Научная статья на тему 'Формы таблиц периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева'

Формы таблиц периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева Текст научной статьи по специальности «Философия, этика, религиоведение»

CC BY
6547
249
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ХИМИИ / ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ / D. I. MENDELEEV′S PERIODIC SYSTEM / METHODIC OF TEACHING CHEMISTRY

Аннотация научной статьи по философии, этике, религиоведению, автор научной работы — Сергина М. Н., Зимняков А. М.

Рассмотрены структура и различные формы графического изображения периодической системы Д. И. Менделеева. Показано, что периодический закон является фундаментальным естественнонаучным законом природы, имеющий большое философское значение.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Forms of the D. I. Mendeleev′s periodic system

Structure and different forms of graphic representation D. I. Mendeleev′s periodic system are observed. It is shown that periodic law is the main naturalsciences law, which has a great philosophical meaning.

Текст научной работы на тему «Формы таблиц периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева»

ИЗВЕСТИЯ

ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 10 (14)2008

IZVESTIA

PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 10 (14) 2008

УДК 371.3:546

ФОРМЫ ТАБЛИЦ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

© М. Н.СЕРГИНА, А. М. ЗИМНЯКОВ Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского кафедра химии и теории и методики обучения химии e-mail: Irina018@yandex.ru

Сергина М. Н., Зимняков А. М. - Формы таблиц периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. - Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2008. № 10 (14). - С. 135-138. - Рассмотрены структура и различные формы графического изображения периодической системы Д. И. Менделеева. Показано, что периодический закон является фундаментальным естественно-научным законом природы, имеющий большое философское значение.

Ключевые слова: методика преподавания химии, периодическая система элементов.

Sergina М. N., Zimnyakov A. М. - Forms of the D. I. Mendeleev's periodic system. - Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V. G. Belinskogo. 2008. № 10 (14). P. 135-138. - Structure and different forms of graphic representation D. I. Mendeleev's periodic system are observed. It is shown that periodic law is the main natural-sciences law, which has a great philosophical meaning.

Keywords: methodic of teaching chemistry, D. I. Mendeleev's periodic system.

«Периодическому Закону не грозит разрушение, а обещается только надстройка и развитие»

Д. И. Менделеев

Li и K. Конечно, там, где нельзя измерять, поневоле должно ограничиться сближением или сопоставлением, основанным на произвольно избранных признаках, часто лишенных точности. Но у элементов есть точно измеримые и никакому сомнению не подлежащие, то свойство, которое выражено в их атомном весе. По смыслу всех точных сведений о явлении природы, масса вещества есть именно такое свойство его, от которого должны находиться в зависимости все остальные свойства, потому что все они определяются подобными же условиями или такими же силами, какие действуют, определяя вес тела; он же прямо пропорционален массе вещества. Поэтому ближе или естественнее всего искать зависимости между свойствами и сходствами элементов, с одной стороны, и атомными их весами с другой.

Такова основная мысль заставляющая расположить все элементы по величине их атомного веса. Пример:

F =19; Cl = 35,5; Br = 80; I =127.

Na = 23; K = 39; Rb = 85; Cs = 133.

Mg = 24; Ca = 40; Sr = 87; Ba= 137.

Логически легко придти к заключению, что если все элементы расположить в порядке по величине

В своем учебнике «Основы химии» [1] Д. И. Менделеев рассматривал сходство элементов, которое может быть разносторонним и более или менее полным. Так, 1 или Ве по некоторым качествам сходны с № или К, в других с Mg или Са. Очевидно поэтому, что для верного суждения необходимы признаки не только качественные, но и количественные измерения. Когда некоторое свойство принадлежит измерению, оно перестает носить характер произвольной субъективности и придает сравнительную субъективность. к числу таких измеримых свойств и их соответствующих соединений принадлежат: а) изоморфизм, или сходство кристаллических форм и связанная с ним способность образовывать изомерные смеси; Ь) отношение объемов соответствующих соединений элементов; с) состав солеобразных соединений; d) отношение весов атомов элементов. далее он рассматривает эти четыре стороны дела, весьма важные для естественной, а потому и плодотворной систематики элементов, облегчающей не только первое знакомство с ними и с их соединениями, но и подробное их изучение.

Сходство элементов: 1 сходен в одном отношении с К, в других с Mg, Ве сходен с А1 и Mg. В Те много сходства с РЬ и Hg, но есть свойства, принадлежащие

атомного веса, то получится периодическое повторение свойств.

Это выражается законом периодичности: свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находится в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

В таком виде, как изложены здесь периодический закон и периодическая система элементов, явились в первом издании этого сочинения, начатом в 1868 г. и оконченном в 1871 г. «В начале 1869 г. я разослал многим химикам на отдельном листке «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», а в мартовском Заседании 1869 г. сообщил Русскому Химическому Обществу «О соотношении свойств с атомным весом элементов»» (табл. 1) [1].

СТРУКТУРА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

I период:

1

2

1э^1э2 2s = 2 элемента

II период:

3

10

III период:

2э + 6р =8 элементов

11

18

IV период:

251 + 6р=8 элем ентов

19

36

V период:

2э + 10d + 6р =18 элементов

37

54

VI период:

2э + 10d + 6р =18 элементов

55

86

VII период:

2э + Ы + 141' + 9d +6р= 32 элемента

87

118

VIII период:

2э + Ы + 141' + 9d + 6р =32 элемента

119

168

IX период:

2э + 18§ + 141' + 10d+6p=50 элементов

169

218

2э + 18§ + 141' + 10d + 6р=50 элементов

В 1968 г. член-корреспондент АН СССР В. И. Гольданский выдвинул гипотезу о строении восьмого периода. В нем будет 50 элементов. Здесь впервые появится совершенно новое семейство, которое можно назвать октадеканидами (от латинского слова, означающее число 18), 18 g-элементов. Сходства свойств у них должно быть еще больше, чем у лантанидов и актинидов. У лантанидов отличие в строении электронных оболочек существует лишь в третьей снаружи оболочке, то у октадеканидов — лишь в четвертой.

ФОРМЫ ГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ

а)

2 з 6 р

10 а

14 элементов Ьп

14 элементов Ас

б)

2 з 6 р

1 а 9 а

14 f

в)

28

18д

Ш

бр

1оа

Со времени открытия Периодического закона было предложено более 500 вариантов Периодической системы элементов. Среди них более 400 составляют табличные формы, а остальные — геометрические формы (изображение системы в виде аналитических кривых и др.). Цель этих попыток — полнее отобразить существующие связи и взаимозависимости между элементами, более четко выразить сходство и различие их свойств, а когда была создана теория строения атома — детально отразить последовательность формирования электронных конфигураций атомов, передать отдельные особенности этого процесса.

Для преподавания химии наиболее наглядной и удобной является короткая форма, 18-клеточная (схема - а). Она содержит наибольшую информацию о закономерностях изменения свойств элементов, их свойствах и различиях. Но здесь затруднено размещения лантанидов и актинидов. Они вынесены за пределы таблицы.

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН ►►►►►

В длинной форме (схема - б) 32-клеточной, лан-таниды и актиниды поставлены на место, в III группу, поэтому таблица раздвинулась.

Длиннопериодный вариант таблицы Менделеева (схема - в) с добавлением восьмого периода, включающего 18 g-элементов, вероятно будет 50-клеточным.

В принципе не возможен такой вариант таблицы, который бы идеально отражал все многообразие свойств элементов, их многочисленные сходства и различия, способность к химическим взаимодействиям, состав и свойства соединений. Никакие плоскостные и пространственные формы таблиц не способны решить эту задачу - трех измерений не достаточно. «Идеально», все охватывающую Периодическую систему элементов можно представить как фигуру в многомерном пространстве.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА XXI ВЕКА

I период

1 2

II период

3 10

III период

11 18

IV период

19 36

V период: 2э + 10d + 6р —> 18д

37 54

VI период: 2э + Ы + 14{ + 9d + 6р — 32$

55 86

VII период: 2э + Ы + 14{ + 9d + 6р — 32$

87 118

VIII период: 2э + 18§ + 14{ + 10d + 6р —50$

119 169

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

СИБОРГОВСКИй ВАРИАНТ Так будет по мнению ученых, выглядеть таблица предложенная в 1969 г. американским ученым, лауреатом Нобелевской премии Гленом Теодором Сиборгом (1912-1999 гг.). Этот человек достиг феноменального результата: он сумел заполнить 10 пустых клеток, на-

чиная с плутония. Сиборг — единственный ученый, имя которого было увековечено в названии химического элемента еще при жизни. Это открытый им Элемент № 106 «Сиборгий — Sg».

Долгое время ученые полагали, что Сиборговс-кий вариант правильный. Однако компьютерные расчеты показали, что ожидаемая простая закономерность в конце VIII периода должна нарушиться, в нем будет не 50, а 46 элементов. В IX периоде должно быть всего 8 элементов, как во II периоде, а в X периоде должны появиться п-элементы их будет только 2, как и в I периоде. Периодическая система как бы начнет свое существование заново и это будет новый виток новой спирали.

Эти результаты показывают, что Периодическая система вписывается в ряд всех естественно-научных фундаментальных законов, подчиняющихся двум правилам:

1) Законы работают абсолютно надежно и не знают исключений.

2) Законы имеют определенную область своего применения, вне которой они не «работают».

В настоящее время распространены две формы таблиц. В классической таблице (короткая форма) — 8 групп и каждая группа подразделяется на главную и побочную. В современном варианте, рекомендованном ИЮПАК (международный союз теоретической и прикладной химии), — 18 групп и подгрупп нет. Это

э d { q р-элементы. Лантаниды и актиниды вынесены за таблицу.

140-летие (1869-2009 гг.) Периодического закона Д. И. Менделеева — первая круглая дата XXI в., посвященная этому эпохальному событию. За истекшее время хорошо изучены прикладные аспекты периодичности свойств химических элементов. Это касается в первую очередь сферы образования. Менделеевский закон действительно — фундамент химического школьного образования. Теоретические же проблемы периодичности изучены не так подробно и нуждаются в дальнейших исследованиях. Обнаруживается философский характер некоторых вопросов, например, количественная взаимосвязь Периодического закона и периодической системы химических элементов. Ибо, как известно, общепринятая формулировка закона Менделеева даже с учетом работ Г. Мозли (1914) имеет качественный характер: «Свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов».

В публикациях последних лет даже появился вопрос: действительно ли открытие Менделеева — Закон, ведь отсутствует количественная формулировка. Если к этому добавить сотни вариантов графического изображения периодической зависимости, то становится понятным необходимость разработки количественных формулировок в системе химических элементов. В такой ситуации актуальным является выход научных исследований за рамки традиционных двумерных представлений в поисках более информативного третьего измерения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Менделеев Д. М. Сходство элементов и периодический закон. М.Л.: 1947. Т. 2. С. 70-99.

2. Семишин В. И. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. М.: Химия, 1972. 73 с.

3. Горбунов А. И., Филиппов Г. Г. Периодическая система химических элементов: симметрия, правильные конфигурации, третье измерение. М.: Аслан, 1996. 32 с.

4. Курамшан А. И. Периодический закон Д. И. Менделеева // Химия в школе. Методика преподавания. 2002. № 4. 39 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.