Одним из великих достижений российской науки XIX века было открытие периодического закона химических элементов Дмитрием Ивановичем Менделеевым
Рис. 1. Д. И. Менделеев
Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907гг.) — выдающийся русский учёный, физик, химик, метеоролог, геолог и педагог (рис.1.). Родился 8 февраля 1834 года в Тобольске. Обучался в гимназии, директором которой был его же отец, в период с 1841 до 1849 года. В младших и средних классах учился неважно: особенно недолюбливал латынь, чистописание и Закон Божий. Будущий выдающийся химик имел тройку по химии.
Одним из учителей Димы, а именно учителем словесности в Тобольской гимназии был известный поэт Пётр Павлович Ершов (1815–1869гг.), перу которго принадлежит сказка «Конёк-Горбунок» (1834 г.). Пётр Ершов преподавал в гимназии с 1844 года, родился, как и Менделеев в Тобольске. (рис.2.)
Рис. 2. Учитель словесности Ершов Пётр Павлович
В 1847 году в жизни Дмитрия происходят значительные перемены. После смерти отца, осознав необходимость быть опорой для своей матери, Дмитрий стал более усердно заниматься учёбой. В старших классах он с особым интересом изучает математику, географию и физику. В 1849 году Дмитрий достаточно хорошо заканчивает своё обучение в гимназии (в аттестате будущего учёного имеется лишь две тройки). Давая характеристику своему выпускнику, П. П. Ершов отмечал необыкновенную эрудицию Менделеева, «его начитанность и стремление к познанию».
В 1850 году Менделеев поступил на физико-математический факультет Главного Педагогического Института Санкт-Петербурга. Дмитрий Менделеев, в 1855 году блестяще сдаёт выпускные экзамены и заканчивает институт с золотой медалью. Ему принадлежит докторская диссертация на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою» (1865г.).
Жизнь и творчество Д. И. Менделеева вызывают интерес у наших современников. Учёный трижды номинировался на Нобелевскую Премию в 1905, 1906, 1907-ом годах. Являлся членом многих зарубежных академий и учёных обществ.
Человечество издревле проявляло особый интерес к законам мироздания. Древний человек пытался познавать окружающий мир, хотел улучшить условия своего труда и проживания. Он создал колесо, научился разводить огонь и т. д. Стремление к познанию и способность мыслить отличает людей от животных.
Представления о мироустройстве в своих произведениях отражали древнегреческие философы, такие как, Фалес, Эпикур, Тит Лукреций Кар. Важнейшим положением натурфилософии Эпикура является принцип сохранения материи.
Позже этот закон был описан Лейбницем в 1686 году, а ещё позже М. В. Ломоносовым, в 18 веке, что свидетельствует о связи разновременных научных мыслей в среде философов и учёных..
Эпикур первым предположил, что все тела состоят из атомов — мельчайших неделимых частиц. Последователь Эпикура Тит Лукреций Кар написал философскую поэму в стихах «О природе вещей», в основе которой лежит научное объяснение явлений, материи и Вселенной. Отрывок из этой поэмы использовал Михаил Васильевич Ломоносов как эпиграф к своей книге «Первые основания металлургии, или рудных дел». М. В. Ломоносов был великим физиком, химиком, астрономом, работал в одной области с Д. И. Менделеевым, но задолго до него.
В разные эпохи, периоды развития культуры и науки, учёные люди утверждали свои варианты, как образования Вселенной, так и свойства материи и многое другое.
Таким образом, и наш герой, в 19-м веке хотел понять, что такое материя, из чего она состоит и какие имеет свойства. Он сумел систематизировать известную информацию о химических элементах и классифицировал её в стройную упорядоченную таблицу. Причём необходимость систематизации стояла уже давно. А что же такое химический элемент? Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер.
Менделеев первый понял, что физические и химические свойства элементов были связаны с их атомной массой. Постепенно он понял, что с изменение атомного веса меняются и свойства элементов. В этой теории Менделеев долгое время работал, чтобы в графическом изображении привести химические элементы к строгой последовательности, периодичности, потому закон и назван периодическим. В таблице учёный расположил их в порядке возрастания их атомной массы. Менделеев вспоминал, что после тяжёлой продолжительной работы он заснул, а во сне ему приснились верно расположенные в таблице элементы. В конце февраля 1869 года была завершена таблица элементов. А 1-го марта была опубликована в журнале.
Я заинтересовался возможностью прогнозирования открытия новых химических элементов. Простыми словами, мне было интересно узнать, а можно ли самому определить атомную характеристику неизвестного элемента в домашних условиях.
Рис. 3. Относительные показатели атомной массы от кол-ва электронов первых 10 х.э. (хим.эл.) П. С. Д.И. Менделеева
Рис. 4.Относительные показатели зависимости атомной массы от кол-ва электронов последних 10 х.э. П. С. Д.И. Менделеева
Проведённый мной математический анализ основан изначально на абсолютных показателях, т. е. атомных массах 10-ти идущих друг за другом элементов, но он оказался необьективным, поскольку абсолютные показатели непостоянны и не имеют строгой закономерности. Затем проводил другой математический анализ, в котором брались атомные массы элементов и делились на количество электронов атома этого элемента.
Это анализ по относительным показателям, так как они более точны. Результатом этого анализа являются графики, которые показывают, что масса каждого последующего химического элемента больше приблизительно на равный показатель в сравнении с предыдущим элементом (рис.3 и 4.). Дело в том, что количество электронов равно порядковому номеру элемента в таблице, из этого получается, что чем дальше в просторах таблицы находится элемент, тем больше электронов у него и тем больше его масса. К примеру, у водорода, первого по расположению элемента всего один электрон, а у крайнего 118-го их 118, это вещество является радиоактивным.
В результате проведённого опыта я открыл такое понятие, как удельная атомная масса, приходящаяся на 1 электрон.
Вернёмся к Менделееву. В 20 веке с его теорией, основанной на атомной массе, как на главном признаке элемента не согласился английский физик Эрнест Резерфорд. В 1911 году стало известно, что величиной постоянной химических элементов является заряд ядра, о чём Менделеев не догадывался.
Периодический Закон учёные часто называют нулевым законом мироздания, поскольку именно он является фундаментом всех последующих научных открытий.
В наше время Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева — основа современной химии и физики, отражающая закономерность явлений, существующих в природе.
В 1871 году окончательно объединил идеи в Периодический Закон. Учёный предсказал характеристики трёх новых химических элементов и описал их химические свойства. В дальнейшем расчеты химика полностью подтвердились — галлий, скандий и германий полностью соответствовали тем свойствам, которые им приписал Менделеев.
Может быть, заряд ядра на самом деле не главная черта элементов, а лишь одна из них. Что если сгруппировать их по какому-нибудь другому признаку? Тогда результатом будет совсем другая таблица.
Задолго до грандиозного открытия человечеству были известны такие вещества, как серебро, медь, ртуть, золото, железо, олово, фосфор и др. В 1869 году в таблице насчитывалось 63 химических элемента, а в 2015 году таблицу завершил 118-ый (!) элемент. Кстати, именем создателя назван 101-ый химический элемент — менделевий.
Рис. 5. Фотография музея занимательных наук имени Д. И. Менделеева
Науке теперь известно, что материя состоит, в порядке увеличения, из элементарных частиц, далее из атомов, далее молекул, далее химических элементов и, наконец, клеток, самых больших составляющих. В клетку входят все перечисленные выше частицы.
Рис. 6. В музее занимательных наук имени Д. И. Менделеева
На родине Менделеева, в Тобольске, я был летом 2018 года, приехал для занятий живописью. Будучи в Тобольске мне довелось познакомиться с исторей, архитектурой и искусством этого красивого сибирского края. Много нового для себя открыл на экскурсии в «музее занимательных наук имени Д. И. Менделеева» (рис.5 и 6).
Тобольск славится своим Белокаменным Кремлём и многочисленными достопримечательностями, которые посещал наш герой в годы своей жизни. Он бывал в Софийском соборе и храме Архангела Михаила (рис.7 и 8). В Тобольске я узнал интересные факты его биографии, которыми поделился в статье. Знания, накопленные в ходе поездки помогают мне в освоении предмета химии.
Рис. 7. Семёнов А. Э. «Софийский собор» (1745 г.) акварель, 2018 г.
Рис. 8. «Храм Архангела Михаила» (1621 г.) акварель, 2018 г.
Литература:
- Таблица Менделеева // ИСТОРИЯ.РФ. URL: https://histrf.ru/lenta-vremeni/event/view/tablitsa-miendielieieva (дата обращения: 06.07.2019).
- Периодическая система химических элементов // ВикипедиЯ. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 01.02.2019).
- О. С. Габриелян, Г. А. Шипарева. Учебник по химии 8 класс. — 2-е изд. — М.: Дрофа, 2019г.. — 287 с.
[1] Статья приурочена к 2019 году — Международному году таблицы Д. И. Менделеева.
