Д.И. Менделеев и судьба Периодического закона проф. СПбГУ, д.х.н. Карцова Анна Алексеевна Санкт-Петербургский государственный университет. - презентация

1 Д.И. Менделеев и судьба Периодического закона проф. СПбГУ, д.х.н. Карцова Анна Алексеевна Санкт-Петербургский государственный университет

2

3 Лунная ночь на Днепре Куинджи Архип Иванович. 3

4 Кабинет Д.И. Менделеева 4

5 Любовь Дмитриевна Менделеева-Блок 5

6 Полет Д.И.Менделеева на воздушном шаре. 7 августа 1887 г. Полное солнечное затмение. Возможность наблюдать солнечную корону. В Твери снаряжается воздушный шар «Русский» для наблюдения затмения – Начал полет – Шар достиг наивысшей точки – 3800 м 9.20 – Благополучно приземлился около деревни Спас-Угол. 6

7 «… Я должен однако объяснить, почему ко мне моментально явилась решимость отправиться одному… …О нас профессорах, и вообще ученых, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практически делом владеть не умеем…что нам, как щедринским генералам всегда нужен мужик… а иначе у нас все из рук валится. …Здесь для этого представился отличный случай.» Акварель работы И.Репина Д.И. Менделеев 7

8 Библиотека Д.И. Менделеева 8

9 «…Помирили сказку с наукой – это увлекательно, и спириты своё сделали – заставили говорить и разбирать их учение. Их расчёт прост, хотя и ошибочен: они надеются найти поддержку в массах, мало знакомых с науками.» Разоблачение спиритизма Д.И. Менделеев 9

10 30 ноября 1876 г Избран член-корреспондентом по разряду физических наук Ноябрь 1880 г. «Академический скандал». Неизбрание в Академию наук. Выборы в Академию наук 10

11 «…История с забаллотированием в Академию проф. Менделеева принимает положительно гомерические размеры и становится вопросом всероссийским, общенациональным. Популярность почтенного профессора возросла и распространилась вдруг с гораздо большей экспрессией, чем если бы он обогатил науку в стократ важнейшими открытиями, сравнительно с теми, которые сделаны…» «… Оказалось, что от роли ревнителей Просвещения до роли гонителей профессиональной науки – всего один шаг…». «Там, где ученые – чиновники, а их ученики – искатели чина, там… родятся такие понятия и отношения, которые рано или поздно превратят учебное место в присутственное» Н.И. Пирогов 11

12 «Как же винить Академию за то, что она отвергла Менделеева, человека крайне беспокойного: ему до всего дело, он обо всем заботится. Задумали бакинцы нефтью воспользоваться – он едет в Баку. Читает там лекции, учит, как и что делать, съездив предварительно в Пенсильванию. Чтобы узнать, как и что там делается; выставил Куинджи картину – он уже на выставке, любуется, задумывает, изучает…- и пишет новую мысль, пришедшую ему на ум… Как же впустить такого беспокойного человека в сонное царство? Да, ведь он, пожалуй, всех разбудит и – чего Боже упаси – заставит работать на пользу России…» Газета «Голос» 12

13 14 обществ и учебных заведений России, включая Киевский, харьковский, Новороссийский, Казанский и Московский университеты, избрали его своим почетным членом г Д.И. Менделеев назначен хранителем Главной палаты мер и весов. 13

14 14

15 ДЁБЕРЕЙНЕР Иоганн Вольфганг ( г.г.) Триады Дёберейнера Li – 7 Na – 23 K – 39 Ca – 41 Sr – 88 Ba – 137 P – 31 As – 75 Sb – 122 S – 32 Se – 79 Te – 129 Cl – 35.5 Br – 80 I – г. 15

16 «Земная» спираль де Шанкуртуа ШАНКУРТУА Александр Эмиль Бегуйе де ( ) Винтовой график Шанкуртуа, 1862 г г. 16

17 НЬЮЛЕНДС Джон Александр Рейна ( г.г.) H 1 F 8 Cl 15Co Ni 22Br29Pd36I43Pt Ir 50 Li 2 Na 9 K 16Cu23Rb30Ag37Cs44Tl51 Be 3 Mg 10 Ca 17Zn24Sr31Cd38Ba V 45Pb52 B 4 Al 11 Cr 18Y25Ce La 32U39Ta46Th53 C 5 Si 12 Ti 19In26Zr33Sn40W47Hg54 N 6 P 13 Mn 20As27Di Mo 34Sb41Nb48Bi55 O 7 S 14 Fe 21Se28Rh Ru 35Te42Au49Os г. Закон октав Ньюлендса 17

18 Триплетные группы H 1 Mo 96W 184 Au Pd 106.5Pt 197 Li 7Na 23-Ag 108 G 9Mg 24Zn 65Cd 112Hg 200 B 11Al Tl 203 C 12Si 28-Sn 118Pb 207 N 14P 31As 75Sb 122Bi 210 O 16S 32Se 79.5Te 129 F 19Cl 35Br 80J 127 K 39Rb 85Cs 133 Ca 40Sr 87.5Ba 137 Ti 40Zr 89.5-Th 231 Cr 52.5 V 138 Mn 55 и др. (Fe,Ni,Co,Cu) Одлинг Уильям (1829 – 1921) 1864 г. 18

19 Таблица Мейера МЕЙЕР Юлиус Лотар ( г.г.) 4 val3 val2 val1 val 2 val C=12N=14.4O=16F=19Na=23Mg=24 Si=28.5P=31S=32Cl=35.5K=39Ca=40...As=75Se=78.8Br=80Rb=85.4Sr=87 Sn=117.6Sb=120.6Te=128.3I=126.8Cs=133Ba=137.4 Pb=207Bi= (Tl=204) г. Таблица Мейера 1864 г. (фрагмент) 19

20 Линия Менделеева Поиск соотношения между совокупностью свойств элемента, проявляющихся в свойствах соответствующих простых тел и соединений, с атомным весом элемента, причем поиск, осуществляемый как путем сопоставления отдельных элементов, так и их «естественных групп». 20

21 «…Мы называем изоморфными телами в строгом смысле слова только те, которые имеют множество сходственных признаков…и форму». Д.И. Менделеев 21

22 «…Изоморфные тела имеют близкие удельные объемы». Д.И. Менделеев 22

23 . « Для верного суждения необходимы признаки не только качественные, но и количественные, т.е. измеримые. Когда некоторое свойство подлежит измерению – оно перестает носить характер произвольной субъективности и придает сравнению объективность». Д.И. Менделеев 23

24 Утром – получил письмо от А.И.Ходнева в связи с предполагаемой поездкой в Тверскую губернию для осмотра сыроварен.. На обороте письма сделал наброски первого сопоставления элементов разных естественных групп по атомным весам, что явилось отправным моментом в разработке таблицы «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». В течение дня – работал над составлением «Опыта системы элементов…». Вечером – послал набело переписанную таблицу «Опыта системы элементов…» в типографию. Поставил дату «17 февраля 1869 г.» 6 марта – от имени Менделеева Н.А. Меншуткин сделал на заседании РХО сообщение об «Опыте системы элементов…». Утром – получил письмо от А.И.Ходнева в связи с предполагаемой поездкой в Тверскую губернию для осмотра сыроварен.. На обороте письма сделал наброски первого сопоставления элементов разных естественных групп по атомным весам, что явилось отправным моментом в разработке таблицы «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». В течение дня – работал над составлением «Опыта системы элементов…». Вечером – послал набело переписанную таблицу «Опыта системы элементов…» в типографию. Поставил дату «17 февраля 1869 г.» 6 марта – от имени Менделеева Н.А. Меншуткин сделал на заседании РХО сообщение об «Опыте системы элементов…». 24

25 «…Д.И. Менделеев на протяжении долгого времени подозревал известную связь элементов между собою и перепортил массу бумаги с целью отыскать в виде таблицы эту закономерность…» «…карточки для «химического пасьянса» были изготовлены не 17 февраля 1869 г. ни в коей мере не означает, что он начал работу в тот же день, а наоборот, завершил разработку «Опыта системы…». Из воспоминаний Иностранцева 17 февраля составляются черновая и беловая таблицы. 25

26 Периодический закон открыт Д. И. Менделеевым в процессе работы над учебником "Основы химии" ( ). 26

27 «… Не могу не обратить внимания на то, что в низших членах рядов (совр. главных подгрупп) сравнительно с высшими заметна большая резкость и ясность свойств и реакций. Это подобно тому, что мы замечаем в ряду органических гомологов: в высших членах гомологических рядов сглаживаются некоторые особенности, принадлежащие ряду…». Д.И. Менделеев 27

28 В своей Фарадеевской лекции 1889 г. Менделеев «вникая в эпоху конца 60-х годов» и указывая «три ряда данных, без которых нельзя было бы явиться периодической законности Конгресс в 1860г. в Карлсруэ, поиски общих простых отношений «между атомными весами сходственных элементов» «накопление к концу 60-х годов таких новых сведений о редких элементах…» В своей Фарадеевской лекции 1889 г. Менделеев «вникая в эпоху конца 60-х годов» и указывая «три ряда данных, без которых нельзя было бы явиться периодической законности Конгресс в 1860г. в Карлсруэ, поиски общих простых отношений «между атомными весами сходственных элементов» «накопление к концу 60-х годов таких новых сведений о редких элементах…» 28

29 1869 г г. - «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» 29

30 Рукопись Д.И. Менделеева 30

31 Таблица «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», 1 марта

32 1869 г г. - «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» 1870 г. – 1870 г. – «Естественная система элементов» 32

33 1871г.«Естественная система элементов» Д. И. Менделеева (короткая форма), опубликованная во 2-й части 1-го издания «Основ химии» 33

34 1869 г г. - «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» 1870 г. – 1870 г. – «Естественная система элементов» 1871 г. – 1871 г. – «Периодическая система элементов» «…Измеряемые химические и физические свойства элементов и их соединений периодически зависят от атомного веса элементов». Д.И. Менделеев 34

35 Проявления периодического закона в отношении энергии ионизации Проявления периодического закона в отношении атомных и ионных радиусов Проявления периодического закона в отношении атомных объемов 35

36 Важная проблема для Д.И. Менделеева – проблема обоснования причин периодичности: «причин периодичности… мы не знаем». 36

37 37

38 Открытия элементов, предсказанных Д.И. Менделеевым 27 августа 1875 г. Галлий (экаалюминий) Лекок де Буабодран 12 марта 1879 г. Скандий (экабор) Ларс Нильсон 6 февраля 1886 г. Германий (экасилиций) Карл Винклер «… Каждый закон природы получает научное значение только лишь в случае, если он… допускает практические следствия, т.е. такие логические выводы, которые объясняют необъясненное и указывают на неизвестные до сих пор явления, …если закон приводит к предсказаниям, которые могут быть проверены опытом…» Д.И. Менделеев «… Каждый закон природы получает научное значение только лишь в случае, если он… допускает практические следствия, т.е. такие логические выводы, которые объясняют необъясненное и указывают на неизвестные до сих пор явления, …если закон приводит к предсказаниям, которые могут быть проверены опытом…» Д.И. Менделеев 38

39 Экаалюминий EaГаллий Ga Атомная масса 68Атомная масса 69,72 Простое тело должно быть низкоплавкое Температура плавления 29,75 °С Плотность металла близка к 6,0Плотность 5,9 (тв.) Объем атома должен быть близок к 11,5Атомный объем 11,8 На воздухе не изменяетсяСлабо окисляется при красном калении Должен разлагать воду при кипяченииРазлагает воду при высокой температуре Образует квасцы, но труднее, чем AlДает квасцы NH 4 Ga(SO 4 ) 2 ·12H 2 O Ea 2 O 3 Ea 2 O 3 должен легко восстанавливаться до металла Ga Ga 2 O 3 Ga легко восстанавливается прокаливанием Ga 2 O 3 в токе водорода Более летуч, чем Al, будет открыт методом спектрального анализа Ga открыт спектроскопическим методом 39

40 Открытие инертных газов 40

41 1894 г Аргон («недеятельный») Уильям Рамзай (1852–1916) Рэлей Джон Уильям (1842–1919), английский физик 41

42 1868 г. Гелий («солнце») П. Жансен ( ) Французский астроном 42

43 1898 г. Неон («новый») Криптон («скрытый») Ксенон(«чужой») Уильям Рамзай (1852–1916) М.У. Трайвер г. – У. Рамзай - Нобелевская премия по химии "в знак признания открытия им в атмосфере различных инертных газов и определения их места в периодической системе". – Д.Рэлей - Нобелевская премия по физике за свою работу по концентрации газов и ту роль, которую он сыграл в открытии аргона

44 1899 г. Радон Эрнест Резерфорд. Уильям Рамзай (1852–1916) 1908 г - впервые его выделили в чистом виде У. Рамзай и Витлоу-Грей («Эманация радия»). 44

45 В Западной научной литературе о Периодическом законе упоминается: Учебная литература Сравочная литература 1875 г.8 раз1 раз 1876 г.24 раза – раз4 раза раз5 раз раз1 раз раз – 45

46 Фредерик и Ирен Жолио-Кюри Ф. Жолио и И. Кюри впервые получили искусственные ядра радиоактивного фосфора. Бомбардируя ядра бора и алюминия альфа- частицами, они впервые создали новые радиоактивные изотопы известных элементов. (1935 г.) Энрико Ферми (1901 – 1954) Э.Ферми - первая попытка получить элемент с атомным номером > 92. Облучал уран нейтронами. Выделен изотоп с периодом полураспада 13 мин. Но это не был элемент 93, а продукты расщепления атомных ядер под действием нейтронов г. 46

47 Фредерик и Ирен Жолио-Кюри 1938 г. - Ферми Э. Нобелевская премия по физике «За доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами» (1935 г.) Энрико Ферми (1901 – 1954) 1935 г г. - супруги Жолио-Кюри Нобелевская премия по химии «За совместно выполненный синтез новых радиоактивных элементов» 47

48 «…Убежденный в том, что исследование урана, начиная с его природных источников, поведет еще ко многим новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет предметов для новых исследований, особенно тщательно заниматься урановыми соединениями...» Открытие трансурановых элементов Д.И. Менделеев «…Легко… предположить, что называемое нами неделимым неделимо только обычными химическими силами… выставленная мною периодическая зависимость между свойствами и весом, по-видимому, подтверждает такое предчувствие…». 48

49 Открытие трансурановых элементов В природе не существует элементов с атомными номерами (числом протонов в ядре атома) больше 92, то есть тяжелее урана. Более тяжелые элементы, например, плутоний, могут нарабатываться в атомных реакторах, а элементы тяжелее 100-го (фермия) можно получать только на ускорителях, путем бомбардировки мишени тяжелыми ионами. При слиянии ядер мишени и "снаряда" и возникают ядра нового элемента. 49

50 Национальная лаборатория им. Лоуренса Калифорнийского университета г. Беркли Гленн Теодор СИБОРГ ( ) американский химик и физик- ядерщик Эдвин Маттисон МАКМИЛЛАН ( ) 1950 г г г.1952 г.1953 г г г.1941 г.1944 г г. 50

51 В лаборатории были открыты такие химические элементы, как : астат, нептуний, плутоний, кюрий, америций, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, дубний и сиборгий. Берклий и калифорний – по названию места, где находится лаборатория. Лоуренсий и сиборгий – по имени ученых, работавших в LBNL. Национальная лаборатория им. Лоуренса Калифорнийского университета г. Беркли 51

52 Национальная лаборатория им. Лоуренса Калифорнийского университета г. Беркли Гленн Теодор СИБОРГ ( ) американский химик и физик- ядерщик Эдвин Маттисон МАКМИЛЛАН ( ) Г. СИБОРГ и Э.М. МАКМИЛЛАН Нобелевская премия по химии «за открытия в области химии трансурановых элементов». 11 сотрудников лаборатории получили нобелевские премии 1951 г. 52

53 Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (г. Дубна, Объединенный институт ядерных исследований) Ускоритель первой ступени и второй степени комплекса DRIBs - циклотрон У-400M. Академик Г.Н. ФЛЕРОВ Руководитель Лаборатории им. Г.Н. Флёрова Ю.И. ОГАНЕСЯН

54 «По многим причинам открытие элемента 101 было наиболее драматичным в ходе последовательной эволюции трансурановых элементов... Элемент 101 был первым элементом, полученным с использованием субмикроскопических количеств вещества-мишени – около 10 9 атомов эйнштейния-253; это был первый элемент, полученный с использованием энергии отдачи при отделении ядер продукта от мишени; и это был первый элемент, который образовывался по одному атому». Г.Т. Сиборг 101 элемент - менделевий Мишень - листок золотой фольги, содержащей 99 Es Облучение - ионами гелия с энергией 40 МэВ. Атомы отдачи улавливались другим листком фольги, который затем растворялся. Раствор подвергался ионообменному хроматографическому анализу. На хроматограмме был обнаружен пик в том месте, которое предполагалось для элемента

55 1904г. Уильям РАМЗАЙ «В знак признания открытия им в атмосфере различных инертных газов и определения их места в периодической системе». 1908г. Эрнест РЕЗЕРФОРД «За проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». 1911г. Мария КЮРИ «За выдающиеся заслуги в развитии химии: открытие элементов радия и полония, выделение радия и изучение природы и соединений этого замечательного элемента». Лауреаты Нобелевской премии 55

56 1938 г. Энрико ФЕРМИ Нобелевская премия по физике «За доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами» 1951г. Эдвин Маттисон МАКМИЛЛАН и Гленн Теодор СИБОРГ «За открытия в области химии трансурановых элементов». 1935г. Фредерик и Ирен ЖОЛИО-КЮРИ «За выполненный синтез новых радиоактивных элементов». 56

57 57

58