XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Периодический закон и Периодическая система Д.И.Менделеева. Их значение.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность темы:
Периодический закон – основа современной химии. Периодическая система позволяет на основе закономерностей обобщать, делать выводы, предвидеть. Они лежат в основе решения современных задач химической науки и промышленности.
Цели:
Изучить литературу по данной теме. Ознакомиться с областями применения, с работами по получению новых полимерных и полупроводниковых материалов, жаропрочных сплавов, веществ с заданными свойствами, по использованию ядерной энергетики, недр Земли, Вселенной…
Донести до слушателей уникальность открытия Д.И.Менделеева. Доказать то, что открытие Периодического закона ознаменовало собой начало современного нам этапа развития химии. Каждый из нас еще со школы знакомится с периодической системой и умеет ей пользоваться, однако не каждый углубляется в ее многофункциональность и значимость.
Задачи
темы заключаются в следующем: обеспечить понимание значения периодического закона и периодической системы для развития науки и производства, показать на примере учения о периодичности объясняющую, обобщающую и прогнозирующую роли научной теории, роль практики в процессе познания.
Жизнь и деятельность Д.И.Менделеева
Дмитрий Иванович МЕНДЕЛЕЕВ (1834 г.р.) — гениальный русский учёный и общественный деятель. Широко известен как химик, физик, экономист, метролог, технолог, геолог, метеоролог, педагог, воздухоплаватель.
В 1849 г. окончил Тобольскую гимназию и в конце лета 1850 года был зачислен на физико-математический факультет Главного педагогического института, который окончил в 1955 году с золотой медалью.
В 1857 г. Д.И. Менделеев блестяще защитил диссертацию на тему: «Удельные объемы». Сразу после защиты он получил должность приват-доцента на физико-математическом факультете Петербургского университета. После переезда в Петербург Д.И. Менделеев читает лекции по теоретической и органической химии в Петербургском университете и ведет практические занятия со студентами. Ученый проводит также исследования в области физической и органической химии. К этому времени относятся и его первые работы технологического характера.
Творчество Д. И. Менделеева поражает своей широтой и многогранностью. В круг его интересов попадали вопросы как теоретические, так и практические, продиктованные временем. Д. И. Менделеев умел заниматься сразу несколькими проблемами. Работая в конце 60-х годов над ставшим классическим трудом «Основы химии», ученый пришел к открытию Периодического закона. В эти же годы он продолжает заниматься вопросами сельского хозяйства, в частности, его интересует развитие животноводства и промышленности по переработке сельскохозяйственных продуктов.
В 70-е годы, изучая свойства разреженных газов, Менделеев создает точные приборы для измерения давления и температуры верхних слоев атмосферы. Он увлекается одной из интереснейших проблем того времени — конструированием летательных аппаратов.
В 80-х годах ученым были осуществлены фундаментальные исследования по изучению природы растворов. В начале 90-х годов Д. И. Менделеев, опираясь на результаты этих исследований, получил новое вещество — пироколлодий — и на его основе разработал технологию производства бездымного пироколлодийного пороха.
Еще одна отличительная черта творчества Менделеева его неослабевающий интерес к новым достижениям науки и культуры, преподавательской (педагогической) деятельности, промышленности, кораблестроения, воздухоплавания, метрологии, сельского хозяйства. Ученый находится в постоянном движении — знакомится с научными лабораториями, осматривает промышленные предприятия, месторождения полезных ископаемых, животноводческие фермы и опытные поля, посещает художественные выставки. Он активный участник, а порой и организатор научных съездов, промышленных и художественных выставок, активный общественный деятель.
Д.И. Менделеев являлся почетным доктором многих университетов и почетным членом Академий и научных обществ ведущих стран мира. Авторитет ученого был огромен. Его научный титул составляли более ста названий. Почти все крупные учреждения — академии, университеты, научные общества — как в России, так и за рубежом, избрали Д.И. Менделеева своим почетным членом. Однако свои произведения, официальные обращения ученый подписывал просто: «Д. Менделеев» или «профессор Менделеев».
Периодический закон Д.И.Менделеева
В 1867 году Дмитрий Иванович Менделеев возглавил в университете кафедру общей химии. Готовясь к изложению своего предмета ему было нужно создать не курс химии, а настоящую, цельную науку химию с общей теорией и согласованностью всех частей этой науки. Эту задачу он с блеском выполнил в своем капитальном труде учебнике «Основы химии».
Работать над учебником Менделеев начал в 1867 г., а закончил — в 1871 г. Книга выходила отдельными выпусками, первый появился в конце мая — начале июня 1868 г.
В процессе работы над 2-й частью «Основ химии», Менделеев постепенно переходил от группировки элементов по валентности к их расположению по сходству свойств и атомному весу. В середине февраля 1869 г. Менделеев, продолжая обдумывать структуру последующих разделов книги, вплотную подошел к проблеме создания рациональной системы химических элементов. Периодический закон и «Основы химии» открыли новую эпоху не только в химии, но и во всём естествознании. Сегодня этот закон имеет значение глубочайшего закона природы.
«По-видимости, Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает», говорил Д. И. Менделеев.
Эти пророческие слова ученого полностью оправдались. Дальнейшее развитие атомной физики не только не опровергло Периодический закон, но стало его теоретической основой.
Есть красивая легенда о том, что свою таблицу Менделеев увидел во сне, а утром проснулся и записал ее. На самом деле, это просто миф. Сам ученый много раз говорил, что созданию и совершенствованию периодической таблицы элементов он посвятил 20 лет своей жизни: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».
Рукописный вариант таблицы «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве»
В отличие от своих предшественников Менделееву удалось составить таблицу, в которую вошли все известные элементы, расположенные по определенной системе. При этом, некоторые клетки он оставил незаполненными, примерно вычислив атомные веса некоторых элементов и описав их свойства.
Русскому ученому хватило смелости и дальновидности заявить, что открытый им закон является всеобщим законом природы и назвал его «периодическим законом». Сказав «а», он пошел дальше и исправил атомные веса элементов, которые не вписывались в таблицу. При более тщательной проверке, оказалось, что его исправления верны, а открытие описанных им гипотетических элементов стало окончательным подтверждением истинности нового закона: практика доказала справедливость теории.
Периодический закон Дмитрия Ивановича Менделеева — один из фундаментальных законов природы, который увязывает зависимость свойств химических элементов и простых веществ с их атомными массами. В настоящее время закон уточнен, и зависимость свойств объясняется зарядом ядра атома.
Значение Периодического закона и Периодической системы химических элементов
Особо хочу отметить, что 2019 год был посвящен 150-летию Периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева.
Благодаря ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ Д.И.Менделеева
(Периодическая система - графическое выражение периодического закона. Естественный ряд химических элементов - ряд химических элементов, выстроенных по возрастанию числа протонов в ядрах их атомов, или, что то же самое, по возрастанию зарядов ядер этих атомов. Порядковый номер элемента в этом ряду равен числу протонов в ядре любого атома этого элемента.):
- сложилось современное понятие о химическом элементе;
- были уточнены представления о простых веществах и соединениях;
- появление периодической системы открыло новую, научную эру в истории химии и ряде смежных наук появилась стройная система, на основе которой стало возможным обобщать, делать выводы, предвидеть;
- подтвердились наиболее общие законы развития природы, является всеобщим законом природы;
- данные легли в основу решения современных задач химической науки и промышленности;
- она стала основой для естествознания. И для многих других наук и не только.
Это интересно: Периодическая система связана еще с географией. Название химических элементов берут от наименований городов, стран, континентов, в котором их открыли. Такие как: Франций, Германий, Иртий и др.
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН:
(Периодический закон химических элементов (современная формулировка): свойства химических элементов, а также простых и сложных веществ, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от значения заряда из атомных ядер.)
- обобщил большое число природных закономерностей;
- в таблицу, графически представляющую закон, включаются не только все известные элементы, но и те, которые открывают до сих пор;
- все новые открытия не повлияли на актуальность закона и таблицы;
- таблица совершенствуется и изменяется, но ее суть осталась неизменной;
- позволил уточнить атомные веса и другие характеристики некоторых элементов, предсказать существование новых элементов;
- химики получили надежную подсказку, как и где искать новые элементы. Это послужило научной базой прогнозирования в химии;
- кроме этого, закон позволяет с высокой долей вероятности заранее определять свойства еще неоткрытых элементов;
- сыграл огромную роль в развитии неорганической химии в 19-м веке;
- основа современной химии. Химия стала единой целостной наукой. Перестала быть описательной наукой;
- его открытие дало мощнейший толчок в развитии физических и химических знаний;
- были разработаны теории строения атома и химической связи.
Строение атома
Строение атома связано с положением элемента в Периодической системе. Зная строение атома, можно предсказать свойства элемента и его соединений. Эти свойства находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов элементов, в соответствии с Периодическим законом Менделеева.
АТОМ — это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Число электронов в ходе химических процессов может изменяться, но заряд ядра всегда остается неизменным. Зная распределение электронов в атоме (строение атома), можно предсказать многие свойства данного химического элемента, а также простых и сложных веществ, в состав которых этот элемент входит.
Кратко схему строения атома можно представить в следующем варианте:
Выводы
Перечисляя значение Периодического закон и Периодической система Д.И.Менделеева, можно назвать ее универсальной и уникальной, применимой во всех практических областях.
Металлурги, например, использовали периодическую таблицу, для того, чтобы заменить какой-либо металл для сплава. Да и благодаря графическому изображению в виде таблицы во всех образовательных учреждениях стало легче изучать строение, свойства элемента. Она помогла в решение задач, где приходилось рассчитывать молярный вес химического вещества, способствует составлению конфигурации элемента.
Много можно говорить и приводить примеров того, что периодическая система - это фундаментальное открытие, которое находит место во всех сферах. В ближайшие годы возможно и открытие химических элементов, не вписывающихся в таблицу Менделеева, что, несомненно, заставит расширить границы познания.
Но на этом моя исследовательская заканчивается и теперь остается только обобщить и сделать выводы.
Делая выводы по проделанной работе можно сказать, что поставленная цель достигнута.
Надеюсь, что эта исследовательская работа, систематизирующая информацию по данной теме, будет полезной и интересной. Возможно, она поможет углубить знания о периодической системе, узнать что-то новое для себя и возникнет желание изучить эту тему в более широком формате.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Бояринцев, В. И. Великий русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев / В.И. Бояринцев. - М.: Русская правда, 2014;
Великие ученые. Ломоносов. Менделеев. Вернадский (комплект из 3 книг). - М.: Молодая Гвардия, 2010;
Габриелян О.С. и др. Химия 11 кл. М., Дрофа, 2002;
Морозов, Н.А. Д.И. Менделеев и значение его периодической системы для химии будущего / Н.А. Морозов. - М.: Книга по Требованию, 2012;
Тищенко, В. Е. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период 1861 - 1890 гг. / В.Е. Тищенко, Н М. Н, Младенцев. - М.: Наука, 1993;
Фигуровский, Н. А. Дмитрий Иванович Менделеев. 1834-1907 / Н.А. Фигуровский. - М.: Наука, 1983;
https://ru.wikipedia.org;
https://muctr.ru (Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева);
интернет.