Периодичната таблица на химичните елементи и нейната структура. Периодична таблица D

Блестящият руски химик Д. И. Менделеев се отличава през целия си живот с желанието да разбере неизвестното. Това желание, както и най-дълбоките и обширни познания, съчетани с безпогрешна научна интуиция, позволиха на Дмитрий Иванович да разработи научна класификация на химичните елементи - Периодичната система под формата на неговата известна таблица.

Периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев може да си представим като голяма къща, в която „живеят заедно“ абсолютно всички химически елементи, известни на човека. За да можете да използвате периодичната таблица, трябва да изучавате химическата азбука, т.е. знаците на химичните елементи.

С тяхна помощ ще се научите да пишете думи - химични формули, а на тяхна основа ще можете да пишете изречения - уравнения на химични реакции. Всеки химичен елемент се обозначава със свой химичен знак или символ, който заедно с името на химичния елемент е записан в таблицата на Д. И. Менделеев. По предложение на шведския химик Й. Берцелиус началните букви на латинските наименования на химичните елементи са приети в повечето случаи като символи. По този начин водородът (латинско име Hydrogenium - hydrogenium) се обозначава с буквата H (чете се "пепел"), кислородът (латинското име Oxygenium - oxygenium) - с буквата O (чете се "o"), въглеродът (латинското име Сarboneum - carboneum ) - с буквата C (чете се "tse").

Латинските имена на още няколко химични елемента започват с буквата C: калций (

Калций), мед (Cuprum), кобалт (Cobaltum) и др. За да ги разграничи, I. Berzelius предложи да добави една от следващите букви на името към началната буква на латинското име. Така химическият знак за калция се изписва със символа Ca (чете се „калций“), медта - Cu (чете се „купрум“), кобалтът - Co (чете се „кобалт“).

Имената на някои химични елементи отразяват най-важните свойства на елементите, например водород - който произвежда вода, кислород - който произвежда киселини, фосфор - който пренася светлина (фиг. 20) и др.

Ориз. 20.
Етимология на името на елемент № 15 от периодичната таблица на Д. И. Менделеев

Други елементи са кръстени на небесни тела или планети от Слънчевата система - селен и телур (фиг. 21) (от гръцки Selene - Луна и Telluris - Земя), уран, нептуний, плутоний.

Ориз. 21.
Етимология на името на елемент № 52 от периодичната таблица на Д. И. Менделеев

Някои имена са заимствани от митологията (фиг. 22). Например тантал. Това беше името на любимия син на Зевс. За престъпления срещу боговете Тантал беше строго наказан. Той стоеше до шия във водата, а над него бяха увиснали клони със сочни, уханни плодове. Но щом искаше да пие, водата се оттичаше от него; щом искаше да утоли глада си, той протегна ръка към плодовете - клоните се отклониха настрани. Опитвайки се да изолират тантал от руди, химиците изпитаха не по-малко мъки.

Ориз. 22.
Етимология на името на елемент № 61 от периодичната таблица на Д. И. Менделеев

Някои елементи бяха кръстени на различни държави или части на света. Например германий, галий (Галия е древното име на Франция), полоний (в чест на Полша), скандий (в чест на Скандинавия), франций, рутений (рутений е латинското име на Русия), европий и америций. Ето елементите, кръстени на градове: хафний (в чест на Копенхаген), лутеций (в старите времена Париж се е наричал Лутеций), беркелий (в чест на град Бъркли в САЩ), итрий, тербий, ербий, итербий ( имената на тези елементи идват от Ytterby - малък град в Швеция, където за първи път е открит минералът, съдържащ тези елементи), дубний (фиг. 23).

Ориз. 23.
Етимология на името на елемент № 105 от периодичната таблица на Д. И. Менделеев

И накрая, имената на елементите обезсмъртяват имената на велики учени: курий, фермий, айнщайний, менделевий (фиг. 24), лауренций.

Ориз. 24.
Етимология на името на елемент № 101 от периодичната таблица на Д. И. Менделеев

Всеки химичен елемент е определен в периодичната таблица, в общата „къща“ на всички елементи, свой собствен „апартамент“ - клетка със строго определен номер. По-дълбокото значение на това число ще ви бъде разкрито, докато продължавате да изучавате химия. Етажността на тези „апартаменти” също е строго разпределена – периодите, в които елементите „живеят”. Подобно на серийния номер на елемент (номерът на „апартамента“), номерът на периода („етаж“) съдържа най-важната информация за структурата на атомите на химичните елементи. Хоризонтално - "етажно" - Периодичната система е разделена на седем периода:

• Първият период включва два елемента: водород H и хелий He;
• 2-ри период започва с литий Li и завършва с неон Ne (8 елемента);
• 3-тият период започва с натриев Na и завършва с аргон Ar (8 елемента).

Първите три периода, всеки от които се състои от един ред, се наричат ​​малки периоди.

Периодите 4, 5 и 6 включват по два реда елементи, те се наричат ​​големи периоди; 4-ти и 5-ти периоди съдържат по 18 елемента, 6-ти - 32 елемента.

7-ми период е незавършен, засега се състои само от един ред.

Обърнете внимание на “сутеренните етажи” на Периодичната таблица – там “живеят” 14 елемента-близнаци, някои сходни по свойствата си с лантан La, други с актиний Ac, които ги представляват на горните “етажи” на таблицата: в 6-ти и 7-ми периоди.

Вертикално химическите елементи, „живеещи“ в „апартаменти“ с подобни свойства, са разположени един под друг във вертикални колони - групи, от които има осем в таблицата на Д. И. Менделеев.

Всяка група се състои от две подгрупи – основна и второстепенна. Подгрупата, която включва елементи както на кратки, така и на дълги периоди, се нарича основна подгрупа или група А. Подгрупата, която включва елементи само на дълги периоди, се нарича вторична подгрупа или група Б. По този начин основната подгрупа на група I (група IA) включва литий, натрий, калий, рубидий и франций са подгрупа на литий; Li; странична подгрупа на тази група (IB група) се образува от мед, сребро и злато - това е подгрупа на Cu мед.

В допълнение към формата на таблицата на Д. И. Менделеев, която се нарича краткопериодична (тя е показана на листовката на учебника), има много други форми, например версията с дълъг период.

Както едно дете може да конструира огромен брой различни предмети от елементите на играта Лего (виж фиг. 10), така и от химичните елементи природата и човекът са създали разнообразието от вещества, които ни заобикалят. Друг модел е още по-ясен: точно както 33 букви от руската азбука образуват различни комбинации, десетки хиляди думи, така 114 химически елемента в различни комбинации създават повече от 20 милиона различни вещества.

Опитайте се да научите законите на образуването на думи - химични формули и тогава светът на веществата ще се отвори пред вас в цялото му цветно разнообразие.

Но за да направите това, първо научете буквите - символи на химичните елементи (Таблица 1).

маса 1
Имена на някои химични елементи

Ключови думи и фрази

1. Периодична таблица на химичните елементи (таблица) от Д. И. Менделеев.
2. Периоди големи и малки.
3. Групи и подгрупи - главна (А група) и вторична (Б група).
4. Символи на химичните елементи.

Работа с компютър

1. Вижте електронното приложение. Проучете материала на урока и изпълнете поставените задачи.
2. Намерете имейл адреси в интернет, които могат да служат като допълнителни източници, които разкриват съдържанието на ключови думи и фрази в параграфа. Предложете помощта си на учителя при подготовката на нов урок - направете доклад за ключовите думи и фрази от следващия параграф.

Въпроси и задачи

1. Използвайки речници (етимологични, енциклопедични и химически термини), назовете най-важните свойства, които са отразени в имената на химичните елементи: бром Br, азот N, флуор F.
2. Обяснете как имената на химичните елементи титан и ванадий отразяват влиянието на древногръцките митове.
3. Защо латинското име на златото Aurum (aurum) и среброто е Argentum (аргентум)?
4. Разкажете историята на откриването на химичен елемент по ваш избор и обяснете етимологията на името му.
5. Запишете "координатите", т.е. позицията в периодичната таблица на Д. И. Менделеев (номер на елемента, номер на период и неговия вид - голям или малък, номер на група и подгрупа - главна или второстепенна), за следните химични елементи: калций, цинк , антимон, тантал, европий.
6. Разпределете химичните елементи, изброени в таблица 1, в три групи въз основа на „произношението на химическия символ“. Може ли извършването на тази дейност да ви помогне да запомните химическите символи и да произнесете символите на елементите?

Периодичната система на химичните елементи е класификация на химичните елементи, създадена от Д. И. Менделеев въз основа на открития от него през 1869 г. периодичен закон.

Д. И. Менделеев

Съгласно съвременната формулировка на този закон, в непрекъсната серия от елементи, подредени по нарастване на положителния заряд на ядрата на техните атоми, елементи с подобни свойства периодично се повтарят.

Периодичната таблица на химичните елементи, представена под формата на таблица, се състои от периоди, серии и групи.

В началото на всеки период (с изключение на първия) елементът има изразени метални свойства (алкален метал).

Символи за цветната таблица: 1 - химичен знак на елемента; 2 - име; 3 - атомна маса (атомно тегло); 4 - сериен номер; 5 - разпределение на електроните по слоевете.

С нарастването на атомния номер на даден елемент, равен на положителния заряд на ядрото на неговия атом, металните свойства постепенно отслабват, а неметалните се увеличават. Предпоследният елемент във всеки период е елемент с изразени неметални свойства (), а последният е инертен газ. В I период има 2 елемента, във II и III - 8 елемента, в IV и V - 18, в VI - 32 и в VII (незавършен период) - 17 елемента.

Първите три периода се наричат ​​малки периоди, всеки от тях се състои от един хоризонтален ред; останалите - в големи периоди, всеки от които (с изключение на VII период) се състои от два хоризонтални реда - четен (горен) и нечетен (долен). Само метали се намират в четни редове с големи периоди. Свойствата на елементите в тези серии се променят леко с увеличаване на поредния номер. Свойствата на елементите в нечетни редове с големи периоди се променят. В период VI лантанът е последван от 14 елемента, много сходни по химични свойства. Тези елементи, наречени лантаниди, са изброени отделно под основната таблица. Актинидите, елементите след актиния, са представени по подобен начин в таблицата.

Таблицата има девет вертикални групи. Номерът на групата, с редки изключения, е равен на най-високата положителна валентност на елементите от тази група. Всяка група, с изключение на нулевата и осмата, е разделена на подгрупи. - основен (разположен вдясно) и вторичен. В основните подгрупи с увеличаване на атомния номер металните свойства на елементите стават по-силни, а неметалните отслабват.

По този начин химичните и редица физични свойства на елементите се определят от мястото, което даден елемент заема в периодичната таблица.

Биогенните елементи, т.е. елементите, които са част от организмите и изпълняват определена биологична роля в тях, заемат горната част на периодичната таблица. Клетките, заети от елементи, които съставляват по-голямата част (повече от 99%) от живата материя, са оцветени в синьо; клетките, заети от микроелементи, са оцветени в розово (виж).

Периодичната таблица на химичните елементи е най-голямото постижение на съвременното естествознание и ярък израз на най-общите диалектически закони на природата.

Вижте също Атомно тегло.

Периодичната система на химичните елементи е естествена класификация на химичните елементи, създадена от Д. И. Менделеев въз основа на открития от него през 1869 г. периодичен закон.

В първоначалната си формулировка периодичният закон на Д. И. Менделеев гласи: свойствата на химичните елементи, както и формите и свойствата на техните съединения, периодично зависят от атомните тегла на елементите. Впоследствие, с развитието на учението за структурата на атома, беше показано, че по-точна характеристика на всеки елемент не е атомното тегло (виж), а стойността на положителния заряд на ядрото на атома на елемента, равен на поредния (атомен) номер на този елемент в периодичната система на Д. И. Менделеев. Броят на положителните заряди в ядрото на атома е равен на броя на електроните, обграждащи ядрото на атома, тъй като атомите като цяло са електрически неутрални. В светлината на тези данни периодичният закон се формулира по следния начин: свойствата на химичните елементи, както и формите и свойствата на техните съединения, периодично зависят от големината на положителния заряд на ядрата на техните атоми. Това означава, че в непрекъсната поредица от елементи, подредени в реда на увеличаване на положителните заряди на ядрата на техните атоми, елементи с подобни свойства периодично ще се повтарят.

Табличната форма на периодичната таблица на химичните елементи е представена в съвременния й вид. Състои се от периоди, серии и групи. Периодът представлява последователна хоризонтална поредица от елементи, подредени в реда на увеличаване на положителния заряд на ядрата на техните атоми.

В началото на всеки период (с изключение на първия) има елемент с изразени метални свойства (алкален метал). След това, с увеличаване на серийния номер, металните свойства на елементите постепенно отслабват и неметалните се увеличават. Предпоследният елемент във всеки период е елемент с изразени неметални свойства (халоген), а последният е инертен газ. Първият период се състои от два елемента, ролята на алкален метал и халоген тук едновременно се играе от водород. Периоди II и III включват по 8 елемента, наречени от Менделеев типични. Периоди IV и V съдържат по 18 елемента, VI-32. VII период все още не е завършен и се допълва с изкуствено създадени елементи; В момента има 17 елемента в този период. Периоди I, II и III се наричат ​​малки, всеки от тях се състои от един хоризонтален ред, IV-VII са големи: те (с изключение на VII) включват два хоризонтални реда - четен (горен) и нечетен (долен). В четните редове с големи периоди има само метали, а промяната в свойствата на елементите в реда отляво надясно е слабо изразена.

В нечетни серии от големи периоди свойствата на елементите в серията се променят по същия начин, както свойствата на типичните елементи. В четния ред на VI период, след лантана, има 14 елемента [наречени лантаниди (виж), лантаниди, редкоземни елементи], подобни по химични свойства на лантана и един на друг. Списък с тях е даден отделно под таблицата.

Елементите след актиний - актиниди (актиноиди) - са изброени отделно и са изброени под таблицата.

В периодичната таблица на химичните елементи девет групи са разположени вертикално. Номерът на групата е равен на най-високата положителна валентност (виж) на елементите от тази група. Изключенията са флуор (може да бъде само отрицателно едновалентен) и бром (не може да бъде седемвалентен); в допълнение, медта, среброто, златото могат да проявяват валентност, по-голяма от +1 (Cu-1 и 2, Ag и Au-1 и 3), а от елементите от група VIII само осмий и рутений имат валентност +8 . Всяка група, с изключение на осмата и нулевата, е разделена на две подгрупи: основна (разположена вдясно) и второстепенна. Основните подгрупи включват типични елементи и елементи с дълги периоди, второстепенните подгрупи включват само елементи с дълги периоди и освен това метали.

По химични свойства елементите от всяка подгрупа на дадена група се различават значително един от друг, като само най-високата положителна валентност е еднаква за всички елементи от дадена група. В основните подгрупи, отгоре надолу, металните свойства на елементите се засилват, а неметалните са отслабени (например франций е елементът с най-изразени метални свойства, а флуорът е неметален). По този начин мястото на елемент в периодичната система на Менделеев (пореден номер) определя неговите свойства, които са средната стойност на свойствата на съседните елементи вертикално и хоризонтално.

Някои групи от елементи имат специални имена. Така елементите от основните подгрупи на група I се наричат ​​алкални метали, група II - алкалоземни метали, група VII - халогени, елементи, разположени зад урана - трансуран. Елементите, които са част от организмите, участват в метаболитни процеси и имат ясна биологична роля, се наричат ​​биогенни елементи. Всички те заемат горната част на таблицата на Д. И. Менделеев. Това са преди всичко O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg и Fe, които съставляват по-голямата част от живата материя (повече от 99%). Местата, заемани от тези елементи в периодичната таблица, са оцветени в светло синьо. Биогенните елементи, от които има много малко в тялото (от 10 -3 до 10 -14%), се наричат ​​микроелементи (виж). Клетките на периодичната система, оцветени в жълто, съдържат микроелементи, чиято жизнена важност за човека е доказана.

Според теорията за структурата на атома (виж Атом), химичните свойства на елементите зависят главно от броя на електроните във външната електронна обвивка. Периодичната промяна в свойствата на елементите с увеличаване на положителния заряд на атомните ядра се обяснява с периодичното повторение на структурата на външната електронна обвивка (енергийно ниво) на атомите.

В малки периоди, с увеличаване на положителния заряд на ядрото, броят на електроните във външната обвивка нараства от 1 на 2 в период I и от 1 на 8 в периоди II и III. Оттук и промяната в свойствата на елементите в периода от алкален метал до инертен газ. Външната електронна обвивка, съдържаща 8 електрона, е пълна и енергийно стабилна (елементите от нулева група са химически инертни).

При дълги периоди в четни редове, когато положителният заряд на ядрата се увеличава, броят на електроните във външната обвивка остава постоянен (1 или 2) и втората външна обвивка се запълва с електрони. Оттук и бавната промяна на свойствата на елементите в четните редове. В нечетната поредица от големи периоди, когато зарядът на ядрата се увеличава, външната обвивка се запълва с електрони (от 1 до 8) и свойствата на елементите се променят по същия начин като тези на типичните елементи.

Броят на електронните обвивки в атома е равен на номера на периода. Атомите на елементите от основните подгрупи имат брой електрони във външните си обвивки, равен на номера на групата. Атомите на елементи от странични подгрупи съдържат един или два електрона във външните си обвивки. Това обяснява разликата в свойствата на елементите на главните и вторичните подгрупи. Номерът на групата показва възможния брой електрони, които могат да участват в образуването на химични (валентни) връзки (виж Молекула), следователно такива електрони се наричат ​​валентни. За елементи от странични подгрупи валентни са не само електроните на външните обвивки, но и тези на предпоследните. Броят и структурата на електронните обвивки са посочени в придружаващата периодична таблица на химичните елементи.

Периодичният закон на Д. И. Менделеев и системата, основана на него, са от изключително голямо значение в науката и практиката. Периодичният закон и система бяха в основата на откриването на нови химични елементи, точното определяне на техните атомни тегла, развитието на учението за строежа на атомите, установяването на геохимичните закони за разпространение на елементите в земната кора и развитие на съвременните представи за живата материя, чийто състав и свързаните с нея модели са в съответствие с периодичната система. Биологичната активност на елементите и тяхното съдържание в тялото също до голяма степен се определят от мястото, което заемат в периодичната таблица на Менделеев. По този начин, с увеличаване на серийния номер в редица групи, токсичността на елементите се увеличава и съдържанието им в тялото намалява. Периодичният закон е ясен израз на най-общите диалектически закони на развитието на природата.

Много учени са правили опити да систематизират химичните елементи. Но едва през 1869 г. Д. И. Менделеев успява да създаде класификация на елементите, която установява връзката и зависимостта на химичните вещества и заряда на атомното ядро.

История

Съвременната формулировка на периодичния закон е следната: свойствата на химичните елементи, както и формите и свойствата на съединенията на елементите, периодично зависят от заряда на ядрото на атомите на елемента.

По времето, когато законът беше открит, бяха известни 63 химични елемента. Атомните маси на много от тези елементи обаче са определени погрешно.

Самият Д. И. Менделеев през 1869 г. формулира своя закон като периодична зависимост от атомните тегла на елементите, тъй като през 19 век науката все още не разполага с информация за структурата на атома. Въпреки това, гениалната прозорливост на учения му позволи да разбере по-дълбоко от всички негови съвременници моделите, които определят периодичността на свойствата на елементите и веществата. Той взе предвид не само увеличаването на атомната маса, но и вече известните свойства на веществата и елементите и, като взе за основа идеята за периодичност, успя точно да предскаже съществуването и свойствата на неизвестни елементи и вещества за науката по онова време, коригира атомните маси на редица елементи и правилно подрежда елементите в система, оставяйки празни пространства и извършвайки пренареждания.

Ориз. 1. Д. И. Менделеев.

Съществува мит, че Менделеев е сънувал периодичната таблица. Това обаче е само красива история, която не е доказан факт.

Структура на периодичната таблица

Периодичната таблица на химичните елементи от Д. И. Менделеев е графично отражение на неговия собствен закон. Елементите са подредени в таблицата според определено химично и физическо значение. По местоположението на даден елемент можете да определите неговата валентност, брой електрони и много други характеристики. Таблицата е разделена хоризонтално на големи и малки периоди, а вертикално на групи.

Ориз. 2. Периодична таблица.

Има 7 периода, които започват с алкален метал и завършват с вещества, които имат неметални свойства. Групите от своя страна, състоящи се от 8 колони, са разделени на главни и вторични подгрупи.

По-нататъшното развитие на науката показа, че периодичното повторение на свойствата на елементите на определени интервали, особено ясно проявени във 2-ри и 3-ти малки периоди, се обяснява с повторението на електронната структура на външните енергийни нива, където се намират валентните електрони , поради което при реакции възниква образуването на химични връзки и нови вещества. Следователно във всяка вертикална колона-група има елементи с повтарящи се характерни черти. Това се проявява ясно в групи, съдържащи семейства от много активни алкални метали (група I, основна подгрупа) и нехалогенни метали (група VII, основна подгрупа). Отляво надясно през периода броят на електроните се увеличава от 1 до 8, докато металните свойства на елементите намаляват. По този начин металните свойства са по-изразени, колкото по-малко електрони има във външното ниво.

Ориз. 3. Малки и големи периоди в периодичната система.

Атомните свойства като енергия на йонизация, енергия на афинитет към електрони и електроотрицателност също се повтарят периодично. Тези количества са свързани със способността на атома да отдаде електрон от външно ниво (йонизация) или да задържи нечий друг електрон на своето външно ниво (електронен афинитет).. Общо получени оценки: 146.

Периодичниправо D.I. Менделеев:Свойства на прости тела, както и форми и свойства на съставниразликите на елементите са периодично зависими отстойностите на атомните тегла на елементите (свойствата на елементите периодично зависят от заряда на атомите на техните ядра).

Периодична система от елементи. Серии от елементи, в които свойствата се променят последователно, като серията от осем елемента от литий до неон или от натрий до аргон, Менделеев нарича периоди. Ако напишем тези два периода един под друг, така че натрият да е под литий, а аргонът да е под неон, получаваме следната подредба на елементите:

При тази подредба вертикалните колони съдържат елементи, които са сходни по свойства и имат еднаква валентност, например литий и натрий, берилий и магнезий и др.

След като раздели всички елементи на периоди и постави един период под друг, така че елементи, подобни по свойства и тип образувани съединения, да са разположени един под друг, Менделеев състави таблица, която той нарече периодична система от елементи по групи и серии.

Значението на периодичната системаНие.Периодичната таблица на елементите оказа голямо влияние върху последващото развитие на химията. Това не само беше първата естествена класификация на химичните елементи, показваща, че те образуват хармонична система и са в тясна връзка помежду си, но беше и мощен инструмент за по-нататъшни изследвания.

7. Периодични промени в свойствата на химичните елементи. Атомни и йонни радиуси. Йонизационна енергия. Електронен афинитет. Електроотрицателност.

Зависимостта на атомните радиуси от заряда на ядрото на атом Z е периодична. В рамките на един период, когато Z нараства, има тенденция за намаляване на размера на атома, което се наблюдава особено ясно в кратки периоди

С началото на изграждането на нов електронен слой, по-отдалечен от ядрото, т.е. по време на прехода към следващия период, атомните радиуси се увеличават (сравнете например радиусите на флуорните и натриевите атоми). В резултат на това в рамките на една подгрупа, с увеличаване на ядрения заряд, размерите на атомите се увеличават.

Загубата на електронни атоми води до намаляване на неговия ефективен размер, а добавянето на излишни електрони води до увеличаване. Следователно радиусът на положително заредения йон (катион) винаги е по-малък, а радиусът на отрицателно заредения не (анион) винаги е по-голям от радиуса на съответния електрически неутрален атом.

В рамките на една подгрупа радиусите на йони с еднакъв заряд се увеличават с увеличаване на ядрения заряд.Този модел се обяснява с увеличаването на броя на електронните слоеве и нарастващото разстояние на външните електрони от ядрото.

Най-характерното химично свойство на металите е способността на техните атоми лесно да се отказват от външни електрони и да се трансформират в положително заредени йони, докато неметалите, напротив, се характеризират със способността да добавят електрони, за да образуват отрицателни йони. За да се отстрани електрон от атом и да се трансформира последният в положителен йон, е необходимо да се изразходва известна енергия, наречена йонизационна енергия.

Йонизационната енергия може да се определи чрез бомбардиране на атоми с електрони, ускорени в електрическо поле. Най-ниското полево напрежение, при което скоростта на електроните става достатъчна за йонизиране на атомите, се нарича йонизационен потенциал на атомите на даден елемент и се изразява във волтове. С изразходването на достатъчно енергия два, три или повече електрона могат да бъдат отстранени от един атом. Следователно те говорят за първия йонизационен потенциал (енергията на отстраняване на първия електрон от атома) и втория йонизационен потенциал (енергията на отстраняването на втория електрон)

Както беше отбелязано по-горе, атомите могат не само да даряват, но и да получават електрони. Енергията, освободена при добавяне на електрон към свободен атом, се нарича електронен афинитет на атома. Електронният афинитет, подобно на йонизационната енергия, обикновено се изразява в електронволтове. Така афинитетът към електрона на водородния атом е 0,75 eV, кислородът - 1,47 eV, флуорът - 3,52 eV.

Електронните афинитети на металните атоми обикновено са близки до нула или отрицателни; От това следва, че за атомите на повечето метали добавянето на електрони е енергийно неизгодно. Електронният афинитет на неметалните атоми винаги е положителен и толкова по-голям, колкото по-близо е неметалът до благородния газ в периодичната таблица; това показва увеличение на неметалните свойства с наближаването на края на периода.

Всеки, който е ходил на училище, помни, че един от задължителните предмети за изучаване беше химията. Може да я харесвате, а може и да не я харесвате - няма значение. И вероятно много знания в тази дисциплина вече са забравени и не се използват в живота. Въпреки това, вероятно всеки си спомня таблицата на химическите елементи на Д. И. Менделеев. За мнозина тя остава многоцветна таблица, където във всеки квадрат са написани определени букви, указващи имената на химичните елементи. Но тук няма да говорим за химията като такава и да опишем стотици химични реакции и процеси, но ще ви разкажем как се е появила периодичната таблица на първо място - тази история ще бъде интересна за всеки човек и наистина за всички, които са гладни за интересна и полезна информация.

Малко предистория

Още през 1668 г. изключителният ирландски химик, физик и теолог Робърт Бойл публикува книга, в която са развенчани много митове за алхимията и в която той обсъжда необходимостта от търсене на неразложими химични елементи. Ученият даде и техен списък, състоящ се само от 15 елемента, но допусна идеята, че може да има повече елементи. Това стана отправна точка не само в търсенето на нови елементи, но и в тяхното систематизиране.

Сто години по-късно френският химик Антоан Лавоазие съставя нов списък, който вече включва 35 елемента. 23 от тях по-късно се оказват неразложими. Но търсенето на нови елементи продължи от учени по целия свят. И основна роля в този процес изигра известният руски химик Дмитрий Иванович Менделеев - той пръв изложи хипотезата, че може да има връзка между атомната маса на елементите и тяхното разположение в системата.

Благодарение на усърдна работа и сравнение на химичните елементи, Менделеев успява да открие връзката между елементите, при която те могат да бъдат едно цяло, а свойствата им не са нещо дадено, а представляват периодично повтарящо се явление. В резултат на това през февруари 1869 г. Менделеев формулира първия периодичен закон, а през март неговият доклад „Връзката на свойствата с атомното тегло на елементите“ е представен на Руското химическо общество от историка на химията Н. А. Меншуткин. След това през същата година публикацията на Менделеев е публикувана в списание „Zeitschrift fur Chemie” в Германия, а през 1871 г. друго немско списание „Annalen der Chemie” публикува нова обширна публикация на учения, посветена на неговото откритие.

Създаване на периодичната таблица

До 1869 г. основната идея вече е била оформена от Менделеев и за сравнително кратко време, но за дълго време той не може да я формализира в някаква подредена система, която ясно да показва какво е какво. В един от разговорите с колегата си А. А. Иностранцев той дори каза, че всичко вече е разработено в главата му, но не може да постави всичко в таблица. След това, според биографите на Менделеев, той започва усърдна работа на масата си, която продължава три дни без прекъсвания за сън. Те опитаха всякакви начини да организират елементите в таблица и работата беше усложнена и от факта, че по това време науката все още не знаеше за всички химични елементи. Но въпреки това таблицата все още беше създадена и елементите бяха систематизирани.

Легендата за съня на Менделеев

Мнозина са чували историята, че Д. И. Менделеев е мечтал за масата си. Тази версия беше активно разпространена от гореспоменатия сподвижник на Менделеев А. А. Иностранцев като забавна история, с която той забавляваше учениците си. Той каза, че Дмитрий Иванович си легна и насън ясно видя масата си, в която всички химически елементи бяха подредени в правилния ред. След това студентите дори се пошегуваха, че водка 40° е открита по същия начин. Но все пак имаше реални предпоставки за историята със съня: както вече беше споменато, Менделеев работеше на масата без сън и почивка, а Иностранцев веднъж го намери уморен и изтощен. През деня Менделеев решил да си вземе кратка почивка и известно време по-късно се събудил внезапно, веднага взел лист хартия и начертал върху него готова таблица. Но самият учен опроверга цялата тази история със съня, като каза: „Мислех за това, може би от двадесет години, а вие си мислите: Седях и изведнъж... е готово.“ Така че легендата за съня може да е много привлекателна, но създаването на масата е възможно само чрез упорит труд.

По-нататъшна работа

Между 1869 и 1871 г. Менделеев развива идеите за периодичност, към които научната общност е склонна. И един от важните етапи на този процес беше разбирането, че всеки елемент в системата трябва да има въз основа на съвкупността от неговите свойства в сравнение със свойствата на други елементи. Въз основа на това, а също и разчитайки на резултатите от изследването на промените в стъклообразуващите оксиди, химикът успя да направи корекции в стойностите на атомните маси на някои елементи, включително уран, индий, берилий и други.

Менделеев, разбира се, иска бързо да запълни празните клетки, които остават в таблицата, и през 1870 г. предрича, че скоро ще бъдат открити непознати за науката химични елементи, чиито атомни маси и свойства той успява да изчисли. Първите от тях са галий (открит през 1875 г.), скандий (открит през 1879 г.) и германий (открит през 1885 г.). След това прогнозите продължиха да се реализират и бяха открити още осем нови елемента, включително: полоний (1898), рений (1925), технеций (1937), франций (1939) и астат (1942-1943). Между другото, през 1900 г. Д. И. Менделеев и шотландският химик Уилям Рамзи стигнаха до извода, че таблицата трябва да включва и елементи от нулева група - до 1962 г. те се наричаха инертни газове, а след това - благородни газове.

Организация на периодичната система

Химическите елементи в таблицата на Д. И. Менделеев са подредени в редове, в съответствие с нарастването на тяхната маса, а дължината на редовете е избрана така, че елементите в тях да имат подобни свойства. Например благородни газове като радон, ксенон, криптон, аргон, неон и хелий трудно реагират с други елементи и освен това имат ниска химическа реактивност, поради което се намират в най-дясната колона. А елементите в лявата колона (калий, натрий, литий и т.н.) реагират добре с други елементи, а самите реакции са експлозивни. Казано по-просто, във всяка колона елементите имат подобни свойства, които варират от една колона до друга. Всички елементи до No92 се срещат в природата, а от No93 започват изкуствени елементи, които могат да бъдат създадени само в лабораторни условия.

В първоначалния си вариант периодичната система се разбираше само като отражение на съществуващия в природата ред и нямаше обяснения защо всичко трябва да бъде по този начин. Едва когато се появи квантовата механика, стана ясно истинското значение на реда на елементите в таблицата.

Уроци в творческия процес

Говорейки за това какви уроци от творческия процес могат да бъдат извлечени от цялата история на създаването на периодичната таблица на Д. И. Менделеев, можем да цитираме като пример идеите на английския изследовател в областта на творческото мислене Греъм Уолъс и френския учен Анри Поанкаре . Нека ги дадем накратко.

Според изследванията на Поанкаре (1908) и Греъм Уолъс (1926), има четири основни етапа на творческо мислене:

• Подготовка– етапът на формулиране на основния проблем и първите опити за неговото решаване;
• Инкубация– етап, по време на който има временно отвличане на вниманието от процеса, но работата по намиране на решение на проблема се извършва на подсъзнателно ниво;
• Прозрение– етапът, на който се намира интуитивното решение. Освен това това решение може да бъде намерено в ситуация, която е напълно несвързана с проблема;
• Преглед– етапът на тестване и внедряване на решение, на който това решение се тества и евентуалното му по-нататъшно развитие.

Както виждаме, в процеса на създаване на своята таблица Менделеев интуитивно следва именно тези четири етапа. Колко ефективно е това може да се съди по резултатите, т.е. от факта, че таблицата е създадена. И като се има предвид, че създаването му беше огромна крачка напред не само за химическата наука, но и за цялото човечество, горните четири етапа могат да бъдат приложени както за изпълнението на малки проекти, така и за изпълнението на глобални планове. Основното нещо, което трябва да запомните, е, че нито едно откритие, нито едно решение на проблем не може да бъде намерено само по себе си, колкото и да искаме да ги видим насън и колкото и да спим. За да се получи нещо, няма значение дали създавате таблица на химичните елементи или разработвате нов маркетингов план, трябва да имате определени знания и умения, както и умело да използвате потенциала си и да работите усилено.

Желаем Ви успех в начинанията и успешно осъществяване на плановете!