Д. И. Менделеев и его труды

 ПЛАН

 

ВВЕДЕНИЕ

1. ГЛАВНЫЙ ПРЕДМЕТ МОИХ  ЗАНЯТИЙ ЕСТЬ ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

2.ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ  НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

2.1 Изучение упругости  газов

2.2 Химическая теория растворов

2.3 Периодический закон

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Менделеев Дмитрий Иванович (годы жизни 1834 – 1907) - русский химик, разносторонний ученый, педагог, прогрессивный общественный деятель. Открыл в 1869 году периодический закон химических элементов – один из основных законов естествознания. Оставил свыше 500 печатных трудов, среди которых классический «Основы химии» - первое стройное изложение неорганической химии. Автор фундаментальных исследований по химии, химической технологии, физике, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике, народному просвещению, тесно связанных с потребностями развития производительных сил в России. Заложил основы теории растворов, предложил промышленный способ фракционного разделения нефти, изобрел вид бездымного пороха, пропагандировал использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель.

Творчество Дмитрия Ивановича Менделеева всегда будет интересовать людей. «Феномен Менделеева» будет еще долго изучаться учеными разных специальностей – представителями естественных наук, историками, экономистами, философами, педагогами, психологами. Исследователи каждой эпохи всегда будут находить в жизни и творчестве Д.И. Менделеева новые, созвучные их времени моменты.

Имя Менделеева в истории мировой науки связано с одним из величайших открытий в области естествознания, однако работы ученого по открытию и разработке периодического закона составляют лишь небольшую часть его творческого наследия.

Гений Менделеева прикасался к самым различным областям знаний, оставив в каждой из них основательные и оригинальные труды, будь то физика, химия, метеорология, метрология, различные направления техники (кораблестроение, воздухоплавание, пороходелие), отрасли развивающейся русской промышленности и сельского хозяйства (нефтяная и химическая, каменноугольная и металлургическая и др.), экономика, просвещение, философия, социология.

Менделеев безусловно может рассматриваться как один из последних ученых-энциклопедистов, по широте своих интересов и колоссальному количеству сделанного приближающийся к универсальным гениям эпохи Возрождения.

Менделеев умел быть философом в химии, в физике и в других отраслях естествознания, которых ему приходилось касаться, и естествоиспытателем в проблемах философии, политической экономии и социологии. Он умел внести свет науки в задачи чисто практического характера и приблизить к жизни теорию, находя для нее возможность использования и различных приложений.

 

 

                                                    3 
         1. «ГЛАВНЫЙ ПРЕДМЕТ МОИХ ЗАНЯТИЙ ЕСТЬ ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

 

Работы Менделеева в области общей, неорганической и физической химии занимают в его творчестве особое место.

Анализ творческого вклада Д.И. Менделеева в развитие химии представляет собой комплексную задачу, поскольку результаты научной деятельности являются продуктом определенной исторической эпохи, с одной стороны, и индивидуально-психологических особенностей личности – с другой.

Химия – наука экспериментальная.

В начале 19 века Дэви открыл щелочные металлы, а Фарадей – законы электролиза. Изучение газов атмосферы дало толчок к созданию атомно-молекулярной теории, к открытию закона Авогадро.

Вспомним, что основные законы химии были открыты с помощью точных измерений: закон сохранения массы веществ и закон постоянства состава – с помощью взвешивания при изучении реакций. В разработке атомно-молекулярной теории важную роль сыграло изучение газов, и при этом пользовались измерением объемов.

Какие же научные цели Менделеев ставил перед собой и какие свойства веществ хотел изучать?

По мнению Д.И. Менделеева, получить ответ на поставленные вопросы можно, изучая физические свойства исходных и получающихся веществ: плотность, теплоемкость, удельный объем, молекулярную массу, оптические свойства, кристаллическую форму. Очень важным является также изучение тех изменений, которые сопровождают химический процесс: теплоты реакций, изменение объема.

Остановимся на некоторых примерах. Так, если осуществляется реакция соединения между двумя жидкими веществами, то из-за сближения частиц, происходящего при их взаимодействии, должен уменьшиться объем веществ.

Важным звеном этой работы явилось изучение природы жидкого и газообразного состояния. В результате в 1860 году Менделеев открыл температуру абсолютного кипения жидкостей.

В своем отчете о работах 1859-1860 годов Менделеев писал: «Главный предмет моих занятий есть физическая химия».

В конце 19 – начале 20 веков именно эта область знания начала занимать центральное место в химической науке, что связано с повышением роли химической технологии в развитии промышленности и производительных сил общества.

Таким образом, от физико-химических исследований Менделеева лежит прямая дорога, с одной стороны, к изучению разнообразных вопросов строения материи, а с другой – к целому ряду проблем, имеющих прикладной характер.

                                                  4

 

2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ  НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

 

Д.И. Менделеев писал, что есть четыре предмета, составивших его имя: три научных открытия (периодический закон, химическая теория растворов и изучение упругости газов), а также «Основы химии» - учебник-монография, равного которому, пожалуй, нет в истории химической литературы.

 

1. Изучение упругости газов

 

В свое время Исаак Ньютон подчеркивал эстафетный характер развития науки, а именно тот факт, что каким неожиданным ни является каждое новое открытие, оно рождается на базе других крупных открытий, сделанных ранее.

«…Так как науки, подобные химии, обращаются как с идеями, так и с природными явлениями и веществами, - писал Д.И.Менделеев, - то они приучают понимать, что прошлые мысли и труды уже дали многое, без чего невозможно идти в «океан неизвестного», и в то же время прямо дают возможность узнавать новые части этого неизвестного».

В своих трудах Менделеев часто ссылался на работы великого французского ученого А. Лавуазье (1743-1794 гг.), считая его «основателем современной научной химии». Говоря об открытии кислорода, Менделеев отмечал, что хотя кислород как отдельный газ был получен учеными до Лавуазье, только он совершенно понял его природу и большое значение.

В конце 18 века были открыты газы, составляющие воздух. Изучение объемов реагирующих газов позволило получить наиболее общие и строгие законы, относящиеся к учению о составе и строении веществ. Распад веществ на отдельные молекулы приводит к тому, что некоторые свойства становятся общими для многих веществ независимо от их индивидуальной природы. Например: 22,4л – таков объем моля любого газа при нормальных условиях. Это впервые показал Д.И. Менделеев. Другой пример: воздух как смесь газов. Несмотря на различную молекулярную массу газов, эта смесь имеет практически постоянный состав (закон парциальных давлений Дальтона).

В природе не были известны одноатомные соединения. Теперь они известны. Это инертные газы. Значит, вначале приходилось решать задачу определения молекулярной массы соединения, затем состава соединения и атомную массу составляющих элементов. Химики, столкнувшись с разнообразием соединений, должны были принять за эталон сравнения самое простое вещество. Это водород, атомная масса которого послужила основой шкалы атомных масс. Берцелиус, Гмелин, Дюма, Жерар – каждый из них внес свою лепту в создание атомно-молекулярной теории. Выводы из работ этих ученых были хорошо известны Менделееву.

 

 

                                               5

2.2 Химическая теория растворов

 

Еще одной важной стороной научной деятельности Менделеева является создание учения о растворах.

Развивая учение о составе и строении неорганических соединений, ученый сравнивал сплавы, растворы и изоморфные смеси и убедился в том, что в этом случае приходится говорить о «неопределенных соединениях». При этом его занимал в первую очередь вопрос о том, какие элементы или их совокупности способны давать соединения определенные и какие – неопределенные.

Его первое крупное исследование по растворам – докторская диссертация «О соединении спирта с водой» (1865г.) – содержало результаты наблюдений за взаимосвязью плотности и концентрации растворов спирта в воде, а также о методе обнаружения и изучения гидратов.

Менделеев рассматривал водные растворы как жидкие динамические системы, в которых соединения находятся в состоянии подвижного химического равновесия.

Какие же соединения могут находиться в растворах? Это соединения трех видов: молекулы растворителя, растворенного вещества и продукты их взаимодействия. Сочетание их определяется природой веществ, концентрацией, температурой. При этом в такой системе одновременно может происходить несколько реакций, сущность которых выражается определениями: «ассоциация» и «диссоциация».

Каков характер зависимости свойств от состава – второй вопрос, в решении которого Менделеев также значительно продвинулся вперед.

В учении о растворах общим должно считаться то, что при растворении практически всегда имеет место химическое взаимодействие между растворяемым веществом и растворителем. Отсюда возникают такие понятия, как динамическое равновесие, растворимость (и концентрация).

Но вместе с тем существуют и различия: растворы и расплавы, разбавленные и концентрированные растворы, ненасыщенные и перенасыщенные растворы имеют свои особенности или специфические свойства.

Свойства водных растворов в значительной степени определяются индивидуальными свойствами растворителя – воды. Вода – уникальное соединение по многим физическим и химическим свойствам. Вода отличается даже от ближайших к ней водородных соединений других элементов по типу связи или классу соединений.

Различные вещества, попадая в воду, способны либо стабилизировать ее структуру, либо частично или полностью ее разрушать. С увеличением концентрации растворов, особенно при растворении сильных электролитов, могут происходить дополнительные явления. Тогда, кроме процессов перехода кристалла в раствор и гидратации, осуществляются реакции гидролиза, комплексообразования, окисления-восстановления и др.

                                                 6

2.3 Периодический закон

 

В 1869 году Менделеев, расположив известные в то время химические элементы в определенном порядке (в общем соответственно возрастанию атомного веса), обнаружил периодичность химических и некоторых физических свойств простых тел и соединений элементов. Ученый пришел к периодической системе химических элементов. Он составил таблицу элементов, написав их названия одно за другим в порядке возрастания атомного веса и расположив элементы со сходными химическими свойствами один под другим. При этом в столбцах таблицы – группах – оказались элементы со сходными свойствами.

Теперь эта таблица известна всему миру. Ее изучают во всех школах. Ее подробно излагают во всех учебниках химии.

В 19 веке химия получила множество достоверных знаний о составе различных молекул. Но внутрь атома наука еще не проникла. Объяснить различия атомов и, следовательно, различия между химическими элементами структурой атомов, числом и расположением входящих в них частиц можно было после того, как ряд крупных открытий, прежде всего открытие периодической системы, продемонстрировали известный порядок в свойствах атомов. Теперь каждое предположение о внутренней структуре атома должно было объяснить, почему при возрастании атомного веса периодически повторяются свойства элементов.

У Менделеева были предшественники, заметившие повторение свойств элементов. Но никто из них не создал единой системы, объясняющей всю совокупность химических явлений.

Такую систему создал Менделеев. Он рассказывал, как в течение долгого времени происходили поиски, приведшие к открытию.

На картонных карточках Менделеев писал названия элементов, атомные веса и отмечал формулы важнейших соединений. Особенное внимание он обращал при этом на валентность, то есть на способность атома данного элемента соединяться с определенным числом атомов другого элемента. Менделеев раскладывал эти карточки в разных сочетаниях, руководствуясь мыслью о связи между элементами, о сходстве свойств различных элементов. Он искал связь не только между элементами, сравнительно близкими друг к другу по химическим свойствам, но и между элементами несходными. Он находил такую связь, несходные элементы оказывались близкими по атомному весу, а, в свою очередь, элементы со сходными свойствами отстояли друг от друга сравнительно далеко по атомному весу, причем расстояние между сходными элементами повторялось.

Предсказания Менделеева о существовании новых элементов блестяще оправдывались, и периодическая система обогащалась с каждым новым открытием. Периодический закон явился основой развития науки о строении вещества.