A kémiai elemek periódusos rendszere, szerkezete. Periodikus rendszer D

A zseniális orosz kémikus D. I. Mengyelejevet egész életében az ismeretlenség megismerésének vágya jellemezte. Ez a vágy, valamint a legmélyebb és legszélesebb körű tudás, valamint az összetéveszthetetlen tudományos intuíció lehetővé tette Dmitrij Ivanovics számára, hogy kidolgozza a kémiai elemek tudományos osztályozását - a periódusos rendszert híres táblázata formájában.

D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere egy nagy házként ábrázolható, amelyben az ember által ismert összes kémiai elem „együtt él”. A Periodikus rendszer használatához a kémiai ábécét, vagyis a kémiai elemek jeleit kell tanulmányozni.

Segítségükkel megtanulja, hogyan írjon szavakat - kémiai képleteket, és ezek alapján írhat mondatokat - kémiai reakciók egyenleteit. Minden kémiai elemet saját kémiai jellel vagy szimbólummal jelölnek meg, amelyet a kémiai elem nevével együtt D. I. Mengyelejev táblázatában rögzítenek. szimbólumokként J. Berzelius svéd kémikus javaslatára a legtöbb esetben a kémiai elemek latin nevének kezdőbetűit vették át. Tehát a hidrogént (a latin neve Hydrogenium hidrogénium) H betűvel ("hamu"), oxigénnel (az Oxygenium latin neve oxigénnel) - O betűvel (o "o"), szénnel (Carboneum latin névvel) jelöljük. - carboneum) - C betűvel (olvasd "tse").

Számos további kémiai elem latin neve C betűvel kezdődik: kalcium (

Kalcium), réz (Cuprum), kobalt (Cobaltum) stb. Megkülönböztetésük érdekében I. Berzelius azt javasolta, hogy a latin név kezdőbetűjéhez adják hozzá a név további betűit. Tehát a kalcium kémiai jelét Ca (értsd: "kalcium"), réz - Cu (értsd: "cuprum"), kobalt - Co (értsd: "kobalt") szimbólummal írják.

Néhány kémiai elem neve tükrözi az elemek legfontosabb tulajdonságait, például a hidrogén - vizet szül, oxigén - savakat szül, foszfor - fényt hordoz (20. ábra) stb.

Rizs. 20.
D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének 15. számú elemének nevének etimológiája

Más elemek névadója az égitestek vagy bolygók a Naprendszer - szelén és tellúr (ábra. 21) (a görög Selena - Hold és Telluris - Föld), urán, neptunium, plutónium.

Rizs. 21.
D. I. Mengyelejev periódusos rendszere 52. számú elemének nevének etimológiája

Külön nevek a mitológiából származnak (22. ábra). Például tantál. Ez volt a neve Zeusz szeretett fiának. Az istenek elleni bűncselekményekért Tantalust szigorúan megbüntették. Nyakig állt a vízben, és ágak lógtak rajta lédús, illatos gyümölcsökkel. Amint azonban berúgni akart, elfolyt róla a víz, alig akarta csillapítani éhségét, és a gyümölcsök felé nyújtotta a kezét - az ágak oldalra tértek. A tantál ércekből történő izolálására törekvő vegyészek nem kevesebb kínt tapasztaltak.

Rizs. 22.
D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének 61. számú elemének nevének etimológiája

Egyes elemeket a világ különböző államairól vagy részeiről neveztek el. Például germánium, gallium (Gallia Franciaország régi neve), polónium (Lengyelország tiszteletére), skandium (Skandinávia tiszteletére), francium, ruténium (Ruthenia az orosz latin neve), európium és americium. Itt vannak a városokról elnevezett elemek: hafnium (Koppenhága tiszteletére), lutécium (régi időkben Párizst Lutetiumnak hívták), berkelium (az USA-beli Berkeley városának tiszteletére), ittrium, terbium, erbium, itterbium ( ezeknek az elemeknek a neve Ytterbyből származik - egy kis város Svédországban, ahol először fedeztek fel egy ilyen elemeket tartalmazó ásványt, a dubnium (23. ábra).

Rizs. 23.
D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének 105. számú elemének nevének etimológiája

Végül az elemek nevei nagy tudósok neveit örökítik meg: curium, fermium, einsteinium, mendelevium (24. ábra), Lawrencium.

Rizs. 24.
D. I. Mengyelejev periódusos rendszere 101. számú elemének nevének etimológiája

Minden kémiai elem hozzá van rendelve a periódusos rendszerhez, az összes elem közös "házához", saját "lakásához" - egy szigorúan meghatározott számú cellához. Ennek a számnak a mély jelentése a kémia további tanulmányozása során derül ki. Ezen "lakások" emeleteinek száma is szigorúan meg van osztva - az elemek "élnek" időszakai. Az elem sorszámához (a „lakásszámhoz”) hasonlóan a periódusszám („emelet”) tartalmazza a legfontosabb információkat a kémiai elemek atomjainak szerkezetéről. Vízszintesen - "szintek száma" - a periódusos rendszer hét periódusra oszlik:

• Az 1. periódus két elemet tartalmaz: hidrogén H és hélium He;
• a 2. periódus lítiummal kezdődik, és neon Neonnal végződik (8 elem);
• A 3. periódus nátrium-Na-val kezdődik és argon Ar-val (8 elem) végződik.

Az első három periódust, amelyek mindegyike egy sorból áll, kis periódusoknak nevezzük.

A 4., 5. és 6. periódusok két-két sor elemet tartalmaznak, ezeket nagy periódusoknak nevezzük; A 4. és 5. periódus egyenként 18, a 6. - 32 elemet tartalmaz.

7. periódus - befejezetlen, eddig csak egy sorból áll.

Ügyeljen a Periodikus rendszer "alagsoraira" - 14 ikerelem "él" ott, tulajdonságaikban hasonlóak, egy részük a lantán La-hoz, mások az aktinium Ac-hez, amelyek az asztal felső "emeletein" képviselik őket: in a 6. és 7. -m periódusban.

Függőlegesen a hasonló tulajdonságokkal rendelkező „lakásokban” „élő” kémiai elemek egymás alatt helyezkednek el függőleges oszlopokban - csoportokban, amelyekből nyolc van D. I. Mengyelejev táblázatában.

Mindegyik csoport két alcsoportból áll - fő és másodlagos. A kis és nagy periódusok elemeit egyaránt tartalmazó alcsoportot fő alcsoportnak vagy A csoportnak nevezzük. Az alcsoportot, amely csak nagy periódusok elemeit tartalmazza, mellékalcsoportnak vagy B csoportnak nevezzük. Tehát az I. csoport fő alcsoportja (IA csoportok) magában foglalja a lítiumot, nátriumot, káliumot, rubídiumot és a francium a lítium Li alcsoportját; ennek a csoportnak egy oldalsó alcsoportját (IB csoport) a réz, az ezüst és az arany alkotja - ez a réz réz alcsoportja.

D. I. Mengyelejev táblázatának rövid periódusnak nevezett formáján kívül (a tankönyv légylapján van megadva), sok más forma is létezik, például a hosszú periódusú változat.

Ahogyan a Lego játék elemeiből egy gyerek rengeteg különféle tárgyat tud megkonstruálni (lásd 10. ábra), úgy a természet és az ember kémiai elemekből hozta létre a minket körülvevő anyagok sokféleségét. Egy másik modell még világosabb: ahogy az orosz ábécé 33 betűje különféle kombinációkat, több tízezer szót alkot, úgy 114 kémiai elem különböző kombinációkban több mint 20 millió különböző anyagot hoz létre.

Próbáld meg asszimilálni a szavak - kémiai képletek - képződési mintákat, és akkor megnyílik előtted az anyagok világa a maga színes sokszínűségében.

De ehhez először tanulja meg a betűket - a kémiai elemek szimbólumait (1. táblázat).

Asztal 1
Néhány kémiai elem neve

Kulcsszavak és kifejezések

1. A kémiai elemek periódusos rendszere (táblázat) D. I. Mengyelejev.
2. kisebb és nagyobb időszakok.
3. Csoportok és alcsoportok - fő (A csoport) és másodlagos (B csoport).
4. A kémiai elemek szimbólumai.

Dolgozzon számítógéppel

1. Lásd az elektronikus jelentkezést. Tanulmányozza az óra anyagát, és oldja meg a javasolt feladatokat.
2. Keressen az interneten olyan e-mail címeket, amelyek további forrásként szolgálhatnak a bekezdés kulcsszavainak és kifejezéseinek tartalmáról. Ajánlja fel a tanárnak a segítségét egy új óra előkészítésében - készítsen jelentést a következő bekezdés kulcsszavairól és kifejezéseiről.

Kérdések és feladatok

1. Szótárak segítségével (etimológiai, enciklopédikus és kémiai szakkifejezések) nevezze meg a legfontosabb tulajdonságokat, amelyek a kémiai elemek elnevezésében tükröződnek: bróm Br, nitrogén N, fluor F.
2. Magyarázza el, hogy a titán és a vanádium kémiai elemek neve hogyan tükrözi az ókori görög mítoszok hatását!
3. Miért az arany latin neve Aurum (aurum), az ezüst pedig Argentum (argentum)?
4. Mesélje el bármely (az Ön által választott) kémiai elem felfedezésének történetét, és magyarázza el nevének etimológiáját.
5. Írja le a "koordinátákat", azaz a pozíciót D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében (elemszám, periódusszám és típusa - nagy vagy kicsi, csoportszám és alcsoport - fő vagy másodlagos) a következő kémiai elemekhez: kalcium, cink , antimon, tantál, európium.
6. Oszd három csoportba az 1. táblázatban felsorolt ​​kémiai elemeket a "kémiai szimbólum kiejtése" jellemző szerint. Segíthet ez a tevékenység abban, hogy emlékezzen a kémiai szimbólumokra és kiejtse az elemek szimbólumait?

A kémiai elemek periodikus rendszere a kémiai elemek osztályozása, amelyet D. I. Mengyelejev alkotott meg az általa 1869-ben felfedezett periodikus törvény alapján.

D. I. Mengyelejev

E törvény modern megfogalmazása szerint az atommagok pozitív töltése szerint növekvő sorrendbe rendezett elemek folyamatos sorozatában a hasonló tulajdonságú elemek periodikusan ismétlődnek.

A kémiai elemek periódusos rendszere, amely táblázat formájában jelenik meg, periódusokból, sorozatokból és csoportokból áll.

Minden periódus elején (az első kivételével) van egy markáns fémes tulajdonságokkal rendelkező elem (alkáli fém).

A színtáblázat szimbólumai: 1 - az elem kémiai jele; 2 - név; 3 - atomtömeg (atomtömeg); 4 - sorozatszám; 5 - az elektronok eloszlása ​​a rétegek között.

Az elem rendszámának növekedésével, amely megegyezik az atommag pozitív töltésének értékével, a fémes tulajdonságok fokozatosan gyengülnek, a nemfémes tulajdonságok pedig növekednek. Az utolsó előtti elem minden periódusban egy kifejezett nemfémes tulajdonságokkal rendelkező elem (), az utolsó pedig egy inert gáz. Az I. periódusban 2 elem van, a II-ben és a III-ban - egyenként 8 elem, a IV-ben és V-ben - egyenként 18 elem, a VI-ban - 32 és a VII-ben (nem teljes periódus) - 17 elem.

Az első három periódust kis periódusnak nevezzük, mindegyik egy vízszintes sorból áll; a többi - nagy időszakokban, amelyek mindegyike (a VII időszak kivételével) két vízszintes sorból áll - páros (felső) és páratlan (alsó). A nagy periódusok egyenletes soraiban csak fémek. Ezekben a sorokban az elemek tulajdonságai kismértékben változnak a sorozatszám növekedésével. A nagy periódusok páratlan sorozataiban lévő elemek tulajdonságai megváltoznak. A VI. periódusban a lantánt 14 elem követi, amelyek kémiai tulajdonságaiban nagyon hasonlóak. Ezek az elemek, az úgynevezett lantanidok, külön vannak felsorolva a fő táblázatban. Az aktinidákat, az aktíniumot követő elemeket a táblázat hasonlóképpen mutatja be.

A táblázatnak kilenc függőleges csoportja van. A csoportszám ritka kivételektől eltekintve megegyezik a csoport elemeinek legmagasabb pozitív vegyértékével. Minden csoport – a nulla és nyolcadik kivételével – alcsoportokra oszlik. - fő (jobbra található) és oldalsó. A fő alcsoportokban a sorozatszám növelésével az elemek fémes tulajdonságai feljavulnak, és az elemek nem fémes tulajdonságai gyengülnek.

Így az elemek kémiai és számos fizikai tulajdonságát az határozza meg, hogy egy adott elem milyen helyet foglal el a periódusos rendszerben.

A periódusos rendszer felső részét a biogén elemek, azaz az élőlényeket felépítő és abban bizonyos biológiai szerepet betöltő elemek foglalják el. Az élőanyag zömét (több mint 99%-át) kitevő elemek által elfoglalt sejtek kék színűek, a mikroelemek által elfoglalt sejtek rózsaszínűek (lásd).

A kémiai elemek periodikus rendszere a modern természettudomány legnagyobb vívmánya és a legáltalánosabb dialektikus természeti törvények szemléletes kifejezése.

Lásd még: Atomtömeg.

A kémiai elemek periodikus rendszere a kémiai elemek természetes osztályozása, amelyet D. I. Mengyelejev alkotott meg az általa 1869-ben felfedezett periodikus törvény alapján.

Az eredeti megfogalmazásban D. I. Mengyelejev periodikus törvénye kimondta: a kémiai elemek tulajdonságai, valamint vegyületeik formái és tulajdonságai periodikus függésben vannak az elemek atomtömegének nagyságától. Később, az atom szerkezetére vonatkozó tan kidolgozásával kiderült, hogy az egyes elemek pontosabb jellemzője nem az atomtömeg (lásd), hanem az atommag pozitív töltésének értéke. elem, egyenlő ennek az elemnek a sorszámával (atom) D. I. Mengyelejev periodikus rendszerében. Az atommag pozitív töltéseinek száma megegyezik az atommagot körülvevő elektronok számával, mivel az atomok összességében elektromosan semlegesek. Ezen adatok fényében a periodikus törvény a következőképpen fogalmazódik meg: a kémiai elemek tulajdonságai, valamint vegyületeik formája és tulajdonságai periodikus függésben vannak atomjaik magjának pozitív töltésével. Ez azt jelenti, hogy az atommagok pozitív töltése szerint növekvő sorrendbe rendezett elemek folyamatos sorozatában a hasonló tulajdonságú elemek periodikusan ismétlődnek.

A kémiai elemek periódusos rendszerének táblázatos formája modern formájában kerül bemutatásra. Periódusokból, sorozatokból és csoportokból áll. A periódus az elemek egymás utáni vízszintes sorát jelöli, amelyek atomjaik pozitív töltése szerint növekvő sorrendben vannak elrendezve.

Minden periódus elején (az első kivételével) van egy markáns fémes tulajdonságokkal rendelkező elem (alkáli fém). Ezután a sorozatszám növekedésével az elemek fémes tulajdonságai fokozatosan gyengülnek, és az elemek nem fémes tulajdonságai nőnek. Minden periódusban az utolsó előtti elem egy kifejezett nemfémes tulajdonságú elem (halogén), az utolsó pedig egy inert gáz. Az I. periódus két elemből áll, egy alkálifém és egy halogén szerepét egyszerre tölti be a hidrogén. A II. és a III. periódus 8-8 elemet tartalmaz, amelyeket Mengyelejev tipikusnak neveznek. A IV. és V. periódus 18 elemből áll, VI-32. A VII. időszak még nem zárult le, és mesterségesen létrehozott elemekkel van feltöltve; jelenleg 17 elem van ebben az időszakban. Az I, II és III periódusokat kicsiknek nevezik, mindegyik egy vízszintes sorból áll, IV-VII - nagy: ezek (a VII kivételével) két vízszintes sort tartalmaznak - páros (felső) és páratlan (alsó). A nagy periódusok egyenletes soraiban csak fémek találhatók, és a sorban lévő elemek tulajdonságainak változása balról jobbra gyengén kifejeződik.

Nagy periódusok páratlan sorozataiban a sorozat elemeinek tulajdonságai ugyanúgy változnak, mint a tipikus elemek tulajdonságai. A VI. periódus páros számában a lantán után 14 elem következik [úgynevezett lantanidok (lásd lantanidok, ritkaföldfém elemek]), amelyek kémiai tulajdonságaikban hasonlóak a lantánhoz és egymáshoz. Ezek listája külön a táblázat alatt található.

Külön-külön az aktinium-aktinidák (aktinidák) utáni elemeket írjuk ki és adjuk meg a táblázat alatt.

A kémiai elemek periódusos rendszerében kilenc függőleges csoport található. A csoportszám megegyezik a csoport elemeinek legmagasabb pozitív vegyértékével (lásd). A kivétel a fluor (ez csak negatív egyértékű) és bróm (nem fordul elő heptavalens); emellett a réz, ezüst, arany vegyértéke nagyobb, mint +1 (Cu-1 és 2, Ag és Au-1 és 3), a VIII. csoport elemei közül pedig csak az ozmium és a ruténium vegyértéke +8 . Minden csoport – a nyolcadik és a nulladik kivételével – két alcsoportra oszlik: a fő (jobbra található) és a másodlagos alcsoportra. A fő alcsoportok tipikus elemeket és nagy periódusú elemeket tartalmaznak, a másodlagos - csak a nagy időszakok elemeit és ezen túlmenően a fémeket.

A kémiai tulajdonságokat tekintve ennek a csoportnak az egyes alcsoportjainak elemei jelentősen eltérnek egymástól, és csak a legmagasabb pozitív vegyérték azonos ennek a csoportnak az összes elemére. A fő alcsoportokban felülről lefelé az elemek fémes tulajdonságai nőnek, a nemfémeseké gyengül (például a francium a legkifejezettebb fémes tulajdonságokkal rendelkező elem, a fluor pedig nem fémes). Így egy elem helye Mengyelejev periodikus rendszerében (sorszám) határozza meg tulajdonságait, amelyek a szomszédos elemek tulajdonságainak átlagai függőlegesen és vízszintesen.

Egyes elemcsoportoknak speciális neveik vannak. Tehát az I. csoport fő alcsoportjainak elemeit alkálifémeknek, a II. csoportot - alkáliföldfémeknek, a VII. csoportot - halogéneket, az urán - transzurán mögött elhelyezkedő elemeket nevezik. Biogén elemeknek nevezzük azokat az elemeket, amelyek az organizmusok részét képezik, részt vesznek az anyagcsere-folyamatokban, és kiemelt biológiai szerepük van. Mindegyik D. I. Mengyelejev táblázatának felső részét foglalja el. Ez elsősorban az O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg és Fe, amelyek az élőanyag nagy részét alkotják (több mint 99%). A periódusos rendszerben ezen elemek által elfoglalt helyek világoskék színűek. A biogén elemeket, amelyek nagyon kevés a szervezetben (10 -3 és 10 -14%), mikroelemeknek nevezzük (lásd). A periódusos rendszer sejtjeiben sárgára színezett mikroelemek helyezkednek el, melyek létfontossága az ember számára bizonyított.

Az atomok szerkezetének elmélete (lásd: Atom) szerint az elemek kémiai tulajdonságai főként a külső elektronhéjban lévő elektronok számától függenek. Az elemek tulajdonságainak periodikus változása az atommagok pozitív töltésének növekedésével az atomok külső elektronhéjának (energiaszintjének) szerkezetének periodikus ismétlődésével magyarázható.

Kis periódusokban, az atommag pozitív töltésének növekedésével, a külső héj elektronjainak száma az I. periódusban 1-ről 2-re, a II. és III. periódusban pedig 1-ről 8-ra nő. Ebből adódik az elemek tulajdonságainak változása az alkálifémből inert gázsá váló időszakban. A 8 elektront tartalmazó külső elektronhéj teljes és energetikailag stabil (a nulla csoport elemei kémiailag inertek).

Nagy periódusokban egyenletes sorokban, az atommagok pozitív töltésének növekedésével a külső héj elektronjainak száma állandó marad (1 vagy 2), és a második külső héj tele van elektronokkal. Ebből adódik a páros sorokban lévő elemek tulajdonságainak lassú változása. Hosszú periódusok páratlan sorozataiban, az atommagok töltésének növekedésével a külső héj megtelik elektronokkal (1-ről 8-ra), és az elemek tulajdonságai ugyanúgy változnak, mint a tipikus elemek esetében.

Az elektronhéjak száma egy atomban megegyezik a periódusszámmal. A fő alcsoportok elemeinek atomjainak külső héján a csoportszámmal megegyező számú elektron található. A másodlagos alcsoportok elemeinek atomjai egy vagy két elektront tartalmaznak a külső héjakon. Ez magyarázza a fő és a másodlagos alcsoport elemeinek tulajdonságainak különbségét. A csoportszám a kémiai (valencia) kötések kialakításában részt vevő elektronok lehetséges számát jelzi (lásd Molekula), ezért az ilyen elektronokat vegyértéknek nevezzük. A másodlagos alcsoportok elemei esetében nemcsak a külső héjak elektronjai, hanem az utolsó előttiek is vegyértékek. Az elektronhéjak számát és szerkezetét a mellékelt kémiai elemek periódusos rendszere tartalmazza.

D. I. Mengyelejev periodikus törvénye és az arra épülő rendszer kiemelkedően nagy jelentőséggel bír a tudományban és a gyakorlatban. A periodikus törvény és a rendszer volt az alapja az új kémiai elemek felfedezésének, atomtömegük pontos meghatározásának, az atomok szerkezeti elméletének kidolgozásának, a földkéregben az elemek eloszlására vonatkozó geokémiai törvények megállapításának. valamint az élő anyagról alkotott modern elképzelések kialakulása, amelyek összetétele és a hozzá kapcsolódó törvényszerűségek összhangban vannak a periódusos rendszerrel. Az elemek biológiai aktivitását és a testben való tartalmukat nagymértékben meghatározza az is, hogy Mengyelejev periodikus rendszerében milyen helyet foglalnak el. Tehát a sorozatszám növekedésével számos csoportban az elemek toxicitása nő, és tartalmuk a szervezetben csökken. A periodikus törvény a természet fejlődésének legáltalánosabb dialektikus törvényeinek élénk kifejezése.

A kémiai elemek rendszerezésére sok tudós tett kísérletet. De csak 1869-ben D. I. Mengyelejevnek sikerült létrehoznia az elemek osztályozását, amely megállapította a vegyi anyagok és az atommag töltésének kapcsolatát és függőségét.

Sztori

A periódusos törvény modern megfogalmazása a következő: a kémiai elemek tulajdonságai, valamint az elemek vegyületeinek formái és tulajdonságai periodikus függésben vannak az elem atommagjának töltésétől.

A törvény felfedezéséig 63 kémiai elemet ismertek. Azonban sok ilyen elem atomtömegét hibásan határozták meg.

D. És maga Mengyelejev 1869-ben úgy fogalmazta meg törvényét, mint az elemek atomtömegének nagyságától való periodikus függést, mivel a 19. században a tudomány még nem rendelkezett információval az atom szerkezetéről. A tudós ragyogó előrelátása azonban lehetővé tette számára, hogy minden kortársánál mélyebben megértse azokat a mintákat, amelyek meghatározzák az elemek és anyagok tulajdonságainak periodicitását. Nemcsak az atomtömeg növekedését vette figyelembe, hanem az anyagok és elemek már ismert tulajdonságait is, és a periodicitás gondolatát alapul véve pontosan meg tudta jósolni az elemek létezését, tulajdonságait, ill. A tudomány számára akkor még ismeretlen anyagokat, számos elem atomtömegét korrigálja, az elemeket helyesen rendszerbe rendezi, üres tereket hagyva és permutációkat készítve.

Rizs. 1. D. I. Mengyelejev.

Van egy mítosz, hogy Mengyelejev a periódusos rendszerről álmodott. Ez azonban csak egy gyönyörű történet, ami nem bizonyított tény.

A periódusos rendszer felépítése

D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere saját törvényének grafikus tükre. Az elemek egy táblázatban vannak elrendezve egy bizonyos kémiai és fizikai jelentés szerint. Az elem elhelyezkedése alapján meghatározhatja a vegyértékét, az elektronok számát és sok más jellemzőt. A táblázat vízszintesen nagy és kis periódusokra, függőlegesen pedig csoportokra oszlik.

Rizs. 2. Periódusos rendszer.

7 időszak van, amelyek alkálifémekkel kezdődnek, és nem fémes tulajdonságokkal rendelkező anyagokkal végződnek. A 8 oszlopból álló csoportok fő és másodlagos alcsoportokra vannak osztva.

A tudomány további fejlődése azt mutatta, hogy az elemek tulajdonságainak bizonyos időközönkénti periodikus ismétlődése, különösen egyértelműen 2 és 3 kis periódusban megnyilvánulva, a külső energiaszintek elektronszerkezetének ismétlődésével magyarázható, ahol a vegyértékelektronok találhatók, melynek köszönhetően a reakciókban kémiai kötések és új anyagok jönnek létre. Ezért minden függőleges oszlopcsoportban vannak ismétlődő jellemzőkkel rendelkező elemek. Ez egyértelműen megnyilvánul azokban a csoportokban, ahol nagyon aktív alkálifémek (I. csoport, fő alcsoport) és nem halogén fémek (VII. csoport, fő alcsoport) családjai vannak. A periódus során balról jobbra az elektronok száma 1-ről 8-ra nő, miközben az elemek fémes tulajdonságai csökkennek. Így a fémes tulajdonságok annál erősebben nyilvánulnak meg, minél kevesebb elektron van a külső szinten.

Rizs. 3. Kis és nagy periódusok a periódusos rendszerben.

Az atomok olyan tulajdonságai, mint az ionizációs energia, az elektronaffinitási energia és az elektronegativitás, szintén periodikusan ismétlődnek. Ezek a mennyiségek egy atom azon képességére vonatkoznak, hogy külső szintről elektront adjon (ionizáció), vagy egy idegen elektront a külső szintjén tartson (elektronaffinitás). Összes beérkezett értékelés: 146.

Időszakos D.I. törvény Mengyelejev:Az egyszerű testek tulajdonságai, valamint a vegyületek alakja és tulajdonságaielemek periodikus függésben vannakaz elemek atomtömegének értékei. (Az elemek tulajdonságai periódusos függésben vannak az atommagjuk atomjainak töltésétől).

Periodikus elemrendszer. Mengyelejev periódusoknak nevezte az olyan elemek sorozatát, amelyeken belül a tulajdonságok egymás után változnak, például nyolc elemből álló sorozatot a lítiumtól a neonig vagy a nátriumtól az argonig. Ha ezt a két periódust egymás alá írjuk úgy, hogy a nátrium lítium alatt van, az argon pedig neon alatt, akkor a következő elemek elrendezését kapjuk:

Ezzel az elrendezéssel a tulajdonságaikban hasonló és azonos vegyértékű elemek, például lítium és nátrium, berillium és magnézium stb., a függőleges oszlopokba kerülnek.

Az összes elemet periódusokra bontva és az egyik periódust a másik alá úgy rendezve, hogy a képződő vegyületek tulajdonságaiban és típusában hasonló elemek egymás alá kerüljenek, Mengyelejev összeállított egy táblázatot, amelyet csoportok és sorozatok periodikus rendszerének nevezett el.

A periódusos rendszer értékeMi. Az elemek periódusos rendszere nagy hatással volt a kémia későbbi fejlődésére. Ez nemcsak a kémiai elemek első természetes osztályozása volt, amely megmutatta, hogy koherens rendszert alkotnak, és szoros kapcsolatban állnak egymással, hanem a további kutatások hatékony eszköze is volt.

7. A kémiai elemek tulajdonságainak időszakos változása. Atomi és ionos sugarak. Ionizációs energia. Affinitás egy elektronhoz. Elektronegativitás.

Az atomi sugarak függése a Z atommag töltésétől periodikus jellegű. Egy perióduson belül a Z növekedésével az atom méretének csökkenésére irányuló tendencia nyilvánul meg, ami különösen rövid időszakokban figyelhető meg.

Az új, az atommagtól távolabbi elektronréteg felépítésének kezdetével, vagyis a következő periódusra való átmenet során az atomsugár megnő (hasonlítsa össze például a fluor- és nátriumatom sugarait). Ennek eredményeként az alcsoporton belül az atommag töltésének növekedésével az atomok mérete nő.

Az elektronatomok elvesztése effektív méretének csökkenéséhez, a felesleges elektronok hozzáadása pedig növekedéséhez vezet. Ezért a pozitív töltésű ion (kation) sugara mindig kisebb, a negatív töltésű nem (anion) sugara mindig nagyobb, mint a megfelelő elektromosan semleges atomé.

Az egyik alcsoporton belül az azonos töltésű ionok sugara a magtöltés növekedésével növekszik, ezt az elektronrétegek számának növekedése és a külső elektronok atommagtól való távolságának növekedése magyarázza.

A fémek legjellemzőbb kémiai tulajdonsága az, hogy atomjaik könnyen feladják a külső elektronokat és pozitív töltésű ionokká alakulnak, míg a nemfémeket ezzel szemben az a képesség jellemzi, hogy elektronokat kötve negatív ionokat képeznek. Ahhoz, hogy egy elektront leválasszanak az atomról az utóbbi pozitív ionná alakításával, energiát kell elkölteni, ezt ionizációs energiának nevezik.

Az ionizációs energia úgy határozható meg, hogy az atomokat elektromos térben felgyorsított elektronokkal bombázzuk. Azt a legkisebb térfeszültséget, amelynél az elektronsebesség elegendő az atomok ionizációjához, egy adott elem atomjainak ionizációs potenciáljának nevezzük, és voltban fejezzük ki. Elegendő energia ráfordításával két, három vagy több elektron leszakítható az atomról. Ezért beszélnek az első ionizációs potenciálról (az első elektron atomjáról való leválás energiájáról), a második ionizációs potenciálról (a második elektron leválásának energiájáról)

Ahogy fentebb megjegyeztük, az atomok nem csak elektronokat adhatnak, hanem hozzáadhatnak is. Az elektron szabad atomhoz való kapcsolódása során felszabaduló energiát az atom elektronhoz való affinitásának nevezzük. Az elektronaffinitást, az ionizációs energiához hasonlóan, általában elektronvoltban fejezzük ki. Tehát a hidrogénatom elektronaffinitása 0,75 eV, az oxigéné - 1,47 eV, a fluoré - 3,52 eV.

A fématomok elektronaffinitása általában nullához közeli vagy negatív; ebből az következik, hogy a legtöbb fém atomja számára az elektronok hozzáadása energetikailag kedvezőtlen. A nemfémek atomjainak elektronaffinitása mindig pozitív, és minél nagyobb, annál közelebb van a nemfém a nemesgázhoz a periodikus rendszerben; ez a nemfémes tulajdonságok növekedését jelzi az időszak vége felé közeledve.

Aki járt iskolába, emlékszik rá, hogy az egyik kötelező tantárgy a kémia volt. Tetszhet neki, vagy nem tetszhet – ez nem számít. És valószínű, hogy sok tudás ebben a tudományágban már feledésbe merült, és nem alkalmazzák az életben. Azonban valószínűleg mindenki emlékszik D. I. Mengyelejev kémiai elemek táblázatára. Sokak számára sokszínű táblázat maradt, ahol minden négyzetbe bizonyos betűket írnak, amelyek a kémiai elemek nevét jelölik. De itt nem a kémiáról, mint olyanról fogunk beszélni, és több száz kémiai reakciót és folyamatot írunk le, hanem arról, hogyan jelent meg a periódusos rendszer általában - ez a történet minden embert érdekelni fog, sőt mindazokat, akik szeretnék érdekes és hasznos információk.

Egy kis háttér

A kiváló ír kémikus, fizikus és teológus, Robert Boyle még 1668-ban kiadott egy könyvet, amelyben az alkímiáról szóló számos mítoszt megdöntött, és amelyben a felbonthatatlan kémiai elemek keresésének szükségességéről beszélt. A tudós egy listát is adott róluk, amely mindössze 15 elemből állt, de megengedte, hogy több elem is létezhet. Ez lett a kiindulópont nemcsak az új elemek felkutatásában, hanem rendszerezésében is.

Száz évvel később Antoine Lavoisier francia kémikus új listát állított össze, amely már 35 elemet tartalmazott. Közülük 23-ról később kiderült, hogy felbonthatatlanok. De a tudósok világszerte folytatták az új elemek keresését. És ebben a folyamatban a fő szerepet a híres orosz kémikus, Dmitrij Ivanovics Mengyelejev játszotta - ő volt az első, aki felvetette azt a hipotézist, hogy összefüggés lehet az elemek atomtömege és a rendszerben való elhelyezkedésük között.

A fáradságos munkának és a kémiai elemek összehasonlításának köszönhetően Mengyelejevnek sikerült olyan kapcsolatot felfedeznie az elemek között, amelyben egyek lehetnek, és tulajdonságaik nem természetesek, hanem időszakosan ismétlődő jelenségek. Ennek eredményeként 1869 februárjában Mengyelejev megfogalmazta az első időszakos törvényt, és már márciusban N. A. Menshutkin kémiatörténész benyújtotta a „Tulajdonságok kapcsolata az elemek atomtömegével” című jelentését az Orosz Kémiai Társaságnak. Ugyanebben az évben Mengyelejev publikációja a németországi Zeitschrift fur Chemie folyóiratban jelent meg, 1871-ben pedig egy másik német Annalen der Chemie folyóiratban jelent meg a tudós felfedezésének szentelt új kiterjedt publikációja.

Periódusos rendszer létrehozása

1869-re a fő gondolatot már Mengyelejev megalkotta, méghozzá meglehetősen rövid idő alatt, de nem tudta semmiféle rendezett rendszerré formálni, amely egyértelműen megjeleníti, hogy mi volt, de sokáig nem. Az egyik beszélgetésben kollégájával, A. A. Inosztrancevvel még azt is elmondta, hogy fejében már minden összeállt, de nem tudott mindent letenni. Ezt követően Mengyelejev életrajzírói szerint gondos munkát kezdett az asztalán, amely három napig tartott alvásszünet nélkül. Az elemek táblázatba rendezésének mindenféle módját kiválogatták, és a munkát nehezítette, hogy akkoriban a tudomány még nem tudott minden kémiai elemről. De ennek ellenére a táblázatot mégis elkészítették, az elemeket rendszerezték.

Mengyelejev álmának legendája

Sokan hallották a történetet, hogy D. I. Mengyelejev az asztaláról álmodott. Ezt a verziót Mengyelejev fent említett kollégája, A. A. Inosztrantsev aktívan terjesztette vicces történetként, amellyel szórakoztatta tanítványait. Azt mondta, hogy Dmitrij Ivanovics lefeküdt, és álmában tisztán látta az asztalát, amelyben az összes kémiai elem a megfelelő sorrendben volt elrendezve. Ezek után még viccelődtek is a diákok, hogy a 40°-os vodkát ugyanígy fedezték fel. De az alvástörténetnek még mindig voltak valódi előfeltételei: amint már említettük, Mengyelejev alvás és pihenés nélkül dolgozott az asztalon, Inosztrantsev pedig egyszer fáradtnak és kimerültnek találta. Délután Mengyelejev úgy döntött, tart egy kis szünetet, majd valamivel később hirtelen felébredt, azonnal elővett egy darab papírt, és egy kész asztalt ábrázolt rajta. De maga a tudós álmodozással cáfolta ezt az egész történetet, mondván: „Talán húsz éve gondolkodom rajta, és azt gondolod: ültem, és hirtelen… készen van.” Tehát az álom legendája nagyon vonzó lehet, de az asztal elkészítése csak kemény munkával volt lehetséges.

További munka

Az 1869 és 1871 közötti időszakban Mengyelejev kidolgozta a periodicitás gondolatait, amelyekre a tudományos közösség hajlott. És ennek a folyamatnak az egyik fontos állomása annak megértése volt, hogy a rendszer bármely elemét tulajdonságainak összessége alapján kell elhelyezni, összehasonlítva más elemek tulajdonságaival. Ennek alapján, valamint az üvegképző oxidok változásával kapcsolatos kutatási eredmények alapján a kémikusnak sikerült módosítania egyes elemek, köztük az urán, az indium, a berillium és mások atomtömegének értékeit.

Természetesen Mengyelejev a táblázatban maradt üres cellákat szerette volna mielőbb kitölteni, és 1870-ben megjósolta, hogy hamarosan felfedezik a tudomány számára ismeretlen kémiai elemeket, amelyek atomtömegét és tulajdonságait ki tudja számítani. Ezek közül az első a gallium (1875-ben), a szkandium (1879-ben) és a germánium (1885-ben fedezték fel). Ezután az előrejelzések tovább valósultak, és további nyolc új elemet fedeztek fel, köztük a polóniumot (1898), a réniumot (1925), a technéciumot (1937), a franciumot (1939) és az asztatint (1942-1943). Egyébként 1900-ban D. I. Mengyelejev és William Ramsay skót kémikus arra a következtetésre jutott, hogy a nulla csoport elemeit is fel kell venni a táblázatba - 1962-ig inertnek, utána pedig nemesgázoknak nevezték őket.

A periódusos rendszer felépítése

D. I. Mengyelejev táblázatában a kémiai elemek sorokba vannak rendezve, tömegük növekedésének megfelelően, és a sorok hosszát úgy választják meg, hogy a bennük lévő elemek hasonló tulajdonságokkal rendelkezzenek. Például az olyan nemesgázok, mint a radon, a xenon, a kripton, az argon, a neon és a hélium, nem könnyen reagálnak más elemekkel, és alacsony a kémiai aktivitásuk is, ezért a jobb szélső oszlopban helyezkednek el. A bal oldali oszlop elemei (kálium, nátrium, lítium stb.) pedig tökéletesen reagálnak más elemekkel, maguk a reakciók pedig robbanásveszélyesek. Egyszerűen fogalmazva, az egyes oszlopokon belül az elemek hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, oszloponként eltérőek. A 92-es számig minden elem megtalálható a természetben, a 93-assal pedig mesterséges elemek kezdődnek, amelyeket csak laboratóriumban lehet létrehozni.

Eredeti változatában a periódusos rendszert csak a természetben létező rend visszatükröződéseként értelmezték, és arra nem volt magyarázat, hogy miért kell mindennek így lennie. És csak a kvantummechanika megjelenésekor vált világossá a táblázatban szereplő elemek sorrendjének valódi jelentése.

Kreatív folyamat leckék

Arról szólva, hogy az alkotói folyamat milyen tanulságai vonhatók le D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének létrehozásának teljes történetéből, példaként említhetjük Graham Wallace angol kutató és a francia tudós gondolatait a kreatív gondolkodás területén. Henri Poincaré. Vegyük őket röviden.

Poincaré (1908) és Graham Wallace (1926) szerint a kreatív gondolkodásnak négy fő szakasza van:

• Készítmény- a fő feladat megfogalmazásának szakasza és az első megoldási kísérletek;
• Inkubálás- az a szakasz, amelynek során a folyamatról átmenetileg elvonják a figyelmet, de a probléma megoldására irányuló munka tudatalatti szinten történik;
• betekintést- az intuitív megoldás megtalálásának szakasza. Ráadásul ez a megoldás a feladat szempontjából abszolút nem releváns helyzetben is megtalálható;
• Vizsgálat- a megoldás tesztelésének és megvalósításának szakasza, amelyen a megoldás ellenőrzése és esetleges továbbfejlesztése megtörténik.

Amint látjuk, Mengyelejev táblázatának elkészítése során intuitív módon követte ezt a négy szakaszt. Hogy ez mennyire hatékony, azt az eredmények alapján lehet megítélni, pl. mert létrejött a táblázat. És tekintettel arra, hogy létrehozása nemcsak a kémiai tudomány, hanem az egész emberiség számára óriási előrelépést jelentett, a fenti négy szakasz mind a kisebb projektek, mind a globális tervek megvalósítására alkalmazható. A legfontosabb, hogy emlékezzünk arra, hogy egyetlen felfedezés, egyetlen probléma megoldása sem található önmagában, bármennyire is szeretnénk látni őket álomban, és bármennyit is alszunk. A sikerhez, legyen szó egy kémiai elemek táblázatának készítéséről vagy egy új marketingterv kidolgozásáról, bizonyos ismeretekkel és készségekkel kell rendelkeznie, valamint ügyesen ki kell használnia a benne rejlő lehetőségeket és keményen kell dolgoznia.

Sok sikert kívánunk törekvéseihez és tervei sikeres megvalósításához!