§ 8. Значення Періодичного закону.

Наукова прозорливість Д. І. Менделєєва

Передбачення неправильно визначених відносних атомних мас

Відкриття Періодичного закону і створення Періодичної системи хімічних елементів — найбільше досягнення фундаментальної науки XIX століття. Періодичність зміни властивостей елементів була відома й до Менделєєва. Ідея розташувати елементи в порядку збільшення їхніх атомних мас була також не новою. Однак нікому з дослідників до Менделєєва не вдавалося, навіть із використанням певних знань

про хімічні властивості, побудувати систему для всіх відомих на той час елементів. Насамперед через те, що властивості багатьох елементів були визначені неправильно або не визначені взагалі.

Геніальність Д. І. Менделєєва полягає в тім, що він першим побачив у періодичності змін властивостей елементів фундаментальний закон природи і поклав його в основу складеної ним таблиці.

Ґрунтуючись на Періодичному законі, Менделєєв також виявив, що атомні маси певних елементів були встановлені неправильно. Він провів численні експерименти з визначення атомних мас елементів і виправив відносні атомні маси деяких із них.

Так, більшість учених приймали відносну атомну масу Берилію за 13,5. Але за сукупністю властивостей Берилій мав бути розташований у Періодичній системі між Літієм (відносна атомна маса 7) і Бором (відносна атомна маса 11). Тому Д. І. Менделєєв зробив висновок, що Берилій насправді має відносну атомну масу проміжну між відносними атомними масами цих елементів, тобто близько 9. Згодом експериментальні дослідження підтвердили правильність думки Д. І. Менделєєва.

Передбачення існування ще не відкритих хімічних елементів

Відкритий закон природи набуває наукового значення лише після того, як підтверджується практикою і подальшим розвитком науки. Закон має не тільки пояснювати виявлені факти, але й передбачати нові відкриття. Глибоко переконаний у правильності відкритого ним закону, Д. І. Менделєєв приклав чимало зусиль для його визнання. Він показав, як користуватися законом для перевірки вже відомих фактів і для передбачення нових.

На момент відкриття Періодичного закону було відомо лише 63 хімічні елементи (мал. 8.2), але цей закон дозволив Менделєєву передбачити існування невідомих на той час елементів.

Так, не були відомі елементи з масами від 65 (Цинк) до 75 (Арсен). Однак, за значенням вищої валентності Цинк — це елемент II групи (оксид ZnO), а Арсен — V групи (вищий оксид As₂O₅). Менделєєв припустив, що між Цинком і Арсеном мають бути розташовані ще два поки невідомі елементи: один з них за властивостями має бути подібним до Алюмінію, а інший до Силіцію. Він назвав їх Екаалюмініем (тобто «подібний до Алюмінію») і Екасиліцієм («подібний до Силіцію»).

Передбачення властивостей елементів та їхніх сполук

Д. І. Менделєєв не тільки передбачив існування невідомих елементів, але й докладно описав властивості деяких з них. Багато хто з учених спочатку скептично стішилися до передбачень Менделєєва. Але після виявлення цих елементів у природі геніальна прозорливість Д. І. Менделєєва одержала блискуче підтвердження. Властивості нових відкритих елементів — їх назвали Галієм і Германієм — практично збіглися з передбаченими Менделєєвим властивостями

Екаалюмінію й Екасиліцію (табл. 4). Це підтвердило правильність Періодичного закону.

Таблиця 4. Передбачені й експериментально виявлені властивості Германію

Д. І. Менделєєв визначав властивості певного невідомого елемента як середні до властивостей елементів, оточуючих його в Періодичній системі. Так, ліворуч і праворуч від Германію розташовані відповідно Галій та Арсен, а зверху і знизу — Силіцій і Станум. За методом Менделєєва, відносна атомна маса Германію має дорівнювати середньому арифметичному відносних атомних мас цих чотирьох елементів. Отримане число — 72,85 — близьке до значення відносної атомної маси Германію (72,59).

Відкриття інертних газів

Складним «випробуванням» для Періодичного закону виявилося відкриття інертних газів. Ці речовини містяться в атмосфері в незначній кількості. Першим був виявлений аргон. Повідомлення про його наявність у повітрі справило на вчених приголомшуюче враження. Повітря, що, здавалося б, так ретельно досліджене, містить невідомий газ! Надалі в повітрі були виявлені неон, криптон і ксенон. Дослідження цих газів визначило, що їхні молекули одноатомні.

Інертні гази не реагували із жодною речовиною. Спроби добути сполуки інертних елементів з іншими елементами не мали результатів. Отже, з’явилися елементи з невизначеними валентностями і їм не було місця в Періодичній системі.

Оскільки нові елементи були надзвичайно хімічно інертними, Д. І. Менделєєв помістив їх між елементами груп галогенів і лужних елементів в окрему групу з номером 0 (у сучасній Періодичній системі вони розташовані у VIII групі). Таким чином періоди Періодичної системи одержали своє логічне завершення.

Експериментальне підтвердження змінених Д. І. Менделєєвим відносних атомних мас та відкриття елементів з передбаченими заздалегідь властивостями зумовило світове визнання Періодичного закону.

Періодичний закон відкрив шлях до вивчення будови атома. Ґрунтуючись на Періодичному законі, учені змогли одержувати речовини з наперед заданими властивостями, відкривати й синтезувати раніше невідомі хімічні елементи. Періодичний закон дозволив ученим висувати й доводити гіпотези про народження й перетворення хімічних елементів у Всесвіті.

Висновки

Періодичний закон — фундаментальний закон природи, що дозволяє пояснити та передбачити властивості хімічних елементів та утворених ними сполук.

Контрольні запитання

1. Опишіть наукове значення Періодичного закону. Чому спроби класифікації хімічних елементів, зроблені до Менделєєва, не можна вважати фундаментальними законами природи?

2. Яким чином Періодичний закон дозволяє передбачити властивості хімічних елементів та утворених ними хімічних сполук? Наведіть конкретні приклади.

3. Поясніть, чому відкриття інертних газів поставило під сумнів справедливість Періодичного закону.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. За Періодичним законом обчисліть значення відносних атомних мас Галію і Селену. Порівняйте отримані дані з наведеними в Періодичній системі хімічних елементів.

2. Складіть формули сполук із Хлором тих елементів, існування яких було передбачено Д. І. Менделєєвим (№ 21, 31, 32).

3. Назвіть відомі вам прості речовини, молекули яких у газоподібному стані є: а) одноатомними; б) двохатомними.

4. Поясніть на конкретних прикладах, які фізичні й хімічні властивості елемента та його сполук можна передбачити, ґрунтуючись на Періодичному законі.

5. Які порушення в закономірній зміні властивостей елементів другого періоду виникатимуть, якщо елемент Берилій помістити згідно з його колишнім (помилковим) значенням відносної атомної маси (13,5)?

6. Хімічні елементи А, Б і В належать до головних підгруп II, IV і Vl груп відповідно. Хімічні елементи А і Б належать до одного періоду й утворюють один з одним дві сполуки: одна здатна горіти, а інша — ні. Сполуки цих трьох елементів поширені в природі і застосовуються у виробництві будівельних матеріалів. Назвіть ці елементи.

7. Визначте в Періодичній системі елемент, вищий оксид якого має валентність не більшу за IV та відносну молекулярну масу (із точністю до одиниці): а) 94; б) 102. Доведіть, що існує тільки одна правильні відповідь.

8^s. Як ви вважаєте, чи зможуть учені виявити нові хімічні елементи, що мають міститися у восьмому періоді? Скільки, на вашу думку, може всього існувати хімічних елементів? Знайдіть у додаткових джерелах відомості, які б доводили вашу думку.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Григорович