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

В современной науке взгляды Менделеева на растворы получили дальнейшее развитие.

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

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

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

Как теперь установлено, в твердой фазе (лед) образуются тетраэдрические структуры в результате возникновения водородных связей между атомами водорода в молекуле воды и неподеленной электронной парой другой молекулы. Каждый атом кислорода имеет две неподеленные электронные пары. Следовательно, в ближайшем окружении находятся четыре атома водорода: два «своих» и два «чужих». В пространстве эта фигура представляет собой тетраэдр, который по своим свойствам, конечно, будет отличаться от другого тетраэдра, например, из атомов углерода (алмаз), ибо в последнем случае в вершинах тетраэдра находятся атомы одного элемента. Тетраэдр принадлежит к числу довольно плотных упаковок.

Различные вещества, попадая в воду, способны либо стабилизировать ее структуру, либо частично или полностью ее разрушать. С увеличением концентрации растворов, особенно при растворении сильных электролитов, могут происходить дополнительные явления. Тогда, кроме процессов перехода кристалла в раствор и гидратации, осуществляются реакции гидролиза, комплексообразования, окисления-восстановления и др.[3]

2.3 Периодический закон

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

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

Открытие Менделеева – важная веха в истории представлений о природе.

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

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

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

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

Обнаружив периодическое повторение химических свойств в ряду элементов, расположенных по возрастающему атомному весу, обнаружив, что между сходными элементами стоит одно и то же число других элементов, Менделеев составил таблицу элементов, написав названия сходных элементов одно под другим. В каждой клетке таблицы мы видим символ элемента (первые буквы латинского названия), порядковый номер и число, обозначающее атомный вес (округленно). Из клеток составляются вертикальные столбцы (группы элементов) и горизонтальные строки (периоды).[4]

Созданная Менделеевым в 1869-1871 гг. периодическая система является естественной классификацией элементов, математическим отражением периодического закона, открытого им и сформулированного им так: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов».

Достижения современной науки дали возможность раскрыть физическую сущность периодического закона: периодичность в изменении свойств химических элементов обусловлена периодическим изменением характера заполнения электронами внешнего электронного слоя (сходные электронные конфигурации атомов периодически повторяются) по мере возрастания числа электронов, определяемого зарядом ядра. Заряд ядра равен порядковому номеру элемента в периодической системе.

Современная формулировка периодического закона такова: «Свойства элементов и образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов».

Периодическая таблица – графическое изображение закона на двухмерной плоскости.

Структура таблицы, разработанная Менделеевым, во многом сходна с современной. принцип построения – подразделение на периоды (1 – 7, седьмой незаконченный) и группы (I – VIII). Период – последовательный ряд элементов, атомы которых отличаются числом электронов в наружном электронном слое и у которых происходит заполнение одинакового числа электронных слоев. В каждом периоде начинает заполняться новый электронный слой. Номер периода указывает на число электронных слоев. Номер группы, как правило, указывает на высшую степень окисления по кислороду.[8] Менделеев был настолько уверен в объективности открытого им закона, что счел возможным исправить на основании этого закона атомные веса, приписывавшиеся в то время некоторым элементам. Правильная периодичность наблюдалась только в том случае, когда после некоторых элементов оставалась свободная клетка. Менделеев предсказал даже свойства элементов, которым он заранее предоставил свободные места в своей таблице.[4]