Таблица Менделеева: вопрос без ответа

[xuser]

Давно интересует такой вопрос("загадка?")
Вот есть такая необычная VIII-я группа классической (короткой) таблицы Менделеева. В которой присутствуют триады элементов переходных металлов. Всегда интересовал вопрос: Почему эта группа такая? Почему триады? В чем логика?
В школьные годы четкого ответа так и не было, ответы типа -"Потому что свойства элементов в триаде схожи," - всегда казались поверхностными, ничего не объясняющими, и что называется, переводя на русский - "а фиг его знает!"😊
Но это было в "до интеренет эпоху", с появлением интернета было несколько попыток самостоятельно искать ответ. Да, информации конечно полно, но толи в силу моих скромных знаний, толи все таки не умею искать, но так и не нашлось внятного ответа.
Главный вопрос почему VIII группу сразу не разделили на 3 (VIII IX и X)? Да знаю, в современной длинной версии таблицы именно так и сделано, но мы сейчас про классику.
Была мысль искать логику исходя из электронных формул элементов, и да, во всей таблице все логично кроме этих триад. И даже в длинных периодах все понятно, почему Mn в VII-й группе, и почему именно Cu с его 4s1 "переехал" в I-ю группу, а не продолжил триаду Fe-Co-Ni став таким образом уже тетрадой.

И вот в очередной раз вернувшись к этой теме подумалось, -  "Какие электронные оболочки??? Какие орбитали??". Менделеев и знать не знал о них и руководствовался совсем другими критериями размещая элементы по группам, и тем не менее триады у него присутствуют самого начала. Поэтому ответ надо искать в истории создания периодической системы.

А что там, а там если в вкратце, то он создал семь классических групп (в то время без инертных газов) и разместил в них элементы в соответствии с тем какие высшие оксиды образуют эти элементы. Так же пришел к выводу что есть короткие периоды умещающиеся в эти семь групп, а есть длинные со "вставками" переходных металлов, в которых 17 элементов. Далее придя к выводу что длинные периоды можно разделить на два ряда, все почти сошлось. Но так как этих переходных металлов (d-элементов как их теперь мы знаем) не семь а десять, три элемента в каждом длинном периоде будут вылезать за границу классических семи групп. Поэтому самый простой ответ на вопрос, - что это просто так получилось чисто графически, их типа, больше некуда было втиснуть, вот и получилась такая чисто графически "лишняя" колонка в таблице. Да, но в таком случае, эта колонка просто осталась бы безымянной никак не подписанной. Но Менделеев выделил ей отдельный номер VIII считал ее полноценной группой и более того (и вот здесь для меня самое непонятное) указал критерий попадания элементов в эту группу RO₄!!!

Как видно на этой исторической и одном из первых вариантов таблице, семь классических групп имеют подписи R₂0 RO R₂O₃ RO₂ R₂O₅ RO₃ R₂O₇ и восьмая RO₄.

И вот здесь совсем непонятно.

Ну вот, почему Mn  в VII группе, тут понятно, - потому что R₂O₇ (Mn₂O₇), а вот Fe?

Где тут соответствие критерию RO₄ либо R₂O₈???

И для примера, приводится рядом с элементом Fe несколько соединений FeK₂O₄ и другие. Как это соответствует RO₄ либо R₂O₈???

Изменено 28 Октября, 2025 в 15:49 пользователем xuser

[chemister2010]

У вас тут в реальности несколько вопросов. Давайте разбираться.

Менделеев строил свою таблицу по двум критериям - увеличению атомной массы (тогда он назывался атомный вес) и схожести химических свойств веществ в одной группе. Про электронные оболочки тогда не знали. Вот по схожести свойств и сформировались триады в VIIIБ группе. 

RO4 - это высший окисел для данной группы элементов, но это не абсолютно. Не все элементы могут давать высшие оксиды, а группа IБ дает оксиды выше высших оксидов. 

В группе VIIIБ только RuO4 и OsO4 достигают высшей степени окисления. Было сообщение о получении оксида FeO4 группой Спицина. Но позже было выдвинуто предположение, что это ошибка, так как никто не смог повторить результат. 

[grau]

В 28.10.2025 в 20:48, xuser сказал:

Давно интересует такой вопрос("загадка?")
Вот есть такая необычная VIII-я группа классической (короткой) таблицы Менделеева. В которой присутствуют триады элементов переходных металлов. Всегда интересовал вопрос: Почему эта группа такая? Почему триады? В чем логика?

 

Как вы думаете, на основании чего Менделеев разделил каждую группу элементов на главную и побочную? Правильно, на основании аналогий химических свойств. На форуме есть длинная тема насчёт вида таблицы Менделеева. Вот на этот пост из неё обратите особое внимание. Как мне кажется, в нём как раз есть ответ на ваш вопрос.

 

Цитата

Заслуга Менделеева в том, что он открыл периодический закон, располагая крайне ограниченным объёмом информации. В его распоряжении были только атомные веса известных тогда элементов, не всегда правильно определённые, а также далеко не полные сведения о химических аналогиях элементов и их соединений. Исходя из этого, он старался сделать структуру своей таблицы такой, чтобы она наиболее полно отражала аналогии химических свойств. Поэтому он и разделил все элементы на группы по их высшей (характеристической) валентности, выделил из них главные и побочные подгруппы, а семейства железа и платиновых металлов вынес в отдельные триады по той причине, что у них не оказалось химических аналогов в малых периодах, как во всех остальных группах.

 

[Не Соло Монов]

В 28.10.2025 в 18:48, xuser сказал:

Но это было в "до интеренет эпоху", с появлением интернета было несколько попыток самостоятельно искать ответ. Да, информации конечно полно, но толи в силу моих скромных знаний, толи все таки не умею искать, но так и не нашлось внятного ответа.

а один очень известный советск. академик назвал Таб.Менд. антихимической 

и предоставил безо всяких вещих и пророческих снов расширенную обьемную "цилиндрическую"

таблицу.

Надо было систематизировать в "удобную" форму "массу" элементов вот и получили таблицу..

которая всех устраивает.

Ну некоторым божественным не стыковкам" можно сделать логические исключния из правила.

заметьте не на шестеренках а на прямых горизонтальных и вертикальных линиях "по полочкам"

Человеки разумные вообще обожают эти прямые линии.

Ну а не разумных тут не любят.

_________________________________________

Прежде чем задать вопрос,- подумай, что ты будешь делать с ответом...

 

[Arkadiy]

В 28.10.2025 в 18:48, xuser сказал:

Давно интересует такой вопрос("загадка?")
Вот есть такая необычная VIII-я группа классической (короткой) таблицы Менделеева. В которой присутствуют триады элементов переходных металлов. Всегда интересовал вопрос: Почему эта группа такая? Почему триады? В чем логика?
В школьные годы четкого ответа так и не было, ответы типа -"Потому что свойства элементов в триаде схожи," - всегда казались поверхностными, ничего не объясняющими, и что называется, переводя на русский - "а фиг его знает!"😊
Но это было в "до интеренет эпоху", с появлением интернета было несколько попыток самостоятельно искать ответ. Да, информации конечно полно, но толи в силу моих скромных знаний, толи все таки не умею искать, но так и не нашлось внятного ответа.
Главный вопрос почему VIII группу сразу не разделили на 3 (VIII IX и X)? Да знаю, в современной длинной версии таблицы именно так и сделано, но мы сейчас про классику.
Была мысль искать логику исходя из электронных формул элементов, и да, во всей таблице все логично кроме этих триад. И даже в длинных периодах все понятно, почему Mn в VII-й группе, и почему именно Cu с его 4s1 "переехал" в I-ю группу, а не продолжил триаду Fe-Co-Ni став таким образом уже тетрадой.

И вот в очередной раз вернувшись к этой теме подумалось, -  "Какие электронные оболочки??? Какие орбитали??". Менделеев и знать не знал о них и руководствовался совсем другими критериями размещая элементы по группам, и тем не менее триады у него присутствуют самого начала. Поэтому ответ надо искать в истории создания периодической системы.

А что там, а там если в вкратце, то он создал семь классических групп (в то время без инертных газов) и разместил в них элементы в соответствии с тем какие высшие оксиды образуют эти элементы. Так же пришел к выводу что есть короткие периоды умещающиеся в эти семь групп, а есть длинные со "вставками" переходных металлов, в которых 17 элементов. Далее придя к выводу что длинные периоды можно разделить на два ряда, все почти сошлось. Но так как этих переходных металлов (d-элементов как их теперь мы знаем) не семь а десять, три элемента в каждом длинном периоде будут вылезать за границу классических семи групп. Поэтому самый простой ответ на вопрос, - что это просто так получилось чисто графически, их типа, больше некуда было втиснуть, вот и получилась такая чисто графически "лишняя" колонка в таблице. Да, но в таком случае, эта колонка просто осталась бы безымянной никак не подписанной. Но Менделеев выделил ей отдельный номер VIII считал ее полноценной группой и более того (и вот здесь для меня самое непонятное) указал критерий попадания элементов в эту группу RO₄!!!

Как видно на этой исторической и одном из первых вариантов таблице, семь классических групп имеют подписи R₂0 RO R₂O₃ RO₂ R₂O₅ RO₃ R₂O₇ и восьмая RO₄.

И вот здесь совсем непонятно.

Ну вот, почему Mn  в VII группе, тут понятно, - потому что R₂O₇ (Mn₂O₇), а вот Fe?

Где тут соответствие критерию RO₄ либо R₂O₈???

И для примера, приводится рядом с элементом Fe несколько соединений FeK₂O₄ и другие. Как это соответствует RO₄ либо R₂O₈???

ВЫ не первый, много у нас переизобретателей Таблицы Менделеева.

Таблица  является всего лишь ИЛЛЮСТРАЦИЕЙ Периодического Закона  Химических элементов, открытого Менделеевым.

Менделеев НИЧЕГО не знал ни о заряде ядра атома, и о самом ядре, не о электронах и их оболочках, потому что все это было открыто позже. Позже были открыты и те элементы,  на месте которых в таблице были пустые клетки, а потом  открыты и созданы новые элементы, мест для которых в таблице не было

Он знал только атомный вес элемента и его валентность и этого  ему было ДОСТАТОЧНО.

Сейчас апеллировать к первоначальному варианту таблицы Менделеева БЕССМЫСЛЕННО! Тем более прожженным всеми кислотами ХИМИКАМ

Но несмотря на это он УГАДАЛ и ПРАВИЛЬНО разместил элементы

Изменено 28 Октября, 2025 в 21:27 пользователем Arkadiy

[xuser]

Спасибо всем за ответы.

В 28.10.2025 в 20:51, chemister2010 сказал:

У вас тут в реальности несколько вопросов. Давайте разбираться.

Менделеев строил свою таблицу по двум критериям - увеличению атомной массы (тогда он назывался атомный вес) и схожести химических свойств веществ в одной группе. Про электронные оболочки тогда не знали. Вот по схожести свойств и сформировались триады в VIIIБ группе. 

 

Вот про эти схожести свойств и везде говорится, а что имеется ввиду? Какими схожими свойствами обладают Fe-Co-Ni и не обладает соседний слева Mn  и соседний справа Cu? ( без учета конечно электронных оболочек, а только те свойства которыми руководствовался Менделеев для своего времени) Про атомные веса еще можно понять что Co и Ni обладают одинаковыми по версии того времени значениями по 59, но а Fe с его 56 почему включён в триаду, а Mn=55  нет?

 

В 28.10.2025 в 20:51, chemister2010 сказал:

RO4 - это высший окисел для данной группы элементов, но это не абсолютно. Не все элементы могут давать высшие оксиды, а группа IБ дает оксиды выше высших оксидов. 

В группе VIIIБ только RuO4 и OsO4 достигают высшей степени окисления. Было сообщение о получении оксида FeO4 группой Спицина. Но позже было выдвинуто предположение, что это ошибка, так как никто не смог повторить результат. 

А вот это и есть самый главный вопрос! Да, про FeO₄ приходилось читать и про степень окисления Ir⁺⁹, но это все наше время, Менделеев про это знать не мог. Мог только предполагать некоторые вещи, например, про неоткрытый еще Sc. Но вот распределение по высшим оксидам, как я понимаю, делалось только на основании практики, т.е. если было известно на то время практическое получение какого то высшего оксида для элемента, на этом основании делался вывод, и элемент вносился в соответствующую группу.

Отсюда и главная странность, - если FeO₄ на тот момент еще никто не получал, то тогда почему он специально пометил VIII-ю группу как группу для элементов с высшими оксидами R₂O₈ / RO₄ и на каком основании внес туда Fe? Просто предполагая что такой может существовать теоретически?! Вряд ли. И какие оксиды R₂O₈ / RO₄ для других элементов были получены на тот момент? 

Понятно что скорее всего имелось ввиду что то другое. А вот что именно, тут моих знаний явно не хватает. Поэтому мне и пришлось обратиться сюда к людям обладающим на порядок большими знаниями, что бы понять что имеется виду.

Эта таблица интересна тем что в ней (в отличии от другой, довольно скупой, того же времени, которую можно найти в сети) есть много подсказок и пояснений но для меня они не совсем понятны. Да, для всех групп приведены формулы высших оксидов, НО!!! в самом верху в левом углу есть пояснение - "Высшiй окиселъ образующiй соли" Что имеется ввиду? Значит, элемент в группе не обязательно должен иметь оксид типа R₂O₈ / RO₄ ? Про какую соль идет речь?

Ну и самое интересное в этой таблице то, что рядом с каждым элементом есть пояснение, как бы ответ почему этот элемент находится именно здесь. И вот например, рядом с Fe приведено несколько формул соединений объясняющие почему он в этой группе, первая из которых FeK₂O₄. Соль, не оксид! Как это может объяснять включение Fe в VIII (R₂O₈ / RO₄) группу? Пока чего то не улавливаю ход мысли автора таблицы.

Изменено 29 Октября, 2025 в 01:24 пользователем xuser

[Paul_S]

Менделеев опирался на совокупность химических знаний, накопленных в его время (причем он прекрасно понимал, что это знания далеко не полные) и на свою интуицию. У него были в наличии только некоторые общие закономерности. Платиновые металлы имеют довольно много общего в химическом поведении, причем Ru и Os дают высшие оксиды ЭО4, поэтому можно было предположить, что и для других платиновых металлов такой оксид в принципе возможен. Что касается помещения триады Fe-Co-Ni в ту же восьмую группу, то, вообще, первый ряд переходных металлов мало похож на второй и третий области обычной неорганики. Вертикальное сходство триады железа с платиноидами ограничивается, в основном, некоторыми комплексами в низких степенях окисления - цианидными, амминокомплексами. Рутений еще, например, образует соль K2RuO4, аналогичную K2FeO4, которая и получается аналогично - сплавлением металла со щелочью и селитрой. Вообще, то, что железо можно окислить до кислородного соединения в такой высокой степени окисления как +6, намекало на то, что для него, может быть, возможна и СО +8. Кобальт и никель до СО +6 окислить нельзя, также как и тяжелые аналоги Ru и Os в их триадах не получается окислить до ЭО4, по крайней мере пока, в этом тоже есть известная аналогия - так мог рассуждать Менделеев. Можно сказать, что высший оксид ЭО4 для платиноидов и триады железа - это была рабочая гипотеза.

 

Зато вертикальное сходство у переходных металлов всех трех рядов в области металлоорганической химии (которая была во времена Менделеева практически не развита) существенное, там нет такого разрыва между первым рядом и вторым с третьим. Например, карбонильные и циклопентадиенильные комплексы в подгруппах с хрома по кобальт весьма похожи. Можно сказать, что и здесь проявляется предсказательная сила Периодического закона.

 

Что касается разделения на "триады", то это вещь весьма формальная и идет от немецкой химической школы. Скорее всего, объединение трех металлов в триаду железа связано с их ферромагнитностью в виде простых веществ. Если брать совокупность хим. свойств, то в "триаде" Cr-Mn-Fe сходства не меньше, чем в триаде Fe-Co-Ni.

 

Медь, серебро и золото похожи в степени окисления +1 (т.е., когда они являются s-металлами), правильно Менделеев сделал, что поместил их в итоге в первую группу, несмотря на повсеместную распространенность соединений меди в СО +2.

 

При этом в электроны Менделеев не верил, зато верил в мировой эфир, пытался изучить его химические свойства, и даже помещал его в свою таблицу. В целом, его взгляды представляли собой странную смесь натурфилософии и собственно научного метода.

 

Скажите, а в чем смысл Вашего, так сказать, исследования?

[Arkadiy]

Электрон был открыт лет через 30 после того, как Менделеев открыл Периодический закон....

Верил в электрон или не верил, значения не имеет.

Предпосылки  существования неких заряженных частиц существовали с глубокой древности

[grau]

В 29.10.2025 в 06:11, xuser сказал:

Вот про эти схожести свойств и везде говорится, а что имеется ввиду? Какими схожими свойствами обладают Fe-Co-Ni и не обладает соседний слева Mn  и соседний справа Cu? ( без учета конечно электронных оболочек, а только те свойства которыми руководствовался Менделеев для своего времени) Про атомные веса еще можно понять что Co и Ni обладают одинаковыми по версии того времени значениями по 59, но а Fe с его 56 почему включён в триаду, а Mn=55  нет?

 

Ну, с марганцем-то вообще всё ясно.

 

Как уже говорилось, за основу разделения элементов на группы Менделеев взял аналогию свойств химических элементов в соединениях с высшей валентностью (понятия "степень окисления" в те времена ещё не существовало). Ему уже было известно, что марганец образует высший оксид с формулой Mn₂O₇, который по своим физическим и химическим свойствам чрезвычайно похож на высший оксид хлора Cl₂O₇, а потому и отвёл место марганцу в одной группе с галогенами.

 

Только галогены находятся в главной подгруппе VII группы, а марганец - в побочной. А почему главные и побочные подгруппы соотносятся друг с другом именно так, а не иначе, уже значительно позже объяснил Некрасов на основе разработанного им учения об электронных аналогах (1935).

 

Менделеев всего этого знать не мог, он действовал руководствуясь только своими знаниями, опытом и интуицией, и в итоге из нагромождения фактов создал более-менее стройную систему, которую развивал и совершенствовал на протяжении всей своей жизни. В этом и состоит его гениальность.

 

А что он думал о триадах никто уже не узнает, если в архивах не сохранилось каких-либо его заметок или записок по этому вопросу. Можно только гадать, чем вы и загрузили местное сообщество.

[xuser]

Paul_S, Большое Спасибо, за такой развернутый ответ!

В 29.10.2025 в 06:30, Paul_S сказал:

 Вообще, то, что железо можно окислить до кислородного соединения в такой высокой степени окисления как +6, намекало на то, что для него, может быть, возможна и СО +8. Кобальт и никель до СО +6 окислить нельзя, также как и тяжелые аналоги Ru и Os в их триадах не получается окислить до ЭО4, по крайней мере пока, в этом тоже есть известная аналогия - так мог рассуждать Менделеев. Можно сказать, что высший оксид ЭО4 для платиноидов и триады железа - это была рабочая гипотеза.

 

Теперь более-менее понятен ход мысли.

Ну а если переместиться из исторического контекста в современность со всеми знаниями о строении атома и т.д., чем объясняется такая сложность достижения степени окисления +8 и более для d-элементов? В коротких периодах понятно почему невозможна больше 8, но а в длинных казалось бы 10 - 12 теоретически валентных электронов s и d подуровней, однако  степень окисления больше 7 уже большая редкость. Можно сказать что d-подуровень заполненный более чем на 5 уже крайне неохотно отдает электроны. Да, есть правило, что наполовину и полностью заполненный подуровень отличается повышенной устойчивостью, но Mn например, с его ровно на половину заполненными d-электронами, вполне себе отдает все 5, а Co из своих 7 d-электронов, даже 4 не может отдать. Либо это связано с тем что неспаренные электроны легче отдаются чем спаренные? (Co хоть и имеет 7 d-электронов, но неспаренных только 3, а у Mn все 5 неспаренные)

В 29.10.2025 в 06:30, Paul_S сказал:

Что касается разделения на "триады", то это вещь весьма формальная и идет от немецкой химической школы. Скорее всего, объединение трех металлов в триаду железа связано с их ферромагнитностью в виде простых веществ. Если брать совокупность хим. свойств, то в "триаде" Cr-Mn-Fe сходства не меньше, чем в триаде Fe-Co-Ni.

Спасибо за это пояснение.

В 29.10.2025 в 06:30, Paul_S сказал:

Скажите, а в чем смысл Вашего, так сказать, исследования?

Да нет, в общем то, никакого исследования. Как написано в первом посте, просто  давний вопрос, на который не находилось в внятного ответа, таблица постоянно сопровождает нас повсюду еще со школьных времен, и хочется логики во всем😊 А что касается того что зарулили в исторические дебри, так это само так вышло, по мере отбрасывания современных версий, пришли к истокам.

Изменено 29 Октября, 2025 в 16:09 пользователем xuser