23). Развитие учения о составе вещества

Учение о составе вещества охватывает три основные проблемы:

• анализ состава химического элемента;

• определение состава химического соединения;

• применение все большего числа химических элементов для производства новых материалов.

В истории развития учения о составе вещества решение первой из названных проблем начиналось с ошибочного представления о химическом элементе. Первая научная теория химии, - теория флогистона, касающаяся состава вещества, оказалась ошибочной. Примерно до середины XVII в. не был известен ни один химический элемент. Лишь в 1660-х годах Р. Бойль положил начало современному представлению о химическом элементе как о "простом теле" или как о пределе химического разложения вещества, переходящем из состава одного в состав другого сложного тела. В те времена для получения химического элемента как "простого тела" использовался универсальный метод разложения сложных тел - метод прокаливания. После прокаливания образовывалась окалина, которая принималась за элемент. В результате металлы - железо, медь, свинец, сурьму и т.д. - считали сложными телами, состоящими из соответствующих элементов и универсального "невесомого тела" - флогистона (греч. - "горючий").

Ошибочная теория флогистона, как и гелиоцентрическая теория, послужила толчком к многочисленным исследованиям. Появились точные методы количественного анализа вещества, способствовавшие открытию истинных химических элементов. Были открыты фосфор, кобальт, никель, водород, фтор, азот, хлор и марганец, кислород.

Открыв кислород и установив его роль в образовании кислот, окислов и воды, выдающийся французский химик А.Л. Лавуазье (1743-1794) опроверг теорию флогистона.

Лавуазье сделал первую попытку систематизации химических элементов. В свою систему элементов он включил кислород, водород, азот, серу, фосфор, семь известных в то время металлов, известь, магнезию, глинозем и кремнезем. Однако он ошибочно считал, что известь, глинозем и другие неделимы. Ошибку исправил в дальнейшем Д.И. Менделеев, доказав, что место химического элемента в периодической системе определяется атомной массой и открыв тем самым периодический закон химических элементов (1869 г.).

Более поздние исследования показали, что место элемента в периодической системе определяется не просто порядковым номером, а зарядом атомного ядра. Это означает, что не атомная масса, а именно заряд ядра обеспечивает индивидуальность химического элемента. Например, изотопы хлора 3717С1 и 3517С1 отличаются друг от друга атомной массой, но тем не менее они оба относятся к одному химическому элементу - хлору. В этой связи можно утверждать, что химический элемент - это совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.

К настоящему времени сложилось определенное представление о структуре атома и ядра и о квантово-механических свойствах составляющих их частиц. Раскрыт физический смысл периодического закона и дано квантово-механическое обоснование строения атомов химических элементов периодической системы Менделеева.

Во времена Менделеева было известно всего 62 элемента. В 1930-е годы система элементов заканчивалась ураном (Z = 92). В 1940-1945 гг. путем физического синтеза атомных ядер были открыты элементы: нептуний, плутоний, америций, кюрий, в 1949- 1952 гг. - берклий, калифорний и фермий, в 1955 г. - менделевий - всего примерно за 15 лет было открыто 9 элементов. Затем за все последующие 40 лет было синтезировано только 6 элементов: № 102 - нобелий, № 103 - лауренсий, №104 - кур-чатовий, № 105 - жолиотий, № 106 - резерфордий, № 107 - борий, № 108 - ганий и № 109 - мейтнерий. Все эти элементы крайне неустойчивы. Предполагается, что следующие элементы, которые предстоит обнаружить, будут также неустойчивыми, хотя и возможны "островки стабильности" даже для сравнительно больших порядковых номеров больше 126. Следует ожидать, что с развитием техники эксперимента будут открыты новые химические элементы.

До недавнего времени химики считали ясным, что следует относить к химическим соединениям, а что - к смесям. Еще в 1800-1808 гг. французский ученый Ж. Пруст (1754 - 1826) установил закон постоянства состава: любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом, прочным притяжением составных частей (атомов) и тем отличается от смесей. На основе идеи об атомическом строении вещества этот закон теоретически обосновал в 1800 - 1810 гг. английский ученый Дж. Дальтон. Он показал, что все индивидуальные вещества в отличие от смесей состоят из однородных мельчайших частиц - "сложных атомов" молекул, которые в свою очередь состоят из простых атомов разных химических элементов.