Н. И. Константинова концепции современного
Скачать 2.03 Mb.
|
4.4.2. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева В предыдущем параграфе мы установили, что многие химические свойства веществ сегодня можно объяснить, прибегая к законам физики. Однако, так было не всегда. На заре зарождения физики и химии они существовали отдельно. Каждая из них развивалась по своему определенному пути. Тем более значительными кажутся гениальные открытия, которые способствовали взаимопроникновению наук друг в друга, устанавливали взаимосвязь между физическими и химическими свойствами элементов. Ведущее место среди них, безусловно, занимают периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Русский химик Д.И. Менделеев сделал это открытие в 1869 г., совершив революцию в естествознании, т.к. оно не просто устанавливало связь между химическими и физическими свойствами отдельных элементов, но и взаимную связь между всеми химическими элементами. Группы и ряды периодической системы стали надежной основой для выявления семейств родственных элементов. Первым практическим применением периодического закона было исправление величин валентности и атомных весов некоторых элементов, для которых в то время принимались неверные значения. Это относилось, в частности, к индию, церию, другим редкоземельным элементам: торию, урану. Основным принципом, по которому Менделеев строил свою таблицу, было размещение элементов в порядке возрастания их атомных весов. Основываясь на валентности и химических свойствах элементов, Менделеев расположил все элементы по 8 группам, в каждой из которых размещались элементы со сходными свойствами. Практически за два года, в результате напряженной творческой работы ученый создал (в основном) ту периодическую систему элементов, которой мы продолжаем пользоваться и до настоящего времени – уже более 100 лет! Он был глубоко убежден в том, что лучшим доказательством правильности основных положений периодического закона является осуществление предсказаний, из него вытекающих. Менделеев, о частности, предполагал существование неизвестных тогда аналогов бора, алюминия и кремния-экабора, экаалюминия и экасицилия. Все предсказанные великим ученым элементы действительно были вскоре открыты химиками. Ими оказались галлий, скандий и германий. Метод Менделеева по предсказанию свойств еще неоткрытых элементов с успехом применялся его последователями и в более поздние годы. Какова же причина периодических изменений физических и химических свойств элементов? Наука дала ответ на этот непростой вопрос, аналог «неопределенной изменчивости» Ч. Дарвина.) – она кроется в периодичности строения электронных оболочек атомов. Как видно из таблицы 1, в начале каждого периода валентные электроны находятся на s-подуровнях соответствующих уровней энергии в атомах. Затем в малых периодах происходит заполнение электронами s и р-подуровней, а в больших периодах также и d-подуровней. В VI и VII периодах, кроме того, наблюдается заполнение f-подуровней. Атомы инертных газов содержат наружные электроны всегда на полностью сформированных s и р-подуровнях. Таким образом, химические элементы одинаковых подгрупп периодической системы характеризуются аналогичным строением электронных оболочек атома. Таблица 1 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В АТОМАХ ЭЛЕМЕНТОВ НАЧАЛА И КОНЦА ПЕРИОДОВ СИСТЕМЫ МЕНДЕЛЕЕВА
Одними из наиболее важных свойств атомов, связанных со строением их электронных оболочек, являются эффективные атомные и ионные радиусы. Оказывается, что они также периодически изменяются в зависимости от величины атомного номера элемента. Для элементов одного периода по мере увеличения порядкового номера сначала наблюдается уменьшение атомных радиусов, а затем, к концу периода, их увеличение. Это необычное физическое свойство находит простое объяснение, основанное на знании строения внешней электронной оболочки атомов, принадлежащих одному периоду: все дело в электростатике! Действительно, в начале периода на внешней электронной оболочке атома находится небольшое количество электронов, которые располагаются на относительно больших расстояниях друг от друга – свободного места предостаточно, поэтому основным взаимодействием в этом случае будет притяжение электронов ядром атома, а не электростатическое отталкивание одноименно заряженных электронов. Вот и получается, что при возрастании порядкового номера элемента увеличивается величина заряда ядра и величина общего отрицательного заряда электронной оболочки – значит, возрастает и сила Кулоновского притяжения между ядром и электронами – происходит «стягивание» электронной оболочки к центру атома и радиус этого атома уменьшается. По мере же заполнения электронной оболочки все большим количеством электронов, им становится все «теснее и теснее» на одной оболочке и поэтому у элементов, стоящих в конце любого периода таблицы Менделеева, радиусы атомов возрастают – отрицательно заряженные электроны как бы «расталкивают» друг друга, стремясь удалиться друг от друга на максимально возможные расстояния. Благодаря аналогичным рассуждениям, нашли свое объяснение и другие, периодически изменяющиеся физические свойства веществ: плотность, температура плавления, прочность связей электронов в атоме и т.д. Но самое главное заключалось в том, что таблица Менделеева не просто давала объяснение физическим свойствам элементов, а ставила им в соответствие и их химические свойства. Основным постулатом таблицы являлось то, что валентность химического элемента определяется числом электронов на внешней электронной оболочке (поэтому эти электроны так и называются – валентные электроны). Важная роль периодического закона заключается именно в том, что в нем устанавливается связь между строением атомов и влиянием этого строения на физические и химические свойства элементов. Великие открытия приводят к великим последствиям: благодаря периодическому закону были сначала теоретически предсказаны, а затем и открыты и исследованы множества химических элементов и веществ, появилась возможность моделирования химических процессов – закон лег в основу теоретической химии. В 1872 г. Д.И. Менделеев писал: «Основной задачей современной химии является установление зависимости состава, реакций и свойств простых и сложных тел от основных свойств входящих в их состав элементов, чтобы на основании известного характера данного элемента можно было заключить о неизвестном еще составе и свойствах его соединений». С тех пор минуло больше ста лет. На вооружении современных химиков для успешного решения этой задачи – ЭВМ с новейшими пакетами программ, рассчитывающих разнообразные свойства химических элементов и веществ на основе квантовой химии, работающих с огромными массивами данных. И как во времена Менделеева, результаты подобных теоретических исследований приводят к развитию синтеза сложных химических соединений, в том числе, органического синтеза. Задача, поставленная ученым в прошлом веке, по-прежнему остается актуальной и в наши дни. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Н. И. Константинова концепции современного К65 Концепция современного естествознания: Учебное пособие. – Новосибирск: нф рап, 2012 |  | Аннотация к рабочей программе учебной дисциплины «Концепции современного естествознания» Дисциплина «Концепции современного естествознания» входит в цикл Математических и естественнонаучных дисциплин (Б. 2) |
| Методическая разработка по дисциплине «Концепции современного естествознания» Дисциплина «Концепции современного естествознания», согласно государственному образовательному стандарту, является обязательной для... | | Рабочая программа дисциплины концепции современного естествознания... Рабочая программа учебной дисциплины «Концепции современного естествознания» подготовлена Голигузовым Д. В., к ф н., доцентом кафедры... |
| Концепции Современного Естествознания Преподаватель Рыжиков В. Н.... Учебник: Биболетова М. З., Бабушис Е. Е., Снежко Н. Д. EnjoyEnglish» Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений, Обнинск:... | | С. П. Филин Концепции современного естествознания: конспект лекций Конспект лекций соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования РФ и... |
| Учебно-методический комплекс на модульной основе дисциплины «концепции... Целью курса «Концепции современного естествознания» является обеспечение фундаментальности и целостности высшего образования, что,... | | Программа дисциплины «Концепции современного естествознания» Программа дисциплины «Концепции современного естествознания» разработана доцентом кафедры прикладной и медицинской физики, к ф м... |
| Методические рекомендации к самостоятельной работе студентов по дисциплине... Содержание внеаудиторной самостоятельной работы студентов по дисциплине «концепции современного естествознания» включает в себя различные... | | Методические рекомендации к самостоятельной работе студентов по дисциплине... Содержание внеаудиторной самостоятельной работы студентов по дисциплине «концепции современного естествознания» включает в себя различные... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине Концепции современного... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Концепции современного естествознания» составлен в соответствии с требованиями Государственного... | | Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Дубов В. П. Концепции современного естествознания. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 032001.... |
| Пояснительная записка требования гос к уровню знаний, умений и навыков,... Т. В. Сазанова. Концепции современного естествознания: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов озо специальности... | | Концепции современного естествознания глава 12. Онтогенетический... Дубнищева т. Я концепции современного естествознания глава 12. Онтогенетический уровень организации жизни. Концепции эволюционной... |
| Программа дисциплины Концепции современного естествознания для... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки бакалавра... | | Программа дисциплины концепции современного естествознания Поэтому студентам, изучающим юридические науки необходимо иметь ясные представления о методах естественнонаучного познания, знать... |
