CC BY
228
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
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.
