Что такое предсказание по периодической системе

Таблица Менделеева – предсказание без магии

Во время контрольной или экзаменов списывать и пользоваться шпаргалками нельзя – это знает каждый школьник. И тем не менее, шпаргалка по химии висит на стене каждого химического кабинета и называется она Периодическая система, или таблица Менделеева. Конечно же, эту таблицу создавали не для того, чтобы она служила подсказкой на экзамене, но в ней на видном месте действительно сконцентрировано большинство знаний о химии. Давай посмотрим, как появилась и развивалась визитная карточка химии, полуторавековой юбилей которой человечество отмечало в том году.

У ИСТОКОВ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ

В древности и в Средние века люди знали лишь несколько химических элементов, поэтому без особого труда придумали, как систематизировать их. Так, алхимики, усмотрев мистическую связь между семью известными в то время металлами и семью самыми яркими объектами на небе, свели систематизацию к стишку: «Семь металлов создал Свет по числу семи планет», и на этом успокоились, долго считая, что больше семи металлов в мире существовать не может. Зачастую это приводило к нелепым ситуациям: испанские конкистадоры, найдя в золотоносных копях Южной Америки платину, посчитали, В 1789 году французский химик Антуан Лавуазье ввел в науку понятие «элемент», определив его как вещество, которое нельзя разложить на более простые составляющие. Были найдены основные элементы, входящие в состав воздуха – азот и кислород. Химия стала очень быстро развиваться, и к середине XIX века ученые знали о существовании уже шестидесяти химических элементов.

ЧТОБЫ СТАТЬ НАУКОЙ

С начала XIX века химики пытались найти закономерности в свойствах химических элементов и образованных ими веществах. Зачем это делалось?

Не секрет, что наука становится наукой только тогда, когда в ней появляется набор закономерностей, и конечно же, химикам хотелось, чтобы в их любимой науке тоже нашлась какая-то основополагающая закономерность. Так, немецкий химик Иоганн Дёберейнер сгруппировал элементы, близкие по свойствам, в триады-тройки, но его система не работала, если появлялся четвертый химический элемент с близкими свойствами. Французский геолог Александр Шанкуртуа построил свою систему, расположив элементы по порядку от более легких к тяжелым, и увидел, что элементы, массы которых отличаются на 16 атомных единиц массы, близки по физическим свойствам и реакциям, в которые они вступают. Однако из-за сложности построения (элементы Шанкуртуа расположил по спирали) и того, что этот ученый был не химиком, а геологом, его работы не были замечены современниками.

Наконец, к 1869 году появилось два очень близких подхода к систематизации химических элементов – таблица Дмитрия Ивановича Менделеева и таблица немецкого химика Лотара Юлиуса Мейера. В обеих таблицах элементы располагались в соответствии с увеличением атомного веса, при этом близкие по свойствам элементы стояли в одних и тех же вертикальных рядах (сейчас мы называем их группами), и оставались пустые ячейки для элементов, которые еще не были известны ученым. Какое-то время вклад Менделеева и Мейера в систематизацию элементов считали равным: в 1882 году Лондонское королевское общество присудило сразу две золотые медали «За открытие периодических соотношений атомных весов» – и Менделееву, и Мейеру. Почему же сейчас химики всего мира связывают периодический закон только с Менделеевым?

ПРЕДСКАЗАНИЕ БЕЗ МАГИИ

Дело в том, что Менделеев, в отличие от Мейера, не просто оставил пустые клетки в таблице, чтобы поместить в них новые элементы тогда, когда их найдут, а выявив закономерности между свойствами уже открытых элементов, предсказал свойства элементов ещё неизвестных: оценил их атомные веса, температуры плавления, сделал прогнозы относительно внешнего вида и химических реакций, в которые они должны вступать. Поначалу к предсказаниям Менделеева отнеслись скептически – многие даже советовали ему «заняться настоящим делом». В те времена считалось, что ученый должен изучать и описывать то, существование чего строго доказано, а предсказания и прогнозы – удел фокусников и гадалок.

Однако оказалось, что Менделеев прав: свойства галлия, скандия и германия – металлов, открытых после создания таблицы, были именно такими, как предсказывал Дмитрий Иванович. Именно это и изменило отношение к открытию Менделеева. Стало ясно, что периодический закон – не просто способ систематизировать уже известные элементы, а мощный инструмент, позволяющий обобщить не только информацию о элементах известных, но и о тех, которые еще скрыты от взора ученых. После того как открытие предсказанных Менделеевым элементов доказало верность его рассуждений, изменилась и сама наука: химики, физики, астрономы, биологи стали использовать законы науки для прогнозов свойств и поведения объектов своих исследований, не боясь, что их упрекнут в том, что они занимаются «не тем».

Менделеев добавлял в таблицу новые, не известные ранее элементы. Самой сложной проверкой на прочность периодического закона стало открытие целой семьи элементов – инертных, или, как их еще называют, благородных газов. Уильям Рамзай, первым обнаруживший аргон и гелий на Земле (кстати, поначалу не все ученые считали эти газы новыми элементами), с помощью периодического закона предсказал температуры кипения остальных членов этой «химической семьи» и в течение года открыл недостающие неон, криптон и ксенон. После этого открытия Дмитрий Иванович провел последнюю прижизненную редакцию своей таблицы, добавив в нее дополнительную группу со свежеоткрытыми элементами.

ОТ ТАБЛИЦЫ К СИСТЕМЕ

Почему же сейчас чаще говорят «Периодическая система», а не «таблица Менделеева»? Это произошло из-за того, что после смерти Менделеева в 1907 году его детище продолжило меняться, но уже силами других ученых. Начнем с того, что, открыв периодический закон, Дмитрий Иванович, справедливо полагал, что должны быть какие-то причины, объясняющие, почему этот закон работает. Увы, понять это ученые смогли только в 1920 году, после смерти Менделеева, когда выяснились принципы строения атомов и было установлено, что свойства химического элемента определяются числом электронов, расположенных в оболочках атома. Современное отображение периодического закона – Периодическая система – значительно отличается от менделеевской таблицы не только количеством химических элементов (сейчас их 118), но и своей структурой, которая делает её еще более понятной и удобной в использовании. Правда ООН Международный союз теоретической и прикладной химии планирует увековечить память создателя периодического закона в названии «Периодическая система химических элементов имени Дмитрия Менделеева». Но как бы ни называлась таблица, она и дальше будет помогать школьникам и студентам изучать химию, а ученым – делать новые открытия.

Источник

Предсказанные Менделеевым элементы

В 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев опубликовал Периодическую таблицу элементов, в которой химические элементы были расположены в соответствии с наличием у них сходных свойств, в порядке возрастания атомной массы [1] . При этом Менделеевым были оставлены в таблице пустые ячейки для ещё не открытых элементов и предсказаны их свойства.

Содержание

Приставки

Чтобы дать предсказанным элементам «временные» названия, Менделеев использовал приставки «эка», «дви» и «три», в зависимости от того, на сколько позиций вниз от уже открытого элемента с похожими свойствами находился предсказанный элемент. Так, германий до своего открытия в 1886 году носил название «экасилиций», а рений, открытый в 1926 году, назывался «двимарганец».

Приставки для обозначения неоткрытых элементов Менделеев образовал от санскритских слов «один», «два» и «три».

В наше время приставку «эка» (реже «дви») используют для описания трансурановых или ещё не открытых элементов: экасвинец (флеровий), экарадон (унуноктий), экаактиний или двилантан (унтриенний). Официальная практика ИЮПАК состоит в том, чтобы давать ещё не открытым или только что открытым элементам предварительное систематическое название, основанное на их зарядовом числе, а не на положении в Периодической таблице.

Первоначальные предсказания, 1870

Четыре более лёгких, чем редкоземельные, элемента — экабор (Eb), экаалюминий (Ea), экамарганец (Em) и экасилиций (Es) — достаточно хорошо совпали по свойствам с открытыми позже элементами: скандием, галлием, технецием и германием соответственно.

В первоначальной версии Периодической таблицы редкоземельные элементы располагались иначе, чем сейчас, и это объясняет, почему предсказания Менделеева для более тяжёлых элементов сбылись не так точно, как для лёгких, и почему эти предсказания не так широко известны.

Экабор и скандий

Оксид скандия был выделен в конце 1879 года шведским химиком Ларсом Фредериком Нильсоном. Позже Пер Теодор Клеве доказал совпадение свойств предсказанного экабора и только что открытого скандия и известил об этом Менделеева. Менделеев предсказал для экабора атомную массу 44, а атомная масса скандия оказалась равна 44,955910.

Экаалюминий и галлий

В 1871 Менделеев предсказал существование ещё не открытого элемента, который он назвал экаалюминием. Ниже в таблице сравниваются свойства, предсказанные Менделеевым, с действительными характеристиками галлия, открытого в 1875 году.

Свойство	Экаалюминий	Галлий
Атомная масса	68	69,72
Плотность (г/см³)	6,0	5,904
Температура плавления (°C)	низкая	29,78
Формула оксида	Ea2O3 (плотность 5,5 г см −3 , растворяется и в кислотах, и в основаниях)	Ga2O3 (плотность 5,88 г см −3 , растворяется и в кислотах, и в основаниях)
Формула хлорида	Ea2Cl6 (летучий)	Ga2Cl6 (летучий)

Экамарганец и технеций

Технеций был выделен Карло Перье и Эмилио Джино Сегре в 1937 году, уже после смерти Менделеева, из образцов молибдена, которые бомбардировал ядрами дейтерия в циклотроне Эрнест Лоуренс. Менделеев предсказал для экамарганца атомную массу порядка 100, а наиболее стабильным изотопом технеция является 98 Tc [2] .

Экасилиций и германий

Германий был впервые выделен в 1886 году. Его открытие оказалось лучшим на то время подтверждением теории Менделеева, поскольку германий по своим свойствам значительно резче отличается от соседних элементов, чем два предсказанных ранее элемента.

Свойство	Экасилиций	Германий
Атомная масса	72	72,61
Плотность (г/см³)	5,5	5,35
Температура плавления (°C)	высокая	947
Цвет	серый	серый
Тип оксида	тугоплавкий диоксид	тугоплавкий диоксид
Плотность оксида (г/см³)	4,7	4,7
Реакция оксида	слабое основание	слабое основание
Температура кипения хлорида	ниже 100 °C	86 °C (GeCl4)
Плотность хлорида (г/см³)	1,9	1,9

Предсказания 1871 года

В 1871 году Менделеев предсказал существование элемента, расположенного между торием и ураном. Тридцатью годами позже, в 1900 году, Уильям Крукс выделил протактиний как неизвестную радиоактивную примесь в образце урана. Различные изотопы протактиния затем выделяли в Германии в 1913 и 1918 годах [3] , но современное название элемент получил только в 1948 году.

Версия Периодической таблицы, изданная в 1869, предсказывала существование более тяжёлого аналога титана и циркония, но в 1871 году Менделеев поместил на это место лантан. Открытие в 1923 году гафния подтвердило первоначальное предположение Менделеева.

Более поздние предсказания

В 1902 году, после открытия гелия и аргона, Менделеев поместил их в нулевую группу таблицы [4] . Сомневаясь в правильности атомной теории, объясняющей закон постоянства состава, он не мог априори считать водород легчайшим из элементов и полагал, что гипотетический, ещё более лёгкий член химически инертной нулевой группы мог оказаться незамеченным. Существованием этого элемента Менделеев пытался объяснить радиоактивность.

Более тяжёлый из двух догелиевых элементов Менделеев отождествлял с коронием, получившим название по ассоциации с необъяснённой спектральной линией солнечной короны. Ошибочная калибровка прибора дала длину волны 531,68 нм, которая позже была исправлена на 530,3 нм. Эту длину волны Гротриан и Эдлен в 1939 году соотнесли с линией железа [5] .

Легчайшему из газов нулевой группы, первому в Периодической таблице, приписывалась теоретическая атомная масса между 5,3·10 −11 и 9,6·10 −7 . Частицам этого газа Менделеев приписал кинетическую скорость порядка 2,5·10 6 м/с. Почти невесомые, частицы обоих этих газов, по Менделееву, должны были легко проходить через толщу материи, практически не вступая в химические реакции. Высокая подвижность и очень малая атомная масса трансводородных газов приводила бы к тому, что они могли быть очень разреженными, по внешним признакам оставаясь при этом плотными [6] .

Позже Менделеев опубликовал теоретическую разработку об эфире. Книга, называвшаяся «Химическая концепция эфира», вышла в 1904 году, и в ней вновь содержалось упоминание о двух гипотетических инертных газах легче водорода, коронии и ньютонии. Под «эфирным газом» Менделеев понимал межзвёздную атмосферу, состоящую из двух трансводородных газов с примесями других элементов и образовавшуюся в результате внутренних процессов, идущих на звёздах.

Примечания

1. ↑ Kaji, Masanori (2002). «D.I.Mendeleev’s concept of chemical elements and The Principles of Chemistry». Bulletin for the History of Chemistry27 (1): 4–16.
2. ↑Массовое число 98 отличается от атомной массы тем, что оно учитывает нуклоны в ядре одного изотопа и не явлется массой среднего образца (содержащего природный набор изотопов) по отношению к 12 C. Атомная масса изотопа 98 Tc равна 97,907214. Для элементов, которые слишком нестабильны, чтобы находиться в земной коре с самого появления Земли, атомную массу наиболее распространённого в природе набора изотопов заменяют атомной массой наиболее стабильного изотопа.[1]
3. ↑Emsley John Nature’s Building Blocks. — (Hardcover, First Edition). — Oxford University Press, 2001. — P. 347. — ISBN 0198503407
4. ↑Менделеев Д. Основы химии. — 7-е издание.
5. ↑ Swings, P. (July 1943). «Edlén’s Identification of the Coronal Lines with Forbidden Lines of Fe X, XI, XIII, XIV, XV; Ni XII, XIII, XV, XVI; Ca XII, XIII, XV; a X, XIV». Astrophysical Journal98 (119): 116–124. DOI:10.1086/144550. и [2]
6. ↑Менделеев Д. Попытка химического понимания мирового эфира. — Санкт-Петербург, 1903.
   Английский перевод:
   Mendeléeff D. An Attempt Towards A Chemical Conception Of The Ether / G. Kamensky (translator). — Longmans, Green & Co., 1904.
   См. также
   Bensaude-Vincent, Bernadette (1982). «L’éther, élément chimique: un essai malheureux de Mendéleev en 1904». British Journal for the History of Science15: 183–188. DOI:10.1086/144550.

Литература

• Scerri Eric The Periodic Table: Its Story and Its Significance. — New York: Oxford University Press, 2007. — ISBN 0195305736

Периодическая таблица
Дмитрий Иванович Менделеев · Периодический закон · Группы элементов
Форматы	Короткая · По блокам · Расширенная · Увеличенная · Электронные конфигурации · Электроотрицательность · Альтернативная · Изотопы элементов
Списки элементов по	Названию · Этимологии (в честь мест, в честь открывателей) · Времени открытия Степени окисления · Распространённости (в человеке) · Стабильности изотопов · Твёрдости
Группы	1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6 · 7 · 8 · 9 · 10 · 11 · 12 · 13 · 14 · 15 · 16 · 17 · 18
Периоды	1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6 · 7 · 8
Семейства химических элементов	Металлы · Переходные металлы · Неметаллы · Лантаноиды · Актиноиды · Редкоземельные элементы · Суперактиноиды Периоды · Лёгкие металлы · Полуметаллы · Постпереходные металлы · Металлы платиновой группы
Блок периодической таблицы	s-элементы · p-элементы · d-элементы · f-элементы · g-элементы
Другое	Лантаноидное сжатие · Актиноидное сжатие · Предсказанные элементы · Тугоплавкие металлы · Благородные металлы · Монетные металлы · Символы химических элементов (список)
Периодическая таблица (англ.) · Категория:Периодическая система · Портал:Химия · <<Периодическая система элементов>>

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Предсказанные Менделеевым элементы» в других словарях:

Периодический закон — Памятник на территории Словацкого технологического университета (Братислава), посвященный Д. И. Менделееву Периодический закон фундаментальный закон природы, открытый Д. И. Ме … Википедия

Ньютоний — Исаак Ньютон Ньютоний (лат. Newtonium в честь Исаака Ньютона) легчайший гипотетиче … Википедия

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА — элементов Д. И. Менделеева, система элементов, к рая отражает периодич. закон Менделеева периодич. зависимость физ. и хим. св в элементов от их ат. веса (в совр. формулировке от заряда ат. ядер элементов, равного ат. номеру элемента в П. с.). Так … Физическая энциклопедия

Металлы — О соответствующем направлении рок музыки см. Метал … Википедия

Менделеев, Дмитрий Иванович — Запрос «Менделеев» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Дмитрий Иванович Менделеев Д. И. Менделе … Википедия

Периодическая система химических элементов — Памятник Д. И. Менделееву в Санкт Петербурге … Википедия

Рений — 75 Вольфрам ← Рений → Осмий … Википедия

Скандий — 21 Кальций ← Скандий → Титан … Википедия

Технеций — 43 Молибден ← Технеций → Рутений … Википедия

СССР. Естественные науки — Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… … Большая советская энциклопедия

Источник