Geum.ru

Основная часть: >

Вид материалаРеферат

Содержание


Основная часть.
Надстройки и развитие обещает».
Как был открыт периодический закон
Тайна пустого места.
Великое предсказание.
Как оправдались предсказания Менделеева.
Подобный материал:
Оглавление.


1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2. Основная часть:

2.1. Биография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2.2.Периодический закон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3.Научные исследования и достижения:

1) физическая химия . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2) создание общей химии . . . . . . . . . . . . . . 14

3) другие значимые открытия . . . . . . . . . . 17

3. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4. Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5. Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21


  1. Введение.

«Зрелище жизни великого человека есть всегда

прекрасное зрелище: оно возвышает душу…

возбуждает деятельность».

(В. Белинский).

В истории мировой науки запечатлены имена прославленных ученых, чьи открытия способствовали совершенствованию и прогрессу наших знаний о природе, овладению ее тайнами, использованию их на благо человечества. Среди них имя Д. И. Менделеева по праву занимает одно из первых мест.

Открытие периодического закона положило начало новому этапу в развитии химии в целом, таких ее областей, как учение о периодичности изменения свойств основных объектов химии, а также сыграло важную роль в создании теории строения атома, в понимании того, как проявляются законы диалектики в химии. Научный подвиг Менделеева не имеет равных, и значение его не только не стирается неуловимым временем, но растет и растет. И никто пока не может сказать, когда будет до конца исчерпано все содержание одного из величайших в науке обобщений – периодического закона Менделеева.

Основная цель нашей работы – это раскрытие обширного таланта Менделеева не только в химии, но и в других областях наук. Современный человек, слыша его фамилию, должен воспринимать этого ученого не только как создателя периодической системы, но и как человека с большим опытом знаний. Понимая важность всех исследований и достижений Менделеева, можно с уверенностью сказать, что он был гениальным русским химиком, физиком и натуралистом в широком смысле этого слова.

  1. Основная часть.
    1. Биография.

Дмитрий Иванович Менделеев родился 8 февраля 1834 года в Тобольске. Он был семнадцатым и последним ребенком в семье Отца звали Иван Павлович, он работал директором гимназии, (см. приложение рис.2). Мать, Мария Дмитриевна успевала одновременно вести небольшой стекольный завод и заботиться о детях, (см. приложение рис.1). Осенью 1841 года Менделеев поступил в Тобольскую гимназию. Учился он не важно, охотно занимался только физикой и математикой. Весной 1849 года закончил учебу в гимназии, и переехали вместе с семьей в Петербург.

9 августа 1850 года Дмитрий был зачислен студентом Главного педагогического института в Петербурге на физико-математический факультет. В1855 году окончил институт с золотой медалью. В 1856 году защитил магистерскую диссертацию «Удельные объемы», а вслед за ней диссертацию на звание приват-доцента «О строении кремнеземнистых соединений». В 1857 Менделеев был утвержден доцентом Петербургского университета, где читал курс органической химии. В 1859 был командирован за границу. В Гейдельберге, устроив в своей квартире лабораторию, Менделеев провел ряд важных исследований в области физической химии, в частности открыл существование критической температуры. Он принял деятельное участие в работах международного съезда химиков в Карлеруэ в 1860.По возвращению в 1861 в Россию продолжал чтение лекций в университете, опубликовал труд «Органическая химия», явившийся первым учебником органической химии. В1864 Менделеев был избран профессором Петербургского практического технологического института по кафедре химии. В 1865 защитил диссертацию на степень доктора химии «Рассуждение о соединении спирта с водою», а в конце того же года был утвержден ординарным профессором Петербургского университета по кафедре технической химии, а 1867 занял кафедру неорганической химии. В 1868 Менделеев приступил к работе над «Основами химии».

Работая над этим курсом, он открыл периодический закон химических элементов. В этот период Петербургский университет становится центром науки в России.

При активном участии Менделеев в университете были приглашены А.М.Бутлеров - на кафедру органической химии и Н. А. Ментушкин – на кафедру технической химии. При деятельном участии Менделеева было создано русское химическое общество (ныне Всесоюзное химическое общество имени Д. И. Менделеева). В1876 он был избран членом-корреспондентом Академии наук. В 1880 виднейшие русские ученые выдвинули Менделеева в члены Петербургской академии наук, но его кандидатура была отвергнута. Это вызвало резкий протест передовой общественности страны. Пять русских университетов избрали Менделеева своим почетным членом: Кембриджский, Оксфордский и другие старейшие университеты Европы присвоили ему почетные ученые степени, так же он был избран членом Лондонского королевского общества, Римской и Парижской, Берлинской и других академий, почетным членом многих научных обществ России, Западной Европы и Америки.

В 1890 году Менделеев был вынужден покинуть Петербургский университет вследствие конфликта с министром народного просвещения И. Д. Деляновым, отказавшимся во время студенческих волнений принять переданную Менделеевым петицию студентов. С 1892 года он был ученым хранителем ДЕПО образцовых гирь и весов, которое по его инициативе было преобразовано в 1893 в Главную палату мер и весов (ныне Всесоюзный институт метрологии имени Д. И. Менделеева).

Дмитрий Иванович работал до последнего дня и скончался до воспаления легких утром 20 января 1907 года. Его похороны, расходы по которым взяло на себя государство, были настоящим национальным трауром.


    1. Периодический закон.

«Периодическому закону будущее

Не грозит разрушением, а только

Надстройки и развитие обещает».

(Д. И. Менделеев).

Открытие великого закона.

17 февраля 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев впервые записал набросок таблицы химических элементов.

В этой таблице была сделана попытка расположить элементы в порядке возрастания их атомных весов, и намечена периодическая повторяемость их свойств.

Этот день должен быть отмечен в истории науки как начало новой эры. Это день, когда зародились самые смелые предсказания о существовании в мироздании новых, никому не известных элементов. К нему восходят истоки наших познаний об атоме и его строении, которые, развиваясь, привели в наши дни человечество к овладению атомной энергией.

В этот день Менделеев записал на отдельных карточках все известные тогда химические элементы с их важнейшими химическими и физическими свойствами. Располагая карточки в различном порядке, сообразуясь с их химическими свойствами и со свойствами их соединений, он составил свой первый вариант естественной системы химических элементов.

Вот что, по словам самого Менделеева, он в этот день сделал: «Невольно зародилась мысль о том, что между массою и химическими элементами необходимо должна быть связь. А так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, выражается окончательно в весе всех атомов, то надо искать функционального соответствия между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами. Искать же чего-либо, хотя бы грибов, или какую-нибудь зависимость, нельзя иначе, как смотря и пробуя. Вот я и стал подбирать, написав на отдельных карточках элементы с их атомными весами и коренными свойствами, сходные элементы и близкие атомные веса, что быстро и привело к тому заключению, что свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса, причем, сомневаясь во многих неясностях, я ни на минуту не сомневался в общности сделанного вывода, так как случайности допустить было невозможно».

С этого дня Дмитрий Иванович забросил все другие занятия. Он с огромным напряжением отдался только работе над периодическим законом. 1 марта 1869 г. Он разослал многим учёным в России и за границей небольшой листок, содержащий первый вариант периодической системы - «опыт системы элементов» (см. приложение рис 3).

Впервые сообщение о величайшем открытии было сделано на заседании Русского химического общества 6 марта. Вместо автора его прочёл Меншуткин.


Как был открыт периодический закон.

Действительно ли было все так просто, как рассказывал Менделеев? На первый взгляд, кажется, что нет ничего трудного в том, чтобы, написав на отдельных карточках названия элементов, их атомные веса и их свойства, расположить их по порядку. Это – первое, что каждому может придти в голову. Подметьте же закономерность в изменении свойств правильно расположенных элементов не так уж трудно. Ведь эти свойства и во времена Менделеева были хорошо известны.

В чем же заслуга Менделеева?

В его времена было открыто и изучено шестьдесят три химических элемента (значит, свыше тридцати ещё были неизвестны).

Были найдены способы определения атомного веса, но делали это с недостаточной точностью и далеко не для всех элементов правильно. Тогда это была еще очень трудная задача.

Так, атомные веса у девяти элементов были определены неверно, причем тогда об этом, конечно, никто не подозревал. Значит, приблизительно из девяти десятков элементов, существовавших в природе, химики более или менее хорошо изучили около пятидесяти.

Как бы должен был расположить свои карточки Менделеев?

Карточки с элементами, если бы их расположить по возрастанию атомного веса, должны были бы составить вот такой ряд в начале таблицы:

H Li B C N Be

1 7 11 12 14 14


O F Na Mg Al Si

16 19 23 24 27 28

P S Cl

31 32 35


На этих карточках написаны округленные атомные веса с такой точностью, с какой они были известны в то время.Но Менделеев, поместив под водородом литий, рядом с литием … положил карточку, на которой было написано:

Be а не Be

9 14

Почему же Менделеев, не проводя никаких исследований по определению атомного веса этого металла, смело изменил его? При этом расположении друг под другом оказались химически сходные элементы. Металл литий похож на металл натрий: оба мягкие, легко режутся ножом, бурно реагируют с водой, образуя щёлочи.

Бериллий и магний схожи друг с другом. У фтора много общего с хлором – это едкие удушливые газы, которые образуют с металлами совершенно сходные соединения.

При таком расположении совершенно четко проявляется периодичность в свойствах элементов. В двух первых коротких периодах чередуются элементы с аналогичными свойствами.

Пожалуй, Менделеев был неправ, когда утверждал, что расположил элементы по их атомному весу, потому что при этом никакого периодического закона обнаружить было бы невозможно даже в первых рядах таблицы.

А ведь Менделеев предсказал на основании периодического закона правильный атомный вес бериллия. Позднейшие исследования подтвердили это предсказание.

Тайна пустого места.

Менделеев продолжал построение своей таблицы. Под карточкой натрия оказалась карточка с очень похожим на него калием; под магнием – так же похожий на него кальций. А затем Менделеев совершил удивительный поступок: под алюминием помещена пустая карточка.

Вслед за пустой - карточка с титаном, но с атомным весом 48, а не 52, как тогда считали.

Третий период в таблице Менделеева – длинный. За марганцем идут железо- 52, кобальт- 59, никель- 59; далее медь- 63, цинк- 65. Но вот вслед за цинком ученый снова оставил в своей таблице подряд два пустых места, за которыми следовали хорошо известные элементы - мышьяк, селен и бром.

Нельзя согласиться, что Менделеев располагал элементы в порядке возрастания их атомных весов. Скорее наоборот: истинные атомные веса элементов он устанавливал по их расположению в периодической системе.

Великое предсказание.

Что же означают пустые места в таблице Менделеева?

Каждое место в таблице соответствует определенному химическому элементу, который должен обязательно существовать.

В 1871 году в журнале Русского химического общества появилась большая работа Менделеева. Она называлась «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов». В ней он описывает три никем, никогда и нигде в мире не виданных химических элемента.

Элемент, который должен был занять место между кальцием и титаном Менделеев называл экабор. Тот элемент, который должен занять пустое место около цинка, он назвал экаалюминий, а соседний с ним акасилицием.

Атомный вес экабора близок к 44. Его свойства очень схожи со свойствами соседних для него элементов. Плотность экабора приблизительно равна 3,4.

Экаалюминий должен обладать атомным весом около 68. Он помещается в третьем столбце рядом с цинком, значит, он тоже должен быть металлом. Плотность экаалюмимния должна быть близка к 6,0.

Современники приняли это великое открытие холодно и не смогли его оценить.

Как оправдались предсказания Менделеева.

Французский ученый-спектроскопист Лекок де Буабордан выделил новый элемент. Он смог с ним проделать много интересных опытов и подробно описал новый металл. Этот металл был назван галлий, но уже давно был предсказан Менделеевым как экаалюминий.

Два скандинавских химика в 1879 году нашли новый неизвестный элемент в редком минерале гадолините, его назвали скандий. Этот элемент не что иное, как давно известный, по предсказаниям Менделеева, экабор.

В 1886 году немецкий химик Винклер открыл еще один новый элемент и назвал его германием. Германий полностью соответствовал экасилицию, ране открытому Менделеевым.

Вывод:

Этот успех был заслуженным. Великий закон доказал единство вещества во Вселенной. Он внес стройность и порядок в невообразимую путаницу бесчисленного множества фактов, наблюдений, результатов измерений, накопленных химией за сотни лет к середине XIX века. Он дал могучий метод для изучения химических элементов и их свойств. Самим Менделеевым были исправлены атомные веса многих элементов, известных ранее. Периодический закон дал возможность предсказывать новое – это истинный закон природы.


    1. Научные исследования и достижения:
  1. Физическая химия.

Уже в самом начале своей научной деятельности Д. И. Менделеев правильно осознал место химической динамики в системе химических наук и роль изучения реакционной способности химических соединений в решении главной задачи химии.

Менделеев считал необходимым изучать такие явления и свойства – изоморфизм, плотность, отношение к нагреванию, действию света, подвижность жидкостей, коэффициент сжатия,- которые позволяли бы количественно оценить изменения, происходящие при химическом превращении, как бы заглянуть в невидимый мир взаимодействия атомов. При этом он понимал, что различие в агрегатных состояниях исходных и конечных веществ, различия в природе элементов (электроположительные и электроотрицательные элементы – так тогда говорили вслед за Берцелиусом) будут определять и специфику (особенности) химического взаимодействия.

В 1853- 1861 г. г Менделееву удалось выяснить следующее о внутренней механике частиц (или молекул):
  • в ходе химической реакции изменяются физические свойства исходных и конечных веществ

(их агрегатное состояние, структура и т. п.) .

«газовые законы» наиболее просты и общи, так как в них не рассматривается химическое взаимодействие, столь различное при сближении атомов.
  • состав тел в значительной степени зависит от природы элементов, он может меняться в узких пределах для так называемых определенных соединений (соли) и в широких для неопределенных (силикаты, сплавы).
  • Поскольку не удается определить истинных причин химических изменений, надо искать сопоставления свойств большого числа элементов, классифицировать их, изучать количественные отношения между ними, пытаясь по общим внешним признакам и проявлениям догадываться об общности их внутреннего поведения на атомном уровне.

Вывод:

В ходе выполнения работ Менделеев овладел экспериментальными методами изучения веществ (их приготовлением, очисткой, подготовкой измерительных приборов и химической посуды к проведению эксперимента, познакомился с математическими методами обработки результатов). Разработанные им методы изучения органических молекул позволили ему сформулировать представления о стадиях окисления углерода и переделанных формах его соединений (ныне это гомологические ряды). Так же угадывалась взаимосвязь классификаций соединений, простых веществ и элементов.


2) Создание общей химии

После открытия периодического закона Менделеев, связав учение о формах соединений с понятием «место элемента в системе», он сумел ясно показать место в системе той совокупности элементов, которая наиболее ярко характеризовалась:

  • Окислительными или восстановительными свойствами простых веществ (щелочные металлы и галогены).
  • Кислотными или основными свойствами соединений (и не только кислородных, но и других).
  • Способностью образовывать более сложные соединения (кристаллогидраты, пероксиды).
  • Способностью образовывать определенные и неопределенные химические соединения.
  • Способностью образовывать цепи. (C,Si, P, В, S)

Менделеев внедряет в теоретическую неорганическую химию сравнительный метод и, пользуясь этим методом, он предсказывал: «…аналогов органических соединений можно ждать, скорее всего, для кремния, бора, и серы».

Сравнительный метод анализа свойств элементов и понятия «место элемента в системе» тесно связаны между собой. Понятие места элемента в системе, выражаемое через совокупность свойств, было использовано Менделеевым для развития всех химических понятий.

Так, идея о полимеризации окислов металлов (в отличие от их летучих хлоридов), предсказание свойств неоткрытых еще элементов и соединений, закономерности изменения форм различных соединений элемент – аналогов (переход от метакислот к ортокислотам и полным гидратам в 5, 6, 7 группах системы), даже некоторые вопросы строения неорганических соединений (отказ от цепеобразных формул солей и кислот) выдвинуты и решены с позиций этого представления.

Не имея возможности вскрыть истинные взаимосвязи между внешними (макроскопическими) и внутренними (микроскопическими) свойствами вещества, ученый XIX века в ряде случаев был вынужден прибегать по существу к моделированию истинных взаимосвязей. Это моделирование охватывало разные уровни организации вещества, и в учении о периодичности его узловыми точками стали:
  • Формы графического выражения закона, позволявшие в виде таблиц зафиксировать общие, специфические и индивидуальные свойства.
  • Понятие места элемента в системе, фиксирующее особенности периодического изменения свойств элементов нескольких соединений групп и рядов.
  • Понятие «состояния» атома, отражающее качественный результат внутренних количественных изменений атома в соединении.

В связи с неодинаковым развитием понятий, относящихся к учению о составе, строении и свойствах и охватывающих разные уровни организации вещества, многие представления, которые выдвигали ученые XIX века, подвергались острой критике и длительным дискуссиям. Основная их причина – причастность понятий к нескольким совокупностям понятий одновременно. Так было с историей развития понятия «валентность».

Д. И. Менделеев внимательно следил за новыми открытиями и соотносил их со сложившимся понятийным аппаратом. Изучение изоморфизма, неопределенных соединений кремния, растворов, влияния партнеров и условий реакции на образование тех или иных форм определенных соединений - все это убеждало Менделеева в том, что в химии действуют (на разных стадиях) различного типа закономерности.

Каждый процесс Менделеев представлял себе, по крайней мере, состоящим из двух стадий: взаимодействие с «соседними однородными и соседними разнородными частями». Однако он замечал, что выбор единиц для измерения этих процессов пока затруднен, и мы можем лишь суммарно судить о стадиях, изучая и измеряя явления, сопровождающие химические.

Во многих случаях при описании химических процессов Менделеев прибегал к физическим моделям, ибо считал их динамическими : «…в системах небесных сфер, … вероятно, совершались и совершатся, продолжают изменения, подобные тем, какие перед нами протекают при химических реакциях частиц.. грядущих Ньютон найдет законы подобных изменений. В химии они хотя и своеобразны, но, конечно, представляют только вариации на общую тему гармонии, царствующей в природе».

Вывод:

Главная заслуга Менделеева состояла в том, что он сумел выработать такие понятия, которые охватывали все объекты и все явления. Он стремился при этом сохранить «диалектику вещей» в «диалектике понятий».


3)Другие значимые открытия.

Так же Менделеев много сделал для развития страны в целом:
  • Он придавал особое значение нефти как сырью для химической переработки. Его мысль о недоступности использования нефти только в качестве топлива, высказанная в одной из его экономических статей, была подкреплена многими его исследованиями по вопросам происхождения, добычи, переработки нефти. Менделеев сконструировал специальные аппараты для непрерывной перегонки нефти, развивал мысль о целесообразности постройки нефтепроводов, специальных нефтеналивных судов и цистерн, а также идею об организации нефтеперерабатывающих заводов в верхнем и среднем течении Волги, на одном из которых, в поселке Константиново под Ярославлем, он сам успешно работал.
  • Знаменательное событие произошло 7 августа 1887 года, когда Д. И. Менделеев совершил самостоятельный полет для наблюдения солнечного затмения на воздушном шаре «Русский», заполненном водородом. Менделеев был не только инициатором полета, но и пилотом и исследователем одновременно. Поднявшийся на высоту над облаками около 3 км., шар, гонимый ветром, пролетел над землей около 100 км.
  • Менделеев во время поездки по Донецкому краю наблюдал, пожары в шахтах и даже предотвратил один из них, поэтому он задумался над вопросом об условиях и причинах воспламенения угля. В результате возникла новая техническая идея - подземной газификации каменного угля. Эту идею высоко оценил в 1912 году В. И. Ленин, показав на этом примере возможность улучшения труда шахтеров. Впервые такая технология была разработана и внедрена в Советском Союзе еще в 30-е годы, (см. приложение рис. 4).
  • Морское и военное министерство поручают Менделееву (1891) разработку вопроса о бездымном порохе, и он (после заграничной командировки) в 1892 г. блестящим образом выполняет эту задачу. Предложенный им «пироколлодий» оказался превосходным типом бездымного пороха, притом универсальным и легко приспособляемым ко всякому огнестрельному оружию.

Вывод:

Менделеев горячо боролся за развитие производительных сил России, ее экономическую и культурную независимость. Его интересы в различных областях науки, техники, промышленности и во многом другом были чрезвычайно широки и многообразны.


3.Заключение.

В представлении большинства людей Менделеев в первую очередь химик, создавший периодическую систему элементов. Но, оказывается, собственно химии посвящено менее одной десятой части менделеевских трудов. И с большим основанием Менделеева можно было бы считать физикохимиком, технологом, экономистом, геофизиком, метрологом.

В нашей учебно-исследовательской работе мы заострили внимание на плодотворной деятельности Д. И. Менделеева, не только как на ученом химике, но и как на разностороннем человеке во многих областях наук.

Нами представлены его значимые достижения, которые были признаны ученым миром, (в знак признания заслуг выдающегося русского ученого в 1955 году американские физики во главе с Г. Сиборгом синтезировали химический элемент с порядковым номером 101 и дали ему название «Менделевий»), а также со стороны государства (газета «Правда» писала: «Нашей стране нужны свои Менделеевы - великие и гениальные революционеры науки, способные двинуть ее вперед такими же гигантскими шагами, как это сделал в свое время Менделеев»).

Вклад Менделеева в науку и производство был столь огромен, что и по сей день, работают специальные комиссии по изучению его научного наследия.


  1. Список литературы.

1. «Детская энциклопедия» том 3. Издательство Академии Педагогических Наук РСФСР, Москва 1959 г.

2. «Жизнь замечательных людей». Г. Смирнов. Издательство «Молодая гвардия», Москва 1974 г.

3. «Люди науки» А. А. Макареня и Ю. В. Рысев. Издательство

«Просвещение», Москва 1983 г.

4. «Периодический закон Д. И. Менделеева» А. А. Макареня и Д. Н. Трифонов. Издательство «Просвещение», Москва 1969 г.

5.«Сто великих людей» С. А. Мусский. Издательство «Вече», Москва 2004 г.

6.«Энциклопедия знаменитых россиян» Е. А. Грушко и Ю. М. Медведев. Издательство «Диадема-Пресс», Москва 2000 г.