Исследовательская работа "Тайны Великой таблицы"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Ивангородская средняя общеобразовательная школа №1им.Н.П Наумова»

XVIII школьная (VII с международным участием) научно – практическая конференция учащихся «Ступень в будущее»

 «Тайны великой таблицы»

Автор работы

  Старикова Анна Михайловна

                                                                                                  ученица 11 класса

Научный руководитель

 Кармаза Елена Владимировна

учитель химии

МБОУ «ИСОШ №1

им.Н.П. Наумова

г. Ивангород

Кингисеппский район

Ленинградская область

Россия

2019 год

                                               Оглавление

                                                                                                         Стр.

Введение……………………………………………………………3

Основная часть

1. Попытки классификации элементов в ХIX веке………………5

2. Работа Д.И. Менделеева над таблицей………………………...7

3. Семья Д.И. Менделеева…………………………………………9

4. Исследовательская деятельность Д.И. Менделеева…………11

5. Настоящее и будущее периодической системы………………14

Заключение………………………………………………………. 16

Список использованных источников……………………………18

Приложение……………………………………………………….19

Введение

               Наступивший 2019 - й   - юбилейный год для периодической системы химических элементов. 1 марта научный мир отметил 150 лет со дня появления данной таблицы. 8 февраля исполнилось 185 лет со дня рождения её создателя, Дмитрия Ивановича Менделеева. Эти события и стали поводом для появления данной работы.

           Проблема, которую мы взялись разрешить: «Существовала ли бы сегодня Периодическая система элементов, если бы не появился на свет такой человек, как Дмитрий Менделеев?»

Нашими задачами были: 1. Развеять мифы о создании таблицы химических элементов  

                                         2. Познакомиться с личностью Д.И. Менделеева и его заслугами перед наукой и человечеством.

                                            3. Установить, почему в других странах периодическая система не носит имя русского учёного.

                                           4. Узнать о настоящем и будущем таблицы.  

В процессе подготовки к работе мы изучали литературу и интернет – ресурсы, посвящённые Д.И. Менделееву, просматривали видео – фильмы.

         Кто из нас не знает, что такое «Таблица Менделеева» … Даже младшие школьники хорошо представляют яркие квадратики с незнакомыми знаками и загадочными названиями: «водород», «гелий», «литий», смысл которых им станет понятным только в 8 -м классе, на уроках химии.  Об авторе данной системы население имеет весьма ограниченные и не всегда верные представления: «составил таблицу» и «придумал водку».

        Те же, кто близко знает о жизни Дмитрия Ивановича и знаком с его научным наследием, называют его «Русским Да Винчи» и «Человеком, который опередил время».

Поэты посвящали этой таблице свои строки. Вспомним Степана Щипачёва:

«Другого ничего в природе нет

Ни здесь, ни там, в космических глубинах.

Всё – от песчинок малых до планет –

Из элементов состоит единых…»

     Приступая к работе над данной темой, мы предложили ученикам одного из шестых классов ответить на вопросы: известно ли им имя Д.И. Менделеева и что именно они знают об этом человеке. Результаты получили следующие.

       Выражение «Таблица Менделеева» воспринимается многими людьми стандартно и неразделимо.

     Химические элементы – это виды атомов, которые образуют всё, что мы видим и даже не видим. Все они собраны в одну систему, где располагаются в определённом порядке, причём так, что можно считывать информацию о строении атомов, о свойствах самих атомов и свойствах веществ, которые они образуют. Русский учёный Дмитрий Менделеев назвал таблицу «периодической». Правда, имя этого учёного таблица носит только в нашей стране. Существует до сих пор легенда о том, что таблицу автор увидел во сне, проснулся и изобразил. Когда его об этом спросили, Менделеев ответил: «Я над ней, может быть, лет 20 думал, а вы думаете, сидел и вдруг...готово.»      

Во Франции автором таблицы считают Александра де Шанкуртуа, в Германии - Юлиуса Мейера, в Англии – Джона Ньюлендса.

Кто же на самом деле причастен к той классификации химических элементов, какую мы наблюдаем сегодня?

1. Попытки классификации химических элементов в XIX веке

                              Многие ученые пытались классифицировать химические элементы. К концу 60-х годов ХIХ века насчитывалось более 50 различных вариантов классификации химических элементов.

    В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад» (приложение: рис.1): атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий, хлор, бром и йод и др.)

    Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали (рис.2). Однако, указанная модель не привлекла внимания научной общественности.

    В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, который предложил схему размещения химических элементов, модель которой («закон октав») была схожая с той, что открыл Менделеев, но она была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию (рис.3). Из-за этого работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.
    В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл немецкий учёный Юлиус Лотар Мейер (1864 г). Он, на основании данных об атомных весах, предложил таблицу (рис.4), показывающую соотношение атомных весов для нескольких характерных групп элементов. Многие, особенно в Германии, считают и его первооткрывателем системы, в 1864 году он опубликовал свою таблицу элементов, разработанную, по всей видимости, независимо от Менделеева.  Но эта таблица содержала всего 28 элементов, тогда как у русского учёного их было 63.

      Очередной предпосылкой открытия Периодического закона послужили решения международного съезда химиков в г. Карлсруэ в 1860 г., когда окончательно утвердилось атомно-молекулярное учение, были приняты первые единые определения понятий молекулы и атома, а также атомного веса, который теперь называется относительной атомной массой. Именно это понятие как неизменную характеристику атомов химических элементов Д.И. Менделеев положил в основу своей классификации.

2. Работа Д.И. Менделеева над таблицей

         Таблица, предложенная Дмитрием Ивановичем, была прообразом современной Периодической Системы. Она называлась «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве».

           Первая его схема периодической таблицы появилась в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» в журнале Русского химического общества; ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира. Сущность открытия заключалась в том, что с ростом атомного веса химического элемента его свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. В 20 - веке стало ясно, что периодичность системы элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным числу электронов в атоме, распределение которых происходит по электронным слоям (уровням), этим и определяет его химические свойства. Появление этих научных данных подтвердило гениальный прогноз нашего учёного в расположении известных элементов. В таблице были оставлены пустые клетки, свидетельствующие о том, что не все виды атомов обнаружены, что усилия учёных должны быть направлены на поиск неоткрытых элементов. Кроме этого, русскому ученому хватило смелости и дальновидности заявить, что открытый им закон является всеобщим законом природы и назвал его «периодическим законом». Сказав «а», он пошел дальше и исправил атомные веса элементов, которые не вписывались в таблицу. При более тщательной проверке, оказалось, что его исправления верны, а открытие описанных им неоткрытых элементов стало окончательным подтверждением истинности нового закона: практика доказала справедливость теории.  

Однако ученые умы России, да и всего мира отнеслись к его открытию с некоторым скепсисом. И кто знает, как все бы обернулось, если бы уже через несколько лет Менделеевские открытия не получили подтверждения. С 1875 по 1886 годы различными химиками были описаны абсолютно новые элементы, существование которых благодаря своей таблице и предсказывал Менделеев. Француз Лекок де Буабодран обнаружил галлий, шведский учёный Нильсон – скандий, немец Венклер – германий.

  Во многих странах Европы, в Соединенных Штатах Америки и в Канаде систему Менделеева чаще всего называют просто «Периодическая таблица», а ее автора и вовсе не упоминают. Дело в том, что эти государства не признают тот факт, что данное открытие первым сделал именно русский ученый. Одни уверены в том, что до Менделеева это совершали и другие химики. Вторые утверждают, что Дмитрий Иванович создал свою систему на основе предыдущих изысканий зарубежных исследователей. Эти споры не утихают до сих пор, поэтому для того, чтобы не вызывать ни у кого гнев, западные специалисты предпочитают иметь безымянную таблицу. 
 Чтобы не путаться с авторскими правами, большинство школьников западного мира изучают эту систему просто как «периодическую систему элементов», без упоминания имени первооткрывателя.

       Кстати, недавно, в Сент – Эндрюсском университете в Шотландии была найдена периодическая таблица, которую международные эксперты исследовали и установили, что она была напечатана в 1885 году в одной из австрийских типографий. Там указан уже галлий и скандий, предсказанные Д.И. Менделеевым, но германия ещё нет. Эта таблица именовалась «Периодическая система Д.И. Менделеева». То есть в то время никто не сомневался в имени основоположника.   Мы же в России пользуемся ПСЭ Д.И. Менделеева и считаем его автором. В отличии от других учёных, Менделеев обнаружил периодичность в изменении свойств химических элементов, расположенных в порядке и возрастания величин их атомных масс, сравнивая между собой все известные ему элементы. Что же это был за человек?

3. Семья Д.И. Менделеева

     Дмитрий Иванович Менделеев прожил 73 года. Менделеев обладал удивительно ясным химическим мышлением, он всегда ясно представлял конечные цели своей творческой работы, стремился к тому, чтобы она приносила людям пользу.

Он родился в 1834 году в глухом сибирском городе Тобольске – месте ссылки жертв царского террора. Здесь отбывали ссылку декабристы и другие передовые люди России, которые оказывали прогрессивно-демократическое влияние на общественность города. Это не могло не сказаться и на формировании взглядов Д.И. Менделеева, детство которого прошло в родном городе.  Он был последним, семнадцатым по счету ребенком в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. Ко времени его рождения в семье Менделеевых из детей осталось в живых два брата и пять сестер. Девять детей умерли еще в младенческом возрасте, а троим из них родители даже не успели дать имена. Нелёгкой была жизнь Менделеевых, особенно после смерти отца. Но все дети получили образование, сначала в гимназии, затем в институтах. Дмитрий закончил педагогический институт в Петербурге. Преподаватели отмечали его исключительные способности. В студенческие годы Менделеев начал писать краткие обзоры успехов науки, за которые получал небольшие гонорары - единственные его доходы. В мае 1855 года Менделеев окончил институт и Учёный совет присудил ему титул "Старший учитель" и наградил золотой медалью.

В 1856 году Дмитрий защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию «Удельные объемы», а вслед за ней диссертацию на звание приват-доцента "О строении кремнеземистых соединений».

В 1861 Менделеев продолжал чтение лекций в университете; в этом же году опубликовал труд «Органическая химия», явившийся первым русским учебником органической химии. За этот учебник Менделеев был удостоен премией Петербургской академией наук. В 1864 он был избран профессором Петербургского технологического института на кафедре химии. В 1865 защитил диссертацию на степень доктора химии «Рассуждение о соединении спирта с водою», а в конце этого же года был утвержден ординарным профессором Петербургского университета по кафедре технической химии. В 1868 году Менделеев приступил к работе над учебником «Основы химии». Активная занятость наукой совершенно не мешала личной жизни учёного.

    Менделеев был дважды женат. Первая жена Феозва Никитична не интересовалась научной работой мужа. В 1880 г. у Дмитрия Ивановича появился интерес к Анне Ивановне Поповой, художнице, которая часто бывала в доме Менделеевых. В 1881 году с большим трудом был расторгнут брак Менделеева с первой женой. У Дмитрия Ивановича и Анны Ивановны родилось четверо детей. Дочь Любовь Дмитриевна в 1903 году вышла замуж за поэта Александра Блока. Это она была той «Прекрасной дамой», которую воспевал поэт.

     Любимым занятием на досуге у Менделеева в течение многих лет было изготовление чемоданов и рамок для портретов. Припасы для этих работ он закупал в Гостином дворе.

     В 1895 году Менделеев ослеп. В это время он руководил Главной Палатой мер и весов (ныне это Институт Метрологии в г. Санкт -Петербурге.) Здесь разрабатывались государственные эталоны, обеспечивающие единство измерений, здесь были сконструированы самые точные весы.  Все деловые бумаги Дмитрию Ивановичу зачитывали вслух, распоряжения он диктовал секретарю, а дома вслепую продолжал клеить чемоданы. Вскоре, за две операции ему удалили катаракту, и вскоре зрение вернулось…

4. Исследовательская деятельность Д.И. Менделеева

         Исследования Д.И. Менделеева по органической химии связаны с его работами в области нефтяной, химической и угольной промышленности. В 1876 году, когда единственным ценившимся нефтепродуктом был керосин, используемый только для освещения, Д.И. Менделеев писал: “Мне рисуется в будущем нефтяной двигатель, размерами и чуть-чуть не ценою немного превышающий керосиновую лампу…, он родит движение, когда нужно...”, писал о выгодности и удобстве двигателя, под поршнем которого взрывается смесь воздуха и летучих частей нефти, т.е. бензина.

Пристальное внимание его, как ученого, сосредотачивается на нефти, и еще в 1863 году Д.И. Менделеев начинает исследования бакинской нефти, дает ценные рекомендации как по ее переработке, так и транспортировке. По мнению Менделеева перекачка нефти и керосина по трубопроводам и перевозка по воде в наливных судах должны были резко сократить транспортные расходы.

Когда в 1866 году Д.И. Менделеев читал публичную лекцию по нефтяному делу, он настаивал на строительстве нефтеперерабатывающих заводов в центральной части России.

В 1876 году учёный выезжает в США для знакомства с нефтяным делом, результатом этой поездки стала книга “Нефтяная промышленность в Северо-Американском штате Пенсильвания и на Кавказе” (1877 год).

В 1880 году Д.И. Менделеев командируется на Кавказ, к этому времени у него складывается своя гипотеза образования нефти, которая была опубликована в материалах Венского геологического института.

В этом же году имела место публичное (отраженное в печати) столкновение Д.И. Менделеева с Людвигом Нобелем — владельцем механического завода в Петербурге и главой нефтяного “Товарищества Братья Нобель” (братом изобретателя динамита Альфреда Нобеля, который также был пайщиком — крупнейшего производителя керосина. В этом производстве бензин и тяжелые остатки считались бесполезными отходами и уничтожались.

И вот эти-то бросовые остатки Д.И. Менделеев предлагал превращать в масла, которые в три-четыре раза были дороже, чем керосин. Это могло нанести удар по нефтяной империи Нобелей, т.к. его российские конкуренты могли бы тогда успешно с ним соперничать, при гораздо меньших затратах.

Но вся это истории имеет и прямое отношение к современности, т.к. свидетельствует о том, что Нобелевская премия (ее денежное содержание) оплачено было в свое время русской нефтью и трудом русских рабочих. И парадокс еще состоит в том, что только в редчайших случаях лауреатами Нобелевской премии становились русские за бесспорные заслуги в какой-либо области, чаще присуждение этой премии русским (или “россиянам”) носило (и носит) чисто политический, антирусский или антисоветский характер.

     Приступив к чтению курса неорганической химии в Петербургском университете, Менделеев, не найдя ни одного пособия, которое мог бы рекомендовать студентам, начал писать свой классический труд «Основы химии». Менделеев принял деятельное участие в работах международного съезда химиков в Карлсруэ (1860), на котором была установлена единая система атомных весов и химических формул. Все выступления и дискуссии по поводу разграничения понятий атома, молекулы и эквивалента послужили важной предпосылкой к открытию периодического закона. Работая над основами, Менделеев открыл периодический закон химических элементов. В предисловии ко второму выпуску первой части учебника, вышедшему в 1869 г., Менделеев привёл таблицу элементов под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», а в марте 1869 г. на заседании Русского химического общества состоялось первое знакомство с его периодической системой элементов. Периодический закон явился фундаментом, на котором Менделеев создал свой учебник.

    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».

Учение о периодичности Менделеев развивал до конца жизни

    Пять Европейских университетов избрали Менделеева своим почетным членом; Кембриджский, Оксфордский и другие старейшие университеты Европы присвоили ему почетные ученые степени; он был избран членом Лондонского королевского общества, Римской и Парижской, Берлинской и других академий, также почетным членом многих научных обществ России, Западной Европы и Америки. Д. И. Менделеев был членом более 90 академий наук, научных обществ, университетов разных стран. Имя Менделеева носит химический элемент № 101 (менделевий), подводный горный хребет и кратер на обратной стороне Луны, ряд учебных заведений и научных институтов. В 1962 г. АН СССР учредила премию и Золотую медаль им. Менделеева за лучшие работы по химии и химической технологии, в 1964 г. имя Менделеева было занесено на доску почёта Бриджпортского университета в США наряду с именами Архимеда, Евклида, Николая Коперника, Галилео Галилея, Исаака Ньютона, Антуана Лавуазье.   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.

5. Настоящее и будущее Периодической системы

На данный момент (март 2019 года) известно 118 химических элементов. И вероятность того, что в этом году (и даже в ближайшие годы!) будет открыт 119-й химический элемент, довольно мала. Названия последних четырех элементов были оглашены два года назад, официально рекомендованы комиссией по номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) в ноябре 2016 года и окончательно утверждены на конгрессе ИЮПАК в июле 2017 года. По правилам IUPAC, правом давать названия новым химическим элементам обладают их первооткрыватели. Так, элемент с порядковым номером 113 получил от открывших его японских ученых название "нихоний" (символ Nh), что переводится на русский язык как "Страна восходящего солнца". 115-й элемент получил название "московий" (Mc) в честь Московского региона, где располагается Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) г. Дубна. Здесь, в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова, в процессе экспериментов и был получен этот элемент. Название было предложено специалистами из Национальной лаборатории Ок-Ридж Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле (штат Теннесси, США), внесшими большой вклад в исследование сверхтяжелых химических элементов.  Новый элемент с атомным числом 117 внесли в таблицу под названием "теннессин" (Ts), которое было предложено специалистами из Национальной лаборатории Ок-Ридж Университета Вандербильта и Университета Теннесси, в честь своего университета.

Наконец, 118-й элемент, которому было присвоено временное название "унуктоний", сменил его на постоянное и официальное "оганессон" (Og) в честь академика Российской академии наук Юрия Цолаковича Оганесяна за его исследования новых элементов.

Таким образом, седьмой (самый последний) период таблицы Менделеева теперь полностью завершен. На XX-м Менделеевском съезде ведущих химиков, проходившем в Екатеринбурге с 26 по 30 сентября 2016 года, директор Лаборатории ядерных реакций заявил о том, что в ближайшее время ученые приступят к синтезу 119 и 120 элементов, которые станут первыми в восьмом периоде таблицы. Новых элементов в природе нет, их получают на современных ускорительных комплексах. За последние 50 лет периодическая таблица Менделеева пополнилась 17 новыми элементами (порядковые номера 102-118). Российскими учеными было открыто девять элементов.

Заключение

        Нобелевскую премию Д.И. Менделееву получить не довелось, хотя была возможность получить её 3 раза. Зарубежные университеты выдвигали его кандидатуру, но всё заканчивалось лишь номинациями. К сожалению, ни одно российское научное общество не выдвигало его кандидатуру для награждения, несмотря на всё, что было сделано этим человеком для страны и мировой науки. Причины: неудобные для правительства политические взгляды учёного и его разногласия с братьями Нобелями на почве переработки нефти.

          Таким образом, Периодический закон и система открыли новую эру в химии и физике, явились исходным пунктом для новых изысканий и открытий. Знаменитая таблица – это не плод воображения одного человека. Это результат деятельности учёных многих стран. Стройная классификация видов атомов, основанная на их строении, является основным законом природы. То, что эта таблица отражает природные закономерности, подтверждается всеми законами диалектики, то есть всеми правилами развития бытия, на которые не может повлиять отдельно взятая личность. Рано или поздно такая таблица, то есть система химических элементов, была бы сформирована. Гениальная личность Д.И. Менделеева только приблизила знакомство человечества с Великой таблицей.

       Правда, мы не должны забывать, что этот учёный, кроме этого создал современную теорию растворов, разработал технологию получения бездымного пороха, написал лучший для своего времени учебник по химии, изучил состояние идеального газа и вывел известное уравнение для его описания, он внёс огромный вклад в становление отечественной нефтяной промышленности, оставил ценные разработки в области аэродинамики и воздухоплавания, метрологии, метеорологии, экономики и сельского хозяйства. Д.И. Менделеев был выдающимся педагогом, так как много лет преподавал в Санкт -Петербургском Государственном Университете и Политехническом институте.

Современники говорили, что этот великий учёный создал свою жизнь как произведение искусства. Нам, россиянам, есть чем гордиться и есть с кого брать пример. Сам же Дмитрий Иванович о себе сказал: «Часто слышу, что я гений. Работал всю жизнь, вот и стал гением…»

Итак, исследовав различные источники информации о периодической системе и Д.И. Менделееве, мы сделали выводы:

• Д.И. Менделеев формировал таблицу в течение 20 лет, а не увидел её во сне.
• Д.И. Менделеев не является автором водки, а является учёным, который изучал растворы.
• Д.И. Менделеев не только химик, но и физик, экономист, изобретатель, агроном, основатель нефтяной промышленности в нашей стране, метролог и метеоролог.
• Если бы в начале XIX  века не появился бы на свет такой человек, как Дмитрий Менделеев, то Периодическая система всё равно была бы сформирована, так как является отражением законов природы и в создании её приняли и принимают участие многие учёные нашей планеты.

                           Список использованных источников:

1. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. «Химия 11 класс» углублённый уровень, Москва, Дрофа, 2017 год

2.  Интернет – сайт «Википедия»: https://ru.wikipedia.org

3. Интернет – сайт: https://www.google.ru

4. Интернет – сайт: http://onnews.wdcd.ru

5. Интернет – сайт: http:// livejournal.com

5. Курбатов В.Я. «Менделеев» Детгиз, Ленинград, 1954г.

                                            Приложения

Рис.1. Триады Дёберейнера

Рис.2.

Рис.3 Октавы Ньюлендса

Рис.4