Принципы Паули и Периодическая система Д.И. Менделеева

 

Министерство образования  и науки

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  УПРАВЛЕНИЯ

ИНСТИТУТ ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

Кафедра     естествознания

 

 

Контрольное задание

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

   тема «Принципы  Паули и Периодическая система  Д.И. Менделеева»

Выполнила студентка

заочной формы обучения

специальности  реклама

1  курса  Р 08/3  группы

№ студенческого билета

(зачетной книжки) 08-735             ____________                           Зорина Д.Э.

                                                                    (подпись)                 (инициалы, фамилия)

Проверил преподаватель

_____________________                  ______________         _________________________

(ученая степень, звание)                         (подпись)                 (инициалы, фамилия)

 

Москва – 2009

 

Содержание 

 

 

 

Введение

 

Все мы учили, учим или  будем учить химию. А если вспомнить, кто же самый известный химик? Правильно, Дмитрий Иванович Менделеев. А что мы увидим в каждом кабинете химии на стене?  И тут верно, Периодическую систему химических элементов, созданную этим великим человеком. И конечно вряд ли мы задумываемся, что создана она была почти два столетия назад. И что самое главное, Дмитрий Иванович смог предсказать свойства неоткрытых еще элементов, специально оставив для них место в его таблице. Получается, что элементы появляются и до сих пор, а вот вся таблица давно уже создана. Не правда ли, гениально? Получается, сколько бы времени не прошло, Менделеев и его работы всегда будут актуальны и практически используемы.

А знакомо ли вам имя  еще одного ученого Вольфганга Паули? В то время как все считали, что периодическая система почти  что мифична, что это скорее какое-то озарение, Паули смог своим принципом запрета ясно и четко обосновать и объяснить загадочную суть  Периодической системы.

Объект  исследования: системы химических элементов.

Предмет исследования: Периодическая система химических элементов, изобретенная Д.И. Менделеевым.

Проблемы:

• мы все знакомы с Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева,  но даже не осознаем, насколько велик ее вклад в развитие всемирной химии;
• мало кто знает, про работы Вольфганга Паули и его четкое объяснение сути Периодической системы.

Цель: разобраться в строение Периодической системы Менделеева, в сути принципа запрета Паули и доказать их практическое значение и актуальность.

 

 

Задачи:

• изучить литературу об исследованиях Менделеева;
• изучить литературу о работах Паули;
• понять взаимосвязь работ этих двух ученых.

 

 

Периодическая система химических элементов

Первые попытки  систематизации элементов

 

Одной из важнейших проблем  теоретической химии XIX века после  разрешения проблемы атомных весов  оставалась систематизация химических элементов, число которых постоянно росло. Со времён античности и средних веков были известны 14 элементов (хотя собственно элементами их стали считать лишь в конце XVIII века). В XVIII веке к ним добавилось 20 новых элементов; к 1860 году число известных элементов возросло до шестидесяти. Проблема упорядочения элементов и отыскания закономерности в изменении их свойств становилась всё более актуальной.

Первую попытку систематизации элементов предпринял немецкий химик Иоганн Вольфаган Дёберейнер, сформулировавший в 1829 г. закон триад. Дёберейнер обратил внимание на то, что в рядах сходных по свойствам элементов наблюдается закономерное изменение атомной массы. В выделенных Дёберейнером триадах элементов атомный вес среднего элемента триады примерно равен полусумме атомных весов двух крайних элементов: 

Таблица 1. Триады Дёберейнера.

Cl  – 35.5  Br  – 80  I  – 125

P  – 31  As  – 75  Sb  – 122

S  – 32  Se  – 79  Te  – 129

Ca  – 41  Sr  – 88  Ba  – 137

Li  – 7  Na  – 23  K  – 39

Хотя разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, тем не менее, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в порядке возрастания их атомных весов.

В 1843 г. Леопольд Гмелин привёл таблицу химически сходных элементов, расставленных по группам в порядке возрастания "соединительных масс". Вне групп элементов, вверху таблицы, Гмелин поместил три "базисных" элемента – кислород, азот и водород. Под ними были расставлены триады, а также тетрады и пентады (группы из четырех и пяти элементов), причём под кислородом расположены группы металлоидов (по терминологии Берцелиуса), т.е. электроотрицательных элементов; электроположительные и электроотрицательные свойства групп элементов плавно изменялись сверху вниз. 

Важным этапом систематизации элементов стали дифференциальные системы, направленные на выявление общих закономерностей в изменении атомного веса элементов. В 1850 г. немецкий врач Макс фон Петтенкофер попытался найти у элементов соотношения, подобные тем, что обнаруживаются в гомологических рядах, т.е. в рядах соединений, отличающихся друг от друга группой CH₂. Он указал, что атомные веса некоторых элементов отличаются друг от друга на величину, кратную восьми. На этом основании Петтенкофер высказал предположение, что элементы, возможно, являются сложными образованиями каких-то субэлементарных частиц. На следующий год подобные соображения высказал и французский химик-органик Жан Батист Андрэ Дюма. В 1859 г. эту идею детально разработал немецкий учёный Адольф Штрекер; несколько вариантов таблиц предложил в 1857-1868 гг. английский химик Уильям Одлинг.

График 2. Винтовой график Шанкуртуа, 1862 г.

Александр Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа в 1862 г. предложил винтовой график элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов – "земная спираль" (vis tellurique). Шанкуртуа нанёс на боковую поверхность цилиндра, размеченную на 16 частей, линию под углом 45°, на которой поместил точки, соответствующие элементам. Таким образом, элементы, атомные веса которых отличались на 16, или на число, кратное 16, располагались на одной вертикальной линии. При этом точки, отвечающие сходным по свойствам элементам, часто оказываются на одной прямой. Винтовой график Шанкуртуа фиксировал закономерные отношения между атомными массами элементов, однако данная система не могла быть признана удовлетворительной.

Джон Александр Рейна 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. Такая зависимость действительно имеет место для лёгких элементов, однако Ньюлендс пытается придать ей всеобщий характер. В таблице Ньюлендса сходные элементы располагались в горизонтальных рядах; однако, в одном и том же ряду часто оказывались и элементы совершенно непохожие. Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица Ньюлендса не содержит свободных мест. Вследствие присущих системе Ньюлендса недостатков современники отнеслись к закону октав чрезвычайно скептически.

Таблица 2. Таблица Ньюлендса, 1864. 

	№		№		№		№		№		№		№		№
H	1	F	8	Cl	15	Co  Ni	22	Br	29	Pd	36	I	43	Pt  Ir	50
Li	2	Na	9	K	16	Cu	23	Rb	30	Ag	37	Cs	44	Tl	51
Be	3	Mg	10	Ca	17	Zn	24	Sr	31	Cd	38	Ba  V	45	Pb	52
B	4	Al	11	Cr	18	Y	25	Ce  La	32	U	39	Ta	46	Th	53
C	5	Si	12	Ti	19	In	26	Zr	33	Sn	40	W	47	Hg	54
N	6	P	13	Mn	20	As	27	Di  Mo	34	Sb	41	Nb	48	Bi	55
O	7	S	14	Fe	21	Se	28	Rh  Ru	35	Te	42	Au	49	Os	56

 

  
В том же году Уильям Одлинг, пересмотрев предложенную им в 1857 г. систематику элементов, основанную на эквивалентных весах, предложил следующую таблицу, не сопровождаемую какими-либо пояснениями:

 

Таблица 3. Таблица Уильяма  Олдинга.

	Триплетные группы
H 1			Mo 96	W 184
				Au 196.5
			Pd 106.5	Pt 197
Li 7	Na 23	-	Ag 108
G 9	Mg 24	Zn 65	Cd 112	Hg 200
B 11	Al 27.5	-	-	Tl 203
C 12	Si 28	-	Sn 118	Pb 207
N 14	P 31	As 75	Sb 122	Bi 210
O 16	S 32	Se 79.5	Te 129
F 19	Cl 35	Br 80	J 127
	K 39	Rb 85	Cs 133
	Ca 40	Sr 87.5	Ba 137
	Ti 40	Zr 89.5	-	Th 231
	Cr 52.5		V 138
	Mn 55 и др.  (Fe,Ni,Co,Cu)

 

  
Несколько попыток систематизации элементов предпринял в 60-е годы XIX века немецкий химик Юлиус Лотар Мейер.

В 1864 г. Мейер опубликовал свою первую таблицу, в которую включены 42 элемента (из 63), 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 подобных элементов.

 

 

Таблица 4. Таблица Мейера 1864 г. (фрагмент). 

4 val	3 val	2 val	1 val	1 val	2 val
C=12	N=14.4	O=16	F=19	Na=23	Mg=24
Si=28.5	P=31	S=32	Cl=35.5	K=39	Ca=40
...	As=75	Se=78.8	Br=80	Rb=85.4	Sr=87
Sn=117.6	Sb=120.6	Te=128.3	I=126.8	Cs=133	Ba=137.4
Pb=207	Bi=208	...	...	(Tl=204)	...

 

  
В 1870 году вышла ещё одна работа Мейера, содержащая новую таблицу и график зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный  пилообразный вид.

Предложенная Мейером  таблица "Природа элементов как  функция их атомного веса" состояла из девяти вертикальных столбцов, сходные элементы располагались в горизонтальных рядах; некоторые ячейки таблицы Мейер оставил незаполненными.

Таблица 5. Таблица Мейера 1870 г. 

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX
	B	Al				In (?)		Tl
	C	Si	Ti		Zr	Sn		Pb
	N	P	V	As	Nb	Sb	Ta	Bi
	O	S	Cr	Se	Mo	Te	W
	F	Cl	Mn  Fe  Co  Ni	Br	Ru  Rh  Pd	I	Os  Ir  Pt
Li	Na	K	Cu	Rb	Ag	Cs	Au
Be	Mg	Ca	Zn	Sr	Cd	Ba	Hg