Ķīmisko elementu periodiskā tabula un tās struktūra. Periodiskā tabula D

Spožais krievu ķīmiķis D.I.Mendeļejevs visu mūžu izcēlās ar vēlmi izprast nezināmo. Šī vēlme, kā arī visdziļākās un plašākās zināšanas apvienojumā ar nepārprotamu zinātnisku intuīciju ļāva Dmitrijam Ivanovičam izstrādāt ķīmisko elementu zinātnisko klasifikāciju - Periodisko sistēmu viņa slavenās tabulas veidā.

D.I. Mendeļejeva periodisko ķīmisko elementu sistēmu var iedomāties kā lielu māju, kurā “dzīvo kopā” pilnīgi visi cilvēkam zināmie ķīmiskie elementi. Lai varētu izmantot periodisko tabulu, ir jāizpēta ķīmiskais alfabēts, t.i., ķīmisko elementu pazīmes.

Ar viņu palīdzību jūs iemācīsities rakstīt vārdus - ķīmiskās formulas, un uz to pamata varēsiet uzrakstīt teikumus - ķīmisko reakciju vienādojumus. Katrs ķīmiskais elements ir apzīmēts ar savu ķīmisko zīmi jeb simbolu, kas kopā ar ķīmiskā elementa nosaukumu ir ierakstīts D. I. Mendeļejeva tabulā. Pēc zviedru ķīmiķa J. Berzēliusa ierosinājuma ķīmisko elementu latīņu nosaukumu sākuma burti vairumā gadījumu tika pieņemti kā simboli. Tādējādi ūdeņradi (latīņu nosaukums Hydrogenium - hydrogenium) apzīmē ar burtu H (lasi "pelni"), skābekli (latīņu nosaukums Oxygenium - oxygenium) - ar burtu O (lasi "o"), oglekli (latīņu nosaukums Сarboneum - carboneum ) - ar burtu C (lasiet "tse").

Vairāku citu ķīmisko elementu latīņu nosaukumi sākas ar burtu C: kalcijs (

Kalcijs), varš (Cuprum), kobalts (Cobaltum) uc Lai tos atšķirtu, I. Berzēliuss ierosināja latīņu nosaukuma sākuma burtam pievienot vienu no turpmākajiem vārda burtiem. Tādējādi kalcija ķīmiskā zīme tiek rakstīta ar simbolu Ca (lasīt “kalcijs”), varš - Cu (lasīt “kauss”), kobalts - Co (lasīt “kobalts”).

Dažu ķīmisko elementu nosaukumi atspoguļo elementu svarīgākās īpašības, piemēram, ūdeņradis - kas ražo ūdeni, skābeklis - kas ražo skābes, fosfors - kas nes gaismu (20. att.) utt.

Rīsi. 20.
D. I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementa Nr. 15 nosaukuma etimoloģija

Citi elementi ir nosaukti Saules sistēmas debess ķermeņu vai planētu vārdos - selēns un telūrs (21. att.) (no grieķu Selēna - Mēness un Telluris - Zeme), urāns, neptūnijs, plutonijs.

Rīsi. 21.
D. I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementa Nr.52 nosaukuma etimoloģija

Daži nosaukumi aizgūti no mitoloģijas (22. att.). Piemēram, tantals. Tas bija mīļotā Zeva dēla vārds. Par noziegumiem pret dieviem Tantals tika bargi sodīts. Viņš piecēlās līdz kaklam ūdenī, un pār viņu karājās zari ar sulīgiem, smaržīgiem augļiem. Taču, tiklīdz viņš gribēja dzert, ūdens no viņa tecēja, tiklīdz viņš gribēja remdēt izsalkumu, viņš pastiepa roku uz augļiem - zari novirzījās uz sāniem. Mēģinot izolēt tantalu no rūdām, ķīmiķi piedzīvoja ne mazākas mokas.

Rīsi. 22.
D. I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementa Nr. 61 nosaukuma etimoloģija

Daži elementi tika nosaukti dažādu valstu vai pasaules daļu vārdā. Piemēram, germānijs, gallijs (Gallija ir senais Francijas nosaukums), polonijs (par godu Polijai), skandijs (par godu Skandināvijai), francijs, rutēnijs (Rutēnijs ir Krievijas latīņu nosaukums), eiropijs un americijs. Šeit ir elementi, kas nosaukti pilsētu vārdā: hafnijs (par godu Kopenhāgenai), lutecijs (senos laikos Parīzi sauca par Luteciju), berkelijs (par godu Bērklijas pilsētai ASV), itrijs, terbijs, erbijs, iterbijs ( šo elementu nosaukumi nāk no Iterbijas - mazas pilsētas Zviedrijā, kur pirmo reizi tika atklāts šos elementus saturošais minerāls), dubnium (23. att.).

Rīsi. 23.
D. I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementa Nr. 105 nosaukuma etimoloģija

Visbeidzot, elementu nosaukumos iemūžināti lielo zinātnieku vārdi: kūrijs, fermijs, einšteinijs, mendelēvijs (24. att.), Lawrencium.

Rīsi. 24.
D. I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas elementa Nr. 101 nosaukuma etimoloģija

Katrs ķīmiskais elements ir piešķirts periodiskajā tabulā, visu elementu kopējā "mājā", savs "dzīvoklis" - šūna ar stingri noteiktu numuru. Šī skaitļa dziļākā nozīme jums tiks atklāta, turpinot mācīties ķīmiju. Šo “dzīvokļu” stāvu skaits ir arī stingri sadalīts - periodi, kuros elementi “dzīvo”. Tāpat kā elementa sērijas numurs (“dzīvokļa” numurs), arī perioda (“stāva”) numurs satur svarīgāko informāciju par ķīmisko elementu atomu uzbūvi. Horizontāli - "stāvi" - periodiskā tabula ir sadalīta septiņos periodos:

• 1. periods ietver divus elementus: ūdeņradi H un hēliju He;
• 2. periods sākas ar litiju Li un beidzas ar neona Ne (8 elementi);
• 3. periods sākas ar nātrija Na un beidzas ar argonu Ar (8 elementi).

Pirmos trīs periodus, no kuriem katrs sastāv no vienas rindas, sauc par mazajiem periodiem.

Katrs 4., 5. un 6. periods ietver divas elementu rindas; tos sauc par lielajiem periodiem; 4. un 5. periods satur 18 elementus katrā, 6. - 32 elementus.

7. periods ir nepabeigts, pagaidām sastāv tikai no vienas rindas.

Pievērsiet uzmanību periodiskās tabulas "pagraba stāviem" - tur "dzīvo" 14 dvīņu elementi, daži pēc īpašībām ir līdzīgi lantānam La, citi - aktīnijam Ac, kas tos attēlo tabulas augšējos "stāvos": 6. un 7. periods.

Vertikāli ķīmiskie elementi, kas “dzīvo” “dzīvokļos” ar līdzīgām īpašībām, atrodas viens zem otra vertikālās kolonnās - grupās, no kurām D. I. Mendeļejeva tabulā ir astoņas.

Katra grupa sastāv no divām apakšgrupām - galvenās un sekundārās. Apakšgrupu, kurā ietilpst gan īsa, gan gara perioda elementi, sauc par galveno apakšgrupu jeb grupu A. Apakšgrupu, kurā ietilpst tikai garu periodu elementi, sauc par sekundāro apakšgrupu jeb grupu B. Tādējādi I grupas galvenā apakšgrupa. (IA grupa) ietver litiju, nātriju, kāliju, rubīdiju un francijs ir litija Li apakšgrupa; šīs grupas sānu apakšgrupu (IB grupa) veido varš, sudrabs un zelts - šī ir Cu vara apakšgrupa.

Papildus D.I. Mendeļejeva tabulas formai, ko sauc par īsperiodu (tā ir parādīta mācību grāmatas lappusē), ir arī daudzas citas formas, piemēram, garā perioda versija.

Tāpat kā bērns no lego spēles elementiem var uzbūvēt ļoti daudz dažādu priekšmetu (skat. 10. att.), tā no ķīmiskajiem elementiem daba un cilvēks ir radījuši dažādas vielas, kas mūs ieskauj. Vēl skaidrāks ir cits modelis: tāpat kā 33 krievu alfabēta burti veido dažādas kombinācijas, desmitiem tūkstošu vārdu, tā 114 ķīmiskie elementi dažādās kombinācijās rada vairāk nekā 20 miljonus dažādu vielu.

Mēģiniet apgūt vārdu veidošanās likumus – ķīmiskās formulas, un tad jūsu priekšā pavērsies vielu pasaule visā tās krāsainajā daudzveidībā.

Bet, lai to izdarītu, vispirms jāapgūst burti - ķīmisko elementu simboli (1. tabula).

1. tabula
Dažu ķīmisko elementu nosaukumi

Atslēgas vārdi un frāzes

1. D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskā tabula (tabula).
2. Lieli un mazi periodi.
3. Grupas un apakšgrupas - galvenā (A grupa) un sekundārā (B grupa).
4. Ķīmisko elementu simboli.

Darbs ar datoru

1. Skatiet elektronisko pieteikumu. Izpētiet nodarbības materiālu un izpildiet uzdotos uzdevumus.
2. Atrodiet internetā e-pasta adreses, kas var kalpot kā papildu avoti, kas atklāj rindkopas atslēgvārdu un frāžu saturu. Piedāvājiet savu palīdzību skolotājam jaunas stundas sagatavošanā - veidojiet atskaiti par nākamās rindkopas atslēgas vārdiem un frāzēm.

Jautājumi un uzdevumi

1. Izmantojot vārdnīcas (etimoloģiskie, enciklopēdiskie un ķīmiskie termini), nosauciet svarīgākās īpašības, kas atspoguļojas ķīmisko elementu nosaukumos: broms Br, slāpeklis N, fluors F.
2. Paskaidrojiet, kā ķīmisko elementu titāns un vanādijs nosaukumos atspoguļo sengrieķu mītu ietekmi.
3. Kāpēc zelta latīņu nosaukums ir Aurum (aurum) un sudraba - Argentum (argentum)?
4. Pastāstiet stāstu par jūsu izvēlēta ķīmiskā elementa atklāšanu un izskaidrojiet tā nosaukuma etimoloģiju.
5. Pierakstiet "koordinātas", t.i., pozīciju D.I. Mendeļejeva periodiskajā tabulā (elementa numurs, perioda numurs un tā veids - liels vai mazs, grupas numurs un apakšgrupa - galvenais vai mazais) šādiem ķīmiskajiem elementiem: kalcijs, cinks , antimons, tantals, eiropijs.
6. Sadaliet 1. tabulā norādītos ķīmiskos elementus trīs grupās, pamatojoties uz “ķīmiskā simbola izrunu”. Vai šīs aktivitātes veikšana varētu palīdzēt atcerēties ķīmiskos simbolus un izrunāt elementu simbolus?

Periodiskā ķīmisko elementu sistēma ir D. I. Mendeļejeva izveidotā ķīmisko elementu klasifikācija, pamatojoties uz viņa 1869. gadā atklāto periodisko likumu.

D. I. Mendeļejevs

Saskaņā ar šī likuma mūsdienu formulējumu nepārtrauktā elementu virknē, kas sakārtotas to atomu kodolu pozitīvā lādiņa pieauguma secībā, elementi ar līdzīgām īpašībām periodiski atkārtojas.

Ķīmisko elementu periodiskā tabula, kas parādīta tabulas veidā, sastāv no periodiem, sērijām un grupām.

Katra perioda sākumā (izņemot pirmo) elementam ir izteiktas metāliskas īpašības (sārmu metāls).

Krāsu tabulas simboli: 1 - elementa ķīmiskā zīme; 2 - vārds; 3 - atomu masa (atommasa); 4 - sērijas numurs; 5 - elektronu sadalījums pa slāņiem.

Palielinoties elementa atomu skaitam, kas vienāds ar tā atoma kodola pozitīvo lādiņu, metāliskās īpašības pakāpeniski vājinās un nemetāla īpašības palielinās. Priekšpēdējais elements katrā periodā ir elements ar izteiktām nemetāliskām īpašībām (), un pēdējais ir inerta gāze. I periodā ir 2 elementi, II un III - 8 elementi, IV un V - 18, VI - 32 un VII (nepabeigts periods) - 17 elementi.

Pirmos trīs periodus sauc par mazajiem periodiem, katrs no tiem sastāv no vienas horizontālas rindas; pārējais - lielos periodos, no kuriem katrs (izņemot VII periodu) sastāv no divām horizontālām rindām - pāra (augšējā) un nepāra (apakšējā). Vienmērīgi lielu periodu rindās atrodami tikai metāli. Elementu īpašības šajās sērijās nedaudz mainās, palielinoties kārtas skaitlim. Elementu īpašības lielu periodu nepāra rindās mainās. VI periodā lantānam seko 14 elementi, kas pēc ķīmiskajām īpašībām ir ļoti līdzīgi. Šie elementi, ko sauc par lantanīdiem, ir uzskaitīti atsevišķi zem galvenās tabulas. Aktinīdi, elementi, kas seko aktīnijam, tabulā ir parādīti līdzīgi.

Tabulā ir deviņas vertikālās grupas. Grupas numurs ar retiem izņēmumiem ir vienāds ar šīs grupas elementu augstāko pozitīvo valenci. Katra grupa, izņemot nulli un astoto, ir sadalīta apakšgrupās. - galvenais (atrodas pa labi) un sekundārais. Galvenajās apakšgrupās, palielinoties atomu skaitam, elementu metāliskās īpašības kļūst stiprākas un nemetāliskās īpašības vājinās.

Tādējādi elementu ķīmiskās un vairākas fizikālās īpašības nosaka vieta, ko konkrētais elements aizņem periodiskajā tabulā.

Biogēnie elementi, t.i., elementi, kas ir daļa no organismiem un pilda tajā noteiktu bioloģisko lomu, aizņem periodiskās tabulas augšējo daļu. Šūnas, kuras aizņem elementi, kas veido lielāko daļu (vairāk nekā 99%) dzīvās vielas, ir zilā krāsā; šūnas, kuras aizņem mikroelementi, ir krāsotas rozā (sk.).

Ķīmisko elementu periodiskā tabula ir mūsdienu dabaszinātņu lielākais sasniegums un visvispārīgāko dabas dialektisko likumu spilgta izpausme.

Skatīt arī Atomu svars.

Periodiskā ķīmisko elementu sistēma ir dabiska ķīmisko elementu klasifikācija, ko izveidojis D. I. Mendeļejevs, pamatojoties uz viņa 1869. gadā atklāto periodisko likumu.

Sākotnējā formulējumā D.I. Mendeļejeva periodiskais likums noteica: ķīmisko elementu īpašības, kā arī to savienojumu formas un īpašības periodiski ir atkarīgas no elementu atomu svara. Pēc tam, attīstot atoma uzbūves doktrīnu, tika parādīts, ka precīzāks katra elementa raksturlielums ir nevis atoma svars (sk.), bet gan elementa atoma kodola pozitīvā lādiņa vērtība, vienāds ar šī elementa sērijas (atomu) numuru D. I. Mendeļejeva periodiskajā sistēmā. Pozitīvo lādiņu skaits uz atoma kodola ir vienāds ar elektronu skaitu, kas ieskauj atoma kodolu, jo atomi kopumā ir elektriski neitrāli. Ņemot vērā šos datus, periodiskais likums tiek formulēts šādi: ķīmisko elementu īpašības, kā arī to savienojumu formas un īpašības periodiski ir atkarīgas no to atomu kodolu pozitīvā lādiņa lieluma. Tas nozīmē, ka nepārtrauktā elementu sērijā, kas sakārtota secībā, lai palielinātu to atomu kodolu pozitīvos lādiņus, elementi ar līdzīgām īpašībām periodiski atkārtosies.

Ķīmisko elementu periodiskās tabulas tabulas forma ir parādīta tās mūsdienu formā. Tas sastāv no periodiem, sērijām un grupām. Periods apzīmē secīgu horizontālu elementu sēriju, kas sakārtotas tā, lai palielinātu to atomu kodolu pozitīvo lādiņu.

Katra perioda sākumā (izņemot pirmo) ir kāds elements ar izteiktām metāliskām īpašībām (sārmu metāls). Tad, palielinoties sērijas numuram, elementu metāliskās īpašības pakāpeniski vājinās un nemetāliskās īpašības palielinās. Priekšpēdējais elements katrā periodā ir elements ar izteiktām nemetāliskām īpašībām (halogēns), bet pēdējais ir inertā gāze. Pirmais periods sastāv no diviem elementiem, sārmu metāla un halogēna lomu šeit vienlaikus spēlē ūdeņradis. II un III periods ietver katrs 8 elementus, kurus Mendeļejevs sauca par tipiskiem. IV un V periods satur 18 elementus katrā, VI-32. VII periods vēl nav pabeigts un tiek papildināts ar mākslīgi radītiem elementiem; Pašlaik šajā periodā ir 17 elementi. I, II un III periodi tiek saukti par maziem, katrs no tiem sastāv no vienas horizontālas rindas, IV-VII ir lieli: tajos (izņemot VII) ir divas horizontālas rindas - pāra (augšējā) un nepāra (apakšējā). Lielu periodu vienmērīgās rindās ir tikai metāli, un elementu īpašību izmaiņas rindā no kreisās uz labo ir vāji izteiktas.

Lielu periodu nepāra sērijās sērijas elementu īpašības mainās tāpat kā tipisko elementu īpašības. VI perioda pāra rindā pēc lantāna ir 14 elementi [saukti par lantanīdiem (sk.), lantanīdiem, retzemju elementiem], kas pēc ķīmiskajām īpašībām ir līdzīgi lantānam un viens otram. To saraksts ir sniegts atsevišķi zem tabulas.

Elementi, kas seko aktīnijam – aktinīdi (aktinoīdi) – ir uzskaitīti atsevišķi un norādīti zem tabulas.

Ķīmisko elementu periodiskajā tabulā deviņas grupas atrodas vertikāli. Grupas numurs ir vienāds ar šīs grupas elementu augstāko pozitīvo valenci (sk.). Izņēmumi ir fluors (var būt tikai negatīvi vienvērtīgs) un broms (nevar būt septiņvērtīgs); turklāt vara, sudraba, zelta valence var būt lielāka par +1 (Cu-1 un 2, Ag un Au-1 un 3), un no VIII grupas elementiem tikai osmija un rutēnija valence ir +8. . Katra grupa, izņemot astoto un nulli, ir sadalīta divās apakšgrupās: galvenajā (atrodas pa labi) un sekundārajā. Galvenās apakšgrupas ietver tipiskus elementus un garo periodu elementus, sekundārajās apakšgrupās ir tikai garo periodu elementi un turklāt metāli.

Ķīmisko īpašību ziņā katras dotās grupas apakšgrupas elementi būtiski atšķiras viens no otra, un visiem dotās grupas elementiem ir vienāda tikai augstākā pozitīvā valence. Galvenajās apakšgrupās no augšas uz leju elementu metāliskās īpašības tiek nostiprinātas un nemetālisko – vājinātas (piemēram, francijs ir elements ar visizteiktākajām metāliskām īpašībām, bet fluors – nemetālisks). Tādējādi elementa vieta Mendeļejeva periodiskajā sistēmā (kārtas skaitlis) nosaka tā īpašības, kas ir blakus esošo elementu īpašību vidējā vērtība vertikāli un horizontāli.

Dažām elementu grupām ir īpaši nosaukumi. Tādējādi I grupas galveno apakšgrupu elementus sauc par sārmu metāliem, II grupu - sārmzemju metāliem, VII grupu - halogēniem, elementus, kas atrodas aiz urāna - transurānu. Elementus, kas ir daļa no organismiem, piedalās vielmaiņas procesos un kuriem ir skaidra bioloģiskā loma, sauc par biogēniem elementiem. Tie visi ieņem D.I.Mendeļejeva tabulas augšējo daļu. Tie galvenokārt ir O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg un Fe, kas veido lielāko daļu dzīvās vielas (vairāk nekā 99%). Vietas, ko šie elementi aizņem periodiskajā tabulā, ir iekrāsotas gaiši zilā krāsā. Biogēnos elementus, kuru organismā ir ļoti maz (no 10 -3 līdz 10 -14%), sauc par mikroelementiem (sk.). Periodiskās sistēmas šūnas, kas iekrāsotas dzeltenā krāsā, satur mikroelementus, kuru vitāli svarīgā nozīme cilvēkam ir pierādīta.

Saskaņā ar atomu uzbūves teoriju (sk. Atoms) elementu ķīmiskās īpašības galvenokārt ir atkarīgas no elektronu skaita ārējā elektronu apvalkā. Periodiskās izmaiņas elementu īpašībās ar atomu kodolu pozitīvā lādiņa palielināšanos izskaidrojamas ar periodisku atomu ārējā elektronu apvalka struktūras (enerģijas līmeņa) atkārtošanos.

Nelielos periodos, palielinoties kodola pozitīvajam lādiņam, elektronu skaits ārējā apvalkā palielinās no 1 līdz 2 I periodā un no 1 līdz 8 II un III periodā. Līdz ar to elementu īpašību izmaiņas laika posmā no sārmu metāla uz inertu gāzi. Ārējais elektronu apvalks, kas satur 8 elektronus, ir pilnīgs un enerģētiski stabils (nulles grupas elementi ir ķīmiski inerti).

Ilgos periodos pat rindās, palielinoties kodolu pozitīvajam lādiņam, elektronu skaits ārējā apvalkā paliek nemainīgs (1 vai 2) un otrais ārējais apvalks ir piepildīts ar elektroniem. Līdz ar to notiek lēna elementu īpašību maiņa pāra rindās. Lielo periodu nepāra sērijās, palielinoties kodolu lādiņam, ārējais apvalks ir piepildīts ar elektroniem (no 1 līdz 8), un elementu īpašības mainās tāpat kā tipiskajiem elementiem.

Elektronu čaulu skaits atomā ir vienāds ar perioda skaitli. Galveno apakšgrupu elementu atomu ārējos apvalkos elektronu skaits ir vienāds ar grupas numuru. Sānu apakšgrupu elementu atomi ārējos apvalkos satur vienu vai divus elektronus. Tas izskaidro galvenās un sekundārās apakšgrupas elementu īpašību atšķirību. Grupas numurs norāda iespējamo elektronu skaitu, kas var piedalīties ķīmisko (valences) saišu veidošanā (sk. Molekula), tādēļ šādus elektronus sauc par valenci. Sānu apakšgrupu elementiem valence ir ne tikai ārējo apvalku elektroni, bet arī priekšpēdējo. Elektronu čaulu skaits un struktūra ir norādīta pievienotajā ķīmisko elementu periodiskajā tabulā.

D.I.Mendeļejeva periodiskajam likumam un uz to balstītajai sistēmai ir ārkārtīgi liela nozīme zinātnē un praksē. Periodiskais likums un sistēma bija pamats jaunu ķīmisko elementu atklāšanai, precīzai to atomu svara noteikšanai, atomu uzbūves doktrīnas izstrādei, ģeoķīmisko likumu noteikšanai par elementu izplatību zemes garozā un mūsdienu priekšstatu attīstība par dzīvo vielu, kuras sastāvs un ar to saistītie modeļi ir saskaņā ar periodisko sistēmu. Elementu bioloģisko aktivitāti un to saturu organismā lielā mērā nosaka arī vieta, ko tie ieņem Mendeļejeva periodiskajā tabulā. Tādējādi, palielinoties sērijas numuram vairākās grupās, elementu toksicitāte palielinās un to saturs organismā samazinās. Periodiskais likums ir skaidra dabas attīstības vispārīgāko dialektisko likumu izpausme.

Daudzi zinātnieki ir mēģinājuši sistematizēt ķīmiskos elementus. Bet tikai 1869. gadā D.I.Mendeļejevam izdevās izveidot elementu klasifikāciju, kas noteica ķīmisko vielu saistību un atkarību un atoma kodola lādiņu.

Stāsts

Periodiskā likuma mūsdienu formulējums ir šāds: ķīmisko elementu īpašības, kā arī elementu savienojumu formas un īpašības periodiski ir atkarīgas no elementa atomu kodola lādiņa.

Līdz brīdim, kad likums tika atklāts, bija zināmi 63 ķīmiskie elementi. Tomēr daudzu šo elementu atomu masas tika noteiktas kļūdaini.

Pats D.I.Mendeļejevs 1869.gadā formulēja savu likumu kā periodisku atkarību no elementu atomu svariem, jo ​​19.gadsimtā zinātnei vēl nebija informācijas par atoma uzbūvi. Tomēr zinātnieka ģeniālā tālredzība ļāva viņam dziļāk nekā visiem laikabiedriem izprast modeļus, kas nosaka elementu un vielu īpašību periodiskumu. Viņš ņēma vērā ne tikai atomu masas pieaugumu, bet arī jau zināmās vielu un elementu īpašības un, par pamatu ņemot ideju par periodiskumu, spēja precīzi paredzēt nezināmu elementu un vielu esamību un īpašības. toreizējai zinātnei, koriģēt vairāku elementu atomu masas un pareizi sakārtot elementus sistēmā, atstājot tukšas vietas un veicot pārkārtojumus.

Rīsi. 1. D. I. Mendeļejevs.

Pastāv mīts, ka Mendeļejevs sapņoja par periodisko tabulu. Tomēr tas ir tikai skaists stāsts, kas nav pierādīts fakts.

Periodiskās tabulas struktūra

D.I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskā tabula ir viņa paša likuma grafisks atspoguļojums. Elementi tabulā ir sakārtoti pēc noteiktas ķīmiskās un fizikālās nozīmes. Pēc elementa atrašanās vietas jūs varat noteikt tā valenci, elektronu skaitu un daudzas citas pazīmes. Tabula ir sadalīta horizontāli lielos un mazos periodos, bet vertikāli grupās.

Rīsi. 2. Periodiskā tabula.

Ir 7 periodi, kas sākas ar sārmu metālu un beidzas ar vielām, kurām ir nemetāliskas īpašības. Savukārt grupas, kas sastāv no 8 kolonnām, ir sadalītas galvenajās un sekundārajās apakšgrupās.

Zinātnes tālākā attīstība ir parādījusi, ka elementu īpašību periodiska atkārtošanās noteiktos intervālos, īpaši skaidri izpaužas 2. un 3. mazajā periodā, ir izskaidrojama ar ārējo enerģijas līmeņu elektroniskās struktūras atkārtošanos, kur atrodas valences elektroni. , kuru dēļ reakcijās veidojas ķīmiskās saites un jaunas vielas. Tāpēc katrā vertikālajā kolonnu grupā ir elementi ar atkārtotām raksturīgām iezīmēm. Tas skaidri izpaužas grupās, kurās ir ļoti aktīvo sārmu metālu (I grupa, galvenā apakšgrupa) un nehalogēnu metālu (VII grupa, galvenā apakšgrupa) ģimenes. Periodā no kreisās puses uz labo elektronu skaits palielinās no 1 līdz 8, bet elementu metāliskās īpašības samazinās. Tādējādi metāliskās īpašības ir izteiktākas, jo mazāk elektronu ir ārējā līmenī.

Rīsi. 3. Mazie un lielie periodi periodiskajā tabulā.

Periodiski atkārtojas arī tādas atomu īpašības kā jonizācijas enerģija, elektronu afinitātes enerģija un elektronegativitāte. Šie lielumi ir saistīti ar atoma spēju atdot elektronu no ārējā līmeņa (jonizācija) vai noturēt kāda cita elektronu tā ārējā līmenī (elektronu afinitāte). Kopā saņemtie vērtējumi: 146.

Periodiski likums D.I. Mendeļejevs:Vienkāršu ķermeņu īpašības, kā arī savienojumu formas un īpašībaselementu atšķirības periodiski ir atkarīgas noelementu atomu svara vērtības. (Elementu īpašības periodiski ir atkarīgas no to kodolu atomu lādiņa).

Periodiskā elementu tabula. Elementu sērija, kurā īpašības mainās secīgi, piemēram, astoņu elementu sērija no litija uz neonu vai no nātrija līdz argonam, Mendeļejevs sauca par periodiem. Ja šos divus periodus rakstām vienu zem otra tā, lai nātrijs būtu zem litija un argons zem neona, mēs iegūstam šādu elementu izkārtojumu:

Ar šo izkārtojumu vertikālajās kolonnās ir elementi, kas pēc īpašībām ir līdzīgi un kuriem ir vienāda valence, piemēram, litijs un nātrijs, berilijs un magnijs utt.

Sadalījis visus elementus periodos un novietojot vienu periodu zem cita, lai viens zem otra atrastos elementi, kas ir līdzīgi pēc īpašībām un izveidoto savienojumu veida, Mendeļejevs sastādīja tabulu, ko viņš sauca par elementu periodisko sistēmu pa grupām un sērijām.

Periodiskās sistēmas nozīmeMēs. Periodiskajai elementu tabulai bija liela ietekme uz turpmāko ķīmijas attīstību. Tā bija ne tikai pirmā ķīmisko elementu dabiskā klasifikācija, kas parāda, ka tie veido harmonisku sistēmu un ir cieši saistīti viens ar otru, bet arī bija spēcīgs instruments turpmākiem pētījumiem.

7. Periodiskas ķīmisko elementu īpašību izmaiņas. Atomu un jonu rādiusi. Jonizācijas enerģija. Elektronu afinitāte. Elektronegativitāte.

Atomu rādiusu atkarība no atoma Z kodola lādiņa ir periodiska. Viena perioda laikā, Z pieaugot, ir tendence atoma izmēram samazināties, kas īpaši skaidri novērojams īsos periodos

Sākoties jauna elektroniskā slāņa būvniecībai, kas atrodas tālāk no kodola, t.i., pārejot uz nākamo periodu, atomu rādiusi palielinās (salīdzināt, piemēram, fluora un nātrija atomu rādiusus). Tā rezultātā apakšgrupā, palielinoties kodola lādiņam, palielinās atomu izmēri.

Elektronu atomu zudums samazina tā efektīvo izmēru, un lieko elektronu pievienošana izraisa pieaugumu. Tāpēc pozitīvi lādēta jona (katjona) rādiuss vienmēr ir mazāks, un negatīvi lādēta ne (anjona) rādiuss vienmēr ir lielāks par atbilstošā elektriski neitrālā atoma rādiusu.

Vienas apakšgrupas ietvaros viena un tā paša lādiņa jonu rādiusi palielinās, palielinoties kodollādiņam.Šo modeli izskaidro elektronisko slāņu skaita palielināšanās un ārējo elektronu attāluma palielināšanās no kodola.

Metālu raksturīgākā ķīmiskā īpašība ir to atomu spēja viegli atteikties no ārējiem elektroniem un pārveidoties par pozitīvi lādētiem joniem, savukārt nemetāliem, gluži pretēji, ir raksturīga spēja pievienot elektronus, veidojot negatīvus jonus. Lai noņemtu elektronu no atoma un pārveidotu to par pozitīvu jonu, ir nepieciešams iztērēt daļu enerģijas, ko sauc par jonizācijas enerģiju.

Jonizācijas enerģiju var noteikt, bombardējot atomus ar elektroniem, kas paātrināti elektriskā laukā. Zemāko lauka spriegumu, pie kura elektronu ātrums kļūst pietiekams atomu jonizēšanai, sauc par dotā elementa atomu jonizācijas potenciālu un izsaka voltos. Patērējot pietiekami daudz enerģijas, no atoma var noņemt divus, trīs vai vairāk elektronus. Tāpēc viņi runā par pirmo jonizācijas potenciālu (enerģija, kas rodas pirmā elektrona noņemšanai no atoma) un otro jonizācijas potenciālu (otrā elektrona noņemšanas enerģiju).

Kā minēts iepriekš, atomi var ne tikai ziedot, bet arī iegūt elektronus. Enerģiju, kas izdalās, kad brīvam atomam pievieno elektronu, sauc par atoma elektronu afinitāti. Elektronu afinitāte, tāpat kā jonizācijas enerģija, parasti tiek izteikta elektronu voltos. Tādējādi ūdeņraža atoma elektronu afinitāte ir 0,75 eV, skābekļa - 1,47 eV, fluora - 3,52 eV.

Metāla atomu elektronu afinitāte parasti ir tuvu nullei vai negatīva; No tā izriet, ka vairumam metālu atomiem elektronu pievienošana ir enerģētiski nelabvēlīga. Nemetālu atomu elektronu afinitāte vienmēr ir pozitīva un jo lielāka, jo tuvāk nemetāls atrodas cēlgāzei periodiskajā tabulā; tas liecina par nemetālisko īpašību pieaugumu, tuvojoties perioda beigām.

Ikviens, kurš gājis skolā, atceras, ka viens no obligātajiem mācību priekšmetiem bija ķīmija. Jums viņa varētu patikt vai nepatikt — tam nav nozīmes. Un, visticamāk, daudzas zināšanas šajā disciplīnā jau ir aizmirstas un netiek izmantotas dzīvē. Tomēr visi droši vien atceras D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu tabulu. Daudziem tā ir palikusi daudzkrāsaina tabula, kur katrā kvadrātā ierakstīti noteikti burti, kas norāda ķīmisko elementu nosaukumus. Bet šeit mēs nerunāsim par ķīmiju kā tādu un aprakstīsim simtiem ķīmisku reakciju un procesu, bet gan pastāstīsim, kā vispār parādījās periodiskā tabula - šis stāsts būs interesants jebkuram cilvēkam un patiešām visiem tiem, kas ir izsalkuši pēc interesantas un noderīgas informācijas.

Nedaudz fona

1668. gadā izcilais īru ķīmiķis, fiziķis un teologs Roberts Boils izdeva grāmatu, kurā tika atspēkoti daudzi mīti par alķīmiju un kurā viņš apsprieda nepieciešamību meklēt nesadalāmus ķīmiskos elementus. Zinātnieks arī sniedza to sarakstu, kas sastāv tikai no 15 elementiem, taču pieļāva domu, ka elementu varētu būt vairāk. Tas kļuva par sākumpunktu ne tikai jaunu elementu meklējumos, bet arī to sistematizācijā.

Simts gadus vēlāk franču ķīmiķis Antuāns Lavuazjē sastādīja jaunu sarakstu, kurā jau bija iekļauti 35 elementi. 23 no tiem vēlāk tika konstatēts kā nesadalāms. Bet jaunu elementu meklējumus turpināja zinātnieki visā pasaulē. Un galveno lomu šajā procesā spēlēja slavenais krievu ķīmiķis Dmitrijs Ivanovičs Mendeļejevs – viņš pirmais izvirzīja hipotēzi, ka varētu būt saistība starp elementu atommasu un to izvietojumu sistēmā.

Pateicoties rūpīgajam darbam un ķīmisko elementu salīdzināšanai, Mendeļejevs spēja atklāt elementu saikni, kurā tie var būt viens, un to īpašības nav kaut kas pašsaprotamas, bet gan periodiski atkārtojas parādība. Rezultātā 1869. gada februārī Mendeļejevs formulēja pirmo periodisko likumu, un jau martā viņa ziņojumu “Īpašību saistība ar elementu atommasu” Krievijas Ķīmijas biedrībai iesniedza ķīmijas vēsturnieks N. A. Menšutkins. Tad tajā pašā gadā Mendeļejeva publikācija tika publicēta žurnālā “Zeitschrift fur Chemie” Vācijā, bet 1871. gadā citā vācu žurnālā “Annalen der Chemie” tika publicēta jauna plaša zinātnieka publikācija, kas bija veltīta viņa atklājumam.

Periodiskās tabulas izveidošana

Līdz 1869. gadam galveno ideju jau bija izveidojis Mendeļejevs, un diezgan īsā laikā, bet ilgu laiku viņš nevarēja to formalizēt nevienā sakārtotā sistēmā, kas skaidri parādītu, kas ir kas. Vienā no sarunām ar kolēģi A. A. Inostrancevu viņš pat teica, ka viņam jau galvā viss ir nokārtots, taču viņš nevarot visu salikt tabulā. Pēc tam, pēc Mendeļejeva biogrāfu domām, viņš sāka rūpīgu darbu pie sava galda, kas ilga trīs dienas bez miega pārtraukumiem. Viņi izmēģināja visdažādākos veidus, kā elementus sakārtot tabulā, un darbu sarežģīja arī tas, ka tolaik zinātne vēl nezināja par visiem ķīmiskajiem elementiem. Bet, neskatoties uz to, tabula joprojām tika izveidota, un elementi tika sistematizēti.

Leģenda par Mendeļejeva sapni

Daudzi ir dzirdējuši stāstu, ka D.I.Mendeļejevs sapņojis par savu galdu. Šo versiju kā smieklīgu stāstu, ar kuru viņš izklaidēja savus studentus, aktīvi izplatīja iepriekšminētais Mendeļejeva domubiedrs A. A. Inostrancevs. Viņš teica, ka Dmitrijs Ivanovičs devās gulēt un sapnī skaidri redzēja savu galdu, kurā visi ķīmiskie elementi bija sakārtoti pareizā secībā. Pēc tam skolēni pat jokoja, ka 40° degvīns tika atklāts tāpat. Bet stāstam ar miegu joprojām bija reāli priekšnoteikumi: kā jau minēts, Mendeļejevs strādāja pie galda bez miega un atpūtas, un Inostrancevs reiz atrada viņu nogurušu un izsmeltu. Dienas laikā Mendeļejevs nolēma īsi atpūsties un pēc kāda laika pēkšņi pamodās, uzreiz paņēma papīra lapu un uzzīmēja uz tās gatavu tabulu. Bet pats zinātnieks visu šo stāstu atspēkoja ar sapni, sakot: "Es par to domāju, varbūt divdesmit gadus, un jūs domājat: es sēdēju un pēkšņi... tas ir gatavs." Tātad sapņa leģenda var būt ļoti pievilcīga, taču galda izveidošana bija iespējama tikai ar smagu darbu.

Tālākais darbs

Laikā no 1869. līdz 1871. gadam Mendeļejevs attīstīja periodiskuma idejas, uz kurām sliecās zinātnieku aprindas. Un viens no šī procesa svarīgajiem posmiem bija izpratne, ka jebkuram sistēmas elementam vajadzētu būt, pamatojoties uz tā īpašību kopumu salīdzinājumā ar citu elementu īpašībām. Pamatojoties uz to, kā arī paļaujoties uz stikla veidojošo oksīdu izmaiņu pētījumu rezultātiem, ķīmiķis varēja veikt dažu elementu, tostarp urāna, indija, berilija un citu, atomu masu vērtību korekcijas.

Mendeļejevs, protams, gribēja ātri aizpildīt tukšās šūnas, kas palika tabulā, un 1870. gadā viņš prognozēja, ka drīz tiks atklāti zinātnei nezināmi ķīmiskie elementi, kuru atomu masas un īpašības viņam izdevās aprēķināt. Pirmie no tiem bija gallijs (atklāts 1875. gadā), skandijs (atklāts 1879. gadā) un germānija (atklāts 1885. gadā). Tad prognozes turpināja īstenoties, un tika atklāti vēl astoņi jauni elementi, tostarp: polonijs (1898), rēnijs (1925), tehnēcijs (1937), francijs (1939) un astatīns (1942-1943). Starp citu, 1900. gadā D.I.Mendeļejevs un skotu ķīmiķis Viljams Remzijs nonāca pie secinājuma, ka tabulā jāiekļauj arī nulles grupas elementi - līdz 1962.gadam tās sauca par inertajām gāzēm, bet pēc tam - par cēlgāzēm.

Periodiskās tabulas organizācija

Ķīmiskie elementi D.I.Mendeļejeva tabulā ir sakārtoti rindās atbilstoši to masas pieaugumam, un rindu garums ir izvēlēts tā, lai tajos esošajiem elementiem būtu līdzīgas īpašības. Piemēram, cēlgāzes, piemēram, radons, ksenons, kriptons, argons, neons un hēlijs, ir grūti reaģēt ar citiem elementiem, un tām ir arī zema ķīmiskā reaktivitāte, tāpēc tās atrodas galējā labajā kolonnā. Un elementi kreisajā kolonnā (kālijs, nātrijs, litijs utt.) labi reaģē ar citiem elementiem, un pašas reakcijas ir sprādzienbīstamas. Vienkārši sakot, katrā kolonnā elementiem ir līdzīgas īpašības, kas dažādās kolonnās atšķiras. Dabā ir sastopami visi elementi līdz Nr.92, un no Nr.93 sākas mākslīgie elementi, kurus var radīt tikai laboratorijas apstākļos.

Sākotnējā versijā periodiskā sistēma tika saprasta tikai kā dabā esošās kārtības atspoguļojums, un nebija nekādu skaidrojumu, kāpēc visam ir jābūt tieši tā. Tikai tad, kad parādījās kvantu mehānika, kļuva skaidra elementu secības patiesā nozīme tabulā.

Nodarbības radošajā procesā

Runājot par to, kādas radošā procesa atziņas var smelties no visas D. I. Mendeļejeva periodiskās tabulas tapšanas vēstures, kā piemēru var minēt angļu radošās domāšanas jomas pētnieka Greiema Vollesa un franču zinātnieka Anrī Puankarē idejas. . Sniegsim tos īsi.

Saskaņā ar Puankarē (1908) un Graham Wallace (1926) pētījumiem ir četri galvenie radošās domāšanas posmi:

• Sagatavošana– galvenās problēmas formulēšanas posms un pirmie mēģinājumi to risināt;
• Inkubācija– posms, kura laikā notiek īslaicīga uzmanības novēršana no procesa, bet darbs pie problēmas risinājuma atrašanas notiek zemapziņas līmenī;
• Ieskats– posms, kurā atrodas intuitīvais risinājums. Turklāt šo risinājumu var atrast situācijā, kas nav pilnībā saistīta ar problēmu;
• Pārbaude– risinājuma testēšanas un ieviešanas stadija, kurā šis risinājums tiek testēts un tā iespējamā turpmākā attīstība.

Kā redzam, savas tabulas veidošanas procesā Mendeļejevs intuitīvi sekoja tieši šiem četriem posmiem. Cik tas ir efektīvi, var spriest pēc rezultātiem, t.i. ar to, ka tabula tika izveidota. Un, ņemot vērā, ka tās izveide bija milzīgs solis uz priekšu ne tikai ķīmijas zinātnei, bet arī visai cilvēcei, iepriekšminētos četrus posmus var attiecināt gan uz nelielu projektu realizāciju, gan uz globālo plānu realizāciju. Galvenais atcerēties, ka ne viens vien atklājums, ne viens problēmas risinājums nav atrodams pats par sevi, lai kā mēs tos vēlamies redzēt sapnī un lai cik daudz gulētu. Lai kaut kas izdotos, nav svarīgi, vai tā ir ķīmisko elementu tabulas veidošana vai jauna mārketinga plāna izstrāde, ir jābūt noteiktām zināšanām un prasmēm, kā arī prasmīgi jāizmanto savs potenciāls un smagi jāstrādā.

Novēlam veiksmi jūsu centienos un veiksmīgu plānu īstenošanu!