5. Периодическая система элементов д.И. Менделеева
Периодический закон был открыт в 1869 году Д.И. Менделеевым. Им же была создана классификация химических элементов, выраженная в форме периодической системы. До Менделеева были предприняты попытки классификации и систематизации элементов, но неудачные. Менделеев был уверен, что между элементами существует закономерная связь. Он доказал это, расположив элементы по возрастанию, взяв за основу атомный вес, и обнаружил, что элементы, имеющие аналогичные химические свойства, встречаются через одинаковые интервалы. Эта закономерность была выражена в периодическом законе:
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.
При анализе периодической системы Менделеева было обнаружено:
Свойства химических элементов по мере возрастания атомного веса не изменяются бесконечно, а имеют периодический характер.
В таблице Менделеева существуют периоды и группы:
Периоды – это ряды элементов, в которых свойства элементов меняются последовательно. В таблице Менделеева 3 малых и 4 больших периода. Группы – это ряды элементов, обладающих сходными свойствами. В таблице Менделеева 8 групп.
Наибольшая валентность каждой группы по кислороду соответствует номеру группы, за некоторыми исключениями. Элементы первой группы образуют оксиды с общей формулой – R2O, второй – RO, третьей – R2O3 и т. д.
Группы делятся на подгруппы: главную и побочную.
Значение периодической системы Менделеева.
Периодическая система элементов явилась первой естественной классификацией химических элементов, показавшей, что они взаимосвязаны друг с другом, а также послужила дальнейшим исследованиям.
Когда Менделеев на основе открытого им периодического закона составлял свою таблицу, многие элементы были еще неизвестны. Как, например, три элемента 4-го периода. Предположительно элементы назывались экабор (его свойства должны напоминать бор), экаалюминий, экасилициум. В течение 15 лет предсказания Менделеева подтвердились. Французский химик Лекок де Буабодран открыл галлий, обладающий всеми свойствами экаалюминия, Л.Ф. Нильсон открыл скандий, и К.А. Винклер открыл элемент германий, имеющий свойства экасилиция.
Открытие Ga, Sc, Ge – доказательство существования периодического закона. Большое значение имела периодическая система и при установлении валентности и атомных масс некоторых элементов, исправив некоторые из них. На основе периодического закона в настоящее время созданы трансурановые элементы.
6. Теория химического строения
Теорию химического строения разработал А.М. Бутлеров. Она имеет следующие положения:
1) атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с другими свойствами;
2) соединение атомов происходит соответственно их валентностям;
3) свойства веществ зависят от их химического строения.
Вывод: свойства вещества определяются внутренней структурой – химическим строением.
По теории строение молекул возможно изобразить в виде структурных формул. В них указана последовательность соединения атомов, каждая черточка обозначает единицу валентности.
По этой схеме можно понять различия веществ по свойствам. Структурные формулы не отражают взаимного расположения атомов в пространстве.
Вывод: вещество допустимо изображать при помощи структурной формулы, если вещество имеет молекулярное строение. Не все вещества имеют молекулярное строение.
Виды строения веществ: молекулярное; атомное; ионное.
Теория химического строения объясняет явление изомерии.
Изомеры – соединения, обладающие одним и тем же качественным и количественным составом, но разными свойствами. Зависимость свойств изомеров и органических соединений от их химического строения объясняется передающимся «взаимным влиянием атомов», в результате чего атомы приобретают различные химические свойства.
Бутлеров предвидел и доказал существование позиционной и скелетной изомерии. В 1863 г. ему удалось впервые получить самый простой третичный спирт – третичный бутиловый спирт, или триметилкарбинол. Он расшифровал его строение и доказал наличие у него изомеров. В 1864 г. Бутлеров предсказал существование двух бутанов и трех пентанов, позднее – изобутилена.
Теория химического строения послужила предпосылкой развития теории химической связи.
В 1916 г. Льюис предположил, что химическая связь возникает при образовании электронной пары, принадлежащей двум атомам.
Из этого предположения была разработана теория ковалентной связи.
В. Коссель предположил, что один атом отдает ион, а другой его принимает при взаимодействии друг с другом. Один атом становится положительно заряженным, а другой – отрицательно заряженным.
Из этих идей развилась современная теория ионной связи.