Дев'ятнадцяте століття історії людства - століття, у якому багато наук реформувалися, зокрема і хімія. Саме в цей час з'явилася періодична система Менделєєва, а разом із нею – і періодичний закон. Саме він став основою сучасної хімії. Періодична системаД. І. Менделєєва є систематизацією елементів, яка встановлює залежність хімічних і фізичних властивостейвід будови та заряду атома речовини.

Історія

Початок періодичної поклала книга "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів", написана в третій чверті XVII століття. У ній були відображені основні поняття щодо відомих хімічних елементів(На той момент їх налічувалося всього 63). До того ж у багатьох їх атомні маси були визначені неправильно. Це сильно заважало відкриття Д. І. Менделєєва.

Дмитро Іванович розпочав свою роботу з порівняння властивостей елементів. Насамперед він зайнявся хлором та калієм, а вже потім перейшов до роботи зі лужними металами. Озброївшись спеціальними картками, на яких було зображено хімічні елементи, він багато разів намагався зібрати цю «мозаїку»: розкладав на своєму столі у пошуках потрібних комбінацій та збігів.

Після довгих старань Дмитро Іванович все ж таки знайшов ту закономірність, яку шукав, і побудував елементи в періодичні ряди. Отримавши в результаті порожні осередки між елементами, учений зрозумів, що російським дослідникам відомі в повному обсязі хімічні елементи, і що він повинен дати цьому світу ті знання у галузі хімії, які ще були дані його попередниками.

Всім відомий міф про те, що Менделєєва періодична таблиця з'явилася уві сні, і він пам'яті зібрав елементи в єдину систему. Це, брутально кажучи, брехня. Справа в тому, що Дмитро Іванович досить довго і зосереджено працював над своєю працею, і його це дуже вимотувало. Під час роботи над системою елементів Менделєєв якось заснув. Прокинувшись, він зрозумів, що не закінчив таблицю, і скоріше продовжив заповнення порожніх осередків. Його знайомий, якийсь Іноземців, університетський педагог, вирішив, що таблиця Менделєєву наснилася уві сні і поширив цей слух серед своїх студентів. Так і виникла ця гіпотеза.

Популярність

Хімічних елементів Менделєєва є відображенням створеного Дмитром Івановичем ще у третій чверті XIXстоліття (1869) періодичного закону. Саме в 1869 році на засіданні російської хімічної спільноти було зачитано повідомлення Менделєєва про створення певної структури. І цього ж року було випущено книгу «Основи хімії», в якій вперше було опубліковано періодичну систему хімічних елементів Менделєєва. А в книзі « Природна системаелементів та використання її до вказівки якостей невідкритих елементів» Д. І. Менделєєв вперше згадав поняття «періодичний закон».

Структура та правила розміщення елементів

Перші кроки у створенні періодичного закону було зроблено Дмитром Івановичем ще 1869-1871 роках, тоді він посилено працював над встановленням залежності властивостей даних елементів від маси їх атома. Сучасний варіантє зведені в двовимірну таблицю елементи.

Положення елемента в таблиці несе певний хімічний і фізичний сенс. За місцезнаходженням елемента в таблиці можна дізнатися, яка у нього валентність, визначити й інші хімічні особливості. Дмитро Іванович намагався встановити зв'язок між елементами, як подібними між собою за властивостями, так і різними.

В основу класифікації відомих на той момент хімічних елементів він поклав валентність та атомну масу. Порівнюючи відносні властивості елементів, Менделєєв намагався знайти закономірність, яка б об'єднала всі відомі хімічні елементи в одну систему. Розташувавши їх, ґрунтуючись на зростанні атомних мас, він таки досяг періодичності в кожному з рядів.

Подальший розвиток системи

Таблиця Менделєєва, що з'явилася в 1969 році, ще не раз доопрацьовувалась. З появою шляхетних газів у 1930 роках вдалося виявити нову залежність елементів - не від маси, а від порядкового номера. Пізніше вдалося встановити число протонів в атомних ядрах і виявилося, що воно збігається з порядковим номером елемента. Вченими XX століття було вивчено електронне Виявилося, що воно впливає на періодичність. Це сильно змінювало уявлення про властивості елементів. Цей пункт відбито у пізніших редакціях періодичної системи Менделєєва. Кожне нове відкриття властивостей та особливостей елементів органічно вписувалося таблицю.

Характеристики періодичної системи Менделєєва

Таблиця Менделєєва поділена на періоди (7 рядків, що розташовані горизонтально), які, у свою чергу, поділяються на великі та малі. Починається період з лужного металу, а закінчується елементом з неметалевими властивостями.
Вертикально таблицю Дмитра Івановича поділено на групи (8 стовпців). Кожна з них у періодичній системі складається з двох підгруп, а саме – головної та побічної. Після довгих суперечок на пропозицію Д. І. Менделєєва та її колеги У. Рамзая було вирішено запровадити так звану нульову групу. До неї входять інертні гази (неон, гелій, аргон, радон, ксенон, криптон). У 1911 році вченим Ф. Содді було запропоновано помістити в періодичній системі та невиразні елементи, так звані ізотопи, – для них були виділені окремі осередки.

Незважаючи на вірність та точність періодичної системи, наукове суспільстводовго не хотіло визнавати це відкриття. Багато великих учених висміювали діяльність Д. І. Менделєєва і вважали, що неможливо передбачити властивості елемента, який ще був відкритий. Але після того, як передбачувані хімічні елементи були відкриті (а це були, наприклад, скандій, галій та германій), система Менделєєва та його періодичний закон стали науки хімії.

Таблиця в сучасності

Періодична система елементів Менделєєва - основа більшості хімічних та фізичних відкриттів, пов'язаних з атомно-молекулярним навчанням. Сучасне поняттяелемента склалося саме завдяки великому вченому. Поява періодичної системи Менделєєва внесло кардинальні зміни до уявлення про різні сполуки та прості речовини. Створення вченим періодичної системи вплинуло на розвиток хімії та всіх наук, суміжних з нею.

Кожен, хто ходив до школи, пам'ятає, що одним із обов'язкових для вивчення предметів була хімія. Вона могла подобатися, а могла й не подобатися – це байдуже. І цілком імовірно, що багато знань із цієї дисципліни вже забуті і в житті не застосовуються. Проте таблицю хімічних елементів Д. І. Менделєєва, напевно, пам'ятає кожен. Для багатьох вона так і залишилася різнобарвною таблицею, де кожен квадратик вписані певні літери, що позначають назви хімічних елементів. Але тут ми не говоритимемо про хімію як таку, і описуватимемо сотні хімічних реакцій і процесів, а розповімо про те, як взагалі з'явилася таблиця Менделєєва – ця історія буде цікава будь-якій людині, та й взагалі всім тим, хто хоче до цікавої та корисної інформації .

Невелика передісторія

У далекому 1668 році видатним ірландським хіміком, фізиком і богословом Робертом Бойлем було опубліковано книгу, в якій було розвінчано чимало міфів про алхімію, і в якій він міркував про необхідність пошуку нерозкладних хімічних елементів. Вчений також навів їх список, що складається всього з 15 елементів, але допускав думку, що можуть бути ще елементи. Це стало відправною точкою у пошуку нових елементів, а й у їх систематизації.

Через сто років французьким хіміком Антуаном Лавуазьє був складений новий перелік, До якого входили вже 35 елементів. 23 із них пізніше були визнані нерозкладними. Але пошук нових елементів продовжувався вченими у всьому світі. І головну рольу цьому процесі зіграв знаменитий російський хімік Дмитро Іванович Менделєєв – він уперше висунув гіпотезу у тому, що з атомної масою елементів та його розташуванням у системі можливо взаємозв'язок.

Завдяки копіткій праці та зіставленню хімічних елементів Менделєєв зміг виявити зв'язок між елементами, в якому вони можуть бути одним цілим, а їх властивості є не чим само собою зрозумілим, а є періодично повторюваним явищем. У результаті, у лютому 1869 року Менделєєв сформулював перший періодичний закон, а вже в березні його доповідь «Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів» було представлено на розгляд Російського хімічного товариства істориком хімії Н. А. Меншуткіним. Потім того ж року публіка Менделєєва була надрукована в журналі "Zeitschrift fur Chemie" в Німеччині, а в 1871 році нову велику публікацію вченого, присвячену його відкриттю, опублікував інший німецький журнал "Annalen der Chemie".

Створення періодичної таблиці

Основна ідея до 1869 року вже була сформована Менделєєвим, причому за досить короткий час, але оформити їх у якусь упорядковану систему, наочно відображає, що до чого, він не міг. В одній з розмов зі своїм соратником А. А. Іноземцевим він навіть сказав, що в голові у нього вже все склалося, але привести все до таблиці він не може. Після цього, згідно з даними біографів Менделєєва, він приступив до кропіткої роботи над своєю таблицею, яка тривала три доби без перерв на сон. Перебиралися всілякі методи організації елементів у таблицю, а робота була ускладнена ще й тим, що у період наука знала ще про всіх хімічних елементах. Але, незважаючи на це, таблиця все ж таки була створена, а елементи систематизовані.

Легенда про сон Менделєєва

Багато хто чув історію, що Д. І. Менделєєву його таблиця наснилася. Ця версія активно поширювалася вищезгаданим соратником Менделєєва А. А. Іноземцевим як смішної історії, Якою він розважав своїх студентів. Він казав, що Дмитро Іванович ліг спати й уві сні виразно побачив свою таблицю, де всі хімічні елементи були розставлені у потрібному порядку. Після цього студенти навіть жартували, що у такий же спосіб було відкрито 40° горілка. Але реальні передумови для історії зі сном все ж таки були: як уже згадувалося, Менделєєв працював над таблицею без сну та відпочинку, і Іноземців якось застав його втомленим і вимотаним. Вдень Менделєєв вирішив трохи перепочити, а через деякий час, різко прокинувся, відразу ж узяв листок паперу і зобразив на ньому вже готову таблицю. Але сам учений спростовував всю цю історію зі сном, говорячи: «Я над нею, може, двадцять років думав, а ви думаєте: сидів і раптом… готове». Так що легенда про сон може бути і дуже привабливою, але створення таблиці стало можливим тільки завдяки наполегливій праці.

Подальша робота

У період із 1869 по 1871 роки Менделєєв розвивав ідеї періодичності, яких схилялося наукове співтовариство. І одним із важливих етапівданого процесу стало розуміння того, що будь-який елемент у системі має мати у своєму розпорядженні, виходячи з сукупності його властивостей у порівнянні з властивостями інших елементів. Ґрунтуючись на цьому, а також спираючись на результати досліджень у зміні склоутворюючих оксидів, хіміку вдалося внести поправки до значення атомних мас деяких елементів, серед яких були уран, індій, берилій та інші.

Порожні клітини, що залишалися в таблиці, Менделєєв, звичайно ж, хотів швидше заповнити, і в 1870 передбачив, що незабаром будуть відкриті невідомі науці хімічні елементи, атомні маси і властивості яких він зумів обчислити. Першими з них стали галій (відкритий у 1875 році), скандій (відкритий у 1879 році) та германій (відкритий у 1885 році). Потім прогнози продовжили реалізовуватися, і було відкрито ще вісім нових елементів, серед яких: полоній (1898), реній (1925), технецій (1937), францій (1939) і астат (1942-1943). До речі, в 1900 році Д. І. Менделєєв і шотландський хімік Вільям Рамзай прийшли до думки, що до таблиці мають бути включені елементи нульової групи– до 1962 року вони називалися інертними, а згодом – благородними газами.

Організація періодичної системи

Хімічні елементи в таблиці Д. І. Менделєєва розташовані по рядах, відповідно до зростання їх маси, а довжина рядів підібрана так, щоб елементи, що знаходяться в них, мали схожі властивості. Наприклад, благородні гази, такі як радон, ксенон, криптон, аргон, неон і гелій важко вступають у реакції з іншими елементами, а також мають низьку хімічну активність, через що розташовані в крайньому правому стовпці. А елементи лівого стовпця (калій, натрій, літій і т.д.) добре реагують з іншими елементами, а самі реакції мають вибуховий характер. Простіше кажучи, всередині кожного стовпця елементи мають подібні властивості, що варіюються при переході від одного стовпця до іншого. Усі елементи, аж до №92 зустрічаються у природі, і з №93 починаються штучні елементи, які можна створити лише у лабораторних умовах.

У своєму первісному варіанті періодична система розумілася тільки як відображення існуючого в природі порядку, і ніяких пояснень, чому все має бути саме так, не було. І лише коли з'явилася квантова механіка, справжній сенсПорядок елементів у таблиці став зрозумілим.

Уроки творчого процесу

Говорячи про те, які уроки творчого процесуможна витягти з усієї історії створення періодичної таблиці Д. І. Менделєєва, можна навести приклад ідеї англійського дослідника в галузі творчого мислення Грема Уоллеса і французького вченого Анрі Пуанкаре. Наведемо їх коротко.

Згідно з дослідженнями Пуанкаре (1908) і Грема Уоллеса (1926), існує чотири основні стадії творчого мислення:

• Підготовка– етап формулювання основного завдання та перші спроби її вирішення;
• Інкубація- Етап, під час якого відбувається тимчасове відволікання від процесу, але робота над пошуком вирішення завдання ведеться на підсвідомому рівні;
• Осяяння- Етап, на якому знаходиться інтуїтивне рішення. Причому, знайтися це рішення може в ситуації, що абсолютно не має до завдання;
• Перевірка– етап випробувань та реалізації рішення, на якому відбувається перевірка цього рішення та його можливий подальший розвиток.

Як бачимо, у процесі створення своєї таблиці Менделєєв інтуїтивно дотримувався саме цих чотирьох етапів. Наскільки це ефективно, можна будувати висновки за результатами, тобто. тому, що таблиця була створена. А враховуючи, що її створення стало величезним кроком вперед не тільки для хімічної науки, але і для всього людства, наведені вище чотири етапи можуть бути застосовні як для реалізації невеликих проектів, так і для здійснення глобальних задумів. Головне пам'ятати, що жодне відкриття, жодне рішення завдання не можуть бути знайдені самі по собі, як би ми не хотіли побачити їх уві сні і скільки б не спали. Щоб щось вийшло, не важливо, створення це таблиці хімічних елементів або розробка нового маркетинг-плану, потрібно мати певні знання та навички, а також вміло використовувати свої потенціал і наполегливо працювати.

Ми бажаємо вам успіхів у ваших починаннях та успішної реалізації задуманого!

Д. І. Менделєєв дійшов висновку, що їхні властивості мають бути обумовлені якимись фундаментальними загальними характеристиками. Такою фундаментальною характеристикою для хімічного елемента він вибрав атомну масу елемента і коротко сформулював періодичний закон (1869):

Властивості елементів, а також властивості простих і складних тіл, що утворюються ними, знаходяться в періодичній залежності від величин атомних ваг елементів.

Заслуга Менделєєва у тому, що він зрозумів проявлену залежність як об'єктивну закономірність природи, чого змогли зробити його попередники. Д. І. Менделєєв вважав, що в періодичній залежності від атомної маси знаходяться склад сполук, їх Хімічні властивості, температури кипіння та плавлення, будова кристалів тощо. Глибоке розуміння суті періодичної залежності дало Менделєєву можливість зробити кілька важливих висновків та припущень.

Сучасна таблиця Менделєєва

По-перше, із відомих на той час 63 елементів Менделєєв змінив атомні маси майже у 20 елементів (Be, In, La, Y, Ce, Th, U). По-друге, він передбачив існування близько 20 нових елементів та залишив для них місце в періодичній системі. Три з них, а саме екабор, екаалюміній та екасилицій були описані досить докладно та з дивовижною точністю. Це тріумфально підтвердилося протягом наступних п'ятнадцяти років, коли було відкрито елементи Галій (екаалюміній), скандій (екабор) та Німеччин (екасилицій).

Періодичний законє одним із фундаментальних законів природи. Його вплив на розвиток наукового світогляду можна порівняти лише із законом збереження маси та енергії або квантової теорії. Ще за часів Д. І. Менделєєва періодичний закон став основою хімії. Подальші відкриттябудови та явища ізотопії показали, що головною кількісною характеристикоюелемента не атомна маса, а заряд ядра (Z). У 1913 р. Мозлі та Резерфорд запровадили поняття «порядковий номер елемента», пронумерували в періодичній системі всі символи і показали, що в основу класифікації елементів є порядковий номер елемента, що дорівнює заряду ядер їх атомів.

Це твердження відоме зараз як закон Мозлі.

Тому сучасне визначенняперіодичного закону формулюється так:

Властивості простих речовин, а також форми та властивості сполук елементів знаходяться в періодичній залежності від значення заряду атомних ядер (або від порядкового номера елемента в періодичній системі).

Електронні структури атомів елементів наочно показують, що з зростанні заряду ядра відбувається закономірне періодичне повторення електронних структур, отже, і повторення властивостей елементів. Це відбивається у періодичної системі елементів, на яку запропоновано кілька сотень варіантів. Найчастіше використовують дві форми таблиць — скорочену і розгорнуту, — що містять всі відомі елементи і мають вільні місця поки що не відкритих.

Кожен елемент займає в періодичної таблиціпевну комірку, в якій зазначено символ та назву елемента, його порядковий номер, відносну атомну масу, а для радіоактивних елементів у квадратних дужках наведено масове число найбільш стабільного чи доступного ізотопу. У сучасних таблицях часто наводяться деякі інші довідкові відомості: щільність, температури кипіння і плавлення простих речовин тощо.

Періоди

Основними структурними одиницями періодичної системи є періоди та групи - природні сукупності, на які діляться хімічні елементи за електронними структурами.

Період — горизонтальний послідовний ряд елементів, в атомах яких електрони заповнюють однакову кількість енергетичних рівнів.

Номер періоду збігається із номером зовнішнього квантового рівня. Наприклад, елемент кальцій (4s2) знаходиться в четвертому періоді, тобто його атом має чотири енергетичні рівні, а валентні електрони знаходяться на зовнішньому, четвертому рівні. Різниця в послідовності заповнення як зовнішніх, так і ближчих до ядра електронних шарів пояснює причину різної довжини періодів.

У атомів s- та р-елементів йде забудова зовнішнього рівня, у d-елементів – другого зовні, а у f-елементів – третього зовні енергетичного рівня.

Тому відмінність у властивостях найвиразніше проявляється у сусідніх s- або р-елементах. У d-і особливо f-елементах одного й того ж періоду різниця у властивостях менша.

Як уже згадувалося, за ознакою номера енергетичного підрівня, що забудовується електронами, елементи об'єднуються в електронні сім'ї. Наприклад, у IV-VI періодах знаходяться сім'ї, які містять по десять d-елементів: 3d-родина (Sc-Zn), 4d-сім'я (Y-Cd), 5d-сім'я (La, Hf-Hg). У шостому та сьомому періодах по чотирнадцять елементів складають f-сім'ї: 4f-сім'ю (Се-Lu), яка зветься лантаноїдною, та 5f-сім'ю (Th-Lr) - актиноїдну. Ці сім'ї розміщують під періодичною таблицею.

Перші три періоди називаються малими або типовими періодами, оскільки властивості елементів цих періодів є основою для розподілу всіх інших елементів на вісім груп. Решта всіх періодів, включаючи і сьомий, незавершений, називаються великими періодами.

Усі періоди, крім першого, починаються з лужних (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) і закінчуються, крім сьомого, незавершеного, інертними елементами (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Лужні метали мають ту саму зовнішню електронну конфігурацію n s 1 , де n- Номер періоду. Інертні елементи, крім гелію (1s 2), мають однакову будову зовнішнього електронного шару: n s 2 n p 6 тобто електронними аналогами.

Розглянута закономірність дає можливість дійти висновку:

p align="justify"> Періодичне повторення однакових електронних конфігурацій зовнішнього електронного шару є причиною подібності фізичних і хімічних властивостей у елементів-аналогів, так як саме зовнішні електрони атомів в основному визначають їх властивості.

У малих типових періодах із збільшенням порядкового номера спостерігається поступове зменшення металевих та зростання неметалічних властивостей, оскільки збільшується кількість валентних електронів на зовнішньому енергетичному рівні. Наприклад, атоми всіх елементів третього періоду мають три електронних шари. Будова двох внутрішніх шарів однакова всім елементів третього періоду (1s 2 2s 2 2p 6), а будова зовнішнього, третього, шару різна. При переході від кожного попереднього елемента до кожного наступного заряду ядра атома зростає на одиницю і відповідно збільшується кількість зовнішніх електронів. В результаті їх тяжіння до ядра посилюється, а радіус атома зменшується. Це призводить до ослаблення металевих властивостей та зростання неметалічних.

Третій період починається дуже активним металом натрієм (11 Na - 3s 1), за яким слідує дещо менш активний магній (12 Mg - 3s 2). Обидва ці метали відносяться до 3s-родини. Перший р-елемент третього періоду алюміній (13 Al - 3s 2 3p 1), металева активність якого менше, ніж у магнію, має амфотерні властивості, тобто в хімічних реакціях може поводитися і як неметал. Далі слідують неметали кремній (14 Si - 3s 2 3p 2), фосфор (15 P - 3s 2 3p 3), сірка (16 S - 3s 2 3p 4), хлор (17 Cl - 3s 2 3p 5). Їхні неметалеві властивості посилюються від Si до Cl, який є активним неметалом. Період закінчується інертним елементом аргоном (18 Ar - 3s 2 3p 6).

В межах одного періоду властивості елементів змінюються поступово, а при переході від попереднього періодудо наступного спостерігається різка зміна властивостей, оскільки розпочинається забудова нового енергетичного рівня.

Поступовість зміни властивостей характерна не тільки для простих речовин, але і для складних сполук, як це наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 — Деякі властивості елементів третього періоду та їх з'єднань

Електронна сім'я	s-елементи		р-елементи
Символ елемента	Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl	Ar
Заряд ядра атома	+11	+12	+13	+14	+15	+16	+17	+18
Зовнішня електронна конфігурація	3s 1	3s 2	3s 2 3p 1	3s 2 3p 2	3s 2 3p 3	3s 2 3p 4	3s 2 3p 5	3s 2 3p 6
Атомний радіус, нм	0,189	0,160	0,143	0,118	0,110	0,102	0,099	0,054
Максимальна валентність	I	II	III	IV	V	VI	VII	—
Вищі оксиди та їх властивості	Na 2 O	MgO	Al 2 O 3	SiO 2	P 2 O 5	SO 3	Cl 2 O 7	—
	Основні властивості		Амфотерні властивості	Кислотні властивості				—
Гідрати оксидів (основи чи кислоти)	NaOH	Mg (OH) 2	Al (OH) 3	H 2 SiO 3	H 3 PO 4	H 2 SO 4	HСlO 4	—
	Заснування	Слабка основа	Амфотерний гідроксид	Слабка кислота	Кислота середньої сили	Сильна кислота	Сильна кислота	—
З'єднання з воднем	NaH	MgH 2	AlH 3	SiH 4	PH 3	H 2 S	HCl	—
	Тверді солеподібні речовини			Газоподібні речовини				—

У великих періодах металеві властивості послаблюються повільніше. Це пов'язано з тим, що, починаючи з четвертого періоду, з'являються десять перехідних d-елементів, в яких забудовується не зовнішній, а другий зовні d-підрівень, а на зовнішньому шарі d-елементів знаходяться один або два s-електрони, які визначають до певної міри властивості цих елементів. Таким чином, для d-елементів закономірність дещо ускладнюється. Наприклад, у п'ятому періоді металеві властивості поступово зменшуються від лужного Rb, досягають мінімальної сили у металів сім'ї платини (Ru, Rh, Pd).

Однак після неактивного Ag срібла розміщується кадмій Cd, у якого спостерігається стрибкоподібне зростання металевих властивостей. Далі зі зростанням порядкового номера елемента з'являються і поступово посилюються неметалеві властивості аж до типового йоду. Закінчується цей період, як і попередні, інертним газом. p align="justify"> Періодична зміна властивостей елементів усередині великих періодів дозволяє розділити їх на два ряди, в яких друга частина періоду повторює першу.

Групи

Вертикальні стовпчики елементів у періодичній таблиці - групи складаються з підгруп: головної та побічної, вони іноді позначаються буквами А та Б відповідно.

До складу основних підгруп входять s-і р-елементи, а до складу побічних - d-і f-елементи великих періодів.

Головна підгрупа - це сукупність елементів, яка розміщується в періодичній таблиці вертикально та має однакову конфігурацію зовнішнього електронного шару в атомах.

Як випливає з наведеного визначення, положення елемента в головній підгрупі визначається загальною кількістюелектронів (s- та р-) зовнішнього енергетичного рівня, рівним номеру групи. Наприклад, сірка (S - 3s 2 3p 4 ), в атомі якого на зовнішньому рівні міститься шість електронів, відноситься до головної підгрупи шостої групи, аргон (Ar - 3s 2 3p 6 ) - до головної підгрупи восьмої групи, а стронцій (Sr - 5s 2 ) - до ІІА-підгрупи.

Елементи однієї підгрупи характеризуються подібністю до хімічних властивостей. Як приклад розглянемо елементи ІА та VІІА підгруп (табл.2). Зі зростанням заряду ядра збільшується кількість електронних шарів та радіус атома, але кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні залишається постійною: для лужних металів (підгрупа ІА) – один, а для галогенів (підгрупа VIIА) – сім. Оскільки саме зовнішні електрони найбільше впливають на хімічні властивості, то зрозуміло, що кожна з розглянутих груп елементів-аналогів має подібні властивості.

Але в межах однієї підгрупи поряд з подібністю властивостей спостерігається їхня деяка зміна. Так, елементи підгрупи ІА усі, крім Н, — активні метали. Але зі зростанням радіусу атома і кількості електронних шарів, що екранують вплив ядра на валентні електрони, металеві властивості посилюються. Тому Fr активніший метал, ніж Сs, a Cs - більш активний, ніж R і т.д. А в підгрупі VIIA з тієї ж причини послаблюються неметалеві властивості елементів у разі зростання порядкового номера. Тому F - активніший неметал порівняно з Cl, a Cl - більш активний неметал порівняно з Br і т.д.

Таблиця 2 — Деякі характеристики елементів ІА та VІІА-підгруп

період	Підгрупа IA				Підгрупа VIIA
	Символ елемента	Заряд ядра	Радіус атома, нм		Символ елемента	Заряд ядра	Радіус атома, нм	Зовнішня електронна конфігурація
II	Li	+3	0,155	2 s 1	F	+9	0,064	2 s 2 2 p 5
III	Na	+11	0,189	3 s 1	Cl	+17	0,099	3 s 2 3 p 5
IV	K	+19	0,236	4 s 1	Br	35	0,114	4 s 2 4 p 5
V	Rb	+37	0,248	5 s 1	I	+53	0,133	5 s 2 5 p 5
VI	Cs	55	0,268	6 s 1	At	85	0,140	6 s 2 6 p 5
VII	Fr	+87	0,280	7 s 1	—	—	—	—

Побічна підгрупа - це сукупність елементів, що розміщуються в періодичній таблиці вертикально і мають однакову кількість валентних електронів за рахунок забудови зовнішнього s-і другого зовні d-енергетичних підрівнів.

Усі елементи побічних підгруп відносяться до d-родини. Ці елементи іноді називають перехідними металами. У побічних підгрупах властивості змінюються повільніше, оскільки в атомах d-елементів електрони забудовують другий ззовні енергетичний рівень, а на зовнішньому рівні знаходяться лише один або два електрони.

Положення перших п'яти d-елементів (підгрупи IIIБ-VIIБ) кожного періоду можна визначити за допомогою суми зовнішніх s-електронів та d-електронів другого зовні рівня. Наприклад, з електронної формули скандію (Sc - 4s 2 3d 1 ) видно, що він розміщується в побічній підгрупі (оскільки є d-елементом) третьої групи (оскільки сума валентних електронів дорівнює трьом), а марганець (Mn - 4s 2 3d 5 ) розміщується у побічній підгрупі сьомої групи.

Положення останніх двох елементів кожного періоду (підгрупи ІБ та ІІБ) можна визначити за кількістю електронів на зовнішньому рівні, оскільки в атомах цих елементів попередній рівень повністю завершений. Наприклад, Ag (5s 1 5d 10) розміщується в побічній підгрупі першої групи, Zn (4s 2 3d 10) - у побічній підгрупі другої групи.

Тріади Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd та Os-Ir-Pt розміщені в побічній підгрупі восьмої групи. Ці тріади утворюють дві родини: заліза та платиноїдів. Крім зазначених сімей окремо виділяють сім'ю лантаноїдів (чотирнадцять 4f-елементів) та сім'ю актиноїдів (чотирнадцять 5f-елементів). Ці сім'ї належать до побічної підгрупи третьої групи.

Зростання металевих властивостей елементів у підгрупах зверху донизу, а також зменшення цих властивостей у межах одного періоду зліва направо зумовлюють появу у періодичній системі діагональної закономірності. Так, Be дуже схожий на Al, B – на Si, Ti – на Nb. Це яскраво проявляється у тому, що у природі ці елементи утворюють подібні мінерали. Наприклад, у природі Ті завжди буває з Nb, утворюючи мінерали – титаноніобати.

Періодичний закон Д.І. Менделєєва та періодична система хімічних елементівмає велике значенняу розвитку хімії. Зануримося у 1871 рік, коли професор хімії Д.І. Менделєєв, методом численних спроб і помилок, дійшов висновку, що «… властивості елементів, тому і властивості утворених ними простих і складних тіл, стоять у періодичної залежності від їхньої атомної ваги». p align="justify"> Періодичність зміни властивостей елементів виникає внаслідок періодичного повторення електронної конфігурації зовнішнього електронного шару зі збільшенням заряду ядра.

Сучасне формулювання періодичного законутака:

«Властивості хімічних елементів (тобто властивості та форма утворених ними сполук) перебувають у періодичній залежності від заряду ядра атомів хімічних елементів».

Викладаючи хімію, Менделєєв розумів, що запам'ятовування індивідуальних властивостей кожного елемента викликає у студентів труднощі. Він почав шукати шляхи створення системного методу, щоб полегшити запам'ятовування властивостей елементів. В результаті з'явилась природна таблиця, пізніше вона стала називатися періодичної.

Наша сучасна таблиця дуже схожа на Менделєєвську. Розглянемо її докладніше.

таблиця Менделєєва

Періодична таблиця Менделєєва складається з 8 груп та 7 періодів.

Вертикальні стовпці таблиці називають групами . Елементи, всередині кожної групи, мають подібні хімічні та фізичні властивості. Це тим, що елементи однієї групи мають подібні електронні конфігурації зовнішнього шару, число електронів у якому дорівнює номеру групи. При цьому група поділяється на головні та побічні підгрупи.

У Головні підгрупивходять елементи, у яких валентні електрони розташовуються на зовнішніх ns- та np-підрівнях. У Побічні підгрупивходять елементи, у яких валентні електрони розташовуються на зовнішньому ns-підрівні та внутрішньому (n - 1) d-підрівні (або (n - 2) f-підрівні).

Всі елементи в періодичної таблиці , Залежно від того, на якому підрівні (s-, p-, d- або f-) знаходяться валентні електрони класифікуються на: s-елементи (елементи головної підгрупи I і II груп), p-елементи (елементи головних підгруп III - VII груп), d-елементи (елементи побічних підгруп), f-елементи (лантаноїди, актиноїди).

Найвища валентність елемента (за винятком O, F, елементів підгрупи міді та восьмої групи) дорівнює номеру групи, в якій він знаходиться.

Для елементів головних та побічних підгруп однаковими є формули вищих оксидів (та їх гідратів). У основних підгрупах склад водневих сполук є однаковими, для елементів, що у цій групі. Тверді гідриди утворюють елементи головних підгруп I - III груп, а IV - VII груп утворюють газоподібні водневі сполуки. Водневі сполуки типу ЕН 4 – нейтральні сполуки, ЕН 3 – основи, Н 2 Е та НЕ – кислоти.

Горизонтальні ряди таблиці називають періодами. Елементи в періодах відрізняються між собою, але загальне у них те, що останні електрони знаходяться на одному енергетичному рівні ( головне квантове числоn- однаково ).

Перший період відрізняється від інших тим, що там знаходяться лише 2 елементи: водень H та гелій He.

У другому періоді є 8 елементів (Li - Ne). Літій Li - лужний метал починає період, а замикає його благородний газ неон Ne.

У третьому періоді, як і у другому перебувають 8 елементів (Na - Ar). Починає період лужного металу натрій Na, а замикає його благородний газ аргон Ar.

У четвертому періоді перебувають 18 елементів (K - Kr) - Менделєєв його позначив як великий період. Починається він також із лужного металу Калій, а закінчується інертним газом криптон Kr. До складу великих періодів входять перехідні елементи (Sc - Zn) - d-елементи.

У п'ятому періоді, аналогічно четвертому, знаходяться 18 елементів (Rb - Xe) і структура його подібна з четвертим. Починається він також із лужного металу рубідій Rb, а закінчується інертним газом ксенон Xe. До складу великих періодів входять перехідні елементи (Y - Cd) - d-елементи.

Шостий період складається з 32 елементів (Cs – Rn). Крім 10 d-Елементів (La, Hf - Hg) в ньому знаходиться ряд з 14 f-елементів (лантаноїди) - Ce - Lu

Сьомий період не закінчено. Він починається з Франції Fr, можна припустити, що він буде містити, як і шостий період, 32 елементи, які вже знайдені (до елемента з Z = 118).

Інтерактивна таблиця Менделєєва

Якщо подивитися на періодичну таблицю Менделєєваі провести уявну межу, що починається біля бору і закінчується між полонієм і астатом, то всі метали будуть знаходитися зліва від межі, а неметали - праворуч. Елементи, що безпосередньо прилягають до цієї лінії будуть мати властивості як металів, так і неметалів. Їх називають металоїдами чи напівметалами. Це бір, кремній, германій, миш'як, сурма, телур та полоній.

Періодичний закон

Менделєєв дав таке формулювання Періодичного закону: «властивості простих тіл, а також форми та властивості сполук елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл, стоять у періодичній залежності від їхньої атомної ваги».
Існує чотири основні періодичні закономірності:

Правило октетустверджує, що всі елементи прагнуть придбати або втратити електрон, щоб мати восьмиелектронну конфігурацію найближчого благородного газу. Т.к. зовнішні s- та p-орбіталі благородних газів повністю заповнені, то вони є найстабільнішими елементами.
Енергія іонізації– це кількість енергії, необхідне відриву електрона від атома. Згідно з правилом октету, при русі по періодичній таблиці зліва направо для відриву електрона потрібно більше енергії. Тому елементи з лівого боку таблиці прагнуть втратити електрон, а з правої сторони- Його придбати. Сама висока енергіяіонізації у інертних газів. Енергія іонізації зменшується під час руху вниз групою, т.к. електрони низьких енергетичних рівнів мають здатність відштовхувати електрони з більш високих енергетичних рівнів. Це явище названо ефектом екранування. Завдяки цьому ефекту зовнішні електрони менш міцно пов'язані з ядром. Рухаючись у період енергія іонізації плавно збільшується зліва направо.

Спорідненість до електрона- Зміна енергії при придбанні додаткового електрона атомом речовини в газоподібному стані. При русі групою вниз спорідненість до електрону стає менш негативним внаслідок ефекту екранування.

Електронегативність— міра того, як сильно прагне притягати до себе електрони пов'язаного з ним іншого атома. Електронегативність збільшується при русі в періодичної таблицізліва направо та знизу вгору. При цьому слід пам'ятати, що благородні гази не мають електронегативності. Таким чином, самий електронегативний елемент - фтор.

На підставі цих понять, розглянемо як змінюються властивості атомів та їх сполук у таблиці Менделєєва.

Отже, в періодичній залежності знаходяться такі властивості атома, які пов'язані з його електронною конфігурацією: атомний радіус, енергія іонізації, електронегативність.

Розглянемо зміну властивостей атомів та їх сполук залежно від положення періодичній системі хімічних елементів.

Неметалічність атома збільшуєтьсяпри русі в періодичній таблиці зліва направо та знизу вгору. У зв'язку з цим основні властивості оксидів зменшуються,а кислотні властивості збільшуються в тому ж порядку - при русі зліва направо та знизу вгору. При цьому кислотні властивості оксидів тим сильніші, чим більший ступінь окислення елемента, що утворює його.

По періоду зліва направо основні властивості гідроксидівслабшають, по головних підгрупах зверху вниз сила підстав збільшується. При цьому якщо метал може утворити кілька гідроксидів, то зі збільшенням ступеня окислення металу, основні властивостігідроксидів слабшають.

За періодом зліва направозбільшується сила кисневмісних кислот. При русі зверху вниз у межах однієї групи сила кисневмісних кислот зменшується. При цьому сила кислоти збільшується із збільшенням ступеня окислення утворює кислоту елемента.

За періодом зліва направозбільшується сила безкисневих кислот. Під час руху зверху вниз у межах однієї групи сила безкисневих кислот збільшується.

Категорії

Періодична система хімічних елементів – це класифікація хімічних елементів, створена Д. І. Менделєєвим на основі відкритого ним у 1869 р. періодичного закону.

Д. І. Менделєєв

Згідно з сучасним формулюванням цього закону, у безперервному ряду елементів, розташованих у порядку зростання величини позитивного заряду ядер їх атомів, періодично повторюються елементи зі подібними властивостями.

Періодична система хімічних елементів, подана у вигляді таблиці, складається з періодів, рядів та груп.

На початку кожного періоду (за винятком першого) знаходиться елемент яскраво вираженими металевими властивостями (лужний метал).

Умовні позначення кольорової таблиці: 1 - хімічний знак елемента; 2 – назва; 3 - атомна маса ( атомна вага); 4 – порядковий номер; 5 – розподіл електронів по шарах.

У міру зростання порядкового номера елемента, рівного величиніпозитивного заряду ядра його атома, поступово слабшають металеві та наростають неметалеві властивості. Передостаннім елементом у кожному періоді є елемент із яскраво вираженими неметалевими властивостями (), а останнім - інертний газ. У I періоді знаходяться 2 елементи, у II та III – по 8 елементів, у IV та V – по 18, у VI – 32 та у VII (не завершеному періоді) – 17 елементів.

Перші три періоди називають малими періодами, кожен із них складається з одного горизонтального ряду; інші - великими періодами, кожен із яких (виключаючи VII період) і двох горизонтальних рядів - парного (верхнього) і непарного (нижнього). У парних лавах великих періодів знаходяться лише метали. Властивості елементів у цих рядах із зростанням порядкового номера змінюються слабко. Властивості елементів у непарних лавах великих періодів змінюються. У VI періоді за лантаном слідують 14 елементів, дуже подібних за хімічними властивостями. Ці елементи, які називають лантаноїдами, наведені окремо під основною таблицею. Аналогічно представлені в таблиці та актиноїди - елементи, що йдуть за актинієм.

У таблиці є дев'ять вертикальних груп. Номер групи, за рідкісними винятками, дорівнює вищої позитивної валентності елементів цієї групи. Кожна група, виключаючи нульову та восьму, поділяється на підгрупи. - головну (розташована правіше) та побічну. У основних підгрупах зі збільшенням порядкового номера посилюються металеві та слабшають неметалеві властивості елементів.

Таким чином, хімічні та ряд фізичних властивостей елементів визначаються місцем, яке займає даний елемент у періодичній системі.

Біогенні елементи, тобто елементи, що входять до складу організмів і виконують у ньому певну біологічну рользаймають верхню частину таблиці Менделєєва. У блакитний колір пофарбовані клітини, займані елементами, що становлять основну масу (понад 99%) живої речовини, рожевий колір- Клітини, займані мікроелементами (див.).

Періодична система хімічних елементів є найбільшим досягненням сучасного природознавства та яскравим виразом найбільш загальних діалектичних законів природи.

також , Атомна вага.

Періодична система хімічних елементів природна класифікаціяхімічних елементів, створена Д. І. Менделєєвим на основі відкритого ним у 1869 р. періодичного закону.

У початковому формулюванні періодичний закон Д. І. Менделєєва стверджував: властивості хімічних елементів, і навіть форми та властивості їх сполук перебувають у періодичної залежність від величини атомних ваг елементів. Надалі з розвитком вчення про будову атома було показано, що точнішою характеристикою кожного елемента є не атомна вага (див.), а величина позитивного заряду ядра атома елемента, що дорівнює порядковому (атомному) номеру цього елемента в періодичній системі Д. І. Менделєєва . Число позитивних зарядів ядра атома дорівнює числу електронів, що оточують ядро ​​атома, оскільки атоми в цілому електронейтральні. У світлі цих даних періодичний закон формулюється так: властивості хімічних елементів, а також форми та властивості їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини позитивного заряду ядер їх атомів. Це означає, що у безперервному ряду елементів, розташованих у порядку зростання позитивних зарядів ядер їх атомів, періодично повторюватимуться елементи зі схожими властивостями.

Таблична форма періодичної системи хімічних елементів представлена ​​в її сучасному вигляді. Вона складається з періодів, рядів та груп. Період є послідовним горизонтальним рядом елементів, розташованих у порядку зростання позитивного заряду ядер їх атомів.

На початку кожного періоду (за винятком першого) знаходиться елемент з яскраво вираженими металевими властивостями (лужний метал). Потім у міру збільшення порядкового номера поступово слабшають металеві та наростають неметалеві властивості елементів. Передостаннім елементом у кожному періоді є елемент із яскраво вираженими неметалевими властивостями (галоген), а останнім – інертний газ. I період складається з двох елементів, роль лужного металу та галогену тут одночасно виконує водень. II та III періоди включають по 8 елементів, названих Менделєєвим типовими. IV та V періоди нараховують по 18 елементів, VI-32. VII період ще завершено і поповнюється штучно створюваними елементами; Нині у цьому періоді налічується 17 елементів. I, II і III періоди називають малими, кожен із новачків складається з одного горизонтального ряду, IV-VII- великими: вони (крім VII) включають два горизонтальних ряду - парний (верхній) і непарний (нижній). У парних рядах великих періодів знаходяться лише метали, і зміна властивостей елементів у рядку зліва направо виражена слабо.

У непарних рядах великих періодів властивості елементів у ряду змінюються так само, як властивості типових елементів. У парному ряду VI періоду після лантану слідує 14 елементів [званих лантанідами (див.), лантаноїдами, рідкісноземельними елементами], подібних за хімічними властивостями з лантаном і між собою. Перелік їх наводиться окремо під таблицею.

Окремо виписані та наведені під таблицею елементи, що йдуть за актинієм-актиніди (актиноїди).

У періодичній системі хімічних елементів за вертикалями розташовано дев'ять груп. Номер групи дорівнює вищій позитивній валентності елементів цієї групи. Виняток становлять фтор (буває лише негативно одновалентним) та бром (не буває семивалентним); крім того, мідь, срібло, золото можуть виявляти валентність більше +1 (Cu-1 і 2, Ag і Au-1 і 3), а з елементів VIII групи валентністю +8 мають тільки осмій та рутеній. Кожна група, за винятком восьмої та нульової, ділиться на дві підгрупи: головну (розташована правіше) та побічну. До основних підгруп входять типові елементи та елементи великих періодів, у побічні - лише елементи великих періодів і до того ж метали.

За хімічними властивостями елементи кожної підгрупи цієї групи значно відрізняються один від одного і лише вища позитивна валентність однакова всім елементів цієї групи. У головних підгрупах зверху вниз посилюються металеві властивості елементів і слабшають неметалеві (так, францій є елементом найбільш яскраво вираженими металевими властивостями, а фтор - неметалевими). Таким чином, місце елемента в періодичній системі Менделєєва (порядковий номер) визначає його властивості, які є середньою з властивостей сусідніх елементів по вертикалі та горизонталі.

Деякі групи елементів мають особливі назви. Так, елементи головних підгруп I групи називають лужними металами, II групи - лужноземельними металами, VII групи - галогенами, елементи, розташовані за ураном - трансурановими. Елементи, які входять до складу організмів, беруть участь у процесах обміну речовин і мають явно виражену біологічною роллюназивають біогенними елементами. Усі вони займають верхню частину таблиці Д. І. Менделєєва. Це насамперед Про, З, М, N, Са, Р, До, S, Na, Cl, Mg і Fe, що становлять основну масу живої речовини (понад 99%). Місця, які займають ці елементи в періодичній системі, пофарбовані в світло-блакитний колір. Біогенні елементи, яких дуже мало (від 10 -3 до 10 -14 %), називають мікроелементами (див.). У клітинах періодичної системи, пофарбованих у жовтий колір, Вміщені мікроелементи, життєво важливе значення яких для людини доведено.

Згідно з теорією будови атомів (див. Атом) хімічні властивості елементів залежать в основному від числа електронів на зовнішній електронній оболонці. p align="justify"> Періодична зміна властивостей елементів зі збільшенням позитивного заряду атомних ядер пояснюється періодичним повторенням будови зовнішньої електронної оболонки (енергетичного рівня) атомів.

У малих періодах із збільшенням позитивного заряду ядра зростає кількість електронів на зовнішній оболонці від 1 до 2 у I періоді та від 1 до 8 у II та III періодах. Звідси зміна властивостей елементів у період від лужного металу до інертного газу. Зовнішня електронна оболонка, що містить 8 електронів, є завершеною та енергетично стійкою (елементи нульової групи хімічно інертні).

У великих періодах парних рядах зі зростанням позитивного заряду ядер число електронів на зовнішній оболонці залишається постійним (1 або 2) і йде заповнення електронами другої зовні оболонки. Звідси повільне зміна властивостей елементів парних рядах. У непарних рядах великих періодів зі збільшенням заряду ядер йде заповнення електронами зовнішньої оболонки (від 1 до 8) і властивості елементів змінюються так, як і типові елементи.

Число електронних оболонок в атомі дорівнює номеру періоду. Атоми елементів головних підгруп мають на зовнішніх оболонках число електронів, що дорівнює номеру групи. Атоми елементів побічних підгруп містять на зовнішніх оболонках один або два електрони. Цим пояснюється відмінність у властивостях елементів головної та побічної підгруп. Номер групи вказує можливу кількість електронів, які можуть брати участь у освіті хімічних (валентних) зв'язків (див. Молекула), тому такі електрони називають валентними. У елементів побічних підгруп валентними є як електрони зовнішніх оболонок, а й передостанніх. Число і будова електронних оболонок зазначено в періодичній системі хімічних елементів, що додається.

Періодичний закон Д. І. Менделєєва і заснована на ньому система мають винятково велике значення у науці та практиці. Періодичний закон і система стали основою для відкриття нових хімічних елементів, точного визначенняїх атомних ваг, розвитку вчення про будову атомів, встановлення геохімічних законів розподілу елементів у земній корі та розвитку сучасних уявленьпро живу речовину, склад якої та пов'язані з нею закономірності перебувають у відповідності до періодичної системи. Біологічна активність елементів та їх вміст в організмі також багато в чому визначаються місцем, яке вони займають у періодичній системі Менделєєва. Так, зі збільшенням порядкового номера у ряді груп зростає токсичність елементів та зменшується їх вміст у організмі. p align="justify"> Періодичний закон є яскравим виразом найбільш загальних діалектичних законів розвитку природи.