Таблица химических элементов Менделеева: периодическая система и закон

Периодическая таблица Менделеева

До Дмитрия Ивановича многие европейские умы пытались собрать элементы в один список. С начала 19 века они сделали много попыток сравнить вещества.

Менделеев

В 1869 году Менделеев представил свой первый план, через 2 года он завершил доработку и опубликовал последнюю версию таблицы.

Основная идея группировки — это периодичность. Расположив элементы в порядке увеличения атомной массы, он заметил, что время от времени их свойства повторялись.

Во второй половине 19 века мир знал гораздо меньше веществ, чем сегодня, поэтому химик оставил пустые места в своей таблице, предполагая открытие новых элементов, и даже сумел заранее определить свойства обнаруженного впоследствии галлия Ga. 31 и германий Ge 32.

С каждым последующим номером элемента увеличивается его атомная масса, заряд ядра, электронный уровень (количество элементов и их связей), показатели активности повторяются в зависимости от периода.

Почему в таблице Мендлеева были пустые клетки?


пора наполнить памятник Менделееву в Тобольске новыми элементами

Значимость теории Менделеева, которая со временем стала аксиомой современной науки, проявилась довольно быстро. Дело в том, что до него элементы располагались непрерывной линией.

Но уже в первой версии таблицы Менделеева оставалось несколько пустых ячеек для новых элементов — так называемые элементы эка, как и их соседи, должны были занимать пробелы. Менделееву даже удалось с удивительной точностью предсказать ряд их физических и химических свойств.

Соответствующие экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец были получены экспериментально, уже получив в наше время собственные названия скандий, галлий, германий, технеций. Практика элементов эка продолжается и сегодня.

Что касается бериллия, индия, урана, тория, церия, титана и иттрия, известных в середине XIX века, Менделееву пришлось скорректировать атомные веса, чтобы поместить их в таблицу в соответствии с химическими свойствами, что не осмелился сделать ни один другой исследователь. И это тоже оказалось правдой.


Ранняя версия таблицы Менделеева с предсказанными элементами

Абсолютность таблицы когда-то разочаровала исследователей: сначала не было места инертным газам, поэтому их существование активно отвергалось.

Впоследствии периодичность позволила найти класс несуществующих (или крайне редких) элементов в природе в обычных состояниях трансурановых элементов.

Как таблицу Менделеева пополнили ядерные элементы


Здесь создаются новые химические элементы

вряд ли Менделеев ожидал, как далеко зайдут его последователи в поисках продолжения таблицы: в его время элементы получали только из природных материалов — минералов, минералов.

Открытие ядерной реакции позволило создать новый способ «снабжения» стола: деление урана (92-й элемент) позволило создать трансурановые элементы, вместе с которыми известно 118 элементов.

Все они либо не существуют в природе в достаточном для исследования количестве, либо имеют слишком короткую продолжительность жизни. Для их получения ученые сталкивают атомы разных элементов (сегодня используют комбинацию «пучок атомов» -> «мишень»), что приводит к их слиянию.


Юрий Оганесян из НИЯУ МИФИ, соавтор открытия 5 трансурановых элементов

Например, чтобы создать Теннезин (число 117 соответствует количеству протонов в ядре), ученые объединили пучки кальция (20 протонов) с мишенью из берклия (97 протонов).

В результате синтеза кальция с калифорнием (98) был образован долгоживущий изотоп оганессон (118).

Формулировка периодического закона химических элементов

Русский ученый рисовал таблицы около 20 лет, пытаясь найти правильный узор в их расположении. Отметив понятие цикличности, он превратил его в периодический закон, изложив свое понимание правила:

«Свойства элементов, а также простых и сложных веществ, которые они образуют, подразумевают периодическую зависимость от их атомного веса».

Современная формулировка

Развитие науки в течение 20 века несколько изменило закон: термин «атомная масса» был заменен на «заряд ядра атома», вместо «простые и сложные вещества» — «вещества и соединения», определение к элементам добавлено «химическое».

Как читать таблицу Дмитрия Ивановича Менделеева

Ячейки химической базы данных разделены на группы горизонтальной и вертикальной последовательностей. Элементы имеют краткое обозначение из 1-3 букв (для формул и расчетов).

Группы

Представлены в виде столбцов таблицы. В системе старого стиля их 8 штук.

Таблица Менделеева 1

На данный момент выделено 18.

Таблица Менделеева 2

Элементы делятся на группы в зависимости от их сходства: по строению атома они похожи друг на друга. Кроме того, представители колонны имеют аналогичную формулу высшего оксида.

Традиционные типы столбцов делятся на подкатегории: A (с сильными групповыми характеристиками) и B (переходные металлы). Принадлежность зависит от положения символа (слева для A или справа для B):

Элемент таблицы Менделеева

Периоды

Горизонтальные цепочки в таблице, в которых элементы расположены по возрастанию порядкового номера. В строке слева направо увеличиваются заряды атомного ядра.

Всего 7 периодов:

  • 1-й период содержит только гелий He2 и водород H1;
  • 2 и 3 содержат по 8 компонентов;
  • 4 и 5 содержат по 18 единиц;
  • 6-й период содержит 32 элемента;
  • в 7-м магазине 31 единица и продолжает интегрироваться.

Физический смысл порядкового номера

Порядковый номер химического элемента также показывает, сколько протонов находится в ядре атома и сколько электронов вращается вокруг него.

Физический смысл серийного номера

Таблица Менделеева важна, но Периодический закон – ещё важнее


Менделеев смог открыть один из всеобъемлющих законов

Как ни странно, самое важное открытие Менделеева обычно остается за кадром: Периодический закон:

Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов периодически зависят от значений атомных масс элементов.

Современная формулировка практически ничего не меняет, интегрируя только оригинальный текст:

Свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов периодически зависят от заряда ядер атомов элементов (порядкового номера).

Периодическая таблица стала наглядным выражением Периодического закона, устанавливающего зависимость свойств элементов от их атомного веса (атомная масса или атомный номер — количество протонов в атоме).


Современный взгляд на таблицу Менделеева

Расположение элементов в таблице одновременно удовлетворяет 2 условиям: они

▪️ веса атомов организованы,
▪️ химические и физические свойства каждого элемента аналогичны предыдущему.

Закон действует для всех существующих и гипотетических элементов, кроме самого первого: перед ними просто ничего нет (хотя многие пытаются поместить туда гипотетический «эфир», имея в виду самого Менделеева, хотя он таких попыток не делал).

интересно, что в первой версии было всего 60 записей в таблице. Сегодня их 118, и конечно количество… Теоретически могло бы быть бесконечно, если бы не квантовая физика, но об этом позже.

Как таблицу Менделеева проверили и доделали другие


Мозли связал номер элемента в таблице и его физические свойства

Окончательную форму подтверждения Периодического закона нашел английский физик Генри Мозли:

Закон Мозли — это закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером.

Это привело к более глубокому толкованию закона, чего Менделеев даже не мог представить:

▪️ порядковый номер элемента = мера электрического заряда атомного ядра этого элемента,
▪️ номер горизонтальной линии (периода) = количество электронных оболочек атома,
▪️ номер вертикальной линии (группы) определяет квантовую структуру оболочки, определяющую подобие химических свойств.

Откуда появилась великая таблица Мендлеева?


Памятники Менделееву есть во всех странах мира

Когда в 1869 году появилась таблица Менделеева, было открыто 63 химических элемента. Все они были представлены в виде хаотичного целого, хотя попытки какого-то упорядочения предпринимались регулярно.

Самой ранней известной публикацией по этому поводу был «Закон триад» Иоганна Дёберейнера (1829 г.), но он не выходил за рамки понимания взаимосвязи между атомной массой и химическими свойствами элементов.

Впоследствии Александр Эмиль Шанкуртуа создал теллурианский винт (1862 г.), разместив элементы по винтовой линии. Он мог видеть частое циклическое повторение химических свойств по вертикали.

Наиболее правдоподобной оказалась система Юлиуса Лотара Мейера (1864 г.), которому удалось составить таблицу, отсортировав элементы по свойствам и весу. Увы, за основу периодичности свойств он взял валентность, что оказалось ошибкой.


Главный конкурент, придумавший идею: Лотар Мейер

Менделеев, по его собственным словам, уже 20 лет занимается проблемой систематизации химических элементов (а не спонтанно во время сна, вопреки распространенному мнению), перемещая карточки с названием и свойствами элементов в поисках желаемой комбинации.

И в 1869 году ему удалось найти ответ, опубликованный в статье в журнале Русского химического общества «Связь свойств с атомным весом элементов».

Сегодня существует несколько сотен вариантов представления его периодической системы: в виде кривых, таблиц и даже других геометрических фигур.


Таблица Менделеева довольно редка

Вскоре идею подхватил Мейер, который опубликовал свою работу с аналогичным результатом. Вы знали об успехе Менделеева? Не удивительно. К тому же он смог организовать всего 28 элементов

Однако из-за этого в Европе и США периодическая таблица Менделеева не имеет собственного имени в названии.

Однако мировое сообщество ученых признало Менделеева трехкратным лауреатом Нобелевской премии. К сожалению, ему не удалось стать членом Российской академии наук, и ее члены неоднократно отклоняли эту кандидатуру.

Свойства таблицы Менделеева

Химические элементы оцениваются по многим параметрам. Одно из основных — окислительно-восстановительные свойства.

Свойства таблицы Менделеева

При уменьшении периода и увеличении группы (стремление к нижнему левому углу) появляются металлические характеристики, направление, противоположное верхнему правому углу, увеличивает неметаллические окислительные качества.

Как понять таблицу Менделеева, если ты не шаришь?


Краткая шпаргалка по таблице Менделеева

Периодический закон легко применить на практике. Еще со школьных лет мы все должны знать: натрий — как калий, фтор — как хлор, а золото — как серебро и медь. Следующий элемент просто добавляет что-то еще к уже существующим.

Из самой таблицы также можно узнать примерные свойства. В подгруппах сверху вниз:

▪️ металлические свойства повышаются, а неметаллические свойства ослабевают (появляются свободные электроны — проводят ток);

▪️ атомный радиус увеличивается (плотность / масса больше),

▪️ увеличивается сила оснований и аноксических кислот, образованных элементом (действие сильнее),

▪️Уменьшается электроотрицательность (хуже сочетается с другими элементами).

В период с увеличением порядкового номера элемента:

▪️ увеличивается электроотрицательность (лучше образует соединения),

▪️ металлические свойства снижаются, неметаллические свойства повышаются (менее проводящие),

▪️ уменьшается атомный радиус (ухудшаются связи).

Еще одно свойство связано с традиционной «короткой» формой таблицы, предложенной самим Менделеевым: если сложить ее пополам, в середине IV группы, оказывается, что обращенные друг к другу элементы могут образовывать соединения друг с другом.

Хотя, на первый взгляд, в повседневной жизни в этом нет необходимости, таблица Менделеева помогает быстро понять, например: какая кислота «сильнее», какая лучше проводит ток, к какой нельзя прикасаться, чем ее можно отравить.

Элементы таблицы Менделеева

Объекты в периодической таблице разделены между двумя «полюсами полярности» — металлами и неметаллами. Первая категория также делится на подсистемы: легкие, переходные, щелочные и другие типы.

Расположение элементов

Также существует класс «металлических» полупроводников с неопределенным состоянием. Отдельно локализованные благородные газы, не подверженные реакциям.

Некоторые предметы, которых насчитывается более 100, были обнаружены сравнительно недавно, их принадлежность к какой-либо группе является лишь предположительной.

Щелочные и щелочноземельные элементы

Представители групп 1 (IA) и 2 (IIA) периодической таблицы — металлы с низкой стабильностью и высокой степенью растворимости:

509

Щелочные металлы имеют серебристый блеск, хорошо ломаются и режутся. Из всех металлов, перечисленных в таблице, они активнее других реагируют с молекулами других веществ, высвобождая единственный свободный электрон. При контакте с водой гидроксидами образуются щелочи:

2Na + 2H20 = 2NaOH + H2

Щелочноземельные металлы более твердые и тугоплавкие, имеют светло-серый оттенок. В их список входят:

510

Большинство из них способны образовывать щелочь, но их не так легко отделить от двух незанятых электронов. Они заменяют другие металлы, но бессильны перед щелочными и вытесняются молекулами.

Лантаноиды и актиноиды

Раньше их называли редкоземельными металлами из-за небольшого количества отложений и трудностей с удалением чистого металла из соединений. Они соответствуют группе 3 (III B), хотя это иногда оспаривается.

511

Внутри семейства («скрытые») лантаноиды имеют схожую атомную форму и внешние признаки, но различаются по свойствам. Мы редко встречаемся одни.

Актиниды, помимо общих характеристик, радиоактивны. В природе, кроме урана U 92, они почти не встречаются, созданы искусственно.

512

Для удобства обе группы элементов отображаются в 2 строки под общей таблицей.

Галогены и благородные газы

17 (VII A) группа состоит из галогенов:

514

В отличие от щелочей, эти неметаллы являются сильнейшими окислителями, активно принимая восьмой электрон из семи, доступных для заполнения внешней оболочки.

Наиболее реактивным является фтор F 9 (способный разрушать молекулы воды):

2F2 + 2H2O = 4HF + O2

3F2 + 3H2O = OF2 + 4HF + H2O2

С увеличением срока свойства элементов ослабевают.

Все галогены токсичны, опасны для жизни и могут повредить дыхательные пути.

Последняя, ​​VIII группа А или 18, содержит инертные газы:

515

Их внешний электронный уровень равен 8 (полностью заполнен), поэтому они не могут реагировать с другими атомами. Крайне редко образуются хрупкие молекулы, распадающиеся при нагревании.

Переходные металлы

Они представлены всеми подгруппами в традиционной системе или занимают столбцы с 3 по 12 в современных таблицах. Большинство из них имеют металлический блеск, различаются по цвету и состоянию (большинство из них твердые, но есть исключения, например, жидкая ртуть).

516

Они могут отдавать разное количество электронов из разных оболочек для создания вещества (например, титан Ti 22 и железо Fe 26 способны давать от 2 до 4, медь Cu 29 — от 1 до 2, цинк Zn 30 — только 2, золото Au 79 и серебро Ag 47 практически не реагируют).

Металлоиды

Они находятся на пересечении легких металлов и неметаллов, по диагонали от 13 до 17 групп. Большинство из них — полупроводники (они проводят электрический ток хуже, чем металлы).

Некоторые из них являются металлами по внешнему виду, неметаллы по активности, а некоторые — наоборот. Например, бор B 5 — это неметалл с полупроводниковыми качествами.

517

Постпереходные металлы

Они «легкие». От переходных аналогов они отличаются меньшей твердостью и массой. У них разные температуры плавления и кипения. Для соединений электроны отдают только из внешней оболочки. По избыточности превосходит полуметаллы. Легкий металл выглядит как вещество с тусклым, а не глянцевым блеском.

518

Поместите после переходных металлов под полупроводники (в столбцах 13-17 или IIIA — VIIA). Алюминий Al 13 имеет неопределенное состояние (иногда его называют металлоидами).

Что ждёт таблицу Менделеева в ближайшем будущем?


Ричард Фейнман попытался определить границы стола

Элементы 119 и 120, над которыми работают исследователи из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Московская область), обещают проявить принципиально новые физические свойства.

Они не вписываются в существующую физическую модель Вселенной. И закон Менделеева продолжает действовать.

Ричард Фейнман предположил, что таблица закончится на 137-м элементе. Но не потому, что их больше не существует: мы просто не можем определить количество протонов и нейтронов в его ядре.


В ближайшие 2 года ожидается открытие 120 элементов

Число 1/137 — это постоянная Зоммерфельда (постоянная тонкой структуры), которая описывает вероятность поглощения или испускания фотона электроном.

Элемент со 137 электронами, согласно определению этой постоянной, должен поглощать падающий на него фотон с вероятностью 100.

Его электроны будут вращаться со скоростью света. И электроны элемента 139, чтобы существовать, должны вращаться быстрее скорости света. Это не может быть?


Менделеев объединил все усилия

К сожалению, текущие расчеты показывают, что фотоны в огромных атомах Оганессона должны превышать скорость света, что противоречит самой сути фотона: единичному кванту света.

Это нарушает основные принципы квантовой физики. Но, возможно, именно открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева даст ключ к созданию Теории Всего, которая должна объединить знания, существующие в естествознании.

Закон, открытый 150 лет назад российскими учеными, изменит представление о Вселенной. Возможно, даже сильнее, чем когда-то теория относительности.

Группы и периоды Периодической системы

Группы представляют собой вертикальные линии в периодической таблице. В группах элементы объединены в соответствии с наивысшей степенью окисления оксидов. Каждая группа состоит из основной и дополнительной подгрупп. Основные подгруппы включают элементы малых периодов и элементы больших периодов с одинаковыми свойствами. Боковые подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов основной и второстепенной подгрупп существенно различаются.

Точка — это горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомарных) чисел. В периодической системе семь периодов: первый, второй и третий периоды называются малыми, они содержат 2, 8 и 8 элементов соответственно; остальные периоды называются большими: в четвертом и пятом периодах по 18 элементов, в шестом — 32 и в седьмом (еще незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается с щелочного металла и заканчивается благородным газом.

Физический смысл порядкового номера химического элемента: количество протонов в атомном ядре и количество электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.

Оцените статью
Блог про химию