Презентация на тему «Периодическая система Менделеева»

Слайд 1. Периодическая система Менделеева

• Открытие периодического закона, устройство таблицы и её значение для современной химии

Доклад: Здравствуйте! Тема моей презентации — периодическая система Менделеева. Речь пойдёт о том, как в 1869 году был открыт периодический закон, как устроена привычная всем таблица и почему она до сих пор остаётся главным инструментом химика. Постараюсь показать не только историю открытия, но и его научную логику.

Слайд 2. Содержание

• Введение
• Периодический закон: суть открытия
• Путь к открытию: предшественники
• Учёные вокруг периодического закона
• Дмитрий Иванович Менделеев
• 1 марта 1869 года: рождение системы
• Две формулировки закона
• Как устроена таблица
• Строение атома — причина периодичности
• Электронные семейства элементов
• Периодические свойства атома
• Как меняются свойства элементов
• Сила предсказания: экаэлементы
• Экасилиций и германий: расчёт и факт
• Рост числа известных элементов
• Современная таблица в цифрах
• Сверхтяжёлые элементы и вклад Дубны
• Значение периодического закона
• Выводы
• Список литературы

Доклад: Работа построена так: сначала мы разберём суть периодического закона и путь к нему, затем познакомимся с учёными, подготовившими открытие, и с самим Менделеевым. Дальше перейдём к устройству таблицы и к тому, как строение атома объясняет периодичность. Завершим разговор предсказанной судьбой неоткрытых элементов и современным состоянием системы.

Слайд 3. Введение

• Периодическая система — универсальный язык химии: в ней упорядочены все 118 признанных элементов, от водорода до оганесона.
• Открытие Д. И. Менделеева 1869 года превратило разрозненный набор из 63 известных тогда элементов в стройную систему с предсказательной силой.
• Таблица связывает строение атома, тип химической связи и свойства веществ, поэтому с неё начинается изучение химии в школе и в вузе.
• Организация Объединённых Наций по вопросам образования, науки и культуры объявила 2019 год Международным годом Периодической таблицы — к 150-летию открытия.

Доклад: Периодическая система — это не просто плакат на стене кабинета химии, а способ упорядочить всё вещество, из которого состоит мир: сегодня в ней 118 признанных элементов. Когда Менделеев брался за работу, элементов было известно всего 63, и они выглядели случайным набором. Именно поэтому 2019 год Организация Объединённых Наций по вопросам образования, науки и культуры объявила Международным годом Периодической таблицы.

Слайд 4. Периодический закон: суть открытия

• Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.
• 1869 — год открытия — первый вариант системы составлен 1 марта
• 63 — элемента было известно — именно их упорядочил Менделеев
• 118 — элементов сегодня — последний признан в 2016 году

Доклад: Современная формулировка закона звучит так: свойства простых веществ и соединений периодически зависят от заряда ядра атомов. Обратите внимание на три цифры: 1869 год открытия, 63 элемента, известных на тот момент, и 118 элементов сегодня. Закон, сформулированный на неполных данных, выдержал почти двукратное расширение таблицы — это лучшее свидетельство его истинности.

Слайд 5. Путь к открытию: предшественники

• К середине XIX века химики уже чувствовали скрытый порядок в свойствах элементов, но найти общий принцип не удавалось.
• Ранние схемы охватывали лишь часть элементов и не объясняли исключений, поэтому научным сообществом всерьёз не принимались.
• 1829 — триады Дёберейнера
• 1862 — «теллуровый винт» Шанкуртуа
• 1864 — закон октав Ньюлендса
• 1864 — первая таблица Лотара Мейера
• 1869 — периодическая система Менделеева
• 1913 — закон Мозли о заряде ядра

Доклад: Менделеев работал не на пустом месте. Ещё в 1829 году Дёберейнер объединил сходные элементы в триады, в 1862-м Шанкуртуа предложил «теллуровый винт», а в 1864-м Ньюлендс сформулировал закон октав. Однако все эти схемы охватывали лишь часть элементов и рассыпались на исключениях. Точку в истории поставил уже 1913 год, когда Мозли показал, что порядок задаёт заряд ядра.

Слайд 6. Учёные вокруг периодического закона

• Иоганн Вольфганг Дёберейнер, 1780–1849, Немецкий химик, объединивший сходные элементы в «триады» (литий — натрий — калий).
• Джон Александр Ньюлендс, 1837–1898, Английский химик, сформулировавший «закон октав» — повторение свойств через каждые семь элементов.
• Юлиус Лотар Мейер, 1830–1895, Немецкий химик, независимо построивший таблицу и график зависимости атомных объёмов от атомной массы.
• Генри Мозли, 1887–1915, Английский физик, доказавший рентгеноспектральным методом, что место элемента задаёт заряд ядра.

Доклад: На этом слайде — учёные, чьи работы окружают периодический закон. Дёберейнер первым заметил численные закономерности внутри групп сходных элементов. Ньюлендс и Мейер вплотную подошли к системе, но не решились на предсказания. А Генри Мозли, погибший в 1915 году в возрасте двадцати семи лет, экспериментально доказал, что место элемента определяет именно заряд ядра.

Слайд 7. Дмитрий Иванович Менделеев

• Дмитрий Иванович Менделеев, 1834–1907, Русский химик, автор периодического закона и учебника «Основы химии»
• Родился в Тобольске семнадцатым ребёнком в семье директора гимназии; окончил Главный педагогический институт в Петербурге с золотой медалью.
• С 1867 года — профессор Петербургского университета; работа над учебником «Основы химии» и подтолкнула его искать общий принцип расположения элементов.
• Периодический закон открыт в 1869 году; в статье 1871 года учёный дал развёрнутый вариант таблицы и предсказал свойства трёх неизвестных элементов.
• Круг научных интересов огромен: теория растворов, исследование газов, нефтяное дело, метрология — с 1892 года возглавлял Главную палату мер и весов.
• Автор более 500 печатных трудов; в его честь назван 101-й элемент — менделевий.

Доклад: Дмитрий Иванович Менделеев прожил 73 года и оставил более 500 научных трудов. Периодический закон родился из вполне практической задачи: профессору нужно было решить, в каком порядке излагать элементы в учебнике «Основы химии». Помимо химии он занимался теорией растворов, нефтяным делом и метрологией, а с 1892 года руководил Главной палатой мер и весов.

Слайд 8. 1 марта 1869 года: рождение системы

• Менделеев выписал на карточки символы, атомные массы и свойства 63 известных элементов и раскладывал их, отыскивая закономерность.
• 1 марта 1869 года рукописный лист «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» был отпечатан и разослан химикам России и Европы.
• 18 марта 1869 года сообщение об открытии зачитали на заседании Русского химического общества.
• Главная смелость решения: ради сохранения химического сходства автор оставил в таблице пустые клетки для ещё не открытых элементов.

Доклад: Перед вами тот самый рукописный лист от 1 марта 1869 года — «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Менделеев выписал свойства элементов на карточки и раскладывал их, пока не проступила закономерность. Отпечатанный лист разослали химикам России и Европы, а 18 марта сообщение зачитали на заседании Русского химического общества. Главная смелость здесь — пустые клетки, оставленные для ещё не открытых элементов.

Слайд 9. Две формулировки закона

• Формулировка закона менялась вместе с представлениями о строении атома, но сама периодичность осталась незыблемой.
• В основе порядка — атомная масса элемента.
• Свойства простых тел периодически зависят от величины атомных весов.
• Не объясняла причину периодичности — только фиксировала её.
• Требовала исключений: аргон и калий, теллур и йод шли «не по массе».
• В основе порядка — заряд ядра атома, то есть порядковый номер.
• Свойства элементов и их соединений периодически зависят от заряда ядра.
• Причина периодичности объяснена: повторяется строение внешнего электронного слоя.
• Прежние исключения исчезли сами собой.

Доклад: Сравним две формулировки закона. В 1869 году основой порядка была атомная масса, и закон приходилось защищать от исключений: аргон и калий, теллур и йод упорно шли «не по массе». Современная формулировка опирается на заряд ядра — и все прежние исключения исчезли сами собой. Сама периодичность при этом осталась неизменной, изменилось лишь понимание её причины.

Слайд 10. Как устроена таблица

• Каждая клетка содержит символ элемента, его порядковый номер (заряд ядра) и относительную атомную массу.
• Семь горизонтальных периодов: первый включает 2 элемента, второй и третий — по 8, четвёртый и пятый — по 18, шестой — 32, седьмой завершён в 2016 году.
• Вертикальные столбцы — группы: 18 в длиннопериодном варианте или 8 групп с главными и побочными подгруппами в коротком.
• Лантаноиды и актиноиды по 14 элементов вынесены под таблицу, чтобы она оставалась компактной.

Доклад: Теперь о том, как читать таблицу. В каждой клетке — символ элемента, порядковый номер, равный заряду ядра, и относительная атомная масса. Семь горизонтальных периодов различаются длиной: от двух элементов в первом до тридцати двух в шестом. Вертикальные группы объединяют элементы со сходным строением внешнего слоя, а лантаноиды и актиноиды вынесены под таблицу, чтобы она оставалась компактной.

Слайд 11. Строение атома — причина периодичности

• Периодичность свойств объясняется не массой атома, а повторением строения его электронной оболочки.
• Номер периода равен числу заполняемых электронных слоёв.
• Номер группы для элементов главных подгрупп равен числу валентных электронов.
• Каждый новый период начинается с щелочного металла и заканчивается благородным газом — завершённым внешним слоем.
• Ядро — заряд ядра равен порядковому номеру элемента и задаёт его место в таблице
• Внутренние слои — заполненные оболочки, экранирующие притяжение ядра
• Валентный слой — внешние электроны, определяющие химические свойства
• Электронная конфигурация — итоговая запись распределения электронов по уровням

Доклад: Почему свойства вообще повторяются? Ответ дало строение атома. Номер периода равен числу заполняемых электронных слоёв, а номер группы для главных подгрупп — числу валентных электронов. Каждый период начинается щелочным металлом с одним внешним электроном и заканчивается благородным газом с завершённой оболочкой. Именно повторение конфигурации внешнего слоя и создаёт периодичность.

Слайд 12. Электронные семейства элементов

• По тому, какой энергетический подуровень заполняется последним, все элементы делят на четыре семейства.
• щелочные металлы
• щёлочноземельные
• водород
• гелий
• группы I и II
• галогены
• халькогены
• благородные газы
• неметаллы
• группы III–VIII
• переходные металлы
• железо, медь
• хром, марганец
• переменная валентность
• побочные подгруппы
• лантаноиды
• актиноиды
• по 14 элементов
• близкие свойства
• радиоактивные актиноиды

Доклад: По тому, какой энергетический подуровень заполняется последним, элементы делят на четыре семейства. К s-элементам относятся щелочные и щёлочноземельные металлы, к p-элементам — галогены, халькогены и благородные газы. d-элементы — это переходные металлы вроде железа и меди с переменной валентностью, а f-элементы — лантаноиды и актиноиды, по четырнадцать в каждом ряду.

Слайд 13. Периодические свойства атома

• Атомный радиус — расстояние от ядра до внешнего электронного слоя
• Энергия ионизации — работа отрыва электрона от нейтрального атома
• Электроотрицательность — способность притягивать общую электронную пару
• Степень окисления — условный заряд атома в соединении

Доклад: Периодически меняются четыре ключевые характеристики атома. Атомный радиус показывает размер электронной оболочки, энергия ионизации — насколько прочно удерживается внешний электрон, электроотрицательность — способность притягивать общую электронную пару, а степень окисления связана с числом валентных электронов. Все четыре величины подчиняются одним и тем же закономерностям по периоду и по группе.

Слайд 14. Как меняются свойства элементов

• Закономерности читаются прямо по таблице: достаточно знать место элемента.
• Самый активный металл — франций, самый активный неметалл — фтор.

Доклад: Таблица позволяет предсказывать свойства, даже не заглядывая в справочник. Слева направо по периоду заряд ядра растёт, радиус уменьшается, электроотрицательность повышается, а металлические свойства ослабевают. Сверху вниз по группе картина обратная. Отсюда и крайние случаи: самый активный металл — франций, самый активный неметалл — фтор.

Слайд 15. Сила предсказания: экаэлементы

• 1875 — Галлий — Экаалюминий, предсказанный Менделеевым, найден Лекоком де Буабодраном во Франции.
• 1879 — Скандий — Экабор открыт шведом Ларсом Нильсоном и подтвердил расчёт свойств.
• 1886 — Германий — Экасилиций выделен Клеменсом Винклером в Германии из минерала аргиродита.

Доклад: Настоящий триумф закона наступил, когда пустые клетки начали заполняться. В 1875 году француз Лекок де Буабодран открыл галлий — предсказанный экаалюминий. В 1879-м швед Ларс Нильсон выделил скандий, то есть экабор. А в 1886 году Клеменс Винклер получил из минерала аргиродита германий — экасилиций Менделеева.

Слайд 16. Экасилиций и германий: расчёт и факт

• Совпадение предсказанных и найденных характеристик германия стало решающим доводом в пользу периодического закона.
• Предсказано в 1871 году — атомная масса около 72; плотность около 5,5 г/см³; высший оксид состава ЭО₂; серый тугоплавкий металл
• Найдено в 1886 году — атомная масса 72,6; плотность 5,35 г/см³; оксид германия состава ЭО₂; серовато-белый металл

Доклад: Сопоставим расчёт и эксперимент на примере германия. В 1871 году Менделеев предсказал атомную массу около 72, плотность около 5,5 грамма на кубический сантиметр и высший оксид состава ЭО₂. Винклер в 1886 году получил массу 72,6 и плотность 5,35 — совпадение почти идеальное. После этого периодический закон перестал быть гипотезой и был принят мировой наукой.

Слайд 17. Рост числа известных элементов

• За полтора века таблица выросла почти вдвое и была полностью достроена.
• Последние клетки заполнялись уже не поиском в природе, а синтезом на ускорителях.

Доклад: График показывает, как росло число известных элементов. В 1869 году их было 63, к 1900-му — уже 84, а к 2016 году таблица достигла 118 и седьмой период оказался полностью завершён. Обратите внимание на характер кривой: последние клетки заполнялись не поиском веществ в природе, а синтезом ядер на ускорителях.

Слайд 18. Современная таблица в цифрах

• 118 — признанных химических элементов
• 7 — периодов в таблице
• 18 — групп в длиннопериодном варианте

Доклад: Три числа описывают сегодняшнюю таблицу: 118 признанных элементов, 7 периодов и 18 групп в длиннопериодном варианте. Это законченная конструкция — свободных мест в известных периодах не осталось. Дальнейшее расширение возможно только за счёт восьмого периода, элементы которого пока не получены.

Слайд 19. Сверхтяжёлые элементы и вклад Дубны

• Элементы тяжелее урана в природе практически не встречаются: их получают, сталкивая ядра на ускорителях тяжёлых ионов.
• Ключевые работы по седьмому периоду выполнены в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне совместно с лабораториями США.
• В 2016 году Международный союз теоретической и прикладной химии утвердил названия последних четырёх элементов: нихоний, московий, теннессин и оганесон.
• Названия 114-го и 115-го элементов — флеровий и московий — увековечили лабораторию Г. Н. Флёрова и Московскую область.
• 118-й элемент назван оганесоном в честь академика Ю. Ц. Оганесяна — второй случай, когда элемент назван при жизни учёного.

Доклад: Отдельно стоит сказать о сверхтяжёлых элементах. Их получают, разгоняя и сталкивая ядра на ускорителях тяжёлых ионов, и живут такие атомы доли секунды. Ключевые работы по седьмому периоду выполнены в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне. Названия флеровий и московий закрепили вклад отечественной школы, а 118-й элемент назван оганесоном в честь академика Юрия Цолаковича Оганесяна.

Слайд 20. Значение периодического закона

• Закон превратил химию из описательной науки в предсказательную.
• Таблица служит рабочим инструментом: по номеру элемента выводят строение атома, валентность и формулы соединений.
• Периодичность объяснила и подтвердила квантовую теорию строения атома.
• Система задаёт логику поиска новых материалов, сплавов, катализаторов и полупроводников.
• Периодический закон — основа школьного и вузовского курса химии во всём мире.

Доклад: Значение периодического закона трудно переоценить. Он превратил химию из описательной науки в предсказательную и дал каждому химику рабочий инструмент: по номеру элемента можно вывести строение атома, валентность и формулы соединений. Кроме того, периодичность стала одним из подтверждений квантовой теории строения атома и сегодня направляет поиск новых сплавов, катализаторов и полупроводников.

Слайд 21. Выводы

• Периодический закон, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году, установил зависимость свойств элементов от заряда ядра их атомов.
• Главное отличие системы Менделеева от работ предшественников — предсказательная сила: оставленные пустые клетки заполнились галлием, скандием и германием.
• Строение электронных оболочек объяснило причину периодичности и позволило уточнить формулировку закона.
• Сегодня таблица включает 118 элементов и остаётся фундаментом химии, физики и материаловедения.

Доклад: Подведём итоги. Периодический закон установил зависимость свойств элементов от заряда ядра их атомов. От работ предшественников систему Менделеева отличала предсказательная сила — оставленные пустые клетки заполнились галлием, скандием и германием. Строение электронных оболочек объяснило причину периодичности, а сама таблица, выросшая до 118 элементов, остаётся фундаментом химии и материаловедения.

Слайд 22. Список литературы

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия: учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 2018. — 743 с.
• Глинка Н. Л. Общая химия: учебное пособие для вузов. — М.: КноРус, 2019. — 752 с.
• Кедров Б. М. Прогнозы Д. И. Менделеева в атомистике. — М.: Атомиздат, 1977.
• Менделеев Д. И. Основы химии. — 13-е изд. — М.; Л.: Госхимиздат, 1947.
• Трифонов Д. Н., Кривомазов А. Н. Периодический закон и строение атома. — М.: Наука, 1984.

Доклад: В основе работы — классические источники: «Основы химии» самого Менделеева, вузовские учебники Глинки и Ахметова, а также исследования Кедрова и Трифонова, посвящённые истории закона и строению атома. Эти издания рекомендую всем, кто захочет разобраться в теме глубже.

Слайд 23. Спасибо за внимание!

Доклад: На этом мой доклад окончен. Спасибо за внимание — готов ответить на ваши вопросы.