Презентация, доклад по химии Д.И. Менделеев

Яков Гришков Андрей
Руководитель: преподаватель химии Шишкина Т.В.

МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович (1834-1907)

закон и строение атома
Периодическая система химических элементов и строение атома
Роль открытия
Работы в области органической химии
Гидратная теория растворов
Заключение
Информационные ресурсы

и юность

Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в г. Тобольске в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. В 1849 г. окончил Тобольскую гимназию. По правилам тех лет Дмитрий должен был продолжать свое образование в Казанском университете, к которому была приписана гимназия. Однако желание матери дать младшему сыну престижное столичное образование, было непреклонным, и в 1849 году семья отправилась в Москву. Из-за бюрократических препонов поступить в Московский университет Дмитрию не удалось, и в 1850 году Менделеевы переехали в Петербург. В конце лета 1850 года, после вступительных экзаменов, Дмитрий Менделеев был зачислен на физико-математический факультет Главного педагогического института.

в связи с плохим состоянием здоровья Д.И. Менделеев был направлен в Симферопольскую гимназию, где пробыл недолго, так как перешел на работу в Одесскую гимназию. Здесь наряду с педагогической деятельностью он подготовился к экзаменам на ученую степень магистра и написал магистерскую диссертацию – «Удельные объемы». В октябре 1856 г. он успешно защитил ее в Петербургском университете, а через несколько недель – вторую диссертацию на право чтения лекций, что дало ему возможность перейти на работу в Петербургский университет. В 1857 г. в возрасте 23 лет Д.И. Менделеев получил доцентский курс «Теоретическая и историческая часть химии», а с осени 1857 г. приступил к чтению курса органической химии. Таким образом, после двух лет пребывания в университете Д.И. Менделееву поручают чтение самостоятельного курса. В 1859 г. Петербургский университет предоставляет ему, как одному из выдающихся преподавателей, заграничную командировку «для усовершенствования в науках». После краткого путешествия по Европе Д.И. Менделеев выбрал для работы небольшой немецкий город Гейдельберг, где трудился известный химик Р. В. Бунзен.
На свои скромные командировочные суммы он устроил в своей квартире небольшую лабораторию, где провел в течение двух лет кропотливое исследование по определению поверхностного натяжения жидкостей при различных температурах. Здесь ему удалось сделать крупное открытие – установить существование «температуры абсолютного кипения», которая 10 лет спустя была вновь открыта англичанином Т. Эндрюсом и названа им «критической температурой».

Дмитрий Менделеев, 1855 г.

Научная и педагогическая деятельность

Д.И. Менделеев полностью отдается научной, педагогической и общественной деятельности. В 1863 г. он получил место профессора Петербургского технологического института. В 1865 г. он защитил диссертацию «О соединениях спирта с водой» на степень доктора химии, а в 1867 г. получил в университете кафедру неорганической (общей) химии, которую и занимал в течение 23 лет. Приступив к подготовке лекций, он обнаружил, что ни в России, ни за рубежом нет курса общей химии, достойного быть рекомендованным студентам. И тогда он решил написать его сам. Эта фундаментальная работа, получившая название «Основы химии», выходила в течение нескольких лет отдельными выпусками. Первый выпуск, содержащий введение, рассмотрение общих вопросов химии, описание свойств водорода, кислорода и азота, был закончен сравнительно быстро — он появился уже летом 1868 г. Но, работая над вторым выпуском, Менделеев столкнулся с большими затруднениями, связанными с систематизацией и последовательностью изложения материала, описывающего химические элементы. Сначала Дмитрий Иванович Менделеев хотел сгруппировать все описываемые им элементы по валентностям, но потом выбрал другой метод и объединил их в отдельные группы, исходя из сходства свойств и атомного веса. Размышление над этим вопросом вплотную подвело Менделеева к главному открытию его жизни, которое было названо Периодическая система Менделеева.

Научная и педагогическая деятельность

элементов Д.И. Менделеев положил два их основных и постоянных признака: величину атомной массы и свойства. Он выписал на карточки все известные сведения об открытых и изученных в то время химических элементах и их соединениях. Сопоставляя эти сведения, ученый составил естественные группы сходных по свойствам элементов, сравнение которых между собой показало, что даже элементы несходных групп имеют объединяющие их признаки. Например, близки по значениям атомные массы фтора и натрия, хлора и калия (инертные газы еще не были известны), следовательно, щелочные металлы и галогены можно поставить рядом, выстраивая химические элементы в порядке возрастания атомных масс. Так Д.И. Менделеев объединил естественные группы химических элементов в единую систему. При этом он обнаружил, что свойства элементов изменяются в пределах определенных их совокупностей линейно (монотонно возрастают или убывают), а затем повторяются периодически, то есть через определенное число элементов встречаются сходные. Ученый выделил периоды, в которых свойства химических элементов и образованных ими веществ закономерно изменяются.
На основании этих наблюдений Д.И. Менделеев сформулировал Периодический закон, который в соответствии с принятой в настоящее время терминологией звучит так: «Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от их относительных атомных масс».
Днем рождения великого закона считается 1 марта 1869 г.

Открытие периодического закона

(по периодам) периодичности есть также периодичность вертикальная (по группам) и диагональная. Именно учет всех видов периодичности позволил Д.И. Менделееву не только предсказать, описать свойства веществ, образованных еще не открытыми химическими элементами, но и указать путь их открытия, природные источники (руды и соединения), из которых могли быть получены соответствующие простые вещества.

закона, данная Д.И. Менделеевым, не могла быть точной и полной с современной точки зрения, так как она соответствовала состоянию науки на тот период времени, когда не было известно строение атома. Поэтому новые научные открытия вступили с ней в противоречие.
Так, были открыты изотопы – разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа. Очевидно, что ядра изотопов одного химического элемента имеют одинаковое число протонов, но различаются числом содержащихся в них нейтронов.
Изотопы известны для всех химических элементов. В природе большинство их существует в виде смеси изотопов. Относительная атомная масса элемента равна среднему значению относительных атомных масс всех его природных изотопов с учетом их распространенности. В таблице Периодической системы под символами химических элементов приведены средние значения их относительных атомных масс.
Наличие изотопов доказывает, что свойства химических элементов определяются не столько их атомной массой, как предполагал Д.И. Менделеев, сколько зарядом атомных ядер. Этим и объясняется положение в Периодической системе нескольких пар элементов, размещенных с нарушением принципа возрастания относительных атомных масс. В том-то и гениальность, проявление научной интуиции великого русского химика, что он в этих случаях предпочел расположить элементы по сходству в свойствах, предугадал истинный порядок размещения химических элементов по возрастанию зарядов их атомных ядер, хотя о строении их атома ничего не знал.
Открытие изотопов позволило дать другое, современное определение Периодического закона: «Свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер».

Периодический закон и строение атома

в ней характеризует какую-либо особенность в строении атомов:
а)   Порядковый (атомный) номер химического элемента указывает на заряд его атомного ядра, то есть на число протонов, содержащихся в нем, а так как атом электронейтрален, то и на число электронов, находящихся вокруг атомного ядра;
б)   Номер периода соответствует числу энергетических уровней (электронных слоев) в атомах элементов данного периода;
в)   Номер группы соответствует числу электронов на внешнем уровне для элементов главных подгрупп и максимальному числу валентных электронов для побочных подгрупп.
В свете строения атома можно объяснить причины изменения свойств химических элементов и образованных ими веществ. В периоде с увеличением зарядов атомных ядер элементов (слева направо) металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются. В группах (главная подгруппа) с увеличением зарядов атомных ядер элементов (сверху вниз) металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают.
Природа каждого химического элемента, то есть определенные, присущие только ему свойства атомов, простых веществ, соединений, зависит прежде всего от заряда ядра его атомов. Заряд обусловливает и строение электронной оболочки атома. Но величины зарядов ядер атомов химических элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева изменяются монотонно, поэтому прямой причиной периодического изменения свойств элементов это явление быть не может. Оказывается, причина периодичности – изменение строения внешних электронных слоев атома.
Таким образом, из вышесказанного можно сделать вывод: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от строения внешних электронных слоев атомов.

Периодическая система химических элементов и строение атома

явления природы; не было повода ждать каких-либо новых, а вновь находимые были полной неожиданной новинкой. Периодическая закономерность первая дала возможность видеть не открытые еще элементы в такой дали, до которой невооруженное этой закономерностью зрение до тех пор не достигало».
С открытием Периодического закона химия перестала быть описательной наукой – она получила инструмент научного предвидения. Этот закон и его графическое отображение – таблица периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева – выполнили все три важнейшие функции теоретического знания: обобщающую, объясняющую и прогностическую. На их основе ученые:
а) Систематизировали и обобщили все сведения о химических элементах и образуемых ими веществах;
б) Дали обоснование различным видам периодической зависимости, существующим в мире химических элементов, объяснив их на основе строения атомов элементов.
в) Предсказали, описали свойства еще не открытых химических элементов и образованных ими веществ, а также указали пути их открытия.
На основе закона и таблицы Д.И. Менделеева были предсказаны и открыты благородные газы. И сейчас этот закон служит путеводной звездой для открытия или искусственного создания новых химических элементов.
Открытие Периодического закона и создание таблицы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеевым стимулировало поиск причин взаимосвязи элементов, способствовало выявлению сложной структуры атома и развитию учения о строении атома. Это учение, в свою очередь, позволило вскрыть физический смысл Периодического закона и объяснить расположение элементов в Периодической системе. Оно привело к открытию атомной энергии и использованию ее для нужд человечества.
Таким образом, Периодический закон и система открыли новую эру в химии и физике, явились исходным пунктом для новых изысканий и открытий. Также периодический закон сыграл большое значение и как основной закон природы в развитии материалистической философии.

Роль открытия

Работая над учебным курсом органической химии, он обнаружил отсутствие в русской литературе учебника по этому предмету. К этому периоду относится создание Д.И. Менделеевым учебника по органической химии. В учебнике, получившем широкое признание на родине и за рубежом, современная наука дана с учетом работ русских ученых. Книга была удостоена Демидовской премии. К. А. Тимирязев так отзывается о ней: «Его превосходный по ясности и простоте изложения учебник, «Органическая химия», не имел себе подобного в европейской литературе, и, кто знает, насколько именно эта книга способствовала тому, что в этом, главным образом, направлении двинулось вперед ближайшее поколение молодых русских химиков».
Д.И. Менделеев выполняет оригинальные работы в области органических соединений. Так, в 1861 г. появилась его статья «О пределах органических соединений», а в 1862 г. он издал работу по вопросам технологии органических соединений – «Оптическая сахарометрия».
В 1861 г. публикуется докторская диссертация Д.И. Менделеева «О соединении спирта с водой», которая явилась оригинальным исследованием не только в области органической, но и физической химии.
В области органической химии Д.И. Менделеев работал не меньше 10 лет (в начале своей научной деятельности). Это были исследования по получению олефинов.

Работы в области органической химии

ароматического кольца, в то время была чрезвычайно трудной. Исследуя каменноугольное масло, ему удалось выделить большую порцию жидкости, кипевшей от 95 до 98 °С, но при многократно повторяемой перегонке оказалось, что она содержит только смесь бензола и толуола. На основании этих опытов Д.И. Менделеев выразил сомнение в существовании пара-бензола.
Работая с глицерином, ученый находит, что безводный чистый глицерин имеет плотность 1,262, почти нерастворим в эфире и перегоняется при 290 °С. Д.И. Менделеев указывает, что общим свойством спиртов является то, что они при действии муравьинокислых солей, вероятно, будут превращаться в углеводороды. Изучая простые эфиры, Д.И. Менделеев интересуется химической прочностью их молекул, для этого нагревает эфиры с водой в запаянных трубках до 160 °С, и приходит к заключению, что смесь чистого эфира с водой не превращается в спирт даже при нагревании. Он указывает также, что при расщеплении сложных эфиров образуются различные кислоты.
С большим интересом ученый также изучал эфирные масла, исследуя степень насыщенности их водородом.

Работы в области органической химии

свое время сыграли определенную роль в развитии как теории, так и практики исследований органических соединений.
При тщательном изучении свойств водных растворов серной кислоты, водных растворов спиртов и других систем Д.И. Менделеев впервые установил значение химического взаимодействия между молекулами компонентов в растворах.
Ученый рассматривал растворы как неустойчивые химические соединения постоянного состава, находящиеся в состоянии частичной диссоциации. Этими исследованиями было положено начало создания химической теории растворов в противовес физическим теориям, хотя Д.И. Менделеев учитывал и физические факторы в процессе растворения. Но все же он процесс растворения рассматривал прежде всего как химический процесс.
Работы Д.И. Менделеева по растворам охватывают период почти в полстолетия. В этих исследованиях ученый выдвигает идею о химическом характере растворения. При этом отмечает, что в растворе образуется соединение между растворяемым веществом и растворителем. Состав этих веществ зависит от изменения температуры и концентрации. Такие соединения он назвал гидратами в случаях водных растворителей, а в более общей форме – сольватами.
Все последующее развитие теории электролитической диссоциации показало, что эта теория может развиваться только на основе гидратной теории Д.И. Менделеева.
С работой о растворах тесно связано и другое открытие Д.И. Менделеева – критическая температура. Известно было, что, повышая давление и понижая температуру, можно приводить некоторые газы в жидкое состояние. В семидесятых годах Д.И.Менделеев открыл, что для каждого газа имеется предел – критическая температура, выше которой газ не может быть сжижен. Он назвал эту критическую температуру абсолютной температурой кипения.
Сам ученый считал свои исследования в данной области одними из наиболее значимых.

Гидратная теория растворов

основоположников современной химии. Создатель естественной классификации химических элементов – Периодической системы элементов, явившейся выражением Периодического закона химических элементов. Создал фундаментальный труд – учебник «Основы химии», в котором впервые вся неорганическая химия изложена на основе Периодического закона. К числу крупнейших работ Д.И. Менделеева относятся исследования в области физико-химической природы растворов, состояния газов, теплотворной способности топлива. В своих трудах много внимания он уделял развитию отечественной промышленности, химизации сельского хозяйства. Ученый проводил исследования в области химической технологии, физики, метрологии, воздухоплавания, сельского хозяйства, экономики, просвещения, а также в других областях науки и техники, тесно связанных с потребностями развития производительных сил России.
Д.И. Менделеев явился организатором и первым директором Главной палаты мер и весов, в которой проработал последние годы жизни.  20 января 1907 г. Дмитрия Ивановича Менделеева не стало.     

Заключение