Periodni sistem kemičnih elementov in njegova struktura. Periodni sistem D

Briljantnega ruskega kemika D. I. Mendelejeva je vse življenje odlikovala želja po razumevanju neznanega. Ta želja, pa tudi najgloblje in najobsežnejše znanje, združeno z nezmotljivo znanstveno intuicijo, je Dmitriju Ivanoviču omogočilo, da je razvil znanstveno klasifikacijo kemijskih elementov - periodni sistem v obliki njegove znamenite tabele.

Periodni sistem kemičnih elementov D. I. Mendelejeva si lahko predstavljamo kot veliko hišo, v kateri "živijo skupaj" absolutno vsi kemični elementi, ki jih pozna človek. Da bi lahko uporabljali periodni sistem, morate preučiti kemijsko abecedo, to je znake kemičnih elementov.

Z njihovo pomočjo se boste naučili pisati besede – kemijske formule, na njihovi podlagi pa boste znali pisati povedi – enačbe kemijskih reakcij. Vsak kemijski element je označen s svojim kemijskim znakom ali simbolom, ki je poleg imena kemijskega elementa zapisan v tabeli D.I. Po predlogu švedskega kemika J. Berzeliusa so bile začetnice latinskih imen kemičnih elementov v večini primerov sprejete kot simboli. Tako je vodik (latinsko ime Hydrogenium - hydrogenium) označen s črko H (beri "pepel"), kisik (latinsko ime Oxygenium - oxygenium) - s črko O (beri "o"), ogljik (latinsko ime Сarboneum - carboneum ) - s črko C (beri "tse").

Latinska imena več drugih kemičnih elementov se začnejo s črko C: kalcij (

Kalcij), baker (Cuprum), kobalt (Cobaltum) itd. Da bi jih razlikovali, je I. Berzelius predlagal, da se začetni črki latinskega imena doda ena od naslednjih črk imena. Tako je kemijski znak za kalcij zapisan s simbolom Ca (beri "kalcij"), baker - Cu (beri "cuprum"), kobalt - Co (beri "kobalt").

Imena nekaterih kemijskih elementov odražajo najpomembnejše lastnosti elementov, na primer vodik - ki proizvaja vodo, kisik - ki proizvaja kisline, fosfor - ki prenaša svetlobo (slika 20) itd.

riž. 20.
Etimologija imena elementa št. 15 periodnega sistema D. I. Mendelejeva

Drugi elementi so poimenovani po nebesnih telesih ali planetih sončnega sistema - selen in telur (slika 21) (iz grščine Selene - Luna in Telluris - Zemlja), uran, neptunij, plutonij.

riž. 21.
Etimologija imena elementa št. 52 periodnega sistema D. I. Mendelejeva

Nekatera imena so izposojena iz mitologije (slika 22). Na primer tantal. To je bilo ime ljubljenega Zeusovega sina. Za zločine proti bogovom je bil Tantal strogo kaznovan. Do vratu je stal v vodi, nad njim pa so visele veje s sočnimi dišečimi plodovi. Kakor hitro je hotel piti, mu je voda odtekla; ko je hotel potešiti lakoto, je iztegnil roko k plodovom - veje so se odmaknile vstran. Pri poskusu izolacije tantala iz rud so kemiki doživeli nič manj muk.

riž. 22.
Etimologija imena elementa št. 61 periodnega sistema D. I. Mendelejeva

Nekateri elementi so bili poimenovani po različnih državah ali delih sveta. Na primer germanij, galij (Gallija je starodavno ime za Francijo), polonij (v čast Poljske), skandij (v čast Skandinavije), francij, rutenij (rutenij je latinsko ime za Rusijo), evropij in americij. Tu so elementi, poimenovani po mestih: hafnij (v čast Kopenhagnu), lutecij (v starih časih se je Pariz imenoval lutecij), berkelij (v čast mesta Berkeley v ZDA), itrij, terbij, erbij, iterbij ( Imena teh elementov prihajajo iz Ytterbyja - majhnega mesta na Švedskem, kjer je bil prvič odkrit mineral, ki vsebuje te elemente), dubnij (slika 23).

riž. 23.
Etimologija imena elementa št. 105 periodnega sistema D. I. Mendelejeva

Končno imena elementov ovekovečijo imena velikih znanstvenikov: curium, fermium, einsteinium, mendelevium (slika 24), lawrencium.

riž. 24.
Etimologija imena elementa št. 101 periodnega sistema D. I. Mendelejeva

Vsak kemični element je dodeljen v periodnem sistemu, v skupni "hiši" vseh elementov, lastnem "stanovanju" - celici s strogo določeno številko. Globlji pomen tega števila se vam bo razkril ob nadaljnjem študiju kemije. Tudi število nadstropij teh "stanovanj" je strogo porazdeljeno - obdobja, v katerih elementi "živijo". Tako kot zaporedna številka elementa (številka »stanovanja«) tudi številka točke (»nadstropja«) skriva najpomembnejše podatke o zgradbi atomov kemičnih elementov. Horizontalno - "nadstropje" - je periodni sistem razdeljen na sedem obdobij:

• 1. obdobje vključuje dva elementa: vodik H in helij He;
• 2. perioda se začne z litijem Li in konča z neonom Ne (8 elementov);
• 3. perioda se začne z natrijem Na in konča z argonom Ar (8 elementov).

Prva tri obdobja, od katerih je vsako sestavljeno iz ene serije, se imenujejo majhna obdobja.

Obdobja 4, 5 in 6 vključujejo dve vrsti elementov, imenujemo jih velika obdobja; 4. in 5. obdobje vsebujeta po 18 elementov, 6. - 32 elementov.

7. obdobje je nedokončano, zaenkrat obsega samo eno vrstico.

Bodite pozorni na "kletna tla" periodnega sistema - tam "živi" 14 elementov dvojčkov, nekateri po svojih lastnostih podobni lantanu La, drugi aktiniju Ac, ki jih predstavljajo na zgornjih "nadstropjih" tabele: v 6. in 7. obdobje.

Navpično so kemični elementi, ki "živijo" v "stanovanjih" s podobnimi lastnostmi, nameščeni drug pod drugim v navpičnih stolpcih - skupinah, ki jih je v tabeli D.I.

Vsaka skupina je sestavljena iz dveh podskupin - glavne in sekundarne. Podskupina, ki vključuje elemente kratkih in dolgih obdobij, se imenuje glavna podskupina ali skupina A. Podskupina, ki vključuje elemente samo dolgih obdobij, se imenuje sekundarna podskupina ali skupina B. Tako je glavna podskupina skupine I (skupina IA) vključuje litij, natrij, kalij, rubidij in francij so podskupina litija Li; stransko podskupino te skupine (IB skupina) tvorijo baker, srebro in zlato - to je podskupina Cu bakra.

Poleg oblike tabele D. I. Mendelejeva, ki se imenuje kratkoperiodična (prikazana je na vzletnem listu učbenika), obstaja še veliko drugih oblik, na primer dolgoperiodična različica.

Tako kot lahko otrok iz elementov Lego igrice sestavi ogromno različnih predmetov (glej sliko 10), tako sta iz kemičnih elementov narava in človek ustvarila pestrost snovi, ki nas obdajajo. Drugi model je še bolj jasen: tako kot 33 črk ruske abecede tvori različne kombinacije, desettisoče besed, tako 114 kemičnih elementov v različnih kombinacijah ustvarja več kot 20 milijonov različnih snovi.

Poskusite se naučiti zakonitosti tvorjenja besed - kemijskih formul in takrat se bo pred vami odprl svet snovi v vsej svoji pisani raznolikosti.

Toda za to se najprej naučite črk - simbolov kemičnih elementov (tabela 1).

Tabela 1
Imena nekaterih kemičnih elementov

Ključne besede in besedne zveze

1. Periodni sistem kemičnih elementov (tabela) D. I. Mendelejeva.
2. Velika in majhna obdobja.
3. Skupine in podskupine - glavna (A skupina) in sekundarna (B skupina).
4. Simboli kemičnih elementov.

Delo z računalnikom

1. Oglejte si elektronsko prijavo. Preučite učno gradivo in dokončajte dodeljene naloge.
2. Na internetu poiščite elektronske naslove, ki lahko služijo kot dodatni viri, ki razkrivajo vsebino ključnih besed in fraz v odstavku. Ponudite svojo pomoč učitelju pri pripravi nove lekcije - naredite poročilo o ključnih besedah ​​in besednih zvezah naslednjega odstavka.

Vprašanja in naloge

1. Z uporabo slovarjev (etimološki, enciklopedični in kemijski izrazi) poimenujte najpomembnejše lastnosti, ki se odražajo v imenih kemijskih elementov: brom Br, dušik N, fluor F.
2. Pojasnite, kako ime kemijskih elementov titan in vanadij odražata vpliv starogrških mitov.
3. Zakaj je latinsko ime za zlato Aurum (aurum) in srebro - Argentum (argentum)?
4. Povejte zgodbo o odkritju kemijskega elementa po lastni izbiri in razložite etimologijo njegovega imena.
5. Zapišite "koordinate", tj. položaj v periodnem sistemu D. I. Mendelejeva (številka elementa, številka obdobja in njegova vrsta - velika ali majhna, številka skupine in podskupine - glavna ali pomožna), za naslednje kemične elemente: kalcij, cink , antimon, tantal, evropij.
6. Kemijske elemente, navedene v tabeli 1, razdelite v tri skupine glede na »izgovor kemijskega simbola«. Ali bi vam ta dejavnost lahko pomagala zapomniti kemijske simbole in izgovoriti simbole elementov?

Periodični sistem kemijskih elementov je klasifikacija kemijskih elementov, ki jo je ustvaril D. I. Mendelejev na podlagi periodičnega zakona, ki ga je odkril leta 1869.

D. I. Mendelejev

V skladu s sodobno formulacijo tega zakona se v neprekinjenem nizu elementov, razporejenih po naraščajoči velikosti pozitivnega naboja jeder njihovih atomov, elementi s podobnimi lastnostmi periodično ponavljajo.

Periodni sistem kemijskih elementov, predstavljen v obliki tabele, je sestavljen iz obdobij, serij in skupin.

Na začetku vsake periode (razen prve) ima element izrazite kovinske lastnosti (alkalna kovina).

Simboli za barvno tabelo: 1 - kemični znak elementa; 2 - ime; 3 - atomska masa (atomska teža); 4 - serijska številka; 5 - porazdelitev elektronov po plasteh.

Ko se atomsko število elementa povečuje, kar je enako pozitivnemu naboju jedra njegovega atoma, kovinske lastnosti postopoma slabijo, nekovinske pa se povečujejo. Predzadnji element v vsaki periodi je element z izrazitimi nekovinskimi lastnostmi (), zadnji pa je inertni plin. V obdobju I sta 2 elementa, v II in III - 8 elementov, v IV in V - 18, v VI - 32 in v VII (nezaključeno obdobje) - 17 elementov.

Prva tri obdobja se imenujejo majhna obdobja, vsaka od njih je sestavljena iz ene vodoravne vrstice; ostalo - v velikih obdobjih, od katerih je vsako (razen obdobja VII) sestavljeno iz dveh vodoravnih vrstic - celo (zgornje) in liho (spodnje). Samo kovine najdemo v enakomernih vrstah velikih period. Lastnosti elementov v teh serijah se nekoliko spreminjajo z naraščanjem rednega števila. Lastnosti elementov v lihih vrstah velikih period se spremenijo. V obdobju VI lantanu sledi 14 elementov, zelo podobnih po kemijskih lastnostih. Ti elementi, imenovani lantanidi, so navedeni ločeno pod glavno tabelo. Aktinidi, elementi, ki sledijo aktiniju, so v tabeli predstavljeni podobno.

Tabela ima devet navpičnih skupin. Številka skupine je z redkimi izjemami enaka najvišji pozitivni valenci elementov te skupine. Vsaka skupina, razen ničle in osme, je razdeljena na podskupine. - glavni (desno) in sekundarni. V glavnih podskupinah se z večanjem atomskega števila kovinske lastnosti elementov krepijo, nekovinske pa slabijo.

Tako so kemijske in številne fizikalne lastnosti elementov določene z mestom, ki ga dani element zaseda v periodnem sistemu.

Biogeni elementi, to je elementi, ki so del organizmov in v njem opravljajo določeno biološko vlogo, zavzemajo zgornji del periodnega sistema. Celice, ki jih zasedajo elementi, ki sestavljajo večino (več kot 99%) žive snovi, so obarvane modro; celice, ki jih zasedajo mikroelementi, so obarvane rožnato (glej).

Periodni sistem kemijskih elementov je največji dosežek sodobnega naravoslovja in nazoren izraz najsplošnejših dialektičnih zakonov narave.

Glej tudi Atomska teža.

Periodični sistem kemijskih elementov je naravna klasifikacija kemijskih elementov, ki jo je ustvaril D. I. Mendelejev na podlagi periodičnega zakona, ki ga je odkril leta 1869.

V svoji izvirni formulaciji je periodični zakon D. I. Mendelejeva določal: lastnosti kemičnih elementov, pa tudi oblike in lastnosti njihovih spojin so periodično odvisne od atomske teže elementov. Kasneje se je z razvojem doktrine o strukturi atoma pokazalo, da natančnejša značilnost vsakega elementa ni atomska teža (glej), temveč vrednost pozitivnega naboja jedra atoma elementa, enaka zaporedni (atomski) številki tega elementa v periodnem sistemu D. I. Mendelejeva. Število pozitivnih nabojev na jedru atoma je enako številu elektronov, ki obdajajo jedro atoma, saj so atomi kot celota električno nevtralni. V luči teh podatkov je periodični zakon formuliran na naslednji način: lastnosti kemičnih elementov, pa tudi oblike in lastnosti njihovih spojin so periodično odvisne od velikosti pozitivnega naboja jeder njihovih atomov. To pomeni, da se bodo v neprekinjenem nizu elementov, razporejenih po naraščajočih pozitivnih nabojih jeder njihovih atomov, elementi s podobnimi lastnostmi periodično ponavljali.

Tabelarna oblika periodnega sistema kemijskih elementov je predstavljena v sodobni obliki. Sestavljen je iz obdobij, serij in skupin. Perioda predstavlja zaporedno vodoravno serijo elementov, razporejenih po naraščajočem pozitivnem naboju jeder njihovih atomov.

Na začetku vsake periode (razen prve) je element z izrazitimi kovinskimi lastnostmi (alkalijska kovina). Nato z večanjem serijske številke kovinske lastnosti elementov postopoma slabijo in povečujejo nekovinske lastnosti. Predzadnji element v vsaki periodi je element z izrazitimi nekovinskimi lastnostmi (halogen), zadnji pa je inertni plin. Prvo obdobje je sestavljeno iz dveh elementov, vlogo alkalijske kovine in halogena tukaj hkrati igra vodik. Obdobji II in III vključujeta po 8 elementov, ki jih je Mendelejev imenoval tipični. Obdobji IV in V vsebujeta po 18 elementov, VI-32. Obdobje VII še ni zaključeno in je dopolnjeno z umetno ustvarjenimi elementi; trenutno je v tem obdobju 17 elementov. Obdobja I, II in III se imenujejo majhna, vsako od njih je sestavljeno iz ene vodoravne vrstice, IV-VII so velike: vključujejo (z izjemo VII) dve vodoravni vrsti - sodo (zgornjo) in liho (spodnjo). V sodih vrstah velikih period so samo kovine, sprememba lastnosti elementov v vrsti od leve proti desni pa je šibko izražena.

V lihih nizih velikih period se lastnosti elementov v nizu spreminjajo na enak način kot lastnosti tipičnih elementov. V sodi vrsti obdobja VI, po lantanu, je 14 elementov [imenovanih lantanidi (glej), lantanidi, elementi redkih zemelj], ki so po kemičnih lastnostih podobni lantanu in drug drugemu. Njihov seznam je naveden ločeno pod tabelo.

Elementi, ki sledijo aktiniju - aktinoidi (aktinoidi) - so navedeni posebej in navedeni pod tabelo.

V periodnem sistemu kemičnih elementov je devet skupin nameščenih navpično. Številka skupine je enaka najvišji pozitivni valenci (glej) elementov te skupine. Izjema sta fluor (lahko je samo negativno enovalenten) in brom (ne more biti sedemvalenten); poleg tega lahko baker, srebro, zlato kažejo valenco večjo od +1 (Cu-1 in 2, Ag in Au-1 in 3), od elementov skupine VIII pa imata samo osmij in rutenij valenco +8 . Vsaka skupina, razen osme in ničelne, je razdeljena na dve podskupini: glavno (desno) in sekundarno. Glavne podskupine vključujejo tipične elemente in elemente dolgih obdobij, sekundarne podskupine vključujejo le elemente dolgih obdobij in poleg tega kovine.

Po kemijskih lastnostih se elementi vsake podskupine določene skupine med seboj bistveno razlikujejo in le najvišja pozitivna valenca je enaka za vse elemente določene skupine. V glavnih podskupinah se od zgoraj navzdol kovinske lastnosti elementov krepijo, nekovinske pa oslabijo (npr. francij je element z najbolj izrazitimi kovinskimi lastnostmi, fluor pa nekovinski). Tako mesto elementa v periodnem sistemu Mendelejeva (vrstno število) določa njegove lastnosti, ki so povprečje lastnosti sosednjih elementov navpično in vodoravno.

Nekatere skupine elementov imajo posebna imena. Tako se elementi glavnih podskupin skupine I imenujejo alkalijske kovine, skupina II - zemeljskoalkalijske kovine, skupina VII - halogeni, elementi, ki se nahajajo za uranom - transuran. Elemente, ki so del organizmov, sodelujejo v presnovnih procesih in imajo jasno biološko vlogo, imenujemo biogeni elementi. Vsi zasedajo zgornji del tabele D.I. To so predvsem O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg in Fe, ki sestavljajo večino žive snovi (več kot 99 %). Mesta, ki jih ti elementi zasedajo v periodnem sistemu, so obarvana svetlo modro. Biogeni elementi, ki jih je v telesu zelo malo (od 10 -3 do 10 -14%), se imenujejo mikroelementi (glej). Celice periodnega sistema, obarvane rumeno, vsebujejo mikroelemente, katerih vitalni pomen za človeka je dokazan.

Po teoriji atomske zgradbe (glej Atom) so kemijske lastnosti elementov odvisne predvsem od števila elektronov v zunanji elektronski lupini. Periodično spreminjanje lastnosti elementov s povečanjem pozitivnega naboja atomskih jeder je razloženo s periodičnim ponavljanjem strukture zunanje elektronske lupine (raven energije) atomov.

V majhnih periodah se s povečanjem pozitivnega naboja jedra število elektronov v zunanji lupini poveča z 1 na 2 v obdobju I in z 1 na 8 v obdobju II in III. Od tod tudi sprememba lastnosti elementov v obdobju od alkalne kovine do inertnega plina. Zunanja elektronska ovojnica, ki vsebuje 8 elektronov, je popolna in energijsko stabilna (elementi ničelne skupine so kemično inertni).

V dolgih obdobjih v enakomernih vrstah, ko se pozitivni naboj jeder poveča, ostane število elektronov v zunanji lupini konstantno (1 ali 2), druga zunanja lupina pa je napolnjena z elektroni. Od tod počasno spreminjanje lastnosti elementov v sodih vrstah. V neparnem nizu velikih period se z naraščanjem naboja jeder zunanja lupina napolni z elektroni (od 1 do 8) in lastnosti elementov se spremenijo na enak način kot pri tipičnih elementih.

Število elektronskih lupin v atomu je enako številu periode. Atomi elementov glavnih podskupin imajo v svojih zunanjih lupinah število elektronov, ki je enako številu skupine. Atomi elementov stranskih podskupin vsebujejo enega ali dva elektrona v svojih zunanjih lupinah. To pojasnjuje razliko v lastnostih elementov glavne in sekundarne podskupine. Številka skupine označuje možno število elektronov, ki lahko sodelujejo pri tvorbi kemičnih (valentnih) vezi (glej Molekula), zato se takšni elektroni imenujejo valentni. Za elemente stranskih podskupin niso valentni le elektroni zunanjih lupin, ampak tudi predzadnjih. Število in struktura elektronskih lupin sta navedena v priloženem periodnem sistemu kemijskih elementov.

Periodični zakon D. I. Mendelejeva in sistem, ki temelji na njem, sta izjemno pomembna v znanosti in praksi. Periodični zakon in sistem sta bila osnova za odkritje novih kemijskih elementov, natančno določitev njihove atomske mase, razvoj nauka o zgradbi atomov, vzpostavitev geokemičnih zakonitosti porazdelitve elementov v zemeljski skorji in razvoj sodobnih predstav o živi snovi, katere sestava in z njo povezani vzorci so v skladu s periodnim sistemom. Biološka aktivnost elementov in njihova vsebnost v telesu sta v veliki meri določena tudi z mestom, ki ga zasedajo v periodnem sistemu Mendelejeva. Tako se s povečanjem serijske številke v številnih skupinah poveča toksičnost elementov in zmanjša njihova vsebnost v telesu. Periodični zakon je jasen izraz najsplošnejših dialektičnih zakonov razvoja narave.

Mnogi znanstveniki so poskušali sistematizirati kemične elemente. Toda šele leta 1869 je D. I. Mendeleev uspel ustvariti klasifikacijo elementov, ki je vzpostavila povezavo in odvisnost kemičnih snovi in ​​naboja atomskega jedra.

Zgodba

Sodobna formulacija periodičnega zakona je naslednja: lastnosti kemijskih elementov, pa tudi oblike in lastnosti spojin elementov so periodično odvisne od naboja jedra atomov elementa.

Do odkritja zakona je bilo znanih 63 kemičnih elementov. Vendar pa so bile atomske mase mnogih od teh elementov določene napačno.

Sam D. I. Mendelejev je leta 1869 formuliral svoj zakon kot periodično odvisnost od atomskih mas elementov, saj v 19. stoletju znanost še ni imela informacij o strukturi atoma. Vendar pa mu je znanstvenikova iznajdljiva predvidevnost omogočila, da je globlje kot vsi njegovi sodobniki razumel vzorce, ki določajo periodičnost lastnosti elementov in snovi. Upošteval je ne le povečanje atomske mase, temveč tudi že znane lastnosti snovi in ​​elementov in ob upoštevanju ideje o periodičnosti je lahko natančno napovedal obstoj in lastnosti neznanih elementov in snovi za takratno znanost, popravijo atomske mase številnih elementov in pravilno razporedijo elemente v sistemu, pri čemer pustijo prazne prostore in naredijo preureditve.

riž. 1. D. I. Mendelejev.

Obstaja mit, da je Mendelejev sanjal o periodnem sistemu. Vendar je to le lepa zgodba, ki pa ni dokazano dejstvo.

Zgradba periodnega sistema

Periodni sistem kemijskih elementov D. I. Mendelejeva je grafični odraz njegovega zakona. Elementi so v tabeli razvrščeni glede na določen kemijski in fizikalni pomen. Po lokaciji elementa lahko določite njegovo valenco, število elektronov in številne druge lastnosti. Tabela je vodoravno razdeljena na velike in male periode, navpično pa na skupine.

riž. 2. Periodni sistem.

Obstaja 7 obdobij, ki se začnejo z alkalno kovino in končajo s snovmi, ki imajo nekovinske lastnosti. Skupine, ki jih sestavlja 8 stolpcev, so razdeljene na glavne in sekundarne podskupine.

Nadaljnji razvoj znanosti je pokazal, da je periodično ponavljanje lastnosti elementov v določenih intervalih, še posebej jasno izraženo v 2. in 3. majhni dobi, razloženo s ponavljanjem elektronske strukture zunanjih energijskih ravni, kjer se nahajajo valenčni elektroni. , zaradi česar v reakcijah nastanejo kemijske vezi in nove snovi. Zato so v vsaki navpični skupini stolpcev elementi s ponavljajočimi se značilnostmi. To se jasno kaže v skupinah, ki vsebujejo družine zelo aktivnih alkalnih kovin (skupina I, glavna podskupina) in nehalogenske kovine (skupina VII, glavna podskupina). Od leve proti desni skozi obdobje se število elektronov poveča od 1 do 8, medtem ko se kovinske lastnosti elementov zmanjšajo. Tako so kovinske lastnosti bolj izrazite, čim manj elektronov je na zunanji ravni.

riž. 3. Majhne in velike točke v periodnem sistemu.

Atomske lastnosti, kot so ionizacijska energija, energija afinitete za elektron in elektronegativnost, se prav tako občasno ponavljajo. Te količine so povezane s sposobnostjo atoma, da odda elektron z zunanje ravni (ionizacija) ali zadrži elektron nekoga drugega na svoji zunanji ravni (elektronska afiniteta).. Skupno število prejetih ocen: 146.

Periodično pravo D.I. Mendelejev:Lastnosti enostavnih teles ter oblike in lastnosti sestavljenihrazlike elementov so periodično odvisne odvrednosti atomskih uteži elementov (Lastnosti elementov so periodično odvisne od naboja atomov njihovih jeder).

Periodni sistem elementov. Nize elementov, znotraj katerih se lastnosti spreminjajo zaporedno, kot je niz osmih elementov od litija do neona ali od natrija do argona, je Mendelejev imenoval obdobja. Če ti dve periodi zapišemo drugo pod drugo tako, da je natrij pod litijem, argon pa pod neonom, dobimo naslednjo razporeditev elementov:

S to razporeditvijo navpični stolpci vsebujejo elemente, ki so po svojih lastnostih podobni in imajo enako valenco, na primer litij in natrij, berilij in magnezij itd.

Ko je vse elemente razdelil na obdobja in postavil eno obdobje pod drugo, tako da so bili elementi, podobni po lastnostih in vrsti nastalih spojin, nameščeni drug pod drugim, je Mendelejev sestavil tabelo, ki jo je imenoval periodični sistem elementov po skupinah in serijah.

Pomen periodnega sistemami. Periodni sistem elementov je imel velik vpliv na kasnejši razvoj kemije. Ne samo, da je bila to prva naravna klasifikacija kemijskih elementov, ki je pokazala, da tvorijo harmoničen sistem in so med seboj tesno povezani, ampak je bila tudi močno orodje za nadaljnje raziskave.

7. Periodične spremembe lastnosti kemijskih elementov. Atomski in ionski polmeri. Ionizacijska energija. Elektronska afiniteta. Elektronegativnost.

Odvisnost atomskih radijev od naboja jedra atoma Z je periodična. Znotraj enega obdobja, ko se Z poveča, obstaja težnja, da se velikost atoma zmanjša, kar je še posebej jasno opazno v kratkih obdobjih

Z začetkom gradnje nove elektronske plasti, ki je bolj oddaljena od jedra, to je med prehodom v naslednjo periodo, se povečajo atomski radiji (primerjaj npr. polmera atomov fluora in natrija). Posledično se znotraj podskupine z naraščajočim jedrskim nabojem povečujejo velikosti atomov.

Izguba atomov elektronov vodi do zmanjšanja njegove efektivne velikosti, dodajanje odvečnih elektronov pa do povečanja. Zato je polmer pozitivno nabitega iona (kationa) vedno manjši, polmer negativno nabitega iona (aniona) pa vedno večji od polmera ustreznega električno nevtralnega atoma.

Znotraj ene podskupine se polmeri ionov z enakim nabojem povečujejo z naraščajočim jedrskim nabojem. Ta vzorec je razložen s povečanjem števila elektronskih plasti in naraščajočo oddaljenostjo zunanjih elektronov od jedra.

Najbolj značilna kemijska lastnost kovin je sposobnost njihovih atomov, da zlahka oddajo zunanje elektrone in se preoblikujejo v pozitivno nabite ione, medtem ko je za nekovine, nasprotno, značilna sposobnost dodajanja elektronov, da tvorijo negativne ione. Za odstranitev elektrona iz atoma in pretvorbo slednjega v pozitivni ion je potrebno porabiti nekaj energije, imenovane ionizacijska energija.

Energijo ionizacije lahko določimo z obstreljevanjem atomov z elektroni, pospešenimi v električnem polju. Najnižja poljska napetost, pri kateri postane hitrost elektronov zadostna za ionizacijo atomov, se imenuje ionizacijski potencial atomov danega elementa in je izražena v voltih. Z zadostno porabo energije lahko iz atoma odstranimo dva, tri ali več elektronov. Zato govorimo o prvem ionizacijskem potencialu (energija odstranitve prvega elektrona iz atoma) in drugem ionizacijskem potencialu (energija odstranitve drugega elektrona).

Kot je navedeno zgoraj, atomi ne morejo samo darovati, ampak tudi pridobiti elektrone. Energija, ki se sprosti, ko se elektron pritrdi na prosti atom, se imenuje elektronska afiniteta atoma. Elektronska afiniteta je tako kot energija ionizacije običajno izražena v elektronvoltih. Tako je elektronska afiniteta atoma vodika 0,75 eV, kisika - 1,47 eV, fluora - 3,52 eV.

Elektronske afinitete kovinskih atomov so običajno blizu nič ali negativne; Iz tega sledi, da je za atome večine kovin dodajanje elektronov energijsko neugodno. Elektronska afiniteta atomov nekovin je vedno pozitivna in tem večja, čim bližje je nekovina žlahtnemu plinu v periodnem sistemu; to kaže na povečanje nekovinskih lastnosti, ko se približuje konec obdobja.

Kdor je hodil v šolo, se spomni, da je bil eden od obveznih predmetov kemija. Morda vam je všeč, ali pa vam ni všeč - ni pomembno. In verjetno je veliko znanja v tej disciplini že pozabljeno in se v življenju ne uporablja. Vendar se verjetno vsi spomnijo tabele kemijskih elementov D.I. Za mnoge je ostala večbarvna tabela, kjer so v vsakem kvadratu zapisane določene črke, ki označujejo imena kemičnih elementov. Toda tukaj ne bomo govorili o kemiji kot taki in opisali na stotine kemičnih reakcij in procesov, ampak vam bomo povedali, kako se je sploh pojavil periodni sistem - ta zgodba bo zanimiva za vsako osebo in za vse tiste, ki so lačni zanimivih in koristnih informacij.

Malo ozadja

Davnega leta 1668 je izjemni irski kemik, fizik in teolog Robert Boyle izdal knjigo, v kateri je razkril številne mite o alkimiji in v kateri je razpravljal o potrebi po iskanju nerazgradljivih kemičnih elementov. Znanstvenik je podal tudi njihov seznam, sestavljen iz samo 15 elementov, vendar je priznal idejo, da jih je lahko več. To je postalo izhodišče ne le pri iskanju novih elementov, ampak tudi pri njihovi sistematizaciji.

Sto let pozneje je francoski kemik Antoine Lavoisier sestavil nov seznam, ki je vključeval že 35 elementov. Za 23 izmed njih so kasneje ugotovili, da so nerazgradljiva. Toda iskanje novih elementov so nadaljevali znanstveniki po vsem svetu. In glavno vlogo v tem procesu je odigral slavni ruski kemik Dmitrij Ivanovič Mendelejev - bil je prvi, ki je postavil hipotezo, da bi lahko obstajala povezava med atomsko maso elementov in njihovo lokacijo v sistemu.

Zahvaljujoč mukotrpnemu delu in primerjanju kemijskih elementov je Mendelejev uspel odkriti povezavo med elementi, v kateri so lahko eno, njihove lastnosti pa niso nekaj samoumevnega, ampak predstavljajo periodično ponavljajoč se pojav. Posledično je februarja 1869 Mendeleev oblikoval prvi periodični zakon, že marca pa je njegovo poročilo "Razmerje lastnosti z atomsko težo elementov" Ruskemu kemijskemu društvu predstavil zgodovinar kemije N. A. Menshutkin. Istega leta je bila objava Mendelejeva objavljena v nemški reviji "Zeitschrift fur Chemie", leta 1871 pa je druga nemška revija "Annalen der Chemie" objavila novo obsežno publikacijo znanstvenika, posvečeno njegovemu odkritju.

Ustvarjanje periodnega sistema

Do leta 1869 je glavno idejo že izoblikoval Mendelejev in v dokaj kratkem času, vendar je dolgo časa ni mogel formalizirati v noben urejen sistem, ki bi jasno prikazal, kaj je kaj. V enem od pogovorov s kolegom A.A. Inostrancevom je celo rekel, da ima že vse narejeno v glavi, vendar ne more vsega postaviti v tabelo. Po tem je po Mendelejevih biografih začel skrbno delo na svoji mizi, ki je trajalo tri dni brez odmorov za spanje. Poskušali so na najrazličnejše načine organizirati elemente v tabelo, delo pa je oteževalo tudi dejstvo, da takrat znanost še ni poznala vseh kemijskih elementov. Toda kljub temu je bila tabela še vedno ustvarjena, elementi pa sistematizirani.

Legenda o Mendelejevih sanjah

Mnogi so slišali zgodbo, da je D.I. Mendelejev sanjal o svoji mizi. To različico je aktivno širil prej omenjeni Mendelejevljev sodelavec A. A. Inostrantsev kot smešno zgodbo, s katero je zabaval svoje študente. Rekel je, da je Dmitrij Ivanovič šel spat in v sanjah jasno videl svojo mizo, v kateri so bili vsi kemični elementi razporejeni v pravilnem vrstnem redu. Po tem so se študenti celo šalili, da so na enak način odkrili vodko 40°. Toda za zgodbo s spanjem so še vedno obstajali pravi predpogoji: kot že omenjeno, je Mendelejev delal na mizi brez spanja in počitka, Inostrancev pa ga je nekoč našel utrujenega in izčrpanega. Čez dan se je Mendelejev odločil za kratek počitek, čez nekaj časa pa se je nenadoma zbudil, takoj vzel kos papirja in nanj narisal že pripravljeno tabelo. Toda sam znanstvenik je celotno zgodbo s sanjami ovrgel z besedami: »O tem razmišljam, morda že dvajset let, in misliš: Sedel sem in nenadoma ... je pripravljeno.« Legenda o sanjah je torej lahko zelo privlačna, vendar je nastanek mize mogoč le s trdim delom.

Nadaljnje delo

Med letoma 1869 in 1871 je Mendelejev razvil ideje o periodičnosti, h kateri se je nagibala znanstvena skupnost. In ena od pomembnih stopenj tega procesa je bilo razumevanje, da mora imeti kateri koli element v sistemu, na podlagi celotne njegove lastnosti v primerjavi z lastnostmi drugih elementov. Na podlagi tega in tudi na podlagi rezultatov raziskav o spremembah oksidov, ki tvorijo steklo, je kemik uspel popraviti vrednosti atomskih mas nekaterih elementov, vključno z uranom, indijem, berilijem in drugimi.

Mendelejev je seveda želel na hitro zapolniti prazne celice, ki so ostale v tabeli, in je leta 1870 napovedal, da bodo kmalu odkriti znanosti neznani kemijski elementi, katerih atomske mase in lastnosti mu je uspelo izračunati. Prvi med njimi so bili galij (odkrit leta 1875), skandij (odkrit leta 1879) in germanij (odkrit leta 1885). Nato so se napovedi uresničevale in odkrili so še osem novih elementov, med njimi: polonij (1898), renij (1925), tehnecij (1937), francij (1939) in astatin (1942-1943). Mimogrede, leta 1900 sta D. I. Mendeleev in škotski kemik William Ramsay prišla do zaključka, da bi morala tabela vključevati tudi elemente ničelne skupine - do leta 1962 so jih imenovali inertni plini, nato pa - žlahtni plini.

Organizacija periodnega sistema

Kemijski elementi v tabeli D. I. Mendelejeva so razvrščeni v vrstice glede na povečanje njihove mase, dolžina vrstic pa je izbrana tako, da imajo elementi v njih podobne lastnosti. Na primer, žlahtni plini, kot so radon, ksenon, kripton, argon, neon in helij, težko reagirajo z drugimi elementi in imajo tudi nizko kemijsko reaktivnost, zato se nahajajo v skrajnem desnem stolpcu. In elementi v levem stolpcu (kalij, natrij, litij itd.) dobro reagirajo z drugimi elementi, same reakcije pa so eksplozivne. Preprosto povedano, znotraj vsakega stolpca imajo elementi podobne lastnosti, ki se razlikujejo od enega stolpca do drugega. Vse elemente do številke 92 najdemo v naravi, od številke 93 pa se začnejo umetni elementi, ki jih lahko ustvarimo le v laboratorijskih pogojih.

V prvotni različici je bil periodni sistem razumljen le kot odraz reda, ki obstaja v naravi, in ni bilo nobenih razlag, zakaj naj bi bilo vse tako. Šele ko se je pojavila kvantna mehanika, je postal jasen pravi pomen vrstnega reda elementov v tabeli.

Lekcije v ustvarjalnem procesu

Ko govorimo o tem, kakšne lekcije ustvarjalnega procesa lahko izvlečemo iz celotne zgodovine nastanka periodnega sistema D. I. Mendelejeva, lahko kot primer navedemo ideje angleškega raziskovalca na področju ustvarjalnega mišljenja Grahama Wallacea in francoskega znanstvenika Henrija Poincaréja. . Povejmo jih na kratko.

Po študijah Poincaréja (1908) in Grahama Wallacea (1926) obstajajo štiri glavne stopnje ustvarjalnega mišljenja:

• Priprava– faza oblikovanja glavnega problema in prvi poskusi njegovega reševanja;
• Inkubacija– faza, v kateri pride do začasne motnje od procesa, vendar delo pri iskanju rešitve problema poteka na podzavestni ravni;
• Vpogled– stopnja, na kateri se nahaja intuitivna rešitev. Poleg tega je to rešitev mogoče najti v situaciji, ki ni popolnoma povezana s problemom;
• Pregled– stopnja testiranja in implementacije rešitve, na kateri se ta rešitev testira in njen možen nadaljnji razvoj.

Kot lahko vidimo, je Mendelejev v procesu ustvarjanja svoje tabele intuitivno sledil prav tem štirim fazam. Kako učinkovito je to, lahko presodimo po rezultatih, tj. s tem, da je tabela nastala. In glede na to, da je bil njen nastanek velik korak naprej ne le za kemijsko znanost, ampak tudi za celotno človeštvo, se zgornje štiri faze lahko uporabijo tako za izvajanje majhnih projektov kot za izvajanje globalnih načrtov. Glavna stvar, ki si jo je treba zapomniti, je, da niti enega odkritja, niti ene same rešitve problema ni mogoče najti sama od sebe, ne glede na to, kako zelo si jih želimo videti v sanjah in ne glede na to, koliko spimo. Da bi nekaj uspelo, ne glede na to, ali je to izdelava tabele kemijskih elementov ali razvoj novega trženjskega načrta, morate imeti določeno znanje in veščine, pa tudi spretno izkoristiti svoj potencial in trdo delati.

Želimo vam uspeh pri vaših prizadevanjih in uspešno uresničevanje vaših načrtov!