化学元素の周期表とその構造。周期表D

ロシアの天才化学者D.I.メンデレーエフは、未知のものを理解したいという欲求によって生涯を通じて際立っていました。この願望と最も深く広範な知識が、紛れもない科学的直観と組み合わされて、ドミトリー・イワノビッチは化学元素の科学的分類、つまり彼の有名な表の形をした周期系を開発することができました。

D.I. メンデレーエフの化学元素の周期系は、人間に知られている絶対的にすべての化学元素が「一緒に住んでいる」大きな家として想像できます。周期表を使用できるようにするには、化学アルファベット、つまり化学元素の記号を学習する必要があります。

彼らの助けを借りて、化学式という言葉を書くことを学び、それに基づいて化学反応方程式という文章を書くことができるようになります。各化学元素は独自の化学記号または記号によって指定され、化学元素の名前とともに D.I. メンデレーエフの表に書き込まれます。スウェーデンの化学者 J. ベルゼリウスの提案により、ほとんどの場合、化学元素のラテン語名の頭文字が記号として採用されました。したがって、水素（ラテン語名Hydrogenium - ヒドロゲニウム）は文字H（「灰」と読む）、酸素（ラテン語名Oxygenium - オキシゲニウム）は文字O（「o」と読む）、炭素（ラテン語名Сarboneum - カルボネウム）で表されます。 ) - 文字 C (「ツェ」と読みます)。

さらにいくつかの化学元素のラテン語名は文字 C で始まります: カルシウム (

カルシウム）、銅（Cuprum）、コバルト（Cobaltum）など。これらを区別するために、I. ベルゼリウスは、ラテン語名の最初の文字に、名前の後に続く文字の 1 つを追加することを提案しました。したがって、カルシウムの化学記号は、Ca (「カルシウム」と読む)、銅 - Cu (「カプラム」と読む)、コバルト - Co (「コバルト」と読む) という記号で書かれます。

いくつかの化学元素の名前は、元素の最も重要な特性を反映しています。たとえば、水を生成する水素、酸を生成する酸素、光を運ぶリンなどです (図 20)。

米。 20.
D.I.メンデレーエフの周期表15番元素名の語源

他の元素は、太陽系の天体または惑星にちなんで名付けられています-セレンとテルル（図21）（ギリシャ語のセレン-月とテルリス-地球から）、ウラン、ネプツニウム、プルトニウム。

米。 21.
D.I.メンデレーエフの周期表52番元素の名前の語源

いくつかの名前は神話から借用されています (図 22)。たとえば、タンタル。これはゼウスの最愛の息子の名前でした。神々に対する罪により、タンタロスは厳しい罰を受けました。彼は首まで水の中に浸かり、ジューシーで香りのよい果物がついた枝が彼の上に垂れ下がっていました。しかし、彼が飲みたいと思うとすぐに水は彼から流れ去り、空腹を満たそうとするとすぐに果物に手を伸ばしました - 枝は横にそれました。鉱石からタンタルを分離しようとして、化学者たちは同様の苦痛を経験しました。

米。 22.
D.I.メンデレーエフの周期表第61番元素の名前の語源

一部の要素は、世界のさまざまな州や地域にちなんで名付けられました。たとえば、ゲルマニウム、ガリウム（ガリアはフランスの古代名）、ポロニウム（ポーランドに敬意を表して）、スカンジウム（スカンジナビアに敬意を表して）、フランシウム、ルテニウム（ルテニウムはロシアのラテン名です）、ユーロピウム、アメリシウムなどです。以下は都市にちなんで名付けられた元素です: ハフニウム (コペンハーゲンにちなんで)、ルテチウム (昔パリはルテチウムと呼ばれていました)、バーケリウム (アメリカのバークレー市にちなんで)、イットリウム、テルビウム、エルビウム、イッテルビウム (これらの元素の名前は、イッテルビー（これらの元素を含む鉱物が最初に発見されたスウェーデンの小さな都市）、ドブニウムに由来しています（図23）。

米。 23.
D.I.メンデレーエフの周期表105番元素名の語源

最後に、元素の名前は、キュリウム、フェルミウム、アインスタイニウム、メンデレビウム (図 24)、ローレンシウムなど、偉大な科学者の名前を永遠にします。

米。 24.
D.I.メンデレーエフの周期表101番元素の名前の語源

各化学元素は、すべての元素の共通の「ハウス」、つまり厳密に定義された番号を持つセルである独自の「アパート」の周期表に割り当てられています。この数字のより深い意味は、化学をさらに勉強するにつれて明らかになるでしょう。これらの「アパート」の階数も厳密に配分されており、要素が「生きている」期間です。元素のシリアル番号 (「アパート」番号) と同様に、ピリオド (「階数」) 番号には、化学元素の原子の構造に関する最も重要な情報が含まれています。水平方向 - 「階層」 - 周期表は 7 つの周期に分割されます。

第 1 周期には、水素 H とヘリウム He の 2 つの元素が含まれます。
第 2 周期はリチウム Li で始まりネオン Ne (8 つの元素) で終わります。
第 3 周期はナトリウム Na で始まりアルゴン Ar (8 元素) で終わります。

最初の 3 つの期間はそれぞれ 1 行で構成され、小期間と呼ばれます。

期間 4、5、および 6 にはそれぞれ 2 行の要素が含まれており、これらは大期間と呼ばれます。第 4 期と第 5 期にはそれぞれ 18 個の要素が含まれ、第 6 期から 32 個の要素が含まれます。

第 7 ピリオドは未完成で、今のところ 1 行のみで構成されています。

周期表の「地下階」に注目してください。そこには 14 個の双子元素が「存在」しており、性質がランタン La に似ているものもあれば、アクチニウム Ac に似ているものもあり、それらは周期表の上部「階」に表示されます。 6限目と7限目。

垂直方向には、同様の特性を持つ「アパート」に「住んでいる」化学元素が垂直列、つまりグループで互いの下に位置しており、D.I.メンデレーエフの表にはそのうちの8つがあります。

各グループは、メインとセカンダリの 2 つのサブグループで構成されます。短い周期と長い周期の両方の要素を含むサブグループは、メインサブグループまたはグループ A と呼ばれます。長い周期の要素のみを含むサブグループは、二次サブグループまたはグループ B と呼ばれます。したがって、グループ I のメインサブグループは（グループIA）には、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびフランシウムが含まれ、リチウムLiのサブグループです。このグループの側サブグループ (IB グループ) は銅、銀、金で形成されます。これは Cu 銅のサブグループです。

D.I. メンデレーエフの表は、短周期と呼ばれる形式 (教科書のハエリーフに掲載されています) のほかに、長周期バージョンなど、他にも多くの形式があります。

子供がレゴゲームの要素から膨大な数のさまざまなオブジェクトを構築できるように (図 10 を参照)、自然と人間は化学元素から私たちの周囲にあるさまざまな物質を作成してきました。別のモデルはさらに明確です。ロシア語のアルファベット 33 文字がさまざまな組み合わせ、数万の単語を形成するのと同じように、114 の化学元素がさまざまな組み合わせで 2,000 万以上の異なる物質を作り出します。

言葉の成り立ちの法則、つまり化学式を学べば、色とりどりの多様性を持つ物質の世界が目の前に広がります。

しかし、これを行うには、まず化学元素の文字、つまり記号を学びます（表1）。

表1
いくつかの化学元素の名前

キーワードとフレーズ

化学元素の周期表 (表) D. I. メンデレーエフ著。
大小の期間。
グループとサブグループ - メイン (A グループ) とセカンダリ (B グループ)。
化学元素の記号。

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質問とタスク

辞書 (語源、百科事典、化学用語) を使用して、臭素 Br、窒素 N、フッ素 F など、化学元素の名前に反映されている最も重要な特性の名前を付けます。
チタンとバナジウムという化学元素の名前が古代ギリシャ神話の影響をどのように反映しているかを説明します。
なぜ金のラテン語名は Aurum (aurum)、銀は Argentum (argentum) なのでしょうか?
選択した化学元素の発見のストーリーを語り、その名前の語源を説明します。
次の化学元素の「座標」、つまり D.I. メンデレーエフの周期表における位置 (元素番号、周期番号とその種類 - 大または小、グループ番号とサブグループ - 主または副グループ) を書き留めます: カルシウム、亜鉛、アンチモン、タンタル、ユウロピウム。
表 1 にリストされている化学元素を、「元素記号の読み方」に基づいて 3 つのグループに分類します。このアクティビティを行うと、化学記号を覚えたり、元素記号を発音したりするのに役立ちますか?

化学元素の周期系は、1869 年に D. I. メンデレーエフによって発見された周期法則に基づいて作成された化学元素の分類です。

D.I.メンデレーエフ

この法則の現代的な定式化によれば、原子核の正電荷の大きさが増加する順に配置された一連の元素では、同様の特性を持つ元素が周期的に繰り返されます。

表形式で表示される化学元素の周期表は、周期、系列、およびグループで構成されます。

各期間の初め（最初の期間を除く）では、元素は顕著な金属特性（アルカリ金属）を持ちます。

カラーテーブルの記号: 1 - 元素の化学記号。 2 - 名前。 3 - 原子量（原子量）。 4 - シリアル番号。 5 - 層全体にわたる電子の分布。

元素の原子番号が増加するにつれて、その原子核の正電荷に等しく、金属的特性は徐々に弱まり、非金属的特性が増加します。各周期の最後から 2 番目の元素は、顕著な非金属特性を持つ元素 () であり、最後の元素は不活性ガスです。期間Iには2つの要素があり、IIとIIIには8つの要素があり、IVとVには18の要素があり、VIには32の要素があり、VII（未完了の期間）には17の要素があります。

最初の 3 つの期間は小期間と呼ばれ、それぞれが 1 つの水平行で構成されます。残りは大きな期間であり、それぞれ（VII期間を除く）は偶数（上）と奇数（下）の2つの水平行で構成されます。大きな周期の偶数列では金属のみが見つかります。これらの系列の要素のプロパティは、序数が増加するにつれてわずかに変化します。大きな周期の奇数行の要素の特性が変化します。第 VI 期では、ランタンの後に 14 種類の元素が続き、化学的性質が非常に似ています。ランタニドと呼ばれるこれらの元素は、メインの表の下に個別にリストされています。アクチニウムに続く元素であるアクチニドも同様に表に示されています。

テーブルには 9 つの垂直グループがあります。まれな例外を除いて、グループ番号は、このグループの元素の最も高い正の価数に等しくなります。 0 と 8 を除く各グループはサブグループに分割されます。 - メイン (右側にあります) とセカンダリ。主要なサブグループでは、原子番号が増加するにつれて、元素の金属的性質が強くなり、非金属的性質が弱まります。

したがって、元素の化学的性質や物理的性質の数は、特定の元素が周期表で占める位置によって決まります。

生物起源元素、つまり生物の一部であり、その中で特定の生物学的役割を果たす元素は、周期表の上部を占めます。生物物質の大部分 (99% 以上) を構成する元素が占める細胞は青色に色付けされ、微量元素が占める細胞はピンク色に色付けされます (参照)。

化学元素の周期表は現代自然科学の最大の成果であり、最も一般的な自然法則を鮮やかに表現したものです。

「原子量」も参照してください。

化学元素の周期系は、1869 年に彼が発見した周期法則に基づいて、D. I. メンデレーエフによって作成された化学元素の自然な分類です。

D.I. メンデレーエフの周期法則は、その元の定式化の中で、「化学元素の特性、ならびにそれらの化合物の形態と特性は、元素の原子量に周期的に依存する」と述べています。その後、原子の構造に関する理論の発展に伴い、各元素のより正確な特性は原子量 (参照) ではなく、元素の原子核の正電荷の値であることが示されました。 D.I.メンデレーエフの周期系におけるこの元素のシリアル（原子）番号に等しい。原子は全体として電気的に中性であるため、原子核上の正電荷の数は、原子核を取り囲む電子の数に等しくなります。これらのデータに照らして、周期法則は次のように定式化されます。化学元素の特性、およびその化合物の形態と特性は、原子核の正電荷の大きさに周期的に依存します。これは、原子核の正電荷が増加する順に配置された一連の元素の中で、同様の特性を持つ元素が周期的に繰り返されることを意味します。

化学元素の周期表の表形式が現代的な形式で表示されます。期間、シリーズ、グループで構成されます。周期は、原子核の正電荷が増加する順序で配置された連続する水平方向の一連の要素を表します。

各期間の初め（最初の期間を除く）には、顕著な金属特性を持つ元素（アルカリ金属）が存在します。そして、シリアル番号が大きくなるにつれて、要素の金属的性質が徐々に弱まり、非金属的性質が増加します。各周期の最後から 2 番目の元素は、顕著な非金属特性を持つ元素 (ハロゲン) であり、最後の元素は不活性ガスです。最初の期間は 2 つの元素で構成され、ここでのアルカリ金属とハロゲンの役割は水素によって同時に果たされます。第 II 期と第 III 期には、メンデレーエフが典型と呼ぶ 8 つの要素がそれぞれ含まれています。期間 IV と V にはそれぞれ 18 個の要素 (VI-32) が含まれています。 VII 期間はまだ完了しておらず、人工的に作成された要素が補充されています。この期間には現在 17 個の要素があります。期間 I、II、III は小と呼ばれ、それぞれが 1 つの水平行で構成され、IV-VII は大と呼ばれます。それらは (VII を除いて) 偶数 (上) と奇数 (下) の 2 つの水平行を含みます。大きな周期の偶数列には金属のみが存在し、列内の元素の性質の左から右への変化が弱く表現されます。

大きな周期の奇数系列では、系列内の要素の特性は、典型的な要素の特性と同じように変化します。 VI 期の偶数列には、ランタンの後に 14 個の元素 [ランタニド (参照)、ランタニド、希土類元素と呼ばれます] があり、化学的性質がランタンと似ており、また互いに似ています。それらのリストは、表の下に別途示されています。

アクチニウムに続く元素 - アクチニド (アクチニド) - は個別にリストされ、表の下にリストされます。

化学元素の周期表では、9 つのグループが縦に配置されています。グループ番号は、このグループの元素の最大の正の原子価に等しい (参照)。例外は、フッ素 (負の一価のみであることができる) と臭素 (七価であることはできない) です。さらに、銅、銀、金は +1 より大きい価数を示すことができ (Cu-1 および 2、Ag および Au-1 および 3)、VIII 族の元素のうち、+8 の価数を持つのはオスミウムとルテニウムだけです。。 8 番目と 0 を除く各グループは、メイングループ (右側) と 2 番目のサブグループの 2 つのサブグループに分割されます。主要なサブグループには典型的な元素と長周期の元素が含まれ、二次サブグループには長周期の元素のみが含まれ、さらに金属も含まれます。

化学的性質の観点から見ると、特定のグループの各サブグループの元素は互いに大きく異なり、最大の正の価数のみが特定のグループのすべての元素で同じになります。主要なサブグループでは、上から下に、元素の金属的性質が強化され、非金属的性質が弱められます (たとえば、フランシウムは最も顕著な金属的性質を持つ元素であり、フッ素は非金属です)。したがって、メンデレーエフの周期系 (序数) における元素の位置によって、その特性が決まります。その特性は、垂直方向と水平方向に隣接する元素の特性の平均です。

一部の要素グループには特別な名前が付いています。したがって、グループIの主要なサブグループの元素はアルカリ金属、グループII - アルカリ土類金属、グループVII - ハロゲン、ウランの後ろに位置する元素 - 超ウランと呼ばれます。生物の一部であり、代謝プロセスに参加し、明確な生物学的役割を持つ要素は、生体要素と呼ばれます。それらはすべて、D.I.メンデレーエフの表の上部を占めています。これらは主に O、C、H、N、Ca、P、K、S、Na、Cl、Mg、Fe であり、生物物質の大部分 (99% 以上) を占めます。周期表内でこれらの元素が占める場所は水色で色付けされています。体内にごくわずか（10 -3 ～ 10 -14%）しか存在しない生体元素は、微量元素と呼ばれます（参照）。黄色に着色された周期系の細胞には微量元素が含まれており、その微量元素が人間にとって非常に重要であることが証明されています。

原子構造の理論 (「原子」を参照) によれば、元素の化学的性質は主に外側の電子殻内の電子の数に依存します。原子核の正電荷の増加に伴う元素の特性の周期的変化は、原子の外側の電子殻 (エネルギー準位) の構造が周期的に繰り返されることで説明されます。

短い周期では、原子核の正電荷の増加に伴い、外殻内の電子の数は、周期 I では 1 から 2 に、周期 II および III では 1 から 8 に増加します。したがって、アルカリ金属から不活性ガスに至るまでの期間における元素の性質の変化となります。 8 個の電子を含む外側の電子殻は完全でエネルギー的に安定しています (グループ 0 の元素は化学的に不活性です)。

偶数列の長い期間では、原子核の正電荷が増加するにつれて、外殻内の電子の数は一定 (1 または 2) のままになり、2 番目の外殻は電子で満たされます。したがって、偶数行の要素のプロパティはゆっくりと変化します。奇数系列の大周期では、原子核の電荷が増加するにつれて、外殻は電子 (1 から 8) で満たされ、元素の特性は通常の元素と同じように変化します。

原子内の電子殻の数は周期数に等しい。主要なサブグループの元素の原子は、その外殻にグループの数に等しい数の電子を持っています。側部分群の元素の原子は、その外殻に 1 つまたは 2 つの電子を含みます。これは、主サブグループと二次サブグループの元素の特性の違いを説明します。グループ番号は、化学 (価数) 結合の形成に関与できる電子の数を示します (「分子」を参照)。したがって、そのような電子は価数と呼ばれます。側サブグループの元素の場合、外殻の電子だけでなく、最後から 2 番目の電子も価数になります。電子殻の数と構造は、添付の化学元素周期表に示されています。

D.I.メンデレーエフの周期法則とそれに基づくシステムは、科学と実践において非常に重要です。周期法則と周期系は、新しい化学元素の発見、それらの原子量の正確な決定、原子の構造に関する教義の発展、地殻内での元素の分布に関する地球化学法則の確立の基礎となりました。生物の組成とそれに関連するパターンが周期体系に従っているという、生物に関する現代的な考え方の発展。元素の生物活性と体内のその含有量も、メンデレーエフの周期表の中でその元素が占める位置によって主に決まります。したがって、多くのグループのシリアル番号が増加すると、元素の毒性が増加し、体内の元素の含有量が減少します。周期法則は、自然発展の最も一般的な弁証法則を明確に表現したものです。

多くの科学者が化学元素を体系化する試みを行ってきました。しかし、1869年になって初めて、D.I.メンデレーエフは、化学物質の関係と依存性、および原子核の電荷を確立する元素の分類を作成することができました。

話

周期律の現代的な定式化は次のとおりです。化学元素の特性、および元素の化合物の形態と特性は、元素の原子核の電荷に周期的に依存します。

この法則が発見されるまでに、63 の化学元素が知られていました。しかし、これらの元素の多くの原子量は誤って決定されました。

19世紀には科学はまだ原子の構造に関する情報を持っていなかったので、D.I.メンデレーエフ自身は1869年に、元素の原子量への周期的な依存性としての法則を定式化しました。しかし、科学者の独創的な先見の明により、元素や物質の特性の周期性を決定するパターンを同時代の誰よりも深く理解することができました。彼は原子量の増加だけでなく、物質や元素の既知の特性も考慮に入れ、周期性の考えを基礎にして、未知の元素や物質の存在と特性を正確に予測することができました。当時の科学に基づいて、多くの元素の原子質量を修正し、空のスペースを残して再配置を行い、系内で元素を正しく配置しました。

米。 1. D.I.メンデレーエフ。

メンデレーエフが周期表の夢を見たという伝説があります。ただし、これは単なる美しい話であり、証明された事実ではありません。

周期表の構造

D.I. メンデレーエフによる化学元素の周期表は、彼自身の法則を図的に反映しています。元素は、特定の化学的および物理的意味に従って表に配置されています。元素の位置によって、その価数、電子の数、その他多くの特徴を決定できます。表は横方向に大期と小期に、縦方向にグループに分かれています。

米。 2. 周期表。

アルカリ金属で始まり、非金属の性質を持つ物質で終わる 7 つの期間があります。 8 つの列で構成されるグループは、メインとセカンダリのサブグループに分けられます。

科学のさらなる発展により、特定の間隔での元素の特性の周期的な繰り返し、特に第 2 と第 3 の小周期で明確に現れるのは、価電子が位置する外側のエネルギー準位の電子構造の繰り返しによって説明されることが示されました。、これにより、反応において化学結合や新しい物質の形成が発生します。したがって、各垂直列グループには、繰り返しの特徴を持つ要素が存在します。これは、非常に活性なアルカリ金属族（グループ I、メインサブグループ）および非ハロゲン金属（グループ VII、メインサブグループ）を含むグループで明確に現れます。期間全体にわたって左から右に、電子の数は 1 から 8 に増加しますが、元素の金属特性は減少します。したがって、金属特性は、外側準位に存在する電子が少ないほど顕著になります。

米。 3. 周期表の小周期と大周期。

イオン化エネルギー、電子親和力エネルギー、電気陰性度などの原子の特性も周期的に発生します。これらの量は、原子が外部レベルから電子を放棄する (イオン化)、または他の人の電子を外部レベルに保持する (電子親和力) 能力に関連付けられています。受け取った合計評価数: 146。

定期的法律D.I. メンデレーエフ:単体の特性、および化合物の形状と特性要素の違いは周期的に依存します元素の原子量の値 (元素の特性は、原子核の原子の電荷に周期的に依存します)。

元素の周期表。メンデレーエフは、リチウムからネオン、またはナトリウムからアルゴンまでの一連の 8 つの元素のように、性質が連続的に変化する一連の元素を周期と呼びました。ナトリウムがリチウムの下に、アルゴンがネオンの下にあるように、これら 2 つの期間を上下に書くと、次のような元素の配置が得られます。

この配置により、垂直の列には、リチウムとナトリウム、ベリリウムとマグネシウムなど、性質が似ていて原子価が同じ元素が含まれます。

メンデレーエフは、すべての元素を周期に分割し、ある周期を別の周期の下に配置して、形成される化合物の性質と種類が似ている元素が互いの下に配置されるようにして、グループと系列による元素の周期系と呼ぶ表を作成しました。

周期系の意味私たちは。元素周期表はその後の化学の発展に大きな影響を与えました。これは化学元素の最初の自然な分類であり、それらが調和のとれたシステムを形成し、相互に密接に関連していることを示しただけでなく、さらなる研究のための強力なツールでもありました。

7. 化学元素の性質の周期的変化。原子半径とイオン半径。イオン化エネルギー。電子親和力。電気陰性度。

原子半径の原子核 Z の電荷への依存性は周期的です。 1 周期内では、Z が増加するにつれて原子のサイズが小さくなる傾向があり、これは特に短い周期で顕著に観察されます。

新しい電子層の構築が始まると、原子核からより遠くなるにつれて、つまり次の期間への移行中に、原子半径は増加します（たとえば、フッ素原子とナトリウム原子の半径を比較してください）。その結果、サブグループ内では核電荷の増加に伴い、原子のサイズが増加します。

電子原子の損失はその有効サイズの減少につながり、過剰な電子の追加は増加につながります。したがって、正に帯電したイオン (カチオン) の半径は常に小さく、負に帯電した非 (アニオン) の半径は、対応する電気的に中性の原子の半径よりも常に大きくなります。

1 つのサブグループ内では、核電荷の増加に伴って同じ電荷のイオンの半径が増加しますが、このパターンは、電子層の数の増加と、原子核からの外側の電子の距離の増加によって説明されます。

金属の最も特徴的な化学的性質は、その原子が容易に外部電子を手放して正電荷のイオンに変化する能力であるのに対し、非金属は逆に電子を加えて負イオンを形成する能力を特徴とします。原子から電子を取り出して陽イオンに変換するには、イオン化エネルギーと呼ばれるエネルギーを消費する必要があります。

イオン化エネルギーは、電場で加速された電子を原子に衝突させることによって決定できます。電子速度が原子をイオン化するのに十分になる最低の電界電圧は、特定の元素の原子のイオン化ポテンシャルと呼ばれ、ボルトで表されます。十分なエネルギーを消費すると、原子から 2 つ、3 つ、またはそれ以上の電子を取り除くことができます。したがって、彼らは、第 1 イオン化ポテンシャル (原子からの最初の電子の除去のエネルギー) と第 2 イオン化ポテンシャル (2 番目の電子の除去のエネルギー) について話します。

上で述べたように、原子は電子を供与するだけでなく、電子を受け取ることもできます。電子が自由原子に追加されるときに放出されるエネルギーは、原子の電子親和力と呼ばれます。電子親和力は、イオン化エネルギーと同様に、通常は電子ボルトで表されます。したがって、水素原子の電子親和力は 0.75 eV、酸素 - 1.47 eV、フッ素 - 3.52 eV です。

金属原子の電子親和力は通常、ゼロまたは負に近いです。このことから、ほとんどの金属の原子にとって、電子の追加はエネルギー的に不利であることがわかります。非金属原子の電子親和力は常に正であり、大きければ大きいほど、非金属は周期表の希ガスに近くなります。これは、期間の終わりが近づくにつれて非金属の特性が増加することを示しています。

学校に通っていた人なら誰でも、必修科目の一つが化学だったことを覚えているでしょう。あなたは彼女を好きかもしれませんし、嫌いかもしれません - それは問題ではありません。そして、この分野の知識の多くはすでに忘れ去られ、生活の中で活用されていない可能性があります。しかし、誰もがおそらく D.I. メンデレーエフの化学元素表を覚えているでしょう。多くの人にとって、それは各四角形に化学元素の名前を示す特定の文字が書かれた色とりどりの表のままでした。しかし、ここでは化学そのものについては話せず、何百もの化学反応やプロセスについて説明します。しかし、そもそも周期表がどのようにしてできたのかについて説明します。この話はどんな人にとっても、そして実際、すべての人にとって興味深いものとなるでしょう。興味深く役立つ情報に飢えています。

ちょっとした背景

1668 年に遡ると、アイルランドの傑出した化学者、物理学者、神学者であるロバートボイルは、錬金術に関する多くの神話が誤りであることが暴かれ、分解できない化学元素を探索する必要性について論じた本を出版しました。科学者はまた、わずか 15 個の元素からなるそれらのリストを提示しましたが、さらに多くの元素が存在する可能性があるという考えを認めました。これは、新しい要素の探索だけでなく、その体系化の出発点となりました。

100 年後、フランスの化学者アントワーヌラヴォアジエは、すでに 35 の元素を含む新しいリストを作成しました。そのうち23個は後に分解できないことが判明した。しかし、新しい元素の探索は世界中の科学者によって続けられました。そして、このプロセスで主な役割を果たしたのは、有名なロシアの化学者ドミトリー・イワノビッチ・メンデレーエフでした。彼は、元素の原子量と系内のそれらの位置の間に関係がある可能性があるという仮説を最初に提唱した人でした。

メンデレーエフは、化学元素の骨の折れる作業と比較のおかげで、元素間の関係、つまりそれらが 1 つになり得ること、そしてそれらの特性が当たり前のものではなく、周期的に繰り返される現象を表すことを発見することができました。その結果、1869年2月にメンデレーエフは最初の周期法則を策定し、すでに3月には彼の報告書「元素の原子量と性質の関係」が化学史家N.A.メンシュトキンによってロシア化学会に提出された。そして同年、メンデレーエフの論文はドイツの雑誌「化学雑誌」に掲載され、1871年にはドイツの別の雑誌「化学雑誌」がメンデレーエフの発見に特化した科学者による新しい広範な出版物を出版しました。

周期表の作成

1869年までに、主要なアイデアはすでにメンデレーエフによってかなり短期間で形成されていましたが、彼は長い間、それを、何が何であるかを明確に表示する秩序立ったシステムに形式化することができませんでした。同僚のA.A. イノストランツェフとの会話の中で、彼は頭の中ですでにすべてを考えていたが、すべてを表にまとめることができなかったとさえ言いました。メンデレーエフの伝記作家によると、この後、メンデレーエフは机の上で骨の折れる作業を始め、それは3日間、一睡もせずに続いたという。彼らは元素を表に整理するためにあらゆる種類の方法を試みましたが、当時科学がまだすべての化学元素について把握していなかったという事実によって、作業も複雑になりました。しかし、それにもかかわらず、表は作成され、要素は体系化されました。

メンデレーエフの夢の伝説

D.I.メンデレーエフが自分のテーブルについて夢を見ていたという話を聞いたことがある人は多いでしょう。このバージョンは、前述のメンデレーエフの同僚 A.A. イノストランツェフによって、生徒たちを楽しませる面白い話として積極的に広められました。彼は、ドミトリー・イワノビッチがベッドに入り、夢の中ですべての化学元素が正しい順序で配置されているテーブルをはっきりと見たと言いました。この後、学生たちは「40度のウォッカも同じように発見された」と冗談を言い合った。しかし、この物語には睡眠に関する本当の前提条件がまだありました。すでに述べたように、メンデレーエフは睡眠も休息もせずにテーブルで働き、イノストランツェフはかつて彼が疲れて疲れ果てているのを見つけました。日中、メンデレーエフは少し休むことにしましたが、しばらくしてから突然目が覚め、すぐに紙を手に取り、その上に既製の表を描きました。しかし、科学者自身は、この話全体を夢で否定し、次のように述べました。「私はおそらく20年間、それについて考えてきました。そしてあなたはこう思います：私は座っていましたが、突然...準備ができました。」したがって、夢の伝説は非常に魅力的かもしれませんが、テーブルの作成は努力によってのみ可能でした。

今後の作業

1869 年から 1871 年にかけて、メンデレーエフは科学界が傾いた周期性の考えを発展させました。そして、このプロセスの重要な段階の 1 つは、他の要素の特性と比較したその特性の全体性に基づいて、システム内の要素が持つべきことを理解することでした。これに基づいて、またガラス形成酸化物の変化に関する研究結果にも依存して、化学者はウラン、インジウム、ベリリウムなどを含むいくつかの元素の原子量の値を修正することができました。

もちろん、メンデレーエフは、表に残った空のセルをすぐに埋めたいと考え、1870年に、科学では知られていない化学元素が間もなく発見され、その原子質量と特性を計算できるようになるだろうと予測しました。最初のものはガリウム (1875 年発見)、スカンジウム (1879 年発見)、ゲルマニウム (1885 年発見) でした。その後も予測は現実化し続け、ポロニウム (1898 年)、レニウム (1925 年)、テクネチウム (1937 年)、フランシウム (1939 年)、アスタチン (1942 ～ 1943 年) を含む、さらに 8 つの新しい元素が発見されました。ちなみに、1900年にD.I.メンデレーエフとスコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼイは、表にはゼロ族の元素も含めるべきであるという結論に達しました - 1962年まではそれらは不活性ガスと呼ばれ、それ以降は希ガスと呼ばれていました。

周期表の構成

D.I. メンデレーエフの表の化学元素は、質量の増加に従って行に配置されており、行の長さは、それらの元素が同様の特性を持つように選択されます。例えば、ラドン、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウムなどの希ガスは、他の元素と反応しにくく、化学反応性も低いため、一番右の列に配置されています。また、左の列の元素 (カリウム、ナトリウム、リチウムなど) は他の元素とよく反応し、反応自体は爆発的です。簡単に言うと、各列内の要素は、列ごとに異なる同様のプロパティを持ちます。 92 番までのすべての元素は自然界に存在し、93 番からは実験室条件でのみ作成できる人工元素が始まります。

オリジナル版では、周期系は自然界に存在する秩序を反映するものとしてのみ理解されており、なぜすべてがこのようになるのかについての説明はありませんでした。量子力学が登場して初めて、表内の要素の順序の本当の意味が明らかになりました。

創造的なプロセスにおける教訓

D.I.メンデレーエフの周期表作成の歴史全体から創造的プロセスのどのような教訓を引き出すことができるかについて言えば、創造的思考の分野における英国の研究者グラハム・ウォレスとフランスの科学者アンリ・ポアンカレのアイデアを例として挙げることができます。。簡単に説明しましょう。

ポアンカレ (1908 年) とグラハムウォレス (1926 年) の研究によると、創造的思考には主に 4 つの段階があります。

準備– 主な問題を定式化し、それを解決する最初の試みの段階。
インキュベーション– プロセスから一時的に注意が逸れる段階ですが、問題の解決策を見つける作業は潜在意識のレベルで行われます。
洞察力– 直感的な解決策が見つかる段階。さらに、この解決策は問題とはまったく関係のない状況でも見つかる可能性があります。
検査– ソリューションのテストと実装の段階。このソリューションがテストされ、さらに開発される可能性があります。

ご覧のとおり、表を作成する過程で、メンデレーエフはまさにこれら 4 つの段階を直感的に実行しました。これがどの程度効果的であるかは、結果によって判断できます。テーブルが作成されたという事実によって。そして、その創設が化学科学だけでなく人類全体にとっても大きな前進であったことを考えると、上記の 4 つの段階は小規模プロジェクトの実施と世界規模の計画の実施の両方に適用できます。覚えておくべき重要なことは、どんなに夢の中でそれらを見たいと思っても、どれだけ寝ても、単一の発見や問題の単一の解決策は単独では見つけられないということです。化学元素表を作成する場合でも、新しいマーケティングプランを作成する場合でも、何かをうまく進めるためには、一定の知識とスキルを持ち、自分の可能性を上手に活かして努力する必要があります。

あなたの努力が成功し、計画が成功裏に実行されることを祈っています。

化学元素の周期表とその構造。 周期表D

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