Układ okresowy pierwiastków chemicznych i jego budowa. Układ okresowy D

Genialny rosyjski chemik D.I. Mendelejew wyróżniał się przez całe życie pragnieniem zrozumienia nieznanego. To pragnienie, a także najgłębsza i najbardziej rozległa wiedza w połączeniu z niewątpliwą intuicją naukową pozwoliły Dmitrijowi Iwanowiczowi opracować naukową klasyfikację pierwiastków chemicznych - Układ Okresowy w postaci jego słynnej tabeli.

Okresowy układ pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa można sobie wyobrazić jako duży dom, w którym „żyją razem” absolutnie wszystkie znane człowiekowi pierwiastki chemiczne. Aby móc korzystać z układu okresowego, trzeba poznać alfabet chemiczny, czyli znaki pierwiastków chemicznych.

Za ich pomocą nauczysz się pisać słowa - wzory chemiczne, a na ich podstawie będziesz potrafił pisać zdania - równania reakcji chemicznych. Każdy pierwiastek chemiczny jest oznaczony własnym znakiem chemicznym lub symbolem, który wraz z nazwą pierwiastka chemicznego jest zapisany w tabeli D.I. Mendelejewa. Za namową szwedzkiego chemika J. Berzeliusa w większości przypadków przyjęto jako symbole pierwsze litery łacińskich nazw pierwiastków chemicznych. Tak więc wodór (nazwa łacińska Hydrogenium - wodoru) jest oznaczony literą H (czytaj „popiół”), tlen (nazwa łacińska Oxygenium - tlen) - literą O (czytaj „o”), węgiel (nazwa łacińska Сarboneum - carboneum ) - literą C (czytaj „tse”).

Łacińskie nazwy kilku kolejnych pierwiastków chemicznych zaczynają się na literę C: wapń (

Wapń), miedź (Cuprum), kobalt (Cobaltum) itp. Dla ich rozróżnienia I. Berzelius zaproponował dodanie jednej z kolejnych liter nazwy do pierwszej litery nazwy łacińskiej. Zatem znak chemiczny wapnia jest zapisywany symbolem Ca (czytaj „wapń”), miedź - Cu (czytaj „cuprum”), kobalt - Co (czytaj „kobalt”).

Nazwy niektórych pierwiastków chemicznych odzwierciedlają najważniejsze właściwości pierwiastków, np. wodór - wytwarzający wodę, tlen - wytwarzający kwasy, fosfor - przenoszący światło (ryc. 20) itp.

Ryż. 20.
Etymologia nazwy pierwiastka nr 15 układu okresowego D. I. Mendelejewa

Inne pierwiastki noszą nazwy ciał niebieskich lub planet Układu Słonecznego - selen i tellur (ryc. 21) (od greckich Selene - Księżyc i Telluris - Ziemia), uran, neptun, pluton.

Ryż. 21.
Etymologia nazwy pierwiastka nr 52 układu okresowego D. I. Mendelejewa

Niektóre imiona są zapożyczone z mitologii (ryc. 22). Na przykład tantal. Tak miał na imię ukochany syn Zeusa. Za zbrodnie przeciw bogom Tantal został surowo ukarany. Stał po szyję w wodzie, a nad nim wisiały gałęzie z soczystymi, pachnącymi owocami. Gdy jednak chciał się napić, woda odpływała od niego, gdy tylko chciał zaspokoić swój głód, wyciągał rękę po owoce - gałęzie odchylały się na bok. Próbując wyizolować tantal z rud, chemicy doświadczyli nie mniej udręki.

Ryż. 22.
Etymologia nazwy pierwiastka nr 61 układu okresowego D. I. Mendelejewa

Niektóre elementy zostały nazwane na cześć różnych stanów lub części świata. Na przykład german, gal (Gaul to starożytna nazwa Francji), polon (na cześć Polski), skand (na cześć Skandynawii), frans, ruten (ruten to łacińska nazwa Rosji), europ i ameryk. Oto pierwiastki nazwane od miast: hafn (na cześć Kopenhagi), lutet (w dawnych czasach Paryż nazywano Lutet), berkel (na cześć miasta Berkeley w USA), itr, terb, erb, iterb ( nazwy tych pierwiastków pochodzą od Ytterby – małego miasta w Szwecji, gdzie po raz pierwszy odkryto minerał zawierający te pierwiastki), dubnium (ryc. 23).

Ryż. 23.
Etymologia nazwy pierwiastka nr 105 układu okresowego D. I. Mendelejewa

Wreszcie nazwy pierwiastków uwieczniają nazwiska wielkich uczonych: kiur, ferm, einstein, mendelew (ryc. 24), lawren.

Ryż. 24.
Etymologia nazwy pierwiastka nr 101 układu okresowego D. I. Mendelejewa

Każdemu pierwiastkowi chemicznemu przypisany jest w układzie okresowym, we wspólnym „domu” wszystkich pierwiastków, własne „mieszkanie” - komórka o ściśle określonej liczbie. Głębsze znaczenie tej liczby zostanie ci ujawnione w miarę dalszego studiowania chemii. Liczba pięter tych „mieszkań” jest również ściśle rozłożona - okresy, w których elementy „żyją”. Podobnie jak numer seryjny pierwiastka („numer mieszkania”), numer kropki („piętra”) zawiera najważniejsze informacje o budowie atomów pierwiastków chemicznych. Poziomo – „piętra” – układ okresowy dzieli się na siedem okresów:

Pierwszy okres obejmuje dwa pierwiastki: wodór H i hel He;
Drugi okres zaczyna się od litu Li i kończy na neonie Ne (8 elementów);
Trzeci okres rozpoczyna się od sodu Na i kończy argonem Ar (8 pierwiastków).

Pierwsze trzy okresy, każdy składający się z jednego wiersza, nazywane są małymi okresami.

Okresy 4, 5 i 6 zawierają po dwa rzędy elementów, nazywane są dużymi okresami; Okres 4. i 5. zawierają po 18 elementów, 6. - 32 elementy.

Siódmy okres jest niedokończony, na razie składa się tylko z jednego rzędu.

Zwróć uwagę na „podłogi piwniczne” układu okresowego - „żyje” tam 14 bliźniaczych pierwiastków, niektóre podobne pod względem właściwości do lantanu La, inne do aktynu Ac, które reprezentują je na górnych „piętrach” układu okresowego: w Okres szósty i siódmy.

Pionowo pierwiastki chemiczne „żyjące” w „mieszkaniach” o podobnych właściwościach znajdują się pod sobą w pionowych kolumnach - grupach, których jest osiem w tabeli D.I. Mendelejewa.

Każda grupa składa się z dwóch podgrup – głównej i wtórnej. Podgrupa, która zawiera elementy zarówno krótkich, jak i długich okresów, nazywana jest podgrupą główną lub grupą A. Podgrupa, która zawiera elementy tylko długich okresów, nazywana jest podgrupą wtórną lub grupą B. Zatem główna podgrupa grupy I (grupa IA) obejmuje lit, sód, potas, rubid i frans stanowią podgrupę litu Li; boczną podgrupę tej grupy (grupa IB) tworzą miedź, srebro i złoto – jest to podgrupa miedzi Cu.

Oprócz formy tabeli D.I. Mendelejewa, zwanej krótkookresową (jest ona pokazana na okładce podręcznika), istnieje wiele innych form, na przykład wersja długookresowa.

Tak jak dziecko może skonstruować ogromną liczbę różnych obiektów z elementów gry Lego (patrz rys. 10), tak z pierwiastków chemicznych natura i człowiek stworzyli różnorodne substancje, które nas otaczają. Inny model jest jeszcze bardziej przejrzysty: tak jak 33 litery alfabetu rosyjskiego tworzą różne kombinacje, dziesiątki tysięcy słów, tak 114 pierwiastków chemicznych w różnych kombinacjach tworzy ponad 20 milionów różnych substancji.

Spróbuj poznać prawa tworzenia słów - wzorów chemicznych, a wtedy świat substancji otworzy się przed tobą w całej swojej kolorowej różnorodności.

Ale aby to zrobić, najpierw naucz się liter - symboli pierwiastków chemicznych (Tabela 1).

Tabela 1
Nazwy niektórych pierwiastków chemicznych

Słowa i wyrażenia kluczowe

Układ okresowy pierwiastków chemicznych (tabela) D. I. Mendelejewa.
Okresy duże i małe.
Grupy i podgrupy - główne (grupa A) i drugorzędne (grupa B).
Symbole pierwiastków chemicznych.

Pracuj z komputerem

Zapoznaj się z wnioskiem elektronicznym. Zapoznaj się z materiałem lekcyjnym i wykonaj przydzielone zadania.
Znajdź w Internecie adresy e-mail, które mogą posłużyć jako dodatkowe źródła ujawniające treść słów kluczowych i wyrażeń występujących w akapicie. Zaoferuj nauczycielowi pomoc w przygotowaniu nowej lekcji - sporządź raport na temat kluczowych słów i zwrotów z następnego akapitu.

Pytania i zadania

Korzystając ze słowników (terminów etymologicznych, encyklopedycznych i chemicznych) wymień najważniejsze właściwości, które znajdują odzwierciedlenie w nazwach pierwiastków chemicznych: brom Br, azot N, fluor F.
Wyjaśnij, w jaki sposób nazwy pierwiastków chemicznych, tytanu i wanadu, odzwierciedlają wpływ starożytnych mitów greckich.
Dlaczego łacińska nazwa złota Aurum (aurum) i srebra brzmi Argentum (argentum)?
Opowiedz historię odkrycia wybranego pierwiastka chemicznego i wyjaśnij etymologię jego nazwy.
Zapisz „współrzędne”, czyli pozycję w układzie okresowym D.I. Mendelejewa (numer pierwiastka, numer okresu i jego rodzaj – duży lub mały, numer grupy i podgrupy – główna lub podgrupa) dla następujących pierwiastków chemicznych: wapń, cynk , antymon, tantal, europ.
Podziel pierwiastki chemiczne wymienione w tabeli 1 na trzy grupy w oparciu o „wymowę symbolu chemicznego”. Czy wykonanie tego ćwiczenia pomoże Ci zapamiętać symbole chemiczne i wymówić symbole pierwiastków?

Układ okresowy pierwiastków chemicznych to klasyfikacja pierwiastków chemicznych stworzona przez D. I. Mendelejewa na podstawie prawa okresowości odkrytego przez niego w 1869 roku.

DI Mendelejew

Zgodnie ze współczesnym sformułowaniem tego prawa, w ciągłym szeregu pierwiastków ułożonych według rosnącej wielkości ładunku dodatniego jąder ich atomów, okresowo powtarzają się pierwiastki o podobnych właściwościach.

Układ okresowy pierwiastków chemicznych, przedstawiony w formie tabeli, składa się z okresów, serii i grup.

Na początku każdego okresu (z wyjątkiem pierwszego) pierwiastek ma wyraźne właściwości metaliczne (metal alkaliczny).

Symbole tabeli kolorów: 1 - znak chemiczny pierwiastka; 2 - imię; 3 - masa atomowa (masa atomowa); 4 - numer seryjny; 5 - rozkład elektronów w warstwach.

Wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka, równej dodatniemu ładunkowi jądra jego atomu, właściwości metaliczne stopniowo słabną, a właściwości niemetaliczne rosną. Przedostatni pierwiastek w każdym okresie to pierwiastek o wyraźnych właściwościach niemetalicznych (), a ostatni to gaz obojętny. W okresie I występują 2 elementy, w II i III – 8 elementów, w IV i V – 18, w VI – 32, a w VII (okres nieskończony) – 17 elementów.

Pierwsze trzy okresy nazywane są małymi okresami, każdy z nich składa się z jednego poziomego rzędu; reszta - w dużych okresach, z których każdy (z wyjątkiem okresu VII) składa się z dwóch poziomych rzędów - parzystego (górnego) i nieparzystego (dolnego). Tylko metale występują w równych rzędach dużych okresów. Właściwości elementów tych szeregów zmieniają się nieznacznie wraz ze wzrostem liczby porządkowej. Zmieniają się właściwości pierwiastków w nieparzystych rzędach dużych okresów. W okresie VI po lantanie następuje 14 pierwiastków o bardzo podobnych właściwościach chemicznych. Pierwiastki te, zwane lantanowcami, są wymienione osobno poniżej głównej tabeli. Aktynowce, pierwiastki następujące po aktynie, przedstawiono w tabeli w podobny sposób.

Tabela ma dziewięć grup pionowych. Numer grupy, z nielicznymi wyjątkami, jest równy najwyższej dodatniej wartościowości elementów tej grupy. Każda grupa, z wyjątkiem zera i ósmej, jest podzielona na podgrupy. - główny (znajdujący się po prawej stronie) i wtórny. W głównych podgrupach wraz ze wzrostem liczby atomowej właściwości metaliczne pierwiastków stają się silniejsze, a właściwości niemetaliczne słabną.

Zatem o właściwościach chemicznych i szeregu właściwości fizycznych pierwiastków decyduje miejsce, jakie zajmuje dany pierwiastek w układzie okresowym.

Pierwiastki biogenne, czyli pierwiastki wchodzące w skład organizmów i pełniące w nich określoną rolę biologiczną, zajmują górną część układu okresowego. Komórki zajmowane przez pierwiastki stanowiące większość (ponad 99%) żywej materii są zabarwione na niebiesko, komórki zajmowane przez mikroelementy mają kolor różowy (patrz).

Układ okresowy pierwiastków chemicznych jest największym osiągnięciem współczesnej nauk przyrodniczych i żywym wyrazem najogólniejszych dialektycznych praw natury.

Zobacz także: Masa atomowa.

Układ okresowy pierwiastków chemicznych to naturalna klasyfikacja pierwiastków chemicznych stworzona przez D. I. Mendelejewa na podstawie prawa okresowości odkrytego przez niego w 1869 roku.

W swoim pierwotnym sformułowaniu okresowe prawo D.I. Mendelejewa stwierdzało: właściwości pierwiastków chemicznych, a także formy i właściwości ich związków są okresowo zależne od mas atomowych pierwiastków. Następnie, wraz z rozwojem doktryny budowy atomu, wykazano, że dokładniejszą cechą każdego pierwiastka nie jest masa atomowa (patrz), ale wartość dodatniego ładunku jądra atomu pierwiastka, równy numerowi seryjnemu (atomowemu) tego pierwiastka w układzie okresowym D. I. Mendelejewa . Liczba ładunków dodatnich w jądrze atomu jest równa liczbie elektronów otaczających jądro atomu, ponieważ atomy jako całość są elektrycznie obojętne. W świetle tych danych prawo okresowości formułuje się w następujący sposób: właściwości pierwiastków chemicznych, a także formy i właściwości ich związków są okresowo zależne od wielkości dodatniego ładunku jąder ich atomów. Oznacza to, że w ciągłym szeregu pierwiastków ułożonych według rosnących ładunków dodatnich jąder ich atomów, okresowo będą się powtarzać pierwiastki o podobnych właściwościach.

Tabelaryczna forma układu okresowego pierwiastków chemicznych przedstawiona jest w nowoczesnej formie. Składa się z okresów, serii i grup. Okres reprezentuje kolejny poziomy szereg pierwiastków ułożonych w kolejności rosnącego ładunku dodatniego jąder ich atomów.

Na początku każdego okresu (z wyjątkiem pierwszego) występuje pierwiastek o wyraźnych właściwościach metalicznych (metal alkaliczny). Następnie wraz ze wzrostem numeru seryjnego właściwości metaliczne elementów stopniowo słabną, a właściwości niemetaliczne rosną. Przedostatnim pierwiastkiem w każdym okresie jest pierwiastek o wyraźnych właściwościach niemetalicznych (halogen), a ostatnim jest gaz obojętny. Pierwszy okres składa się z dwóch pierwiastków, rolę metalu alkalicznego i halogenu pełni tutaj jednocześnie wodór. Okresy II i III obejmują po 8 elementów, zwanych przez Mendelejewa typowymi. Okresy IV i V zawierają po 18 elementów każdy, VI-32. Okres VII nie został jeszcze zakończony i jest uzupełniany sztucznie stworzonymi elementami; Obecnie w tym okresie występuje 17 elementów. Okresy I, II i III nazywane są małymi, każdy z nich składa się z jednego poziomego rzędu, IV-VII są duże: (z wyjątkiem VII) obejmują dwa poziome rzędy - parzysty (górny) i nieparzysty (dolny). W równych rzędach dużych okresów znajdują się tylko metale, a zmiana właściwości pierwiastków w rzędzie od lewej do prawej jest słabo wyrażona.

W nieparzystych szeregach dużych okresów właściwości elementów szeregu zmieniają się w taki sam sposób, jak właściwości pierwiastków typowych. W parzystym rzędzie okresu VI, po lantanie, znajduje się 14 pierwiastków [zwanych lantanowcami (patrz), lantanowce, pierwiastki ziem rzadkich], które mają podobne właściwości chemiczne do lantanu i do siebie nawzajem. Ich wykaz znajduje się osobno pod tabelą.

Pierwiastki następujące po aktynie - aktynowce (aktynoidy) - są wymienione osobno i wymienione poniżej tabeli.

W układzie okresowym pierwiastków chemicznych dziewięć grup znajduje się pionowo. Numer grupy jest równy najwyższej dodatniej wartościowości (patrz) elementów tej grupy. Wyjątkami są fluor (może być tylko ujemnie jednowartościowy) i brom (nie może być siedmiowartościowy); ponadto miedź, srebro, złoto mogą wykazywać wartościowość większą niż +1 (Cu-1 i 2, Ag i Au-1 i 3), a z pierwiastków grupy VIII tylko osm i ruten mają wartościowość +8 . Każda grupa, z wyjątkiem ósmej i zerowej, jest podzielona na dwie podgrupy: główną (umieszczoną po prawej stronie) i drugorzędną. Do głównych podgrup zaliczają się pierwiastki typowe i pierwiastki długie, podgrupy drugorzędne obejmują jedynie pierwiastki długie, a ponadto metale.

Pod względem właściwości chemicznych pierwiastki każdej podgrupy danej grupy różnią się znacznie od siebie, a jedynie najwyższa dodatnia wartościowość jest taka sama dla wszystkich pierwiastków danej grupy. W głównych podgrupach, od góry do dołu, właściwości metaliczne pierwiastków ulegają wzmocnieniu, a osłabieniu niemetaliczne (np. frans jest pierwiastkiem o najbardziej wyraźnych właściwościach metalicznych, a fluor jest niemetaliczny). Zatem miejsce pierwiastka w układzie okresowym Mendelejewa (liczba porządkowa) określa jego właściwości, które są średnią właściwości sąsiadujących elementów w pionie i poziomie.

Niektóre grupy elementów mają specjalne nazwy. Zatem pierwiastki głównych podgrup grupy I nazywane są metalami alkalicznymi, grupa II - metale ziem alkalicznych, grupa VII - halogeny, pierwiastki znajdujące się za uranem - transuran. Elementy wchodzące w skład organizmów, biorące udział w procesach metabolicznych i pełniące wyraźną rolę biologiczną nazywane są elementami biogennymi. Wszystkie zajmują górną część tabeli D.I. Mendelejewa. Są to przede wszystkim O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg i Fe, które stanowią większość żywej materii (ponad 99%). Miejsca zajmowane przez te pierwiastki w układzie okresowym są zaznaczone kolorem jasnoniebieskim. Elementy biogenne, których jest bardzo mało w organizmie (od 10 -3 do 10 -14%), nazywane są mikroelementami (patrz). Komórki układu okresowego, zabarwione na żółto, zawierają mikroelementy, których istotne znaczenie dla człowieka zostało udowodnione.

Zgodnie z teorią budowy atomu (patrz Atom) właściwości chemiczne pierwiastków zależą głównie od liczby elektronów w zewnętrznej powłoce elektronowej. Okresową zmianę właściwości pierwiastków wraz ze wzrostem ładunku dodatniego jąder atomowych tłumaczy się okresowym powtarzaniem struktury zewnętrznej powłoki elektronowej (poziomu energetycznego) atomów.

W małych okresach, wraz ze wzrostem dodatniego ładunku jądra, liczba elektronów w powłoce zewnętrznej wzrasta z 1 do 2 w okresie I i od 1 do 8 w okresach II i III. Stąd zmiana właściwości pierwiastków w okresie od metalu alkalicznego do gazu obojętnego. Zewnętrzna powłoka elektronowa, zawierająca 8 elektronów, jest kompletna i stabilna energetycznie (pierwiastki grupy zerowej są chemicznie obojętne).

W długich okresach w równych rzędach, w miarę wzrostu dodatniego ładunku jąder, liczba elektronów w powłoce zewnętrznej pozostaje stała (1 lub 2), a druga powłoka zewnętrzna jest wypełniona elektronami. Stąd powolna zmiana właściwości elementów w rzędach parzystych. W nieparzystych seriach dużych okresów, w miarę wzrostu ładunku jąder, zewnętrzna powłoka wypełnia się elektronami (od 1 do 8), a właściwości pierwiastków zmieniają się w taki sam sposób, jak właściwości typowych pierwiastków.

Liczba powłok elektronowych w atomie jest równa liczbie okresu. Atomy pierwiastków głównych podgrup mają na swoich zewnętrznych powłokach liczbę elektronów równą liczbie grup. Atomy pierwiastków podgrup bocznych zawierają jeden lub dwa elektrony na swoich zewnętrznych powłokach. To wyjaśnia różnicę we właściwościach elementów podgrupy głównej i drugorzędnej. Numer grupy wskazuje możliwą liczbę elektronów, które mogą brać udział w tworzeniu wiązań chemicznych (walencyjnych) (patrz Cząsteczka), dlatego takie elektrony nazywane są wartościowością. W przypadku elementów podgrup bocznych wartościowością są nie tylko elektrony powłok zewnętrznych, ale także elektrony przedostatnich. Liczbę i strukturę powłok elektronowych podano w załączonym układzie okresowym pierwiastków chemicznych.

Prawo okresowości D.I. Mendelejewa i oparty na nim system mają wyjątkowo duże znaczenie w nauce i praktyce. Prawo i układ okresowości były podstawą odkrycia nowych pierwiastków chemicznych, dokładnego określenia ich mas atomowych, rozwoju doktryny o budowie atomów, ustalenia geochemicznych praw rozmieszczenia pierwiastków w skorupie ziemskiej oraz rozwój współczesnych idei dotyczących żywej materii, której skład i związane z nim wzorce są zgodne z układem okresowym. O aktywności biologicznej pierwiastków i ich zawartości w organizmie w dużej mierze decyduje także miejsce, jakie zajmują w układzie okresowym Mendelejewa. Zatem wraz ze wzrostem numeru seryjnego w wielu grupach wzrasta toksyczność pierwiastków, a ich zawartość w organizmie maleje. Prawo okresowości jest jasnym wyrazem najogólniejszych dialektycznych praw rozwoju przyrody.

Wielu naukowców podejmowało próby usystematyzowania pierwiastków chemicznych. Ale dopiero w 1869 r. D.I. Mendelejewowi udało się stworzyć klasyfikację pierwiastków, która ustaliła związek i zależność substancji chemicznych oraz ładunku jądra atomowego.

Fabuła

Współczesne sformułowanie prawa okresowego jest następujące: właściwości pierwiastków chemicznych, a także formy i właściwości związków pierwiastków są okresowo zależne od ładunku jądra atomów pierwiastka.

Do czasu odkrycia tego prawa znane były 63 pierwiastki chemiczne. Jednak masy atomowe wielu z tych pierwiastków zostały określone błędnie.

Sam D.I. Mendelejew w 1869 r. sformułował swoje prawo jako okresową zależność od mas atomowych pierwiastków, ponieważ w XIX wieku nauka nie miała jeszcze informacji o budowie atomu. Jednak genialna przewidywalność naukowca pozwoliła mu głębiej niż wszyscy współcześni zrozumieć wzorce określające okresowość właściwości pierwiastków i substancji. Brał pod uwagę nie tylko wzrost masy atomowej, ale także znane już właściwości substancji i pierwiastków i opierając się na idei okresowości, był w stanie dokładnie przewidzieć istnienie i właściwości nieznanych pierwiastków i substancji ówczesnej nauce, skorygować masy atomowe szeregu pierwiastków i prawidłowo ułożyć elementy w układzie, pozostawiając puste przestrzenie i dokonując przegrupowań.

Ryż. 1. DI Mendelejew.

Istnieje mit, że Mendelejew marzył o układzie okresowym. To jednak tylko piękna historia, która nie jest udowodnionym faktem.

Struktura układu okresowego

Układ okresowy pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa jest graficznym odzwierciedleniem jego własnego prawa. Pierwiastki ułożone są w tabeli według określonego znaczenia chemicznego i fizycznego. Na podstawie lokalizacji pierwiastka można określić jego wartościowość, liczbę elektronów i wiele innych cech. Tabela jest podzielona poziomo na duże i małe okresy, a pionowo na grupy.

Ryż. 2. Układ okresowy.

Jest 7 okresów rozpoczynających się od metalu alkalicznego i kończących się substancjami o właściwościach niemetalicznych. Grupy z kolei składające się z 8 kolumn dzielą się na podgrupy główne i drugorzędne.

Dalszy rozwój nauki pokazał, że okresowe powtarzanie się właściwości pierwiastków w pewnych odstępach czasu, szczególnie wyraźnie widoczne w drugim i trzecim małym okresie, tłumaczy się powtarzaniem struktury elektronowej zewnętrznych poziomów energii, w których znajdują się elektrony walencyjne , dzięki czemu w reakcjach dochodzi do tworzenia wiązań chemicznych i nowych substancji. Dlatego w każdej pionowej grupie kolumn znajdują się elementy o powtarzających się cechach charakterystycznych. Ujawnia się to wyraźnie w grupach zawierających rodziny bardzo aktywnych metali alkalicznych (grupa I, podgrupa główna) i metali niehalogenowych (grupa VII, podgrupa główna). Od lewej do prawej w całym okresie liczba elektronów wzrasta od 1 do 8, podczas gdy właściwości metaliczne pierwiastków maleją. Zatem właściwości metaliczne są tym wyraźniejsze, im mniej elektronów znajduje się na poziomie zewnętrznym.

Ryż. 3. Małe i duże okresy w układzie okresowym.

Właściwości atomowe, takie jak energia jonizacji, energia powinowactwa elektronów i elektroujemność, również powtarzają się okresowo. Wielkości te są związane ze zdolnością atomu do oddania elektronu z poziomu zewnętrznego (jonizacja) lub zatrzymania cudzego elektronu na swoim poziomie zewnętrznym (powinowactwo elektronowe). Ogółem otrzymane oceny: 146.

Okresowy prawo D.I. Mendelejew:Właściwości ciał prostych oraz kształty i właściwości związkówróżnice elementów są okresowo zależnewartości mas atomowych pierwiastków (właściwości pierwiastków są okresowo zależne od ładunku atomów ich jąder).

Układ okresowy pierwiastków. Serie pierwiastków, w obrębie których właściwości zmieniają się sekwencyjnie, takie jak seria ośmiu pierwiastków od litu do neonu lub od sodu do argonu, Mendelejew nazywał okresami. Jeżeli zapiszemy te dwa okresy jeden pod drugim tak, że sód będzie pod litem, a argon pod neonem, otrzymamy następujący układ pierwiastków:

Dzięki takiemu układowi kolumny pionowe zawierają pierwiastki o podobnych właściwościach i tej samej wartościowości, na przykład lit i sód, beryl i magnez itp.

Po podzieleniu wszystkich pierwiastków na okresy i umieszczeniu jednego okresu pod drugim, tak aby elementy o podobnych właściwościach i rodzaju utworzonych związków znajdowały się pod sobą, Mendelejew sporządził tabelę, którą nazwał okresowym układem pierwiastków według grup i szeregów.

Znaczenie układu okresowegoMy. Układ okresowy pierwiastków miał ogromny wpływ na dalszy rozwój chemii. Była to nie tylko pierwsza naturalna klasyfikacja pierwiastków chemicznych, pokazująca, że tworzą one harmonijny układ i pozostają ze sobą w ścisłym związku, ale była także potężnym narzędziem do dalszych badań.

7. Okresowe zmiany właściwości pierwiastków chemicznych. Promienie atomowe i jonowe. Energia jonizacji. Powinowactwo elektronowe. Elektroujemność.

Zależność promieni atomowych od ładunku jądra atomu Z ma charakter okresowy. W ciągu jednego okresu wraz ze wzrostem Z występuje tendencja do zmniejszania się wielkości atomu, co jest szczególnie wyraźnie widoczne w krótkich okresach

Wraz z rozpoczęciem budowy nowej warstwy elektronowej, bardziej oddalonej od jądra, czyli podczas przejścia do kolejnego okresu, zwiększają się promienie atomowe (porównaj np. promienie atomów fluoru i sodu). W rezultacie w obrębie podgrupy wraz ze wzrostem ładunku jądrowego zwiększają się rozmiary atomów.

Utrata atomów elektronów prowadzi do zmniejszenia jego efektywnej wielkości, a dodanie nadmiaru elektronów prowadzi do wzrostu. Dlatego promień dodatnio naładowanego jonu (kationu) jest zawsze mniejszy, a promień ujemnie naładowanego nie (anionu) jest zawsze większy niż promień odpowiedniego elektrycznie obojętnego atomu.

W obrębie jednej podgrupy promienie jonów o tym samym ładunku rosną wraz ze wzrostem ładunku jądrowego, co tłumaczy się wzrostem liczby warstw elektronowych i rosnącą odległością elektronów zewnętrznych od jądra.

Najbardziej charakterystyczną właściwością chemiczną metali jest zdolność ich atomów do łatwego oddawania elektronów zewnętrznych i przekształcania się w jony dodatnio naładowane, podczas gdy niemetale odwrotnie, charakteryzują się zdolnością do przyłączania elektronów w celu utworzenia jonów ujemnych. Aby usunąć elektron z atomu i przekształcić go w jon dodatni, konieczne jest wydatkowanie pewnej energii, zwanej energią jonizacji.

Energię jonizacji można wyznaczyć bombardując atomy elektronami przyspieszanymi w polu elektrycznym. Najniższe napięcie pola, przy którym prędkość elektronów staje się wystarczająca do zjonizowania atomów, nazywane jest potencjałem jonizacyjnym atomów danego pierwiastka i wyrażane jest w woltach. Przy wydatku wystarczającej energii można usunąć z atomu dwa, trzy lub więcej elektronów. Dlatego mówią o pierwszym potencjale jonizacyjnym (energia usunięcia pierwszego elektronu z atomu) i drugim potencjale jonizacyjnym (energia usunięcia drugiego elektronu)

Jak wspomniano powyżej, atomy mogą nie tylko oddawać, ale także zyskiwać elektrony. Energia uwalniana, gdy elektron przyłącza się do wolnego atomu, nazywana jest powinowactwem elektronowym atomu. Powinowactwo elektronów, podobnie jak energia jonizacji, jest zwykle wyrażane w elektronowoltach. Zatem powinowactwo elektronowe atomu wodoru wynosi 0,75 eV, tlenu - 1,47 eV, fluoru - 3,52 eV.

Powinowactwa elektronowe atomów metali są zazwyczaj bliskie zeru lub ujemne; Wynika z tego, że dla atomów większości metali dodanie elektronów jest energetycznie niekorzystne. Powinowactwo elektronowe atomów niemetalu jest zawsze dodatnie i im większe, im bliżej niemetalu znajduje się gaz szlachetny w układzie okresowym; wskazuje to na wzrost właściwości niemetalicznych w miarę zbliżania się końca okresu.

Każdy, kto chodził do szkoły, pamięta, że jednym z obowiązkowych przedmiotów do nauki była chemia. Możesz ją lubić, możesz jej nie lubić – to nie ma znaczenia. I jest prawdopodobne, że duża część wiedzy z tej dyscypliny została już zapomniana i nie jest wykorzystywana w życiu. Jednak wszyscy prawdopodobnie pamiętają tabelę pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa. Dla wielu pozostała wielokolorową tabelą, na której w każdym kwadracie wpisane są określone litery, wskazujące nazwy pierwiastków chemicznych. Ale tutaj nie będziemy rozmawiać o chemii jako takiej i będziemy opisywać setki reakcji i procesów chemicznych, ale przede wszystkim opowiemy, jak pojawił się układ okresowy - ta historia będzie interesująca dla każdej osoby, a nawet dla wszystkich, którzy są głodni ciekawych i przydatnych informacji.

Trochę tła

Już w 1668 roku wybitny irlandzki chemik, fizyk i teolog Robert Boyle opublikował książkę, w której obalił wiele mitów na temat alchemii i omówił potrzebę poszukiwania nierozkładalnych pierwiastków chemicznych. Naukowiec podał także ich listę, zawierającą zaledwie 15 elementów, ale przyznał, że pierwiastków może być więcej. Stało się to punktem wyjścia nie tylko w poszukiwaniu nowych elementów, ale także w ich systematyzacji.

Sto lat później francuski chemik Antoine Lavoisier sporządził nową listę, która zawierała już 35 elementów. Później okazało się, że 23 z nich nie nadają się do rozkładu. Jednak poszukiwania nowych pierwiastków są kontynuowane przez naukowców na całym świecie. Główną rolę w tym procesie odegrał słynny rosyjski chemik Dmitrij Iwanowicz Mendelejew - jako pierwszy wysunął hipotezę, że może istnieć związek między masą atomową pierwiastków a ich położeniem w układzie.

Dzięki żmudnej pracy i porównywaniu pierwiastków chemicznych Mendelejewowi udało się odkryć związek między pierwiastkami, w którym mogą stanowić jedność, a ich właściwości nie są czymś oczywistym, ale stanowią okresowo powtarzające się zjawisko. W rezultacie w lutym 1869 r. Mendelejew sformułował pierwsze prawo okresowe, a już w marcu jego raport „Związek właściwości z masą atomową pierwiastków” został przedstawiony Rosyjskiemu Towarzystwu Chemicznemu przez historyka chemii N. A. Menshutkina. Następnie w tym samym roku ukazała się publikacja Mendelejewa w czasopiśmie „Zeitschrift fur Chemie” w Niemczech, a w 1871 r. w innym niemieckim czasopiśmie „Annalen der Chemie” ukazała się nowa obszerna publikacja naukowca poświęcona jego odkryciu.

Tworzenie układu okresowego

W 1869 roku główna idea została już uformowana przez Mendelejewa i to w dość krótkim czasie, lecz przez długi czas nie potrafił jej sformalizować w żaden uporządkowany system, który jasno wskazywałby, co jest co. W jednej z rozmów ze swoim kolegą A.A. Inostrantsevem powiedział nawet, że ma już wszystko poukładane w głowie, ale nie potrafi wszystkiego ułożyć w tabelę. Następnie, według biografów Mendelejewa, rozpoczął żmudną pracę przy swoim stole, która trwała trzy dni bez przerw na sen. Próbowali na różne sposoby ułożyć pierwiastki w tabelę, a pracę komplikował także fakt, że w tamtym czasie nauka nie wiedziała jeszcze o wszystkich pierwiastkach chemicznych. Ale mimo to stół nadal powstawał, a elementy usystematyzowano.

Legenda o śnie Mendelejewa

Wielu słyszało historię, że D.I. Mendelejew marzył o swoim stole. Wersja ta była aktywnie rozpowszechniana przez wspomnianego współpracownika Mendelejewa, A. A. Inostrantseva, jako zabawna historia, którą zabawiał swoich uczniów. Powiedział, że Dmitrij Iwanowicz poszedł spać i we śnie wyraźnie widział swój stół, na którym wszystkie pierwiastki chemiczne były ułożone we właściwej kolejności. Potem uczniowie żartowali nawet, że w ten sam sposób odkryto wódkę 40°. Ale nadal istniały realne warunki wstępne dla historii ze snem: jak już wspomniano, Mendelejew pracował przy stole bez snu i odpoczynku, a Inostrantsev pewnego razu stwierdził, że jest zmęczony i wyczerpany. W ciągu dnia Mendelejew postanowił chwilę odpocząć, a jakiś czas później obudził się nagle, od razu wziął kartkę papieru i narysował na niej gotowy stół. Ale sam naukowiec obalił całą tę historię snem, mówiąc: „Myślałem o tym, może od dwudziestu lat, i myślisz: siedziałem i nagle… gotowe”. Tak więc legenda snu może być bardzo atrakcyjna, ale stworzenie stołu było możliwe tylko dzięki ciężkiej pracy.

Dalsza praca

W latach 1869–1871 Mendelejew rozwinął ideę okresowości, ku której skłaniała się społeczność naukowa. Jednym z ważnych etapów tego procesu było zrozumienie, że każdy element systemu powinien posiadać, w oparciu o całość swoich właściwości w porównaniu z właściwościami innych elementów. Na tej podstawie, a także opierając się na wynikach badań zmian zachodzących w tlenkach szklistych, chemik był w stanie wprowadzić poprawki do wartości mas atomowych niektórych pierwiastków, m.in. uranu, indu, berylu i innych.

Mendelejew chciał oczywiście szybko wypełnić puste komórki, które pozostały w tabeli, iw 1870 r. przepowiedział, że wkrótce zostaną odkryte nieznane nauce pierwiastki chemiczne, których masy atomowe i właściwości udało mu się obliczyć. Pierwszymi z nich były gal (odkryty w 1875 r.), skand (odkryty w 1879 r.) i german (odkryty w 1885 r.). Następnie prognozy się spełniły i odkryto osiem kolejnych pierwiastków, w tym: polon (1898), ren (1925), technet (1937), frans (1939) i astat (1942-1943). Nawiasem mówiąc, w 1900 r. D.I. Mendelejew i szkocki chemik William Ramsay doszli do wniosku, że w tabeli powinny znajdować się również pierwiastki grupy zerowej - do 1962 r. nazywano je gazami obojętnymi, a później - gazami szlachetnymi.

Organizacja układu okresowego

Pierwiastki chemiczne w tabeli D.I. Mendelejewa ułożone są w rzędy zgodnie ze wzrostem ich masy, a długość rzędów dobiera się tak, aby zawarte w nich pierwiastki miały podobne właściwości. Na przykład gazy szlachetne, takie jak radon, ksenon, krypton, argon, neon i hel, trudno reagują z innymi pierwiastkami, a także mają niską reaktywność chemiczną, dlatego znajdują się w skrajnej prawej kolumnie. A pierwiastki w lewej kolumnie (potas, sód, lit itp.) dobrze reagują z innymi pierwiastkami, a same reakcje są wybuchowe. Mówiąc najprościej, w każdej kolumnie elementy mają podobne właściwości, które różnią się w zależności od kolumny. Wszystkie pierwiastki aż do nr 92 występują w przyrodzie, a od nr 93 zaczynają się pierwiastki sztuczne, które można wytworzyć jedynie w warunkach laboratoryjnych.

W pierwotnej wersji układ okresowy rozumiany był jedynie jako odzwierciedlenie porządku istniejącego w przyrodzie i nie było żadnych wyjaśnień, dlaczego wszystko tak ma być. Prawdziwe znaczenie kolejności elementów w tabeli stało się jasne dopiero wraz z pojawieniem się mechaniki kwantowej.

Lekcje procesu twórczego

Mówiąc o tym, jakie wnioski z procesu twórczego można wyciągnąć z całej historii powstania układu okresowego D. I. Mendelejewa, jako przykład możemy przytoczyć idee angielskiego badacza w dziedzinie twórczego myślenia Grahama Wallace'a i francuskiego naukowca Henriego Poincaré . Przedstawmy je krótko.

Według badań Poincarégo (1908) i Grahama Wallace'a (1926) istnieją cztery główne etapy twórczego myślenia:

Przygotowanie– etap formułowania problemu głównego i pierwsze próby jego rozwiązania;
Inkubacja– etap, podczas którego następuje chwilowe odwrócenie uwagi od procesu, ale praca nad rozwiązaniem problemu odbywa się na poziomie podświadomości;
Wgląd– etap, na którym znajduje się intuicyjne rozwiązanie. Co więcej, rozwiązanie to można znaleźć w sytuacji zupełnie niezwiązanej z problemem;
Badanie– etap testowania i wdrażania rozwiązania, na którym rozwiązanie to jest testowane i możliwy jego dalszy rozwój.

Jak widać, w procesie tworzenia swojej tablicy Mendelejew intuicyjnie podążał właśnie tymi czterema etapami. Skuteczność tego rozwiązania można ocenić po wynikach, tj. przez fakt, że tabela została stworzona. A biorąc pod uwagę, że jego powstanie było ogromnym krokiem naprzód nie tylko dla chemii, ale także dla całej ludzkości, powyższe cztery etapy można zastosować zarówno do realizacji małych projektów, jak i do realizacji planów globalnych. Najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest to, że ani jedno odkrycie, ani jedno rozwiązanie problemu nie mogą zostać znalezione samodzielnie, bez względu na to, jak bardzo chcemy je zobaczyć we śnie i bez względu na to, ile śpimy. Aby coś wyszło, nie ma znaczenia, czy będzie to stworzenie tabeli pierwiastków chemicznych, czy opracowanie nowego planu marketingowego, trzeba mieć pewną wiedzę i umiejętności, a także umiejętnie wykorzystać swój potencjał i ciężko pracować.

Życzymy powodzenia w przedsięwzięciach i pomyślnej realizacji planów!