История развития периодического закона
и теории химического строения

Ключевые слова конспекта по химии для 11 класса: История развития периодического закона. Предпосылки открытия периодического закона и теории химического строения органических соединений. Роль личности в истории химии. Роль практики в становлении и развитии химической теории.

Читайте также по этой теме:

• Конспект для 8 класса «Периодическая система химических элементов«
• Конспект для 11 класса «Периодическая система химических элементов«

В 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев сформулировал периодический закон — фундаментальный закон природы. Современная формулировка периодического закона такова:

В формулировке Менделеева эта зависимость устанавливалась для атомных весов (сейчас мы их называем относительными атомными массами).

Теоретическую основу органической химии составляет теория химического строения органических соединений, сформулированная в 1861 г. Александром Михайловичем Бутлеровым.

Великие научные открытия, совершённые Д. И. Менделеевым и А. М. Бутлеровым, вносят значительный вклад в мировую химическую науку. Их идеи никогда не утратят своего значения, они только развиваются и углубляются на основе новых научных представлений.

Открытия объединяет то, что приоритет русских химиков пытались оспорить на Западе.

Нобелевскими премиями начали отмечать выдающиеся открытия в науке с 1901 г. До этого знаком международного признания учёного–хи–мика было вручение медали Дэви. Эту медаль в 1882 г. Лондонское королевское общество присудило Д. И. Менделееву «За открытие периодических соотношений атомных весов». Но уже через пять лет англичанин Дж. Ньюлендс получил медаль Дэви «За открытие периодического закона химических элементов».

Другой известный русский химик Владимир Васильевич Марковников, защищая приоритет А. М. Бутлерова в создании теории химического строения органических соединений, писал: «Обстоятельства сложились так, что мы не можем ожидать вполне беспристрастной оценки заслуг наших учёных со стороны Запада, в особенности, если там приходится решать между своим соотечественником и русскими».

Как нельзя лучше слова Марковникова подтверждает присуждение Нобелевской премии в 1906 г. не Д. И. Менделееву, а французскому химику Анри Муассану за открытие фтора. Может быть, в этом решении комитета сыграл свою роль тот факт, что кандидатура Менделеева была представлена Академией наук Германии, а не России. Отношение чиновников от науки к отечественным учёным красноречиво иллюстрирует тот факт, что Менделеев так pi не был избран членом Российской академии, хотя баллотировался в неё не раз. И это тогда, когда он уже был почётным членом почти всех европейских Академий.

Новый, 101–й, химический элемент, полученный в 1955 г. группой американских учёных во главе с Гленном Сиборгом, был назван «менделевий» в честь величайшего русского химика.

Сравним предпосылки периодического закона и теории химического строения органических соединений.

Как и большинству выдающихся научных открытий, периодическому закону предшествовало накопление фактического материала: науке были известны 63 химических элемента и описаны свойства их многочисленных соединений.

Количество известных органических веществ ко времени создания теории (от греч. theoria — рассмотрение, исследование) химического строения насчитывало десятки тысяч. Это многообразие веществ состояло лишь из нескольких элементов: углерода, водорода, кислорода, реже — азота, фосфора и серы.

Фридрих Вёлер в письме к Берцелиусу так описывал органическую химию того времени: «Органическая химия может сейчас кого угодно свести с ума. Она кажется мне дремучим лесом, полным удивительных вещей, безграничной чащей, из которой нельзя выбраться, куда не осмеливаешься проникнуть…»

Следующая предпосылка открытия периодического закона — обобщение работ предшественников.

Первые попытки классификации химических элементов предприняли шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус, немец Иоганн Вольфганг Дёберейнер, француз Александр Эмиль Шанкуртуа, англичанин Джон Александр Ньюлендс.

Й. Я. Берцелиус разделил все элементы на металлы и неметаллы на основе различий свойств образованных ими простых и сложных веществ. Так, металлам соответствуют основные оксиды и основания, а неметаллам — кислотные оксиды и кислоты. Классов было только два и они включали значительно отличающиеся друг от друга элементы. Наличие амфотерных оксидов и гидроксидов у некоторых металлов вносило путаницу в предложенную Берцелиусом классификацию.

И. Дёберейнер разделил элементы по три на основе сходства образуемых ими веществ так, чтобы в триадах сходных по свойствам элементов (например, литий — натрий — калий, сера — селен — теллур, хлор — бром — иод, марганец — хром — железо) атомная масса среднего была примерно равна полусумме атомных масс двух крайних (проверьте эту закономерность для приведённых триад). Работа И. Дёберейнера послужила подтверждением мысли о наличии определённой связи между атомными массами и свойствам!! элементов. Но ему удалось составить лишь четыре триады, все известные в то время элементы он не сумел классифицировать таким образом.

Профессор Парижской горной школы А. Шанкуртуа расположил элементы в порядке увеличения атомных масс на поверхности воображаемого цилиндра по спирали. Каждый виток спирали содержал по семь элементов. Друг под другом в соседних витках оказались элементы со сходными свойствами.

В 1865 г. английский химик Дж. Ныолендс, располагая элементы в порядке возрастания их атомных масс, заметил, что элементы можно сгруппировать по семь в таком порядке, что каждый восьмой элемент будет похож по свойствам на первый. Не правда ли, просматривается аналогия с музыкальной октавой: за нотами от «до» до «си» следует новая семёрка, снова начинающаяся с ноты «до»? Ныолендс назвал своё открытие «законом октав». Он даже составил таблицу, пронумеровав известные элементы, и получил горизонтальные ряды элементов, многие из которых имели схожие свойства.

На труды предшественников опирался и А. М. Бутлеров при разработке своей теории. Так, французские химики Луи Гитон де Морво и Антуан Лавуазье ввели термин «радикал», а Йёнс Берцелиус, Юстус Либих, Жан Дюма предложили теорию радикалов. Берцелиус ввёл термин «изомерия». Не только предшественниками, но и соавторами теории химического строения органических соединений считаются немецкий химик Август Кекуле и шотландский химик Арчибальд Купер.

В 1858 г. А. Купер предложил обозначать химические связи между отдельными атомами в молекуле с помощью чёрточек. В том же году А. Кекуле впервые обратил внимание на то, что углерод в органических соединениях всегда четырёхвалентен. Кекуле и Купер практически одновременно обнаружили способность атомов углерода соединяться друг с другом, образуя различные цепи: линейные, разветвлённые и циклические. Кекуле пришёл к выводу, что молекула бензола имеет циклическое строение с чередующимися одинарными и двойными связями. Однако впервые термин «химическое строение», обозначавший порядок соединения атомов в молекуле согласно их валентности, предложил именно Бутлеров.

Большое значение в становлении теории химического строения сыграли успехи синтеза органических соединений, в результате которых было развеяно учение о витализме, т. е. о «жизненной силе».

Ещё одной предпосылкой создания теории следует считать конгресс химиков в г. Карлсруэ (Германия) в 1860 г., где утвердились понятия «атом», «молекула», «относительная молекулярная масса» (так называли атомный вес). На этом конгрессе Д. И. Менделеев присутствовал в качестве наблюдателя. А. М. Бутлеров в работе конгресса не участвовал, но активно изучал его материалы и в 1861 г. на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в г. Шпейере выступил со знаменитым докладом «О химическом строении веществ».

Все эти предпосылки следует отнести к разряду объективных. Однако немалую роль сыграли и личностные качества русских химиков. Они обладали энциклопедическими знаниями, умением анализировать и обобщать факты, делать научные прогнозы и подтверждать их на практике. Недаром Д. И. Менделеев говорил об А. М. Бутлерове: «Бутлеров — один из величайших русских учёных, он русский и по учёному образованию, и по оригинальности трудов».

Как утверждают философы, научный закон или теория выполняют следующие функции:

• систематизируют факты;
• объясняют факты;
• прогнозируют новые факты.

Так, на основе своего закона Д. И. Менделеев предсказал, описал свойства и указал пути открытия ещё неизвестных науке элементов: галлия, скандия и германия. А. М. Бутлеров получил в лаборатории соединение, совпадающее по составу с газом бутаном, но отличающееся от него физическими свойствами и назвал вещество изобутаном.

Следовательно, практика предоставила богатый фактический материал для создания этих выдающихся теоретических открытий, т. е. стала источником познания. Затем после получения предсказанных элементов и органических веществ практика подтвердила истинность периодического закона и теории строения органических соединений, т. е. послужила критерием истины.

Пророческими оказались слова Д. И. Менделеева: «Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройка и развитие обещаются». Ведь великий русский химик открыл закон, создал систему, когда о сложном строении атома учёные только догадывались.

Слова А. М. Бутлерова созвучны сказанному Д. И. Менделеевым: «Само собой разумеется, что, когда мы будем знать ближе натуру химической энергии, самый род атомного движения — когда законы механики получат и здесь приложения, тогда учение о химическом строении падёт, как падали прежние химические теории. Но, подобно большинству этих теорий, она падёт не для того, чтобы исчезнуть, а для того, чтобы войти в изменённом виде в круг новых и более широких воззрений». Основное направление развития теории химического строения — изучение пространственного и электронного строения соединений.

Конспект урока по химии «История развития периодического закона и теории химического строения». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии