Первые попытки классификации химических элементов кратко
Обновлено: 18.05.2024
• что именно строение электронной оболочки атомов предопределяет периодичность изменений характера химических элементов и свойств их соединений.
Семейства химических элементов
По мере открытия новых химических элементов ученые начали их классифицировать по определенным признакам. Одной из первых попыток было выделение семейств элементов.
Семейство химических элементов — это группа химических элементов, обладающих сходными свойствами.
Например, Калий по многим признакам похож на Натрий. В соединениях они одновалентны, а основания, которые они образуют, являются щелочами. Именно поэтому их называют щелочными. Также существуют и другие элементы, которые по свойствам сходны с Калием и Натрием. Их выделяют в отдельное семейство — семейство щелочных элементов.
По мере открытия химических элементов и изучения их свойств число семейств элементов увеличивалось. Некоторые семейства получили собственные названия и в современной химической литературе чаще упоминаются именно по ним (табл. 2).
Таблица 2. Семейства химических элементов (по короткому варианту Периодической системы)
Щелочные элементы 1
Щелочно-земельные элементы 2
Пниктогены 3
Халькогены 4
Галогены 5
Инертные элементы 6
1 — образуют щелочи. 2 — образуют земли (так раньше называли оксиды), которые в воде превращаются в щелочи. 3 — образуют удушающие вещества. 4 — большинство элементов встречаются в природе в соединениях с Купрумом. 5 — образуют соли. 6 — являются инертными, т. е. неспособными вступать в реакции.
Все элементы, относящиеся к одному семейству, проявляют сходство в химических и физических свойствах образованных ими веществ. Объединение химических элементов в семейства положило начало классификации химических элементов и способствовало открытию одного из фундаментальных законов природы — Периодического закона Д. И. Менделеева.
Первые попытки классификации химических элементов
Иоганн Деберейнер — первый ученый, которому удалось установить определенные закономерности в характере химических элементов и их соединений. Основываясь на общих признаках химических элементов, он предложил объединить некоторые из них в группы по три элемента (триады). Первой триадой, предложенной Деберейнером в 1817 г., были щелочноземельные металлические элементы Кальций, Стронций и Барий. Через 12 лет он установил еще две триады: щелочных элементов (Литий, Натрий и Калий) и халькогенов (Сульфур, Селен и Теллур). Ученый заметил, что в пределах этих триад относительная атомная масса среднего элемента приблизительно равна среднему арифметическому масс двух других (рис. 4.1). Закон триад Деберейнера стал основой для дальнейшей систематизации элементов.
Рис. 4.1. Триады — группы химических элементов, предложенных Деберейнером. Под символами химических элементов приведены их относительные атомные массы
Иоганн Вольфганг Деберейнер (1780-1849)
Немецкий ученый, профессор химии и фармакологии Йенского университета. Родился в небольшом городке в Баварии, в бедной семье придворного кучера. С детства интересовался химией и начальные знания по химии получил самостоятельно, а в 14 лет стал помощником аптекаря. Несмотря на отсутствие химического образования, Деберейнер был советником по химии поэта Вольфганга Гете, который в то время возглавлял правительство Веймарского герцогства. Деберейнер трижды предпринимал попытки заняться коммерцией, но безуспешно. Работая в университете, он систематизировал химические элементы, группируя их в триады. Открыл каталитическое действие платины, чем основал новый раздел химии, который сегодня называют гетерогенным катализом.
Рис. 4.2. Примеры октав в музыке и октав химических элементов, предложенных Джоном Ньюлендсом
Джон Александр Рейна Ньюлендс (1837-1898)
Таким образом, Ньюлендсом были впервые выдвинуты предположения о периодичности изменений характера элементов. Однако Ньюлендс не смог раскрыть физическую суть своего открытия.
Таблица Лотара Мейера
Немногим позже Ньюлендса, в 1864 г., свою первую таблицу химических элементов опубликовал немецкий химик Лотар Мейер. Она состояла из 43 элементов из 63 известных к тому времени (рис. 4.3). Мейер расположил элементы по увеличению отношения молярной массы простого вещества к его молярному объему. Анализируя полученные данные, он наблюдал периодическое изменение характера элементов. Но работа Мейера не была систематической и не могла претендовать на статус закона. В отличие от Менделеева, Мейер даже не заподозрил, что для некоторых элементов были неправильно определены атомные массы, а это, в свою очередь, вносило определенные погрешности в его открытие и не давало общего понимания классификации химических элементов.
Рис. 4.3. Фрагмент таблицы Лотара Мейера
Юлиус Лотар Мейер (1830-1895)
Немецкий химик. Родился в семье врача. Имел слабое здоровье, поэтому среднее образование получил только в 20 лет. Закончил медицинский факультет в Цюрихе. После этого изучал газообмен в крови в лаборатории Бунзена. Работал преимущественно в области физической химии: изучал каталитическое действие металлов. Впервые начал использовать кислородный эталон для определения относительных атомных масс. В своей таблице в 1870 г. Мейер правильно расположил элементы (оставил и пустые места), но, в отличие от Менделеева, не применил свои результаты ни для перерасчета атомных масс, ни для предположения свойств еще не открытых элементов. Однако в 1882 г. за это открытие был награжден золотой медалью Дэви вместе с Менделеевым.
В большинстве европейских стран, как и в Украине, Периодическую систему химических элементов называют именем Дмитрия Ивановича Менделеева. В некоторых странах ее называют просто Периодической системой без какого-либо имени, хотя признают приоритет ее открытия за Менделеевым. А в США Периодическую систему называют именем Лотара Мейера.
Лингвистическая задача
Выводы
1. По мере открытия новых химических элементов химики пытались их классифицировать. Одной из первых удачных попыток было открытие Деберейнером триад — элементов со сходными свойствами, благодаря чему сегодня выделяют множество семейств химических элементов (щелочные, инертные и др.).
2. До открытия Периодического закона были сделаны еще две удачные попытки классификации химических элементов: октавы Ньюлендса и таблица Лотара Мейера. Но эти открытия не получили статуса закона, так как их авторы не смогли их использовать для формулирования общих закономерностей и предположения существования новых химических элементов.
Контрольные вопросы
1. Назовите известные вам семейства химических элементов и кратко охарактеризуйте одно из них.
3. Как называют элементы первой группы Периодической системы: а) щелочные; б) щелочноземельные; в) редкоземельные?
4. Как называют элементы седьмой группы Периодической системы; а) халькогены; б) галогены; в) инертные?
Задания для усвоения материала
1. Из данного перечня химических элементов выпишите отдельно: а) щелочные элементы; б) щелочноземельные элементы; в) галогены; г) инертные элементы.
Br, Na, Al, Са, S, Хе, К, Cl, I, Li, Ва, Ne, Rb, Sr, F, Fe, He, H.
2. Используя Периодическую систему на форзаце, составьте формулы соединений с Гидрогеном: а) галогенов; б) халькогенов; в) пниктогенов. В этих соединениях все элементы проявляют низшую валентность.
3. Составьте в общем виде формулы оксидов и гидроксидов металлических элементов: а) щелочных; б) щелочноземельных. Используя эти формулы, составьте в общем виде уравнения реакций оксидов щелочных и щелочноземельных элементов с водой.
4. Найдите в Периодической системе три примера химических элементов, доказывающих установленные Деберейнером закономерности в относительных атомных массах элементов.
5. Как вы считаете, как бы назвал свой закон Джон Ньюлендс, если бы к тому времени были открыты инертные элементы?
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.
Октавы Ньюлендса
Английский учёный Джон Ньюлендс в 1864 г. опубликовал таблицу элементов, отражающую предложенный им закон октав. Ньюлендс показал, что в ряду элементов, размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элемента сходны со свойствами первого.
Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам.
Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица не содержала свободных мест; в итоге закон октав был принят чрезвычайно скептически. Однако в его основе лежала правильная мысль о периодическом изменении свойств элементов с увеличением их атомного веса
| H | Li | Be | B | C | N | O |
| F | Na | Mg | Al | Si | P | S |
| Cl | K | Ca | Cr | Ti | Mn | Fe |
Таблицы Олдинга и Мейра
В 1864 г. У.Олдинг опубликовал таблицу, в которой элементы были размещены согласно их атомным весам и сходству химических свойств, не сопроводив её, однако, какими-либо комментариями.
В том же 1864 г. появилась первая таблица немецкого химика Л. Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.
Ближе к истине оказался немецкий химик Лотар Мейер. Он предложил таблицу, в которой все известные химические элементы были разбиты на шесть групп, согласно их валентности. В каждой из них находятся элементы, сходные по их атомности (валентности). В эту таблицу Мейер поместил всего 27 элементов, то есть меньше половины известных в то время. Расположение остальных элементов: B, Al, Cu, Ag и др. оставалось неясным , а структура таблицы была неопределенной .
В 1870 г. вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием “Природа элементов как функция их атомного веса”, состоявшая из девяти вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин “периодичность”, уже предложенный к тому времени Менделеевым.
Д.И. Менделеев
В конце 1870 г. он доложил РХО статью “Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов”, в которой предсказал свойства нескольких не открытых ещё элементов. Для предсказания свойств простых веществ и соединений Менделеев исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних элементов в группе периодической таблицы (то есть сверху и снизу) и одновременно двух соседних элементов в периоде (слева и справа).
В 1871 г . в итоговой статье “Периодическая законность химических элементов” Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: “Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от атомного веса”. Тогда же Менделеев придал своей периодической таблице вид, ставший классическим (короткий вариант).
В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. Он взял на себя смелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства неоткрытых ещё элементов.
В начале XX века Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведения в соответствие с новейшими научными данными. Д.И. Менделеев и У. Рамзай пришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы элементов, в которую вошли инертные газы. Инертные газы явились, таким образом, элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунер нашёл решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложив в 1902 г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинном варианте таблицы шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый, которые в свою очередь длиннее, чем второй и третий периоды.
Дальнейшее развитие Периодического закона в было связано с успехами физики: установление делимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности в конце концов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов и создать теорию Периодической системы.
Менделеев, Ньюлендс, Шанкуртуа, Мейер – двигались по одной и той же дороге научного исследования. Все они по очереди подходили к лежавшему на пути науки драгоценному, но не обработанному камню. Каждый из них держал его в руках и каждый чувствовал, что камень этот не прост. Но один лишь гениальный Д.И.Менделеев оказался настолько проницательным, что не отбросил его в сторону, а смело принялся шлифовать и отрабатывать до тех пор, пока в руках у него не засияло во всём блеске величайшая ценность – ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (определение)– фундаментальный закон природы.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Первые попытки классификации химических элементов До 1200 г. нашей эры человек был знаком с семью металлами: *
Классификация химических элементов на: металлы и неметаллы Якоб Йен Берцеллиус Общие свойства металлов: Пластичность – способность изменять свою форму при ударе, прокатываться в тонкие листы, вытягиваться в проволоку. Электропроводность – способность проводить электрический ток. Теплопроводность – способность проводить тепло Металлический блеск – хорошо отражают световые лучи. Твердое агрегатное состояние (кроме ртути) *
Какими признаками обладают указанные вещества? Графит - углерод Кремний Йод Некоторые неметаллы обладают металлическими признаками Вывод: классификация элементов на металлы и неметаллы – не верна! неметаллы *
Классификация элементов по валентности: Франкленд I II I II VI II III I IV I I II H2O Na2O SO3 NH3 CH4 K2S II II IV II III II II II I I III II MgO NO2 Cl2O3 CO HCl Fe2O3 III II V II IV II VII II II II Al2O3 P2O5 SO2 Cl2O7 FeO Определить валентность элементов *
Выпишите элементы по столбикам в соответствии с валентностью В А Л Е Н Т Н О С Т Ь I H Na K Cl II O C S Mg Fe III Cl Fe Al N IV C S N V P VI S VII Cl У многих элементов валентность - переменная Вывод: классификация по валентности – не верна *
Классификация по семействам Семейства – это группы химических элементов со сходными свойствами! Образуют щёлочи при взаимодействии с водой Образуют соли при взаимодействии с металлами *
Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
Характеристика щелочных металлов Знак№Ar(г/мл)T плавленияTкипенияЦвет Li370,5341791340Серебристо-белый Na11230,97197,7883Серебристо-белый K19390,86263,3776Серебристо-белый Rb3785,51,53238,7713Серебристо-белый Cs551331,8728,45690Золотисто-белый Fr87223----
Щелочные металлы – простые вещества литий натрий калий рубидий цезий *
Взаимодействие щелочных металлов с водой * Na + H2O NaOH + H2 2 2 2 I I
Характеристика галогенов Знак№Ar(г/мл)T плавленияTкипенияЦветАгрегатн. состояние F9191,51-219-183Светло-желтыйГаз Cl1735,51,57-101-34Желто-зеленыйГаз Br35803,14-8,2-58БурыйЖидкость I531274,93112183Фиолето-выйтвёрдый At85210-----
ФТОР – ГАЗ (Н.У.) СВЕТЛО- ЖЁЛТЫЙ РЕЗКИЙ РАЗДРАЖАЮЩИЙ ЗАПАХ БРОМ – ЖИДКОСТЬ ТЁМНО - БУРАЯ ЗАПАХ РЕЗКИЙ, ЗЛОВОННЫЙ ХЛОР – ГАЗ (Н.У.) ЖЁЛТО – ЗЕЛЕНЫЙ РЕЗКИЙ УДУШАЮЩИЙ ЗАПАХ ЙОД – ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО ЦВЕТ - ФИОЛЕТОВЫЙ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ БЛЕСКОМ. ЗАПАХ – РЕЗКИЙ. F2 Cl2 Br2 *
Возгонка йода Возгонка – это переход вещества из твердого агрегатного состояния в газообразное, минуя жидкое.
CBr4 N2O HF PH3 SiO2 Al2S3 Mg3P2 CaO; H2S; Cr2O3 SBr4 Na3N Cu2O AlF3 Al4C3 PCl5 SiO2 Cl2O5 CaBr2 Li3N CO Определить валентность элементов *
Повторение: 1. Расставьте коэффициенты в следующих уравнениях реакций. Определите типы реакций: СаСО3 СаО + CO2 Na2SO4 + ВаСl2 NaСl + ВаSO4 SO3 + H2O H2SO4 Cu(OH)2 + HNO3 Cu(NO3)2 + H2O Fe(OH)3 Fe2O3 + H2O Аl2(SO4)3 + NaOH Na2SO4 + Аl(OH)3 о р с о р о 2 2 2 2 3 2 3 6 *
Повторение 2. Напишите уравнения реакций по названиям исходных веществ и продуктов реакций. Определите типы реакций. А) Сульфат магния + гидроксид натрия → гидроксид магния + сульфат натрия. Б) Хлорид калия + нитрат серебра → нитрат калия + хлорид серебра. В) Железо + соляная кислота → хлорид железа (II) + водород. Г) Оксид меди + оксид азота (V) → нитрат меди (II) Д) Железо + сера → сульфид железа (II). *
- подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- по всем предметам 1-11 классов
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam
- Курс добавлен 31.01.2022
- Сейчас обучается 35 человек из 22 регионов
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Дистанционные курсы для педагогов
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
5 613 324 материала в базе
- ЗП до 91 000 руб.
- Гибкий график
- Удаленная работа
Самые массовые международные дистанционные
Школьные Инфоконкурсы 2022
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Другие материалы
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
- 29.11.2015 2269
- PPTX 6.5 мбайт
- 30 скачиваний
- Оцените материал:
Настоящий материал опубликован пользователем Петрова Марина Николаевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Автор материала
40%
- Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
- Для учеников 1-11 классов
Московский институт профессиональной
переподготовки и повышения
квалификации педагогов
Дистанционные курсы
для педагогов
663 курса от 690 рублей
Выбрать курс со скидкой
Выдаём документы
установленного образца!
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России
Время чтения: 1 минута
ГИА для школьников, находящихся за рубежом, может стать дистанционным
Время чтения: 1 минута
Рособрнадзор предложил дать возможность детям из ДНР и ЛНР поступать в вузы без сдачи ЕГЭ
Время чтения: 1 минута
Россияне ценят в учителях образованность, любовь и доброжелательность к детям
Время чтения: 2 минуты
Новые курсы: преподавание блогинга и архитектуры, подготовка аспирантов и другие
Время чтения: 16 минут
Онлайн-тренинг: нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Первые попытки классификации элементов
Как уже отмечалось, ко второй половине XIX века химикам было известно около 60 различных элементов. Конечно, химики пытались разобраться в том, подчинены ли эти элементы каким-то правилам, есть ли у них какие-то свойства, позволяющие их классифицировать.
Очень важным был также вопрос, конечно ли число элементов, и если конечно, то сколько их ещё не открыто. Чтобы ответить на эти вопросы, для начала нужно было систематизировать уже известные элементы, выстроить в некоторую систему.
Такие попытки, конечно, предпринимались, и неоднократно. И прежде всего химики обращали внимание на то, что некоторые элементы очень похожи по своим химическим (а иногда и физическим) свойствам.
Типичный пример — щелочные металлы литий, натрий, калий.
Всё это дало повод химикам задолго до Менделеева предлагать различные классификации элементов — примерно как биологи классифицируют близкие по ряду признаков растения и животных.
В 1829 году немецкий химик и аптекарь (что типично для многих химиков того времени) Иоганн Вольфганг Дёберейнер (1780- 1849) обнаружил у вновь открытого элемента брома любопытное свойство: его атомная масса (80) почти в точности равнялась среднему арифметическому атомных масс хлора (35,5) и йода (127). Кроме того, закономерно изменялись и физические свойства соответствующих простых тел: хлор — газ с бледной жёлто-зелёной окраской, бром — красно-бурая жидкость, иод — твёрдое вещество чёрно-серого цвета с металлическим блеском.
Конечно, это могло быть просто случайным совпадением. Поэтому Дёберейнер попытался поискать среди известных к тому времени 54 элементов другие подобные триады.
Он нашёл ещё две: кальций (Са, масса 40), стронций (Sr, масса 87,6) и барий (Ва, масса 137); сера (S, масса 32), селен (Se, масса 79,4), теллур (Те, масса 128). В этих триадах помимо закономерного увеличения атомной массы налицо было и химическое сходство.
В их числе сульфид Cu2S (минерал медный блеск), селенид Cu2Se (минерал берцелианит), теллурид Сu2Те.
СuТе (минерал риккардит). Других подобных триад Дёберейнеру найти не удалось, и они так и остались любопытным казусом, но не более.
А главное, в те годы относительные массы атомов, в отличие от физических и химических свойств веществ, не считались чем-то важным для характеристики элементов, их использовали только для расчётов состава вещества и соотношения реагентов в реакциях (об этом рассказывалось в статье «Взвешивание атомов и молекул.
Если расположить элементы вертикальными столбцами по семь элементов в столбце (как семь нот в музыкальной октаве), а затем начать новый столбец, то близкие по свойствам элементы, как и соответствующие ноты, оказываются в одном горизонтальном ряду.
Читайте также: