомный распад.
Исследования электрона н явления радиоактивности в совокупности с другими физическими исследованиями привели к экспериментально обоснованному заключению о сложной структуре атома. Изменение всех традиционных представлений об атомах как неизменных и неделимых химическими и физическими методами частиц вызвало некоторый всплеск антнатомнстическнх выступлений, а в трудах ряда ученых возродило высказывавшиеся ранее гипотезы о существовании сверхлегкцх (до водорода) элементах . С другой стороны. новые открытия способствовали появ- ' Эти законы (Щзд) формулировались так; «Масса аешестяа, разломиамсгося на электродах ао время электролиза, прямо пропорциональна колнчсстау элсктричестаа, протекшего через электролит».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
