Периодичната таблица на елементите имаше голямо влияние върху последващото развитие на химията.
Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907)
Това беше не само първата естествена класификация на химичните елементи, която показа, че те образуват хармонична система и са в тясна връзка помежду си, но и се превърна в мощен инструмент за по -нататъшни изследвания.
По времето, когато Менделеев съставя таблицата си въз основа на открития от него периодичен закон, много елементи все още бяха неизвестни. По този начин елементът от четвъртия период, скандий, не беше известен. По отношение на атомната маса, калцият е последван от титан, но титанът не може да бъде поставен веднага след калция, тъй като той ще попадне в третата група, докато титанът образува по -висок оксид и според други свойства той трябва да бъде отнесен към четвъртия група. Следователно Менделеев пропусна една клетка, тоест остави свободно пространство между калций и титан. На същата основа, в четвъртия период между цинк и арсен, две свободни клетки бяха оставени, сега заети от елементите галий и германий. Свободни места останаха и в други редове. Менделеев не само беше убеден, че трябва да има все още неизвестни елементи, които да запълнят тези места, но също така предвиди предварително свойствата на такива елементи, въз основа на тяхната позиция сред другите елементи на периодичната таблица. Един от тях, който в бъдеще трябваше да заеме място между калций и титан, той даде името екабор (тъй като свойствата му трябваше да наподобяват бор); другите две, за които в таблицата имаше празни пространства между цинк и арсен, бяха наречени ека-алуминий и екасилиций.
През следващите 15 години прогнозите на Менделеев бяха блестящо потвърдени: бяха открити и трите очаквани елемента. Първо, френският химик Lecoq de Boisbaudran открива галий, който притежава всички свойства на ека-алуминий; след това, в Швеция, Л. Ф. Нилсън открива скандий, който има свойствата на екабор, и накрая, няколко години по -късно в Германия, К.А.
За да преценим удивителната точност на предсказанието на Менделеев, нека сравним свойствата на екасилиций, предсказан от него през 1871 г., със свойствата на германий, открити през 1886 г .:
Откриването на галий, скандий и германий беше най -големият триумф на периодичния закон.
Периодичната таблица също имаше голямо значение за установяване на валентността и атомните маси на някои елементи. Така че елементът берилий отдавна се счита за аналог на алуминия и формулата се дължи на неговия оксид. Въз основа на процентния състав и приетата формула на берилиев оксид, неговата атомна маса се счита за равна на 13,5. Периодичната таблица показва, че за берилия в таблицата има само едно място, а именно над магнезия, така че неговият оксид трябва да има формула, откъдето атомната маса на берилия е десет. Това заключение скоро беше потвърдено чрез определяне на атомната маса на берилия от плътността на парите на неговия хлорид.
Точно И понастоящем периодичният закон остава водещата нишка и ръководният принцип на химията. Именно на негова основа през последните десетилетия бяха изкуствено създадени трансуранови елементи, разположени в периодичната система след урана. Един от тях - елемент номер 101, получен за първи път през 1955 г. - е наречен Менделевий в чест на големия руски учен.
Откриването на периодичния закон и създаването на система от химични елементи имаше голямо значение не само за химията, но и за философията, за целия ни светоглед. Менделеев показа, че химическите елементи съставляват хармонична система, основана на фундаменталния закон на природата. Това е изразът на позицията на материалистичната диалектика относно взаимовръзката и взаимозависимостта на природните явления. Разкривайки връзката между свойствата на химичните елементи и масата на техните атоми, периодичният закон беше блестящо потвърждение на един от универсалните закони на развитието на природата - закона за прехода от количество към качество.
Последващото развитие на науката направи възможно, разчитайки на периодичния закон, да се разбере структурата на материята много по -дълбоко, отколкото е било възможно по време на живота на Менделеев.
Теорията за атомната структура, развита през 20 -ти век, на свой ред даде на периодичния закон и периодичната таблица с елементи ново, по -дълбоко осветление. Пророческите думи на Менделеев намериха блестящо потвърждение: „Периодичният закон не е застрашен от унищожение, а се обещават само надстройка и развитие“.
Възможността за научно предсказване на непознати елементи стана реалност едва след откриването на периодичния закон и периодичната система от елементи. Д. И. Менделеев прогнозира съществуването на 11 нови елементи: ekabora, ekasilitsiya, ekaaluminium и др. "Координатите" на елемент в периодичната система (порядъчен номер, група и период) направиха възможно приблизителното предвиждане на атомната маса, както и най -важните свойства на предвидения елемент. Точността на тези прогнози нараства особено когато прогнозираният елемент е заобиколен от известни и достатъчно проучени елементи.
Благодарение на това през 1875 г. във Франция Л. де Боасбодран открива галий (екаалуминиум); през 1879 г. Л. Нилсон (Швеция) открива скандий (екабор); през 1886 г. К. Уинклер открива германий (екасилиций) в Германия.
По отношение на неоткритите елементи от деветия и десетия ред изказванията на Д. И. Менделеев бяха по -предпазливи, тъй като техните свойства бяха изключително слабо проучени. И така, след бисмута, на който завърши шестият период, останаха две тирета. Единият отговаря на аналог на телур, другият е на неизвестен тежък халоген. През седмия период са били известни само два елемента - торий и уран. Д. И. Менделеев остави няколко клетки с тирета, които трябваше да принадлежат към елементите на първата, втората и третата групи, предшестващи тория. Между торий и уран е оставена и празна клетка. Уранът имаше пет свободни места, т.е. Трансурановите елементи се предвиждат от почти 100 години.
За да се потвърди точността на прогнозите на Д. И. Менделеев относно елементите от девета и десета серия, може да се даде пример с полоний (сериен номер 84). Предсказвайки свойствата на елемента с порядъчен номер 84, Д. И. Менделеев го определя като аналог на телура и го нарича двителурий. За този елемент той приема атомна маса 212 и способността да образува оксид от типа ЕО д. Този елемент трябва да има плътност 9,3 g / cm 3 и да е ниско топим, кристален и нелетлив сив метал. Полонийът, получен в чиста форма едва през 1946 г., е мек, ниско топящ се сребърен метал с плътност 9,3 g / cm 3. По отношение на свойствата, той прилича на телур по много начини.
Периодичният закон на Д. И. Менделеев, като един от най -важните закони на природата, е от изключително значение. Отразявайки естествената връзка, която съществува между елементите, етапите на развитие на материята от прости до сложни, този закон положи основите на съвременната химия. С неговото откритие химията престана да бъде описателна наука.
Периодичният закон и системата от елементи на Д. И. Менделеев са един от най -надеждните методи за разбиране на света. Тъй като елементите са обединени от общо свойство или структура, това показва моделите на взаимовръзка и взаимозависимост на явленията.
Всички елементи заедно съставляват една линия на непрекъснато развитие от най -простия водород до 118 -ия елемент. Този модел беше забелязан за първи път от Д. И. Менделеев, който успя да предвиди съществуването на нови елементи, като по този начин показа непрекъснатостта на развитието на материята.
Сравнявайки свойствата на елементите и техните съединения в рамките на групи, човек може лесно да открие проявлението на закона за прехода на количествените промени към качествени. Така че в рамките на всеки период има преход от типичен метал към типичен неметал (халоген), но преходът от халоген към първия елемент на следващия период (алкален метал) е придружен от появата на свойства, рязко противоположни към този халоген. Откритието на Д. И. Менделеев постави точна и надеждна основа за теорията за структурата на атома, оказваща огромно влияние върху развитието на всички съвременни знания за природата на материята.
Работата на Д. И. Менделеев по създаването на периодичната система поставя основите на научно обоснован метод за целенасочено търсене на нови химични елементи. Примери за това са многобройните постижения в съвременната ядрена физика. През последните половин век са синтезирани елементи със серийни номера 102-118. Изучаването на техните свойства, както и получаването им би било невъзможно без познаване на законите на връзката между химичните елементи.
Доказателството за това твърдение е резултатиизследване на синтеза на елементи 114, 116, 118.
Изотопът на 114 -ия елемент е получен чрез взаимодействието на плутоний с изотопа 48 Ca, а 116 -ият - чрез взаимодействието на курий с изотопа на 48 Ca:
Стабилността на получените изотопи е толкова висока, че те не се делят спонтанно, а претърпяват алфа разпад, т.е. разцепване на ядрото с едновременно излъчване на алфа частици.
Получените експериментални данни напълно потвърждават теоретичните изчисления: при последователни алфа разпадания се образуват ядра на 112 -ия и 110 -ия елемент, след което започва спонтанно делене:
Сравнявайки свойствата на елементите, ние сме убедени, че те са взаимосвързани от общия характер на структурните характеристики. Така че, сравнявайки структурата на външни и пред-външни електронни обвивки, е възможно да се предскажат с висока точност всички видове съединения, характерни за даден елемент. Такава ясна връзка е много добре илюстрирана от примера на 104 -ия елемент - rutherfordium. Химиците са предвидили, че ако даден елемент е аналог на хафний (72 Hf), тогава неговият тетрахлорид трябва да има приблизително същите свойства като HfCl 4. Експерименталните химически изследвания потвърдиха не само предсказанието на химиците, но и откриването на нов свръх тежък елемент 1 (M Rf. Същата аналогия може да бъде проследена в свойствата - Os (Z = 76) и Ds (Z = 110) - и двата елемента образуват летливи оксиди от типа R0 4. Всичко това говори проявление на закона за взаимовръзката и взаимозависимостта на явленията.
Сравнението на свойствата на елементите в рамките на групи и периоди и тяхното сравнение със структурата на атома показват закона преход от количество към качество.Преходът от количествени към качествени промени е възможен само презотричане на отрицанието.В рамките на периодите, с увеличаване на ядрения заряд, настъпва преход от алкален метал към благороден газ. Следващият период отново започва с алкален метал - елемент, който напълно отрича свойствата на благородния газ, който го е предшествал (например, He и Li; Ne и Na; Ar и Kr и др.).
Във всеки период зарядът на ядрото на следващия елемент се увеличава с един, но в сравнение с предишния. Този процес се наблюдава от водород до елемент 118 и показва непрекъснатостта на развитието на материята.
И накрая, комбинацията от противоположни заряди (протон и електрон) в атом, проявата на метални и неметални свойства, наличието на амфотерни оксиди и хидроксиди е проява на закона единство и борба на противоположностите.
Трябва също така да се отбележи, че откриването на периодичния закон е началото на фундаментални изследвания относно свойствата на материята.
По думите на Нилс Бор, периодичната таблица е „пътеводна звезда за изследвания в областта на химията, физиката, минералогията, технологиите“.
- Елементи 112, 114, 116, 118 са получени в Съвместния институт за ядрени изследвания (Дубна, Русия). Елементи 113 и 115 са получени съвместно от руски и американски физици. Материалът беше любезно предоставен от академик на Руската академия на науките Ю. Ц. Оганесян.
Д. И. Менделеев пише: „Преди периодичния закон елементите бяха само фрагментарни случайни явления от природата; нямаше причина да чакаме нови, а новооткритите бяха пълна неочаквана новост. Периодичната закономерност е първата, която дава възможност да се видят елементи, които все още не са били открити на такова разстояние, до които зрението без въоръжение с тази закономерност не е достигало дотогава.
С откриването на Периодичния закон химията престана да бъде описателна наука - тя получи инструмент за научно предвиждане. Този закон и неговото графично представяне - таблицата на Периодичната таблица на химичните елементи на Д. И. Менделеев - изпълнява и трите най -важни функции на теоретичните знания: обобщаваща, обясняваща и предсказваща. Въз основа на тях учените:
- систематизира и обобщава цялата информация за химичните елементи и веществата, които образуват;
- даде обосновка на различни видове периодични зависимости, съществуващи в света на химичните елементи, като ги обясни въз основа на структурата на атомите на елементите;
- прогнозира, описва свойствата на все още неоткрити химически елементи и образуваните от тях вещества, а също така посочва начините за тяхното откриване.
Самият Д. И. Менделеев трябваше да систематизира и обобщава информация за химичните елементи, когато открива Периодичния закон, изгражда и подобрява таблицата си. Освен това грешките в стойностите на атомните маси и наличието на все още неоткрити елементи създадоха допълнителни трудности. Но великият учен беше твърдо убеден в истинността на открития от него закон за природата. Въз основа на сходството в свойствата и вярвайки в правилността на определянето на мястото на елементите в таблицата на Периодичната таблица, той значително промени атомните маси и валентността в съединения с кислород в десет приети по това време елемента и ги "коригира" за десет други. Той постави осем елемента в таблицата, противно на приетите по онова време идеи за тяхната прилика с другите. Например, той изключи талия от естественото семейство на алкални метали и го постави в група III според най -високата валентност, която показва; той прехвърли берилий с неправилно определена относителна атомна маса (13) и валентност III от група III на II, променяйки стойността на относителната му атомна маса на 9 и най -високата валентност на II.
Повечето учени възприемат измененията на Д. И. Менделеев като научна лекомислие, неоправдана наглост. Периодичният закон и таблицата с химични елементи се разглеждат като хипотеза, тоест предположение, което се нуждае от проверка. Ученият разбра това и точно за да провери правилността на закона и системата от елементи, открити от него, той описа подробно свойствата на все още неоткрити елементи и дори методите за тяхното откриване, въз основа на предполагаемото място в системата. Според първата версия на таблицата той направи четири прогнози за съществуването на неизвестни елементи (галий, германий, хафний, скандий), а според подобрената, втора, още седем (технеций, рений, астатин, франций, радий, актиний, протактиний).
През периода от 1869 до 1886 г. са открити три предвидени елемента: галий (P.E. Lecoq de Boisabaudran, Франция, 1875), скандий (L.F. Nilsson, Швеция, 1879) и германий (K. Winkler, Германия, 1886). Откриването на първия от тези елементи, което потвърди верността на прогнозата на големия руски учен, предизвика само интерес и изненада сред колегите му. Откриването на германий беше истински триумф на Периодичния закон. К. Уинклер пише в статията си „Доклад за Германия“: „Вече няма никакво съмнение, че новият елемент не е нищо повече от екалиция, предсказан от Менделеев петнадесет години по -рано. Защото едва ли може да има по -убедително доказателство за валидността на доктрината за периодичността на елементите, отколкото въплъщението на досегашната хипотетична екасилиция, а тя наистина е нещо повече от просто потвърждение на смело изложена теория - тя означава изключителна разширяване на химическото зрително поле, мощна стъпка в областта на знанието ".
Въз основа на закона и таблицата на Д. И. Менделеев са предсказани и открити благородни газове. И сега този закон служи като пътеводна звезда за откриването или изкуственото създаване на нови химични елементи. Например, може да се твърди, че елемент No 114 е подобен на оловото (eka-олово), а No 118 ще бъде благороден газ (ekaradon).
Откриването на Периодичния закон и създаването на таблицата на Периодичната таблица на химичните елементи от Д.И. Това учение от своя страна даде възможност да се разкрие физическият смисъл на Периодичния закон и да се обясни подреждането на елементите в Периодичната таблица. Това доведе до откриването на атомната енергия и нейното използване за нуждите на човечеството.
Въпроси и задачи за § 5
- Анализирайте разпределението на биогенни макроелементи по периоди и групи от Периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Припомнете си, че те включват C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
- Защо елементите на основните подгрупи от 2 -ри и 3 -ти период се наричат химически аналози? Как се проявява тази аналогия?
- Защо водородът, за разлика от всички други елементи, е записан два пъти в периодичната таблица на Д. И. Менделеев? Докажете валидността на двойното положение на водорода в Периодичната таблица, като сравните структурата и свойствата на неговия атом, проста материя и съединения със съответните форми на съществуване на други елементи - алкални метали и халогени.
- Защо свойствата на лантан и лантаниди, актиний и актиниди са толкова сходни?
- Какви форми на съединения ще бъдат еднакви за елементите на основната и вторичната подгрупи?
- Защо общите формули на летливите водородни съединения в Периодичната система са написани само под елементите на основните подгрупи, а формулите на висшите оксиди - под елементите на двете подгрупи (в средата)?
- Каква е общата формула на висшия хидроксид, съответстваща на елементите от група VII? Какъв е неговият характер?
Периодичната таблица на елементите е едно от най -ценните обобщения в химията. Това е, като че ли, резюме на химията на всички елементи, графика, чрез която можете да прочетете свойствата на елементите и техните съединения. Системата даде възможност да се изясни позицията, стойностите на атомните маси, стойността на валентността на някои елементи. Въз основа на таблицата беше възможно да се предскаже съществуването и свойствата на все още неоткрити елементи. Менделеев формулира периодичния закон и предлага графичния му дисплей, но по това време беше невъзможно да се определи естеството на периодичността. Значението на периодичния закон е разкрито по -късно, във връзка с откритията за структурата на атома.
1. През коя година е открит периодичният закон?
2. Какво взе Менделеев като основа за систематизирането на елементите?
3. Как казва законът, открит от Менделеев?
4. Каква е разликата със съвременните формулировки?
5. Какво се нарича атомна орбитала?
6. Как се променят имотите в периоди?
7. Как се разделят периодите?
8. Какво се нарича група?
9. Как се разделят групите?
10. Какви видове електрони познавате?
11. Как става запълването на енергийните нива?
Лекция номер 4: Валентно и окислително състояние. Честотата на промяна на свойствата.
Произходът на концепцията за валентност.Валентността на химичните елементи е едно от най -важните им свойства. Концепцията за валентност е въведена в науката от Е. Франкланд през 1852 г. Първоначално концепцията е била изключително стехиометрична по природа и е последвана от закона за еквивалентите. Значението на понятието валентност произтича от сравнението на стойностите на атомната маса и еквивалента на химичните елементи.
С установяването на атомно-молекулярни концепции понятието валентност придобива известно структурно и теоретично значение. Валентността започва да се разбира като способността на един атом от даден елемент да прикрепи към себе си определен брой атоми от друг химичен елемент. Съответният капацитет на водородния атом се приема за единица на валентност, тъй като съотношението на атомната маса на водорода към неговия еквивалент е равно на единица. По този начин валентността на химически елемент се определя като способността на неговия атом да прикрепя един или друг брой водородни атоми. Ако даден елемент не образува съединения с водород, неговата валентност се определя като способността на неговия атом да замества един или друг брой водородни атоми в неговите съединения.
Тази концепция за валентност е потвърдена за най -простите съединения.
Въз основа на концепцията за валентността на елементите възниква концепцията за валентността на цели групи. Така например, на ОН групата, тъй като тя прикрепя един водороден атом или замества един водороден атом в другите си съединения, е присвоена валентност, равна на единица. Концепцията за валентност обаче загуби своята уникалност, когато става въпрос за по -сложни съединения. Така например, във водороден пероксид H 2 O 2, валентността на кислорода трябва да се признае за равна на една, тъй като в това съединение има един водороден атом за всеки кислороден атом. Известно е обаче, че всеки кислороден атом в H 2 O 2 е свързан с един водороден атом и една едновалентна ОН група, тоест кислородът е двувалентен. По същия начин валентността на въглерода в етан C 2 H 6 трябва да се признае за равна на три, тъй като в това съединение има три водородни атома за всеки въглероден атом, но тъй като всеки въглероден атом е свързан с три водородни атома и един едновалентен CH3 група, валентният въглерод в C 2 H 6 е равен на четири.
Трябва да се отбележи, че при формирането на идеи за валентността на отделните елементи, тези усложняващи обстоятелства не са взети под внимание, а е взет предвид само съставът на най -простите съединения. Но дори в същото време се оказа, че за много елементи валентността в различните съединения не е еднаква. Това е особено забележимо за съединенията на някои елементи с водород и кислород, в които се проявяват различни валентности. Така че, в комбинация с водород, валентността на сярата е равна на две, а с кислорода - шест. Затова те започнаха да правят разлика между валентността на водорода и валентността на кислорода.
Впоследствие, във връзка с идеята, че в съединенията някои атоми са положително поляризирани, докато други са отрицателни, понятието за валентност в кислородните и водородните съединения е заменено с понятието за положителна и отрицателна валентност.
Различни стойности на валентност за едни и същи елементи също се проявяват в техните различни съединения с кислород. С други думи, същите елементи са в състояние да проявят различни положителни валенции. Така се появява концепцията за променлива положителна валентност на някои елементи. Що се отнася до отрицателната валентност на неметалните елементи, тя по правило се оказва постоянна за едни и същи елементи.
По -голямата част от елементите, показващи променлива положителна валентност, бяха открити. Всеки от тези елементи обаче се характеризира с максималната си валентност. Тази максимална валентност се нарича Характеристика.
По -късно, във връзка с появата и развитието на електронната теория за структурата на атома и химичните връзки, валентността започва да се свързва с броя на електроните, преминаващи от един атом в друг, или с броя на химическите връзки, които възникват между атоми по време на образуването на химично съединение.
Електровалентност и ковалентност.Положителната или отрицателната валентност на даден елемент е най -лесно да се определи дали два елемента образуват йонно съединение: смята се, че елемент, чийто атом се превръща в положително зареден йон, показва положителна валентност, а елемент, чийто атом се превръща в отрицателно зареден йон - отрицателен . Числената стойност на валентността се счита за равна на стойността на йонния заряд. Тъй като йони в съединенията се образуват чрез даряване и свързване на електрони от атоми, количеството йонно зареждане се определя от броя на дарените електрони (положителни) и прикрепени (отрицателни) от атомите. В съответствие с това положителната валентност на даден елемент се измерва с броя електрони, дарени му от атома, а отрицателната валентност се измерва с броя на електроните, прикрепени към този атом. По този начин, тъй като валентността се измерва с големината на електрическия заряд на атомите, тя се нарича електровалентност. Нарича се още йонна валентност.
Сред химичните съединения има такива, в чиито молекули атомите не са поляризирани. Очевидно за тях концепцията за положителна и отрицателна електровалентност е неприложима. Ако молекулата е съставена от атоми от един елемент (елементарни вещества), обичайната концепция за стехиометрична валентност губи значението си. Въпреки това, за да се оцени способността на атомите да свързват определен брой други атоми, те започнаха да използват броя на химичните връзки, които възникват между даден атом и други атоми по време на образуването на химично съединение. Тъй като тези химични връзки, които са електронни двойки, които едновременно принадлежат към двата свързани атома, се наричат ковалентни, способността на атома да образува един или друг брой химични връзки с други атоми се нарича ковалентност. За установяване на ковалентност се използват структурни формули, в които химическите връзки са изобразени с тирета.
Окислително състояние и окислително число.В реакциите на образуване на йонни съединения преходът на електрони от някои реагиращи атоми или йони към други е придружен от съответна промяна в стойността или знака на тяхната електровалентност. По време на образуването на съединения с ковалентна природа такава промяна в електровалентното състояние на атомите всъщност не се случва, а се извършва само преразпределение на електронните връзки и валентността на първоначално реагиращите вещества не се променя. В момента, за да се характеризира състоянието на елемент в връзките, е въведено условно понятие окислително състояние... Численият израз на състоянието на окисление се нарича окислително число.
Окислителните числа на атомите могат да имат положителни, нулеви и отрицателни стойности. Положителното окислително число се определя от броя на електроните, взети от даден атом, а отрицателното окислително число се определя от броя на електроните, привлечени от даден атом. Окислителното число може да бъде присвоено на всеки атом във всяко вещество, за което трябва да се ръководите от следните прости правила:
1. Окислителните числа на атомите във всякакви елементарни вещества са нула.
2. Окислителните числа на елементарни йони в вещества с йонна природа са равни на стойностите на електрическите заряди на тези йони.
3. Окислителните числа на атомите в съединения с ковалентна природа се определят от условното изчисление, че всеки електрон, изтеглен от атом, му дава заряд, равен на +1, а всеки привлечен електрон - заряд, равен на –1.
4. Алгебричната сума на окислителните числа на всички атоми на всяко съединение е нула.
5. Флуорният атом във всичките му съединения с други елементи има окислително число –1.
Определянето на окислителното състояние е свързано с концепцията за електроотрицателност на елементите. Друго правило е формулирано с помощта на тази концепция.
6. В съединенията окислителното число е отрицателно за атомите на елементи с по -висока електроотрицателност и положително за атомите на елементи с по -ниска електроотрицателност.
По този начин концепцията за окислителното състояние замени концепцията за електровалентност. В тази връзка изглежда неуместно да се използва концепцията за ковалентност. За характеризиране на елементите е по -добре да се използва концепцията за валентност, определяща я чрез броя на електроните, използвани от даден атом за образуване на електронни двойки, независимо от това дали те са привлечени към даден атом, или, обратно, са изтеглени от него. Тогава валентността ще бъде изразена като беззначно число. За разлика от валентността, окислителното състояние се определя от броя на електроните, взети от даден атом - положителни или привлечени към него, - отрицателни. В много случаи аритметичните стойности на валентността и окислителното състояние съвпадат - това е съвсем естествено. В някои случаи числените стойности на валентността и състоянието на окисление се различават една от друга. Така например, в молекулите на свободни халогени, валентността на двата атома е равна на единица, а окислителното състояние е нула. В молекулите кислород и водороден пероксид валентността на двата кислородни атома е две, а тяхното състояние на окисляване в кислородната молекула е нула, а в молекулата на водородния пероксид - минус едно. В азотните и хидразиновите молекули - N 4 H 2 - валентността на двата азотни атома е три, а степента на окисляване в елементарната азотна молекула е нула, а в молекулата на хидразин - минус две.
Очевидно валентността характеризира атомите, които са само част от всяко съединение, дори и да е хомоядрено, тоест състоящо се от атоми от един елемент; няма смисъл да се говори за валентността на отделните атоми. Окислителното състояние обаче характеризира състоянието на атомите, както включени във всяко съединение, така и съществуващи отделно.
Въпроси за коригиране на темата:
1. Кой въведе понятието "валентност"?
2. Какво се нарича валентност?
3. Каква е разликата между валентността и окислителното състояние?
4. Каква е валентността?
5. Как се определя степента на окисляване?
6. Валентното и окислителното състояние на елемент винаги ли са равни?
7. С кой елемент се определя валентността на даден елемент?
8. Какво характеризира валентността на даден елемент и какво е състоянието на окисление?
9. Може ли валентността на даден елемент да бъде отрицателна?
Лекция № 5: Скоростта на химичната реакция.
Химичните реакции могат да варират значително във времето. Смес от водород и кислород при стайна температура може да остане практически непроменена за дълго време, но при удар или запалване ще настъпи експлозия. Желязната плоча бавно ръждясва и парче бял фосфор се запалва спонтанно във въздуха. Важно е да знаете колко бързо протича тази или онази реакция, за да можете да контролирате хода си.
През 1869 г. Д. И. Менделеев, въз основа на анализ на свойствата на прости вещества и съединения, формулира Периодичния закон: "Свойствата на прости тела и съединения на елементи периодично зависят от величината на атомните маси на елементите."Въз основа на периодичния закон е съставена периодичната таблица с елементи. В него елементи със сходни свойства бяха комбинирани във вертикални групови колони. В някои случаи при поставянето на елементи в Периодичната таблица е било необходимо да се наруши последователността на увеличаване на атомните маси, за да се наблюдава честотата на повтаряне на свойствата. Например, телурът и йодът трябваше да бъдат "разменени", както и аргон и калий. Причината е, че Менделеев предлага периодичния закон в момент, когато нищо не се знае за структурата на атома. След като през 20 век е предложен планетарният модел на атома, периодичният закон е формулиран по следния начин:
"Свойствата на химичните елементи и съединения периодично зависят от зарядите на атомните ядра."
Ядреният заряд е равен на номера на елемента в периодичната таблица и броя на електроните в електронната обвивка на атома. Тази формулировка обяснява „нарушенията“ на Периодичния закон. В Периодичната таблица номерът на периода е равен на броя на електронните нива в атома, номерът на групата за елементите на основните подгрупи е равен на броя на електроните на външното ниво.
Научно значение на периодичния закон. Периодичният закон направи възможно систематизирането на свойствата на химичните елементи и техните съединения. При съставянето на периодичната таблица Менделеев прогнозира съществуването на много все още неоткрити елементи, оставяйки свободни клетки за тях, и предвижда много свойства на неоткрити елементи, което улеснява откриването им. Първото от тях следва четири години по -късно.
Но голямата заслуга на Менделеев не беше само в откриването на нова.
Менделеев откри нов закон на природата. Вместо различни, несвързани вещества, пред науката възникна единна хармонична система, обединяваща всички елементи на Вселената в едно цяло, атомите започнаха да се разглеждат като:
1. органично свързани помежду си по общо право,
2. разкриване на прехода на количествени промени в атомното тегло в качествени промени в техните химични вещества. индивиди,
3. което показва, че обратното е метално. и неметални. Свойствата на атомите не са абсолютни, както се смяташе преди, а само относителни.
24. Появата на структурните теории в развитието на органичната химия. Атомно-молекулярната теория като теоретична основа за структурните теории.
Органична химия.През целия 18 век. по въпроса за химическата връзка на организми и вещества, учените се ръководят от учението за витализма - доктрина, която разглежда живота като особен феномен, подчинен не на законите на Вселената, а на влиянието на специални жизнени сили. Този възглед е наследен от много учени през 19 век, въпреки че основите му са разклатени още през 1777 г., когато Лавоазие предполага, че дишането е процес, подобен на горенето.
През 1828 г. немският химик Фридрих Вьолер (1800–1882), загрявайки амониев цианат (това съединение бе безусловно класирано сред неорганичните вещества), получава карбамид - продукт на жизнената дейност на хората и животните. През 1845 г. Адолф Колбе, ученик на Wöhler, синтезира оцетна киселина от изходните елементи - въглерод, водород и кислород. През 1850 -те години френският химик Пиер Бертело започва системна работа по синтеза на органични съединения и получава метилови и етилови алкохоли, метан, бензол и ацетилен. Систематичното изследване на естествените органични съединения показва, че всички те съдържат един или повече въглеродни атоми и много от тях съдържат водородни атоми. Теория на типовете. Откриването и изолирането на огромен брой сложни въглеродсъдържащи съединения остро повдигна въпроса за състава на техните молекули и доведе до необходимостта от преразглеждане на съществуващата класификационна система. Към 40 -те години на миналия век химическите учени осъзнават, че дуалистичните идеи на Берцелиус са приложими само за неорганични соли. През 1853 г. е направен опит да се класифицират всички органични съединения по тип. Обобщена "теория на типа" е предложена от френски химик Чарлз Фредерик Джерард, които смятат, че обединението на различни групи атоми се определя не от електрическия заряд на тези групи, а от техните специфични химични свойства.
Структурна химия. През 1857 г. Кекуле, изхождайки от теорията за валентността (валентността се разбира като броя на водородните атоми, които образуват съединение с един атом от даден елемент), предполага, че въглеродът е четиривалентен и следователно може да се комбинира с четири други атома, образувайки дълги вериги - прави или разклонени. Следователно органичните молекули започнаха да се изобразяват не под формата на комбинации от радикали, а под формата на структурни формули - атоми и връзки между тях.
През 1874 г. датски химик Джейкъб Ваннт Хофи френският химик Жозеф Ахил Льо Бел (1847–1930) разшири тази идея до подреждането на атомите в космоса. Те вярвали, че молекулите не са плоски, а триизмерни структури. Тази концепция даде възможност да се обяснят много добре познати явления, например пространствената изомерия, съществуването на молекули със същия състав, но с различни свойства. Данните се вписват много добре в него Луи Пастьорза изомерите на винената киселина.
