Периодический закон периодической системы элементов в разных странах.

Понятна цель этой таблицы: выделить уже хорошо известные естественные группы элементов, основанные на порядке атомных весов.
Ясно видны недочеты этой первой таблицы Мейера:
- некоторые элементы не включены в таблицу, а некоторые включены ошибочно;
- в таблице нет места для меди, серебра, золота и некоторых других элементов;
- Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов;



Рис. 16.
Внизу – фрагмент таблицы Мейера 1864 года в современной редакции.

- таблица дает менее очевидное периодическое изменение свойств элементов, чем только что рассмотренная таблица Ньюлендса.
Таблица имеет характерную особенность: одна её часть содержит шесть вертикальных рядов, а другая – пять. Это очевидный результат борьбы двух желаний автора: соблюсти порядок следования атомных весов и расположить аналоги радом друг с другом. Приведение здесь же разницы атомных весов – видимо, интуитивное, но еще не понятое ощущение ее важности.
Фрагменты периодов отображёны горизонтальными строчками (не включены элементы группы бора-алюминия и группы неизвестных тогда благородных газов; не включен и ключевой, самый первый период атомного мира – водород с тогда неизвестными гелием, но известными литием и бериллием).
Однако уже в этой первой попытке Мейера видно, что это работа выполнена в верном направлении.
Биографическая справка:
Юлиус Лотар Мейер (1830 – 1895), окончил университет в Вюрцбурге, стажировался у Р. Бунзена в университете Гейдельберга. Профессор университетов Бреслау, Карлсруэ, Тюбингена. Работал, в основном, в области теоретической и физической химии. С 1890 г. иностранный член Петербургской Академии наук. Награжден (совместно с Менделеевым) золотой медалью Дэви Лондонским королевским обществом за открытие Периодического закона.

У. Одлинг, начиная с 1857 года, предпринял несколько попыток систематизировать химические элементы, основываясь на их атомном весе и валентности, составив в период несколько таблиц элементов, первые из которых не имели принципиального отличия от уже описанных системообразующих работ. Это были спекуляции на основе триад и неточно установленных свойств элементов.
Однако в 1864 году он опубликовал таблицу, которую позднее Менделеев поставил в один ряд с системами Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера (см. Рис. 17). Он не привел комментариев к этой таблице, но она, как и рассмотренная первая таблица Мейера очевидно близка к Периодической таблице Менделеева.
Элементы в этой таблице расположены по мере роста атомной массы и при этом объективно наблюдается периодическое повторение физических и химических свойств элементов. Оставлены места для еще не открытых элементов.

Рис. 17.
Расположение элементов по мере роста атомной массы и сходству физических и химических свойств (Уильям Одлинг, 1864 г.).

Биографическая справка:
Уильям Одлинг (1829 – 1921), получил в Лондоне медицинское образование, изучал химию в Париже. Профессор университетов Лондона и Оксфорда. Президент Лондонского королевского общества. Область научных интересов – теоретическая химия, в частности, теории валентности, основности радикалов и химических элементов.

В 1867 г. молодого профессора Д.И.Менделеева пригласили занять кафедру химии Петербургского университета. Он стал читать курс лекций по общей химии и одновременно писал свои ставшие потом классическими
"Основы химии". Работа над рукописью потребовала строгой систематизации элементов. В отличие от других исследователей, он искал не только сходство элементов, но и различие. Менделеев искал не какую-нибудь частную закономерность, а закон естественного соотношения элементов, т.е. объективно существующий закон, объединяющий все существующие элементы, как открытые, так и не открытые. На Рис. 18 приведен один из многочисленных черновых вариантов первой таблицы Менделеева.


Рис. 18.

В марте 1869 года Д.И. Менделеев сделал первое сообщение о своей системе элементов перед Русским химическим обществом. Оно содержало следующие основные положения:
1. Элементы, расположенные по возрастанию их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств;
2. Сходные по свойствам элементы имеют или близкие атомные веса (Os, Ir, Pt), или последовательно и однообразно увеличивающиеся (K, Rb, Cs);
3. Сопоставление элементов или их групп по величине атомного веса отвечает их т.н. валентности;
4. Элементы с малыми атомными весами имеют наиболее резко выраженные свойства, поэтому они являются типическими элементами;
5. Величина атомного веса элемента может быть иногда исправлена, если знать аналоги данного элемента;
6. Следует ожидать открытия ещё многих неизвестных элементов, например, сходных с Al или Si, с паем (атомной массой) 65-75.
Менделеев подчеркнул, что считает главным в систематизации элементов установление связей между непохожими элементами.
В том же 1869 г. вышло и первое издание учебника "Основы химии", в котором была приведена периодическая таблица Менделеева.
Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье "Соотношение свойств с атомным весом элементов" (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира. Первая таблица Менделеева приведена на Рис. 19.
Менделеев высказал идею о том, что, в принципе, его таблицу можно представить в виде одной непрерывной серии последовательных периодов элементов, что лучше всего исполнить в форме спирали, содержащей самое фундаментальное свойство полученной системы, - периодичность. В своей работе об атомных объемах, вышедшей через несколько месяцев, он писал, чтоэта система выражает не только химические свойства элементов, но и соответствует делению веществ на металлы и неметаллы, определяет валентности, соединяет элементы различных групп.
В 1870 году Менделеев в "Основах химии" публикует второй вариант системы ("Естественную систему элементов"), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы (См. Рис. 20).


Рис. 19.
Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две, — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.
Биография Д.И. Менделеева, гордости отечественной науки, хорошо известна, многократно описана, и не нуждается в приведении её здесь в виде короткой справки.


Рис. 20.

В 1870 году вышла ещё одна работа Мейера, содержащая новую таблицу (см. Рис. 21) и график зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид (см рис. 22).
Таблица содержала исправленные значения атомных весов и имела некоторые преимущества по сравнению с первой таблицей Менделеева.
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 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  MnFeCoNi Br   RuRhPd I  OsIrPt   Li Na K  Cu Rb  Ag Cs  Au   Be Mg Ca  Zn Sr  Cd Ba  Hg  
Рис. 21.

Таблицах Одлинга 1864 г., Менделеева 1869 г. и Мейера 1870 г. удивительно похожи, хотя можно с уверенностью сказать, что выполнены они независимо одна от другой. Во всех таблицах оставлены места для неоткрытых элементов, и все они не лишены недостатков.
Работа Мейера была сдана в печать в 1869 г.; после опубликования доклада Менделеева Мейер добавил в свою статью ссылку на Менделеева, где, в частности, особо указал, что предлагаемый им график прекрасно иллюстрирует предложенный русским химиком термин "периодичность". Таким образом, поскольку Менделеев и Мейер независимо друг от друга предложили весьма близкие варианты таблицы, используемое в некоторых странах название "таблица Менделеева-Мейера" имеет полное право на существование.



Рис. 22.






Заключение


Основные выводы по результатом выполненного обзора:
1. Процесс открытия естественной системы химических элементов при всей своей исторической скорости – не революция, а многоэтапная эволюция.
2. Периодический закон – результат работы десятков талантливейших людей, каждый из которых имел приоритет в каком-либо важном открытии, без которого открытие Периодического закона было бы невозможным.
3. Вопрос о научных приоритетах имеет объективную сложность и требует отдельного большого исследования (и может не иметь окончательного решения). Так, различные историки науки используют различные критерии, пользуясь нестрогостью подхода, и придают различный вес отдельным критериям (в нашем случае – критерию предсказательности Периодического закона).











Список источников

1. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М.: ВШ, 1991. - 656 с.
2. Биографии великих химиков. Перевод с нем. под редакцией Быкова Г. В. — М.: Мир, 1981. - 320 с.
3. Кун Т. Структура научных революций. - М.: Прогресс, 1977.- 300 с.
4. Ладенбург А. Лекции по истории развития химии от Лавуазье до нашего времени/Пер. с 4-го изд. с присоединением очерка истории развития химии в России акад. П. И. Вальдена. — Одесса: Матезис, 1917. Доступно по адресу:
http://scilib.narod.ru/Physics/Ladenburg/Ladenburg.htm (20.07.12).
5. Левченков, С.И. Краткий очерк истории химии. Учебное пособие для студентов химфака РГУ. Доступно по адресу:
http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Sketch_5.html (21.07.12).
6. Манолов К. Великие химики. В 2-х томах. Т. I. Пер. с болг., 3-е изд. испр., доп. — М.: Мир, 1985. — 465 с.
7. Менделеев Д.И. Научный архив Том 1. Доступно по адресу:
http://oldchem.ru/book_view.jsp?idn=026231&page=506&format=html (25.07.12).
8. Менделеев Д.И. Основы химии. Доступно по адресу:
http://www.100velikih.com/view1025.html (24.07.12).
9. Менделеев Д.И. Попытка приложения к химии одного из начал естественной философии Ньютона. В кн.: Д.И.Менделеев. Периодический закон. Основные статьи. Сер. «Классики науки». М.: Изд-во АН СССР, 1958, с. 529–554.
10. Менделеев Д.И. Периодическая законность химических элементов. «Фарадеевское чтение» в Лондонском Химическом обществе (23 мая/4 июня 1889 г.). М.: Изд-во АН СССР, 1958, с. 208–236.
11. Соловьев Ю.И. История химии: Развитие химии с древнейших времен до конца XIX в. Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1983. – 368 с.
12. Тищенко В.Е., Младенцев М.Н. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период. 1861–1890 гг. М.: Наука, 1993.
– 362 c.
13. Фигуровский Н.А. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX века. — М.: Наука, 1969. - 455 с.
14. Энциклопедия "Британника" онлайн:
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/451901/periodic-law (21/07/12).
15. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб.,1890—1907.

16. Barnes, Eric Christian. The Paradox of Predictivis. - Cambridge University Press, 2008. - 276 pp.
17. Rusu, Julian. Consideration on the convergence between chemistry and theology the periodic table of elements// European Journal of Science and Theology, September 2007, Vol.3, No.3, 3-10 pp. Доступно по адресу: http://www.ejst.tuiasi.ro/Files/11/03-10Rusu.pdf (31.07.12).
18. Scerri, Eric R. The Periodic Table: A Very Short Introduction. Oxford University Press, Oxford, 2011. - 168 pp.
19. Scerri, Eric R. The Periodic Table: Its Story And Its Significance. - Oxford University Press, Oxford, 2007. - 368 pp.
20. The Development of the Periodic Table//123HelpMe.com. 24 Jul 2012: http://www.123HelpMe.com/view.asp?id=149594 (24.07.12).
21. The Evolution of the Periodic System.//Scientific American, September, 279, 78-83, (1998).
22. The Role of Triads in the Evolution of the Periodic System, Past and Present, Journal of Chemical Education, 85, 585-589, 2008.
23. Venable, Francis Preston. Periodic law Publisher. - Easton, Pa. Chemical Pub. Co., 1896. – 321 p. Доступно по адресу:
http://archive.org/details/developmentofper00venauoft (21.07.12).
Кун Т. Структура научных революций. - М.: Прогресс, 1977. – С. 15 – 17.
Далее, до обсуждения достижений Д.И. Менделеева, будем считать простые вещества и элементы синонимами.
Фигуровский Н.А. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX века. — М.: Наука, 1969. – С. 415 – 417.
Фигуровский Н.А…: С. 444 – 446.
Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М.: ВШ, 1991. – С. 378.
При этом он использовал популярную идею Хэмфри Деви, который, в свою очередь, унаследовал её от Лавуазье, о том, что водород – одна из обязательных основ всех веществ.
Для установления формул химических соединений Дальтон использовал принцип наибольшей простоты, приводящий к многочисленным ошибкам в определении атомных весов (для воды, например, этот принцип давал формулу НО).
Волков В.А. и др….: С. 141 – 142.
Биографии великих химиков. Перевод с нем. под редакцией Быкова Г. В. — М.: Мир, 1981. –С.
Волков В.А. и др….: С. 358.
Биографии великих химиков...: – С. 156 – 157..
Манолов К. Великие химики. В 2-х томах. Т. I. Пер. с болг., 3-е изд. испр., доп. — М.: Мир, 1985. — С. 285 – 288.
Берцелиус использовал закон Гей-Люссака для определения формул газов и атомного веса составляющих их элементов и собственные методы для формул некоторых окислов металлов. Дальнейшие достижения в установлении правильных атомных весов связаны с законами Дюлонга – Пти и изоморфизма (Митчерлиха), а также применением Ж.Б. Дюма законов Авогадро и Ампера к парам жидкостей и твердых тел.
Волков В.А. и др….: С. 48 – 50.
Биографии великих химиков...: – С. 30 – 32.
The Role of Triads in the Evolution of the Periodic System, Past and Present, Journal of Chemical Education, 85, 585-589, 2008.
Соловьев Ю.И. История химии: Развитие химии с древнейших времен до конца XIX в. Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1983. – С. 186 – 188.
Оживленные дискуссии среди химиков середины 19 века между сторонниками атомистической теории и её противниками велись с переменным успехом, т.к. прямых доказательств существования атомов еще не было.
Волков В.А. и др….: С. 124 – 126.
Большая советская энциклопедия. В 30 тт.
Ладенбург А. Лекции по истории развития химии от Лавуазье до нашего времени/Пер. с 4-го изд. с присоединением очерка истории развития химии в России акад. П. И. Вальдена. — Одесса: Матезис, 1917. Доступно по адресу: http://scilib.narod.ru/Physics/Ladenburg/Ladenburg.htm (20.07.12).
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб.,1890—1907.
Этот учебник выдержал 7 изданий и до выхода "Оснований химии" Д.И. Менделеева был принят основным российским руководством по химии.
Одно существенное отличие: бор из группы углерода у Менделеева перемещен в группу "алюминий-индий-таллий", позднее дополненную галлием.
Волков В.А. и др...: С. 119.
Органическая химия во второй половине 19 века переживала период бурного, взрывного развития, по сравнению с которым неорганическая химия топталась на месте, что объясняет перекидывание гносеалогических мостиков от органической к неорганической химии.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: A Very Short Introduction. Oxford University Press, Oxford, 2011.
– 51 – 52 рр.
Левченков, С.И. Краткий очерк истории химии. Учебное пособие для студентов химфака РГУ. Доступно по адресу: http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Sketch_5.html (21.07.12).
Волков В.А. и др...: С. 159.
Venable, Francis Preston. Periodic law Publisher. - Easton, Pa. Chemical Pub. Co., 1896. – 321 p. Доступно по адресу: http://archive.org/details/developmentofper00venauoft (21.07.12), - С. 33 – 35.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: A Very Short Introduction. Oxford University Press, Oxford, 2011.
– 39 – 41 рр.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: – 53 р.
Venable, Francis Preston…: С. 37 – 39.
Rusu, Julian. Consideration on the convergence between chemistry and theology the periodic table of elements// European Journal of Science and Theology, September 2007, Vol.3, No.3, 3-10. Доступно по адресу: http://www.ejst.tuiasi.ro/Files/11/03-10Rusu.pdf (31.07.12).
Scerri, Eric R. The Periodic Table: – 54 р.
Глэдстон использовал ошибочные значения атомных весов, и его фактически неверные исследования стоит рассматривать только из-за оригинальной используемой методики.
Т.е. эти числа близки к средним арифметическим атомных масс рядов элементов (т.е. математическим ожиданиям).
Venable, Francis Preston…: - С. 39 – 41.
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб.,1890—1907.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: – 56 - 58 pр.
Venable, Francis Preston…: - С. 46 – 48.
Venable, Francis Preston…: - С. 60 – 61.
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
Scerri, Eric R. The Periodic Table: – 86 - 92 pр.
Venable, Francis Preston…: С. 87 – 90.
http://en.wikipedia.org/wiki/Gustavus_Detlef_Hinrichs.
Отечественные источники вообще не упоминают этого исследователя, а многие зарубежные представляют его в некотором роде маргинальной личностью в науке.
Для иллюстрации одной из проблем, которые предстояло решить на съезде, Кекуле составил девятнадцать различных формул, использовавшихся химиками для обозначения этановой кислоты.
The Evolution of the Periodic System.//Scientific American, September, 279, 78-83, (1998).
Соловьев Ю.И….: С. 194 – 198.
Волков С….: 198 – 199.
The Evolution of the Periodic System.//Scientific American, September, 279, 78-83, (1998).
Venable, Francis Preston…: С. 73 – 76, 82 – 83.
Venable, Francis Preston…: С. 105.
Соловьев Ю.И….: С. 163 – 164.
Venable, Francis Preston…: С. 77 –83.
Тем более, что значения атомных весов в ряде случаев были еще не верными.
Venable, Francis Preston…: С. 52 –53.












51



Тригоноиды
(неметаллы)

Хлороиды

Фосфоиды

Сульфоиды

Калоиды

Кальцоиды

Кадмоиды

Купрооиды

Ферроиды

Молибдоиды

Титаноиды

Тетрагоноиды
(металлы)

Рис. 11.

π