Химия • 8 класс § 29

§ 29. Открытие Периодического закона Д. И. Менделеевым

Учебник: Химия. 8 класс (О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков). Программа ФГОС.
К разделам:

Термины и понятия параграфа 4

Термин Химия • 8 класс § 29

Открытие Периодического закона Д. И. Менделеевым

Историческое научное событие 1 марта 1869 года, когда великий русский учёный сопоставил все известные 63 химических элемента на основе двух фундаментальных признаков: величины их относительной атомной массы (атомного веса) и сходства химических свойств образованных ими соединений.

Термин Химия • 8 класс § 29

Периодическое изменение свойств элементов и образованных ими простых веществ и соединений

Закономерная волновая повторяемость химических и физических характеристик при монотонном увеличении заряда ядра и атомной массы:

  • 1. В горизонтальных рядах (периодах) металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются
  • 2. Высшая валентность элементов в оксидах закономерно возрастает от I до VII (VIII у осмия и рутения):

$$Na_2O \rightarrow MgO \rightarrow Al_2O_3 \rightarrow SiO_2 \rightarrow P_2O_5 \rightarrow SO_3 \rightarrow Cl_2O_7$$

  • 3. Валентность неметаллов в летучих водородных соединениях сначала возрастает, а затем убывает:

$$BH_3\text{ (III)} \rightarrow CH_4\text{ (IV)} \rightarrow NH_3\text{ (III)} \rightarrow H_2O\text{ (II)} \rightarrow HF\text{ (I)}$$

  • 4. Характер оксидов и гидроксидов закономерно сменяется от основных через амфотерные к кислотным:

$$NaOH\text{ (щёлочь)} \rightarrow Mg(OH)_2\text{ (основание)} \rightarrow Al(OH)_3\text{ (амфотерный гидроксид)} \rightarrow H_2SiO_3 \rightarrow H_3PO_4 \rightarrow H_2SO_4 \rightarrow HClO_4\text{ (сильнейшая кислота)}$$

Термин Химия • 8 класс § 29

Формулировка Периодического закона

Фундаментальный закон природы, определяющий взаимосвязь элементов:

  • Историческая классическая формулировка Менделеева (1869 г.):

«Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

  • Современная формулировка (на основе теории строения атома):

«Свойства химических элементов и образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от величины заряда атомных ядер (порядкового номера $Z$)».

Термин Химия • 8 класс § 29

Значение Периодического закона

Колоссальная преобразующая роль в развитии мировой науки:

  • 1. Объединил разрозненные химические факты в стройную естественную систему взаимосвязи элементов
  • 2. Позволил исправить неверно определённые атомные массы ряда элементов (бериллия, индия, титана, урана)
  • 3. Обладал прогностической силой: Менделеев оставил пустые клетки в таблице и с поразительной точностью предсказал свойства ещё не открытых элементов — «экаалюминия» (открыт как галлий $Ga$ Лекоком де Буабодраном в 1875 г.), «экабора» (скандий $Sc$, Нильсон, 1879 г.), «экасилиция» (германий $Ge$, Винклер, 1886 г.)

Исторические личности параграфа 2

Личность Химия • 8 класс § 29
Д. И. Менделеев (1834–1907)

Д. И. Менделеев (1834–1907)

Великий русский учёный-энциклопедист, химик и физик, первооткрыватель фундаментального Периодического закона и создатель стройной системы химических элементов — основы современной химической науки.

  • 1 марта 1869 года сформулировал Периодический закон, открыв, что свойства химических элементов и образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от их относительных атомных масс.
  • Использовал карточный метод сопоставления всех 63 известных в то время элементов, выделив периоды и группы и проследив закономерное изменение металлических, неметаллических и кислотно-основных свойств веществ.
  • Исправил ошибочные атомные массы более двадцати элементов и оставил в таблице пустые клетки, с поразительной точностью предсказав открытие и свойства экаалюминия (галлия), экабора (скандия) и экасилиция (германия).
Личность Химия • 8 класс § 29
Поль-Эмиль Лекок де Буабодран (1838–1912)

Поль-Эмиль Лекок де Буабодран (1838–1912)

Французский физик и химик, спектроскопист, первооткрыватель химического элемента галлия, чьё открытие стало первым триумфальным экспериментальным подтверждением Периодического закона Д. И. Менделеева.

  • В 1875 году спектроскопическим методом открыл новый элемент галлий, физические и химические свойства которого в точности совпали с предсказанным Менделеевым экаалюминием.
  • Первоначально измерил плотность галлия как 4,7 г/см³, но после полученного от Менделеева письма переочистил образец и подтвердил теоретически вычисленное русским химиком значение 5,9 г/см³.
  • Публично признал исключительную точность и важность теоретических выводов Менделеева, что вызвало изумление научного мира и доказало фундаментальную силу Периодического закона.

Ответы на вопросы учебника 3

Вопрос учебника #1 Химия • 8 класс § 29

Какие признаки были положены Д. И. Менделеевым в основу классификации химических элементов?

Д. И. Менделеев в отличие от своих предшественников отказался от искусственного деления элементов только на металлы и неметаллы и положил в основу классификации два объективных фундаментальных и постоянных признака:

  • Величина относительной атомной массы (атомный вес) — количественный признак, не меняющийся при химических превращениях элемента в любые соединения;
  • Химические свойства элементов и формы образуемых ими соединений (состав и свойства высших оксидов, гидроксидов, летучих водородных соединений, валентность) — качественный признак генетического родства.
Вопрос учебника #2 Химия • 8 класс § 29

Как был открыт Периодический закон? Приведите его формулировку, используя современные термины.

1. История открытия:

Работая над фундаментальным учебником «Основы химии», Менделеев выписал на отдельные картонные карточки все 63 известных на тот момент элемента с указанием их атомных весов и важнейших свойств соединений. Раскладывая эти карточки в виде химического «пасьянса» в порядке возрастания атомных масс, он обнаружил, что через равные промежутки (периоды) сходные свойства закономерно повторяются (за щелочным металлом следует щелочноземельный, затем амфотерный элемент, неметаллы, галоген, и далее скачок к новому щелочному металлу). 1 марта 1869 года был завершён первый рукописный вариант таблицы «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве».

2. Современная формулировка закона:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов атомных ядер (порядкового номера элемента $Z$).

Вопрос учебника #3 Химия • 8 класс § 29

Как изменяются в периоде с ростом относительной атомной массы: — металлические свойства; — неметаллические свойства; — валентность элементов в высших оксидах; — валентность элементов в высших гидроксидах; — характер высших гидроксидов?

В периоде слева направо по мере возрастания относительной атомной массы (и заряда ядра):

  • Металлические свойства: закономерно ослабевают (от типичных щелочных металлов к амфотерным элементам и неметаллам);
  • Неметаллические свойства: закономерно усиливаются (достигая максимума у галогенов VIIA-группы перед благородным газом);
  • Валентность элементов в высших оксидах: монотонно возрастает от I до VII (равна номеру группы, например: $Na_2^{\text{I}}O \rightarrow Mg^{\text{II}}O \rightarrow Al_2^{\text{III}}O_3 \rightarrow Si^{\text{IV}}O_2 \rightarrow P_2^{\text{V}}O_5 \rightarrow S^{\text{VI}}O_3 \rightarrow Cl_2^{\text{VII}}O_7$);
  • Валентность элементов в высших гидроксидах: также возрастает от I до VII в полном соответствии с валентностью в высших оксидах ($Na^{\text{I}}OH \rightarrow Mg^{\text{II}}(OH)_2 \rightarrow Al^{\text{III}}(OH)_3 \rightarrow H_2Si^{\text{IV}}O_3 \rightarrow H_3P^{\text{V}}O_4 \rightarrow H_2S^{\text{VI}}O_4 \rightarrow HCl^{\text{VII}}O_4$);
  • Характер высших гидроксидов: ступенчато изменяется от сильных оснований (щелочей) через нерастворимые основания и амфотерные гидроксиды к кислотам, причём сила кислот нарастает от слабых к сверхсильным ($NaOH$ [сильная щёлочь] $\rightarrow Mg(OH)_2$ [слабое основание] $\rightarrow Al(OH)_3$ [амфотерный гидроксид] $\rightarrow H_2SiO_3$ [слабая кислота] $\rightarrow H_3PO_4$ [кислота средней силы] $\rightarrow H_2SO_4$ [сильная кислота] $\rightarrow HClO_4$ [очень сильная кислота]).