Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева с позиций человека ХХI ХХI века Выполнили: учитель химии Романенко Галина Сергеевна ученицы 10 «В» класса Широкова Елизавета Никитина Елена

Закон великий он открыл, Наш русский химик Менделеев, На много лет опередив Других известных корифеев. Его закон, как свет, большой Путь науке осветил, И мир живой и неживой Нам тайны атома раскрыл.

Цель исследования: подробное изучение материалов ученых о Периодической системе Менделеева.

Задачи исследования: систематизировать систематизировать знания о Периодической системе Д.И. Менделеева, изучение литературы по данному вопросу убедиться убедиться в возможности открытия новых элементов, изучая горизонтальную, вертикальную, диагональную и «звездную» периодичность доказать, доказать, что Периодическая система Д.И. Менделеева помогает открытию новых элементов провести провести исследовательскую работу по доказательству закономерностей изменения свойств соединений химических элементов в группе, периоде

Объект исследования: научное наследие Д.И. Менделеева. Предмет исследования: периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Область исследования: периодичность свойств химических элементов и их соединений.

Дмитрий Иванович Менделеев Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января 1834 года в селе Верхние Аремзяны неподалёку от Тобольска Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января 1834 года в селе Верхние Аремзяны неподалёку от Тобольска В 1855 году закончил физико- математический факультет Педагогического института в Санкт- Петербурге. В 1855 году закончил физико- математический факультет Педагогического института в Санкт- Петербурге блестяще защитил диссертацию «на право чтения лекций» «Строение кремнезёмных соединений» 1856 блестяще защитил диссертацию «на право чтения лекций» «Строение кремнезёмных соединений» В 1869 г. Опубликовал книгу "Основы химии», в которой была изложена открытая Менделеевым периодическая система элементов - одно из важнейших открытий в естествознании XIX века. В 1869 г. Опубликовал книгу "Основы химии», в которой была изложена открытая Менделеевым периодическая система элементов - одно из важнейших открытий в естествознании XIX века.

Первые попытки систематизации химических элементов до Д.И. Менделеева.

Классификация А. Лавуазье В классификацию входят не только чисто химические элементы, но и «флюиды»(свет, теплота), ряд оксидов. В классификацию входят не только чисто химические элементы, но и «флюиды»(свет, теплота), ряд оксидов. 4 класса: 4 класса: 1)газы и «флюиды» 2)неметаллы 3)металлы 4)«земли» (впоследствии- оксиды)

Триады Деберейнера и Ленсена В 1817 году ученый И. Деберейнер на основе сходства химической природы некоторых элементов расположил их в виде отдельных триад

Спираль-ось винта Шанкуртуа Шанкуртуа расположил известные ему 50 элементов по винтовой линии на поверхности цилиндра в зависимости от возрастания атомных масс элементов. Однако закономерность, повторяющая периодичность в начале (H, F, Cl; Li, Na, K) не прослеживается в конце, где вообще никакой аналогии нет (Fe, Al, B)

Таблицы Ньюлендса и Мейера

Ньюлендс, расположив известные в то время 62 элемента в порядке их эквивалентов, заметил, что каждый 8-й элемент повторяет свойства 1-го в каждом ряду

Л. Мейер обратил внимание на сходство свойств элемента по их атомности и оказался ближе всех к открытию Периодического закона. Кроме того, он заметил, что разности между относительными атомными массами соседних по каждому вертикальному столбцу сходных элементов отличаются на закономерно возрастающие числа: 16, 16, 45, 45, 90

Открытие Периодического закона Д.И. Менделеевым

Первый вариант таблицы элементов: 1) атомная масса элемента определяет его основной характер; 2) свойства элементов, расположенных по возрастанию атомных масс, меняются периодически.

Второй вариант системы элементов Менделеева 1)горизонтальные ряды элементов-аналогов в 1- ом варианте превратились в вертикальные, а вертикальные- в горизонтальные; 2)произошли уплотнения, сдваивание родственных рядов, тем самым образовалось 8 групп элементов. Номера групп указывают на высшую валентность.

Формулировка периодического закона: Химические свойства атомов, следовательно, и химические свойства образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их ядер.

металлические свойства простых веществ, наиболее выраженные у щелочных металлов, ослабевают и сменяются неметаллическими, которые наиболее выражены у галогенов; металлические свойства простых веществ, наиболее выраженные у щелочных металлов, ослабевают и сменяются неметаллическими, которые наиболее выражены у галогенов; значение степени окисления атомов элементов в высших оксидах возрастает от +1 до +7 (+8 только для Os и Ru); значение степени окисления атомов элементов в высших оксидах возрастает от +1 до +7 (+8 только для Os и Ru); значение степени окисления атомов элементов в гидридах и в летучих водородных соединениях возрастает сначала от +1 до +3 и затем от -4 до -1 значение степени окисления атомов элементов в гидридах и в летучих водородных соединениях возрастает сначала от +1 до +3 и затем от -4 до -1 основные оксиды элементов начала периода сменяет амфотерный оксид и далее- кислотные, свойства которых усиливаются; основные оксиды элементов начала периода сменяет амфотерный оксид и далее- кислотные, свойства которых усиливаются; гидроксиды- основания через амфотерный гидроксид сменяются все более сильными кислотами. гидроксиды- основания через амфотерный гидроксид сменяются все более сильными кислотами. Изменения при горизонтальной периодичности:

Изменения при вертикальной периодичности: с ростом порядковых номеров усиливаются металлические свойства образуемых ими простых веществ и ослабевают неметаллические; с ростом порядковых номеров усиливаются металлические свойства образуемых ими простых веществ и ослабевают неметаллические; усиливается основный характер оксидов и гидроксидов; усиливается основный характер оксидов и гидроксидов; уменьшается прочность летучих водородных соединений и увеличиваются их кислотные свойства. уменьшается прочность летучих водородных соединений и увеличиваются их кислотные свойства.

Диагональная периодичность: Сходство в свойствах между простыми веществами и соединениями, образованных химическими элементами, расположенными по диагонали, объясняется тем, что нарастание неметаллических свойств в периодах слева направо приблизительно уравновешивается эффектом увеличения металлических свойств в группах сверху вниз.

Если объединить горизонтальную, вертикальную и диагональную периодичность, то можно получить «звездную периодичность» Si C N P As Ge Ga Al B

Открытие новых элементов периодической системы. Открытие новых элементов периодической системы. Md - менделевий, химический элемент III группы, элемент синтезирован Г. Сиборгом в 1955 году, атомный номер - 258,0986 Md - менделевий, химический элемент III группы, элемент синтезирован Г. Сиборгом в 1955 году, атомный номер - 258,0986 В настоящее время открыты 18 трансурановых элементов – это творение рук человеческих. В настоящее время открыты 18 трансурановых элементов – это творение рук человеческих. Синтез 113-го и 115-го элементов 15 сентября 2003 года Синтез 113-го и 115-го элементов 15 сентября 2003 года Открытие гг. первых искусственных элементов, нептуния и плутония, стало началом нового направления ядерной физики и химии. Открытие гг. первых искусственных элементов, нептуния и плутония, стало началом нового направления ядерной физики и химии. Был синтезирован 114-й элемент группой академика Ю.Ц. Оганесяна (США). Был синтезирован 114-й элемент группой академика Ю.Ц. Оганесяна (США). Российскими учеными были открыты элементы в таблице с атомарными номерами 112, 113, 114, 115, 116. Российскими учеными были открыты элементы в таблице с атомарными номерами 112, 113, 114, 115, 116.

Экспериментальное подтверждение закономерностей изменения свойств соединений химических элементов в периоде и группе

Диссоциация электролитов. Определение pH раствора

Водородный показатель (pH) Водородным показателем называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода в растворе: PH=-log[H ] К w [H ] [ОН ˉ ], [Н ] = [ОН ˉ ] =10 ˉ моль/л pH=-log1O ˉ =7 pOH=-log[OH ˉ ]=7 pKw= pH+ pOH=14 Если кислая среда [Н ] >[ОН ˉ ], [Н ] >10 ˉ, рН [ОН ˉ ], [Н ] >10 ˉ, рН<7 Если щелочная среда [Н ]<[ОН ˉ ], [Н ]<10 ˉ Если щелочная среда [Н ]<[ОН ˉ ], [Н ]<10 ˉ Так если рН=5 [Н ]=10 ˉ 5 моль/л, рОН=9, [ОН]=10 ˉ Так если рН=5 [Н ]=10 ˉ 5 моль/л, рОН=9, [ОН]=10 ˉ Если же [Н ]= 10 ˉ моль/л рН=8, рОН=6, [ОН ˉ ]=10 ˉ моль/л среда раствора щелочная.

Прибор для определения рН раствора электролитов: _ЭСК_ 10601/ °с, pHi=6.70, Е1=18 мВ

Методика работы: 1. Подготовить 1М растворы гидроксида натрия, гидроксида калия, азотной кислоты, фосфорной кислоты и 0,5 М раствор серной кислоты. 2. Настроить прибор для определения рН растворов электролитов, с помощью буферного раствора рН которого 6,8, на точные показания 3. По 50 мл исследуемых растворов налить в мерные стаканы и поочередно определить рН растворов, по показаниям прибора. 4. Следует обратить внимание, что после исследования каждого раствора с индикатора прибора капли раствора удаляются с помощью фильтровальной бумаги и промывается дистиллированной водой. Только после этого определяется рН следующего раствора.

Полученные результаты: Показатели lM NaOH 1М КОН 1M HNO 3 0,5М H 2 SO 4 IM H3PO4 рН ,471,222,8 [Н + ] 0,340,060,0016 [ОН ˉ] 0,0025О,1

Диссоциация щелочей КОН КОН К К +ОНˉ pH(NaOH) pH(NaOH) = 11,4 11,4 pOH(NaOH) pOH(NaOH) =14-11,4=2,6 [ОНˉ ]= 0,0025 моль/л рН(КОН) = 12,9 12,9 рОН(КОН) = 14-12,9=1,1 [ОНˉ ]= 0,1 моль/л Из данных показаний видно, что концентрация гидроксид-ионов в растворе гидроксида калия больше, чем в растворе гидроксида натрия. Это доказывает усиление основных свойств соединений химических элементов в группе.

Диссоциация кислот HNO 3 Н + NO 3 ˉ рН = 0,47[Н ] = 0,37 моль/л H 2 SO 4 2Н + SO 4 ² ˉ pH=1,22[Н ]=0,06 моль/л Т.к серная кислота диссоциирует по двум ступеням, для сравнения содержания ионов водорода в растворе, мы молярную концентрацию раствора уменьшили в 2 раза Н 3 РО 4 Н + Н 2 РО 4 ˉ рН=2,8 [Н ]=0,0016 моль/л Т.к фосфорная кислота в растворе диссоциирует в основном по первой ступени, для сравнения содержания ионов водорода в растворе, мы исследовали 1М раствор. Из данных показаний видно, что концентрация ионов Н в растворе Н З РО 4 меньше, чем в растворе HNO 3 и H 2 SO 4. Это доказывает уменьшение кислотных свойств кислородсодержащих соединений химических элементов в группе и усиление в периоде.

Вывод: проведённое исследование ещё раз убеждает нас в том, что существует закономерность изменения свойств химических элементов и их содержаний в группе и периоде. В группе усиливаются основные свойства, а в периоде они ослабевают.

Доказательства изменений кислотно- основных свойств соединений химических элементов в природе

Опыт 1: Исследование свойств гидроксида натрия и серной кислоты

К раствору гидроксида натрия прилили несколько капель раствора фенолфталеина, а затем по каплям раствора серной кислоты до исчезновения малиновой окраски раствора. 2NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2Н 2 О ОН ˉ + Н = Н 2 О Этот опыт доказывает основной характер NaOH и кислотный H 2 SO 4

Опыт 2: Получение гидроксида магния и изучение его свойств

К раствору хлорида магния прилили раствор NaOH. Выпал белый осадок Mg(OH) 2. MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH) 2 + 2NaCl Mg² + 2OH ˉ = Mg(OH) 2 Осадок разделила на две пробирки. В одну пробирку прилила избыток гидроксида натрия - осадок не растворился, а в другую раствор серной кислоты - осадок растворился. Mg(OH) 2 + H 2 SO 4 = MgSO 4 + 2Н 2 О Mg(OH) 2 + 2Н = Mg² + 2Н 2 О. Этот опыт доказывает основный характер гидроксида магния, который в растворе практически не диссоциирует с образованием гидроксид-ионов.

Опыт 3: Получение гидроксида алюминия и исследование его свойств

К раствору хлорида алюминия по каплям прилила раствор гидроксида натрия. Выпавший осадок разделила на две пробирки: в одну добавила избыток раствора NaOH, a в другую раствор серной кислоты. Осадок растворился в двух пробирках: АlСl 3 + 3NaOHAl(OH) 3 + 3NaCl Аl³ + ЗОН ˉ = Аl(ОН) 3 Аl(ОН) 3 + NaOH (изб) Na[Al(OH) 4 ] Аl(ОН) 3 + ОН ˉ = [Аl(ОН) 4 ] ˉ 2Аl(ОН) 3 + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 +6H 2 O 2Аl(ОН) 3 + ЗНАl³ +ЗН 2 О. Следовательно, гидроксид алюминия имеет амфотерный характер: проявляет основные и кислотные свойства. К раствору хлорида алюминия по каплям прилила раствор гидроксида натрия. Выпавший осадок разделила на две пробирки: в одну добавила избыток раствора NaOH, a в другую раствор серной кислоты. Осадок растворился в двух пробирках: АlСl 3 + 3NaOHAl(OH) 3 + 3NaCl Аl³ + ЗОН ˉ = Аl(ОН) 3 Аl(ОН) 3 + NaOH (изб) Na[Al(OH) 4 ] Аl(ОН) 3 + ОН ˉ = [Аl(ОН) 4 ] ˉ 2Аl(ОН) 3 + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 +6H 2 O 2Аl(ОН) 3 + ЗНАl³ +ЗН 2 О. Следовательно, гидроксид алюминия имеет амфотерный характер: проявляет основные и кислотные свойства.

Вывод: На примере проведённого исследования мы ещё раз убедились, что у кислородсодержащих соединений (гидроксидов) химических элементов одного периода основные свойства уменьшаются, а кислотные усиливаются и обязательно должен быть амфотерный гидроксид.

Значение периодического закона: внастоящее время периодический закон выступает как теоретическое положение, которое воплощает в себе в обобщенном, подытоженном виде огромный опытный материал; выступает в роли критерия новых открытий и их толкований, новых гипотез и концепций, строящихся на основе новых эмпирических данных в порядке их объяснений; значение значение открытия Периодического закона и периодической системы элементов исключительно велико для развития науки, техники, философии.

Спасибо за внимание! =)