النظام الدوري لديمتري إيفانوفيتش مندليف وأهميته للعلوم الطبيعية
مقدمة
تبين أن اكتشاف الأنماط في بنية المادة بواسطة D.I Mendeleev كان أمرًا رائعًا للغاية معلم مهمفي تطور العلم والفكر العالمي. إن الفرضية القائلة بأن جميع المواد الموجودة في الكون تتكون من بضع عشرات فقط من العناصر الكيميائية بدت غير معقولة تمامًا في القرن التاسع عشر، ولكن تم إثباتها من خلال "الجدول الدوري للعناصر" لمندليف.
كان اكتشاف القانون الدوري وتطوير النظام الدوري للعناصر الكيميائية بواسطة D. I. Mendeleev ذروة تطور الكيمياء في القرن التاسع عشر. تم جمع قدر هائل من المعرفة حول خصائص 63 عنصرًا معروفًا في ذلك الوقت.
الجدول الدوري للعناصر
يعتقد D.I Mendeleev أن الخصائص الرئيسية للعناصر هي الأوزان الذريةوفي عام 1869 قام بصياغة القانون الدوري لأول مرة.
خصائص الأجسام البسيطة، وكذلك أشكال وخصائص مركبات العناصر، تعتمد بشكل دوري على القيمة المقاييس الذريةعناصر.
سلسلة العناصر بأكملها مرتبة ترتيبًا تصاعديًا الكتل الذريةوقد قسمها مندليف إلى فترات تتغير خلالها خصائص العناصر تباعا، واضعا الفترات بحيث تبرز العناصر المتشابهة.
ومع ذلك، وعلى الرغم من الأهمية الهائلة لمثل هذا الاستنتاج، فإن القانون الدوري ونظام مندليف لا يمثلان سوى تعميم رائع للحقائق، وعلاقتهما المعنى الجسدي لفترة طويلةظلت غير واضحة. فقط نتيجة لتطور فيزياء القرن العشرين - اكتشاف الإلكترون، والنشاط الإشعاعي، وتطوير نظرية التركيب الذري - شاب موهوب فيزيائي إنجليزيأثبت G. Mosle أن حجم شحنات النوى الذرية يتزايد باستمرار من عنصر إلى عنصر بوحدة. بهذا الاكتشاف، أكد موزل التخمين الرائع لمندليف، الذي كان في ثلاثة مواضع الجدول الدوريابتعدت عن التسلسل المتزايد للأوزان الذرية.
وهكذا، عند تجميعه، وضع مندليف 27 Co أمام 28 Ni، و52 Ti أمام 5 J، و18 Ar أمام 19 K، على الرغم من أن ذلك يتناقض مع صياغة القانون الدوري، أي الترتيب ترتيب العناصر حسب تزايد أوزانها الذرية .
وفقا لقانون موسلي، شحنات النوى من هذه العناصر يتوافق مع موقعها في الجدول.
فيما يتعلق باكتشاف قانون موسلي صياغة حديثةالقانون الدوري هو كما يلي:
تعتمد خصائص العناصر، وكذلك أشكال وخصائص مركباتها، بشكل دوري على شحنة نواة ذراتها.
لذا، الشخصيات الرئيسيهالذرة ليست الكتلة الذرية، بل الحجم شحنة موجبةحبات. وهذه خاصية أكثر عمومية ودقة للذرة، وبالتالي فهي عنصر. تعتمد جميع خصائص العنصر وموقعه في الجدول الدوري على حجم الشحنة الموجبة للنواة الذرية. هكذا، يتطابق الرقم التسلسلي للعنصر الكيميائي عدديًا مع شحنة نواة ذرته. الجدول الدوري للعناصر هو التمثيل البيانيالقانون الدوري ويعكس بنية ذرات العناصر.
تشرح نظرية التركيب الذري التغيرات الدورية في خصائص العناصر. زيادة الشحنة الإيجابية النوى الذريةمن 1 إلى 110 يؤدي إلى التكرار الدوري لذرات العناصر الهيكلية لمستوى الطاقة الخارجي. وبما أن خواص العناصر تعتمد بشكل أساسي على عدد الإلكترونات الموجودة على المستوى الخارجي؛ ثم يكررون بشكل دوري. هذا هو المعنى المادي للقانون الدوري.
على سبيل المثال، النظر في التغيير في خصائص العنصر الأول والأخير من الفترات. تبدأ كل فترة في الجدول الدوري بعناصر من الذرات، والتي تحتوي في المستوى الخارجي على إلكترون واحد (المستويات الخارجية غير المكتملة) وبالتالي تظهر خصائص مماثلة- تتخلى بسهولة عن إلكترونات التكافؤ التي تحدد طابعها المعدني. هذه هي الفلزات القلوية - Li، Na، K، Rb، Cs.
وتنتهي الدورة بعناصر تحتوي ذراتها في المستوى الخارجي على 2 (س2) إلكترون (في الدورة الأولى) أو 8 (س1ف6) الإلكترونات (في جميع الإلكترونات اللاحقة)، أي أن لديها مستوى خارجي مكتمل. هذا غازات نبيلة He، Ne، Ar، Kr، Xe، لها خصائص خاملة.
إنه على وجه التحديد بسبب التشابه في بنية مستوى الطاقة الخارجي، فإن خواصها الفيزيائية والكيميائية متشابهة.
وفي كل فترة، مع زيادة العدد الترتيبي للعناصر، تضعف الخواص المعدنية تدريجيا وتزداد الخواص غير المعدنية، وتنتهي الدورة بغاز خامل. وفي كل فترة، مع زيادة العدد الترتيبي للعناصر، تضعف الخواص المعدنية تدريجيا وتزداد الخواص غير المعدنية، وتنتهي الدورة بغاز خامل.
في ضوء عقيدة بنية الذرة، يصبح واضحا تقسيم جميع العناصر إلى سبع فترات التي قام بها D. I. Mendeleev. ويتوافق رقم الدورة مع عدد مستويات الطاقة للذرة، أي أن موضع العناصر في الجدول الدوري يتم تحديده من خلال بنية ذراتها. اعتمادا على المستوى الفرعي المملوء بالإلكترونات، يتم تقسيم جميع العناصر إلى أربعة أنواع.
1. عناصر s. يتم ملء الطبقة الفرعية s للطبقة الخارجية (s 1 - s 2). وهذا يشمل العنصرين الأولين من كل فترة.
2. عناصر ف. المستوى الفرعي p للمستوى الخارجي مملوء (ص 1 -- ص 6) - ويشمل ذلك العناصر الستة الأخيرة من كل فترة، بدءاً من الثانية.
3. د- العناصر. يمتلئ المستوى الفرعي d من المستوى الأخير (d1 - d 10)، ويبقى 1 أو 2 إلكترون في المستوى (الخارجي) الأخير. وتشمل هذه عناصر العقود الإضافية (10) لفترات كبيرة، بدءًا من الرابع، وتقع بين العناصر s وp (وتسمى أيضًا العناصر الانتقالية).
4. عناصر f. المستوى الفرعي f للمستوى العميق (ثلثه الخارجي) مملوء (f 1 -f 14)، والهيكل الخارجي المستوى الالكترونييبقى دون تغيير. هذه هي اللانثانيدات والأكتينيدات، وتقع في الفترتين السادسة والسابعة.
وبالتالي، فإن عدد العناصر في الفترات (2-8-18-32) يتوافق مع الحد الأقصى لعدد الإلكترونات الممكنة عند مستويات الطاقة المقابلة: في الأول - اثنان، في الثاني - ثمانية، في الثالث - ثمانية عشر، و في الرابع - اثنان وثلاثون إلكترونًا. يعتمد تقسيم المجموعات إلى مجموعات فرعية (رئيسية وثانوية) على الاختلاف في ملء مستويات الطاقة بالإلكترونات. المجموعة الفرعية الرئيسيةماكياج س- وعناصر ف، ومجموعة فرعية ثانوية - عناصر د. تجمع كل مجموعة عناصر تحتوي ذراتها على بنية مماثلة لمستوى الطاقة الخارجي. وفي هذه الحالة تحتوي ذرات عناصر المجموعات الفرعية الرئيسية في المستويات الخارجية (الأخيرة) على عدد من الإلكترونات يساوي رقم المجموعة. هذه هي ما يسمى إلكترونات التكافؤ.
بالنسبة لعناصر المجموعات الفرعية الجانبية، فإن إلكترونات التكافؤ ليست فقط المستويات الخارجية، بل أيضًا المستويات قبل الأخيرة (الخارجية الثانية)، وهو الفرق الرئيسي في خصائص عناصر المجموعات الفرعية الرئيسية والجانبية.
ويترتب على ذلك أن رقم المجموعة يشير عادة إلى عدد الإلكترونات التي يمكنها المشاركة في التكوين الروابط الكيميائية. هذا هو المعنى المادي لرقم المجموعة.
من وجهة نظر نظرية التركيب الذري، يمكن تفسير الزيادة في الخواص المعدنية للعناصر في كل مجموعة مع زيادة شحنة النواة الذرية بسهولة. مقارنة، على سبيل المثال، توزيع الإلكترونات حسب المستويات في الذرات 9 F (1s 2 2s 2 2r 5) و53J (1s 2 2s 2 2r 6 3s 2 zr 6 3D 10 4س 2 4 ر 6 4 د 10 5s 2 5p 5) يمكن ملاحظة أن لديهم 7 إلكترونات في المستوى الخارجي مما يدل على تشابه الخصائص. ومع ذلك، فإن الإلكترونات الخارجية في ذرة اليود تكون أبعد عن النواة، وبالتالي فهي أقل إحكامًا. لهذا السبب، يمكن لذرات اليود التبرع بالإلكترونات، أو بمعنى آخر، إظهار خصائص معدنية، وهي ليست نموذجية للفلور.
لذا، فإن بنية الذرات تحدد نمطين:
أ) التغيير في خصائص العناصر أفقيًا - خلال الفترة، من اليسار إلى اليمين، تضعف الخواص المعدنية وتتعزز الخواص غير المعدنية؛
ب) التغيير في خصائص العناصر عموديًا - في المجموعة، مع زيادة الرقم التسلسلي، تزداد الخواص المعدنية وتضعف الخواص غير المعدنية.
هكذا: مع زيادة شحنة نواة ذرات العناصر الكيميائية، يتغير هيكلها بشكل دوري قذائف إلكترونية، ماهو السبب التغيير الدوريخصائصهم.
هيكل النظام الدوري لـ D. I. Mendeleev.
ينقسم النظام الدوري لـ D. I. Mendeleev إلى سبع فترات - تسلسلات أفقية للعناصر مرتبة بترتيب تصاعدي للرقم التسلسلي، وثماني مجموعات - تسلسلات من العناصر من نفس النوع التكوين الإلكترونيةالذرات والخصائص الكيميائية المماثلة.
الفترات الثلاث الأولى تسمى صغيرة، والباقي - كبير. تتضمن الفترة الأولى عنصرين، الفترتان الثانية والثالثة - ثمانية لكل منهما، الرابعة والخامسة - ثمانية عشر عنصرًا، السادسة - اثنان وثلاثون، السابعة (غير مكتملة) - واحد وعشرون عنصرًا.
تبدأ كل فترة (ما عدا الأولى). الفلزات القلويةوينتهي بالغاز النبيل.
تسمى عناصر الفترتين 2 و 3 بالنموذجية.
تتكون الفترات الصغيرة من صف واحد، والفترات الكبيرة - من صفين: زوجي (علوي) وفردي (سفلي). توجد المعادن في صفوف زوجية لفترات كبيرة، وتتغير خصائص العناصر قليلاً من اليسار إلى اليمين. في الصفوف الفردية لفترات كبيرة، تتغير خصائص العناصر من اليسار إلى اليمين، كما هو الحال في عناصر الدورة 2 و 3.
في النظام الدوري، لكل عنصر رمزه ورقمه التسلسلي، ويشار إلى اسم العنصر وكتلته الذرية النسبية. إحداثيات موضع العنصر في النظام هي رقم الفترة ورقم المجموعة.
العناصر ذات الأرقام التسلسلية 58-71، وتسمى اللانثانيدات، والعناصر المرقمة 90-103 - الأكتينيدات - توضع بشكل منفصل في أسفل الجدول.
تنقسم مجموعات العناصر، المحددة بالأرقام الرومانية، إلى مجموعات فرعية رئيسية وثانوية. تحتوي المجموعات الفرعية الرئيسية على 5 عناصر (أو أكثر). وتشمل المجموعات الفرعية الثانوية عناصر الفترات التي تبدأ من الرابعة.
يتم تحديد الخواص الكيميائية للعناصر من خلال بنية ذرتها، أو بالأحرى بنية الغلاف الإلكتروني للذرات. تسمح لنا مقارنة بنية الأصداف الإلكترونية بموضع العناصر في الجدول الدوري بتحديد عدد من الأنماط المهمة:
1. رقم الفترة هو الرقم الإجماليمستويات الطاقة المملوءة بالإلكترونات في الذرات من هذا العنصر.
2. في الفترات الصغيرة والسلاسل الفردية من الفترات الكبيرة، مع زيادة الشحنة الموجبة للنواة، يقل عدد الإلكترونات الموجودة في الطبقة الخارجية مستوى الطاقة. ويرتبط ذلك بإضعاف العناصر المعدنية وتعزيز الخواص غير المعدنية للعناصر من اليسار إلى اليمين.
يشير رقم المجموعة إلى عدد الإلكترونات التي يمكنها المشاركة في تكوين الروابط الكيميائية (إلكترونات التكافؤ).
في المجموعات الفرعية، مع زيادة الشحنة الموجبة لنواة ذرات العناصر، تصبح خصائصها المعدنية أقوى وتضعف خصائصها غير المعدنية.
تاريخ إنشاء الجدول الدوري
كتب ديمتري إيفانوفيتش مندلييف في أكتوبر 1897 في مقال بعنوان "القانون الدوري للعناصر الكيميائية":
- بعد اكتشافات لافوازييه، تم تعزيز مفهوم العناصر الكيميائية والأجسام البسيطة لدرجة أن دراستها شكلت أساس جميع المفاهيم الكيميائية، ونتيجة لذلك دخلت جميع العلوم الطبيعية. كان علينا أن نعترف بأن جميع المواد المتاحة للبحث تحتوي على عدد محدود للغاية من العناصر غير المتجانسة ماديًا والتي لا تتحول إلى بعضها البعض ولها جوهر مستقل ذو وزن، وأن تنوع المواد الطبيعية بالكامل لا يتحدد إلا من خلال الجمع بين هذه العناصر. قلة العناصر والاختلاف سواء في نفسها أو في كمياتها النسبية، أو إذا كانت نوعية العناصر وكميتها واحدة – بالاختلاف في موضعها النسبي أو نسبتها أو توزيعها. في هذه الحالة، يجب أن تسمى المواد التي تحتوي على عنصر واحد فقط الهيئات "البسيطة"، "المعقدة" - اثنين أو أكثر. لكن بالنسبة لعنصر معين، قد يكون هناك العديد من التعديلات للأجسام البسيطة المقابلة له، اعتمادًا على توزيع ("بنية") أجزائه أو ذراته، أي. من هذا النوع من الأيزومرية يسمى "التآصلية". لذا فإن الكربون، كعنصر، هو في حالة الفحم والجرافيت والماس، والذي (يُؤخذ في الاعتبار). شكل نقي) ينتج نفس ثاني أكسيد الكربون عند احتراقه وبنفس الكمية. بالنسبة لـ "العناصر" نفسها، لا يوجد شيء مثل هذا معروف. إنها لا تخضع لأي تعديلات أو تحولات متبادلة، ووفقًا لوجهات النظر الحديثة، فهي تمثل الجوهر الذي لا يتغير لمادة متغيرة (كيميائيًا وفيزيائيًا وميكانيكيًا)، والتي يتم تضمينها في كل من الأجسام البسيطة والمعقدة.
إن الفكرة الواسعة الانتشار، في العصور القديمة وحتى يومنا هذا، القائلة بوجود مادة "مفردة أو أولية" تتكون منها جميع المواد المتنوعة، لم تؤكدها التجربة، وكل المحاولات الرامية إلى ذلك تبين أنها تدحض هو - هي. آمن الكيميائيون بتحول المعادن إلى بعضها البعض، وقد أثبتوا ذلك طرق مختلفةولكن عند التحقق منها، تبين أن كل شيء إما خداع (خاصة فيما يتعلق بإنتاج الذهب من معادن أخرى)، أو خطأ وعدم اكتمال البحث التجريبي. ومع ذلك، لا يسع المرء إلا أن يلاحظ أنه إذا اتضح غدًا أن المعدن A يتحول كليًا أو جزئيًا إلى معدن آخر B، فلن يترتب على ذلك على الإطلاق أن الأجسام البسيطة قادرة على التحول إلى بعضها البعض بشكل عام، على سبيل المثال، من حقيقة أن أكسيد اليورانيوم كان يعتبر لفترة طويلة جسمًا بسيطًا، ولكن تبين أنه يحتوي على الأكسجين واليورانيوم المعدني الفعلي - لا ينبغي التوصل إلى استنتاج عام على الإطلاق، ولكن لا يمكن للمرء إلا أن يحكم بشكل خاص الدرجات السابقة والحديثة للتعرف على اليورانيوم كعنصر مستقل. من وجهة النظر هذه، يجب أن ننظر أيضًا إلى تحول الفضة المكسيكية جزئيًا إلى ذهب (مايو-يونيو 1897)، الذي أعلنه إيمنز (ستيفن - ن. إيميوس)، إذا كانت صحة الملاحظات مبررة ولم يتحول أرجنتوروم ليكون تحذيرًا كيميائيًا مشابهًا من نفس النوع، وهو ما حدث أكثر من مرة ويختبئ أيضًا وراء عباءة السرية والمصلحة المالية. إن هذا البرودة والضغط يمكن أن يساهما في حدوث تغيير في البنية والخصائص معروف منذ زمن طويل، على الأقل من مثال قصدير فريتش، ولكن لا توجد حقائق تشير إلى أن هذه التغييرات تذهب بعمق شديد ولا تصل إلى بنية الجسيمات، بل إلى ما يعتبر الآن ذرات وعناصر، وبالتالي فإن تحويل الفضة إلى ذهب (ولو تدريجيًا)، كما أكد إيمنز، سيظل مشكوكًا فيه وغير مهم حتى فيما يتعلق بالفضة والذهب، حتى يصبح "السر" أولاً هكذا. كشفت أن التجربة يمكن إعادة إنتاجها من قبل الجميع، وثانيًا، حتى يتم إثبات التحول العكسي (مع التسخين وانخفاض الضغط؟) من الذهب إلى الفضة، أو حتى يتم إثبات استحالة ذلك أو صعوبته فعليًا. ومن السهل أن نفهم أن تحول الكحول ثاني أكسيد الكربون إلى سكر أمر صعب، وإن كان العكس سهلا، لأن السكر بلا شك أكثر تعقيدا من الكحولوثاني أكسيد الكربون. ويبدو لي أنه من المستبعد جدًا أن يتحول تحول الفضة إلى ذهب، وإذا كان العكس، فلن يتحول الذهب إلى فضة، لأن الوزن الذري وكثافة الذهب تقريبًا ضعف وزن الفضة، والتي يجب أن نستنتج منها، بناءً على كل ما هو معروف في الكيمياء أنه إذا كان الذهب والفضة يأتيان من نفس المادة، فإن الذهب أكثر تعقيدًا من الفضة ويجب تحويله إلى فضة بسهولة أكبر من العودة. لذلك، أعتقد أن السيد إيمنز، لكي يكون مقنعًا، يجب ألا يكشف "السر" فحسب، بل يحاول أيضًا أن يظهر، إن أمكن، تحول الذهب إلى فضة، خاصة أنه عند الحصول عليه من معدن باهظ الثمنومن الواضح أن المصالح النقدية من جهة أخرى أرخص بـ 30 مرة ستكون في الخلفية، ومن الواضح أن مصالح الحقيقة والحقيقة ستكون في المقام الأول، ولكن الآن يبدو الأمر، في رأيي، من الجانب الآخر.
ومع هذه الفكرة عن العناصر الكيميائية، يتبين أنها شيء مجرد، لأننا لا نراها أو نعرفها بشكل فردي. لقد توصلت معرفة واقعية مثل الكيمياء إلى فكرة شبه مثالية من مجمل كل شيء تمت ملاحظته حتى الآن، وإذا كان من الممكن الدفاع عن هذه الفكرة، فعندئذ فقط كموضوع لقناعة عميقة الجذور، والتي ثبت حتى الآن أنها صحيحة تمامًا بالاتفاق مع التجربة والملاحظة. وبهذا المعنى، فإن مفهوم العناصر الكيميائية عميق السبب الحقيقيفي علم الطبيعة برمته، حيث، على سبيل المثال، لم يتحول الكربون أبدًا إلى أي عنصر آخر بواسطة أي شخص، في حين تم تحويل جسم بسيط - الفحم - إلى جرافيت وألماس، وربما، في يوم من الأيام، سيكون من الممكن لتحويله إلى مادة سائلة أو غازية، إذا أمكن إيجاد الشروط اللازمة لتبسيط جزيئات الفحم الأكثر تعقيدا. المفهوم الرئيسي الذي يمكن من خلاله البدء في شرح شرعية P. يتكون على وجه التحديد من الاختلاف الأساسي في الأفكار حول العناصر والأجسام البسيطة. الكربون هو عنصر، شيء لا يتغير، موجود في الفحم وفي الفحم ثاني أكسيد الكربونأو في المضيئ، سواء في الماس أو في الكتلة المتغيرة المواد العضويةسواء في الحجر الجيري أو الخشب. هذا ليس جسمًا محددًا، ولكنه مادة ثقيلة (مادية) لها مجموع الخصائص. كما أنه لا يوجد جسم خرساني في بخار الماء أو الثلج - الماء السائلولكن هناك نفس المادة ذات الثقل بمجموعها وحده العقارات المملوكةلذا فإن جميع المواد الكربونية تحتوي على كربون متجانس ماديًا: ليس الفحم، بل الكربون. الأجسام البسيطة هي مواد تحتوي على عنصر واحد فقط، ولا يصبح مفهومها واضحا بشفافية إلا عندما يتم التعرف على فكرة معززة عن الذرات والجزيئات أو الجزيئات التي تتكون منها. مواد متجانسة; علاوة على ذلك، فإن مفهوم العنصر يتوافق مع الذرة، ومع جسم بسيط - جسيم. الأجسام البسيطة، مثل كل الأجسام الطبيعية، تتكون من جزيئات: الفرق بينها كله هو الهيئات المعقدةيتكون فقط من حقيقة أن جزيئات الأجسام المعقدة تحتوي على ذرات غير متجانسة من عنصرين أو أكثر، وجزيئات الأجسام البسيطة تحتوي على ذرات متجانسة من عنصر معين. كل ما هو مذكور أدناه يجب أن يتعلق بالعناصر على وجه التحديد، أي. على سبيل المثال إلى الكربون والهيدروجين والأكسجين، كما عناصرالسكر، والخشب، والماء، والفحم، وغاز الأكسجين، والأوزون، وما إلى ذلك، ولكنها ليست أجسامًا بسيطة تتكون من العناصر. وفي الوقت نفسه، من الواضح أن السؤال الذي يطرح نفسه هو: كيف يمكن للمرء أن يجد أي شرعية حقيقية فيما يتعلق بأشياء مثل العناصر التي لا توجد إلا كأفكار للكيميائيين المعاصرين، وما الذي يمكن توقعه بالفعل كنتيجة لدراسة بعض التجريدات؟ إجابات الواقع أسئلة مماثلةبوضوح تام: التجريدات، إذا كانت صادقة (تحتوي على عناصر الحقيقة) وتتوافق مع الواقع، يمكن أن تكون بمثابة موضوع نفس الدراسة تمامًا مثل الملموسة المادية البحتة. وهكذا، فإن العناصر الكيميائية، رغم أنها جوهر التجريد، تخضع للتحقيق تمامًا مثل الأجسام البسيطة أو المعقدة التي يمكن تسخينها ووزنها وإخضاعها عمومًا للملاحظة المباشرة. وجوهر الأمر هنا هو أن العناصر الكيميائية، على أساس الدراسة التجريبية للأجسام البسيطة والمعقدة التي تشكلها، تكتشف خصائصها. الخصائص الفرديةوالعلامات التي يشكل مجموعها موضوع البحث. سننتقل الآن إلى سرد بعض الميزات التي تنتمي إلى العناصر الكيميائية لكي نبين بعد ذلك P. شرعية العناصر الكيميائية.
يجب تقسيم خصائص العناصر الكيميائية إلى نوعية وكمية، على الأقل أولها كان يخضع للقياس. من بين العوامل النوعية، في المقام الأول، القدرة على تكوين الأحماض والقواعد. يمكن أن يكون الكلور مثالاً على الأول، لأنه مع كل من الهيدروجين والأكسجين يشكل أحماضًا واضحة قادرة على إنتاج أملاح مع معادن وقواعد، بدءًا من النموذج الأولي للأملاح - ملح الطعام. ملح الطعام الصوديوم NaCl يمكن أن يكون مثالًا للعناصر التي توفر القواعد فقط، حيث أنه لا ينتج أكاسيد حمضية مع الأكسجين، مكونًا إما قاعدة (أكسيد الصوديوم) أو بيروكسيد، الذي له السمات المميزةبيروكسيد الهيدروجين النموذجي. جميع العناصر حمضية أو قاعدية إلى حد ما، مع تحولات واضحة من الأولى إلى الأخيرة. وقد عبر علماء الكيمياء الكهربائية (وعلى رأسهم بيرسيليوس) عن هذه الخاصية النوعية للعناصر من خلال التمييز بين العناصر المشابهة للصوديوم، على أساس أن الأول، أثناء التحلل، يولد تيارًا عند الأنود، والأخير عند الكاثود. ويتم التعبير عن نفس الاختلاف النوعي بين العناصر جزئيا في التمييز بين الفلزات وأشباه الفلزات، حيث أن العناصر الأساسية هي من تلك التي تعطي معادن حقيقية على شكل أجسام بسيطة، والعناصر الحمضية تشكل أشباه فلزات على شكل أجسام بسيطة ليس لها شكل و الخصائص الميكانيكيةمعادن حقيقية. لكن الأمر ليس مستحيلاً في كل هذه النواحي فحسب القياس المباشرمما يسمح لنا بتحديد تسلسل الانتقال من خاصية إلى أخرى، ولكن لا توجد اختلافات حادة، لذلك هناك عناصر انتقالية بشكل أو بآخر أو تلك التي يمكن تصنيفها في فئة أو أخرى. لذلك الألومنيوم، بواسطة مظهرمعدن واضح، موصل ممتاز للجالف. التيار، في أكسيده الوحيد Al 2 O 3 (الألومينا) يلعب إما دورًا أساسيًا أو حمضيًا، لأنه يتحد مع القواعد (على سبيل المثال، Na 2 O، MgO، إلخ) ومع أكاسيد الحمضعلى سبيل المثال، تشكيل ملح الكبريت والألومينا A1 2 (SO 4) 3 =Al 2 O 3 3O 3؛ وفي كلتا الحالتين كان التعبير عن خصائصه ضعيفًا. الكبريت، الذي يشكل شبه فلز لا شك فيه، متوفر بكثرة العلاقات الكيميائيةعلى غرار التيلوريوم، الذي الصفات الخارجية جسم بسيطترتبط دائما بالمعادن. مثل هذه الحالات، كثيرة جدًا، تعطي جميع الخصائص النوعية للعناصر درجة معينة من عدم الاستقرار، على الرغم من أنها تعمل على تسهيل، وإذا جاز التعبير، تنشيط نظام التعرف على العناصر بأكمله، مما يشير فيها إلى علامات الفردية التي تجعلها من الممكن التنبؤ بالخصائص التي لم يتم ملاحظتها بعد للأجسام البسيطة والمعقدة المكونة من العناصر. هذه معقدة الخصائص الفرديةأعطت العناصر اهتمامًا كبيرًا باكتشاف عناصر جديدة، ولم تسمح بأي شكل من الأشكال بالتنبؤ بمجموع الخصائص الفيزيائية والكيميائية المميزة للمواد التي شكلتها. كل ما يمكن تحقيقه في دراسة العناصر كان يقتصر على جمع أكثر العناصر تشابها في مجموعة واحدة، مما جعل كل هذا التعارف مشابها لتصنيف النباتات أو الحيوانات، أي. كانت الدراسة خاضعة ووصفية ولم تسمح بأي تنبؤات فيما يتعلق بالعناصر التي لم تكن في أيدي الباحثين بعد. وعدد من الخواص الأخرى التي سنسميها كمية، لم تظهر في صورتها الصحيحة للعناصر الكيميائية إلا من زمن لوران وجيرارد، أي. منذ الخمسينيات من القرن الحالي، عندما تمت دراسة وتعميم قدرة التفاعل المتبادل من جانب تركيب الجزيئات وتم تعزيز فكرة الجزيئات ذات الحجمين، أي. أنه في حالة البخار، طالما لا يوجد تحلل، فإن جميع أنواع الجزيئات (أي كميات المواد التي تدخل تفاعل كيميائيفيما بينها) جميع الأجسام تشغل نفس الحجم الذي يشغله حجمان من الهيدروجين عند نفس درجة الحرارة ونفس الضغط. دون الخوض هنا في عرض وتطوير المبادئ التي تم تعزيزها في هذه الفكرة المقبولة بشكل عام الآن، يكفي أن نقول أنه مع تطور الكيمياء الوحدوية أو الجزئية في الأربعين أو الخمسين عامًا الماضية، ظهرت صلابة لم تكن موجودة سابقًا غير موجودة، سواء في تحديد الأوزان الذرية للعناصر أو في تحديد تركيب جزيئات الأجسام البسيطة والمعقدة التي تتكون منها، وأصبحت سبب واضحالاختلافات في خصائص وتفاعلات الأكسجين العادي O2 والأوزون O3 رغم أن كلاهما يحتوي على الأكسجين فقط، وكذلك الفرق بين الغاز النفطي (الإيثيلين) C2H4 والسيتين السائل C16H32 رغم أن كلاهما يحتوي على 12 جزءًا بالوزن من الكربون، جزأين بالوزن أجزاء من الهيدروجين. خلال هذه الحقبة المهمة من الكيمياء، ظهرت فيها خاصيتان أو خصائص كمية أكثر أو أقل دقة لكل عنصر تم فحصه جيدًا: وزن الذرة ونوع (شكل) التركيب الجزيئي للمركبات التي تشكلها، على الرغم من عدم وجود شيء لم تشير بعد إما إلى العلاقة المتبادلة بين هذه الخصائص أو إلى علاقتها مع خصائص العناصر الأخرى، وخاصة النوعية. خاصية الوزن الذري للعنصر، أي. غير قابل للتجزئة، الأصغر المبلغ النسبيإنه جزء من جزيئات جميع مركباته، وكان ذا أهمية خاصة لدراسة العناصر ويشكل خصائصها الفردية، حتى الآن خاصية تجريبية بحتة، لأنه لتحديد الوزن الذري لعنصر ما، من الضروري معرفة ليس فقط تكوين الوزن المكافئ أو النسبي لبعض مركباته مع العناصر، التي يُعرف وزن ذرةها من تعريفات أخرى، أو يتم قبولها تقليديًا على أنها معروفة، ولكنها تحدد أيضًا (من خلال التفاعلات وكثافة البخار وما إلى ذلك) الوزن الجزئي والتركيب لواحد على الأقل، أو الأفضل من ذلك، العديد من المركبات التي يتكون منها. إن مسار التجربة هذا معقد للغاية وطويل ويتطلب مادة نقية تمامًا ومدروسة بعناية من بين مركبات العنصر لدرجة أنه بالنسبة للكثيرين، وخاصة بالنسبة للعناصر النادرة في الطبيعة، في غياب أسباب مقنعة بشكل خاص، ظلت هناك العديد من الشكوك حول القيمة الحقيقية للوزن الذري، على الرغم من تثبيت التركيبة الوزنية (المكافئة) لبعض وصلاتها؛ مثل، على سبيل المثال، اليورانيوم، والفاناديوم، والثوريوم، والبريليوم، والسيريوم، وما إلى ذلك. وبقيمة تجريبية بحتة لوزن الذرة، لم يكن هناك مصلحة خاصةالخوض في هذا الموضوع لعناصر نادرا ما يتم فحصها، حتى الآن كتلة كبيرةويمكن بالفعل اعتبار قيم الأوزان الذرية لمعظم العناصر العادية راسخة في أوائل الستينيات، خاصة بعد أن ثبت كانيزارو بشكل راسخ للعديد من المعادن، على سبيل المثال. الكالسيوم، با، الزنك، الحديد، النحاس، الخ. اختلافها الواضح عن K، Na، Ag، وما إلى ذلك، يوضح أن الجسيمات على سبيل المثال. تحتوي مركبات الكلوريد في الأول على ضعف كمية الكلور الموجودة في الأخير، أي. أن Ca، Ba، Zn، إلخ. إعطاء CaCI 2، BaCI 2، وما إلى ذلك، أي. ثنائي الذرة (ثنائي مكافئ أو ثنائي التكافؤ)، في حين K، Na، الخ. أحادي الذرة (أحادي المكافئ) ، أي شكل KCI، NaCI، إلخ. في منتصف هذا القرن تقريبًا، كان وزن ذرة العناصر بمثابة إحدى العلامات التي بدأت من خلالها مقارنة العناصر المتشابهة في المجموعات.
آخر من أهم الخصائص الكميةتمثل العناصر تكوين جزيئات المركبات العليا التي تشكلها. هناك المزيد من البساطة والوضوح هنا، لأن قانون دالتون للنسب المتعددة (أو بساطة وسلامة عدد الذرات التي تشكل الجسيمات) يجبرنا بالفعل على انتظار أرقام قليلة فقط وكان من الأسهل فهمها. تم التعبير عن التعميم في عقيدة ذرية العناصر أو تكافؤها. الهيدروجين عنصر أحادي الذرة، لأنه يعطي مركب واحد HX مع عناصر أخرى أحادية الذرة، والتي يعتبر الكلور ممثلا لها، ويشكل حمض الهيدروكلوريك. الأكسجين ثنائي الذرة لأنه يعطي H 2 O أو يتحد مع اثنين من Xs، إذا كنا نعني بـ X عناصر أحادية الذرة. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على HClO، Cl 2 O، وما إلى ذلك. وبهذا المعنى، يعتبر النيتروجين ثلاثي الذرة، لأنه يعطي NH 3، NCl 3؛ الكربون رباعي الذرات لأنه يتكون من CH 4 و CO 2 وما إلى ذلك. عناصر مماثلة من نفس المجموعة، على سبيل المثال. الهالوجينات تعطي أيضا جزيئات مماثلة من المركبات، أي. لها نفس الذرية. ومن خلال كل هذا تقدمت دراسة العناصر بشكل كبير. ولكن كانت هناك صعوبات كثيرة أنواع مختلفة. تمثل مركبات الأكسجين، باعتبارها عنصرًا ثنائي الذرة قادرًا على استبدال X2 والاحتفاظ به، صعوبة خاصة، مما يجعل تكوين Cl2O وHClO وما إلى ذلك مفهومًا تمامًا. مركبات ذات عناصر أحادية الذرة. ومع ذلك، فإن نفس الأكسجين لا ينتج HClO فحسب، بل ينتج أيضًا HClO 2 وHClO 3 وHClO 4 (حمض البيركلوريك)، تمامًا مثل H 2 O، ولكن أيضًا H 2 O 2 (بيروكسيد الهيدروجين). للتوضيح، كان علينا أن نعترف بأن الأكسجين، بسبب ثنائي ذراته، الذي له تقاربان (كما يقولون)، قادر على الضغط في كل جسيم والوقوف بين أي ذرتين متضمنتين فيه. كانت هناك صعوبات كثيرة، لكن دعونا نركز على اثنتين، في رأيي، الأهم. أولاً، تبين أن هناك نوعاً من الحافة O 4 لعدد ذرات الأكسجين الموجودة في الجسيم، ولا يمكن توقع هذه الحافة بناءً على ما تم افتراضه. علاوة على ذلك، عند الاقتراب من الحافة، كانت الروابط الناتجة في كثير من الأحيان ليست أقل، ولكنها أقوى، وهو أمر لم يعد ممكنًا على الإطلاق عند التفكير في ذرات الأكسجين المضغوطة، نظرًا لأنه كلما زاد عددها، زاد احتمال وجود روابط ضعيفة. وفي الوقت نفسه، فإن HClO 4 أقوى من HClO 3، وهذا الأخير أقوى من HClO 2 وHClO، في حين أن HCl مرة أخرى جسم قوي جدًا كيميائيًا. يظهر الوجه O 4 في حقيقة أن مركبات الهيدروجين ذات ذرات مختلفة:
حمض الهيدروكلوريك، H2S، H3P وH4Si
أحماض الأكسجين العالية تجيب:
حمض الهيدروكلوريك 4، H2SO4، H3PO4 وH4SiO4،
والتي تحتوي بالتساوي على أربع ذرات أكسجين. ومن هذا يأتي الاستنتاج غير المتوقع وهو أنه باعتبار H كعناصر أحادية وO كعناصر ثنائية الذرة، فإن القدرة على الاتحاد مع الأكسجين هي عكس تلك مع الهيدروجين، أي. فكلما زادت قدرة العناصر على الاحتفاظ بذرات الهيدروجين أو زادت ذريتها، انخفضت قدرتها على الاحتفاظ بالأكسجين؛ الكلور، إذا جاز التعبير، أحادي الذرة في الهيدروجين وشبه ذري في الأكسجين، والفوسفور أو ما يماثله من النيتروجين ثلاثي الذرة بالمعنى الأول، وخماسي الذرة بالمعنى الثاني، كما يمكن رؤيته في مركبات أخرى، على سبيل المثال NH 4 CI، POCl 3 ، PCl 5، الخ. ثانيا، كل ما نعرفه يشير بوضوح إلى اختلاف عميق في إضافة الأكسجين (ضغطه، انطلاقا من فكرة ذرية العناصر) في الحالة التي يتكون فيها بيروكسيد الهيدروجين، منذ متى، على سبيل المثال ، يحدث. من H 2 SO 4 (الكبريت الحمضي) حمض الكبريتيك H 2 SO 4 ، على الرغم من أن H 2 O 2 يختلف عن H 2 O في نفس ذرة الأكسجين تمامًا مثل H 2 SO 4 عن H 2 SO 3 ، وعلى الرغم من أن مزيلات الأكسدة في كلتا الحالتين تتحول أعلى درجةالأكسدة إلى مستوى أقل. الفرق فيما يتعلق بالتفاعلات المميزة لـ H 2 O 2 و H 2 SO 4 واضح بشكل خاص بسبب حقيقة أن حمض الكبريتيك يحتوي على بيروكسيد خاص به (حمض البركبريتيك ، الذي تمت دراسة نظيره حمض البيركروميك مؤخرًا بواسطة Wiede و يحتوي، وفقا لبياناته، على H 2 CrO 5 ) الذي يتمتع بجميع خصائص بيروكسيد الهيدروجين. وهذا يعني أن هناك اختلافا كبيرا في طريقة إضافة الأكسجين في الأكاسيد "الشبيهة بالملح" والبيروكسيدات الحقيقية، وبالتالي فإن مجرد ضغط ذرات الأكسجين بين غيرها لا يكفي للتعبير عن جميع حالات إضافة الأكسجين، وإذا تم التعبير عنها، فمن المرجح أن يتم تطبيقه على البيروكسيدات، وليس على تكوين، إذا جاز التعبير، مركبات الأكسجين العادية التي تقترب من RH n O 4، حيث n، عدد ذرات الهيدروجين، لا يتجاوز 4، تمامًا مثل عدد الأكسجين ذرات في أحماض تحتوي على ذرة واحدة من العناصر R. ومع أخذ ما قيل في الاعتبار والمعنى العام من خلال R ذرة العناصر، فإن كامل المعلومات حول الأكاسيد الشبيهة بالملح تؤدي إلى استنتاج مفاده أن عدد الأشكال أو الأنواع المستقلة من العناصر الأكاسيد صغيرة جدًا وتقتصر على الثمانية التالية:
R2O2 أو RO، على سبيل المثال. الكالسيوم، الحديد O.
هذا الانسجام والبساطة في أشكال الأكسدة لا ينبع على الإطلاق من عقيدة ذرية العناصر في شكلها المعتاد (عند تحديد الذرة بمركب مع H أو Cl) وهي مسألة مقارنة مباشرة مركبات الأكسجينبأنفسهم. بشكل عام، فإن مبدأ ذرية العناصر الثابتة وغير المتغيرة يحتوي على صعوبات وعيوب (المركبات غير المشبعة مثل ثاني أكسيد الكربون، والمركبات المفرطة التشبع مثل JCl 3، والمركبات مع ماء التبلور، وما إلى ذلك)، ولكن لا يزال لها جانبان: مهمأي أنها تتميز بالبساطة والانسجام في التعبير عن تكوين وبنية المجمع مركبات العضوية، وفيما يتعلق بالتعبير عن تشبيه العناصر المرتبطة، حيث أن الذرية، بغض النظر عن كيفية اعتبارها (أو تكوين جزيئات المركبات المماثلة)، في هذه الحالة تبين أنها هي نفسها. على سبيل المثال. الهاليدات أو المعادن من مجموعة معينة والتي تتشابه مع بعضها البعض في العديد من الطرق الأخرى (القلويات، على سبيل المثال) دائمًا ما تكون لها نفس الذرة وتشكل سلسلة كاملة من المركبات المتشابهة، وبالتالي فإن وجود هذه الميزة موجود بالفعل إلى حد ما، مؤشرا للقياس.
من أجل عدم تعقيد العرض التقديمي، سنترك تعداد الخصائص النوعية والكمية الأخرى للعناصر (على سبيل المثال، التماثل، حرارة الاتصال، العرض، الانكسار، وما إلى ذلك) وننتقل مباشرة إلى عرض قانون P. والتي سوف نتناولها: 1) جوهر القانون، 2) تاريخه وتطبيقه في دراسة الكيمياء، 3) مبرر استخدامه مرة أخرى عناصر مفتوحة، 4) بشأن تطبيقه لتحديد قيمة الأوزان الذرية و 5) بشأن بعض عدم اكتمال المعلومات الموجودة.
جوهر P. الشرعية. وبما أن جميع خواص العناصر الكيميائية فإن وزنها الذري هو الأكثر سهولة في التحديد العددي وللإقناع التام، فإن النتيجة الأكثر طبيعية لمعرفة صحة العناصر الكيميائية هي وضع أوزان الذرات، خاصة أنه في الوزن (وفقًا لقانون حفظ الكتلة) نحن نتعامل مع غير قابل للتدمير و الممتلكات الأكثر أهميةجميع المواد. القانون دائمًا عبارة عن مراسلات للمتغيرات، تمامًا كما هو الحال في الجبر، حيث يعتمد كل منها وظيفيًا. وبالتالي، مع وجود الوزن الذري كمتغير واحد للعناصر، للعثور على قانون العناصر، ينبغي للمرء أن يأخذ خصائص أخرى للعناصر كمتغير آخر قيمة متغيرة، والبحث الاعتماد الوظيفي. أخذ العديد من خصائص العناصر، على سبيل المثال. حموضتها وقاعديتها، وقدرتها على الاتحاد مع الهيدروجين أو الأكسجين، وذريتها أو تكوين مركباتها، والحرارة المنطلقة في تكوين ما يقابلها، على سبيل المثال. مركبات الكلوريد، حتى منهم الخصائص الفيزيائيةعلى شكل أجسام بسيطة أو معقدة ذات تركيب مماثل وغيرها، يمكن ملاحظة تسلسل دوري حسب الوزن الذري. من أجل معرفة ذلك، دعونا أولاً نعطي قائمة بسيطة بكل شيء، حسنًا الآن تعريفات معروفةالأوزان الذرية للعناصر، مسترشدة بملخص حديث قدمه ف. كلارك ("مجموعات سميثسونيان المتنوعة"، 1075: "إعادة حساب الأوزان الذرية"، واشنطن، 1897، ص 34)، حيث ينبغي الآن اعتبارها الأكثر موثوقية وتحتوي على أفضل وأحدث الكتب. أحدث التعاريف. في هذه الحالة، سنقبل، مع غالبية الكيميائيين، الوزن الذري المشروط للأكسجين الذي يساوي 16. وتظهر دراسة مفصلة للأخطاء "المحتملة" أنه بالنسبة لنصف النتائج المعطاة تقريبًا، يكون الخطأ في الأرقام أقل من 0.1%، أما الباقي فيصل إلى عدة أعشار، وعند البعض الآخر ربما يصل إلى نسبة مئوية. جميع الأوزان الذرية مرتبة حسب الحجم.
خاتمة
كان للنظام الدوري لديمتري إيفانوفيتش مندليف أهمية كبيرة للعلوم الطبيعية وكل العلوم بشكل عام. وأثبتت أن الإنسان قادر على اختراق الأسرار التركيب الجزيئيالمادة، وبعد ذلك - في بنية الذرات. بفضل النجاح الكيمياء النظريةحدثت ثورة كاملة في الصناعة، وتم إنشاء كمية هائلة من المواد الجديدة. العلاقة بين غير العضوية و الكيمياء العضوية– تم العثور على نفس العناصر الكيميائية في كل من الأول والثاني.
هيكل الجدول الدوري
الجدول الدوري للعناصر الكيميائية هو تصنيف للعناصر الكيميائية على أساس مستقبل معينهيكل ذرات العناصر الكيميائية. تم تجميعها على الأساس القانون الدوري، اكتشفه د.آي مندليف عام 1869. وكان الجدول الدوري في ذلك الوقت يضم 63 عنصرًا كيميائيًا وكان يختلف في مظهره عن الجدول الدوري الحديث. الآن يتضمن الجدول الدوري حوالي مائة وعشرين عنصرًا كيميائيًا.
يتم تجميع الجدول الدوري على شكل جدول يتم ترتيب العناصر الكيميائية فيه بترتيب معين: كلما زادت كتلتها الذرية. يوجد الآن أنواع عديدة من صور الجدول الدوري. الأكثر شيوعًا هي الصورة على شكل جدول مع عناصر مرتبة من اليسار إلى اليمين. يتم تجميع جميع العناصر الكيميائية في الجدول الدوري في فترات ومجموعات. يتضمن الجدول الدوري سبع فترات وثماني مجموعات. الفترات عبارة عن سلسلة أفقية من العناصر الكيميائية تتغير فيها خصائص العناصر من معدنية نموذجية إلى غير معدنية. أعمدة رأسية للعناصر الكيميائية التي تحتوي على عناصر متشابهة الخواص الكيميائية، تشكل مجموعات من العناصر الكيميائية.
تسمى الفترات الأولى والثانية والثالثة صغيرة لأنها تحتوي على عدد صغير من العناصر (الأولى - عنصران والثاني والثالث - ثمانية عناصر لكل منهما). تسمى عناصر الفترتين الثانية والثالثة بالنموذجية؛ وتتغير خصائصها بشكل طبيعي من معدن نموذجي إلى غاز خامل. وتسمى جميع الفترات الأخرى كبيرة (الرابعة والخامسة تحتويان على 18 عنصرًا، والسادسة - 32 والسابعة - 24 عنصرًا). تظهر العناصر الموجودة ضمن فترات كبيرة في نهاية كل صف زوجي تشابهًا خاصًا في الخصائص. وهذه هي ما يسمى بالثلاثيات: فيروم - كوبالت - نيكول، والتي تشكل عائلة الحديد، واثنين آخرين: الروثينيوم - الروديوم - البلاديوم والأوزميوم - إيريديوم - البلاتين، والتي تشكل عائلة معادن البلاتين (البلاتينويدات).
في أسفل جدول D.I Mendeleev توجد العناصر الكيميائية التي تشكل عائلة اللانثانيدات وعائلة الأكتينيدات. وجميع هذه العناصر تندرج رسميا في المجموعة الثالثة وتأتي بعد العنصرين الكيميائيين اللانثانم (رقم 57) والأكتينيوم (رقم 89). يحتوي الجدول الدوري للعناصر على عشرة صفوف. تتكون الفترات الصغيرة (الأولى والثانية والثالثة) من صف واحد، أما الفترات الكبيرة (الرابعة والخامسة والسادسة) فتتكون من صفين لكل منهما. هناك صف واحد في الفترة السابعة.
كل فترة طويلةيتكون من صفوف زوجية وفردية. تحتوي الصفوف المقترنة على عناصر معدنية؛ وفي الصفوف الفردية تتغير خصائص العناصر كما هو الحال في العناصر القياسية، أي. من معدني إلى غير معدني واضح. تتكون كل مجموعة من جدول D.I Mendeleev من مجموعتين فرعيتين: الرئيسية والثانوية. تتضمن المجموعات الفرعية الرئيسية عناصر من الفترات الصغيرة والكبيرة، أي أن المجموعات الفرعية الرئيسية تبدأ إما بالفترة الأولى أو الثانية. وتشمل المجموعات الفرعية الثانوية عناصر لفترات طويلة فقط، أي. تبدأ المجموعات الفرعية الثانوية فقط من الفترة الرابعة.