86 от периодичната таблица. Периодична таблица на химичните елементи. Организация на периодичната система

Как да използвате периодичната таблица? За непознат човек четенето на периодичната таблица е като да погледнете древните руни на елфи за гном. Периодичната таблица може да разкаже много за света.

Освен че ще ви служи на изпита, той е и просто незаменим при решаването на огромен брой химически и физически проблеми. Но как да го прочета? За щастие, днес всеки може да научи това изкуство. Тази статия ще ви покаже как да разбирате периодичната таблица.

Периодичната таблица на химичните елементи (периодична таблица) е класификация на химичните елементи, която установява зависимостта на различните свойства на елементите от заряда на атомното ядро.

История на създаването на таблици

Дмитрий Иванович Менделеев не беше прост химик, ако някой мисли така. Той беше химик, физик, геолог, метролог, еколог, икономист, петрол, аеронавт, инструменталист и учител. През живота си ученият успя да проведе много фундаментални изследвания в различни области на знанието. Например, масово се смята, че именно Менделеев е изчислил идеалната сила на водка - 40 градуса.

Не знаем какво е чувствал Менделеев към водката, но със сигурност знаем, че дисертацията му на тема „Дискурс за комбинацията от алкохол с вода“ няма нищо общо с водката и разглежда концентрациите на алкохол от 70 градуса. С всички заслуги на учения, откриването на периодичния закон на химичните елементи - един от основните закони на природата, му донесе най -широката слава.

Има легенда, според която учен е мечтал за периодичната система, след което е трябвало само да усъвършенства появената идея. Но, ако всичко беше толкова просто .. Тази версия на създаването на периодичната таблица, очевидно, не е нищо повече от легенда. На въпрос как е отворена масата, самият Дмитрий Иванович отговори: „ Мисля за това може би двайсет години, но вие си мислите: седнах и изведнъж ... свърши се. "

В средата на деветнадесети век опитите да се поръчат известните химични елементи (известни са 63 елемента) са предприети едновременно от няколко учени. Например през 1862 г. Александър Емил Шанкуртуа поставя елементи по спирална линия и отбелязва цикличното повтаряне на химичните свойства.

Химикът и музикант Джон Александър Нюландс предлага своя собствена версия на периодичната таблица през 1866 г. Интересен факт е, че ученият се опита да намери някаква мистична музикална хармония в подреждането на елементите. Сред другите опити беше и опитът на Менделеев, който беше увенчан с успех.

През 1869 г. е публикувана първата схема на таблицата, а 1 март 1869 г. се счита за ден на отваряне на периодичния закон. Същността на откритието на Менделеев беше, че свойствата на елементите с увеличаване на атомната маса не се променят монотонно, а периодично.

Първата версия на таблицата съдържаше само 63 елемента, но Менделеев направи редица много нестандартни решения. Така че, той предположи, че ще остави място в таблицата за все още неоткрити елементи, а също така промени атомните маси на някои елементи. Фундаменталната правилност на закона, изведен от Менделеев, беше потвърдена много скоро, след откриването на галий, скандий и германий, чието съществуване беше предсказано от учените.

Модерен изглед на периодичната таблица

По -долу е самата таблица

Днес за подреждане на елементи вместо атомно тегло (атомна маса) се използва концепцията за атомен номер (броят на протоните в ядрото). Таблицата съдържа 120 елемента, които са разположени отляво надясно във възходящ ред на атомния номер (брой протони)

Колоните на таблицата са така наречените групи, а редовете са точките. В таблицата има 18 групи и 8 периода.

1. Металните свойства на елементите намаляват при движение по периода отляво надясно и се увеличават в обратна посока.
2. Размерите на атомите намаляват при движение от ляво на дясно по периодите.
3. Когато се движите отгоре надолу в групата, намаляващите метални свойства се увеличават.
4. Окисляващите и неметалните свойства се увеличават при движение по периода отляво надясно.

Какво можем да научим за даден елемент от таблицата? Например, нека вземем третия елемент в таблицата, литий, и да го разгледаме подробно.

На първо място, виждаме самия символ на елемента и името му под него. В горния ляв ъгъл е атомният номер на елемента, по реда на който елементът е разположен в таблицата. Атомният номер, както вече беше споменато, е равен на броя на протоните в ядрото. Броят на положителните протони обикновено е равен на броя на отрицателните електрони в атома (с изключение на изотопите).

Атомната маса е посочена под атомния номер (в тази версия на таблицата). Ако закръглим атомната маса до най-близкото цяло число, получаваме т. Нар. Масово число. Разликата между масовото и атомното число дава броя на неутроните в ядрото. И така, броят на неутроните в хелиевото ядро ​​е равен на два, а в лития - четири.

Така нашият курс "Периодична таблица за манекени" приключи. В заключение ви каним да гледате тематично видео и се надяваме, че въпросът как да използвате периодичната таблица ви е станал по -ясен. Припомняме ви, че винаги е по -ефективно да изучавате нов предмет не сам, а с помощта на опитен ментор. Ето защо, никога не трябва да забравяте за студентската служба, която с удоволствие ще сподели своите знания и опит с вас.

Откриването на периодичната таблица на химичните елементи от Дмитрий Менделеев през март 1869 г. е истински пробив в химията. Руският учен успя да систематизира знанията за химичните елементи и да ги представи под формата на таблица, която дори сега учениците трябва да изучават в уроците по химия. Периодичната таблица се превърна в основата за бързото развитие на тази сложна и интересна наука, а историята на нейното откриване е обвита в легенди и митове. За всички, които се интересуват от науката, ще бъде интересно да се знае истината за това как Менделеев е открил таблицата с периодични елементи.

История на периодичната таблица: как започна всичко

Опитите да се класифицират и систематизират известните химични елементи бяха направени много преди Дмитрий Менделеев. Такива известни учени като Debereiner, Newlands, Meyer и други предлагат своите системи от елементи. Въпреки това, поради липсата на данни за химичните елементи и техните правилни атомни маси, предложените системи не бяха напълно надеждни.

Историята на откриването на периодичната таблица започва през 1869 г., когато руски учен на заседание на Руското химическо дружество разказва на своите колеги за откритието си. В таблицата, предложена от учения, химическите елементи са подредени в зависимост от техните свойства, осигурени от стойността на тяхното молекулно тегло.

Интересна особеност на периодичната таблица беше наличието на празни клетки, които в бъдеще бяха пълни с отворени химически елементи, предвидени от учените (германий, галий, скандий). От откриването на периодичната таблица тя е била допълвана и коригирана многократно. Заедно с шотландския химик Уилям Рамзай Менделеев добави към масата група инертни газове (нулева група).

В бъдеще историята на периодичната таблица е пряко свързана с открития в друга наука - физиката. Работата по таблицата с периодични елементи продължава и до днес, а съвременните учени добавят нови химични елементи, когато бъдат открити. Стойността на периодичната система на Дмитрий Менделеев е трудна за надценяване, защото благодарение на нея:

• Систематизирани са знания за свойствата на вече открити химични елементи;
• Сега е възможно да се предскаже откриването на нови химични елементи;
• Започват да се развиват такива клонове на физиката като физиката на атома и физиката на ядрото;

Има много възможности за изобразяване на химични елементи според периодичния закон, но най -известният и широко разпространен вариант е периодичната таблица, която е позната на всички.

Митове и факти за създаването на периодичната таблица

Най -честото погрешно схващане в историята на откриването на периодичната система е, че учен го е видял насън. Всъщност самият Дмитрий Менделеев опроверга този мит и заяви, че е мислил за периодичния закон от много години. За да систематизира химическите елементи, той записва всеки от тях на отделна карта и многократно ги комбинира помежду си, подреждайки ги в редове в зависимост от сходните им свойства.

Митът за „пророческия“ сън на учения може да се обясни с факта, че Менделеев е работил върху систематизирането на химичните елементи дни наред, прекъсвайки за кратък сън. Въпреки това, само упорита работа и естествен талант на учения даде дългоочаквания резултат и осигури световна слава на Дмитрий Менделеев.

Много ученици в училище, а понякога и в университета са принудени да учат или поне грубо да се ориентират в периодичната таблица. За това човек трябва не само да има добра памет, но и да мисли логично, свързвайки елементи в отделни групи и класове. Изучаването на масата е най -лесно за онези хора, които постоянно поддържат мозъка си в добра форма, като посещават обучения в BrainApps.

Периодична таблица - подреден набор от химични елементи, тяхната естествена класификация, която е графичен (табличен) израз на периодичния закон на химичните елементи. Неговата структура, в много отношения подобна на съвременната, е разработена от Д. И. Менделеев въз основа на периодичния закон през 1869-1871 г.

Прототипът на периодичната система беше „Опитът на система от елементи въз основа на тяхното атомно тегло и химическо сходство“, съставен от D.I. и периоди на елементите. В резултат на това структурата на периодичната система придоби до голяма степен съвременни очертания.

Концепцията за мястото на елемент в системата, определена от числеността на групата и периода, стана важна за нейната еволюция. Въз основа на тази концепция Менделеев стигна до заключението, че е необходимо да се променят атомните маси на някои елементи: уран, индий, церий и неговите спътници. Това беше първото практическо приложение на периодичната таблица. Менделеев също е първият, който предсказва съществуването и свойствата на няколко неизвестни елемента. Ученият описа подробно най -важните свойства на екалуминий (бъдещ галий), екабор (скандий) и екасилиций (германий). Освен това той прогнозира съществуването на аналози на манган (бъдещ технеций и рений), телур (полоний), йод (астатин), цезий (франция), барий (радий), тантал (протактиний). Предсказанията на учения относно тези елементи бяха от общ характер, тъй като тези елементи бяха разположени в слабо проучени области на периодичната система.

Първите версии на периодичната таблица бяха в много отношения само емпирично обобщение. В края на краищата физическият смисъл на периодичния закон беше неясен, нямаше обяснение за причините за периодичната промяна в свойствата на елементите, в зависимост от увеличаването на атомните маси. В тази връзка много проблеми останаха нерешени. Има ли граници на периодичната таблица? Възможно ли е да се определи точния брой на съществуващите елементи? Структурата на шестия период остава неясна - какво е точното количество редкоземни елементи? Не беше известно дали все още има елементи между водород и литий, каква е структурата на първия период. Следователно, до физическото обосноваване на периодичния закон и развитието на теорията за периодичната система, пред него са възникнали сериозни трудности повече от веднъж. Откритието през 1894-1898 г. е неочаквано. пет инертни газа, които сякаш нямат място в периодичната таблица. Тази трудност беше премахната поради идеята за включване на независима нулева група в структурата на периодичната таблица. Масово откриване на радиоелементи в края на 19 и 20 век. (до 1910 г. техният брой е около 40) доведе до рязко противоречие между необходимостта от поставянето им в периодичната таблица и установената му структура. За тях в шестия и седмия период имаше само 7 свободни работни места. Този проблем е решен в резултат на установяването на правила за смяна и откриването на изотопи.

Една от основните причини за невъзможността да се обясни физическият смисъл на периодичния закон и структурата на периодичната система е, че не е известно как е структуриран атомът (виж Atom). Най -важният етап в развитието на периодичната система е създаването на атомния модел от Е. Ръдърфорд (1911). Въз основа на това холандският учен А. Ван ден Брук (1913) предполага, че порядковият номер на елемент в периодичната система е числено равен на заряда на ядрото на неговия атом (Z). Това беше експериментално потвърдено от английския учен Г. Мозли (1913). Периодичният закон получи физическо оправдание: периодичността на промените в свойствата на елементите започна да се разглежда в зависимост от Z - заряда на ядрото на атом на елемент, а не от атомната маса (вж. Периодичният закон на химически елементи).

В резултат на това структурата на периодичната таблица е значително засилена. Долната граница на системата е определена. Това е водород - елемент с минимум Z = 1. Стана възможно да се прецени точно броя на елементите между водород и уран. Бяха идентифицирани "пропуски" в периодичната система, съответстващи на неизвестни елементи със Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Въпросите за точното количество редкоземни елементи обаче остават неясни и най -важното - причините за периодичността на промените в свойствата на елементите не е разкрита в зависимост от Z.

Въз основа на съществуващата структура на периодичната система и резултатите от изучаването на атомни спектри, датският учен Н. Бор през 1918-1921 г. разработи идеи за последователността на изграждане на електронни обвивки и подови черупки в атомите. Ученият стигна до заключението, че подобни видове електронни конфигурации на външните обвивки на атомите се повтарят периодично. По този начин беше показано, че периодичността на промените в свойствата на химичните елементи се обяснява с наличието на периодичност в изграждането на електронни обвивки и подови черупки на атомите.

Периодичната таблица обхваща над 100 елемента. От тях всички трансуранови елементи (Z = 93–110), както и елементи със Z = 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астатин), 87 (франций) са получени изкуствено. През цялата история на съществуването на периодичната система, много голям брой (> 500) нейни варианти графично изображение, главно под формата на таблици, както и под формата на различни геометрични форми (пространствени и равнинни), аналитични криви (спирали и др.) и др. Най-разпространени са късите, полудългите, дългите и стълбищните форми на маси. Понастоящем се предпочита кратката форма.

Основният принцип за изграждане на периодичната система е нейното разделяне на групи и периоди. Концепцията на Менделеев за поредицата от елементи не се използва днес, тъй като е лишена от физически смисъл. Групите от своя страна се подразделят на главни (а) и вторични (б) подгрупи. Всяка подгрупа съдържа елементи - химически аналози. Елементите на a- и b-подгрупи в повечето групи също проявяват известно сходство помежду си, главно в по-високи степени на окисление, които по правило са равни на номера на групата. Периодът е набор от елементи, който започва с алкален метал и завършва с инертен газ (специален случай е първият период). Всеки период съдържа строго определен брой елементи. Периодичната система се състои от осем групи и седем периода, като седмият период все още не е завършен.

Особеност първиятПериодът се състои в това, че съдържа само 2 газообразни елемента в свободна форма: водород и хелий. Мястото на водорода в системата е двусмислено. Тъй като проявява общи свойства с алкални метали и с халогени, той се поставя или в 1a- или Vlla-подгрупи, или и двете едновременно, обхващайки символ в скоби в една от подгрупите. Хелият е първият представител на VIIIa-подгрупата. Дълго време хелий и всички инертни газове бяха изолирани в независима нулева група. Тази разпоредба изисква преразглеждане след синтеза на химични съединения на криптон, ксенон и радон. В резултат на това инертните газове и елементите от предишната група VIII (желязо, кобалт, никел и платинени метали) бяха обединени в една група.

Второпериодът съдържа 8 елемента. Започва с алкалнометален литий, чието единствено състояние на окисление е +1. Следва берилий (метал, степен на окисление +2). Борът вече проявява слабо изразен метален характер и е неметален (състояние на окисление +3). Въглеродът до бор е типичен неметал, който проявява +4 и −4 окислителни състояния. Азотът, кислородът, флуорът и неонът са неметали, а азотът има най-високото ниво на окисление от +5, съответстващо на номера на групата. Кислородът и флуорът са едни от най-активните неметали. Неонът с инертен газ завършва периода.

Третопериод (натрий - аргон) също съдържа 8 елемента. Характерът на промяната в техните свойства е в много отношения подобен на този, наблюдаван за елементите на втория период. Но тук също има известна специфичност. Така магнезият, за разлика от берилия, е по -метален, както и алуминият в сравнение с бора. Силиций, фосфор, сяра, хлор, аргон са типични неметали. И всички те, с изключение на аргона, показват най -високите степени на окисление, равни на номера на групата.

Както можете да видите, и в двата периода с увеличаване на Z се наблюдава отчетливо отслабване на метала и засилване на неметалните свойства на елементите. Д. И. Менделеев нарече елементите на втория и третия период (по неговите думи малки) типични. Елементите на малки периоди са сред най -често срещаните в природата. Въглеродът, азотът и кислородът (заедно с водорода) са органогени, тоест основните елементи на органичната материя.

Всички елементи от първия - третия период са поставени в а -подгрупи.

Четвъртопериод (калий - криптон) съдържа 18 елемента. Според Менделеев това е първият голям период. Калият на алкалния метал и калцият на алкалоземния метал са последвани от поредица от елементи, състоящи се от 10 т. Нар. Преходни метали (скандий - цинк). Всички те принадлежат към b-подгрупи. Повечето преходни метали показват по -високи степени на окисляване, равни на броя на групите, с изключение на желязо, кобалт и никел. Елементи от галий до криптон принадлежат към а-подгрупи. Известни са редица химични съединения за криптон.

Петопериодът (рубидий - ксенон) е сходен по структура с четвъртия. Той също така съдържа вложка от 10 преходни метала (итрий-кадмий). Елементите от този период имат свои собствени характеристики. В триадата рутений - родий - паладий, за рутений са известни съединения, където той проявява окислително състояние +8. Всички елементи на а - подгрупи показват най -високите окислителни състояния, равни на номера на групата. Характеристиките на промяната в свойствата на елементите на четвъртия и петия период с увеличаването на Z са по -сложни в сравнение с втория и третия период.

Шестопериодът (цезий - радон) включва 32 елемента. В този период освен 10 преходни метала (лантан, хафний - живак) има и набор от 14 лантаниди - от церий до лутеций. Елементите от церий до лутеций са химически много сходни и на тази основа те отдавна са включени в семейството на редкоземни елементи. В кратката форма на периодичната таблица в лантановата клетка са включени редица лантаниди и декодирането на тази серия е дадено в долната част на таблицата (виж. Лантаниди).

Каква е спецификата на елементите на шестия период? В триадата осмий - иридий - платина, степента на окисление +8 е известна за осмия. Астатинът има доста изразен метален характер. Радонът е най -реактивният от всички инертни газове. За съжаление, поради факта, че е силно радиоактивен, химията му е слабо разбрана (вж. Радиоактивни елементи).

Седмопериодът започва от Франция. Подобно на шестия, той също трябва да съдържа 32 елемента, но все още са известни 24. Франций и радий са съответно елементи от Ia и IIa подгрупи, анемоните принадлежат към IIIb подгрупа. Следва семейство актиниди, което включва елементи от торий до лаврентий и се намира подобно на лантанидите. Обяснение на този ред елементи също е дадено в долната част на таблицата.

Сега нека видим как се променят свойствата на химичните елементи подгрупипериодичната система. Основната закономерност на тази промяна се крие в засилването на металния характер на елементите с нарастването на Z. Тази закономерност се проявява особено ясно в IIIa-VIIa-подгрупи. За металите от Ia - IIIa - подгрупи се наблюдава повишаване на химическата активност. В елементи IVa - VIIa - подгрупи, с увеличаването на Z се наблюдава отслабване на химическата активност на елементите. За елементите на b - подгрупи естеството на промяната в химическата активност е по -сложно.

Теорията за периодичната система е разработена от Н. Бор и други учени през 20 -те години на миналия век. XX век и се основава на реална схема за формиране на електронни конфигурации на атоми (виж Atom). Според тази теория, с увеличаването на Z, запълването на електронните обвивки и подови черупки в атомите на елементите, включени в периодите на периодичната таблица, протича в следната последователност:

Въз основа на теорията за периодичната система може да се даде следното определение на период: период е набор от елементи, който започва с елемент със стойност n, равна на номера на периода и l = 0 (s - елементи) и завършва с елемент със същата стойност n и l = 1 (p -елементи) (виж Atom). Изключение е първият период, съдържащ само 1s - елементи. От теорията на периодичната система следва броят на елементите в периодите: 2, 8, 8, 18, 18, 32 ...

В таблицата символите на елементи от всеки тип (s-, p-, d- и f-елементи) са изобразени на определен цветен фон: s-елементи-на червено, p-елементи-на оранжево, d-елементи- върху синьо, f -елементи - върху зелено. Всяка клетка съдържа серийни номера и атомни маси на елементите, както и електронните конфигурации на външните електронни обвивки.

От теорията на периодичната система следва, че а-подгрупите включват елементи с n равно на броя на периода, и l = 0 и 1. В-подгрупите включват онези елементи, в чиито атоми са завършени черупките, които са били преди това непълно. Ето защо първият, вторият и третият период не съдържат елементи от b-подгрупи.

Структурата на периодичната таблица на елементите е тясно свързана със структурата на атомите на химичните елементи. С нарастването на Z подобни периодични конфигурации на външните електронни обвивки се повтарят. Именно те определят основните характеристики на химичното поведение на елементите. Тези характеристики се проявяват по различни начини за елементи от a - подгрупи (s- и p - елементи), за елементи от b - подгрупи (преходни d - елементи) и елементи от f - семейства - лантаниди и актиниди. Елементите от първия период - водород и хелий - представляват специален случай. Водородът е силно реактивен, защото единственият му 1-електрон лесно се отделя. В същото време конфигурацията на хелий (1s 2) е много стабилна, което определя неговата химическа неактивност.

За елементи от а-подгрупи външните електронни обвивки на атомите са запълнени (с п, равно на броя на периода), поради което свойствата на тези елементи се променят забележимо с нарастването на Z. Така във втория период литий (конфигурация 2s ) е активен метал, който лесно губи единичен валентен електрон; берилий (2s 2) също е метал, но по -малко активен поради факта, че външните му електрони са по -здраво свързани с ядрото. Освен това, борът (2s 2 p) има слабо изразен метален характер и всички следващи елементи от втория период, в който възниква изграждането на 2p-подчерка, вече са неметали. Осем -електронната конфигурация на външната електронна обвивка на неона (2s 2 p 6) - инертен газ - е много силна.

Химичните свойства на елементите от втория период се обясняват със склонността на техните атоми да придобият електронната конфигурация на най -близкия инертен газ (конфигурацията на хелий - за елементи от литий до въглерод или конфигурацията на неон - за елементи от въглерод към флуор). Ето защо, например, кислородът не може да прояви най -високото състояние на окисляване, равно на номера на групата: в крайна сметка за него е по -лесно да постигне конфигурацията на неона чрез придобиване на допълнителни електрони. Същият характер на промяната в свойствата се проявява в елементите на третия период и в s- и p-елементите на всички следващи периоди. В същото време отслабването на силата на връзката на външните електрони с ядрото в а-подгрупите с нарастването на Z се проявява в свойствата на съответните елементи. Така че за s - елементите има забележимо увеличаване на химическата активност с увеличаване на Z, а за р - елементите - увеличаване на металните свойства.

В атомите на преходни d-елементи обвивките, които не са завършени по-рано, са завършени със стойността на основното квантово число n, една по-малка от номера на периода. С някои изключения, конфигурацията на външните електронни обвивки на атомите на преходните елементи е ns 2. Следователно всички d - елементи са метали и затова промените в свойствата на d - елементите с увеличаване на Z не са толкова резки, както се наблюдават в s и p - елементите. В по -високите степени на окисляване, d - елементите показват известно сходство с р - елементите на съответните групи на периодичната таблица.

Особеностите на свойствата на елементите на триадите (VIIIb - подгрупа) се обясняват с факта, че b - подчерупките са близо до завършване. Ето защо желязото, кобалтът, никелът и платиновите метали не са склонни да дават съединения в по -високи степени на окисляване. Единствените изключения са рутений и осмий, които дават оксиди RuO 4 и OsO 4. За елементи Ib- и IIb - подгрупи, d -подчерупката всъщност е завършена. Следователно те проявяват окислителни състояния, равни на номера на групата.

В атомите на лантаноиди и актиниди (всички те са метали) завършването на по -рано непълни електронни обвивки със стойността на главното квантово число n е с две единици по -малко от номера на периода. В атомите на тези елементи конфигурацията на външната електронна обвивка (ns 2) остава непроменена, а третата външна N - обвивка е изпълнена с 4f - електрони. Ето защо лантаноидите са толкова сходни.

При актинидите ситуацията е по -сложна. В атомите на елементи със Z = 90-95 електроните 6d и 5f могат да участват в химични взаимодействия. Следователно, актинидите имат много повече окислителни състояния. Например за нептуний, плутоний и америций са известни съединения, при които тези елементи се появяват в седмовалентно състояние. Само в елементи, като се започне с курий (Z = 96), тривалентното състояние става стабилно, но и тук има някои особености. По този начин свойствата на актинидите се различават значително от тези на лантанидите и следователно и двете семейства не могат да се считат за сходни.

Семейството актиниди завършва с елемент със Z = 103 (лавренсия). Оценката на химичните свойства на курчатовия (Z = 104) и нилсбориум (Z = 105) показва, че тези елементи трябва да са аналогични съответно на хафний и тантал. Следователно учените смятат, че след семейството на актинидите в атомите започва системно запълване на 6d-подовата обвивка. Оценката на химическата природа на елементите със Z = 106–110 не е проведена експериментално.

Крайният брой елементи, които периодичната система обхваща, е неизвестен. Нейният проблем Горна граница- това е може би основната загадка на периодичната система. Най -тежкият елемент в природата е плутоний (Z = 94). Достигнатата граница на изкуствен ядрен синтез е елемент с атомен номер 110. Въпросът остава отворен: ще бъде ли възможно да се получат елементи с големи серийни номера, кои и колко? Все още не може да се отговори по определен начин.

С помощта на най -сложните изчисления, извършени на електронни компютри, учените се опитаха да определят структурата на атомите и да оценят най -важните свойства на „свръхелементите“, до огромни серийни номера (Z = 172 и дори Z = 184). Получените резултати бяха доста неочаквани. Например в атом на елемент със Z = 121 се предполага появата на 8р-електрон; това е след като образуването на 8s-подчерка е завършено в атомите със Z = 119 и 120. Но появата на р-електрони след s-електроните се наблюдава само в атомите на елементите на втория и третия период. Изчисленията показват също, че в елементите на хипотетичния осми период запълването на електронните обвивки и под-обвивките на атомите протича в много сложна и особена последователност. Следователно оценката на свойствата на съответните елементи е много труден проблем. Изглежда, че осмият период трябва да съдържа 50 елемента (Z = 119–168), но според изчисленията той трябва да завърши с елемента със Z = 164, тоест 4 поредни номера по -рано. И "екзотичният" девети период, оказва се, трябва да се състои от 8 елемента. Ето неговия „електронен“ запис: 9s 2 8p 4 9p 2. С други думи, той ще съдържа само 8 елемента, като втория и третия период.

Трудно е да се каже доколко изчисленията, направени с помощта на компютър, биха съответствали на истината. Ако обаче бъдат потвърдени, би било необходимо сериозно да се преразгледат законите, залегнали в периодичната таблица на елементите и нейната структура.

Периодичната таблица е играла и продължава да играе огромна роля в развитието на различни области на естествените науки. Това беше най-важното постижение на атомно-молекулярното преподаване, допринесло за появата на съвременната концепция за "химичен елемент" и изясняването на понятията за прости вещества и съединения.

Откритите от периодичната система закономерности оказват значително влияние върху развитието на теорията за структурата на атомите, откриването на изотопи, появата на идеи за ядрената периодичност. С периодичната система е свързана строго научна формулировка на проблема с прогнозирането в химията. Това се проявява в предсказването на съществуването и свойствата на неизвестни елементи и новите характеристики на химичното поведение на вече открити елементи. В днешно време периодичната система е основата на химията, предимно неорганична, което значително помага за решаването на проблема с химическия синтез на вещества с предварително определени свойства, разработването на нови полупроводникови материали, избора на специфични катализатори за различни химични процесии т.н. И накрая, периодичната таблица е в основата на преподаването на химия.

Всъщност германският физик Йохан Волфганг Доберейнер забеляза особеностите на групирането на елементи още през 1817 г. В онези дни химиците все още не са разбрали напълно природата на атомите, както е описано от Джон Далтън през 1808 г. В своята „нова система на химическата философия“, обясни Далтън химична реакция, като приемем, че всяко елементарно вещество се състои от атом от определен тип.

Далтън теоретизира, че химичните реакции произвеждат нови вещества, когато атомите се разделят или съединяват. Той вярва, че всеки елемент се състои изключително от един вид атом, който се различава от другите по тегло. Кислородните атоми тежат осем пъти повече от водородните атоми. Далтън вярва, че въглеродните атоми са шест пъти по -тежки от водорода. Когато елементите се комбинират, за да създадат нови вещества, количеството реагенти може да бъде изчислено въз основа на тези атомни тегла.

Далтън греши за някои маси - кислородът всъщност е 16 пъти по -тежък от водорода, а въглеродът е 12 пъти по -тежък от водорода. Но неговата теория направи идеята за атомите полезна, вдъхновявайки революция в химията. Точното измерване на атомната маса се превърна в голямо предизвикателство за химиците през следващите десетилетия.

Размишлявайки върху тези скали, Доберейнер отбеляза, че определени набори от три елемента (той ги нарича тройки) показват интересна връзка. Бромът например има атомна маса някъде между масата на хлор и йод и всички тези три елемента проявяват подобно химично поведение. Литий, натрий и калий също бяха триада.

Други химици забелязват връзките между атомните маси и, но едва през 1860 -те атомните маси стават добре разбрани и измерени достатъчно, за да развият по -дълбоко разбиране. Английският химик Джон Нюландс отбеляза, че подреждането на известни елементи в ред на увеличаване на атомната маса води до повторение на химичните свойства на всеки осми елемент. Той нарече този модел „закон на октавите“ в статия от 1865 г. Но моделът на Нюландс не се задържа много добре от първите две октави, което накара критиците да му предложат да подреди елементите по азбучен ред. И както скоро Менделеев разбра, връзката между свойствата на елементите и атомните маси беше малко по -сложна.

Организация на химичните елементи

Менделеев е роден в Тоболск, Сибир, през 1834 г. и е седемнадесетото дете на родителите си. Живееше жив живот, преследвайки различни интереси и пътувайки по пътя към изключителни хора. В момента на получаване висше образование v педагогически институтв Санкт Петербург, той едва не почина от тежко заболяване. След дипломирането си той преподава в средните училища (това беше необходимо за получаване на заплата в института), по пътя изучавайки математика и естествени науки за магистърска степен.

След това работи като учител и преподавател (и пише научни трудове), докато не получи стипендия за продължително изследователско пътуване в най -добрите химически лаборатории в Европа.

Обратно в Санкт Петербург той остана без работа, затова написа отлично ръководство с надеждата да спечели голяма парична награда. През 1862 г. това му носи Демидовската награда. Работил е и като редактор, преводач и консултант в различни химически области. През 1865 г. той се връща към научните изследвания, получава докторска степен и става професор в Санкт Петербургския университет.

Малко след това Менделеев започва да преподава неорганична химия. Подготвяйки се да овладее тази нова (за него) област, той не беше доволен от наличните учебници. Затова реших да напиша своя. Организацията на текста изискваше организацията на елементите, така че въпросът за най -доброто им подреждане постоянно му беше в съзнанието.

До началото на 1869 г. Менделеев е постигнал достатъчно напредък, за да осъзнае, че някои групи от подобни елементи показват редовно увеличаване на атомните маси; други елементи с приблизително еднакви атомни маси са имали сходни свойства. Оказа се, че подреждането на елементите по атомното им тегло е ключът към тяхната класификация.

Периодичната таблица на Д. Менелеев.

Според думите на Менделеев, той е структурирал мисленето си, като е записал всеки от 63 -те познати тогава елемента на отделна карта. След това, чрез един вид химически пасианс, той откри модела, който търсеше. Подреждайки картите във вертикални колони с атомни маси от ниско до високо, той поставя елементи с подобни свойства във всеки хоризонтален ред. Периодичната таблица на Менделеев е родена. Той скицира проект на 1 март, изпраща го за печат и го включва в учебника си, който скоро ще бъде публикуван. Той също така бързо подготви работа, която да бъде представена на Руското химическо дружество.

"Елементите, подредени по размера на атомните им маси, показват ясни периодични свойства", пише Менделеев в работата си. "Всички сравнения, които направих, ме накараха да заключа, че размерът на атомната маса определя естеството на елементите."

Междувременно германският химик Лотар Майер също работи по организирането на елементите. Той подготви маса, подобна на Менделеева, може би дори по -рано от Менделеев. Но Менделеев публикува първия си.

Въпреки това, много по -важно от победата над Майер беше как Менделеев използва масата си, за да се справи с неоткритите елементи. При подготовката на масата си Менделеев забеляза, че някои от картите липсват. Той трябваше да остави празни пространства, така че известните елементи да могат да се подравнят правилно. По време на живота му три празни пространства бяха изпълнени с неизвестни досега елементи: галий, скандий и германий.

Менделеев не само предвиди съществуването на тези елементи, но и правилно описа подробно техните свойства. Галият например, открит през 1875 г., има атомна маса 69,9 и плътност шест пъти по -голяма от тази на водата. Менделеев предвижда този елемент (той го нарича екалуминий), само чрез тази плътност и атомна маса 68. Неговите прогнози за екасилиций близко съвпадат с германия (открит през 1886 г.) по атомна маса (72 предвидени, 72,3 всъщност) и плътност. Той също така правилно прогнозира плътността на германиевите съединения с кислород и хлор.

Периодичната таблица е станала пророческа. Изглеждаше, че в края на тази игра този пасианс на елементите ще се разкрие. В същото време самият Менделеев беше майстор в използването на собствена маса.

Успешните прогнози на Менделеев му спечелиха легендарен статут на майстор на химическата магия. Но днес историците спорят дали откритието на предсказаните елементи затвърди приемането на неговия периодичен закон. Приемането на закона би могло да бъде повече свързано със способността му да обяснява установените химически връзки. Във всеки случай прогнозната точност на Менделеев със сигурност е привлекла вниманието към достойнствата на неговата маса.

До 1890 -те години химиците широко признават неговия закон като крайъгълен камък в химическите знания. През 1900 г. бъдещият Нобелов лауреат по химия Уилям Рамзи нарича това „най -голямото обобщение, правено някога в химията“. И Менделеев го направи, без да разбира как.

Математическа карта

В много случаи в историята на науката големите прогнози, основани на нови уравнения, се оказаха верни. По някакъв начин математиката разкрива някои природни тайни, преди експериментаторите да ги открият. Един пример е антиматерията, друг е разширяването на Вселената. В случая на Менделеев, предсказанията за нови елементи се случиха без никаква творческа математика. Но всъщност Менделеев откри дълбока математическа карта на природата, тъй като неговата таблица отразява значението на математическите правила, управляващи атомната архитектура.

В своята книга Менделеев отбелязва, че "вътрешните различия в материята, която съставят атомите" може да са отговорни за периодично повтарящите се свойства на елементите. Но той не се придържаше към тази линия на мислене. Всъщност през годините той се замисля колко важна е атомната теория за масата му.

Но други можеха да прочетат вътрешното послание на масата. През 1888 г. немският химик Йоханес Вислицен обявява, че периодичността на свойствата на елементите, подредени по маса, показва, че атомите са съставени от правилни групи от по -малки частици. По този начин в известен смисъл периодичната таблица наистина предвижда (и предоставя доказателства) за сложната вътрешна структура на атомите, докато никой нямаше и най -малка представа как всъщност изглежда атомът или дали изобщо има някаква вътрешна структура.

По времето на смъртта на Менделеев през 1907 г. учените са знаели, че атомите са разделени на части: плюс някои положително заредени компоненти, които правят атомите електрически неутрални. Ключът към подреждането на тези парчета идва от откритието през 1911 г., когато физикът Ърнест Ръдърфорд от университета в Манчестър в Англия откри атомното ядро. Малко след това Хенри Мозли, който работи с Ръдърфорд, демонстрира, че количеството положителен заряд в ядрото (броят на протоните, които съдържа, или неговият "атомен номер") определя правилния ред на елементите в периодичната таблица.

Хенри Мозли.

Атомната маса е тясно свързана с атомния номер на Моузили - достатъчно тясно, че подреждането на елементите по маса само на няколко места се различава от подреждането по брой. Менделеев настоява, че тези маси са грешни и трябва да бъдат преизмервани, а в някои случаи е бил прав. Остават няколко несъответствия, но атомният номер на Мозли се вписва перфектно в таблицата.

Приблизително по това време датският физик Нилс Бор осъзнава, че квантовата теория определя подреждането на електроните, обграждащи ядрото, и че най -далечните електрони определят Химични свойстваелемент.

Такива подредби на външни електрони ще се повтарят периодично, обяснявайки моделите, които първоначално бяха разкрити от периодичната таблица. Бор създава своя собствена версия на таблицата през 1922 г. въз основа на експериментални измервания на енергиите на електроните (заедно с някои улики от периодичния закон).

Таблицата на Бор добавя елементи, открити от 1869 г., но това е същият периодичен ред, открит от Менделеев. Без и най -малка представа за това, Менделеев създаде таблица, отразяваща атомната архитектура, продиктувана от квантовата физика.

Новата маса на Бор не беше нито първата, нито последната версия на оригиналния дизайн на Менделеев. Оттогава са разработени и публикувани стотици версии на периодичната таблица. Съвременната форма - в хоризонтален дизайн, за разлика от оригиналната вертикална версия на Менделеев - стана широко разпространена едва след Втората световна война, до голяма степен благодарение на работата на американския химик Глен Сийборг.

Сийборг и колегите му създадоха няколко нови елемента синтетично, с атомни номера след урана, последния естествен елемент на масата. Сийборг видя, че тези елементи, трансуранови (плюс три елемента, предхождащи урана), изискват нов ред в таблицата, който Менделеев не предвижда. Таблицата на Seaborg добави ред за тези елементи под подобна поредица от редки земни маси, които също нямаха място в таблицата.

Приносът на Сийборг в химията му спечели честта да назове своя собствен елемент, себоргиум номер 106. Той е един от няколкото елемента, кръстени на известни учени. И в този списък, разбира се, е елемент 101, открит от Сийборг и неговите колеги през 1955 г. и наречен Менделевий - на името на химика, който спечели място в периодичната таблица над всички останали.

Разгледайте нашия новинарски канал, ако искате още такива истории.

В природата има много повтарящи се последователности:

• сезони;
• Времето на деня;
• дни от седмицата…

В средата на 19 век Д. И. Менделеев забелязва, че химическите свойства на елементите също имат определена последователност (казват, че тази идея му е дошла насън). Резултатът от прекрасните мечти на учения е Периодичната таблица на химичните елементи, в която Д.И. Менделеев подреди химическите елементи в ред на увеличаване на атомната маса. В съвременната таблица химическите елементи са подредени във възходящ ред на атомния номер на елемента (броя на протоните в ядрото на атома).

Атомният номер е показан над символа на химически елемент, под символа е неговата атомна маса (сумата от протони и неутрони). Моля, обърнете внимание, че атомната маса на някои елементи не е цяло число! Запомнете изотопите!Атомната маса е среднопретеглената стойност на всички изотопи на даден елемент, естествено срещащи се в естествени условия.

Лантаноидите и актинидите са разположени под масата.

Метали, неметали, металоиди

Те се намират в Периодичната система вляво от стъпаловидната диагонална линия, която започва с бор (B) и завършва с полоний (Po) (с изключение на германий (Ge) и антимон (Sb). Лесно се вижда че металите заемат по -голямата част от периодичната таблица. Основни свойства на металите): твърдо (с изключение на живака); лъскаво; добри електрически и топлинни проводници; пластмаса; ковък; лесно даряващи електрони.

Елементите вдясно от стъпаловидния B-Po диагонал се наричат неметали... Свойствата на неметалите са пряко противоположни на тези на металите: лоши проводници на топлина и електричество; чуплив; необработен; непластични; обикновено вземат електрони.

Металоиди

Между метали и неметали са полуметали(металоиди). Те се характеризират със свойствата както на метали, така и на неметали. Полуметалите намериха основно приложение в промишлеността при производството на полупроводници, без които не е немислима нито една съвременна микросхема или микропроцесор.

Периоди и групи

Както бе споменато по -горе, периодичната таблица се състои от седем периода. Във всеки период атомните номера на елементите се увеличават отляво надясно.

Свойствата на елементите в периоди се променят последователно: така натрият (Na) и магнезият (Mg), които са в началото на третия период, даряват електрони (Na дарява един електрон: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1; Mg дарява два електрони: 1s 2 2s 2 2pp 6 3s 2). Но хлорът (Cl), разположен в края на периода, отнема един елемент: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.

В групи, от друга страна, всички елементи имат еднакви свойства. Например, в група IA (1) всички елементи, от литий (Li) до франций (Fr), даряват един електрон. И всички елементи от група VIIA (17), вземат един елемент.

Някои групи са толкова важни, че са получили специални имена. Тези групи са обсъдени по -долу.

Група IA (1)... Атомите на елементите от тази група имат само един електрон във външния електронен слой, поради което лесно даряват един електрон.

Най -важните алкални метали са натрий (Na) и калий (К), тъй като те играят важна роля в процеса на човешкия живот и са част от солите.

Електронни конфигурации:

• Ли- 1s 2 2s 1;
• Na- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1;
• К- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Група IIA (2)... Атомите на елементите от тази група имат два електрона във външния електронен слой, които също се даряват по време на химични реакции. Най -важният елемент е калцият (Ca) - основата на костите и зъбите.

Електронни конфигурации:

• Бъда- 1s 2 2s 2;
• Mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2;
• Ca- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Група VIIA (17)... Атомите на елементите от тази група обикновено получават по един електрон, тъй като на външния електронен слой има по пет елемента всеки и докато "пълният комплект" липсва само един електрон.

Най -известните елементи от тази група: хлор (Cl) - е част от сол и белина; йод (I) е елемент, който играе важна роля в дейността на човешката щитовидна жлеза.

Електронна конфигурация:

• F- 1s 2 2s 2 2p 5;
• Кл- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5;
• Бр- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

Група VIII (18).Атомите на елементите от тази група имат напълно "завършен" външен електронен слой. Следователно те не се "нуждаят" да приемат електрони. И те „не искат“ да ги раздават. Следователно - елементите от тази група са много „неохотни“ да влизат в химични реакции. Дълго време се смяташе, че те изобщо не реагират (оттук и името "инертен", тоест "неактивен"). Но химикът Нийл Барлет откри, че някои от тези газове, при определени условия, все още могат да реагират с други елементи.

Електронни конфигурации:

• Не- 1s 2 2s 2 2p 6;
• Ар- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6;
• Кр- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Валентни елементи в групи

Лесно е да се види, че във всяка група елементите са подобни помежду си с техните валентни електрони (електрони от s и р-орбитали, разположени на външното енергийно ниво).

Алкалните метали имат 1 валентен електрон:

• Ли- 1s 2 2s 1;
• Na- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1;
• К- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Алкалоземните метали имат 2 валентни електрона:

• Бъда- 1s 2 2s 2;
• Mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2;
• Ca- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Халогените имат 7 валентни електрона:

• F- 1s 2 2s 2 2p 5;
• Кл- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5;
• Бр- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

Инертните газове имат 8 валентни електрона:

• Не- 1s 2 2s 2 2p 6;
• Ар- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6;
• Кр- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

За повече информация вижте статията Валентност и в Таблицата на електронните конфигурации на атомите на химичните елементи по периоди.

Сега нека насочим вниманието си към елементите, разположени в групи със символи V... Те се намират в центъра на периодичната таблица и се наричат преходни метали.

Отличителна черта на тези елементи е наличието на електрони в атомите, които се запълват d-орбитали:

1. Sc- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1;
2. Ти- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2

Отделно от основната маса са разположени лантанидии актинидиса т.нар вътрешни преходни метали... В атомите на тези елементи се запълват електрони f-орбитали:

1. Ce- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 1 5d 1 6s 2;
2. Th- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 6d 2 7s 2