История создания и развития Периодической системы

Имя великого русского ученого – энциклопедиста Дмитрия Ивановича Менделеева известно любому образованному человеку и в России и за её пределами. И действительно, закономерности строения и свойств химических элементов, этих своеобразных «кирпичиков» мироздания, строго подчиняются Периодическому закону открытому Дмитрием Ивановичем, который положил начало современной химии, сделал ее единой, целостной наукой. А созданная на основе этого закона Периодическая система химических элементов - их естественная, упорядоченная классификация, только начинает открывать свои самые сокровенные тайны. Естественно, чем глубже и совершеннее будут наши знания о Периодическом законе и Периодической системе элементов, тем глубже и совершеннее будут наши представления о структуре и свойствах химических элементов, а значит и об окружающем нас мире.

Подробно изучая структуру Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с позиции человека XXI века, невольно возникает вопрос об уровне совершенства её формы. Придерживаясь справедливого высказывания знаменитого французского философа и математика Ренэ Декарта: «Исследователь истины хоть раз в жизни все должен подвергнуть сомнению, насколько это возможно», попробуем обосновать право на существование новой формы Периодической системы. Своё исследование будем основывать на общей теории цикла, суть которой состоит в том, что природой управляет один универсальный закон цикличности пространства-времени.

Данная позиция помогла определить тему нашего исследования: «Циклическая система химических элементов – новая форма Периодической системы Д. И. Менделеева»

Подробный анализ литературы по этой теме дал возможность констатировать следующие противоречия:

- между общепринятой формой Периодической системы химических элементов и необходимостью её усовершенствования с позиции человека XXI века;

- между различными уже существующими формами выражения Периодического закона Д. И. Менделеева;

- между научно - обоснованным выводом о том, что окружающий нас мир описывается законом циклической структуры пространства-времени и нециклической формой Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Актуальность выбранной нами темы и возникшие противоречия определяют ведущую идею исследования - осуществляя научный методологический подход к анализу структуры Периодической системы Д. И. Менделеева, доказать целесообразность существования циклической системы химических элементов.

Данная исследовательская работа, все материалы и особенности исследования были обусловлены целью, задачами, степенью изученности проблемы.

Цель работы: изучить историю открытия и структуру Периодической системы Д. И. Менделеева для доказательства права на существования новой – циклической системы химических элементов.

Указанная цель достигается посредствам решения следующих задач:

- ознакомление с историей открытия Периодического закона и Периодической системы химических элементов;

- проведение анализа и осмысления уже существующих вариантов изображения Периодической системы элементов;

- обоснование и построение нового варианта системы химических элементов в виде циклов.

Гипотеза исследования – основана на предположении о том, что если будет проведён всесторонний анализ структуры Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, то возможно построение нового варианта системы химических элементов в виде циклов.

Условия работы следующие:

- возможности сбора информации в глобальных компьютерных сетях;

- наличие достаточного количества источников для исследования проблемы: справочной, энциклопедической, научно - познавательной, специальной, биографической литературы;

- систематические кружковые занятия по химии.

Предполагаемые результаты:

1. Описание истории открытия Периодического закона и Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева на основе конспектирования и анализа справочной, энциклопедической, научно - познавательной, специальной, биографической литературы.

2. Представление анализа несоответствий, недостатков и очевидных противоречий современной системы химических элементов Д. И. Менделеева в виде обоснованных выводов.

3. Составление нового варианта системы химических элементов в форме циклов и в виде схемы и наглядного пособия.

При выполнении данной работы мы использовали следующие методы исследования:

- анализ литературы по проблеме исследования;

- поиск информации в глобальных компьютерных сетях;

- общенаучные методы исследования: обобщение, классификация, систематизация, сравнение, системный анализ, анализ результатов деятельности.

В процессе изучения проблемы, при создании творческого мультимедийного проекта, отработались специальные практические умения и навыки работы с персональным компьютером. Остановимся на основных этапах нашего научного исследования.

Периодический закон ждет не только новых приложений, но и усовершенствований, подробной разработки и свежих сил

Д. И. Менделеев

Глава 1. Из истории создания и развития Периодической системы

Поиски основы естественной классификации химических элементов и их систематизации начались задолго до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели, которые первыми работали в этой области, были вызваны недостаточностью экспериментальных данных, так как вначале XIX в. число известных химических элементов было ещё слишком невелико, а принятые значения атомных масс многих элементов неточны.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева считается одним из крупнейших открытий естествознания. Первого марта 1869 года Д. И. Менделеев обнародовал периодический закон и его следствие — таблицу элементов . Сообщение об открытом Менделеевым соотношении между свойствами элементов и их атомными весами было сделано 6(18) марта 1869 года на заседании Русского химического общества (Н. А. Меншуткиным от имени Менделеева) и опубликовано в «Журнале Русского химического общества» («Соотношение свойств с атомным весом элементов»), 1869 г. В 1870 году он назвал систему «естественной», а спустя год — «периодической». Летом 1871 года Дмитрий Иванович подытожил свои исследования, связанные с установлением Периодического закона1, в труде «Периодическая законность для химических элементов». В классическом труде «Основы химии», выдержавшем при жизни автора 8 изданий на русском языке и несколько изданий на многих иностранных языках, Менделеев впервые изложил неорганическую химию на основе периодического закона. Таблица (далёкий прообраз современной), демонстрирующая закон, была представлена Менделеевым под названием «Опыт системы элементов, основанный на их же атомном весе и химическом сходстве». Им же была дана формулировка закона: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, находятся в периодической зависимости от их же атомного веса». Таблица состояла из шести вертикальных групп, предшественниц будущих периодов. По горизонтали прослеживались ещё не полные ряды элементов, прообразов будущих подгрупп (сегодня — групп) элементов. Она сдержала 67 элементов, в том числе три предсказанных, впоследствии открытых и названных «укрепителями периодического закона».

Периодический закон1 – для подчеркивания значения для науки открытия Периодического закона и Периодической системы элементов

Д. И. Менделеева, в нашей работе данные понятия мы будем писать с большой буквы.

В отличие от своих предшественников, Дмитрий Иванович не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. Ученый взял на себя смелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства неоткрытых ещё элементов.

На протяжении многих лет Д. И. Менделеев боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (П. Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Л. Нильсен, 1879) и германий (К. Винклер, 1886) — соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

Периодическая система элементов оказала большое влияние на последующее развитие химии. Она не только была первой естественной классификацией химических элементов, показавшей, что они образуют стройную систему и находятся в тесной связи друг с другом, но и явилась могучим орудием для дальнейших исследований. Последующее развитие науки позволило, опираясь на Периодический закон, гораздо глубже познать строение вещества, чем это было возможно при жизни Менделеева. Блестящее подтверждение нашли пророческие слова Менделеева: «Периодическому закону не грозит разрушение, а обещаются только надстройка и развитие».

В начале XX века Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведения в соответствие с новейшими научными данными. Д. И. Менделеев и У. Рамзай пришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы элементов, в которую вошли инертные газы. Инертные газы явились, таким образом, элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунер нашёл решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложив в 1902 г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинном варианте таблицы шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый, которые в свою очередь длиннее, чем второй и третий периоды. Дальнейшее развитие Периодического закона в было связано с успехами физики: установление делимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности, в конце концов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов и создать теорию Периодической системы.

С момента открытия Периодического закона Д. И. Менделеевым не прекращается поиск новых вариантов изображения периодической системы элементов. На сегодняшний день их известно более пятисот. Периодическая система элементов многократно представлялась в табличной форме, в графической, спиралевидной. Таблицы располагались на плоскости, на поверхностях различных фигур и в виде клеток, сгруппированных в пространстве.

Длинную форму впервые разработал Менделеев, а в усовершенствованном виде она была предложена в 1905 г. А. Вернером .

Современный вариант длинной таблицы Менделеева используется достаточно часто, он составлен по форме, утвержденной ИЮПАК в 1989 году и принятый международным научным сообществом. В нем приведены уточненные в 1995 году значения атомных масс и утвержденные в 1997 году названия девяти полученных искусственно элементов №№ 101-109 .

Так называемая лестничная форма системы химических элементов предложена английским ученым Т. Бейли (1882) и датским ученым Ю. Томсеном (1895), а впоследствии усовершенствована Н. Бором (1921) .

Весьма оригинальна так называемая квантовомеханическая форма периодической системы . В ней элементы расположены в трехмерном пространстве в системе координат n квантовое число) и m (магнитное квантовое число). Таким образом, элементы расположены в несколько слоев, соответствующих электронным слоям в атомах, и в каждом слое от центра наружу последовательно расположены замкнутые ряды s-, p-, d-, f-элементов. Очень эффектно выглядит последовательное заполнение такой трехмерной системы элементами с возрастанием Z во времени.

Стоит также упомянуть версии периодической системы, исполненные в форме спирали с ответвлениями. В пределе (если бы в системе было бесконечно много элементов, и все они подчинялись бы (n + l) - правилу) такая спираль образует фрактал, поэтому иногда такую форму системы элементов называют фрактальной.

Общепринятые варианты таблицы химических элементов практически совпадают с предложенными в свое время Д. И. Менделеевым, это свидетельствует о гениальной прозорливости великого ученого.

Периодическая система химических элементов сыграла и продолжает играть огромную роль в развитии естествознания. Она явилась важнейшим достижением атомно-молекулярного учения, позволила дать современное определение понятия «химический элемент» и уточнить понятия о простых веществах и соединениях. Закономерности, вскрытые Периодической системой химических элементов, оказали существенное влияние на разработку теории строения атомов, способствовали объяснению явления изотонии.

Создание теории строения атома на новом научно-теоретическом уровне подтвердило обоснованность разработанной Менделеевым классификации атомов. Так, номер клетки периодической системы показывает число протонов в ядре и число электронов на электронных оболочках обозначенного в ней атома. Номер периода показывает число энергетических уровней на электронных оболочках, обозначенных в нем атомов. В главных подгруппах периодической системы обозначены атомы, у которых заполняются электронами внешние энергетические уровни их электронных оболочек, в побочных подгруппах – внутренние энергетические уровни их электронных оболочек. С точки зрения теории строения атома классификационным признаком атомов вместо массы стал заряд ядра. Это требует соответствующего изменения формулировки периодического закона: химические свойства атомов, следовательно, и химические свойства образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их ядер.

Краткие выводы к первой главе

Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX в. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева представляет собой естественную классификацию химических элементов, являющаяся табличным (или др. графическим) выражением периодического закона Менделеева. Периодическая система элементов была разработана Менделеевым в 1869-1871 и имеет самостоятельное значение. Объем научной информации, с которой оперирует система Д. И. Менделеева и на которую опирается развитие ее теории, становится все шире и шире. Ее следует считать классификацией атомов, научным обоснованием которой является периодический закон. Периодическая система развивается и поныне, не теряя при этом своей естественной гармоничности.

Глава 2. Анализ и осмысление современной системы химических элементов Д. И. Менделеева

За прошедшие почти 140 лет с момента открытия Периодического закона и Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым, представления о строении вещества изменились коренным образом, и канонические таблицы во многом устарели. Так, например, в короткой форме Периодической таблицы существуют несоответствия, недостатки и очевидные противоречий, они заметны при первом же взгляде на свойства элементов, искусственно собранных в одну и ту же группу. Так, например, в I группу короткой таблицы попали и металлы Cu, Ag, Au, и противоположные по активности щелочные металлы Na, K, Rb, Cs. Несовместимость свойств «одногрупповых» элементов прослеживается и по всем остальным группам. Обратим внимание лишь на бывшие конечные (VI-VIII) группы. Это — соседство в VI группе двух «типических» элементов — O и S и их же аналогов Se, Te, Po с тугоплавкими металлами — Cr, Mo, W; в VII группе — элементов, отвечающих агрессивным летучим галогенам F, Cl, Br, I, с не менее тугоплавкими металлами Mn, Tc, Re.

Максимально противоречива структура VIII группы. В неё включены подгруппа VIIIb с «триадой» («семейство железа» — Fe, Co, Ni) и «семейство платиновых металлов» (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), куда, естественно, должны входить в виде трёх вертикальных рядов и только что полученные элементы 108–110, которые никогда не относились к платиновым. В эту же группу входит, противореча здравому смыслу, и подгруппа VIIIa, куда отнесены благородные газы (He, Ne и другие). С уверенностью можно утверждать, что исторически эти триады-семейства были «втиснуты» в последнюю (VIII) группу вынужденно, вопреки логике, так как эта группа, согласно электронной структуре атомов, предназначена природой только для указанных газовых элементов, так как четырём триадам из 3(4) декад в каждом периоде при компоновке таблицы из восьми групп не хватило места в её предшествующих семи группах.

В коротком варианте системы химических элементов отсутствуют места для некоторых элементов (лантаноиды, актиноиды), которые приходится выделять в отдельные семейства, и пространственная разобщенность элементов соседних атомных номеров (бериллий, бор, магний и алюминий) в длинном варианте таблицы, и многое другое. Ни один из традиционных вариантов не обладает упорядоченностью в расположении элементов, достаточной для того, чтобы однозначно указать её в таблице элемента со сколь угодно большим номером.

По всей вероятности, задача отыскания варианта, идеального во всех отношениях, остается пока неразрешимой. В связи с этим попробуем провести собственный анализ организации системы химических элементов и обосновать закономерность положения химических элементов, основываясь на Периодическом законе Д. И. Менделеева.

Характер любой химической системы, как известно, зависит не только от состава и строения ее элементов, но и от их взаимодействия. Именно такое взаимодействие определяет специфические, целостные свойства самой системы.

Эволюция понятия химической системы осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или элементов, а с другой — установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства.

Для полного изучения системы химических элементов раскроем её организацию. По нашему мнению, система химических элементов имеет следующую организацию:

• структурную (строение, состав);

• пространственную (протяженность, объем);

• иерархическую (несколько уровней элементов);

• вещественную (вид материи);

• информационную (сведения, разъяснения);

• временную (изменяющиеся события);

• энергетическую (количественная мера движения).

Учитывая данную организацию системы химических элементов можно высказать мнение, что любому табличному отображению Периодической системы элементов органически присущ недостаток - отсутствие системы координат, однозначно определяющих местоположение данного объекта в пространстве. Это значительно ограничивает возможности количественной интерпретации взаимосвязи систематизируемых элементов.

Отметим, что слово «период» - латинского происхождения, в прямом смысле означает «завершенное движение по окружности», циклическое, повторяющееся движение. А если все атомы химических элементов таблицы Менделеева - круглые и планеты, звезды, галактики тоже круглые, то почему сама система химических элементов квадратная? Ведь уже неоднократно доказывалась неразрывная взаимосвязь микромира с макромиром в единой закономерности всей органической и неорганической Вселенской природы. Возникает вопрос можно ли расположить систему химических элементов в виде циклической структуры? Таким образом, возможно, устранились бы многие недостатки, о которых мы говорили ранее.

Безусловно, данная идея не претендует на безукоризненную новизну, так как нельзя забывать и отрицать существование винтовой формы расположения символов химических элементов А. Шанкуртуа , где около двух десятков радиальных линий, вдоль которых и расположены символы. Но в данной таблице число линий не обосновано, часто они объединяют элементы, сильно различающиеся по свойствам.

Необходимо отметить существование общей пространственной формы спиралей химических элементов, отраженная А. Динковым в расположении их на псевдосфере Р. И. Лобачевского, по форме абсолютно совпадает с предлагаемой новой теорией Солнечной воронки . Воистину, самое чудесное преобразование табличной системы элементов по Менделееву в псевдосферу Римана – Лобачевского.

К спиральной форме расположения элементов Д. И. Менделеев относился сдержанно: «способ этот, представляя наглядность, имеет ту теоретическую невыгоду, что не указывает вовсе на существование в каждом периоде ограниченного и определенного числа элементов. Действительный периодический закон не отвечает последовательному изменению свойств с последовательным изменением атомного веса, словом, он не выражает функцию непрерывную. Периодический закон, поэтому следует выражать не геометрическими линиями, всегда подразумевающими сплошность, а вроде того, как поступают в теории чисел — прерывно»

В процессе познания окружающего мира наука вырабатывает совокупность определенных норм, правил, принципов, законов, которые позволяют все глубже проникать в суть вещей и явлений. Но наука не стоит на месте и открытия в области химии в последнее столетие заставляют пересмотреть ранее открытые законы и закономерности.

Периодическую систему химических элементов с позиции открытий в XX-XXI в. в. можно охарактеризовать следующим образом:

• Закономерность строения и свойства Периодической системы полностью совпадают с закономерностями построения и функционирования многоуровневых иерархических систем: строго эволюционный, преемственный путь развития, внешняя и внутренняя двойственность, структурная ограниченность и замкнутость, взаимосвязь с внешней средой осуществляется через внешнюю самую активную подоболочку атома.

• Анализ основных отношений Периодической системы показал не только строго симметрическую последовательность заполнения электронных оболочек, но и строго симметрический принцип их объединения<2,2; 2,6,6,2; 2,6,10,10,6,2; 2,6,10,14,14,10,6,2; > • Выявленные принципы построения Периодической системы позволяют уверенно прогнозировать структуру всех последующих электронных оболочек атома.

• Системный подход к анализу Периодической системы и электронных оболочек атома позволил объяснить их структуру с позиций теории иерархических пространств. Используя производящие функции, был получен алгоритм формирования оболочек и подоболочек Периодической системы химических элементов, который объединил в единое целое принцип Паули, правило Хунда и правило Клечковского.

• Системный анализ Периодической системы химических элементов выявил новые закономерности ее строения.

• Обосновано существование последнего химического элемента, что химических элементов с порядковыми номерами больше 118 никогда в природе не существовало, не существует и никогда не будет существовать и их невозможно получить даже искусственно. Но в силу закономерности интеграции химических элементов и их соединений между собой, человечество стоит на пороге открытий великого множества новых химических соединений, обладающих самыми уникальными и пока неизвестными свойствами.

Краткие выводы ко второй главе

Нерешенные проблемы таит в себе Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Любому табличному отображению Периодической системы элементов органически присущ недостаток - отсутствие системы координат, однозначно определяющих местоположение данного объекта в пространстве. Наука находится в постоянном развитии, а открытия в области химии, физики и других наук в XX-XXI в. заставляют пересмотреть ранее выявленные закономерности, саму структуру системы химических элементов и предложить новый вариант, для решения существующих проблем Периодической системы Д. И. Менделеева.

Глава 3. Экспериментальная работа. Построение нового варианта системы химических элементов в виде циклов.

§ 3. 1. Обоснование целесообразности нового варианта системы химических элементов в виде циклов.

Используя опыт многих ученых, строго придерживаясь Периодического закона как системы элементов, распределенных по группам и периодам, представленного Д. И. Менделеевым, проведем экспериментальную работу, заключающуюся в попытке построить новый вариант системы химических элементов в виде циклов.

Отметим, что наша система химических элементов также как и таблица Д. И. Менделеева будет построена на основе порядковых номеров химических элементов, определяемых зарядом ядра.

Циклическая структура – это как бы геометрическая интерпретация закона периодичности, в ней четко прослеживается принцип повторяемости — преемственности структуры атомов химических элементов, каждый цикл повторяет предшествующий, но на качественно новом уровне.

Элементы на циклах-кругооборотах расположены равномерно. Поэтому логично предположить, что с возрастанием порядкового номера элемента его атомный вес будет увеличиваться равномерно по прямой линии, то есть будет существовать линейная зависимость. Подтверждают этот факт исследования Ю. Н. Соколова. Ученый поясняет: «Возьмем только стабильные естественные изотопы до 86-го элемента включительно. Их будет 527. Кроме того, выделим две последовательности: изотопы четных и нечетных элементов.

Все изотопы четных элементов перенесем на график, где по оси абсцисс будем откладывать количество нейтронов в ядрах, а по оси ординат количество протонов

В результате, соединив линиями скопления точек, получим четыре ряда параллельных прямых, которые пересекаются под определенным углом друг к другу. Точки пересечения этих параллельных линии будут соответствовать изотопам химических элементов с порядковыми номерами 2, 18, 54. Эти элементы выступают как конечные элементы второго, третьего и четвертого цикла-кругооборота в циклической структуре системы.

Аналогичная зависимость устанавливается и для изотопов нечетных элементов. Излом линий здесь наблюдается в точках, которые соответствуют изотопам элементов с порядковым номером 17, 53, то есть конечным нечетным элементам второго и третьего цикла-кругооборота».

Линейная зависимость числа протонов от числа нейтронов определяет следующую простую закономерность заполнения ядер элементов протонами и нейтронами: при увеличении количества протонов на два количество нейтронов увеличивается в первом цикле-кругообороте на один, во втором на два, в третьем на три, а в четвертом на четыре.

Придерживаясь мнения М. Н. Беляева о существовании Единого Периодического закона эволюции элементарных частиц можно по-новому взглянуть и на процессы, происходящие в мире химических элементов. По мнению М. Н. Беляева Периодическая система химических элементов связана с Периодической системой элементарных частиц.

А если внимательно рассмотреть некоторые основные сведения о двойственных отношениях в атомах , то можно констатировать тесную связь между периодичностью изменения свойств химических элементов и периодичностью и очевидной цикличностью изменения свойств элементарных частиц.

Отмети, что в структуре атома нейтроны играют чрезвычайно важную роль. Двойственная пара «протон-электрон», соединившись с нейтроном, формирует фундаментальную атомную циклотриаду «протон - нейтрон-электрон».

Помимо данной закономерности в своей системе химических элементов учтем правила, лежащие в основе построения Периодической системы элементов Д. И. Менделеева :

1. Заряд ядра атома, обозначается буквой «Z», является основной характеристикой, определяющей индивидуальность данного элемента.

2. Заряд ядра атома совпадает с порядковым номером элемента в системе Д. И. Менделеева.

3. Заряд ядра атома представляет собой суммарный заряд образующих его протонов и нейтронов и численно равен их количеству. Изменение числа протонов в ядре приводит к изменению химической природы элемента, причем и порядковый номер становится соответственно иным.

4. Изменение числа нейтронов в ядре изменяет его массу, но не приводит к изменению химических свойств, но радиоактивные свойства элементов при этом могут резко меняться.

5. Число электронов в электронейтральном атоме равно зарядовому числу элемента, т. е. величине «Z».

6. Наличие в структуре атома определенного числа электронов само по себе не определяет совокупность химических и физических свойств элемента. Последние главным образом зависят от структуры электронной оболочки, от характера электронных конфигураций.

7. Номер периода, к которому относится данный элемент, определяется числом электронных слоев в оболочке атома этого элемента.

8. Номер группы, к которой принадлежит данный элемент, как правило, определяется общим числом валентных электронов. При этом, к числу последних, относятся электроны, наименее прочно связанные с ядром атома.

Проводя исследование структуры Периодической системы, мы установили, что число элементов в периодах-окружностях равно 2п2, где n – номер цикла-кругооборота. Из квантовой механики известно, что элементы в периодах не равноценны. Есть s-элементы, р, d и f. Такое деление обусловлено энергетическим состоянием электронов, которые находятся на внешнем электронном слое атома. Известно также их число, s-элементов два, р-элементов шесть, d – десять, f – четырнадцать. Типы конфигураций внешних электронных оболочек атомов определяют основные особенности химического поведения элементов.

В нашей системе мы попробовали четко разделить элементы по семействам. Для полного и ясного представления о строении атомов мы пришли к выводу о необходимости разделении системы химических элементов на 2 части. К данной целесообразности привела мысль и о том, что не могут элементы совершенно с различной активностью, свойствами и строением атомов находиться в одной группе одной системы.

§ 3. 2. Структура нового варианта системы химических элементов в виде циклов

Циклическая система химических элементов разбита на две части и является упорядоченным множеством: элементы пронумерованы и расположены строго определенным образом в порядке возрастания заряда ядра атомов.

Первая часть нашей системы (см. приложение 1) представляет собой циклически образованную организацию химических элементов s и р- семейств. В данной структуре четко прослеживается разделение элементов по группам и по периодам.

Специфика первого периода в том, что он содержит всего 2 элемента: водорода и гелия. Место водорода в системе неоднозначно: поскольку он проявляет свойства, общие со щелочными металлами и с галогенами и его можно поместить либо в I, либо в VII группу. Рассуждая о том, что водород по своему строению s-элемент, мы расположили его в I группу, а так как конфигурация атома гелия (1s2) является весьма прочной, это обусловливает его химическую инертность и расположение в VIII группе.

Характерным для нашей системы химических элементов является четкое выделение групп: щелочных (I гр. ) и щелочноземельных (II гр. ) металлов; групп бора (III гр. ), углерода (IV гр. ), азота (V гр. ), халькогенов (VI гр. ), галогенов (VII гр. ) и благородных газов (VIII гр. ).

Свойства элементов в группах закономерно изменяются: от центра цикла к периферии усиливаются металлические свойства, а ослабевают неметаллические и от элемента I группы по часовой стрелке по кругу металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются. Очевидно, металлические свойства наиболее сильно выражены у франция, затем у цезия; неметаллические — у фтора, затем — у кислорода.

Таким образом, мы сопоставили в общей системе группы химических элементов сходных по своему строению (одинаковое количество электронов на внешнем энергетическом уровне) и химической активности. И отделили элементы, резко отличающие по химическим свойствам, отнеся их во вторую часть нашей системы химических элементов.

Необходимо отметить еще одну закономерность распределения элементов в периодах, выявленную в нашей системе элементов: в первом и последнем периодах находятся по два элемента, а в остальных по восемь, если это изобразить графически, то мы увидим фигуру напоминающую цилиндр . Это отождествляется с положениями общей теории циклов (Ю. Н. Соколов) и подтверждает целесообразность расположения системы химических элементов в циклы.

Создается впечатление начала и конца цикла. В действительности же мы знаем, что последующие элементы не относятся к элементам главных подгрупп таблицы Менделеева.

Рассматривая структуру вторую части нашей системы химических элементов, отметим, что в ней определенным образом, с соблюдением периодического закона Д. И. Менделеева расположены элементы d и f –элементы - переходные металлы. Особенность строения атомов переходных элементов заключается в незавершённости их внутренних электронных оболочек; соответственно различают d-элементы, у которых происходит заполнение 3d-, 4d-, 5d- и 6d-подоболочек и f-элементы, у которых заполняется 4f-подоболочка (лантаноиды) и 5f-подоболочка (актиноиды). В четырех периодах (IV, V, VI и VII) располагаются по 10 d -элементов и в двух периодах (VI и VII) располагаются по 14 f –элементов. Если совместить обе части системы и представить их положение в пространстве, то получим равномерное, циклическое расположение всех элементов системы .

s- элементы р - элементы d – элементы f - элементы

Элементы расположены в несколько слоев, соответствующих электронным слоям в атомах, и в каждом слое от центра наружу последовательно расположены замкнутые циклы s-, p-, d-, f-элементов. В более подробном и тщательном изучении циклической системы химических элементов с точки зрения квантовой механики можно рассмотреть фазы инволюции и эволюции цикла развития элемента, и объяснить физико-химические свойства всех элементов, а также нарушение порядка заполнения электронами электронных подуровней, но это тема уже следующей исследовательской работы.

Анализируя структуру нашей циклической системы химических элементов (см. наглядное пособие), отметим, что номер ячейки показывает число протонов в ядре и число электронов на электронных оболочках обозначенного в ней атома. Номер периода показывает число энергетических уровней на электронных оболочках обозначенных в нем атомов. В первой части системы обозначены атомы, у которых заполняются электронами внешние энергетические уровни их электронных оболочек, в во второй части системы – внутренние энергетические уровни их электронных оболочек. Данные характеристики соответствуют структуре Периодической системы, предложенной Д. И. Менделеевым. Таким образом, мы получили новый вариант системы химических элементов в виде циклов, которая справедливо может рассматривается как фрагмент фрактальной структуры Вселенной.

Краткие выводы к третьей главе

Циклическая структура – геометрическая интерпретация закона периодичности, в ней четко прослеживается принцип повторяемости — преемственности структуры атомов химических элементов, каждый цикл повторяет предшествующий, но на качественно новом уровне.

Для создания циклической системы химических элементов использованы следующие фундаментальные положения:

– основой для построения любой новой системы химических элементов является Периодический закон Д. И. Менделеева;

– учёт правил, лежащих в основе построения Периодической системы элементов Д. И. Менделеева при построении циклической системы химических элементов;

– разделение элементов по семействам;

– разделение системы химических элементов на 2 части, так как не могут элементы совершенно с различной активностью, свойствами и строением атомов находиться в одной группе одной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведя подробный анализ литературы по теме нашего исследования, мы можем с уверенностью сказать, что Д. И. Менделеев, сформулировав Периодический закон и представив его содержание в виде таблицы, которая стала классической, всесторонне обосновал, показал его огромное научное значение, как руководящего классификационного принципа и как могучего орудия для научного исследования.

Осуществив тщательный анализ и осмысление структуры Периодической системы Д. И. Менделеева мы доказали право на существования новой – циклической системы химических элементов.

Циклическая структура – это геометрическая интерпретация закона периодичности, в ней четко прослеживается принцип повторяемости — преемственности структуры атомов химических элементов, каждый цикл повторяет предшествующий, но на качественно новом уровне.

Элементы на циклах-кругооборотах расположены равномерно. В циклической системе элементы четко разделены по семействам. Для полного и ясного представления о строении атомов циклическая системы химических элементов разделена 2 части, так как не могут элементы совершенно с различной активностью, свойствами и строением атомов находиться в одной группе одной системы.

Циклическая система химических элементов является упорядоченным множеством: элементы пронумерованы и расположены строго определенным образом в порядке возрастания заряда ядра атомов.

Большое общенаучное и философское значение циклической системы химических элементов состоит в том, что в ней подтверждается наиболее общие законы развития природы (единства и борьбы противоположностей, перехода количества в качество, отрицание отрицания, цикличность системы мироздания).

В ходе экспериментальной работы было выполнено наглядное пособие «Циклическая система химических элементов» , которое может успешно применяться в школьном курсе химии при изучении темы «Периодический закон Д. И. Менделеева».