Что взял за основу менделеев при систематизации химических элементов кратко

Обновлено: 06.07.2024

Химические элементы, которых на данный момент насчитывается 118, подчиняются периодическому закону, сформулированному Дмитрием Ивановичем Менделеевым во второй половине XIX века.

Периодический закон Менделеева — в чём суть

Химические элементы, существующие в нашем мире, созданные самой природой или человеком, подчиняются правилу — Периодическому закону, который является основой химической науки.

Периодический закон — закон, который заключается в сопоставлении свойств химических элементов и их атомных масс (в современной формулировке — зарядов ядер).

После открытия в 1869 году Д. И. Менделеевым Периодического закона химических элементов данная наука перестала быть исключительно описательной. Стало возможным научное предвидение.

Суть закона Менделеева заключается в том, что свойства химических элементов, расположенных в таблице, а также свойства образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов.

Периодический закон Менделеева был выражен в форме периодической системы элементов.

Периодическая система химических элементов — упорядоченное расположение в таблице химических элементов и их естественная классификация.

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева состоит из 7 периодов — они представляют собой элементы, расположенные по горизонтали в порядке возрастания атомного номера (заряда ядра), и восьми групп (столбцов).

Периоды делятся на:

Каждый, кроме первого, период начинается со щелочного металла, а заканчивается благородным газом. Слева направо в каждом периоде ослабевают металлические и усиливаются неметаллические свойства, что связано с возрастанием числа электронов на внешнем уровне каждого химического элемента и увеличением прочности их связи с атомом.

Группы делятся на подгруппы:

Сверху вниз в главных подгруппах усиливаются металлические и слабевают неметаллические свойства.

В главных подгруппах вместе с усилением металлических свойств увеличивается устойчивость соединений элементов в низких степенях окисления. В побочных подгруппах с ослабеванием металлических свойств увеличивается устойчивость соединений с высокими степенями окисления.

История открытия, какое имело значение

Существует легенда о том, что Дмитрий Иванович Менделеев увидел Периодическую систему химических элементов во сне. Однако сам ученый ответил так:

За основу своей классификации Д. И. Менделеев взял два свойства — химическое сходство элементов и их атомную массу. Ученый расписал на карточках основные свойства каждого элемента, после чего начал многократно переставлять их, чтобы найти закономерность.

Менделеев утверждал, что с ростом атомной массы элементов их свойства меняются, но не монотонно, как считали исследователи до него, а периодически. Свойства начинают повторяться после определенного количества элементов, однако они делают это не точь-в-точь, а с определенными изменениями.

Для соблюдения периодичности химических элементов Д. И. Менделеев переписал атомные массы некоторых элементов, расставив их вопреки общим представлениям, а также оставил пустые клетки для неоткрытых элементов.

Первое определение химического закона звучало следующим образом:

Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, состоят в периодической зависимости от их атомного веса.

С помощью составленной периодической системы Д. И. Менделеев смог предсказать открытие новых элементов, а также целый ряд их химических и физических свойств. Подтверждение правильности систематизации появилось уже в 70-80-х годах XIX века, когда были открыт галлий, скандий и германий, которые точно встали в установленные Менделеевым места в Периодической таблице.

Формулирование Периодического закона имело большое значение для развития химии. С открытием Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева мир химической науки перестал быть исключительно описательным, но получил возможность прогнозирования будущих результатов.

Попытки систематизации до него

В середине XIX века научный мир знал о существовании 63 химических элементов. Исследователи предпринимали постоянные попытки систематизирования этих элементов для возможности дальнейшего прогнозирования в химической науке. Это было необходимо для преодоления определенного кризиса — невозможности открывать новые элементы и неимения твердой научной почвы для проведения опытов.

Первым установленную попытку систематизирования химических элементов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа — французский химик, который в 1862 году создал свою систему химических элементов, основанную на закономерности их атомных масс.

Данная модель не привлекла внимания общественности, но стала существенным шагом к открытию Периодической системы. Александр Эмиль Шанкуртуа первым обратил внимание на закономерности между атомными массами химических элементов, но не учитывал многих других свойств. Поэтому претензии Шанкуртуа на приоритет в открытии Периодической системы, которые появились у химика после открытия Менделеева, нельзя считать обоснованными.

По мнению Джона Александра Ньюлендса следовало размещать элементы по порядку возрастания атомных масс, при этом каждый восьмой элемент, как и каждая восьмая нота, должен был стать началом новой строчки. Элементы с одинаковым атомным весом, которые были установлены в то время, располагались под одним номером.

Главной ошибкой ученого был факт того, что некоторые элементы еще не были открыты. Из-за этого система рушилась.

Наиболее близкой к менделеевской системе был вариант Юлиуса Лотара Мейера, который был опубликован в 1864 году. За основу классификации химических элементов ученый взял валентность элементов. В то время еще не было установлено, что валентность не является постоянной для отдельно взятого элемента, из-за чего система не могла быть достоверно точной.

В 1869 году Мейер изменил свою таблицу на сходную с системой Менделеева, из-за чего в западной литературе считается одним из первооткрывателей Периодического закона, либо же ученым, открывшим его независимо от Менделеева.

Современная формулировка

В начале XX века в связи с проводимыми опытами по изучению строения атома было выявлено, что заряд ядра, а не атомная масса, влияет на периодичность изменений свойств элементов. Заряд ядра также влияет на атомный номер и число электронов, распределённых по электронным оболочкам химического элемента.

Современная формулировка в связи с этим отличается от первоначальной:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений, находятся в периодической зависимости от величин зарядов ядер их атомов.

В современной химии главным вопросом остается проблема верхней границы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Последним элементом в таблице на данный момент является элемент номер 118, синтезированный в Дубне в 2002 и 2005 годах, и получивший название Оганесон в 2016 году.

Развитие периодического закона Д. И. Менделеева

В 1869 году, когда был сформулирован Периодический закон, научный мир знал только о 63 элементах. На 2021 год известно 118 элементов, продолжаются попытки получения новых.

Формулировка Периодического закона означала лишь начало развития химии и знаний о периодичности свойств химических элементов. Несмотря на то, что изначально предсказания Менделеева были встречены со скепсисом, в итоге они стали основой для целого ряда химических открытий.

В развитии периодического закона принято выделять 2 периода:

Химический этап связан с открытием элементов Периодической системы, которые предсказал Менделеев:

1875 — открытие галлия французским химиком Полем Эмилем Лекок де Буабодраном;
1879 — открытие скандия шведским химиком Ларсом Фредериком Нильсоном;
1886 — открытие германия немецким химиком Клеменсом Александром Винклером. Позже оказалось, что данный элемент по свойствам совпадает с менделеевским экасилицием;
1900-02 — преобразование Периодической системы в связи с появлением в таблице дополнительной группы элементов, включающей инертные газы.

Данное преобразование завершило химический этап развития Периодической системы.

Физический этап развития Периодического закона был начат в связи с тем, что химия не могла в полной мере объяснить причину периодичности свойств химических элементов. Физический этап развития Периодического закона привел к изменениям в естествознании, которые оказали на науку революционное влияние.

Дальнейшее изменение Периодической системы было связано с открытиями физики.

Физический этап можно условно разделить на периоды:

1869-97 — открытие электрона, радиоактивности и установление делимости атома;
1911-13 — разработка модели атома;
1913 — открытие изотопов и разработка их системы, также открытие закона Мозли, позволяющего определять заряд ядра и номер элемента в Периодической системе химических элементов;
1921-25 — разработка теории Периодической системы на основании знаний о строении оболочек атомов;
1926-32 — квантовая теория строения атома и Периодической системы.

В связи с открытиями физики таблица начала менять свой изначальный облик.

Как изменяются свойства элементов в Периодической таблице

Свойства химических элементов в Периодической таблице зависят от положения каждого элемента в ряду (периоде) и столбце (группе).

Главной характеристикой химического элемента является заряд ядра его атомов.

Что взял за основу Д.И.Менделеев при систематизации химических элементов?

Около 400 г. до н. э. Древние греки организовали мирские элементы в четыре группы: воздух, вода, земля и огонь. В семнадцатом веке Роберт Бойль объяснял материальный мир в терминах элементов, смесей и соединений. А в 1869 году Дмитрий Менделеев осмыслил 56 известных в то время элементов, показав, как они связаны друг с другом в четкой схеме. Его периодическая таблица позволяет элементам попадать в "периоды" в соответствии с атомной массой и валентностью (сила, которая определяет, как они объединяются).

Ученые и раньше пытались организовать элементы в таблицу, но работа Менделеева выходила за рамки простого построения диаграмм. Менделеев использовал логику своей таблицы, чтобы доказать существование еще не открытых элементов (таких как галлий и германий) и даже предсказать их поведение. Некоторые из этих предсказаний были ошибочными, но основные принципы его периодической организации продолжают стоять в основе современной химии. Периодическая таблица элементов (теперь с 118 элементами и подсчетом) украшает научные классы по всему миру.

Менделеев провидец и он помог упорядочить и понять наш мир.

За основу Менделеев взял химические свойства элементов.

На тот момент единственной количественной характеристикой элементов была их атомная масса (в те времена назывался атомный вес). Менделеев попытался расположить элементы в порядке возрастания их атомных масс, но в некоторых случаях ему пришлось отступить от этого правила. Позже выяснилось, что в ряде случаев атомные веса были определены неправильно, но некоторые случаи так и остались необъяснёнными. И только когда физики установили, как устроены атомы, выяснилась и причина такого несоответствия (нестандартный изотопный состав).

Когда-то у физиков была теория, согласно которой всё пространство пронизано "мировым эфиром" - невесомой субстанцией, которая объясняет "дальнодействие" и существование которой пытались обнаружить Майкельсон и Морли в своих знаменитых опытах. Им это не удалось. Но когда-то некоторые ученые допускали возможность, что существует такой "кирпичик мироздания" - элемент эфир, масса которого значительно меньше массы атома водорода. Однако когда благодаря Генри Мозли стало понятно, что такое химический элемент, гипотеза эфира отпала сама собой: не может быть химического элемента, в котором нет ни одного протона. Или число протонов дробное и значительно меньше единицы. А ведь именно число протонов в атоме любого вещества и определяет, какой это элемент. Один протон - атом водорода, два - гелия, три - лития, 92 - урана, 101 - менделевия и т.д.

Это достояние,которое очень много помогаетв отраслях промышленности,где неизбежно присутствует химия.А если проанализировать,то химия есть в очень многих отраслях.Представьте - вы входите кабинет химии в школе,а таблицы Менделеева - нет.Вы наверняка ощутите,что в кабинете явно чего - то не хватает.Именно это - элемент того,без чего,даже преподавателю будет не комфортно.Потому что - таблица путеводитель того,чтоб учитель и ученики,либо студенты знали,что в случае чего,они явно не ошибутся и формулы и задачи напишут верно.А коль так,то это говорит о том,что есть гарантия получить неплохих специалистов в этой отрасли.А вы спрашиваете,нужна ли таблица,да без нее целая дюжина отраслей просто развалится,как карточный домик.

На изменение свойств элементов влияют некоторые факторы. Начнем с главного квантового числа. Оно равно группе в таблице Менделеева. Показывает увеличение радиуса элемента сверху вниз по группе, вместе с этим увеличиваются восстановительные свойства так как атому становится проще отдать электрон. Такая тенденция сохраняется в основном в первых группах элементов, а самым сильным восстановителем среди химических элементов считается франций. Так же при увеличении размеров атома увеличивается длина связи. Вторым фактором изменения свойств является эффективный заряд атома. Он изменяется с изменением числа уровней. К таковым относят s p d и f уровни. А элементы носящие такие же названия получили их по числу количеству валентных электронов. Чем больше валентных электронов,тем сильнее окислительные свойства и тем проще принимается электрон

Температуры кипения и плавления так же зависят от числа электронов, какие связи они образуют (одинарные, двойные, тройные). Так же, чем длиннее связь, тем проще ее разрушить

Ажиотаж создается журналистами, так как в данном вопросе они хоть что-то понимают, в отличие, например, от квантовой физики.

Создание новых элементов важно для понимания ядерной структуры веществ (например, подтверждения предсказанного "острова стабильности"). У элемента 126 ожидается необычно большое время жизни, наряду с высокой плотностью запасенной энергии. У новых элементов велик вклад релявистких эффектов электронов в их свойствах - эти эффекты пока не все исследованы.

Кроме того, для получения новых элементов нужно придумать новые пути, так как известные способы слияния уже исчерпали себя на 118 элементе. И задача обхода трудностей пока не решена.

Вельсий - это химический элемент, открытый в 1920 году, ученым Эдером. Это ошибочно открытый химический элемент, поэтому он отсутствует в таблице Менделеева. Таких ошибочно открытых элементов существует очень много, к одному из них относится и Вельсий.

В закладки

Периодическая таблица, таблица Менделеева — кто не помнит её по школьным урокам химии и физики?

Между тем периодическая таблица Менделеева, по мнению множества видных ученых прошлого и современности, стала определяющей вехой не только в химии, но и во всей современной фундаментальной науки и её прямого выражения — техники, которая нас окружает.

Кто вообще такой Менделеев?

“Трёхногий” портрет отца мировой химии

Удивительно, что именно Менделеев стал родоначальником Периодического закона, ставшего основой периодической системы химических элементов.

Ставший 17-м ребенком директора Тобольской гимназии, он не проявлял призвания к какой-либо науке вплоть до старших курсов гимназии, однажды оставшись на второй год. Со временем ему удалось подтянуться и закончить Главный педагогический институт Петербурга с золотой медалью.

Став учителем в Одессе, он проявлял множество странных, нехарактерных для интеллигента того времени привычек и увлечений. Одним из них было увлечение кожевенным делом и шитьё: Менделеев самостоятельно переплетал книги, делал чемоданы и шил одежду для себя самого.

Пороховые заводы Менделеева

В числе других его увлечений оказалось воздухоплавание, экономика и футурология. Попутно он создал основы современной метрологии, разработал первый ледокол. Занятие естественными науками приводило ученого то к созданию русского бездымного пороха, то к попытке разработки собственной теории эфира для объяснения свойств капиллярных сосудов.

Менделеева совершил первый метеорологический полет в России

Но все же главное его открытие — Периодический закон: сегодня его относят к одному из фундаментальных законов мироздания, поскольку она до сих по является аксиоматической, абсолютной.

Это противоречит самим законам науки. Однако, правота Менделеева подтверждается раз за разом. И многое мы видим прямо за экраном своего монитора.

Откуда появилась великая таблица Мендлеева?

Памятники Менделееву существуют во всех странах мира

К моменту появления периодической таблицы в 1869 году было открыто 63 химических элемента. Все они представлялись в виде хаотического набора, хотя попытки какого-то упорядочения совершались регулярно.

Самой правдоподобной стала система Юлиуса Лотара Мейера (1864), который смог составить таблицу, упорядочив элементы по свойствам и весам. Увы, он взял за основу периодичности свойств валентность, что оказалось ошибкой.

Главный конкурент, который подсказал идею: Лотар Мейер

Менделеев, по собственным словам, занимался проблемой систематизации химических элементов на протяжении 20 лет (а не спонтанно во время сна, вопреки устоявшемуся мнению), перекладывая карточки с названием и свойствами элементов в поиске нужной комбинации.

Сегодня существует несколько сотен вариантов изображения его периодической системы: в виде кривых, таблиц и даже других геометрических фигур.

Периодическая таблица Мейера довольно скудна

Чуть позже идею подхватил Мейер, опубликовав собственную работу с аналогичным результатом. Знал ли он о достижении Менделеева? Незивестно. К тому же он смог организовать лишь 28 элементов

Однако, из-за него в Европе и США Периодическая таблица Менделеева не имеет в названии имени собственного.

Тем не менее, мировое сообщество ученых трижды выдвигало Менделеева лауреатом Нобелевской премии. Увы, ему не удалось стать членом Российской академии наук, а её члены раз за разом отвергали кандидатуру.

Таблица Менделеева важна, но Периодический закон – ещё важнее

Менделеев смог открыть один из всеобъемлющих законов

Как ни странно, важнейшее открытие Менделеева обычно остается за кадром – Периодический закон:

Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.

Современная формулировка практически ничего не меняет, лишь дополняя исходный текст:

Свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).

Периодическая система стала графическим выражением Периодического закона, который устанавливает зависимость свойств элементов от их атомного веса (атомной массы или атомного числа — числа протонов в атоме).

Современный вид таблицы Менделеева

Размещение элементов в таблице удовлетворяет одновременно 2 условиям: они

▪️ организованы веса атомов,
▪️ химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим.

Интересно, что в первой версии было лишь 60 элементов таблицы. Сегодня их 118, а конечно число… Теоретически оно могло бы быть бесконечным, если бы не квантовая физика, но об этом чуть позже.

Почему в таблице Мендлеева были пустые клетки?

Памятник Менделееву в Тобольске пора пополнять новыми элементами

Значимость теории Менделеева, спустя некоторое время ставшей аксиомой современной науки, проявилась довольно быстро. Дело в том, что до него элементы упорядочивали в сплошную линию.

Но уже первая версия таблицы Менделеева оставляла пустыми несколько клеток под новые элементы: пустые места должны были занять так называемые эка-элементы, похожие на соседей. Менделееву даже удалось с поразительной точностью предсказать целый ряд их физических и химических свойств.

Соответствующие экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец были получены экспериментально, получив уже в наше время собственные имена скандий, галлий, германий, технеций. Практика эка-элементов сохраняется и по сей день.

Один из первых вариантов таблицы Менделеева с предсказанными элементами

Абсолютность таблицы однажды подвела исследователей: инертным газам в первое время не нашлось в ней места, поэтому их существование активно отвергалось.

В дальнейшем периодичность позволила найти класс несуществующих (или чрезвычайно редких) в природе при обычных состояниях трансурановых элементов.

Как таблицу Менделеева проверили и доделали другие

Мозли связал номер элемента в Таблице и его физические свойства

Окончательный вид подтверждения Периодического закона нашел английский физик Генри Мозли:

Закон Мозли — закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером.

Это привело к более глубокой трактовке закона, о котором Менделеев не мог даже догадываться:

▪️ порядковый номер элемента = мера электрического заряда атомного ядра этого элемента,
▪️ номер горизонтального ряда (периода) = число электронных оболочек атома,
▪️ номер вертикального ряда (группы) определяет квантовую структуру оболочки, что определяет сходство химических свойств.

Как понять таблицу Менделеева, если ты не шаришь?

Краткая шпаргалка к Таблице Менделеева

Периодический закон легко применять на практике. Ещё со школы мы все должны знать: натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото — на серебро и медь. Следующий элемент просто как бы прибавляет к уже существующим ещё что-то.

По самой таблице так же можно узнать примерные свойства. В подгруппах сверху вниз:

▪️ усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические (появляются свободные электроны — проводит ток);

▪️ возрастает атомный радиус (выше плотность/масса),

▪️ возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот (действие сильнее),

▪️ электроотрицательность падает (хуже соединяется с другими элементами).

В периоде с увеличением порядкового номера элемента:

▪️ электроотрицательность возрастает (лучше образовывает соединения),

▪️ металлические свойства убывают, неметаллические возрастают (хуже проводит ток),

▪️ атомный радиус падает (хуже создает соединения).

Как таблицу Менделеева пополнили ядерные элементы

Здесь создают новые химические элементы

Вряд ли Менделеев предполагал, как далеко зайдут его последователи в поиске продолжения таблицы: в его время элементы получали только из природных материалов — минералов, руд.

Юрий Оганесян из НИЯУ МИФИ, соавтор открытия 5 трансурановых элементов

Например, для создания теннесина (номер 117 соответствует числу протонов в ядре) ученые объединили пучки кальция (20 протонов) с мишенью из беркелия (97 протонов).

Синтез кальция с калифорнием (98) позволил появиться на свет долгоживущему изотопу оганесона (118).

Что ждёт таблицу Менделеева в ближайшем будущем?

Границы таблицы попытался определить Ричард Фейнман

Элементы 119 и 120, над получением которых работают исследователи Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Московская область), обещают показать принципиально новые физические свойства.

Они которые не вписываются в существующую физическую модель мироздания. А закон Менделеева продолжает работать.

Ричард Фейнман предположил, что таблица закончится на 137-м элементе. Но не потому, что больше их не существует — мы просто не сможем определить количество протонов и нейтронов в его ядре.

В ближайшие 2 года ожидается открытие 120 элемента

Число 1/137 – постоянная Зоммерфельда (постоянная тонкой структуры), которая описывает вероятность поглощения или излучения электроном фотона.

Элемент с 137 электронами в соответствии с определением этой константы должен с вероятностью в 100% поглощать падающий на него фотон.

Его электроны будут вращаться со скоростью света. А электроны элемента 139, чтобы существовать, должны вращаться быстрее, чем скорость света. Не может быть?

Менделеев объединил усилия всех

Увы, текущие расчеты показывают, что фотоны в огромных атомах оганесона должны превысить скорость света, что противоречит самой сути фотона – единичного кванта света.

Это нарушает основные принципы квантовой физики. Но, возможно, именно открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева даст ключ к созданию Теории Всего, которая должна объединить существующие знания в естественных науках.

Закон, открытый 150 лет назад русским ученым, изменит понимание мироздания. Быть может ещё сильнее, чем когда-то это сделала Теория относительности.

В закладки

Химия – наука, изучающая превращения веществ, сопровождающиеся изменениями их состава и строения.

Процесс превращения вещества рассматривается в традиционной химии на уровне атомов и молекул, а в новейшей квантовой химии – на уровне валентных электронов взаимодействующих частиц. Поэтому химия тесно связана со сферой физического знания, особенно термодинамикой, электродинамикой и квантовой механикой. Поэтому выдвигается тезис, что в теоретическом отношении химия может быть сведена к физике. Однако развитие химической науки свидетельствует о том, что химия достаточно обособленное научное направление, развивающееся в настоящее время гораздо стремительнее физики. Особое значение имеет прикладная направленность химии.

Химическая система – сложная структура, включающая помимо веществ, непосредственно участвующих в процессе, вещества, которые оказывают то или иное воздействие на химическую реакцию. Речь идет об ингибиторах и катализаторах. Ингибиторы – соединения, замедляющие динамику химической реакции. Напротив, катализаторы – соединения, ускоряющие ход химической реакции.

Химическое взаимодействие осуществляют электроны атомов, обладающие наибольшей энергией. Выявляются несколько типов химического взаимодействия.

На уровне атомов существует три типа химической связи:

- ковалентная связь, когда валентные электроны принадлежат всем атомам молекулы (двухатомная молекула с одинаковыми ядрами – Н₂ , О₂ и др.);

- ионная связь, когда происходит полный перенос валентного электрона с одного атома на другой (NaCl, KCl и др.);

- металлическая связь, характерная для соединений металлов.

На уровне молекул выделяют два типа химической связи:

- водородная связь, образуемая поляризованными водородом и молекулой с электроотрицательным атомом.

Подавляющая часть известных химических веществ способны участвовать в соответствующих реакциях, т.е. обладают реакционной способностью или скоростью химической реакции. Однако реакционная способность конкретных химических веществ зависит от свойств соединений, вступающих в химический процесс, от внешних условий, в которых происходит реакция (температура, давление, наличие катализаторов).

Таким образом, скорость химических процессов имеет большое значение. Основные факторы, влияющие на нее, это концентрация реагирующих веществ, температура, наличие катализатора.

Влияние концентрации.Увеличение концентрации взаимодействующих веществ – один из самых распространенных приемов интенсификации процесса. Зависимость скорости химических реакций от концентрации определяется законом действия масс. Согласно этому закону скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени, равной стехиометрическому коэффициенту, стоящему перед формулой вещества в уравнении реакции:

где К – константа скорости реакции; C_a и C_b - концентрации веществ а и b, участвующих в химической реакции; n и m – стехиометрические коэффициенты.

Константа скорости реакции численно равна скорости реакции при концентрации реагирующих веществ, равной единице. Она зависит от природы реагирующих веществ, температуры, наличия катализаторов и не зависит от концентрации этих веществ. Для определения этих констант выведены соответствующие формулы, основанные на экспериментальных данных.

Влияние температуры.Известно, что с повышением температуры скорость реакции возрастает, что связано с увеличением константы скорости реакции. Согласно правилу Вант-Гоффа повышение температуры на 10 о С увеличивает скорость реакции в 2-4 раза. Это правило приближенное и применимо к реакциям, протекающим в интервале температур от 0 до 300 о С.

Характер влияния температуры и концентрации реагирующих веществ на скорость химических реакций можно объяснить теорией активных столкновений. Молекулы, обладающие определенной энергией, избыточной по сравнению со средней, способной разорвать химические связи, называются активными. Избыточная энергия при этом называется энергиейактивации и зависит от природы вступающих в реакцию веществ. При повышении температуры количество активных молекул увеличивается, число столкновений между ними возрастает, в результате чего растет скорость реакции. С увеличением концентрации реагирующих веществ общее число столкновений, в том числе эффективных, также возрастет, в результате увеличивается скорость реакции.

Влияние катализатора.Катализатор – это вещество, которое, фактически не вступая в химическую реакцию, резко изменяет ее скорость. В присутствии катализатора реакции ускоряются в тысячи раз, могут протекать при более низких температурах, что экономически выгодно.

Катализаторами преимущественно служат металлы в чистом виде (никель, кобальт, железо, платина), в виде оксидов или солей (оксиды ванадия, алюминия, соединения железа, магния, кальция, меди и т.п.). Неорганические катализаторы термостабильны, и реакция с ними протекают при сравнительно высоких температурах.

К катализаторам также относятся вещества биологического происхождения: витамины, ускоряющие химические процессы в тысячи десятки тысяч раз, а также ферменты, ускоряющие эти процессы в миллионы раз.

Перечислим основные законы классической химии.

1. Законы стехиометрии.[1] Это учение о количественных соотношениях между веществами, вступающими в химическую реакцию. Оно включает систему законов, а также правил составления химических формул и уравнений.

2.Закон о постоянстве состава химически индивидуальных веществ. Его суть заключается в том, что химически чистое соединение имеет одинаковый состав независимо от способов его получения. К примеру, чистая поваренная соль имеет одинаковый химический состав во всем мире.

3. Закон пропорциональности. Весовые количества веществ; участвующих в тождественном химическом процессе, всегда определенны. Скажем, для нейтрализации конкретного количества кислоты требуется вполне определенное количество щелочи.

4. Закон простых кратных отношений. При переходе от одного соединения к другому, состоящему из одних и тех же элементов состав меняется скачками. В процессе, например, соединений азота и кислорода получается качественно новое вещество (окись азота), обладающее индивидуальными свойствами.

5. Законы (теория) химического строения вещества. Устанавливаются закономерности структуры органических соединений.

9. Периодический закон химических элементов. Открыт Д. Менделеевым (1834—1907). Периодический закон химических элементов обусловил рационализацию значительного эмпирического материала, накопленного химией.

Физический смысл периодического закона был вскрыт лишь после выяснения того, что заряд ядра атома возрастает при переходе от одного химического элемента к соседнему (в периодической системе) на единицу элементарного заряда. Численно заряд ядра равен порядковому номеру (атомному номеру Z) соответствующего элемента в периодической системе, т.е. числу протонов в ядре, в свою очередь равному числу электронов, соответствующего нейтрального атома. Химические свойства атомов определяются структурой их внешних электронных оболочек, периодически изменяющейся с увеличением заряда ядра, и, следовательно, в основе периодического закона лежит представление об изменении заряда ядра атомов, а не атомной массы элементов. Наглядная иллюстрация периодического закона — кривые периодические изменения некоторых физических величин (ионизационных потенциалов, атомных радиусов, атомных объемов) в зависимости от Z.Какого-либо общего математического выражения периодического закона не существует.

Периодический закон имеет огромное естественнонаучное и философское значение. Он позволил рассматривать все элементы в их взаимной связи и прогнозировать свойства неизвестных элементов. Благодаря периодическому закону многие научные поиски (например, в области изучения строения вещества в химии, физике, геохимии, космохимии, астрофизике) получили целенаправленный характер. Периодический закон – яркое проявление действия общих законов диалектики, в частности закона перехода количества в качество.

Периодическая система элементов Д.И. Менделеева как естественная классификация химических элементов, являющаяся табличным (графическим) выражением периодического закона, была разработана Д.И. Менделеевым в 1869—1871 гг.

Таким образом, периодический закон стал одним из основных в системе естествознания. Именно в его рамках раскрывается взаимосвязь различных уровней материи: электронов, атомов, молекул, кристаллов. Введение порядкового или атомного номера в качестве фундаментальной характеристики элемента позволило ввести уточнение многих других свойств химических элементов, «например: установить взаимную связь между физическими (плотность, электролиз и др.) и химическими свойствами, оценить их изменения в зависимости от атомного номера.

Если периодический закон дал исходные теоретические принципы для обобщения экспериментальных данных в физике микромира, то развитие физических наук, в свою очередь, способствовало углублению содержания периодического закона. Именно физические исследования показали: по мере возрастания зарядов ядер в атомах элементов происходит последовательное увеличение количества электронов в виде периодического повторения исходных группировок во внешних слоях электронных оболочек. Тем самым периодичность получает подтверждение на микроуровне.

Основные понятия и законы классической химии

Предмет химии

Лекция 6. Особенности химического уровня организации материи

1. Предмет химии.

2. Основные понятия и законы классической химии.

3. Систематизация химических элементов. Периодический закон Д.И.Менделеева

4. Особенности развития химии на рубеже ХIХ-ХХ вв.

5. Развитие химического атомизма в первой половине XX в. Квантовый уровень химии

6. Концепция химической эволюции