Правила чтения и использования таблицы менделеева

Группы

Вертикальные столбики элементов в периодической таблице — группы состоят из подгрупп: главной и побочной, они иногда обозначаются буквами А и Б соответственно.

В состав главных подгрупп входят s- и р-элементы, а в состав побочных — d- и f-элементы больших периодов.

Главная подгруппа — это совокупность элементов, которая размещается в периодической таблице вертикально и имеет одинаковую конфигурацию внешнего электронного слоя в атомах.

Как следует из приведенного определения, положения элемента в главной подгруппе определяется общим количеством электронов (s- и р-) внешнего энергетического уровня, равным номеру группы. Например, сера (S — 3s2 3p4 ), в атоме которого на внешнем уровне содержится шесть электронов, относится к главной подгруппе шестой группы, аргон (Ar — 3s2 3p6 ) — к главной подгруппе восьмой группы, а стронций (Sr — 5s2 ) — к ІІА-подгруппе.

Элементы одной подгруппы характеризуются сходством химических свойств. В качестве примера рассмотрим элементы ІА и VІІА подгрупп (табл.2). С ростом заряда ядра увеличивается количество электронных слоев и радиус атома, но количество электронов на внешнем энергетическом уровне остается постоянной: для щелочных металлов (подгруппа IА) — один, а для галогенов (подгруппа VIIА) — семь. Поскольку именно внешние электроны наиболее существенно влияют на химические свойства, то понятно, что каждая из рассмотренных групп элементов-аналогов имеет подобные свойства.

Но в пределах одной подгруппы наряду с подобием свойств наблюдается их некоторое изменение. Так, элементы подгруппы ІА все, кроме Н — активные металлы. Но с ростом радиуса атома и количества электронных слоев экранирующих влияние ядра на валентные электроны, металлические свойства усиливаются. Поэтому Fr более активный металл, чем Сs, a Cs — более активный, чем R в и т.д. А в подгруппе VIIA по той же причине ослабляются неметаллические свойства элементов при росте порядкового номера. Поэтому F — более активный неметалл по сравнению с Cl, a Cl — более активный неметалл сравнению с Br и т.д.

Таблица 2 — Некоторые характеристики элементов ІА и VІІА-подгрупп

период Подгруппа IA Подгруппа VIIA
Символ элемента Заряд ядра Радиус атома, нм Внешняя электронная конфигурацiя Символ элемента Заряд ядра Радиус атома, нм Внешняя электронная конфигурацiя
II Li +3 0,155 s 1 F +9 0,064 s 2 2 p 5
III Na +11 0,189 s 1 Cl +17 0,099 s 2 3 p 5
IV K +19 0,236 s 1 Br 35 0,114 s 2 4 p 5
V Rb +37 0,248 s 1 I +53 0,133 s 2 5 p 5
VI Cs 55 0,268 s 1 At 85 0,140 s 2 6 p 5
VII Fr +87 0,280 s 1

Побочные подгруппа — это совокупность элементов, размещаемых в периодической таблице вертикально и имеют одинаковое количество валентных электронов за счет застройки внешнего s- и втором снаружи d-энергетических подуровней.

Все элементы побочных подгрупп относятся к d-семейству. Эти элементы иногда называют переходными металлами. В побочных подгруппах свойства изменяются более медленно, поскольку в атомах d-элементов электроны застраивают второй извне энергетический уровень, а на внешнем уровне находятся только один или два электрона.

Положение первых пяти d-элементов (подгруппы IIIБ- VIIБ) каждого периода можно определить с помощью суммы внешних s-электронов и d-электронов второго снаружи уровня. Например, из электронной формулы скандия (Sc — 4s2 3d1 ) видно, что он размещается в побочной подгруппе (поскольку является d-элементом) третьей группы (поскольку сумма валентных электронов равна трем), а марганец (Mn — 4s2 3d5 ) размещается в побочной подгруппе седьмой группы.

Положение последних двух элементов каждого периода (подгруппы IБ и IIБ) можно определить по количеству электронов на внешнем уровне, поскольку в атомах этих элементов предыдущий уровень является полностью завершенным. Например, Ag ( 5s1 5d10 ) размещается в побочной подгруппе первой группы, Zn ( 4s2 3d10 ) — в побочной подгруппе второй группы.

Триады Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd и Os-Ir-Pt размещены в побочной подгруппе восьмой группы. Эти триады образуют две семьи: железа и платиноидов. Кроме указанных семей отдельно выделяют семью лантаноидов (четырнадцать 4f-элементов) и семью актиноидов (четырнадцать 5f-элементов). Эти семьи принадлежат к побочной подгруппе третьей группы.

Рост металлических свойств элементов в подгруппах сверху вниз, а также уменьшение этих свойств в пределах одного периода слева направо обусловливают появление в периодической системе диагональной закономерности. Так, Be очень похож на Al, B — на Si, Ti — на Nb. Это ярко проявляется в том, что в природе эти элементы образуют подобные минералы. Например, в природе Те всегда бывает с Nb, образуя минералы — титанониобаты.

Тренировочные задания

1. Среди перечисленных химический элемент с максимальным радиусом атома — это

1) неон 2) алюминий 3) калий 4) кальций

2. Среди перечисленных химический элемент с минимальным радиусом атома — это

1) алюминий 2) бор 3) калий 4) неон

3. Наиболее ярко металлические свойства выражены у элемента

1) Rb 2) Li 3) Mg 4) Ca

4. Наиболее ярко неметаллические свойства выражены у элемента

1) F 2) S 3) O 4) N

5. Наибольшее число валентных электронов у элемента

1) фтор 2) водород 3) натрий 4) сера

6. Наименьшее число валентных электронов у элемента

1) кислород 2) кремний 3) водород 4) кальций

7. Металлические свойства элементов возрастают в ряду

1) Ba, Li, Cs, Mg 2) Al, Mg, Ca, K 3) Li, Cs, Mg, Ba 4) Na, Mg, Li, Al

8. Неметаллические свойства элементов ослабевают в ряду:

1) N, S, Br, Cl 2) O, S, Se, Te 3) Se, I, S, O 4) N, P, O, F

9. Химические элементы перечислены в порядке возрастания атомного радиуса в ряду

1) углерод, бериллий, магний 2) калий, магний, алюминий 3) хлор, натрий, фтор 4) азот, фосфор, фтор

10. Химические элементы перечислены в порядке убывания атомного радиуса в ряду

1) водород, бор, алюминий 2) углерод, кремний, калий 3) натрий, хлор, фтор 4) сера, кремний, магний

11. Кислотные свойства водородных соединений усиливаются в ряду

1) HI – PH3 – HCl – H2S 2) PH3 – H2S – HBr – HI 3) H2S – PH3 – HCl – SiH4 4) HI – HCl – H2S – PH3

12. Кислотные свойства водородных соединений ослабевают в ряду

1) HI – PH3 – HCl – H2S 2) PH3 – H2S – HBr – HI 3) H2S – PH3 – HCl – SiH4 4) HI – HBr – HCl – HF

13. Основные свойства соединений усиливаются в ряду

1) LiOH – KOH – RbOH 2) LiOH – KOH – Ca(OH)2 3) Ca(OH)2 – KOH – Mg(OH)2 4) LiOH – Ca(OH)2 – KOH

14. Основные свойства соединений ослабевают в ряду

1) LiOH – Ba(OH)2 – RbOH 2) LiOH – Ba(OH)2 – Ca(OH)2 3) Ca(OH)2 – KOH – Mg(OH)2 4) LiOH – Ca(OH)2 – KOH

15. Во втором периоде Периодической системы элементов Д.И. Менделеева с увеличением заряда ядра у химических элементов:

1) возрастает электроотрицательность 2) уменьшается заряд ядра 3) возрастает атомный радиус 4) возрастает степень окисления

16. Наиболее сильной кислотой, образованной элементом второго периода, является

1) угольная 2) азотная 3) фтороводородная 4) азотистая

17. Наиболее сильное основание образует химический элемент

1) магний 2) литий 3) алюминий 4) калий

18. Наиболее сильная бескислородная кислота соответствует элементу

1) селен 2) фтор 3) йод 4) сера

19. В ряду элементов Li → B → N → F

1) убывает атомный радиус 2) возрастают металлические свойства 3) уменьшается число протонов в атомном ядре 4) увеличивается число электронных слоёв

20. В ряду элементов Li → Na → K → Rb

1) убывает атомный радиус 2) ослабевают металлические свойства 3) уменьшается число протонов в атомном ядре 4) увеличивается число электронных слоёв

Математическая карта

Во многих случаях в истории науки великие предсказания, основанные на новых уравнениях, оказывались верными. Каким-то образом математика раскрывает некоторые природные секреты, прежде чем экспериментаторы их обнаружат. Один из примеров — антиматерия, другой — расширение Вселенной. В случае Менделеева, предсказания новых элементов возникли без какой-либо творческой математики. Но на самом деле Менделеев открыл глубокую математическую карту природы, поскольку его таблица отражала значение квантовой механики, математических правил, управляющих атомной архитектурой.

В своей книге Менделеев отметил, что «внутренние различия материи, которую составляют атомы», могут быть ответственны за периодически повторяющиеся свойства элементов. Но он не придерживался этой линии мышления. По сути, многие годы он размышлял о том, насколько важна атомная теория для его таблицы.

Но другие смогли прочитать внутреннее послание таблицы. В 1888 году немецкий химик Йоханнес Вислицен объявил, что периодичность свойств элементов, упорядоченных по массе, указывает на то, что атомы состоят из регулярных групп более мелких частиц. Таким образом, в некотором смысле таблица Менделеева действительно предвидела (и предоставила доказательства) сложную внутреннюю структуру атомов, в то время как никто не имел ни малейшего представления о том, как на самом деле выглядел атом или имел ли он какую-нибудь внутреннюю структуру вовсе.

К моменту смерти Менделеева в 1907 году ученые знали, что атомы делятся на части: электроны, переносящие отрицательный электрический заряд, плюс некоторый положительно заряженный компонент, делающий атомы электрически нейтральными. Ключом к тому, как эти части выстраиваются, стало открытие 1911 года, когда физик Эрнест Резерфорд, работающий в Манчестерском университете в Англии, обнаружил атомное ядро. Вскоре после этого Генри Мозли, работавший с Резерфордом, продемонстрировал, что количество положительного заряда в ядре (число протонов, которое он содержит, или его «атомное число») определяет правильный порядок элементов в периодической таблице.

Генри Мозли.

Атомная масса была тесно связана с атомным числом Мозли — достаточно тесно, чтобы упорядочение элементов по массе только в нескольких местах отличалось от упорядочения по числу. Менделеев настаивал на том, что эти массы были неправильными и нуждались в повторном измерении, и в некоторых случаях оказался прав. Осталось несколько расхождений, но атомное число Мозли прекрасно легло в таблицу.

Примерно в то же время датский физик Нильс Бор понял, что квантовая теория определяет расположение электронов, окружающих ядро, и что самые дальние электроны определяют химические свойства элемента.

Подобные расположения внешних электронов будут периодически повторяться, объясняя закономерности, которые первоначально выявила таблица Менделеева. Бор создал свою собственную версию таблицы в 1922 году, основываясь на экспериментальных измерениях энергий электронов (наряду с некоторыми подсказками из периодического закона).

Таблица Бора добавила элементы, открытые с 1869 года, но это был тот же периодической порядок, открытый Менделеевым. Не имея ни малейшего представления о квантовой теории, Менделеев создал таблицу, отражающую атомную архитектуру, которую диктовала квантовая физика.

Новая таблица Бора не стала ни первым, ни последним вариантом изначального дизайна Менделеева. Сотни версий периодической таблицы с тех пор были разработаны и опубликованы. Современная форма — в горизонтальном дизайне в отличие от первоначальной вертикальной версии Менделеева — стала широко популярной только после Второй мировой войны, во многом благодаря работе американского химика Гленна Сиборга.

Сиборг и его коллеги создали несколько новых элементов синтетически, с атомными числами после урана, последнего природного элемента в таблице. Сиборг увидел, что эти элементы, трансурановые (плюс три элемента, предшествовавшие урану), требовали новой строки в таблице, которую не предвидел Менделеев. Таблица Сиборга добавила строку для тех элементов под аналогичным рядом редкоземельных элементов, которым тоже не было места в таблице.

Вклад Сиборг в химию принес ему честь назвать собственный элемент — сиборгий с номером 106. Это один из нескольких элементов, названных в честь известных ученых. И в этом списке, конечно, есть элемент 101, открытый Сиборгом и его коллегами в 1955 году и названный менделевием — в честь химика, который прежде всех остальных заслужил место в периодической таблице.

Заходите на наш канал с новостями, если хотите больше подобных историй.

Электронная периодическая таблица Д.И.Менделеева

В данной таблице обозначены группы элементов, периоды и ряды. Элементы в таблице цветные, где розовый – s-элементы; желтый – p-элементы; синий – d-элементы; зеленые – f-элементы.

* Чтобы узнать описание элемента, нажмите на него. Оранжевой рамкой выделены неметаллы.

пери-оды ряды группы элементов
I II III IV V VI VII VIII
a b a b a b a b a b a b a b b a
1 1
2 2
3 3
4 4
5
5 6
7
6 8
9
7 10
высшие оксиды
летучие водородные соединения
лантаноиды
актиноиды

Периодическая таблица Д.И. Менделеева:

Периодическая таблица Дмитрия Ивановича Менделеева является графическим представлением закона, описывающего повторяющееся изменение совокупности свойств химических элементов в зависимости от заряда ядер их атомов (говоря иначе – от конфигураций атомных электронных оболочек), открытого учёным в 1869 году.

@ https://www.youtube.com/watch?v=QJfuCZvqhRM

Изначальный вариант таблицы демонстрировал периодичность изменений свойств с ростом атомного веса (атомной массы) химических элементов. К настоящему моменту существует уже несколько сотен вариантов графического представления этого периодического закона, причём каждый из них подчёркивает специфическую схему периодичности изменения выбранных свойств элементов.

Внутренняя структура:

Наиболее часто таблица Дмитрия Ивановича Менделеева изображается в двумерном варианте, где каждый вертикальный столбец (его принято называть группой) определяет все основные физико-химические свойства включённых в него элементов. Горизонтальные же строки образуют т.н. периоды, внутри которых при взаимном сравнении также прослеживается подобие в изменении свойств включённых в строку-период элементов: открывается период типичным металлом, а заканчивается благородным газом через предшествующую ему череду элементов со всё более и более неметаллическими свойствами.

Согласно современным теориям строения атома (как самого ядра, так и его электронных оболочек), таблица Дмитрия Ивановича Менделеева демонстрирует периодичность свойств элементов, диктуемую последовательным (от низших к высшим) заполнением электронных оболочек атома. Тип и энергетическая последовательность этих оболочек определяются квантовомеханическими расчётами, а совокупность распределения всех электронов атома описывается т.н. электронной конфигурацией – формулой, где указывается фактическое нахождение электронов на электронных оболочках атома химического элемента. Обычно только находящиеся на самых внешних (валентных) оболочках электроны участвуют в установлении связей между атомами, что определяет проявляющиеся химические свойства конкретного элемента.

Различают следующие свойства химических элементов: металличность и неметалличность.

Металличность – способность отдавать свои электроны (характеризуется через потенциал ионизации и растёт в группе элементов периодической таблицы сверху вниз, а в периодах – справа налево).

Неметалличность – способность принимать чужие электроны (описывается через энергию сродства к электрону, возрастает в группе таблицы снизу вверх, а в периодах – слева направо).

Примечание: @ Видео https://www.youtube.com/watch?v=QJfuCZvqhRM

Периодическая таблица.

Менделеев расположил элементы в порядке увеличения их атомного веса и в 1869 предложил таблицу размещения семейств элементов (табл. 1). Модифицированная форма таблицы (табл. 2), в которой семейства (группы) элементов расположены в колонках, была предложена им в 1871 и существует до настоящего времени. Наряду с ней получила распространение развернутая форма таблицы. См. также ХИМИЯ; ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ.

Таблица 1. Периодическая таблица элементов, опубликованная Менделеевым в 1869
Таблица 1. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТОВ, ОПУБЛИКОВАННАЯ МЕНДЕЛЕЕВЫМ В 1869 (первая версия)
      Ti = 50 Zr = 90 ? = 180
      V = 51 Nb = 94 Ta = 182
      Cr = 52 Mo = 96 W = 186
      Mn = 55 Rh = 104,4 Pt = 197,4
      Fe = 56 Ru = 104,4 Ir = 198
    Ni = Co = 59 Pd = 106,6 Os = 199
H = 1     Cu = 63,4 Ag = 108 Hg = 200
  Be = 9,4 Mg = 24 Zn = 65,2 Cd = 112  
  B = 11 Al = 27,4 ? = 68 Ur = 116 Au = 197?
  C = 12 Si = 28 ? = 70 Sn = 118  
  N = 14 P = 31 As = 75 Sb = 122 Bi = 210?
  O = 16 S = 32 Se = 79,4 Te = 128?  
  F = 19 Cl = 35,5 Br = 80 I = 127  
Li = 7 Na = 23 K = 39 Rb = 85,4 Cs = 133 Tl = 204
    Ca = 40 Sr = 87,6 Ba = 137 Pb = 207
    ? = 45 Ce = 92    
    ?Er = 56 La = 94    
    ?Yt = 60 Di = 95    
    ?In = 75,6 Th = 118    
Таблица 2. Модифицированная Таблица Менделеева
Таблица 2. МОДИФИЦИРОВАННАЯ ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА
Группа I II III IV V VI VII   VIII  
Формула оксида или гидрида Подгруппа R2O

А В

RO

А В

R2O3

В А

RH4 RO2

В А

RH3 R2O5

В А

RH2 RO3

В А

RH R2O7

В А

       
Период 1 1 H Водород 1,0079                   2 He Гелий 4,0026
Период 2 3 Li Литий 6,941 4 Be Бериллий 9,0122 5 B Бор 10,81 6 C Углерод 12,011 7 N Азот 14,0067 8 O Кислород 15,9994 9 F Фтор 18,9984       10 Ne Неон 20,179
Период 3 11 Na Натрий 22,9898 12 Mg Магний 24,305 13 Al Алюминий 26,9815 14 Si Кремний 28,0855 15 P Фосфор 30,9738 16 S Сера 32,06 17 Cl Хлор 35,453       18 Ar Аргон 39,948
Период 4 19 K Калий 39,0983 29 Cu Медь 63,546 20 Ca Кальций 40,08 30 Zn Цинк 65,39 21 Sc Скандий 44,9559 31 Ga Галлий 69,72 22 Ti Титан 47,88 32 Ge Германий 72,59 23 V Ванадий 50,9415 33 As Мышьяк 74,9216 24 Cr Хром 51,996 34 Se Селен 78,96 25 Mn Марганец 54,9380 35 Br Бром 79,904 26 Fe Железо 55,847 27 Co Кобальт 58,9332 28 Ni Никель 58,69

36 Kr Криптон 83,80

Период 5 37 Rb Рубидий 85,4678 47 Ag Серебро 107,868 38 Sr Стронций 87,62 48 Cd Кадмий 112,41 39 Y Иттрий 88,9059 49 In Индий 114,82 40 Zr Цирконий 91,22 50 Sn Олово 118,69 41 Nb Ниобий 92,9064 51 Sb Сурьма 121,75 42 Mo Молибден 95,94 52 Te Теллур 127,60 43 Tc Технеций 53 I Иод 126,9044 44 Ru Рутений 101,07 45 Rh Родий 102,9055 46 Pd Палладий 106,4

54 Xe Ксенон 131,29

Период 6 55 Cs Цезий 132,9054 79 Au Золото 196,9665 56 Ba Барий 137,33 80 Hg Ртуть 200,59 57* La Лантан 138,9055 81 Tl Таллий 204,38 72 Hf Гафний 178,49 82 Pb Свинец 207,21 73 Ta Тантал 180,9479 83 Bi Висмут 208,9804 74 W Вольфрам 183,85 84 Po Полоний 75 Re Рений 186,207 85 At Астат 76 Os Осмий 190,2 77 Ir Иридий 192,2 78 Pt Платина 195,08

86 Rn Радон

Период 7 87 Fr Франций 88 Ra Радий 226,0254 89** Ac Актиний 227,028 104 105 106 107 108 109  
* 58 Ce 140,12 59 Pr 140,9077 60 Nd 144,24 61 Pm 62 Sm 150,36 63 Eu 151,96 64 Gd 157,25 65 Tb 158,9254 66 Dy 162,50 67 Ho 164,9304 68 Er 167,26 69 Tm 168,9342 70 Yb 173,04 71 Lu 174,967
** 90 Th 232,0381 91 Pa 231,0359 92 U 238,0289 93 Np 237,0482 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr
*Лантаноиды: церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций. **Актиноиды: торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий.Примечание. Атомный номер указан над символом элемента, атомная масса указана под символом элемента. Величина в скобках – массовое число наиболее долгоживущего изотопа.

Как таблицу Менделеева пополнили ядерные элементы

Здесь создают новые химические элементы

Вряд ли Менделеев предполагал, как далеко зайдут его последователи в поиске продолжения таблицы: в его время элементы получали только из природных материалов — минералов, руд.

Открытие ядерной реакции позволило создать новый способ «пополнения» таблицы: расщепление урана (элемент 92) позволило создать трансурановые элементы, вместе с которыми известно 118 элементов.

Все они не существуют в природе в достаточном для поиска количестве, либо имеют слишком короткий срок жизни. Для их получения ученые сталкивают атомы разных элементов (сегодня используют комбинацию «пучок атомов»->«мишень») , что приводит к их слиянию.

Юрий Оганесян из НИЯУ МИФИ, соавтор открытия 5 трансурановых элементов

Например, для создания теннесина (номер 117 соответствует числу протонов в ядре) ученые объединили пучки кальция (20 протонов) с мишенью из беркелия (97 протонов).

Синтез кальция с калифорнием (98) позволил появиться на свет долгоживущему изотопу оганесона (118).

«Периодическая система химических элементов»

Ключевые слова конспекта: Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, группы и периоды Периодической системы, физический смысл порядкового номера химического элемента.

Периодическая система химических элементов — это таблица, в которой все химические элементы расположены в порядке возрастания атомных номеров. Таблица включает в себя периоды и группы, т.е. горизонтальные строчки и вертикальные столбцы.

Период — это последовательность (горизонтальный ряд в таблице) элементов с возрастающими атомными номерами, начинающаяся щелочным металлом (или водородом) и заканчивающаяся благородным газом.

Число электронных слоев в атомах данного периода равно номеру периода.

В периодах с возрастанием атомного номера Z металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются.

Группа — это вертикальная колонка элементов в таблице, включающая элементы с одинаковой максимальной степенью окисления, равной номеру группы, и одинаковой отрицательной степенью окисления, для атомов неметаллов равной номеру группы минус 8.

В группах с возрастанием атомного номера Z металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Число валентных электронов атома обычно равно номеру группы.

В коротком варианте таблицы Менделеева различают малые периоды — 1-й, 2-й и 3-й, содержащие 2, 8 и 8 элементов соответственно, а также большие периоды — 4-й, 5-й, 6-й и незавершенный 7-й. Каждый большой период таблицы включает две строчки (два ряда). Например, в 4-м периоде, начинающемся калием 19K, последний элемент в верхней строчке — никель 28Ni, он в числе элементов триады (Fe, Со, Ni) попадает в VIII группу. Следующий элемент — медь 29Cu записан строчкой ниже и находится в I-й группе.

Каждая группа с номерами от I до VIII включает две группы — А и Б.

A-группы включают элементы малых периодов, а также элементы больших периодов, которые по свойствам наиболее близки к соответствующим элементам малых периодов.

Б-группы включают элементы больших периодов, в атомах которых электроны, появляющиеся в них с увеличением заряда ядра, попадают в слой, предшествующий внешнему.

Физический смысл порядкового номера химического элемента:

  1. это число нейтронов в атоме;
  2. это относительная атомная масса;
  3. это число энергетических уровней в атоме;
  4. это число протонов в ядре.

Конспект урока «Периодическая система химических элементов».

Следующая тема: «Закономерности изменения свойств элементов и их соединений в связи с положением в Периодической системе».

История открытия Периодического закона

К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно.В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад»: 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. Обе указанные модели не привлекли внимания научной общественности.В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого («закон октав») внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864). Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы 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.По легенде, мысль о системе химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».Написав на карточках основные свойства каждого элемента (их в то время было известно 63, из которых один — дидим Di — оказался в дальнейшем смесью двух вновь открытых элементов празеодима и неодима), Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, целый ряд физических и химических свойств.

Валентность.

Наиболее общее определение валентности элемента – это способность его атомов соединяться с другими атомами в определенных соотношениях. Иногда валентность элемента заменяют близким ему понятием степени окисления (с.о.). Степень окисления соответствует заряду, который приобрел бы атом, если бы все электронные пары его химических связей сместились в сторону более электроотрицательных атомов. В любом периоде слева направо происходит увеличение положительной степени окисления элементов. Элементы I группы имеют с.о., равную +1 и формулу оксида R2O, элементы II группы – соответственно +2 и RO и т.д. Элементы с отрицательной с.о. находятся в V, VI и VII группах; считается, что углерод и кремний, находящиеся в IV группе, не имеют отрицательной степени окисления. Галогены, имеющие степень окисления –1, образуют соединения с водородом состава RH. В целом положительная степень окисления элементов соответствует номеру группы, а отрицательная равна разности восемь минус номер группы. Из таблицы нельзя определить наличие или отсутствие других степеней окисления.

Избранное

См. также

Химия в космосе

Дмитрий Вибе • Библиотека • «Химия и жизнь» №2, 2014

Звездная пыль в земной лаборатории

Дмитрий Вибе • Библиотека • «Троицкий вариант» №22, 2019

Коричневые карлики — кто они?

Дмитрий Вибе • Библиотека • «Троицкий вариант» №2, 2015

Звезды рождаются дольше

Дмитрий Вибе • Библиотека • «Троицкий вариант» №15, 2017

Джордж и его команда: к 70-летию горячей модели Вселенной

26.01.2016 • Алексей Левин • Новости науки

«Устройство нашей Вселенной». Главы из книги

2016 • Сергей Рубин • Книжный клуб • Главы

«Астрономия. Век XXI». Глава из книги

2015 • Владимир Сурдин • Книжный клуб • Главы

«Происхождение и эволюция галактик». Глава из книги

2017 • Ольга Сильченко • Книжный клуб • Главы

Зёрна звездной пыли в Мурчисонском метеорите оказались гораздо старше Солнечной системы

04.02 • Владислав Стрекопытов • Новости науки

Гидрид гелия — первая молекула во Вселенной — образуется в космосе и сейчас

22.04.2019 • Алексей Левин • Новости науки

Как создавалась периодическая таблица

Легенда гласит, что Менделеев задумал и создал свою таблицу в один день: 17 февраля 1869 года по русскому календарю (для большей части мира это 1 марта). Но это, вероятнее всего, преувеличение. Менделеев думал о группировании элементов годами, и другие химики несколько раз рассматривали понятие связей между элементами в предыдущие десятилетия.

На самом деле, немецкий физик Иоганн Вольфганг Доберейнер заметил особенности группирования элементов еще в 1817 году. В те дни химики еще не полностью поняли природу атомов, описанную атомной теорией Джона Дальтона в 1808 году. В своей «новой системе химической философии» Дальтон объяснил химические реакции, предполагая, что каждое элементарное вещество состоит из атома определенного типа.

Дальтон предположил, что химические реакции производили новые вещества, когда атомы разъединяются или соединяются. Он полагал, что любой элемент состоит исключительно из одного вида атома, который отличается от других по весу. Атомы кислорода весили в восемь раз больше, чем атомы водорода. Дальтон считал, что атомы углерода в шесть раз тяжелее водорода. Когда элементы объединяются для создания новых веществ, количество реагирующих веществ может быть рассчитано с учетом этих атомных весов.

Дальтон ошибался насчет некоторых масс – кислород в действительности в 16 раз тяжелее водорода, а углерод в 12 раз тяжелее водорода. Но его теория сделала идею об атомах полезной, вдохновив революцию в химии. Точное измерение атомной массы стало основной проблемой химиков на последующие десятилетия.

Размышляя об этих весах, Доберейнер отметил, что определенные наборы из трех элементов (он назвал их триадами) показывают интересную связь. Бром, например, имел атомную массу где-то между массами хлора и йода, и все эти три элемента демонстрировали сходное химическое поведение. Литий, натрий и калий также были триадой.

Другие химики заметили связи между атомными массами и химическими свойствами, но лишь в 1860-х годах атомные массы стали достаточно хорошо поняты и измерены, чтобы выработалось более глубокое понимание. Английский химик Джон Ньюландс заметил, что расположение известных элементов в порядке увеличения атомной массы приводило к повторению химических свойств каждого восьмого элемента. Эту модель он назвал «законом октав» в статье 1865 года. Но модель Ньюландса не очень хорошо держалась после первых двух октав, что заставило критиков предложить ему расставить элементы в алфавитном порядке. И как вскоре понял Менделеев, отношение свойств элементов и атомных масс были чуть более сложными.

Короткие и длинные периоды.

Низшая полностью завершенная электронная оболочка (орбиталь) обозначается 1s и реализуется у гелия. Следующие уровни – 2s и 2p – соответствуют застройке оболочек атомов элементов 2-го периода и при полной застройке, у неона, содержат в сумме 8 электронов. С увеличением значений главного квантового числа энергетическое состояние низшего орбитального числа для большего главного может оказаться ниже энергетического состояния наиболее высокого орбитального квантового числа, соответствующего меньшему главному. Так, энергетическое состояние 3d выше, чем 4s, поэтому у элементов 3-го периода происходит застройка 3s- и 3p-орбиталей, заканчиваясь формированием устойчивой структуры благородного газа аргона. Далее происходит последовательная застройка 4s-, 3d- и 4p-орбиталей у элементов 4-го периода, вплоть до завершения внешней устойчивой электронной оболочки из 18 электронов у криптона. Это и приводит к появлению первого длинного периода. Аналогично происходит застройка 5s-, 4d- и 5p-орбиталей атомов элементов 5-го (т.е. второго длинного) периода, завершаясь электронной структурой ксенона.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий