Periodinė elementų lentelė turėjo didelės įtakos tolesnei chemijos raidai.
Dmitrijus Ivanovičius Mendelejevas (1834-1907)
Tai buvo ne tik pirmoji natūrali cheminių elementų klasifikacija, kuri parodė, kad jie sudaro darnią sistemą ir yra glaudžiai susiję vienas su kitu, bet ir buvo galinga priemonė tolesniems tyrimams.
Tuo metu, kai Mendelejevas sudarė lentelę, remdamasis atrastu periodišku dėsniu, daugelis elementų dar nebuvo žinomi. Taigi ketvirtojo laikotarpio elementas skandis buvo nežinomas. Pagal atominę masę titanas atsidūrė po kalcio, tačiau titano negalima dėti iškart po kalcio, nes jis patektų į trečią grupę, o titanas sudaro didžiausią oksidą, o pagal kitas savybes jis turėtų būti priskirtas ketvirtai grupei. . Todėl Mendelejevas praleido vieną ląstelę, ty paliko laisvą tarpą tarp kalcio ir titano. Tuo pačiu pagrindu ketvirtajame periode tarp cinko ir arseno liko dvi laisvos ląstelės, dabar jas užima galio ir germanio elementai. Kitose eilėse buvo ir tuščių vietų. Mendelejevas buvo ne tik įsitikinęs, kad šiose vietose turi būti dar nežinomų elementų, bet ir iš anksto numatė tokių elementų savybes, remdamasis jų padėtimi tarp kitų periodinės sistemos elementų. Vieną iš jų, kuri ateityje turėjo užimti vietą tarp kalcio ir titano, jis pavadino ekaboru (nes savo savybėmis turėjo priminti borą); kitos dvi, kurioms lentelėje buvo tuščios vietos tarp cinko ir arseno, buvo vadinamos eka-aliuminiu ir ekasiliciu.
Per ateinančius 15 metų Mendelejevo prognozės puikiai pasitvirtino: buvo atrasti visi trys tikėtini elementai. Pirma, prancūzų chemikas Lecoqas de Boisbaudranas atrado galią, turintį visas ekaaliuminio savybes; po to skandį, turintį ekaboro savybių, Švedijoje atrado LF Nilsonas, o galiausiai dar po kelerių metų Vokietijoje KA Winkleris atrado elementą, kurį pavadino germaniu, kuris pasirodė esąs identiškas švelnumas.
Norėdami įvertinti nuostabų Mendelejevo prognozės tikslumą, palyginkime jo 1871 metais prognozuotas ekasilicio savybes su 1886 metais atrasto germanio savybėmis:
Galio, skandžio ir germanio atradimas buvo didžiausias periodinio įstatymo triumfas.
Periodinė sistema taip pat turėjo didelę reikšmę nustatant tam tikrų elementų valentingumą ir atomines mases. Taigi elementas berilis ilgą laiką buvo laikomas aliuminio analogu, o jo oksidui buvo priskirta formulė . Remiantis berilio oksido procentine sudėtimi ir pasiūlyta formule, buvo laikoma, kad jo atominė masė yra lygi 13,5. Periodinė sistema parodė, kad beriliui lentelėje yra tik viena vieta, ty virš magnio, todėl jo oksidas turi turėti formulę , iš kurios berilio atominė masė yra lygi dešimčiai. Šią išvadą netrukus patvirtino berilio atominės masės nustatymas pagal jo chlorido garų tankį.
Būtent Ir šiandien periodinis dėsnis išlieka pagrindine gija ir chemijos principu. Būtent jo pagrindu pastaraisiais dešimtmečiais buvo dirbtinai sukurti transurano elementai, esantys periodinėje sistemoje po urano. Vienas iš jų – elementas Nr. 101, pirmą kartą gautas 1955 m. – buvo pavadintas mendeleviumu didžiojo rusų mokslininko garbei.
Periodinio dėsnio atradimas ir cheminių elementų sistemos sukūrimas turėjo didelę reikšmę ne tik chemijai, bet ir filosofijai, visam mūsų pasaulio supratimui. Mendelejevas parodė, kad cheminiai elementai sudaro darnią sistemą, kuri remiasi pagrindiniu gamtos dėsniu. Taip išreiškiama materialistinės dialektikos pozicija dėl gamtos reiškinių tarpusavio ryšio ir priklausomybės. Atskleidžiantis ryšį tarp cheminių elementų savybių ir jų atomų masės, periodinis dėsnis buvo puikus vieno iš universalių gamtos raidos dėsnių – kiekybės perėjimo į kokybę dėsnio – patvirtinimas.
Vėlesnė mokslo raida leido, remiantis periodiniu dėsniu, pažinti materijos struktūrą daug giliau, nei buvo įmanoma Mendelejevo gyvenimo metu.
XX amžiuje sukurta atomo sandaros teorija savo ruožtu periodiniam dėsniui ir periodinei elementų sistemai suteikė naują, gilesnį apšvietimą. Puikų patvirtinimą rado pranašiški Mendelejevo žodžiai: „Periodiniam įstatymui negresia sunaikinimas, o žadamas tik antstatas ir plėtra“.
Galimybė moksliškai numatyti nežinomus elementus tapo realybe tik atradus periodinį dėsnį ir periodinę elementų sistemą. D. I. Mendelejevas numatė 11 egzistavimą naujų elementų: ekabor, ekasilicon, ekaaluminum ir tt Elemento "koordinatės" periodinėje sistemoje (eilės numeris, grupė ir taškas) leido apytiksliai numatyti atominę masę, o taip pat ir svarbiausias numatomo elemento savybes. Šių prognozių tikslumas ypač išaugo, kai numatomas elementas buvo apsuptas žinomų ir pakankamai ištirtų elementų.
Dėl to 1875 metais Prancūzijoje L. de Boisbaudranas atrado galio (ekaaliuminio); 1879 m. L. Nilsonas (Švedija) atrado skandį (ekabor); 1886 metais Vokietijoje K. Winkleris atrado germanį (ekasilikoną).
Kalbant apie neatrastus devintos ir dešimtos eilių elementus, D. I. Mendelejevo teiginiai buvo atsargesni, nes jų savybės buvo ištirtos itin menkai. Taigi po bismuto, ant kurio baigėsi šeštasis laikotarpis, liko du brūkšniai. Vienas atitiko telūro analogą, kitas priklausė nežinomam sunkiajam halogenui. Septintuoju laikotarpiu buvo žinomi tik du elementai – toris ir uranas. D. I. Mendelejevas paliko kelias ląsteles su brūkšneliais, kurios turėjo priklausyti pirmosios, antrosios ir trečiosios grupės elementams prieš torį. Tarp torio ir urano taip pat buvo paliktas tuščias narvas. Uranui liko penkios tuščios vietos, t.y. beveik po 100 metų buvo numatyti transurano elementai.
Norėdami patvirtinti D. I. Mendelejevo prognozių dėl devintosios ir dešimtosios serijų elementų tikslumą, galime pateikti pavyzdį su poloniu (serijos numeris 84). Numatydamas elemento, kurio atominis skaičius 84, savybes, D. I. Mendelejevas pavadino jį telūro analogu ir pavadino diteliu. Šio elemento atominė masė yra 212 ir gebėjimas sudaryti EO e tipo oksidą. Šio elemento tankis turi būti 9,3 g/cm 3 ir jis turi būti mažai tirpstantis, kristalinis ir nelakus pilkas metalas. Polonis, gryna forma gautas tik 1946 m., yra minkštas, tirpus, sidabro spalvos metalas, kurio tankis 9,3 g/cm 3 . Jo savybės yra panašios į telūro savybes.
Periodinis D. I. Mendelejevo dėsnis, būdamas vienas svarbiausių gamtos dėsnių, turi išskirtinę reikšmę. Šis dėsnis, atspindintis natūralų ryšį tarp elementų, materijos vystymosi etapus nuo paprastos iki sudėtingos, padėjo pagrindą šiuolaikinei chemijai. Po jo atradimo chemija nustojo būti aprašomuoju mokslu.
Periodinis dėsnis ir D. I. Mendelejevo elementų sistema yra vienas iš patikimų pasaulio supratimo metodų. Kadangi elementus vienija bendra savybė arba struktūra, tai rodo reiškinių tarpusavio ryšio ir tarpusavio priklausomybės modelius.
Visi elementai kartu sudaro vieną nuolatinio vystymosi liniją nuo paprasčiausio vandenilio iki 118 elemento. Tokį modelį pirmasis pastebėjo D. I. Mendelejevas, kuris sugebėjo numatyti naujų elementų egzistavimą, taip parodydamas materijos vystymosi tęstinumą.
Lyginant elementų ir jų junginių savybes grupių viduje, galima nesunkiai aptikti kiekybinių pokyčių perėjimo į kokybinius dėsnio pasireiškimą. Taigi per bet kurį laikotarpį įvyksta perėjimas nuo tipinio metalo prie tipinio nemetalinio (halogeno), tačiau perėjimas nuo halogeno prie pirmojo kito periodo elemento (šarminio metalo) yra lydimas savybių, kurios yra labai priešingi šiam halogenui. D. I. Mendelejevo atradimas padėjo tikslų ir patikimą atomo sandaros teorijos pagrindą, turėjusį didžiulę įtaką visų šiuolaikinių žinių apie materijos prigimtį raidai.
D. I. Mendelejevo darbai kuriant periodinę sistemą pažymėjo moksliškai pagrįsto metodo, skirto tikslingai naujų cheminių elementų paieškai, pradžią. Daugybė šiuolaikinės branduolinės fizikos pažangos gali būti pavyzdžiu. Per pastarąjį pusę amžiaus buvo susintetinti elementai, kurių serijos numeriai yra 102–118. Jų savybių tyrimas ir gavimas būtų neįmanomi be žinių apie cheminių elementų santykio modelius.
Tokio pareiškimo įrodymai yra rezultatus elementų sintezės tyrimai 114, 116, 118 .
114-ojo elemento izotopas buvo gautas plutoniui sąveikaujant su 48Ca izotopu, o 116-asis izotopas - kuriui sąveikaujant su 48Ca izotopu:
Susidariusių izotopų stabilumas toks didelis, kad jie savaime neskilsta, o vyksta alfa skilimas, t.y. branduolio dalijimasis kartu išspinduliuojant alfa daleles.
Gauti eksperimentiniai duomenys visiškai patvirtina teorinius skaičiavimus: iš eilės alfa skilimo metu susidaro 112 ir 110 elementų branduoliai, po kurių prasideda savaiminis dalijimasis:
Palyginus elementų savybes, įsitikiname, kad juos tarpusavyje sieja bendri struktūriniai bruožai. Taigi, palyginus išorinio ir priešišorinio elektronų apvalkalo struktūrą, galima dideliu tikslumu numatyti visų tipų junginius, būdingus tam tikram elementui. Tokį aiškų santykį labai gerai iliustruoja 104-ojo elemento – ruterfordžio – pavyzdys. Chemikai prognozavo, kad jei šis elementas yra hafnio (72 Hf) analogas, tai jo tetrachlorido savybės turėtų būti maždaug tokios pačios kaip HfCl 4 . Eksperimentiniai cheminiai tyrimai patvirtino ne tik chemikų prognozes, bet ir naujo supersunkaus elemento 1 atradimą (M Rf. Tą pačią analogiją galima atsekti ir savybėse – Os (Z = 76) ir Ds (Z = 110) – abu. elementai sudaro R0 4 tipo lakiuosius oksidus. Visa tai byloja apie reiškinių tarpusavio ryšio ir priklausomybės dėsnio pasireiškimas.
Elementų savybių palyginimas tiek grupėse, tiek perioduose bei palyginimas su atomo sandara rodo dėsnį perėjimas nuo kiekybės prie kokybės. Galimas tik kiekybinių pokyčių perėjimas į kokybinius skersaineigimo neigimas. Tam tikrais laikotarpiais, padidėjus branduolio krūviui, nuo šarminio metalo pereinama prie tauriųjų dujų. Kitas laikotarpis vėl prasideda nuo šarminio metalo – elemento, kuris visiškai paneigia prieš tai buvusių tauriųjų dujų savybes (pavyzdžiui, He ir Li; Ne ir Na; Ar ir Kr ir kt.).
Kiekviename periode kito elemento branduolio krūvis padidėja vienu, palyginti su ankstesniu. Šis procesas stebimas nuo vandenilio iki 118 elemento ir rodo materijos vystymosi tęstinumą.
Galiausiai priešingų krūvių (protono ir elektrono) derinys atome, metalinių ir nemetalinių savybių pasireiškimas, amfoterinių oksidų ir hidroksidų buvimas yra dėsnio apraiška. priešybių vienybė ir kova.
Taip pat reikėtų pažymėti, kad periodinio dėsnio atradimas buvo fundamentalių materijos savybių tyrinėjimų pradžia.
Nielso Bohro žodžiais tariant, periodinė sistema yra „kelianti žvaigždė chemijos, fizikos, mineralogijos ir technologijų srityse“.
- 112, 114, 116, 118 elementai buvo gauti Jungtiniame branduolinių tyrimų institute (Dubna, Rusija). 113 ir 115 elementus kartu gavo Rusijos ir Amerikos fizikai. Medžiagą maloniai pateikė Rusijos mokslų akademijos akademikas Yu.Ts.Oganesyanas.
D. I. Mendelejevas rašė: „Iki periodinio dėsnio elementai reprezentavo tik fragmentiškus atsitiktinius gamtos reiškinius; nebuvo pagrindo tikėtis naujų, o naujai rasti buvo visiškai netikėta naujovė. Periodinis dėsningumas pirmasis leido tokiu atstumu įžvelgti dar neatrastus elementus, kurių iki tol nebuvo pasiekusi šiuo dėsningumu neapginkluota vizija.
Atradus periodinį dėsnį, chemija nustojo būti aprašomuoju mokslu – ji gavo mokslinio numatymo instrumentą. Šis dėsnis ir jo grafinis pavaizdavimas – D. I. Mendelejevo cheminių elementų periodinės lentelės lentelė – atliko visas tris svarbias teorinių žinių funkcijas: apibendrinančią, aiškinančią ir prognozuojančią. Jų pagrindu mokslininkai:
- susistemino ir apibendrino visą informaciją apie cheminius elementus ir jų suformuotas medžiagas;
- davė pagrindimą įvairioms periodinės priklausomybės rūšims, egzistuojančioms cheminių elementų pasaulyje, paaiškindamas jas elementų atomų sandara;
- numatė, apibūdino dar neatrastų cheminių elementų ir jų formuojamų medžiagų savybes, taip pat nurodė jų atradimo būdus.
Susisteminti ir apibendrinti informaciją apie cheminius elementus teko pačiam D. I. Mendelejevui, kai atrado Periodinį dėsnį, pastatė ir patobulino savo lentelę. Be to, atominių masių verčių klaidos ir dar neatrastų elementų buvimas sukėlė papildomų sunkumų. Tačiau didysis mokslininkas buvo tvirtai įsitikinęs savo atrasto gamtos dėsnio tikrumu. Remdamasis savybių panašumu ir tikėdamas elementų vietos nustatymo teisingumu periodinės sistemos lentelėje, jis dešimčiai elementų reikšmingai pakeitė tuo metu junginiuose su deguonimi priimtas atomines mases ir valentus ir juos „pataisė“. dešimčiai kitų. Jis įdėjo aštuonis elementus į lentelę, priešingai nei tuomet buvo priimta mintis apie jų panašumą į kitus. Pavyzdžiui, jis išbraukė talį iš natūralios šarminių metalų šeimos ir priskyrė jį III grupei pagal didžiausią jo parodytą valentingumą; jis neteisingai nustatytos santykinės atominės masės (13) ir III valentingumo berilį perkėlė iš III grupės į II, jo santykinės atominės masės reikšmę pakeisdamas į 9, o didžiausią valentiškumą – į II.
Dauguma mokslininkų D. I. Mendelejevo pataisas suvokė kaip mokslinį lengvabūdiškumą, nepagrįstą įžūlumą. Periodinis dėsnis ir cheminių elementų lentelė buvo laikomi hipoteze, tai yra prielaida, kurią reikėjo patikrinti. Mokslininkas tai suprato ir būtent siekdamas patikrinti savo atrasto dėsnio ir elementų sistemos teisingumą, remdamasis numatytu, detaliai aprašė dar neatrastų elementų savybes ir net jų atradimo būdus. vieta sistemoje. Pagal pirmąją lentelės versiją jis pateikė keturias prognozes apie nežinomų elementų (galio, germanio, hafnio, skandžio) egzistavimą, o pagal patobulintą antrąją versiją – dar septynis (technecis, renis, astatinas, francis, radis). , aktiniumas, protaktinis).
Per laikotarpį nuo 1869 iki 1886 metų buvo aptikti trys numatyti elementai: galis (P. E. Lecoq de Boisbaudran, Prancūzija, 1875), skandis (L. F. Nilsson, Švedija, 1879) ir germanis (K. Winkler, Vokietija, 1886). Pirmojo iš šių elementų atradimas, patvirtinęs didžiojo rusų mokslininko prognozės teisingumą, jo kolegose sukėlė tik susidomėjimą ir nuostabą. Germanio atradimas buvo tikras periodinio įstatymo triumfas. Straipsnyje „Žinutė apie germanį“ K. Winkleris rašė: „Nebeabejojama, kad naujasis elementas yra ne kas kita, kaip Mendelejevo prieš penkiolika metų numatytas švelnumas. Vargu ar galima pateikti įtikinamesnį elementų periodiškumo doktrinos pagrįstumo įrodymą, kaip iki šiol hipotetinio švelnumo įkūnijimą, ir tai tikrai kažkas daugiau nei paprastas drąsiai iškeltos teorijos patvirtinimas – tai reiškia puikus cheminio regėjimo lauko išplėtimas, galingas žingsnis žinių srityje“.
Remiantis įstatymu ir D. I. Mendelejevo lentele, buvo numatytos ir atrastos tauriosios dujos. Ir dabar šis dėsnis tarnauja kaip kelrodė žvaigždė atrandant ar dirbtinai kuriant naujus cheminius elementus. Pavyzdžiui, galima teigti, kad elementas #114 yra panašus į šviną (ekaslead), o #118 būtų tauriosios dujos (ekaradonas).
Periodinio dėsnio atradimas ir DI Mendelejevo sukurta periodinės cheminių elementų sistemos lentelė paskatino ieškoti elementų ryšio priežasčių, prisidėjo prie sudėtingos atomo struktūros nustatymo ir atomo sandaros teorija. Šis mokymas savo ruožtu leido atskleisti fizinę periodinio dėsnio prasmę ir paaiškinti elementų išsidėstymą periodinėje sistemoje. Tai paskatino atrasti atominę energiją ir ją panaudoti žmonijos poreikiams.
Klausimai ir užduotys į § 5
- Išanalizuoti biogeninių makroelementų pasiskirstymą pagal D. I. Mendelejevo periodinės lentelės laikotarpius ir grupes. Prisiminkite, kad jie apima C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
- Kodėl 2 ir 3 periodų pagrindinių pogrupių elementai vadinami cheminiais analogais? Kokia tai analogija?
- Kodėl vandenilis, skirtingai nei visi kiti elementai, D. I. Mendelejevo periodinėje lentelėje įrašytas du kartus? Įrodykite dvigubos vandenilio padėties Periodinėje sistemoje teisėtumą, palygindami jo atomo, paprastos medžiagos ir junginių struktūrą ir savybes su atitinkamomis kitų elementų – šarminių metalų ir halogenų – egzistavimo formomis.
- Kodėl lantano ir lantanidų, aktinio ir aktinidų savybės tokios panašios?
- Kokios junginių formos bus vienodos pagrindinių ir antrinių pogrupių elementams?
- Kodėl bendrosios lakiųjų vandenilio junginių formulės Periodinėje sistemoje rašomos tik po pagrindinių pogrupių elementais, o aukštesniųjų oksidų formulės - po abiejų pogrupių elementais (viduryje)?
- Kokia yra aukštesniojo hidroksido, atitinkančio VII grupės elementus, bendroji formulė? Koks jo charakteris?
Periodinė elementų sistema buvo vienas vertingiausių chemijos apibendrinimų. Tai tarsi visų elementų chemijos santrauka, grafikas, pagal kurį galite perskaityti elementų ir jų junginių savybes. Sistema leido išsiaiškinti atominių masių padėtį, dydį, kai kurių elementų valentingumo vertę. Remiantis lentele, buvo galima numatyti dar neatrastų elementų egzistavimą ir savybes. Mendelejevas suformulavo periodinį dėsnį ir pasiūlė jo grafinį pavaizdavimą, tačiau tuo metu nebuvo įmanoma nustatyti periodiškumo pobūdžio. Periodinio dėsnio prasmė buvo atskleista vėliau, dėl atomo struktūros atradimų.
1. Kokiais metais buvo atrastas periodinis dėsnis?
2. Kuo Mendelejevas rėmėsi elementų sisteminimo pagrindu?
3. Kaip sako Mendelejevo atrastas įstatymas?
4. Kuo skiriasi šiuolaikinė formuluotė?
5. Kas vadinama atomine orbita?
6. Kaip laikotarpiais keičiasi savybės?
7. Kaip skirstomi laikotarpiai?
8. Kas vadinama grupe?
9. Kaip skirstomos grupės?
10. Kokius elektronų tipus žinote?
11. Kaip vyksta energijos lygių užpildymas?
4 paskaita: Valencija ir oksidacijos būsena. Turto pasikeitimų periodiškumas.
Valencijos sampratos kilmė. Cheminių elementų valentingumas yra viena iš svarbiausių jų savybių. Valentiškumo sąvoką į mokslą įvedė E. Franklandas 1852 m. Iš pradžių ši sąvoka buvo išimtinai stechiometrinio pobūdžio ir išplaukė iš ekvivalentų dėsnio. Valencijos sąvokos prasmė atsirado palyginus atominės masės ir cheminių elementų ekvivalento vertes.
Nusistovėjus atominėms ir molekulinėms sąvokoms, valentingumo sąvoka įgavo tam tikrą struktūrinę ir teorinę prasmę. Pagal valentingumą jie pradėjo suprasti vieno tam tikro elemento atomo gebėjimą prijungti prie savęs vieną ar kitą kito cheminio elemento atomų skaičių. Atitinkamas vandenilio atomo gebėjimas buvo paimtas kaip valentingumo vienetas, nes vandenilio atominės masės ir jo ekvivalento santykis yra lygus vienetui. Taigi cheminio elemento valentingumas buvo apibrėžiamas kaip jo atomo gebėjimas prijungti vieną ar kitą vandenilio atomų skaičių. Jei tam tikras elementas nesudarė junginių su vandeniliu, jo valentingumas buvo nustatomas kaip jo atomo gebėjimas pakeisti vieną ar kitą vandenilio atomų skaičių jo junginiuose.
Ši valentingumo idėja buvo patvirtinta paprasčiausiems junginiams.
Remiantis elementų valentingumo idėja, kilo ištisų grupių valentingumo idėja. Taigi, pavyzdžiui, OH grupei, kadangi ji prijungė vieną vandenilio atomą arba pakeitė vieną vandenilio atomą kituose junginiuose, buvo priskirtas valentingumas, lygus vienetui. Tačiau valentingumo sąvoka prarado vienareikšmiškumą, kai kalbama apie sudėtingesnius junginius. Taigi, pavyzdžiui, vandenilio perokside H 2 O 2 deguonies valentas turėtų būti pripažintas lygus vienam, nes šiame junginyje kiekvienam deguonies atomui yra vienas vandenilio atomas. Tačiau yra žinoma, kad kiekvienas deguonies atomas H 2 O 2 yra prijungtas prie vieno vandenilio atomo ir vienos monovalentės OH grupės, ty deguonis yra dvivalentis. Panašiai etane C 2 H 6 esančios anglies valentingumas turėtų būti pripažintas lygus trims, nes šiame junginyje kiekvienam anglies atomui yra trys vandenilio atomai, bet kadangi kiekvienas anglies atomas yra prijungtas prie trijų vandenilio atomų ir vieno monovalentinio CH 3 grupėje, anglies valentingumas C 2 H 6 yra keturi.
Pažymėtina, kad formuojant idėjas apie atskirų elementų valentiškumą, nebuvo atsižvelgta į šias sudėtingas aplinkybes, o tik į paprasčiausių junginių sudėtį. Tačiau net ir tuo pačiu metu paaiškėjo, kad daugelio elementų valentingumas įvairiuose junginiuose nėra vienodas. Tai buvo ypač pastebima tam tikrų elementų junginiams su vandeniliu ir deguonimi, kuriuose pasireiškė skirtingos valencijos. Taigi, kartu su vandeniliu, sieros valentingumas buvo lygus dviem, o su deguonimi - šeši. Todėl jie pradėjo skirti vandenilio ir deguonies valentingumą.
Vėliau, atsižvelgiant į idėją, kad junginiuose vieni atomai yra poliarizuoti teigiamai, o kiti – neigiamai, deguonies ir vandenilio junginių valentingumo sąvoka buvo pakeista teigiamo ir neigiamo valentingumo sąvoka.
Skirtingos tų pačių elementų valentingumo vertės taip pat atsirado įvairiuose jų junginiuose su deguonimi. Kitaip tariant, tie patys elementai galėjo parodyti skirtingą teigiamą valentingumą. Taip atsirado kintamo teigiamo kai kurių elementų valentingumo idėja. Kalbant apie neigiamą nemetalinių elementų valentiškumą, jis, kaip taisyklė, buvo pastovus tiems patiems elementams.
Paaiškėjo, kad dauguma elementų, pasižyminčių kintamu teigiamu valentiškumu, yra. Tačiau kiekvienam iš šių elementų būdingas didžiausias jo valentingumas. Šis maksimalus valentingumas vadinamas charakteristika.
Vėliau, atsiradus ir vystantis elektroninei atomo sandaros ir cheminio ryšio teorijai, valentingumas buvo pradėtas sieti su elektronų, pereinančių iš vieno atomo į kitą, skaičiumi arba su atsirandančių cheminių ryšių skaičiumi. tarp atomų cheminio junginio susidarymo procese.
elektrovalencija ir kovalentiškumas. Teigiamą ar neigiamą elemento valentiškumą lengviausia nustatyti, ar du elementai sudaro joninį junginį: buvo manoma, kad elementas, kurio atomas tapo teigiamai įkrautu jonu, turi teigiamą valentiškumą, o elementas, kurio atomas tapo neigiamo krūvio jonu, – neigiamas. Skaitinė valentingumo vertė buvo laikoma lygi jonų krūviui. Kadangi jonai junginiuose susidaro dovanojant ir įgyjant elektronus atomais, jonų krūvio dydį lemia duotų (teigiamų) ir prijungtų (neigiamų) elektronų skaičius pagal atomus. Pagal tai teigiamas elemento valentas buvo matuojamas pagal jo atomo atiduotų elektronų skaičių, o neigiamas – pagal elektronų, prijungtų prie šio atomo, skaičių. Taigi, kadangi valentingumas buvo matuojamas atomų elektrinio krūvio dydžiu, jis buvo vadinamas elektrovalentiškumu. Jis taip pat vadinamas jonine valencija.
Tarp cheminių junginių yra tokių, kurių molekulėse atomai nėra poliarizuoti. Akivaizdu, kad jiems teigiamo ir neigiamo elektrovalencijos sąvoka yra netinkama. Jei molekulė sudaryta iš vieno elemento atomų (elementariųjų medžiagų), įprasta stechiometrinio valentingumo samprata taip pat praranda prasmę. Tačiau norint įvertinti atomų gebėjimą prijungti vienokį ar kitokį skaičių kitų atomų, jie pradėjo naudoti cheminių ryšių, atsirandančių tarp tam tikro atomo ir kitų atomų, skaičių formuojant cheminį junginį. Kadangi šios cheminės jungtys, kurios yra elektronų poros, kurios vienu metu priklauso abiem sujungtiems atomams, vadinamos kovalentinėmis, atomo gebėjimas sudaryti vienokį ar kitokį skaičių cheminių jungčių su kitais atomais vadinamas kovalentiškumu. Kovalentiškumui nustatyti naudojamos struktūrinės formulės, kuriose cheminiai ryšiai vaizduojami brūkšneliais.
Oksidacijos būsena ir oksidacijos skaičius. Joninių junginių susidarymo reakcijose elektronų perėjimą iš vienų reaguojančių atomų ar jonų į kitus lydi atitinkamas jų elektrovalencijos dydžio arba ženklo pokytis. Susidarant kovalentinio pobūdžio junginiams toks atomų elektrovalentinės būsenos pasikeitimas realiai nevyksta, o vyksta tik elektroninių ryšių persiskirstymas, o pradinių reagentų valentingumas nekinta. Šiuo metu elemento būklei junginiuose apibūdinti įvesta sąlyginė sąvoka oksidacijos būsenos. Oksidacijos laipsnio skaitinė išraiška vadinama oksidacijos numeris.
Atomų oksidacijos skaičiai gali turėti teigiamas, nulines ir neigiamas reikšmes. Teigiamas oksidacijos skaičius nustatomas pagal elektronų, paimtų iš tam tikro atomo, skaičių, o neigiamą oksidacijos skaičių – pagal elektronų, kuriuos pritraukia tam tikras atomas, skaičių. Oksidacijos numeris gali būti priskirtas kiekvienam bet kurios medžiagos atomui, kuriam reikia vadovautis šiomis paprastomis taisyklėmis:
1. Bet kurių elementinių medžiagų atomų oksidacijos skaičiai lygūs nuliui.
2. Elementariųjų jonų oksidacijos skaičiai joninės prigimties medžiagose yra lygūs šių jonų elektrinių krūvių vertėms.
3. Kovalentinės prigimties junginių atomų oksidaciniai skaičiai nustatomi sąlyginiu skaičiavimu, kad kiekvienas iš atomo paimtas elektronas suteikia jam krūvį, lygų +1, o kiekvienas pritrauktas elektronas – -1.
4. Bet kurio junginio visų atomų oksidacijos skaičių algebrinė suma lygi nuliui.
5. Fluoro atomo visuose jo junginiuose su kitais elementais oksidacijos skaičius yra –1.
Oksidacijos laipsnio nustatymas siejamas su elementų elektronegatyvumo samprata. Naudojant šią sąvoką, suformuluojama kita taisyklė.
6. Junginiuose oksidacijos skaičius yra neigiamas didesnio elektronegatyvumo elementų atomams ir teigiamas mažesnio elektronegatyvumo elementų atomams.
Taigi oksidacijos būsenos sąvoka pakeitė elektrovalencijos sąvoką. Šiuo atžvilgiu atrodo netinkama vartoti kovalentiškumo sąvoką. Elementams apibūdinti geriau naudoti valentingumo sąvoką, apibrėžiant ją pagal elektronų skaičių, kurį tam tikras atomas naudoja elektronų poroms sudaryti, neatsižvelgiant į tai, ar juos traukia tam tikras atomas, ar, atvirkščiai, yra atitraukiami nuo tai. Tada valentingumas bus išreikštas kaip beženklis skaičius. Priešingai nei valentingumas, oksidacijos būseną lemia elektronų, paimtų iš tam tikro atomo – teigiamų arba prie jo pritrauktų – neigiamų, skaičius. Daugeliu atvejų valentingumo ir oksidacijos laipsnio aritmetinės reikšmės yra vienodos - tai gana natūralu. Kai kuriais atvejais skaitinės valentingumo ir oksidacijos būsenos reikšmės skiriasi viena nuo kitos. Taigi, pavyzdžiui, laisvųjų halogenų molekulėse abiejų atomų valentingumas yra lygus vienetui, o oksidacijos laipsnis yra lygus nuliui. Deguonies ir vandenilio peroksido molekulėse abiejų deguonies atomų valentingumas yra du, o jų oksidacijos būsena deguonies molekulėje lygi nuliui, o vandenilio peroksido molekulėje – minus vienas. Azoto ir hidrazino molekulėse - N 4 H 2 - abiejų azoto atomų valentingumas yra trys, o oksidacijos laipsnis elementinėje azoto molekulėje yra nulis, o hidrazino molekulėje - minus du.
Akivaizdu, kad valentingumas apibūdina atomus, kurie yra tik dalis bet kurio junginio, net jei jis yra homobranduolinis, t.y. susidedantis iš vieno elemento atomų; beprasmiška kalbėti apie atskirų atomų valentingumą. Oksidacijos laipsnis apibūdina atomų, įtrauktų į bet kurį junginį, ir egzistuojančių atskirai, būseną.
Klausimai temos taisymui:
1. Kas įvedė „valencijos“ sąvoką?
2. Kas vadinama valentingumu?
3. Kuo skiriasi valentingumas ir oksidacijos būsena?
4. Kas yra valentingumas?
5. Kaip nustatomas oksidacijos laipsnis?
6. Ar elemento valentingumas ir oksidacijos laipsnis visada yra vienodi?
7. Koks elementas lemia elemento valentiškumą?
8. Kas apibūdina elemento valentiškumą ir koks yra oksidacijos laipsnis?
9. Ar elemento valentingumas gali būti neigiamas?
Paskaita Nr. 5: Cheminės reakcijos greitis.
Cheminės reakcijos laikui bėgant gali labai skirtis. Vandenilio ir deguonies mišinys kambario temperatūroje gali išlikti beveik nepakitęs ilgą laiką, tačiau nuo smūgio ar užsidegimo įvyks sprogimas. Geležies plokštė lėtai rūdija, o baltojo fosforo gabalėlis ore užsidega savaime. Svarbu žinoti, kaip greitai vyksta tam tikra reakcija, kad būtų galima kontroliuoti jos eigą.
1869 m. D. I. Mendelejevas, remdamasis paprastų medžiagų ir junginių savybių analize, suformulavo periodinį dėsnį: "Paprastų kūnų ir elementų junginių savybės yra periodiškai priklausomos nuo elementų atominės masės dydžio." Periodinio įstatymo pagrindu buvo sudaryta periodinė elementų sistema. Jame panašių savybių elementai buvo sujungti į vertikalius grupės stulpelius. Kai kuriais atvejais, dedant elementus į periodinę sistemą, reikėjo nutraukti didėjančių atominių masių seką, kad būtų galima stebėti savybių pasikartojimo periodiškumą. Pavyzdžiui, telūrą ir jodą, taip pat argoną ir kalį teko „sukeisti“. Priežastis ta, kad Mendelejevas pasiūlė periodinį dėsnį tuo metu, kai apie atomo sandarą nieko nebuvo žinoma. Po to, kai XX amžiuje buvo pasiūlytas planetinis atomo modelis, periodinis dėsnis formuluojamas taip:
"Cheminių elementų ir junginių savybės yra periodiškai priklausomos nuo atomų branduolių krūvių."
Branduolio krūvis lygus elemento skaičiui periodinėje sistemoje ir elektronų skaičiui atomo elektroniniame apvalkale. Ši formuluotė paaiškino Periodinio įstatymo „pažeidimus“. Periodinėje sistemoje periodo skaičius yra lygus elektroninių lygių skaičiui atome, pagrindinių pogrupių elementų grupės numeris yra lygus elektronų skaičiui išoriniame lygyje.
Periodinio įstatymo mokslinė reikšmė. Periodinis įstatymas leido susisteminti cheminių elementų ir jų junginių savybes. Mendelejevas, sudarydamas periodinę sistemą, numatė daugelio dar neatrastų elementų egzistavimą, palikdamas jiems laisvas ląsteles, numatė daug neatrastų elementų savybių, kurios palengvino jų atradimą, pirmoji iš jų atsirado po ketverių metų.
Bet ne tik atradus naują didelį Mendelejevo nuopelną.
Mendelejevas atrado naują gamtos dėsnį. Vietoj skirtingų, nesusijusių medžiagų prieš mokslą susidarė viena darni sistema, sujungusi visus Visatos elementus į vieną visumą, atomai buvo pradėti laikyti:
1. organiškai sujungti bendru modeliu,
2. nustatantis kiekybinių atominės masės pokyčių perėjimą į kokybinius jų cheminės medžiagos pokyčius. asmenybes,
3. tai rodo, kad metalo priešingybė. ir nemetaliniai Atomų savybės nėra absoliučios, kaip manyta anksčiau, o tik santykinės.
24. Struktūrinių teorijų atsiradimas organinės chemijos raidoje. Atominė-molekulinė teorija kaip struktūrinių teorijų teorinis pagrindas.
Organinė chemija. Per visą XVIII a sprendžiant organizmų ir medžiagų cheminių santykių klausimą, mokslininkai vadovavosi vitalizmo doktrina – doktrina, kuri gyvybę laikė ypatingu reiškiniu, pavaldu ne visatos dėsniams, o ypatingų gyvybinių jėgų įtakai. Šią nuomonę paveldėjo daugelis XIX amžiaus mokslininkų, nors jos pamatai susvyravo jau 1777 m., kai Lavoisier pasiūlė, kad kvėpavimas yra degimui analogiškas procesas.
1828 metais vokiečių chemikas Friedrichas Wöhleris (1800–1882), kaitindamas amonio cianatą (šis junginys besąlygiškai buvo laikomas neorganine medžiaga), gavo karbamidą – žmonių ir gyvūnų atliekas. 1845 m. Wöhlerio mokinys Adolfas Kolbe susintetino acto rūgštį iš pradinių elementų anglies, vandenilio ir deguonies. 1850-aisiais prancūzų chemikas Pierre'as Berthelot pradėjo sistemingą organinių junginių sintezės darbą ir gavo metilo ir etilo alkoholius, metaną, benzeną ir acetileną. Sistemingas natūralių organinių junginių tyrimas parodė, kad jie visi turi vieną ar daugiau anglies atomų, o labai daug – vandenilio atomų. Tipo teorija. Daugelio sudėtingų anglies turinčių junginių atradimas ir išskyrimas smarkiai iškėlė klausimą dėl jų molekulių sudėties ir privertė peržiūrėti esamą klasifikavimo sistemą. 1840-aisiais chemikai suprato, kad Berzelio dualistinės idėjos galioja tik neorganinėms druskoms. 1853 m. visus organinius junginius buvo bandoma klasifikuoti pagal rūšis. Prancūzų chemikas pasiūlė apibendrintą „tipų teoriją“. Charlesas Fredericas Gerardas, kurie manė, kad įvairių atomų grupių susijungimą lemia ne šių grupių elektrinis krūvis, o specifinės cheminės savybės.
Struktūrinė chemija. 1857 m. Kekulė, remdamasi valentingumo teorija (valencija buvo suprantama kaip vandenilio atomų, susijungiančių su vienu tam tikro elemento atomu, skaičius), pasiūlė, kad anglis yra keturvalentė, todėl gali jungtis su keturiais kitais atomais, sudarydama ilgas grandines. tiesus arba šakotas. Todėl organinės molekulės pradėtos vaizduoti ne kaip radikalų deriniai, o kaip struktūrinės formulės – atomai ir ryšiai tarp jų.
1874 metais danų chemikas Jokūbas van't Hoffas o prancūzų chemikas Joseph Achille Le Bel (1847–1930) išplėtė šią idėją ir atomų išsidėstymui erdvėje. Jie tikėjo, kad molekulės yra ne plokščios, o trimatės struktūros. Ši koncepcija leido paaiškinti daugelį gerai žinomų reiškinių, tokių kaip erdvinė izomerija, tos pačios sudėties, bet skirtingų savybių molekulių egzistavimas. Duomenys labai tinka. Louisas Pasteuras apie vyno rūgšties izomerus.
