Дмитро Менделєєв

Реферат з хімії

Дмитро Іванович Менделєєв

ДмитроІвановичМенделєєв (1834-1907) - великийросіянинучений-енциклопедист, хімік, фізик, технолог, геологінавітьметеоролог. Менделєєв мав дивно ясне хімічне мислення, він завжди ясно представляв кінцеві цілі своєї творчої роботи: передбачення і користь. Він писав: "Найближчий предмет хімії складає вивчення однорідних речовин, з додаванням яких складені всі тіла світу , перетворень їхній одне в одне і явищ, що супроводжують такі перетворення".

Російський учений, член - кореспондент Петербурзької АН (з 1876 р.). Народився в Тобольську . Закінчив Головний педагогічний інститут у Петербурзі (1855 р.). У 1855-1856 р. - учитель гімназії при Ришельевскому ліцеї в Одесі. У 1857-1890 р. викладав у Петербурзькому університеті (з 1865 р. - професор), одночасно в 1863-1872 р. - професор Петербурзького технологічного інституту. У 1859-1861 р. знаходився в науковому відрядженні в Гейдельберзі . У 1890 р. залишив університет через конфлікт із міністром освіти, що під час студентських хвилювань відмовився прийняти від Менделєєва петицію студентів. З 1892 р. - учений-хоронитель Депо зразкових гирь і ваг, що у 1893 р. з його ініціативи було перетворено в Головну палату мір і ваг (з 1893 р. - керуючий).

Наукові праці відносяться переважно до тієї дисципліни, що називають загальною хімією, а також до фізики, хімічній технології, економіці, сільському господарству, метрології, географії, метеорології.

Досліджував (1854-1856 р.) явища ізоморфізму, що розкривають відносини між кристалічною формою і хімічним складом з'єднань , а також залежність властивостей елементів від величини їхніх атомних обсягів . Відкрив (1860 р.) "температуру абсолютного кипіння рідин".

Автор першого російського підручника "Органічна хімія" (1861 р.).

Працюючи над працею "Основи хімії", відкрив (лютий 1869 р.) один з фундаментальних законів природи - Періодичний закон хімічних елементів.

Розвив (1869-1871 р.) ідеї періодичності, увів поняття про місце елемента в Періодичній системі як сукупності його властивостей у зіставленні з властивостями інших елементів. На цій основі виправив значення атомних мас багатьох елементів (бериллия, індію, урану й ін.).

Пророчив (1870 р.) існування, обчислив атомні маси й описав властивості трьох ще не відкритих елементів - "экаалюминия" (відкритий у 1875 р. і названий галієм), "экабора" (відкритий у 1879 р. і названий скандієм) і "экасилиция" (відкритий у 1885 р. і названий германієм). Потім пророчив існування ще восьми елементів, у тому числі "двителлура" - полонію (відкритий у 1898 р.), "экаиода" - астату (відкритий у 1942-1943 р.), "двимарганца" - технецію (відкритий у 1937 р.), "экацезия" - Франція (відкрита в 1939 р.).

У 1900 р. Менделєєв і У. Рамзай прийшли до висновку про необхідність включення в Періодичну систему елементів особою, нульової групи шляхетних газів. Крім необхідності виправлення, що виявилася, атомних мас елементів, уточнення формул оксидів і валентності елементів у з'єднаннях , Періодичний закон направив подальші роботи хіміків і фізиків на вивчення будівлі атомів, установлення причин періодичності і фізичного змісту закону.

Менделєєв систематично займався вивченням розчинів і ізоморфних сумішей. Сконструював (1859 р.) пікнометр - прилад для визначення щільності рідини . Створив (1865-1887 р.) гідратну теорію розчинів. Розвив ідеї про існування з'єднань перемінного складу .

Досліджуючи гази, знайшов (1874 р.) загальне рівняння стану ідеального газу, що включає як частковість залежність стану газу від температури, виявлений (1834 р.) фізиком Б. П. Э. Клапейроном (рівняння Клапейрона-Менделеева).

Висунув (1877 р.) гіпотезу походження нафти з карбідів важких металів; запропонував принцип дробової перегонки при переробці нефтей.

Висунув (1880 р.) ідею підземної газифікації вугіль.

Займався питаннями хімізації сільського господарства. Разом з И. М. Чельцовым брав участь (1890-1892 р.) у розробці бездимного пороху. Створив фізичну теорію ваг, розробив конструкції коромисла, точнейшие методи зважування.

Член багатьох академій наук і наукових суспільств . Один із засновників Російського фізико-хімічного суспільства (1868 р.). У його честь названий елемент № 101 - менделевий.

АН СРСР заснувала (1962 р.) премію і Золоту медаль ім. Д. И. Менделєєва за кращі роботи з хімії і хімічної технології.

Менделєєв і Періодичний закон.

За чотири роки до відкриття Періодичного закону Д.И. Менделєєв, нарешті, знайшов спокій у сімейних справах і впевненість у своїх діях. У 1865 році він купив маєток Боблово недалеко від Клина й одержав можливість займатися агрохімією, який тоді захоплювався, і відпочивати там з родиною кожне літо.

У 1867 році Менделєєв став завідувати кафедрою загальної і неорганічної хімії фізико-математичного факультету Петербурзького університету, а наприкінці року йому надали довгоочікувану університетську квартиру. У травні 1868 року в Менделєєвих народилася улюблена дочка Ольга.

Життя не завжди було прихильно до Менделєєва: були в ній і розривши з нареченою, і недоброзичливість колег, невдалий шлюб і потім розвід ... Два роки (1880 і 1881) були дуже важкими в житті Менделєєва. У грудні 1880 року Петербурзька академія наук відмовила йому в обранні академіком: "за" проголосувало дев'ять , а "проти" - десять академіків. Особливо непорядну роль при цьому зіграв секретар академії хтось Веселовский. Він відверто заявив: "Ми не хочемо університетських. Якщо вони і краще нас, то нам усе-таки їх не потрібно".

У 1881 році на превелику силу був розірваний шлюб Менделєєва з першою дружиною, що зовсім не розуміла чоловіка і, що дорікала його у відсутності уваги .

"Майстер чемоданних справ"

Улюбленим заняттям на дозвіллі в Менделєєва протягом багатьох літ було виготовлення валіз і рамок для портретів. Припаси для цих робіт він закуповував у Гостином дворі . Один раз, вибираючи потрібний товар, Менделєєв услыхал за спиною питання одного з покупців:

- "Хто цей поважний пан?"

- "Таких людей знати треба, - з повагою в голосі відповів прикажчик. - Це майстер чемоданних справ Менделєєв".

У 1895 році Менделєєв осліп , але продовжував керувати Палатою мір і ваг. Ділові папери йому зачитували вголос, розпорядження він диктував секретареві, а будинку наосліп продовжував клеїти валізи. Професор И. В. Костенич за двох операцій видалив катарактові, і незабаром зір повернувся...

Але повернемося до 1867 року.

Узимку 1867-68 року Менделєєв почав писати підручник "Основи хімії" і відразу стикнувся з труднощами систематизації фактичного матеріалу. До середини лютого 1869 року, обмірковуючи структуру підручника, він поступово прийшов до висновку, що властивості простих речовин (а це є форма існування хімічних елементів у вільному стані) і атомні маси елементів зв'язує якась закономірність.

Менделєєв багато чого не знав про спроби його попередників розташувати хімічні елементи по зростанню їхніх атомних мас і про виникаючим при цьому казусах. Наприклад, він не мав майже ніяк інформації про роботи Шанкуртуа, Ньюлендса і Мейера.

Вирішальний етап його роздумів наступив 1 березня 1869 року (14 лютого по старому стилі ). Удень раніш Менделєєв написав прохання про відпустку на десять днів для обстеження артільних сироварень у Тверской губернії: він одержав листа з рекомендаціями з вивчення виробництва сиру від А. И. Ходнева - одного з керівників Вільного економічного суспільства .

У Петербурзі в цей день було похмуре і морозно. Під вітром поскрипували дерева в університетському саду, куди виходили вікна квартири Менделєєва. Ще в постелі Дмитро Іванович випив кухоль теплого молока, потім устав , умився і пішов снідати. Настрій у нього було чудесне .

Несподівана думка

За сніданком Менделєєву прийшла несподівана думка: зіставити близькі атомні маси різних хімічних елементів і їхні хімічні властивості.

Недовго думаючи, на зворотній стороні листа Ходнева він записав символи хлору Cl і калію K з досить близькими атомними масами, рівними відповідно 35,5 і 39 (різниця усього в 3,5 одиниці). На тім же листі Менделєєв накидав символи інших елементів, відшукуючи серед них подібні "парадоксальні " пари: фтор F і натрій Na, бром Br і рубідій Rb, иод І і цезій Cs, для яких розходження мас зростає з 4,0 до 5,0, а потім і до 6,0. Менделєєв тоді не міг знати, що "невизначена зона" між явними неметалами і металами містить елементи - шляхетні гази, відкриття яких надалі істотно видозмінить Періодичну систему.

Після сніданку Менделєєв закрився у своєму кабінеті. Він дістав з конторки пачку візитних карток і став на їхній зворотній стороні писати символи елементів і їхні головні хімічні властивості.

Через якийсь час домочадці почули, як з кабінету стало доноситися: "У ! Рогата. Ух, яка рогата! Я ті здолаю. У !" Ці вигуки означали, що в Дмитра Івановича наступило творче натхнення.

Менделєєв перекладав картки з одного горизонтального ряду в інший , керуючись значеннями атомної маси і властивостями простих речовин, утворених атомами того самого елемента . У який раз на допомогу йому прийшло доскональне знання неорганічної хімії. Поступово почав вимальовуватися вигляд майбутньої Періодичної системи хімічних елементів.

Так, спочатку він поклав картку з елементом бериллием Be (атомна маса 14) поруч з карткою елемента алюмінію Al (атомна маса 27,4), за тодішньою традицією прийнявши бериллий за аналог алюмінію. Однак потім, зіставивши хімічні властивості, він помістив бериллий над магнієм Mg. Засумнівавшись у загальноприйнятому тоді значенні атомної маси бериллия, він змінив неї на 9,4, а формулу оксиду бериллия переробив з Be2O3 у Be (як в оксиду магнію Mg). До речі, "виправлене " значення атомної маси бериллия підтвердилося тільки через десять років. Так само змело діяв він і в інших випадках.

Поступово Дмитро Іванович прийшов до остаточного висновку , що елементи, розташовані по зростанню їхніх атомних мас, виявляють явну періодичність фізичних і хімічних властивостей.

Протягом усього дня Менделєєв працював над системою елементів, відриваючись ненадовго, щоб пограти з дочкою Ольгою, пообідати і повечеряти.

Увечері 1 березня 1869 року він набіло переписав складену їм таблицю і за назвою "Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі і хімічній подібності" послав неї в друкарню, зробивши позначки для складачів і поставивши дату "17 лютого 1869 року" (це по старому стилі ).

Так був відкритий Періодичний закон, сучасне формулювання якого така:

Властивості простих речовин, а також форми і властивості з'єднань елементів знаходяться в періодичній залежності від заряду ядер їхніх атомів.

Менделєєву тоді було всего 35 років.

Видрукувані листки з таблицею елементів Менделєєв розіслав многим вітчизняним і закордонним хімікам і тільки після цього виїхав з Петербурга для обстеження сироварень.

До від'їзду він ще встиг передати Н. А. Меншуткину, хімікові-органікові і майбутньому історикові хімії, рукопис статті "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів" - для публікації в Журналі Російського хімічного суспільства і для повідомлення на майбутнім засіданні суспільства .

18 березня 1869 року Меншуткин, що був у той час діловодом суспільства , зробив від імені Менделєєва невелика доповідь про Періодичний закон. Доповідь спочатку не залучила особливої уваги хіміків, і Президент російського хімічного суспільства , академік Микола Зінін (1812-1880) заявив, що Менделєєв робить не те, чим варто займатися дійсному дослідникові. Правда, через два роки, прочитавши статтю Дмитра Івановича "Природна система елементів і застосування її до указівки властивостей деяких елементів", Зінін змінив свою думку і написав Менделєєву: "Дуже, дуже добре, пребагато відмінних зближень, навіть весело читати, дай Боже Вам удачі в досвідченому підтвердженні Ваших висновків . Щиро Вам відданий і глибоко Вас поважаючий Н. Зінін".

Так що ж таке періодичність?

Це повторюваність хімічних властивостей простих речовин і їхніх з'єднань при зміні порядкового номера елемента Z і поява в ряду властивостей максимумів і мінімумів, у залежності від значення порядкового (атомного ) номера елемента .

Наприклад, що дозволяє об'єднати в одну групу всі лужні елементи?

Насамперед , повторюваність через деякі інтервали значень Z електронної конфігурації. Атоми всіх лужних елементів мають на зовнішньої атомної орбитали всего один електрон, і тому у своїх з'єднаннях виявляють ту саму ступінь окислювання, рівну +І. Формули їхніх з'єднань однотипні: у хлоридів MCl, у карбонатів - М2СO3, в ацетатів - CH3COOM і так далі (тут буквою M позначений лужний елемент).

Менделєєву після відкриття Періодичного закону стояло зробити ще багато чого. Причина періодичної зміни властивостей елементів залишалася невідомої , не знаходила пояснення і сама структура Періодичної системи, де властивості повторювалися через сімох елементів у восьмого. Однак з цих чисел був знятий перший покрив таємничості: у другому і третьому періодах системи знаходилося тоді саме по сімох елементів.

Не всі елементи Менделєєв розмістив у порядку зростання атомних мас; у деяких випадках він більше керувався подібністю хімічних властивостей. Так, у кобальту Co атомна маса більше , ніж у нікелю Nі, у телуру Te вона також більше , ніж у иода І, але Менделєєв розмістив них у порядку Co - Nі, Te - І, а не навпаки. Інакше телур попадав би в групу галогенів, а иод ставав родичем селен Se.

Самому ж важливе у відкритті Періодичного закону - пророкування існування ще не відкритих хімічних елементів. Під алюмінієм Al Менделєєв залишив місце для його аналога "экаалюминия", під бором B - для "экабора", а під кремнієм Sі - для "экасилиция". Так назвав Менделєєв ще не відкриті хімічні елементи. Він навіть дав їм символи El, Eb і Es.

З приводу елемента "экасилиция" Менделєєв писав: "Мені здається, найбільш цікавим з безсумнівно відсутніх металів буде той, котрий належить до ІV групи аналогів вуглецю, а саме, до ІІІ ряду. Це буде метал, що випливає негайно ж за кремнієм, і тому назвемо його экасилицием". Дійсно, цей ще не відкритий елемент повинний був стати своєрідним "замком", що зв'язує два типових неметали - вуглець C і кремній Sі - із двома типовими металами - оловом Sn і свинцем Pb.

Не всі закордонні хіміки відразу оцінили значення відкриття Менделєєва. Уже дуже багато чого воно змінювало у світі сформованих представлень . Так, німецький физикохимик Вільгельм Оствальд, майбутній лауреат Нобелівської премії, затверджував , що відкрито не закон, а принцип класифікації "чогось невизначеного ". Німецький хімік Роберт Бунзен, що відкрив у 1861 році два нових лужних елементи, рубідій Rb і цезій Cs, писав, що Менделєєв захоплює хіміків "у надуманий світ чистих абстракцій".

Професор Лейпцігського університету Герман Кольбе в 1870 році назвав відкриття Менделєєва "спекулятивним ". Кольбе відрізнявся брутальністю і неприйняттям нових теоретичних поглядів у хімії. Зокрема , він був супротивником теорії будівлі органічних сполук і у свій час різко обрушився на статтю Якоба Вант-Гоффа "Хімія в просторі". Пізніше Вант-Гофф за свої дослідження став першим Нобелівським лауреатом. Але ж Кольбе пропонував таких дослідників, як Вант-Гофф, "виключити з рядів дійсних вчених і зарахувати них у табір спіритів"!

З кожним роком Періодичний закон завойовував усе більше число прихильників, а його відкривач - усе більше визнання. У лабораторії Менделєєва стали з'являтися високопоставлені відвідувачі, у тому числі навіть великий князь Костянтин Миколайович, керуючий морським відомством.

Тріумф

Нарешті, прийшов час тріумфу. У 1875 році французький хімік Поль-Эмиль Лекок ДЕ Буабодран відкрив у мінералі вюртците - сульфіді цинку Zn - передвіщений Менделєєвим "экаалюминий" і назвав його на честь своєї батьківщини галієм Ga (латинська назва Франції - "Галлія"). Він писав: "Я думаю, немає необхідності наполягати на величезному значенні підтвердження теоретичних висновків пана Менделєєва".

Помітимо, що в назві елемента є натяк і на ім'я самого Буабодрана. Латинське слово "галлус" означає півень, а по-французькому півень - "ле кок ". Це слово є й в імені першовідкривача. Що мав на увазі Лекок ДЕ Буабодран, коли давав назву елементові - себе або свою країну - цього , видимо , уже ніколи не з'ясувати.

Менделєєв точно пророчив властивості экаалюминия: його атомну масу, щільність металу, формулу оксиду El2O3, хлориду ElCl3, сульфату El2(SO4)3. Після відкриття галію ці формули стали записувати як Ga2O3, GaCl3 і Ga2(SO4)3. Менделєєв угадав, що це буде дуже легкоплавкий метал, і дійсно, температура плавлення галію виявилася рівної 29,8 ос. По легкоплавкості галій уступає тільки ртуті Hg і цезієві Cs.

У 1879 році шведський хімік Ларс Нильсон відкрив скандій, передвіщений Менделєєвим як экабор Eb. Нильсон писав: "Не залишається ніякого сумніву, що в скандії відкритий экабор... Так підтверджуються нагляднейшим образом розуміння російського хіміка, що не тільки дали можливість пророчити існування скандію і галію, але і передбачати заздалегідь їхні найважливіші властивості". Скандій одержав назву на честь батьківщини Нильсона Скандинавії, а відкрив він його в складному мінералі гадолините, що має склад Be2(Y,Sc)2Fe2(Sі4)2.

У 1886 році професор Гірської академії у Фрайбурге німецький хімік Клеменс Винклер при аналізі рідкого мінералу аргиродита складу Ag8Ge6 знайшов ще один елемент, передвіщений Менделєєвим. Винклер назвав відкритий їм елемент германієм Ge на честь своєї батьківщини, але це чомусь викликало різкі заперечення з боку деяких хіміків. Вони стали обвинувачувати Винклера в націоналізмі, у присвоєнні відкриття, що зробив Менделєєв, що вже дав елементові ім'я "экасилиций" і символ Es. Збентежений Винклер звернувся за порадою до самого Дмитра Івановичу . Той пояснив, що саме першовідкривач нового елемента повинний дати йому назва .

Угадати існування групи шляхетних газів Менделєєв не міг, і їм спочатку не найшлося місця в Періодичній системі.

Відкриття аргону Ar англійськими вченими У. Рамзаем і Дж. Релеєм у 1894 році відразу ж викликало бурхливі дискусії і сумніви в Періодичному законі і Періодичній системі елементів. Менделєєв спочатку порахував аргон аллотропной модифікацією азоту і тільки в 1900 році під тиском незаперечних фактів погодився з присутністю в Періодичній системі "нульової" групи хімічних елементів, що зайняли інші шляхетні гази, відкриті слідом за аргоном. Тепер ця група відома під номером VІІІА.

У 1905 році Менделєєв написав: "Очевидно, періодичному законові майбутнє не грозить руйнуванням, а тільки надбудови і розвиток обіцяє, хоча як русского мене хотіли затерти, особливо німці".

Відкриття Періодичного закону прискорило розвиток хімії і відкриття нових хімічних елементів.