Какое свойство хим элементов менделеев положил в основу их классификации
урок №1 темы ПСХЭ
Мы закончили изучение и повторение большой темы: «Основные классы неорганических соединений».
Теперь предстоит изучение главной темы «ПЗ и ПСХЭ Д. И Менделеева».
Тема урока: Классификация химических элементов
Цель урока: узнать на какие группы делятся все химические элементы и по каким признакам можно классифицировать все химические элементы.
1. Записать тему урока в тетрадь.
2. Со стр. 37 учебника выписать в тетрадь определение «химический элемент».
3. Прочитать § 49 учебника, изучить материалы урока на этой странице сайта. Со стр. 168 учебника перечертить в тетрадь схему 12.
Классификация химических элементов
Знаете ли вы…
1. В одной из рукописей, относящихся к 1870 году, можно прочитать следующее: «Водород хлорович взаимодействует с глиноземием с образованием глиноземия хлоровича».
Что же это за странные такие имена? Оказывается, в 1870-1875 гг. в Петербургской академии наук всерьез (видимо, в рамках «русификации» химической номенклатуры) обсуждалась возможность использования для названий химических веществ таких сочетаний слов, которые напоминали бы русские фамилии, имена и отчества.
Например, для воды предлагалось название «водород кислородович», для хлорида калия — «калий хлорович» или потассий хлорович», для соляной кислоты «водород хлорович».
«водород хлорович»?
Античные ученые описали 10 элементов, средневековые алхимики – 4.
В 18 веке были открыты такие газообразные элементы, как азот, водород, кислород, хлор и металлы, как кобальт, платина, никель, марганец, вольфрам, молибден, уран, титан, хром.В первой половине 19 века было получено много новых химических элементов, и возникла острая необходимость в их разделении на классы.К этому времени было известно около 60 химических элементов. Накоплены сведения об отдельных свойствах уже известных отдельных химических элементах.
Давайте попытаемся перенестись в прошлое и проникнуть в творческую лабораторию ученых.
«Первые попытки классификации химических элементов. Амфотерные соединения»
Первые попытки классификации химических элементов сводились к разделению их по очевидным признакам простых веществ на металлы и неметаллы.
Вместе с тем, существовали простые вещества, проявляющие свойства металлов и неметаллов: неметалл по физическим свойствам имеет металлический блеск и электропроводность, но при нагревании сразу переходит в газообразное состояние, что несвойственно металлам.
К 70-м гг. XIX в. было уже известно более 60 химических элементов. Возникла необходимость в их классификации.
Вначале учёные попытались все химические элементы разделить на 2 группы – металлы и неметаллы:
стр. 168 учебника схема 12 (перечертить в рабочую тетрадь)
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ | |
МЕТАЛЛЫ | НЕМЕТАЛЛЫ |
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ | |
Железо Fe, медь Cu, алюминий Al, ртуть Hg, золото Au, серебро Ag и другие | Уголь С, сера S, фосфор P, йод I2, кислород O2, водород H2 и другие. |
1. Твёрдое агрегатное состояние (исключение – ртуть) 2. Металлический блеск 3. Хорошие проводники тепла и электричества. 4. Пластичные и ковкие. | 1. Твёрдые (Уголь С, сера S, фосфор P, йод I2), жидкие (бромBr2) и газообразные (кислород O2, водород H2). 2. Металлическим блеском не обладают (исключение йод) 3. Не проводят тепло и электрический ток – ИЗОЛЯТОРЫ. 4. Хрупкие |
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ВЗАИМОСВЯЗЬ | |
Металл→Оксид металла→Основание Na→Na2O→NaOH | Неметалл→Оксид неметалла→Кислота C→CO2→H2CO3 |
К какой группе элементов металлы или неметаллы вы бы отнесли цинк? К металлам, так как простое вещество цинк твердое, электропроводное,
с металлическим блеском? Ответ не правильный!
Посмотрите видео опыт «Получение и химические свойства амфотерных гидроксидов»
Для того чтобы исследовать амфотерный гидроксид — гидроксид цинка, получим его из сульфата цинка — действием сильной щелочи.
ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH)2↓ + Na2SO4
В двух одинаковых пробирках происходит одно и то же — образуется белый студенистый осадок гидроксида цинка.
Гидроксид цинка реагирует и с кислотой (в нашем опыте — с соляной)
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O,
и со щелочью –
H2ZnO2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O
осадок гидроксида растворяется в обеих пробирках.
Значит гидроксид цинка ведет себя и как кислота, и как основание. Такая двойственность называется амфотерностью. Гидроксид цинка – амфотерен.
Амфотерными свойствами обладают также гидрооксиды алюминия, олова(II), свинца(II).
!!! Значит классификация на металлы и неметаллы неполная.
«Амфотерные свойства гидроксида алюминия»
Оказалось, что существуют химические элементы и соответствующие им вещества, которые проявляют двойственную природу – амфотерные свойства.
Например,
а)2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
б)2Al(OH)3 + Na2O = 2NaAlO2 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
Выполните самостоятельно виртуальную лабораторную работу, перейдите по ссылке «Амфотерные свойства оксида алюминия»
Если классификация на металлы и неметаллы несовершенна, то надо искать новый путь классификации.
С середины 19 в. началось изучение и открытие химических элементов целыми группами, которые вскоре получили название “естественных групп”. Это стало достигаться тем, что химические элементы стали сопоставляться и сравниваться между собой, причем в одну группу включались только элементы, химически сходные друг с другом, и они резко обособлялись от всех остальных элементов как несходных с ними.
4. Выписать в рабочую тетрадь названия групп сходных по свойствам элементов (стр. 168 – 169 учебника ) и перечислить элементы, которые входят в состав этих групп.
Например: щелочные металлы – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.
Естественные семейства химических элементов
5.Проанализируйте химический рисунок, по формулам определите классы соединений и ответьте на вопросы.
Общее число попыток классификации элементов до Д.И.Менделеева достигает пятидесяти. В них принимали участие ученые разных стран. Некоторым из них удалось подойти к предчувствию периодического закона, даже вступить на порог открытия его.И все же им не удалось довести свои попытки до конца. Их работы не были приняты учеными в качестве естественной классификации, так как все попытки сводились к объединению известных элементов в небольшие группы, установлению свойств между ними. Но не поднимались до обобщения, когда установленная закономерность естественного изменения свойств элементов способна не только отражать и объяснять известные факты, но и предвидеть ещё не познанные, предсказывать их закономерность.
Первые попытки классификации веществ (1).mp4
Триады Деберейнера и первые системы элементов
В 1829 г. немецкий химик И.Дёберейнер предпринял первую значимую попытку
систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам
элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами:
Li —
Na —
K ;
Ca —
Sr —
Ba ;
S —
Se —
Te ;
P —
As —
Sb ;
Cl —
Br —
I .
Сущность предложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что
атомная масса среднего элемента триады была близка к среднему
арифметическому атомных масс двух крайних элементов триады. Хотя разбить все
известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад
явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов
и их соединений.
ЛИТИЙ – 6,94 НАТРИЙ – 23,00 КАЛИЙ – 39,1
КАЛЬЦИЙ – 40,07 СТРОНЦИЙ – 87,63 БАРИЙ – 137,37
ФОСФОР – 31,04 МЫШЬЯК – 74,96 ОЛОВО – 121,8
Надо сказать, что классификация элементов по триадам занимала умы многих химиков и в последующее время. Стали появляться всё новые и новые триады родственных между собой элементов, и в 1857 году Ленсен укладывает почти все известные в этом году элементы в двадцать триад не без некоторой натяжки в отношении отдельных элементов.
Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий; бериллий, магний,
кальций; кислород, сера, селен, теллур и т. д. Недостатком спирали де Шанкуртуа
было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической
природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического
поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и
серы — ничего общего с ними не имеющий титан.
Октавы Ньюлендса
Английский учёный Джон Ньюлендс в 1864 г. опубликовал таблицу элементов,
отражающую предложенный им закон октав. Ньюлендс показал, что в ряду элементов,
размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элемента
сходны со свойствами первого.
Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для
лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах
располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и
элементы совершенно отличные по свойствам.
Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два
элемента; наконец, таблица не содержала свободных мест; в итоге закон октав был
принят чрезвычайно скептически. Однако в его основе лежала правильная мысль о
периодическом изменении свойств элементов с увеличением их атомного веса
| H | Li | Be | B | C | N | O |
| F | Na | Mg | Al | Si | P | S |
| Cl | K | Ca | Cr | Ti | Mn | Fe |
Таблицы Олдинга и Мейра
В 1864 г. У.Олдинг опубликовал таблицу, в которой элементы были размещены
согласно их атомным весам и сходству химических свойств, не сопроводив её,
однако, какими-либо комментариями.
В том же 1864 г. появилась первая таблица немецкого химика Л. Мейера; в неё
были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их
валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы
подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной
массы в рядах сходных элементов.
Ближе к истине оказался немецкий химик Лотар Мейер. Он предложил таблицу, в которой все известные химические элементы были разбиты на шесть групп, согласно их валентности. В каждой из них находятся элементы, сходные по их атомности (валентности). В эту таблицу Мейер поместил всего 27 элементов, то есть меньше половины известных в то время. Расположение остальных элементов: B, Al, Cu, Ag и др. оставалось неясным , а структура таблицы была неопределенной .
В 1870 г. вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием
“Природа элементов как функция их атомного веса”, состоявшая из девяти
вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах
таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась
графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий
характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин “периодичность”,
уже предложенный к тому времени Менделеевым.
Д.И. Менделеев
В марте 1869 г. русский химик Д.И. Менделеев представил Русскому химическому
обществу сообщение об открытии им Периодического закона химических элементов. В
том же году вышло первое издание менделеевского учебника “Основы химии”, в
котором была приведена его периодическая таблица.
В конце 1870 г. он доложил РХО статью “Естественная система элементов и
применение её к указанию свойств неоткрытых элементов”, в которой предсказал
свойства нескольких не открытых ещё элементов. Для предсказания свойств простых
веществ и соединений Менделеев исходил из того, что свойства каждого элемента
являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних
элементов в группе периодической таблицы (то есть сверху и снизу) и одновременно
двух соседних элементов в периоде (слева и справа).
В 1871 г. в итоговой статье “Периодическая законность химических элементов”
Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: “Свойства элементов,
а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической
зависимости от атомного веса”. Тогда же Менделеев придал своей периодической
таблице вид, ставший классическим (короткий вариант).
В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и
указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных
весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. Он взял на
себя смелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет
свойства элемента, изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно
описать свойства неоткрытых ещё элементов.
В начале XX века Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведения в соответствие с новейшими научными данными. Д.И. Менделеев и У.
Рамзай пришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы
элементов, в которую вошли инертные газы. Инертные газы явились, таким образом,
элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунер нашёл
решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложив в 1902
г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинном варианте таблицы
шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый, которые в свою очередь
длиннее, чем второй и третий периоды.
Дальнейшее развитие Периодического закона в было связано с успехами физики:
установление делимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности в
конце концов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов
и создать теорию Периодической системы.
Менделеев, Ньюлендс, Шанкуртуа, Мейер – двигались по одной и той же
дороге научного исследования. Все они по очереди подходили к лежавшему
на пути науки драгоценному, но не обработанному камню. Каждый из них
держал его в руках и каждый чувствовал, что камень этот не прост. Но
один лишь гениальный Д.И.Менделеев оказался настолько проницательным,
что не отбросил его в сторону, а смело принялся шлифовать и
отрабатывать до тех пор, пока в руках у него не засияло во всём блеске
величайшая ценность – ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (определение)– фундаментальный закон природы.
Кроссенс – это ассоциативная головоломка.
Рассмотрите изображения. Как они связаны с темой этого урока?
Найдите взаимосвязь между изображениями и темой урока?
Что их объединяет? Напишите мне свою точку зрения.
урок №2
Классификация элементов периодический закон Д.И. Менделеева
После утверждения атомно-молекулярной теории важнейшим событием в химии было открытие периодического закона химических элементов. Это открытие, сделанное в 1868 г. гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым, создало новую эпоху в химии, определив пути ее развития на много десятков лет вперед. Опирающаяся на периодический закон , классификация химических элементов, которую Менделеев выразил в форме периодической системы, сыграла очень важную роль в изучении свойств химических элементов и дальнейшем развитии учения о строении вещества. Поэтому рассмотрению современной теории строения атома должно предшествовать ознакомление с периодической системой элементов.
Начало классификации элементов
Сравнение свойств химических элементов с давних пор привело к делению их на две большие группы — металлы и неметаллы или металлоиды . Это деление было основано в первую очередь на различии во внешних, физических свойствах простых веществ.
Металлы отличаются характерным «металлическим» блеском, ковкостью, тягучестью, могут прокатываться в листы или вытягиваться в проволоку, обладают хорошей тепло- и электропроводностью. При обыкновенной температуре все металлы (кроме ртути) твердые вещества.
Металлоиды не имеют перечисленных выше свойств. Они не обладают характерным для металлов блеском, хрупки, очень плохо проводят тепло и электричество. Многие из них при обычных условиях газообразны.
Но гласным критерием для отнесения элемента к той или другой группе служат его химические свойства, особенно характер его окислов: окислы металлов имеют преимущественно основной характер, окислы металлоидов — кислотный.
Ярко выраженными металлическими или металлоидными свойствами обладают, однако, далеко не все представители указанных двух групп. В действительности мы наблюдаем постепенный переход от типичных металлов к типичным металлоидам. Поэтому провести резкую границу между теми и другими не представляется возможным. Относя данный элемент к металлам или к металлоидам, мы лишь отмечаем, какие его свойства — металлические или металлоидные — выражены в большей степени.
Деление элементов на металлы и металлоиды являлось по существу первой и самой простой их классификацией. Но с течением времени такая классификация перестала удовлетворять химиков. Появляются попытки разделить элементы по сходству их свойств на более мелкие группы, причем большинство исследователей невольно наталкивается на мысль установить связь между химическими свойствами элементов и их атомными весами и этот принцип положить в основу классификации.
В 1829 г. Деберейнер опубликовал опыт группировки элементов по сходству их химических свойств. Он нашел, что сходные по свойствам элементы могут быть сгруппированы по три, причем атомный вес одного из них оказывается приблизительно равным среднему арифметическому из атомных весов двух других элементов, например:
Такие группы Деберейнер назвал триадами. Он полагал, что найденные им соотношения могут послужить основой для систематической группировки элементов. Однако из всех известных в то время элементов ему удалось выделить только четыре триады.
Не останавливаясь на ряде других попыток подобного же рода, упомянем лишь о непосредственных предшественниках Менделеева.
В 1863 г. Ньюлэндс, располагая элементы последовательно, в порядке возрастания их атомных весов, заметил, что восьмой по счету элемент, начиная с любого, приблизительно повторяет свойства первого, подобно восьмой ноте в музыке. Ньюлэндс назвал эту закономерность «законом октав» и, исходя из нее, попытался разбить все известные ему элементы на группы (октавы).
Для иллюстрации системы Ньюлэндса приводим первые три октавы:
Н | Li | Be | В | С | N | О |
F | Na | Mg | Аl | Si | Р | S |
Сl | К | Са | Сr | Ti | Мn | Fe |
Размещая элементы в октавах, Ньюлэндс действовал очень произвольно: иногда он переставлял их, искусственно подгоняя под свою схему, иногда ставил на одно место два элемента; при этом он совершенно не учитывал возможности открытия новых элементов. Система Ньюлэндса содержала много противоречий, однако в ее основе лежала правильная мысль о периодическом изменении свойств элементов с увеличением их атомного веса.
В следующем 1864 г. появилась работа Лотара Мейера, в которой дана таблица, содержащая некоторые химические элементы, распределенные по валентности на шесть групп. Отмечая, что разности величин атомных весов последовательно расположенных элементов каждой группы характеризуются определенным постоянством, Мейер заканчивает свою работу словами: «Нельзя сомневаться, что имеется закономерность в числовых величинах атомных весов». Однако более определенных выводов, выражающих характер и значение этой закономерности, Мейер не сделал.
Деберейнер, Ньюлэндс, Мейер и другие предшественники Менделеева в области систематики химических элементов преследовали только узко классификационные цели и не шли дальше распределения отдельных элементов по группам на основании их химического сходства. При этом каждый элемент рассматривался ими как нечто совершенно обособленное, не стоящее в какой-либо связи с другими элементами.
Что мы узнали классификации элементов
Что все химические элементы разделены на две категории металлы и не металлы, все металлы имеют «металлический» блеск, ковкость, тягучесть электропроводность и некоторые другие свойства характерные для определенного металла.
Не металлы же имеют противоположное значение металлам, но некоторые (водород) при изменении условий могут проявлять к примеру электропроводность, становясь сверхпроводников при очень низких температурах. Поэтому некоторые неметаллы могут проявлять как металлические так и не металлические свойства.
Вы читаете, статья на тему Классификация элементов