Страница 196 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Какие трудности возникли у Д. М. Менделеева при составлении Периодической системы?

При создании Периодической системы химических элементов Дмитрий Иванович Менделеев столкнулся с рядом серьезных трудностей, которые требовали не только глубоких знаний, но и научной интуиции и смелости. Основные проблемы были следующими:

1. Неточность атомных масс

Во времена Менделеева атомные массы многих из 63 известных на тот момент элементов были определены с ошибками. Поскольку основным принципом систематизации было возрастание атомной массы, эти неточности создавали путаницу и нарушали логику расположения элементов. Менделееву пришлось, основываясь на химических свойствах и наблюдаемой периодичности, исправлять атомные массы некоторых элементов. Например, он изменил атомную массу бериллия ($Be$) с 13,5 на 9,4, что позволило поместить его во вторую группу между литием и бором. Также были скорректированы массы урана ($U$), индия ($In$), тория ($Th$) и церия ($Ce$).

2. Существование еще не открытых элементов

Менделеев был настолько уверен в своем законе, что не пытался «втиснуть» все известные элементы в таблицу, если это нарушало периодичность. Вместо этого он смело оставлял пустые клетки для элементов, которые, по его мнению, еще не были открыты. Более того, он предсказал их существование и с удивительной точностью описал их свойства (атомную массу, плотность, температуру плавления, характер оксидов и т.д.). Так были предсказаны «экаалюминий» (открыт в 1875 г. как галлий, $Ga$), «экабор» (открыт в 1879 г. как скандий, $Sc$) и «экасилиций» (открыт в 1886 г. как германий, $Ge$). Успешное открытие этих элементов стало триумфом Периодического закона.

3. Нарушение порядка возрастания атомных масс (аномальные пары)

В нескольких случаях для сохранения логики химических свойств Менделееву пришлось пойти против своего же основного принципа и расположить элементы не в порядке строгого возрастания их атомных масс. Самый известный пример — пара теллур ($Te$, атомная масса ≈ 127,6) и йод ($I$, атомная масса ≈ 126,9). По массе йод должен был стоять перед теллуром, но по химическим свойствам теллур явно относился к подгруппе селена, а йод — к галогенам. Менделеев поставил химическое сходство выше формального порядка масс, предположив неточность в измерениях. Позже выяснилось, что фундаментальной характеристикой является не атомная масса, а заряд ядра (атомный номер), что и объяснило эти «аномалии». Другие подобные пары: аргон ($Ar$) и калий ($K$), кобальт ($Co$) и никель ($Ni$).

4. Размещение редкоземельных элементов (лантаноидов)

Группа элементов от лантана ($La$) до лютеция ($Lu$) обладает очень схожими химическими свойствами, что делало их классификацию и размещение в таблице чрезвычайно сложной задачей. Менделеев понимал, что для них требуется особое место, но в его первоначальных вариантах таблицы этот вопрос не был решен окончательно. Современная форма таблицы с вынесенными в отдельный блок лантаноидами и актиноидами появилась значительно позже.

5. Отсутствие теоретического объяснения периодичности

Менделеев открыл Периодический закон как эмпирическую закономерность, не зная ее физической причины. В то время еще не было представления о сложном строении атома, об электронах, протонах и электронных оболочках. Причина, по которой свойства элементов периодически повторяются, стала ясна только в XX веке с развитием квантовой механики и созданием модели строения атома. Работа Менделеева была гениальным обобщением фактов при полном отсутствии теории, объясняющей эти факты.

Ответ: Основными трудностями, с которыми столкнулся Д. И. Менделеев, были: неточность атомных масс многих известных элементов, что требовало их исправления; необходимость оставить пустые клетки для еще не открытых элементов и предсказать их свойства; наличие «аномальных пар» элементов, которые пришлось расположить вопреки порядку возрастания атомных масс для сохранения химической логики; проблема с классификацией и размещением очень похожих друг на друга редкоземельных элементов; а также полное отсутствие на тот момент теоретической базы (знаний о строении атома) для объяснения причин открытого им Периодического закона.