A tabela periódica dos elementos químicos e sua estrutura. Tabela periódica D

O brilhante químico russo D.I. Mendeleev se destacou ao longo de sua vida pelo desejo de compreender o desconhecido. Este desejo, bem como o conhecimento mais profundo e extenso, aliado a uma intuição científica inconfundível, permitiram a Dmitry Ivanovich desenvolver uma classificação científica dos elementos químicos - o Sistema Periódico na forma da sua famosa tabela.

O sistema periódico de elementos químicos de D.I. Mendeleev pode ser imaginado como uma grande casa na qual absolutamente todos os elementos químicos conhecidos pelo homem “vivem juntos”. Para poder utilizar a Tabela Periódica, é necessário estudar o alfabeto químico, ou seja, os signos dos elementos químicos.

Com a ajuda deles, você aprenderá a escrever palavras - fórmulas químicas e, com base nelas, poderá escrever frases - equações de reações químicas. Cada elemento químico é designado por seu próprio sinal químico, ou símbolo, que, junto com o nome do elemento químico, está escrito na tabela de D.I. Por sugestão do químico sueco J. Berzelius, as letras iniciais dos nomes latinos dos elementos químicos foram adotadas na maioria dos casos como símbolos. Assim, hidrogênio (nome latino Hydrogenium - hidrogenium) é denotado pela letra H (leia-se "cinza"), oxigênio (nome latino Oxygenium - Oxygenium) - pela letra O (leia-se "o"), carbono (nome latino Сarboneum - carboneum ) - pela letra C ( leia "tse").

Os nomes latinos de vários outros elementos químicos começam com a letra C: cálcio (

Cálcio), cobre (Cuprum), cobalto (Cobaltum), etc. Para distingui-los, I. Berzelius propôs adicionar uma das letras subsequentes do nome à letra inicial do nome latino. Assim, o sinal químico do cálcio é escrito com o símbolo Ca (leia “cálcio”), cobre - Cu (leia “cuprum”), cobalto - Co (leia “cobalto”).

Os nomes de alguns elementos químicos refletem as propriedades mais importantes dos elementos, por exemplo, hidrogênio - que produz água, oxigênio - que produz ácidos, fósforo - que transporta luz (Fig. 20), etc.

Arroz. 20.
Etimologia do nome do elemento nº 15 da Tabela Periódica de D. I. Mendeleev

Outros elementos recebem nomes de corpos celestes ou planetas do sistema solar - selênio e telúrio (Fig. 21) (do grego Selene - Lua e Telluris - Terra), urânio, neptúnio, plutônio.

Arroz. 21.
Etimologia do nome do elemento nº 52 da Tabela Periódica de D. I. Mendeleev

Alguns nomes são emprestados da mitologia (Fig. 22). Por exemplo, tântalo. Este era o nome do amado filho de Zeus. Por crimes contra os deuses, Tântalo foi severamente punido. Ele ficou com água até o pescoço e galhos com frutas suculentas e perfumadas pairavam sobre ele. Porém, assim que quis beber, a água escorreu dele; assim que quis saciar a fome, estendeu a mão para as frutas - os galhos se desviaram para o lado. Tentando isolar o tântalo dos minérios, os químicos não sofreram menos tormento.

Arroz. 22.
Etimologia do nome do elemento nº 61 da Tabela Periódica de D. I. Mendeleev

Alguns elementos receberam nomes de diferentes estados ou partes do mundo. Por exemplo, germânio, gálio (Gália é o antigo nome da França), polônio (em homenagem à Polônia), escândio (em homenagem à Escandinávia), frâncio, rutênio (Rutênio é o nome latino da Rússia), európio e amerício. Aqui estão os elementos com nomes de cidades: háfnio (em homenagem a Copenhague), lutécio (antigamente Paris era chamada de Lutécio), berquélio (em homenagem à cidade de Berkeley nos EUA), ítrio, térbio, érbio, itérbio ( os nomes desses elementos vêm de Ytterby - pequena cidade na Suécia onde o mineral contendo esses elementos foi descoberto pela primeira vez), dubnium (Fig. 23).

Arroz. 23.
Etimologia do nome do elemento nº 105 da Tabela Periódica de D. I. Mendeleev

Por fim, os nomes dos elementos imortalizam os nomes dos grandes cientistas: cúrio, férmio, einstênio, mendelévio (Fig. 24), laurêncio.

Arroz. 24.
Etimologia do nome do elemento nº 101 da Tabela Periódica de D. I. Mendeleev

Cada elemento químico é atribuído na tabela periódica, na “casa” comum de todos os elementos, seu próprio “apartamento” - uma célula com um número estritamente definido. O significado mais profundo desse número será revelado a você à medida que você estudar química. O número de andares destes “apartamentos” também é estritamente distribuído - os períodos em que os elementos “vivem”. Assim como o número de série de um elemento (o número do “apartamento”), o número do ponto (“andar”) esconde as informações mais importantes sobre a estrutura dos átomos dos elementos químicos. Horizontalmente – “andares” – a Tabela Periódica é dividida em sete períodos:

• O 1º período inclui dois elementos: hidrogênio H e hélio He;
• O 2º período começa com lítio Li e termina com néon Ne (8 elementos);
• O 3º período começa com sódio Na e termina com argônio Ar (8 elementos).

Os primeiros três períodos, cada um composto por uma série, são chamados de pequenos períodos.

Os períodos 4, 5 e 6 incluem duas linhas de elementos, são chamados de grandes períodos; O 4º e 5º períodos contêm 18 elementos cada, o 6º - 32 elementos.

O 7º período está inacabado, até o momento consiste em apenas uma linha.

Preste atenção aos “pisos de subsolo” da Tabela Periódica - ali “vivem” 14 elementos gêmeos, alguns semelhantes em suas propriedades ao lantânio La, outros ao actínio Ac, que os representam nos “andares” superiores da tabela: no 6º e 7º períodos.

Verticalmente, os elementos químicos que “vivem” em “apartamentos” com propriedades semelhantes estão localizados uns abaixo dos outros em colunas verticais - grupos, dos quais existem oito na tabela de D.I.

Cada grupo consiste em dois subgrupos - principal e secundário. O subgrupo, que inclui elementos de períodos curtos e longos, é denominado subgrupo principal ou grupo A. O subgrupo, que inclui elementos apenas de períodos longos, é denominado subgrupo secundário ou grupo B. Assim, o subgrupo principal do grupo I (grupo IA) inclui lítio, sódio, potássio, rubídio e frâncio são um subgrupo do lítio Li; um subgrupo lateral deste grupo (grupo IB) é formado por cobre, prata e ouro - este é um subgrupo de cobre Cu.

Além da forma da tabela de D.I. Mendeleev, chamada de período curto (é mostrada na folha de rosto do livro), existem muitas outras formas, por exemplo, a versão de período longo.

Assim como uma criança pode construir um grande número de objetos diferentes a partir dos elementos do jogo Lego (ver Fig. 10), também a partir dos elementos químicos a natureza e o homem criaram a variedade de substâncias que nos rodeiam. Outro modelo é ainda mais claro: assim como 33 letras do alfabeto russo formam várias combinações, dezenas de milhares de palavras, 114 elementos químicos em várias combinações criam mais de 20 milhões de substâncias diferentes.

Tente aprender as leis da formação das palavras - fórmulas químicas, e então o mundo das substâncias se abrirá diante de você em toda a sua diversidade colorida.

Mas para isso, primeiro aprenda as letras - símbolos dos elementos químicos (Tabela 1).

tabela 1
Nomes de alguns elementos químicos

Palavras-chave e frases

1. Tabela periódica de elementos químicos (tabela) de D. I. Mendeleev.
2. Períodos grandes e pequenos.
3. Grupos e subgrupos - principais (grupo A) e secundários (grupo B).
4. Símbolos de elementos químicos.

Trabalhar com computador

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Perguntas e tarefas

1. Usando dicionários (termos etimológicos, enciclopédicos e químicos), cite as propriedades mais importantes que se refletem nos nomes dos elementos químicos: bromo Br, nitrogênio N, flúor F.
2. Explique como os nomes dos elementos químicos titânio e vanádio refletem a influência dos antigos mitos gregos.
3. Por que o nome latino para ouro Aurum (aurum) e prata é Argentum (argentum)?
4. Conte a história da descoberta de um elemento químico de sua escolha e explique a etimologia de seu nome.
5. Anote as “coordenadas”, ou seja, a posição na Tabela Periódica de D.I. Mendeleev (número do elemento, número do período e seu tipo - grande ou pequeno, número do grupo e subgrupo - principal ou menor), para os seguintes elementos químicos: cálcio, zinco , antimônio, tântalo, európio.
6. Distribua os elementos químicos listados na Tabela 1 em três grupos com base na “pronúncia do símbolo químico”. Fazer esta atividade poderia ajudá-lo a lembrar símbolos químicos e pronunciar símbolos de elementos?

O sistema periódico de elementos químicos é uma classificação de elementos químicos criada por D. I. Mendeleev com base na lei periódica por ele descoberta em 1869.

D. I. Mendeleiev

De acordo com a formulação moderna desta lei, em uma série contínua de elementos dispostos em ordem crescente de magnitude da carga positiva dos núcleos de seus átomos, elementos com propriedades semelhantes se repetem periodicamente.

A tabela periódica dos elementos químicos, apresentada em forma de tabela, é composta por períodos, séries e grupos.

No início de cada período (exceto o primeiro), o elemento apresenta propriedades metálicas pronunciadas (metal alcalino).

Símbolos da tabela de cores: 1 - sinal químico do elemento; 2 - nome; 3 - massa atômica (peso atômico); 4 - número de série; 5 - distribuição de elétrons entre camadas.

À medida que o número atômico de um elemento aumenta, igual à carga positiva do núcleo de seu átomo, as propriedades metálicas enfraquecem gradualmente e as propriedades não metálicas aumentam. O penúltimo elemento em cada período é um elemento com propriedades não metálicas pronunciadas (), e o último é um gás inerte. No período I existem 2 elementos, no II e III - 8 elementos, no IV e V - 18, no VI - 32 e no VII (período não concluído) - 17 elementos.

Os primeiros três períodos são chamados de pequenos períodos, cada um deles consiste em uma linha horizontal; o resto - em grandes períodos, cada um dos quais (exceto o período VII) consiste em duas linhas horizontais - par (superior) e ímpar (inferior). Apenas metais são encontrados em fileiras pares de grandes períodos. As propriedades dos elementos destas séries mudam ligeiramente com o aumento do número ordinal. As propriedades dos elementos em linhas ímpares de grandes períodos mudam. No período VI, o lantânio é seguido por 14 elementos, muito semelhantes em propriedades químicas. Esses elementos, chamados lantanídeos, estão listados separadamente abaixo da tabela principal. Os actinídeos, os elementos que seguem o actínio, são apresentados de forma semelhante na tabela.

A tabela possui nove grupos verticais. O número do grupo, com raras exceções, é igual à maior valência positiva dos elementos deste grupo. Cada grupo, excluindo o zero e o oitavo, é dividido em subgrupos. - principal (localizado à direita) e secundário. Nos subgrupos principais, à medida que o número atômico aumenta, as propriedades metálicas dos elementos tornam-se mais fortes e as propriedades não metálicas enfraquecem.

Assim, as propriedades químicas e uma série de propriedades físicas dos elementos são determinadas pelo lugar que um determinado elemento ocupa na tabela periódica.

Os elementos biogênicos, ou seja, os elementos que fazem parte dos organismos e nele desempenham uma determinada função biológica, ocupam a parte superior da tabela periódica. As células ocupadas por elementos que constituem a maior parte (mais de 99%) da matéria viva são coloridas em azul; as células ocupadas por microelementos são coloridas em rosa (ver).

A tabela periódica dos elementos químicos é a maior conquista da ciência natural moderna e uma expressão vívida das leis dialéticas mais gerais da natureza.

Veja também Peso atômico.

O sistema periódico de elementos químicos é uma classificação natural de elementos químicos criada por D. I. Mendeleev com base na lei periódica descoberta por ele em 1869.

Em sua formulação original, a lei periódica de D.I. Mendeleev afirmava: as propriedades dos elementos químicos, bem como as formas e propriedades de seus compostos, dependem periodicamente dos pesos atômicos dos elementos. Posteriormente, com o desenvolvimento da doutrina da estrutura do átomo, foi demonstrado que uma característica mais precisa de cada elemento não é o peso atômico (ver), mas o valor da carga positiva do núcleo do átomo do elemento, igual ao número de série (atômico) deste elemento no sistema periódico de D. I. Mendeleev . O número de cargas positivas no núcleo de um átomo é igual ao número de elétrons que circundam o núcleo do átomo, uma vez que os átomos como um todo são eletricamente neutros. À luz destes dados, a lei periódica é formulada da seguinte forma: as propriedades dos elementos químicos, bem como as formas e propriedades dos seus compostos, dependem periodicamente da magnitude da carga positiva dos núcleos dos seus átomos. Isso significa que em uma série contínua de elementos dispostos em ordem crescente de cargas positivas dos núcleos de seus átomos, elementos com propriedades semelhantes se repetirão periodicamente.

A forma tabular da tabela periódica dos elementos químicos é apresentada em sua forma moderna. É composto por períodos, séries e grupos. Um período representa uma série horizontal sucessiva de elementos dispostos em ordem crescente de carga positiva dos núcleos de seus átomos.

No início de cada período (exceto o primeiro) existe um elemento com propriedades metálicas pronunciadas (metal alcalino). Então, à medida que o número de série aumenta, as propriedades metálicas dos elementos enfraquecem gradualmente e as propriedades não metálicas aumentam. O penúltimo elemento em cada período é um elemento com propriedades não metálicas pronunciadas (halogênio), e o último é um gás inerte. O primeiro período consiste em dois elementos, o papel de um metal alcalino e de um halogênio aqui é desempenhado simultaneamente pelo hidrogênio. Os períodos II e III incluem 8 elementos cada, denominados típicos por Mendeleev. Os períodos IV e V contêm 18 elementos cada, VI-32. O período VII ainda não foi concluído e está repleto de elementos criados artificialmente; existem atualmente 17 elementos neste período. Os períodos I, II e III são chamados de pequenos, cada um deles consiste em uma linha horizontal, IV-VII são grandes: eles (com exceção do VII) incluem duas linhas horizontais - par (superior) e ímpar (inferior). Em linhas pares de grandes períodos existem apenas metais, e a mudança nas propriedades dos elementos na linha da esquerda para a direita é fracamente expressa.

Em séries ímpares de grandes períodos, as propriedades dos elementos da série mudam da mesma forma que as propriedades dos elementos típicos. Na linha par do período VI, depois do lantânio, existem 14 elementos [chamados lantanídeos (ver), lantanídeos, elementos de terras raras], semelhantes em propriedades químicas ao lantânio e entre si. Uma lista deles é fornecida separadamente abaixo da tabela.

Os elementos seguintes ao actínio - actinídeos (actinóides) - são listados separadamente e listados abaixo da tabela.

Na tabela periódica dos elementos químicos, nove grupos estão localizados verticalmente. O número do grupo é igual à maior valência positiva (ver) dos elementos deste grupo. As exceções são o flúor (só pode ser negativamente monovalente) e o bromo (não pode ser heptavalente); além disso, cobre, prata, ouro podem apresentar valência superior a +1 (Cu-1 e 2, Ag e Au-1 e 3), e dos elementos do grupo VIII, apenas ósmio e rutênio possuem valência de +8 . Cada grupo, com exceção do oitavo e do zero, é dividido em dois subgrupos: o principal (localizado à direita) e o secundário. Os subgrupos principais incluem elementos típicos e elementos de longos períodos, os subgrupos secundários incluem apenas elementos de longos períodos e, além disso, metais.

Em termos de propriedades químicas, os elementos de cada subgrupo de um determinado grupo diferem significativamente entre si, e apenas a valência positiva mais alta é a mesma para todos os elementos de um determinado grupo. Nos subgrupos principais, de cima para baixo, as propriedades metálicas dos elementos são fortalecidas e as não metálicas são enfraquecidas (por exemplo, o frâncio é o elemento com propriedades metálicas mais pronunciadas e o flúor é o não metálico). Assim, o lugar de um elemento no sistema periódico de Mendeleev (número ordinal) determina suas propriedades, que são a média das propriedades dos elementos vizinhos verticalmente e horizontalmente.

Alguns grupos de elementos possuem nomes especiais. Assim, os elementos dos principais subgrupos do grupo I são chamados de metais alcalinos, grupo II - metais alcalino-terrosos, grupo VII - halogênios, elementos localizados atrás do urânio - transurânio. Os elementos que fazem parte dos organismos, participam dos processos metabólicos e têm um papel biológico claro são chamados de elementos biogênicos. Todos eles ocupam a parte superior da tabela de D.I. Estes são principalmente O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg e Fe, que constituem a maior parte da matéria viva (mais de 99%). Os lugares ocupados por esses elementos na tabela periódica são coloridos em azul claro. Os elementos biogênicos, dos quais existem muito poucos no corpo (de 10 -3 a 10 -14%), são chamados de microelementos (ver). As células do sistema periódico, de cor amarela, contêm microelementos cuja importância vital para o ser humano está comprovada.

De acordo com a teoria da estrutura atômica (ver Átomo), as propriedades químicas dos elementos dependem principalmente do número de elétrons na camada eletrônica externa. A mudança periódica nas propriedades dos elementos com o aumento da carga positiva dos núcleos atômicos é explicada pela repetição periódica da estrutura da camada eletrônica externa (nível de energia) dos átomos.

Em pequenos períodos, com aumento da carga positiva do núcleo, o número de elétrons na camada externa aumenta de 1 para 2 no período I e de 1 para 8 nos períodos II e III. Daí a mudança nas propriedades dos elementos no período de um metal alcalino para um gás inerte. A camada externa de elétrons, contendo 8 elétrons, é completa e energeticamente estável (os elementos do grupo zero são quimicamente inertes).

Durante longos períodos em fileiras pares, à medida que a carga positiva dos núcleos aumenta, o número de elétrons na camada externa permanece constante (1 ou 2) e a segunda camada externa é preenchida com elétrons. Daí a lenta mudança nas propriedades dos elementos em linhas pares. Nas séries ímpares de grandes períodos, à medida que a carga dos núcleos aumenta, a camada externa é preenchida com elétrons (de 1 a 8) e as propriedades dos elementos mudam da mesma forma que as dos elementos típicos.

O número de camadas de elétrons em um átomo é igual ao número do período. Os átomos dos elementos dos subgrupos principais possuem um número de elétrons em suas camadas externas igual ao número do grupo. Os átomos dos elementos dos subgrupos laterais contêm um ou dois elétrons em suas camadas externas. Isso explica a diferença nas propriedades dos elementos dos subgrupos principal e secundário. O número do grupo indica o número possível de elétrons que podem participar na formação de ligações químicas (valência) (ver Molécula), portanto tais elétrons são chamados de valência. Para elementos de subgrupos laterais, não apenas os elétrons das camadas externas são de valência, mas também os das penúltimas. O número e a estrutura das camadas eletrônicas são indicados na tabela periódica de elementos químicos anexa.

A lei periódica de D.I. Mendeleev e o sistema nela baseado são de excepcionalmente grande importância na ciência e na prática. A lei e o sistema periódicos serviram de base para a descoberta de novos elementos químicos, a determinação precisa de seus pesos atômicos, o desenvolvimento da doutrina da estrutura dos átomos, o estabelecimento de leis geoquímicas de distribuição dos elementos na crosta terrestre e o desenvolvimento de ideias modernas sobre a matéria viva, cuja composição e os padrões a ela associados estão de acordo com o sistema periódico. A atividade biológica dos elementos e seu conteúdo no corpo também são em grande parte determinados pelo lugar que ocupam na tabela periódica de Mendeleev. Assim, com o aumento do número de série em vários grupos, a toxicidade dos elementos aumenta e seu conteúdo no organismo diminui. A lei periódica é uma expressão clara das leis dialéticas mais gerais do desenvolvimento da natureza.

Muitos cientistas fizeram tentativas de sistematizar os elementos químicos. Mas somente em 1869 D.I. Mendeleev conseguiu criar uma classificação de elementos que estabelecesse a conexão e dependência de substâncias químicas e a carga do núcleo atômico.

História

A formulação moderna da lei periódica é a seguinte: as propriedades dos elementos químicos, bem como as formas e propriedades dos compostos dos elementos, dependem periodicamente da carga do núcleo dos átomos do elemento.

Quando a lei foi descoberta, 63 elementos químicos eram conhecidos. No entanto, as massas atômicas de muitos desses elementos foram determinadas erroneamente.

O próprio D.I. Mendeleev em 1869 formulou sua lei como uma dependência periódica dos pesos atômicos dos elementos, uma vez que no século XIX a ciência ainda não tinha informações sobre a estrutura do átomo. No entanto, a engenhosa previsão do cientista permitiu-lhe compreender mais profundamente do que todos os seus contemporâneos os padrões que determinam a periodicidade das propriedades dos elementos e substâncias. Ele levou em consideração não só o aumento da massa atômica, mas também as propriedades já conhecidas de substâncias e elementos e, tomando como base a ideia de periodicidade, conseguiu prever com precisão a existência e propriedades de elementos e substâncias desconhecidas. para a ciência da época, corrigir as massas atômicas de vários elementos e organizar corretamente os elementos no sistema, deixando espaços vazios e fazendo rearranjos.

Arroz. 1. D. I. Mendeleev.

Existe um mito de que Mendeleev sonhou com a tabela periódica. Porém, esta é apenas uma bela história, que não é um fato comprovado.

Estrutura da tabela periódica

A tabela periódica de elementos químicos de D.I. Mendeleev é um reflexo gráfico de sua própria lei. Os elementos são organizados na tabela de acordo com um significado químico e físico específico. Pela localização de um elemento, você pode determinar sua valência, número de elétrons e muitas outras características. A tabela é dividida horizontalmente em períodos grandes e pequenos e verticalmente em grupos.

Arroz. 2. Tabela periódica.

Existem 7 períodos que começam com um metal alcalino e terminam com substâncias que possuem propriedades não metálicas. Os grupos, por sua vez, compostos por 8 colunas, são divididos em subgrupos principais e secundários.

O desenvolvimento posterior da ciência mostrou que a repetição periódica das propriedades dos elementos em certos intervalos, especialmente claramente manifestada no 2º e 3º pequenos períodos, é explicada pela repetição da estrutura eletrônica dos níveis de energia externos, onde os elétrons de valência estão localizados , devido ao qual ocorre a formação de ligações químicas e novas substâncias nas reações. Portanto, em cada grupo de colunas verticais existem elementos com traços característicos repetidos. Isto se manifesta claramente em grupos contendo famílias de metais alcalinos muito ativos (grupo I, subgrupo principal) e metais não halogênios (grupo VII, subgrupo principal). Da esquerda para a direita ao longo do período, o número de elétrons aumenta de 1 para 8, enquanto as propriedades metálicas dos elementos diminuem. Assim, as propriedades metálicas são mais pronunciadas quanto menos elétrons houver no nível externo.

Arroz. 3. Pequenos e grandes períodos da tabela periódica.

Propriedades atômicas como energia de ionização, energia de afinidade eletrônica e eletronegatividade também ocorrem periodicamente. Essas quantidades estão associadas à capacidade de um átomo de ceder um elétron de um nível externo (ionização) ou de reter o elétron de outra pessoa em seu nível externo (afinidade eletrônica). Total de classificações recebidas: 146.

Periódico lei D.I. Mendeleev:Propriedades de corpos simples, bem como formas e propriedades de compostosdiferenças de elementos dependem periodicamente deos valores dos pesos atômicos dos elementos (as propriedades dos elementos dependem periodicamente da carga dos átomos de seus núcleos).

Tabela Periódica dos Elementos. Séries de elementos cujas propriedades mudam sequencialmente, como a série de oito elementos do lítio ao néon ou do sódio ao argônio, Mendeleev chamou de períodos. Se escrevermos esses dois períodos um abaixo do outro, de modo que o sódio esteja sob o lítio e o argônio esteja sob o néon, obteremos o seguinte arranjo de elementos:

Com este arranjo, as colunas verticais contêm elementos que são semelhantes em suas propriedades e possuem a mesma valência, por exemplo, lítio e sódio, berílio e magnésio, etc.

Depois de dividir todos os elementos em períodos e colocar um período abaixo do outro, de modo que elementos semelhantes em propriedades e tipo de compostos formados estivessem localizados uns sob os outros, Mendeleev compilou uma tabela que chamou de sistema periódico de elementos por grupos e séries.

O significado do sistema periódicoNós. A tabela periódica dos elementos teve grande influência no desenvolvimento subsequente da química. Não só foi a primeira classificação natural dos elementos químicos, mostrando que eles formam um sistema harmonioso e estão intimamente ligados entre si, mas também foi uma ferramenta poderosa para futuras pesquisas.

7. Mudanças periódicas nas propriedades dos elementos químicos. Raios atômicos e iônicos. Energia de ionização. Afinidade eletrônica. Eletro-negatividade.

A dependência dos raios atômicos da carga do núcleo de um átomo Z é periódica. Dentro de um período, à medida que Z aumenta, há uma tendência de diminuição do tamanho do átomo, o que é especialmente observado em períodos curtos.

Com o início da construção de uma nova camada eletrônica, mais distante do núcleo, ou seja, durante a transição para o próximo período, os raios atômicos aumentam (compare, por exemplo, os raios dos átomos de flúor e sódio). Como resultado, dentro de um subgrupo, com o aumento da carga nuclear, os tamanhos dos átomos aumentam.

A perda de átomos de elétrons leva a uma diminuição em seu tamanho efetivo, e a adição de elétrons em excesso leva a um aumento. Portanto, o raio de um íon carregado positivamente (cátion) é sempre menor, e o raio de um não (ânion) carregado negativamente é sempre maior que o raio do átomo eletricamente neutro correspondente.

Dentro de um subgrupo, os raios dos íons da mesma carga aumentam com o aumento da carga nuclear. Esse padrão é explicado por um aumento no número de camadas eletrônicas e pela distância crescente dos elétrons externos do núcleo.

A propriedade química mais característica dos metais é a capacidade de seus átomos de ceder facilmente elétrons externos e se transformarem em íons carregados positivamente, enquanto os não metais, ao contrário, são caracterizados pela capacidade de adicionar elétrons para formar íons negativos. Para retirar um elétron de um átomo e transformá-lo em um íon positivo, é necessário gastar alguma energia, chamada energia de ionização.

A energia de ionização pode ser determinada bombardeando átomos com elétrons acelerados em um campo elétrico. A tensão de campo mais baixa na qual a velocidade do elétron se torna suficiente para ionizar os átomos é chamada de potencial de ionização dos átomos de um determinado elemento e é expressa em volts. Com o gasto de energia suficiente, dois, três ou mais elétrons podem ser removidos de um átomo. Portanto, falam do primeiro potencial de ionização (a energia de remoção do primeiro elétron do átomo) e do segundo potencial de ionização (a energia de remoção do segundo elétron)

Conforme observado acima, os átomos podem não apenas doar, mas também ganhar elétrons. A energia liberada quando um elétron se liga a um átomo livre é chamada de afinidade eletrônica do átomo. A afinidade eletrônica, assim como a energia de ionização, é geralmente expressa em elétron-volts. Assim, a afinidade eletrônica do átomo de hidrogênio é 0,75 eV, oxigênio - 1,47 eV, flúor - 3,52 eV.

As afinidades eletrônicas dos átomos metálicos são normalmente próximas de zero ou negativas; Segue-se disso que para os átomos da maioria dos metais a adição de elétrons é energeticamente desfavorável. A afinidade eletrônica dos átomos do não metal é sempre positiva e quanto maior, mais próximo o não metal está do gás nobre na tabela periódica; isso indica um aumento nas propriedades não metálicas à medida que o final do período se aproxima.

Quem frequentou a escola lembra que uma das disciplinas obrigatórias de estudo era química. Você pode gostar dela ou não gostar dela - não importa. E é provável que muito conhecimento desta disciplina já tenha sido esquecido e não seja aproveitado na vida. No entanto, todos provavelmente se lembram da tabela de elementos químicos de D.I. Para muitos, permaneceu uma tabela multicolorida, onde certas letras são escritas em cada quadrado, indicando os nomes dos elementos químicos. Mas aqui não falaremos sobre química como tal e descreveremos centenas de reações e processos químicos, mas contaremos como a tabela periódica apareceu em primeiro lugar - esta história será interessante para qualquer pessoa e, na verdade, para todos aqueles que estão ávidos por informações interessantes e úteis.

Um pouco de fundo

Em 1668, o notável químico, físico e teólogo irlandês Robert Boyle publicou um livro no qual muitos mitos sobre a alquimia foram desmascarados e no qual discutiu a necessidade de procurar elementos químicos indecomponíveis. O cientista também deu uma lista deles, composta por apenas 15 elementos, mas admitiu a ideia de que pode haver mais elementos. Este se tornou o ponto de partida não só na busca de novos elementos, mas também na sua sistematização.

Cem anos depois, o químico francês Antoine Lavoisier compilou uma nova lista, que já incluía 35 elementos. Mais tarde, 23 deles foram considerados indecomponíveis. Mas a busca por novos elementos continuou por cientistas de todo o mundo. E o papel principal nesse processo foi desempenhado pelo famoso químico russo Dmitry Ivanovich Mendeleev - ele foi o primeiro a propor a hipótese de que poderia haver uma relação entre a massa atômica dos elementos e sua localização no sistema.

Graças ao trabalho árduo e à comparação de elementos químicos, Mendeleev conseguiu descobrir a ligação entre os elementos, em que podem ser um, e as suas propriedades não são algo dado como certo, mas representam um fenómeno que se repete periodicamente. Como resultado, em fevereiro de 1869, Mendeleev formulou a primeira lei periódica, e já em março seu relatório “Relação das propriedades com o peso atômico dos elementos” foi apresentado à Sociedade Química Russa pelo historiador da química N. A. Menshutkin. Então, no mesmo ano, a publicação de Mendeleev foi publicada na revista “Zeitschrift fur Chemie” na Alemanha, e em 1871, outra revista alemã “Annalen der Chemie” publicou uma nova e extensa publicação do cientista dedicada à sua descoberta.

Criando a tabela periódica

Em 1869, a ideia principal já havia sido formada por Mendeleev, e em um tempo bastante curto, mas por muito tempo ele não conseguiu formalizá-la em nenhum sistema ordenado que mostrasse claramente o que era o quê. Em uma das conversas com seu colega A.A. Inostrantsev, ele até disse que já tinha tudo planejado na cabeça, mas não conseguia colocar tudo em uma mesa. Depois disso, segundo os biógrafos de Mendeleev, ele iniciou um trabalho meticuloso em sua mesa, que durou três dias sem pausas para dormir. Eles tentaram de todas as maneiras organizar os elementos em uma tabela, e o trabalho também foi complicado pelo fato de que naquela época a ciência ainda não conhecia todos os elementos químicos. Mas, apesar disso, a tabela ainda foi criada e os elementos sistematizados.

A lenda do sonho de Mendeleev

Muitos já ouviram a história de que D.I. Mendeleev sonhou com sua mesa. Esta versão foi ativamente divulgada pelo já mencionado associado de Mendeleev, A. A. Inostrantsev, como uma história engraçada com a qual ele entretinha seus alunos. Ele disse que Dmitry Ivanovich foi para a cama e em sonho viu claramente sua mesa, na qual todos os elementos químicos estavam dispostos na ordem certa. Depois disso, os alunos até brincaram que a vodca 40° foi descoberta da mesma forma. Mas ainda havia pré-requisitos reais para a história do sono: como já mencionado, Mendeleev trabalhava na mesa sem dormir nem descansar, e Inostrantsev certa vez o encontrou cansado e exausto. Durante o dia, Mendeleev decidiu fazer um breve descanso e, algum tempo depois, acordou abruptamente, imediatamente pegou um pedaço de papel e desenhou nele uma mesa pronta. Mas o próprio cientista refutou toda essa história com o sonho, dizendo: “Estou pensando nisso, talvez há vinte anos, e você pensa: eu estava sentado e de repente... está pronto”. Então a lenda do sonho pode ser muito atrativa, mas a criação da mesa só foi possível com muito trabalho.

Trabalho adicional

Entre 1869 e 1871, Mendeleev desenvolveu as ideias de periodicidade para as quais a comunidade científica estava inclinada. E uma das etapas importantes desse processo foi a compreensão que qualquer elemento do sistema deveria ter, com base na totalidade de suas propriedades em comparação com as propriedades de outros elementos. Com base nisso, e também com base nos resultados de pesquisas sobre alterações nos óxidos formadores de vidro, o químico conseguiu fazer correções nos valores das massas atômicas de alguns elementos, incluindo urânio, índio, berílio e outros.

Mendeleev, é claro, queria preencher rapidamente as células vazias que restavam na tabela e, em 1870, previu que em breve seriam descobertos elementos químicos desconhecidos pela ciência, cujas massas atômicas e propriedades ele foi capaz de calcular. Os primeiros foram o gálio (descoberto em 1875), o escândio (descoberto em 1879) e o germânio (descoberto em 1885). Depois as previsões continuaram a ser concretizadas e foram descobertos mais oito novos elementos, entre eles: polônio (1898), rênio (1925), tecnécio (1937), frâncio (1939) e astato (1942-1943). Aliás, em 1900, D.I. Mendeleev e o químico escocês William Ramsay chegaram à conclusão de que a tabela também deveria incluir elementos do grupo zero - até 1962 eram chamados de gases inertes, e depois - gases nobres.

Organização da tabela periódica

Os elementos químicos na tabela de D.I. Mendeleev são organizados em linhas de acordo com o aumento de sua massa, e o comprimento das linhas é selecionado para que os elementos nelas contidos tenham propriedades semelhantes. Por exemplo, gases nobres como radônio, xenônio, criptônio, argônio, néon e hélio são difíceis de reagir com outros elementos e também possuem baixa reatividade química, por isso estão localizados na coluna da extrema direita. E os elementos da coluna da esquerda (potássio, sódio, lítio, etc.) reagem bem com outros elementos, e as próprias reações são explosivas. Simplificando, dentro de cada coluna, os elementos têm propriedades semelhantes que variam de uma coluna para outra. Todos os elementos até o nº 92 são encontrados na natureza, e a partir do nº 93 começam os elementos artificiais, que só podem ser criados em condições de laboratório.

Em sua versão original, o sistema periódico era entendido apenas como um reflexo da ordem existente na natureza, e não havia explicações sobre por que tudo deveria ser assim. Foi somente quando a mecânica quântica apareceu que o verdadeiro significado da ordem dos elementos na tabela ficou claro.

Lições do processo criativo

Falando sobre quais lições do processo criativo podem ser tiradas de toda a história da criação da tabela periódica de D. I. Mendeleev, podemos citar como exemplo as ideias do pesquisador inglês na área do pensamento criativo Graham Wallace e do cientista francês Henri Poincaré . Vamos apresentá-los brevemente.

De acordo com os estudos de Poincaré (1908) e Graham Wallace (1926), existem quatro fases principais do pensamento criativo:

• Preparação– a fase de formulação do problema principal e as primeiras tentativas de resolvê-lo;
• Incubação– uma fase durante a qual há uma distração temporária do processo, mas o trabalho para encontrar uma solução para o problema é realizado em um nível subconsciente;
• Entendimento– o estágio em que a solução intuitiva está localizada. Além disso, esta solução pode ser encontrada numa situação completamente alheia ao problema;
• Exame– a fase de teste e implementação de uma solução, na qual esta solução é testada e o seu possível desenvolvimento posterior.

Como podemos ver, no processo de criação de sua tabela, Mendeleev seguiu intuitivamente precisamente essas quatro etapas. A eficácia disso pode ser avaliada pelos resultados, ou seja, pelo fato de a tabela ter sido criada. E dado que a sua criação foi um grande avanço não só para a ciência química, mas também para toda a humanidade, as quatro etapas acima podem ser aplicadas tanto à implementação de pequenos projetos como à implementação de planos globais. A principal coisa a lembrar é que nem uma única descoberta, nem uma única solução para um problema pode ser encontrada por si só, por mais que queiramos vê-las em um sonho e por mais que durmamos. Para que algo dê certo, não importa se é criar uma tabela de elementos químicos ou desenvolver um novo plano de marketing, você precisa ter certos conhecimentos e habilidades, além de usar com habilidade seu potencial e trabalhar duro.

Desejamos-lhe sucesso em seus empreendimentos e na implementação bem-sucedida de seus planos!