جدول تناوبی عناصر شیمیایی و ساختار آن جدول تناوبی D

شیمیدان برجسته روسی D.I. مندلیف در طول زندگی خود با تمایل به درک ناشناخته ها متمایز بود. این تمایل، و همچنین عمیق ترین و گسترده ترین دانش، همراه با شهود علمی غیرقابل انکار، به دیمیتری ایوانوویچ اجازه داد تا طبقه بندی علمی عناصر شیمیایی - سیستم تناوبی را در قالب جدول معروف خود ایجاد کند.

سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف را می توان به عنوان یک خانه بزرگ تصور کرد که در آن مطلقاً تمام عناصر شیمیایی شناخته شده برای انسان "با هم زندگی می کنند". برای اینکه بتوانید از جدول تناوبی استفاده کنید، باید الفبای شیمیایی، یعنی علائم عناصر شیمیایی را مطالعه کنید.

با کمک آنها، نوشتن کلمات - فرمول های شیمیایی را یاد خواهید گرفت و بر اساس آنها می توانید جملات - معادلات واکنش های شیمیایی را بنویسید. هر عنصر شیمیایی با علامت یا نماد شیمیایی خاص خود مشخص می شود که به همراه نام عنصر شیمیایی در جدول D.I. Mendeleev نوشته شده است. به پیشنهاد شیمیدان سوئدی J. Berzelius، حروف اولیه اسامی لاتین عناصر شیمیایی در بیشتر موارد به عنوان نماد پذیرفته شد. بنابراین، هیدروژن (نام لاتین Hydrogenium - hydrogenium) با حرف H (به عنوان خوانده شده "خاکستر")، اکسیژن (نام لاتین Oxygenium - oxygenium) - با حرف O (بخوانید "o")، کربن (نام لاتین Сarboneum - carboneum) نشان داده می شود. ) - با حرف C (به عنوان خوانده شده "tse").

نام لاتین چندین عنصر شیمیایی دیگر با حرف C شروع می شود: کلسیم (

کلسیم)، مس (Cuprum)، کبالت (Cobaltum) و غیره برای تشخیص آنها، I. Berzelius پیشنهاد کرد که یکی از حروف بعدی نام را به حرف اولیه نام لاتین اضافه کنید. بنابراین، علامت شیمیایی برای کلسیم با نماد Ca (به عنوان خوانده شده "کلسیم")، مس - مس (بخوانید "Cuprum")، کبالت - Co (بخوانید "کبالت") نوشته می شود.

نام برخی از عناصر شیمیایی منعکس کننده مهم ترین خواص عناصر است، به عنوان مثال، هیدروژن - که آب تولید می کند، اکسیژن - که اسید تولید می کند، فسفر - که نور را حمل می کند (شکل 20) و غیره.

برنج. 20.
ریشه شناسی نام عنصر شماره 15 جدول تناوبی D.I. Mendeleev

عناصر دیگر از اجرام آسمانی یا سیارات منظومه شمسی - سلنیوم و تلوریم (شکل 21) (از یونانی Selene - ماه و Telluris - زمین)، اورانیوم، نپتونیم، پلوتونیوم نامگذاری شده اند.

برنج. 21.
ریشه شناسی نام عنصر شماره 52 جدول تناوبی D.I. Mendeleev

برخی از نام ها از اساطیر وام گرفته شده است (شکل 22). به عنوان مثال، تانتالیوم. این نام پسر محبوب زئوس بود. برای جنایات علیه خدایان، تانتالوس به شدت مجازات شد. او تا گردنش در آب ایستاد و شاخه هایی با میوه های آبدار و معطر روی او آویزان بود. با این حال، به محض اینکه خواست بنوشد، آب از او سرازیر شد؛ همین که خواست گرسنگی خود را برطرف کند، دستش را به سمت میوه ها دراز کرد - شاخه ها به طرفین منحرف شدند. شیمیدانان در تلاش برای جداسازی تانتالیوم از سنگ معدن، عذاب کمتری را تجربه کردند.

برنج. 22.
ریشه شناسی نام عنصر شماره 61 جدول تناوبی D.I. Mendeleev

برخی از عناصر به نام ایالت ها یا نقاط مختلف جهان نامگذاری شدند. به عنوان مثال، ژرمانیوم، گالیوم (گال نام باستانی فرانسه)، پولونیوم (به افتخار لهستان)، اسکاندیم (به افتخار اسکاندیناوی)، فرانسیم، روتنیوم (روتنیوم نام لاتین روسیه است)، یوروپیوم و آمریکیوم. عناصری که به نام شهرها نامگذاری شده اند عبارتند از: هافنیوم (به افتخار کپنهاگ)، لوتتیوم (در قدیم به پاریس لوتتیوم می گفتند)، برکلیوم (به افتخار شهر برکلی در ایالات متحده آمریکا)، ایتریم، تربیوم، اربیوم، ایتربیوم ( نام این عناصر از ایتربی - شهر کوچکی در سوئد که ماده معدنی حاوی این عناصر برای اولین بار کشف شد، دوبنیوم آمده است (شکل 23).

برنج. 23.
ریشه شناسی نام عنصر شماره 105 جدول تناوبی D.I. Mendeleev

در نهایت، نام عناصر نام دانشمندان بزرگ را جاودانه می کند: کوریم، فرمیوم، اینشتینیم، مندلیوم (شکل 24)، لاورنسیوم.

برنج. 24.
ریشه شناسی نام عنصر شماره 101 جدول تناوبی D.I. Mendeleev

هر عنصر شیمیایی در جدول تناوبی، در "خانه" مشترک همه عناصر، "آپارتمان" خود - یک سلول با یک عدد کاملاً تعریف شده اختصاص داده شده است. معنی عمیق تر این عدد با مطالعه بیشتر شیمی برای شما آشکار خواهد شد. تعداد طبقات این "آپارتمان ها" نیز به شدت توزیع شده است - دوره هایی که عناصر "زندگی می کنند". مانند شماره سریال یک عنصر (شماره "آپارتمان")، عدد نقطه ("طبقه") حاوی مهمترین اطلاعات در مورد ساختار اتم های عناصر شیمیایی است. به صورت افقی - "طبقه" - جدول تناوبی به هفت دوره تقسیم می شود:

• دوره اول شامل دو عنصر است: هیدروژن H و هلیوم He.
• دوره دوم با لیتیوم لی شروع می شود و با نئون Neon (8 عنصر) به پایان می رسد.
• دوره سوم با سدیم سدیم شروع می شود و با آرگون Ar (8 عنصر) به پایان می رسد.

سه دوره اول که هر کدام از یک ردیف تشکیل شده اند، دوره های کوچک نامیده می شوند.

دوره های 4، 5 و 6 هر کدام شامل دو ردیف از عناصر است که به آنها دوره های بزرگ می گویند. دوره 4 و 5 هر کدام شامل 18 عنصر، 6 - 32 عنصر است.

دوره هفتم ناتمام است، تا کنون فقط از یک ردیف تشکیل شده است.

به «طبقه‌های زیرزمین» جدول تناوبی توجه کنید - 14 عنصر دوقلو در آنجا زندگی می‌کنند، برخی از نظر خواص شبیه به لانتانیم La، برخی دیگر به اکتینیوم Ac، که آنها را در «طبقه‌های» بالایی جدول نشان می‌دهند: دوره های ششم و هفتم.

به طور عمودی، عناصر شیمیایی "زندگی" در "آپارتمان ها" با ویژگی های مشابه در زیر یکدیگر در ستون های عمودی - گروه هایی قرار دارند که هشت مورد از آنها در جدول D.I. مندلیف وجود دارد.

هر گروه از دو زیر گروه - اصلی و فرعی تشکیل شده است. زیرگروهی که شامل عناصر هر دو دوره کوتاه و بلند است، زیرگروه اصلی یا گروه A نامیده می شود. زیرگروهی که شامل عناصر فقط دوره های طولانی است، زیر گروه یا گروه B ثانویه نامیده می شود. بنابراین، زیرگروه اصلی گروه I. (گروه IA) شامل لیتیوم، سدیم، پتاسیم، روبیدیم و فرانسیم زیر گروه لیتیوم لی هستند. یک زیر گروه جانبی از این گروه (گروه IB) توسط مس، نقره و طلا تشکیل شده است - این زیر گروه مس مس است.

علاوه بر شکل جدول D.I. مندلیف، که دوره کوتاه نامیده می شود (در برگ مگس کتاب درسی نشان داده شده است)، بسیاری از اشکال دیگر، به عنوان مثال، نسخه طولانی مدت وجود دارد.

همانطور که یک کودک می تواند تعداد زیادی اشیاء مختلف را از عناصر بازی لگو بسازد (نگاه کنید به شکل 10)، طبیعت و انسان نیز از عناصر شیمیایی مواد مختلفی را ایجاد کرده است که ما را احاطه کرده است. مدل دیگری حتی واضح تر است: همانطور که 33 حرف از الفبای روسی ترکیب های مختلف، ده ها هزار کلمه را تشکیل می دهند، 114 عنصر شیمیایی در ترکیب های مختلف بیش از 20 میلیون ماده مختلف ایجاد می کنند.

سعی کنید قوانین تشکیل کلمات - فرمول های شیمیایی را بیاموزید و سپس دنیای مواد با همه تنوع رنگارنگ در برابر شما باز می شود.

اما برای این کار ابتدا حروف - نمادهای عناصر شیمیایی را یاد بگیرید (جدول 1).

میز 1
نام برخی از عناصر شیمیایی

کلمات و عبارات کلیدی

1. جدول تناوبی عناصر شیمیایی (جدول) توسط D.I. Mendeleev.
2. دوره های بزرگ و کوچک.
3. گروه ها و زیر گروه ها - اصلی (گروه A) و فرعی (گروه B).
4. نمادهای عناصر شیمیایی

با کامپیوتر کار کنید

1. به برنامه الکترونیکی مراجعه کنید. مطالب درسی را مطالعه کنید و وظایف محول شده را تکمیل کنید.
2. آدرس‌های ایمیلی را در اینترنت پیدا کنید که می‌توانند به‌عنوان منابع اضافی که محتوای کلمات کلیدی و عبارات موجود در پاراگراف را نشان می‌دهند، عمل کنند. در تهیه یک درس جدید به معلم کمک کنید - از کلمات و عبارات کلیدی پاراگراف بعدی گزارش تهیه کنید.

سوالات و وظایف

1. با استفاده از فرهنگ لغت (اصطلاحات ریشه شناسی، دایره المعارفی و شیمیایی)، مهمترین خواصی را که در نام عناصر شیمیایی منعکس شده است نام ببرید: برم Br، نیتروژن N، فلوئور F.
2. توضیح دهید که چگونه نام عناصر شیمیایی تیتانیوم و وانادیوم تأثیر اساطیر یونان باستان را نشان می دهد.
3. چرا نام لاتین طلا Aurum (aurum) و نقره - Argentum (argentum) است؟
4. داستان کشف یک عنصر شیمیایی به انتخاب خود را بگویید و ریشه نام آن را توضیح دهید.
5. "مختصات"، یعنی موقعیت در جدول تناوبی D.I. مندلیف (تعداد عنصر، تعداد دوره و نوع آن - بزرگ یا کوچک، تعداد گروه و زیر گروه - اصلی یا فرعی)، برای عناصر شیمیایی زیر بنویسید: کلسیم، روی آنتیموان، تانتالیم، یوروپیوم.
6. عناصر شیمیایی فهرست شده در جدول 1 را بر اساس "تلفظ نماد شیمیایی" به سه گروه تقسیم کنید. آیا انجام این فعالیت می تواند به شما کمک کند نمادهای شیمیایی را به خاطر بسپارید و نمادهای عنصر را تلفظ کنید؟

سیستم تناوبی عناصر شیمیایی طبقه بندی عناصر شیمیایی است که توسط D.I. Mendeleev بر اساس قانون تناوبی کشف شده توسط وی در سال 1869 ایجاد شد.

D. I. مندلیف

طبق فرمول مدرن این قانون، در یک سری پیوسته از عناصر که به ترتیب افزایش بار مثبت هسته اتم های آنها مرتب شده اند، عناصر با خواص مشابه به طور دوره ای تکرار می شوند.

جدول تناوبی عناصر شیمیایی که به شکل جدول ارائه شده است از دوره ها، سری ها و گروه ها تشکیل شده است.

در ابتدای هر دوره (به جز دوره اول)، عنصر دارای خواص فلزی برجسته (فلز قلیایی) است.

نمادهای جدول رنگ: 1 - علامت شیمیایی عنصر. 2 - نام؛ 3 - جرم اتمی (وزن اتمی); 4 - شماره سریال; 5- توزیع الکترون ها در بین لایه ها.

با افزایش عدد اتمی یک عنصر، برابر با بار مثبت هسته اتم آن، خواص فلزی به تدریج ضعیف شده و خواص غیرفلزی افزایش می یابد. عنصر ماقبل آخر در هر دوره عنصری است با خواص غیرفلزی برجسته () و آخرین عنصر یک گاز بی اثر است. در دوره I 2 عنصر، در II و III - 8 عنصر، در IV و V - 18، در VI - 32 و در VII (دوره کامل نشده) - 17 عنصر وجود دارد.

سه دوره اول را دوره های کوچک می نامند که هر کدام از یک ردیف افقی تشکیل شده است. بقیه - در دوره های بزرگ، که هر کدام (به جز دوره VII) از دو ردیف افقی تشکیل شده است - زوج (بالا) و فرد (پایین). فقط فلزات در ردیف‌های دوره‌های بزرگ یافت می‌شوند. خواص عناصر در این سری با افزایش تعداد ترتیبی کمی تغییر می کند. خواص عناصر در ردیف های فرد دوره های بزرگ تغییر می کند. در دوره ششم، لانتانیم با 14 عنصر، که از نظر خواص شیمیایی بسیار مشابه هستند، دنبال می شود. این عناصر که لانتانید نامیده می شوند به طور جداگانه در زیر جدول اصلی فهرست شده اند. اکتینیدها، عناصری که به دنبال اکتینیوم هستند، به طور مشابه در جدول ارائه شده اند.

جدول دارای 9 گروه عمودی است. تعداد گروه، به استثنای موارد نادر، برابر با بالاترین ظرفیت مثبت عناصر این گروه است. هر گروه به استثنای صفر و هشتم به زیر گروه ها تقسیم می شود. - اصلی (واقع در سمت راست) و فرعی. در زیرگروه های اصلی با افزایش عدد اتمی، خواص فلزی عناصر قوی تر و خواص غیرفلزی ضعیف تر می شود.

بنابراین، خواص شیمیایی و تعدادی از خواص فیزیکی عناصر با مکانی که یک عنصر معین در جدول تناوبی اشغال می کند تعیین می شود.

عناصر بیوژنیک، یعنی عناصری که بخشی از موجودات هستند و نقش بیولوژیکی خاصی در آن دارند، قسمت بالای جدول تناوبی را اشغال می کنند. سلول های اشغال شده توسط عناصری که بخش عمده ای (بیش از 99٪) از ماده زنده را تشکیل می دهند، آبی رنگ می شوند؛ سلول های اشغال شده توسط عناصر میکرو به رنگ صورتی هستند (نگاه کنید به).

جدول تناوبی عناصر شیمیایی بزرگترین دستاورد علم طبیعی مدرن و بیان واضحی از کلی ترین قوانین دیالکتیکی طبیعت است.

وزن اتمی را نیز ببینید.

سیستم تناوبی عناصر شیمیایی یک طبقه بندی طبیعی از عناصر شیمیایی است که توسط D.I. Mendeleev بر اساس قانون تناوبی کشف شده توسط وی در سال 1869 ایجاد شده است.

قانون تناوبی مندلیف در فرمول اولیه خود بیان می کرد: خواص عناصر شیمیایی و همچنین شکل ها و خواص ترکیبات آنها به طور دوره ای به وزن اتمی عناصر وابسته است. متعاقباً، با توسعه دکترین ساختار اتم، نشان داده شد که مشخصه دقیق‌تر هر عنصر وزن اتمی نیست (نگاه کنید به)، بلکه مقدار بار مثبت هسته اتم عنصر است. برابر با شماره سریال (اتمی) این عنصر در سیستم تناوبی D.I. مندلیف. تعداد بارهای مثبت روی هسته یک اتم برابر با تعداد الکترون های اطراف هسته اتم است، زیرا اتم ها به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی هستند. در پرتو این داده ها، قانون تناوبی به صورت زیر فرموله می شود: خواص عناصر شیمیایی، و همچنین اشکال و خواص ترکیبات آنها، به طور دوره ای به بزرگی بار مثبت هسته اتم های آنها بستگی دارد. این بدان معنی است که در یک سری پیوسته از عناصر که به ترتیب بارهای مثبت هسته اتم های آنها مرتب شده اند، عناصر با خواص مشابه به طور دوره ای تکرار می شوند.

شکل جدولی جدول تناوبی عناصر شیمیایی به شکل مدرن آن ارائه شده است. از دوره ها، سریال ها و گروه ها تشکیل شده است. یک دوره نشان دهنده یک سری افقی متوالی از عناصر است که به ترتیب افزایش بار مثبت هسته اتم های آنها مرتب شده اند.

در ابتدای هر دوره (به جز دوره اول) عنصری با خواص فلزی مشخص (فلز قلیایی) وجود دارد. سپس با افزایش شماره سریال، خواص فلزی عناصر به تدریج ضعیف شده و خواص غیرفلزی افزایش می یابد. عنصر ماقبل آخر در هر دوره عنصری با خواص غیرفلزی برجسته (هالوژن) و آخرین عنصر گاز بی اثر است. دوره اول از دو عنصر تشکیل شده است، نقش یک فلز قلیایی و یک هالوژن در اینجا به طور همزمان توسط هیدروژن انجام می شود. دوره های II و III شامل 8 عنصر است که مندلیف آن را معمولی نامیده است. دوره های IV و V هر کدام شامل 18 عنصر، VI-32 است. دوره VII هنوز تکمیل نشده است و با عناصر ایجاد شده مصنوعی پر می شود. در حال حاضر 17 عنصر در این دوره وجود دارد. دوره های I، II و III کوچک نامیده می شوند، هر یک از آنها از یک ردیف افقی تشکیل شده است، IV-VII بزرگ هستند: آنها (به استثنای VII) شامل دو ردیف افقی - زوج (بالا) و فرد (پایین) هستند. در ردیف های زوج دوره های بزرگ فقط فلزات وجود دارد و تغییر در خواص عناصر ردیف از چپ به راست ضعیف بیان می شود.

در سری‌های فرد از دوره‌های بزرگ، ویژگی‌های عناصر در سری مانند ویژگی‌های عناصر معمولی تغییر می‌کند. در ردیف زوج دوره VI، پس از لانتانیم، 14 عنصر [به نام لانتانیدها (نگاه کنید به)، لانتانیدها، عناصر خاکی کمیاب] وجود دارد که از نظر خواص شیمیایی مشابه لانتانیم و به یکدیگر هستند. فهرستی از آنها به طور جداگانه در زیر جدول آورده شده است.

عناصر زیر اکتینیوم - اکتینیدها (اکتینوئیدها) - به طور جداگانه فهرست شده و در زیر جدول ذکر شده است.

در جدول تناوبی عناصر شیمیایی 9 گروه به صورت عمودی قرار دارند. تعداد گروه برابر با بالاترین ظرفیت مثبت (نگاه کنید به) عناصر این گروه است. استثنا فلوئور (فقط می تواند منفی یک ظرفیتی باشد) و برم (نمی تواند هفت ظرفیتی) باشد. علاوه بر این، مس، نقره، طلا می توانند ظرفیتی بیشتر از 1+ (Cu-1 و 2، Ag و Au-1 و 3) از خود نشان دهند و از عناصر گروه VIII، تنها اسمیم و روتنیم دارای ظرفیت 8+ هستند. . هر گروه، به استثنای هشتم و صفر، به دو زیر گروه اصلی (واقع در سمت راست) و فرعی تقسیم می شوند. زیرگروه‌های اصلی شامل عناصر معمولی و عناصر دوره‌های طولانی هستند، زیرگروه‌های فرعی فقط شامل عناصر دوره‌های طولانی و علاوه بر آن فلزات هستند.

از نظر خواص شیمیایی، عناصر هر زیر گروه از یک گروه معین به طور قابل توجهی با یکدیگر تفاوت دارند و تنها بالاترین ظرفیت مثبت برای همه عناصر یک گروه معین یکسان است. در زیرگروه های اصلی، از بالا به پایین، خواص فلزی عناصر تقویت و غیرفلزی ها تضعیف می شود (مثلاً فرانسیم عنصری است که بیشترین خواص فلزی را دارد و فلوئور غیرفلزی است). بنابراین، مکان یک عنصر در سیستم تناوبی مندلیف (عدد ترتیبی) خصوصیات آن را تعیین می کند که میانگین خواص عناصر همسایه به صورت عمودی و افقی است.

برخی از گروه های عناصر دارای نام های خاص هستند. بنابراین، عناصر زیر گروه اصلی گروه I فلزات قلیایی، گروه دوم - فلزات قلیایی خاکی، گروه VII - هالوژن ها، عناصر واقع در پشت اورانیوم - ترانس اورانیوم نامیده می شوند. عناصری که بخشی از موجودات هستند، در فرآیندهای متابولیکی شرکت می کنند و نقش بیولوژیکی واضحی دارند، عناصر بیوژنیک نامیده می شوند. همه آنها قسمت بالای جدول D.I. Mendeleev را اشغال می کنند. اینها عمدتاً O، C، H، N، Ca، P، K، S، Na، Cl، Mg و Fe هستند که بخش عمده ای از مواد زنده (بیش از 99٪) را تشکیل می دهند. مکان های اشغال شده توسط این عناصر در جدول تناوبی به رنگ آبی روشن است. عناصر بیوژنیک که تعداد بسیار کمی از آنها در بدن وجود دارد (از 10-3 تا 10-14٪)، عناصر میکرو نامیده می شوند (نگاه کنید به). سلول های سیستم تناوبی به رنگ زرد حاوی ریز عناصری هستند که اهمیت حیاتی آنها برای انسان ثابت شده است.

با توجه به تئوری ساختار اتمی (به اتم مراجعه کنید)، خواص شیمیایی عناصر عمدتاً به تعداد الکترون‌های پوسته الکترونی بیرونی بستگی دارد. تغییر دوره ای در خواص عناصر با افزایش بار مثبت هسته های اتمی با تکرار دوره ای ساختار پوسته الکترونی بیرونی (سطح انرژی) اتم ها توضیح داده می شود.

در دوره های کوچک، با افزایش بار مثبت هسته، تعداد الکترون های لایه بیرونی از 1 به 2 در دوره I و از 1 به 8 در دوره های II و III افزایش می یابد. بنابراین تغییر در خواص عناصر در دوره از یک فلز قلیایی به یک گاز بی اثر است. پوسته الکترونی بیرونی، حاوی 8 الکترون، کامل و از نظر انرژی پایدار است (عناصر گروه صفر از نظر شیمیایی بی اثر هستند).

در دوره‌های طولانی در ردیف‌های زوج، با افزایش بار مثبت هسته‌ها، تعداد الکترون‌ها در لایه بیرونی ثابت می‌ماند (1 یا 2) و لایه بیرونی دوم با الکترون‌ها پر می‌شود. از این رو تغییر آهسته در خواص عناصر در ردیف های زوج است. در سری‌های فرد از دوره‌های بزرگ، با افزایش بار هسته‌ها، پوسته بیرونی با الکترون‌ها پر می‌شود (از 1 تا 8) و خواص عناصر مانند عناصر معمولی تغییر می‌کند.

تعداد لایه های الکترونی یک اتم برابر با عدد دوره است. اتم های عناصر زیرگروه های اصلی تعدادی الکترون در لایه بیرونی خود برابر با عدد گروه دارند. اتم های عناصر زیر گروه های جانبی حاوی یک یا دو الکترون در لایه بیرونی خود هستند. این تفاوت در خواص عناصر زیرگروه اصلی و فرعی را توضیح می دهد. شماره گروه تعداد احتمالی الکترون هایی را نشان می دهد که می توانند در تشکیل پیوندهای شیمیایی (ظرفیت) شرکت کنند (به مولکول مراجعه کنید)، بنابراین چنین الکترون هایی ظرفیت نامیده می شوند. برای عناصر زیرگروه‌های جانبی، نه تنها الکترون‌های لایه‌های بیرونی ظرفیت دارند، بلکه الکترون‌های لایه‌های ماقبل آخر نیز ظرفیت دارند. تعداد و ساختار پوسته های الکترونی در جدول تناوبی عناصر شیمیایی همراه نشان داده شده است.

قانون تناوبی D.I. مندلیف و سیستم مبتنی بر آن از اهمیت فوق العاده ای در علم و عمل برخوردار است. قانون و سیستم تناوبی مبنایی برای کشف عناصر شیمیایی جدید، تعیین دقیق وزن اتمی آنها، توسعه دکترین ساختار اتم ها، ایجاد قوانین ژئوشیمیایی توزیع عناصر در پوسته زمین و توسعه ایده های مدرن در مورد ماده زنده که ترکیب آن و الگوهای مرتبط با آن مطابق با سیستم تناوبی است. فعالیت بیولوژیکی عناصر و محتوای آنها در بدن نیز تا حد زیادی با جایگاهی که آنها در جدول تناوبی مندلیف اشغال می کنند تعیین می شود. بنابراین، با افزایش شماره سریال در تعدادی از گروه ها، سمیت عناصر افزایش یافته و محتوای آنها در بدن کاهش می یابد. قانون تناوبی بیان روشنی از کلی ترین قوانین دیالکتیکی توسعه طبیعت است.

بسیاری از دانشمندان تلاش هایی را برای سیستم بندی عناصر شیمیایی انجام داده اند. اما تنها در سال 1869 D.I. مندلیف موفق به ایجاد طبقه بندی عناصری شد که ارتباط و وابستگی مواد شیمیایی و بار هسته اتم را ایجاد کرد.

داستان

فرمول مدرن قانون تناوبی به شرح زیر است: خواص عناصر شیمیایی، و همچنین اشکال و خواص ترکیبات عناصر، به طور دوره ای به بار هسته اتم های عنصر وابسته است.

تا زمان کشف قانون، 63 عنصر شیمیایی شناخته شده بود. با این حال، جرم اتمی بسیاری از این عناصر به اشتباه تعیین شده است.

خود D.I. مندلیف در سال 1869 قانون خود را به عنوان یک وابستگی دوره ای به وزن اتمی عناصر فرموله کرد، زیرا در قرن 19 علم هنوز اطلاعاتی در مورد ساختار اتم نداشت. با این حال، آینده نگری مبتکرانه دانشمند به او اجازه داد تا عمیق تر از همه هم عصرانش الگوهایی را که تناوب خواص عناصر و مواد را تعیین می کنند، درک کند. او نه تنها افزایش جرم اتمی، بلکه خواص از قبل شناخته شده مواد و عناصر را نیز در نظر گرفت و با در نظر گرفتن ایده تناوبی، توانست به طور دقیق وجود و خواص عناصر و مواد ناشناخته را پیش بینی کند. برای علم در آن زمان، جرم اتمی تعدادی از عناصر را تصحیح کنید و عناصر را به درستی در سیستم بچینید و فضاهای خالی را رها کنید و بازآرایی ایجاد کنید.

برنج. 1. D. I. مندلیف.

افسانه ای وجود دارد که مندلیف در مورد جدول تناوبی خواب دیده است. با این حال، این فقط یک داستان زیبا است که یک واقعیت اثبات شده نیست.

ساختار جدول تناوبی

جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف بازتابی گرافیکی از قانون خودش است. عناصر بر اساس یک معنای شیمیایی و فیزیکی خاص در جدول مرتب شده اند. با مکان یک عنصر، می توانید ظرفیت، تعداد الکترون ها و بسیاری ویژگی های دیگر را تعیین کنید. جدول به صورت افقی به دوره های بزرگ و کوچک و به صورت عمودی به گروه ها تقسیم می شود.

برنج. 2. جدول تناوبی.

7 دوره وجود دارد که با یک فلز قلیایی شروع می شود و به موادی ختم می شود که خاصیت غیرفلزی دارند. گروه ها نیز به نوبه خود متشکل از 8 ستون به زیر گروه های اصلی و فرعی تقسیم می شوند.

توسعه بیشتر علم نشان داده است که تکرار دوره ای خواص عناصر در فواصل زمانی معین، به ویژه در دوره های کوچک دوم و سوم به وضوح آشکار می شود، با تکرار ساختار الکترونیکی سطوح انرژی بیرونی، جایی که الکترون های ظرفیت قرار دارند توضیح داده می شود. به همین دلیل در واکنش ها تشکیل پیوندهای شیمیایی و مواد جدید رخ می دهد. بنابراین، در هر گروه ستون عمودی عناصری با ویژگی های مشخصه تکرار شونده وجود دارد. این به وضوح در گروه های حاوی خانواده های فلزات قلیایی بسیار فعال (گروه I، زیر گروه اصلی) و فلزات غیر هالوژن (گروه VII، زیر گروه اصلی) آشکار می شود. از چپ به راست در طول دوره، تعداد الکترون ها از 1 به 8 افزایش می یابد، در حالی که خواص فلزی عناصر کاهش می یابد. بنابراین، خواص فلزی هر چه تعداد الکترون های کمتری در سطح بیرونی وجود داشته باشد، بارزتر است.

برنج. 3. دوره های کوچک و بزرگ در جدول تناوبی.

خواص اتمی مانند انرژی یونیزاسیون، انرژی میل ترکیبی الکترون و الکترونگاتیوی نیز به صورت دوره ای تکرار می شوند. این مقادیر با توانایی یک اتم برای رها کردن الکترون از سطح خارجی (یونیزاسیون) یا حفظ الکترون شخص دیگری در سطح خارجی آن (میل الکترونی) مرتبط است. مجموع امتیازات دریافت شده: 146.

تناوبیقانون D.I. مندلیف:خواص اجسام ساده و همچنین اشکال و خواص ترکیباتتفاوت عناصر به صورت دوره ای وابسته استمقادیر وزن اتمی عناصر (خواص عناصر به طور دوره ای به بار اتم های هسته آنها بستگی دارد).

جدول تناوبی عناصر سلسله عناصری که خصوصیات آنها به طور متوالی تغییر می کند، مانند مجموعه هشت عنصری از لیتیوم به نئون یا از سدیم به آرگون، مندلیف آن را دوره نامیده است. اگر این دو دوره را یکی زیر دیگری بنویسیم به طوری که سدیم زیر لیتیوم و آرگون زیر نئون باشد، ترتیب عناصر زیر را بدست می آوریم:

با این چیدمان، ستون های عمودی حاوی عناصری هستند که از نظر خواص مشابه هستند و ظرفیت یکسانی دارند، مثلاً لیتیوم و سدیم، بریلیم و منیزیم و ....

مندلیف با تقسیم تمام عناصر به دوره و قرار دادن یک دوره در زیر دوره دیگر به طوری که عناصر مشابه از نظر خواص و نوع ترکیبات تشکیل شده در زیر یکدیگر قرار گیرند، جدولی تهیه کرد که آن را سیستم تناوبی عناصر بر اساس گروه و سری نامید.

معنی نظام تناوبیماجدول تناوبی عناصر تأثیر زیادی در پیشرفت بعدی شیمی داشت. این نه تنها اولین طبقه بندی طبیعی عناصر شیمیایی بود که نشان می داد آنها یک سیستم هماهنگ را تشکیل می دهند و در ارتباط نزدیک با یکدیگر هستند، بلکه ابزار قدرتمندی برای تحقیقات بیشتر بود.

7. تغییرات دوره ای در خواص عناصر شیمیایی. شعاع اتمی و یونی. انرژی یونیزاسیون. میل الکترونی الکترونگاتیوی.

وابستگی شعاع اتمی به بار هسته اتم Z دوره ای است. در یک دوره، با افزایش Z، تمایل به کاهش اندازه اتم وجود دارد که به ویژه در دوره های کوتاه به وضوح مشاهده می شود.

با شروع ساخت یک لایه الکترونیکی جدید، دورتر از هسته، یعنی در طول انتقال به دوره بعدی، شعاع اتمی افزایش می یابد (مثلاً شعاع اتم های فلوئور و سدیم را مقایسه کنید). در نتیجه، در یک زیر گروه، با افزایش بار هسته ای، اندازه اتم ها افزایش می یابد.

از دست دادن اتم های الکترون منجر به کاهش اندازه موثر آن و افزودن الکترون های اضافی منجر به افزایش می شود. بنابراین، شعاع یک یون با بار مثبت (کاتیون) همیشه کوچکتر است، و شعاع یک غیر (آنیون) با بار منفی همیشه بیشتر از شعاع اتم خنثی الکتریکی مربوطه است.

در یک زیرگروه، شعاع یون‌های بار یکسان با افزایش بار هسته‌ای افزایش می‌یابد. این الگو با افزایش تعداد لایه‌های الکترونیکی و فاصله رو به رشد الکترون‌های بیرونی از هسته توضیح داده می‌شود.

مشخصه ترین خاصیت شیمیایی فلزات توانایی اتم های آنها برای رها کردن آسان الکترون های خارجی و تبدیل به یون های دارای بار مثبت است، در حالی که برعکس، غیرفلزها با توانایی اضافه کردن الکترون ها برای تشکیل یون های منفی مشخص می شوند. برای حذف یک الکترون از اتم و تبدیل آن به یون مثبت، باید مقداری انرژی صرف کرد که به آن انرژی یونیزاسیون می گویند.

انرژی یونیزاسیون را می توان با بمباران اتم ها با الکترون هایی که در میدان الکتریکی شتاب می گیرند، تعیین کرد. کمترین ولتاژ میدانی که در آن سرعت الکترون برای یونیزه کردن اتم ها کافی می شود، پتانسیل یونیزاسیون اتم های یک عنصر معین نامیده می شود و بر حسب ولت بیان می شود. با صرف انرژی کافی، دو، سه یا چند الکترون را می توان از یک اتم حذف کرد. بنابراین، آنها از پتانسیل یونیزاسیون اول (انرژی حذف الکترون اول از اتم) و پتانسیل یونیزاسیون دوم (انرژی حذف الکترون دوم) صحبت می کنند.

همانطور که در بالا ذکر شد، اتم ها نه تنها می توانند اهدا کنند، بلکه می توانند الکترون نیز به دست آورند. انرژی آزاد شده هنگام اتصال الکترون به اتم آزاد را میل الکترونی اتم می نامند. تمایل الکترون، مانند انرژی یونیزاسیون، معمولاً با الکترون ولت بیان می شود. بنابراین، میل الکترونی اتم هیدروژن 0.75 eV، اکسیژن - 1.47 eV، فلوئور - 3.52 eV است.

قرابت الکترونی اتم های فلزی معمولا نزدیک به صفر یا منفی است. از این نتیجه می شود که برای اتم های بیشتر فلزات، افزودن الکترون از نظر انرژی نامطلوب است. میل ترکیبی الکترون اتم های غیرفلز همیشه مثبت است و هر چه بیشتر باشد، نافلز به گاز نجیب در جدول تناوبی نزدیک تر است. این نشان دهنده افزایش خواص غیرفلزی با نزدیک شدن به پایان دوره است.

هرکسی که به مدرسه می رفت به یاد می آورد که یکی از دروس اجباری برای مطالعه، شیمی بود. شما ممکن است او را دوست داشته باشید، یا ممکن است او را دوست نداشته باشید - مهم نیست. و این احتمال وجود دارد که بسیاری از دانش در این رشته قبلاً فراموش شده باشد و در زندگی مورد استفاده قرار نگیرد. با این حال، همه احتمالاً جدول عناصر شیمیایی D.I. Mendeleev را به یاد دارند. برای بسیاری، این یک جدول چند رنگ باقی مانده است، که در آن حروف خاصی در هر مربع نوشته شده است که نام عناصر شیمیایی را نشان می دهد. اما در اینجا ما در مورد شیمی صحبت نخواهیم کرد و صدها واکنش و فرآیند شیمیایی را شرح خواهیم داد، بلکه به شما خواهیم گفت که چگونه جدول تناوبی در وهله اول ظاهر شد - این داستان برای هر شخصی جالب خواهد بود و در واقع برای همه کسانی که تشنه اطلاعات جالب و مفید هستند.

کمی پس زمینه

در سال 1668، رابرت بویل، شیمی‌دان، فیزیکدان و الهی‌دان برجسته ایرلندی کتابی منتشر کرد که در آن بسیاری از اسطوره‌های کیمیاگری رد شد و در آن نیاز به جستجوی عناصر شیمیایی تجزیه ناپذیر را مورد بحث قرار داد. دانشمند همچنین فهرستی از آنها را ارائه کرد که فقط از 15 عنصر تشکیل شده بود، اما این ایده را پذیرفت که ممکن است عناصر بیشتری وجود داشته باشد. این نقطه شروع نه تنها در جستجوی عناصر جدید، بلکه در نظام‌بندی آنها شد.

صد سال بعد، شیمیدان فرانسوی Antoine Lavoisier فهرست جدیدی را تهیه کرد که قبلاً شامل 35 عنصر بود. 23 مورد از آنها بعداً تجزیه ناپذیر بودند. اما جستجو برای عناصر جدید توسط دانشمندان در سراسر جهان ادامه یافت. و نقش اصلی در این فرآیند را شیمیدان مشهور روسی دیمیتری ایوانوویچ مندلیف ایفا کرد - او اولین کسی بود که این فرضیه را مطرح کرد که می تواند بین جرم اتمی عناصر و مکان آنها در سیستم وجود داشته باشد.

به لطف کار پر زحمت و مقایسه عناصر شیمیایی، مندلیف توانست ارتباط بین عناصر را کشف کند، که در آن آنها می توانند یکی باشند، و خواص آنها چیزی بدیهی نیست، بلکه نشان دهنده پدیده ای است که به طور دوره ای تکرار می شود. در نتیجه، در فوریه 1869، مندلیف اولین قانون دوره ای را تدوین کرد و قبلاً در ماه مارس گزارش او "رابطه خواص با وزن اتمی عناصر" توسط مورخ شیمی N. A. Menshutkin به انجمن شیمی روسیه ارائه شد. سپس، در همان سال، نشریه مندلیف در مجله "Zeitschrift fur Chemie" در آلمان منتشر شد و در سال 1871، مجله آلمانی دیگر "Annalen der Chemie" انتشار گسترده جدیدی توسط این دانشمند به کشف او منتشر شد.

ایجاد جدول تناوبی

تا سال 1869، ایده اصلی قبلاً توسط مندلیف شکل گرفته بود، و در مدت زمان نسبتاً کوتاهی، اما برای مدت طولانی او نتوانست آن را در هیچ سیستم منظمی که به وضوح آنچه را که چیست، رسمی کند. در یکی از مکالمات با همکارش A.A. Inostrantsev ، او حتی گفت که همه چیز از قبل در سرش کار کرده است ، اما نمی تواند همه چیز را در یک جدول قرار دهد. پس از این، به گفته زندگی نامه نویسان مندلیف، او کار پر زحمت را روی میز خود آغاز کرد که سه روز بدون استراحت برای خواب به طول انجامید. آنها انواع و اقسام راه ها را برای سازماندهی عناصر در یک جدول امتحان کردند، و کار نیز به دلیل این واقعیت پیچیده بود که در آن زمان علم هنوز در مورد همه عناصر شیمیایی نمی دانست. اما، با وجود این، جدول هنوز ایجاد شد و عناصر سیستماتیک شدند.

افسانه رویای مندلیف

بسیاری داستانی را شنیده اند که D.I. مندلیف در مورد میز خود خواب دیده است. این نسخه به طور فعال توسط دستیار مندلیف فوق الذکر A. A. Inostrantsev به عنوان یک داستان خنده دار منتشر شد که با آن دانش آموزان خود را سرگرم می کرد. او گفت که دیمیتری ایوانوویچ به رختخواب رفت و در خواب به وضوح میز خود را دید که در آن همه عناصر شیمیایی به ترتیب درست چیده شده بودند. پس از این، دانش آموزان حتی به شوخی گفتند که ودکای 40 درجه به همین ترتیب کشف شده است. اما هنوز پیش نیازهای واقعی برای داستان با خواب وجود داشت: همانطور که قبلاً ذکر شد، مندلیف بدون خواب یا استراحت روی میز کار می کرد و اینوسترانتسف یک بار او را خسته و خسته یافت. مندلیف در طول روز تصمیم گرفت کمی استراحت کند و مدتی بعد ناگهان از خواب بیدار شد و بلافاصله یک کاغذ برداشت و یک میز آماده را روی آن کشید. اما خود دانشمند با خواب تمام این داستان را رد کرد و گفت: "شاید بیست سال است که به آن فکر می کنم و شما فکر می کنید: نشسته بودم و ناگهان ... آماده است." بنابراین افسانه رویا ممکن است بسیار جذاب باشد، اما ایجاد جدول تنها با تلاش سخت امکان پذیر شد.

کار بیشتر

بین سال‌های 1869 و 1871، مندلیف ایده‌های تناوب را توسعه داد که جامعه علمی به آن گرایش داشت. و یکی از مراحل مهم این فرآیند، شناختی بود که هر عنصری در سیستم باید بر اساس مجموع خصوصیات آن در مقایسه با خصوصیات عناصر دیگر داشته باشد. بر این اساس و همچنین با تکیه بر نتایج تحقیقات در مورد تغییرات اکسیدهای تشکیل دهنده شیشه، شیمیدان توانست مقادیر جرم اتمی برخی عناصر از جمله اورانیوم، ایندیم، بریلیم و غیره را اصلاح کند.

البته مندلیف می خواست به سرعت سلول های خالی باقیمانده در جدول را پر کند و در سال 1870 پیش بینی کرد که عناصر شیمیایی ناشناخته برای علم به زودی کشف خواهند شد که جرم اتمی و خواص آنها را می تواند محاسبه کند. اولین آنها گالیوم (کشف در 1875)، اسکاندیم (کشف در 1879) و ژرمانیوم (کشف در 1885) بودند. سپس پیش‌بینی‌ها محقق شد و هشت عنصر جدید دیگر کشف شد، از جمله: پلونیوم (1898)، رنیوم (1925)، تکنسیوم (1937)، فرانسیم (1939) و استاتین (1942-1943). به هر حال، در سال 1900، D.I. مندلیف و شیمیدان اسکاتلندی ویلیام رمزی به این نتیجه رسیدند که جدول باید شامل عناصر گروه صفر نیز باشد - تا سال 1962 آنها را گازهای بی اثر و پس از آن - گازهای نجیب نامیدند.

سازماندهی جدول تناوبی

عناصر شیمیایی در جدول D.I. مندلیف مطابق با افزایش جرم آنها در ردیف هایی قرار می گیرند و طول ردیف ها به گونه ای انتخاب می شود که عناصر موجود در آنها خواص مشابهی داشته باشند. به عنوان مثال، گازهای نجیب مانند رادون، زنون، کریپتون، آرگون، نئون و هلیوم به سختی با عناصر دیگر واکنش می دهند و همچنین واکنش شیمیایی پایینی دارند، به همین دلیل در ستون سمت راست قرار دارند. و عناصر ستون سمت چپ (پتاسیم، سدیم، لیتیوم و ...) به خوبی با عناصر دیگر واکنش نشان می دهند و خود واکنش ها انفجاری هستند. به بیان ساده، در هر ستون، عناصر دارای ویژگی های مشابهی هستند که از یک ستون به ستون دیگر متفاوت است. تمام عناصر تا شماره 92 در طبیعت یافت می شوند و از شماره 93 عناصر مصنوعی شروع می شوند که فقط در شرایط آزمایشگاهی قابل ایجاد هستند.

در نسخه اصلی خود، سیستم تناوبی فقط به عنوان بازتابی از نظم موجود در طبیعت درک می شد و هیچ توضیحی در مورد اینکه چرا همه چیز باید اینگونه باشد وجود نداشت. تنها زمانی بود که مکانیک کوانتومی ظاهر شد که معنای واقعی ترتیب عناصر در جدول مشخص شد.

درس هایی در فرآیند خلاقیت

با صحبت در مورد اینکه چه درس هایی از فرآیند خلاقانه می توان از کل تاریخ ایجاد جدول تناوبی D.I. مندلیف گرفت، می توان به عنوان مثال ایده های گراهام والاس محقق انگلیسی در زمینه تفکر خلاق و دانشمند فرانسوی هانری پوانکاره را ذکر کرد. . بیایید به طور خلاصه به آنها بگوییم.

بر اساس مطالعات پوانکاره (1908) و گراهام والاس (1926)، چهار مرحله اصلی تفکر خلاق وجود دارد:

• آماده سازی- مرحله تدوین مسئله اصلی و اولین تلاش برای حل آن.
• دوره نهفتگی یا کمون- مرحله ای که در طی آن حواس پرتی موقت از فرآیند وجود دارد، اما کار برای یافتن راه حلی برای مشکل در سطح ناخودآگاه انجام می شود.
• بینش، بصیرت، درون بینی- مرحله ای که راه حل شهودی در آن قرار دارد. علاوه بر این، این راه حل را می توان در شرایطی یافت که کاملاً با مشکل ارتباطی ندارد.
• معاینه- مرحله آزمایش و اجرای یک راه حل که در آن این راه حل آزمایش می شود و توسعه احتمالی بیشتر آن.

همانطور که می بینیم، مندلیف در روند ایجاد جدول خود به طور شهودی دقیقاً این چهار مرحله را دنبال کرد. این که چقدر موثر است را می توان با نتایج قضاوت کرد، یعنی. با این واقعیت که جدول ایجاد شده است. و با توجه به اینکه ایجاد آن نه تنها برای علم شیمی، بلکه برای کل بشریت گام بزرگی به جلو بود، چهار مرحله فوق را می توان هم برای اجرای پروژه های کوچک و هم برای اجرای طرح های جهانی به کار برد. نکته اصلی که باید به خاطر بسپاریم این است که هیچ کشف واحدی، هیچ راه حلی برای یک مشکل به تنهایی پیدا نمی شود، مهم نیست که چقدر بخواهیم آنها را در خواب ببینیم و هر چقدر هم که بخوابیم. برای اینکه چیزی به نتیجه برسد، فرقی نمی کند که جدولی از عناصر شیمیایی ایجاد کنید یا یک برنامه بازاریابی جدید تهیه کنید، باید دانش و مهارت خاصی داشته باشید و همچنین به طور ماهرانه از پتانسیل خود استفاده کنید و سخت کار کنید.

ما برای شما آرزوی موفقیت در تلاش و اجرای موفق برنامه های خود را داریم!