§ 2. Періодичний закон Д. І. менделєєва. Структура періодичної системи хімічних елементів

«А між тим кожен із нас розуміє, що за всієї зміни у властивостях простих тіл у вільному стані щось залишається постійним, і під час переходу елемента в сполуку... У цьому відношенні досі відомо тільки одне числове дане — атомна вага, властива елементу... Ось із цієї причини я й намагався заснувати систему на величині атомної ваги» (Д. І. Менделєєв).

ПЕРЕДІСТОРІЯ

Періодичний закон був відкритий Д. І. Менделєєвим під час роботи над текстом підручника «Основи хімії», коли він стикнувся з труднощами систематизації фактичного матеріалу. До середини лютого 1869 року, обмірковуючи структуру підручника, він поступово дійшов висновку, що між властивостями й атомними масами елементів існує якась закономірність.

Д. І. Менделєєв насамперед об’єднав у групи елементи, які утворюють подібні за своїми властивостями прості речовини. Утворилися дві групи: лужні метали і галогени.

Хімічні елементи, які утворюють лужні метали, зараз розташовані в І групі: Li, Na, К, Rb, Cs, Fr.

Це найбільш активні метали. Вони настільки активні, що можуть зайнятися на повітрі. Тому їх зберігають під шаром гасу або мінеральної олії. В усіх сполуках вони одновалентні, їх оксиди проявляють типово основні властивості й унаслідок взаємодії з водою утворюють основи.

Елементи, які утворюють галогени, займають зараз VII групу: F, Cl, Br, I, At.

Це найбільш активні неметали. Вони реагують із металами часто вже за звичайних умов. У результаті реакції утворюються солі. Звідси й назва: галогени — «ті, що породжують солі».

Але як включити їх у єдину систему, знайти взаємозв’язок між ними? Він почав складати групи елементів за порядком зміни їхніх хімічних властивостей і атомних мас. Елементи вишиковувалися у вертикальні стовпці й горизонтальні рядки, в яких чітко простежувалася певна закономірність.

ПЕРШИЙ ВАРІАНТ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ

«Днем народження» Періодичної системи Д. І. Менделєєва зараз вважають 18 лютого 1869 р. У цей день Менделєєв склав перший варіант таблиці, названий ним «Досвід системи елементів, що ґрунтується на їхній атомній вазі й хімічній подібності», і розіслав його кільком відомим хімікам. Йдеться про завершальний день відкриття, над яким Д. І. Менделєєв працював близько 15 років. Якщо ви вважаєте, що вчений у результаті одержав добре знайому вам таблицю «Періодична система хімічних елементів», то помиляєтеся. Ось яку таблицю представив Д. І. Менделєєв:

У цьому варіанті Періодичної системи 63 елементи розташовані за порядком збільшення їхніх атомних ваг (зверху вниз і зліва направо). Розташування елементів у системі відбиває, як писав Д. І. Менделєєв, «виразну періодичність властивостей». Це був принципово новий і несподіваний висновок, тому що хіміки, які займалися класифікацією елементів до Д. І. Менделєєва, відзначали лише лінійну, послідовну зміну властивостей елементів у подібних групах. Уперше йдеться про періоди, а не тільки групи.

ПЕРІОДИЧНА ЗМІНА ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕЛЕМЕНТІВ

Продовжуючи завзято працювати над розв’язанням суперечливих питань, усуненням протиріч і невідповідностей у розташуванні елементів, Д. І. Менделєєв складає нові варіанти таблиці. Він ураховує склад оксидів елементів та їх сполуки з Оксигеном і доходить висновку, що чим більше атомів Оксигену приєднує атом елемента, тим з меншим числом атомів Гідрогену він з’єднується:

Ці загальні формули вищих оксидів і летких сполук з Гідрогеном ви можете бачити в сучасних варіантах Періодичної системи. Замість R можна підставити символ будь-якого хімічного елемента цієї групи. Наприклад, R₂O₅ — вищий оксид для елементів V групи. Відповідно, формули оксидів елементів будуть такими: N₂O₅, P₂O₅, As₂O₅ і т. д. Те саме й із водневими сполуками. Наприклад, для елементів V групи формули будуть такими: NH₃, PH₃, AsH₃ іт. д.

Д. І. Менделєєв відмітив, що під час просування по періоду зліва направо властивості оксидів змінюються від основних до кислотних. Кожний період починається з металічного елемента (лужного металу). Потім, зі збільшенням порядкового номера елемента в періоді (зліва направо), металічні властивості елементів слабшають, а неметалічиі — посилюються. У сьомій групі найактивніші неме-талічні елементи — галогени. І так у кожному періоді.

Чому так відбувається, ми розглянемо трохи пізніше. Однак це є переконливим доказом періодичної зміни властивостей елементів і їх сполук.

НОВИЙ ВАРІАНТ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ

1871 р. Д. І. Менделєєв у статті «Періодична закономірність хімічних елементів» опублікував новий варіант Періодичної системи, в якій було вказано знайдені ним закономірності.

У цій самій статті Д. І. Менделєєв наводить формулювання періодичного закону:

«Властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл перебувають у періодичній залежності від їхньої атомної ваги».

Формою відображення Періодичного закону є таблиця «Періодична система хімічних елементів».

= ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Д. І. Менделєєв передбачив 11 іще невідомих на той час елементів. Відносно трьох із них — екабору, екаалюмінію й екасиліцію (умовні символи яких Eb, Еа, Es) — у нього була особливо тверда впевненість у можливості їх відкриття.

У період між виходом у світ другого (1872р.)і третього (1877 р.) видань книги «Основи хімії» передбачення Д. І. Менделєєва підтвердилися. Французький хімік Лекок де Буабодран 1875 р. відкрив новий елемент — Галій, властивості якого, встановлені експериментально, разюче збіглися з властивостями передбаченого екаалюмінію.

 Наприкінці 1879 р. шведський учений Нільсон відкрив передбачений Д. І. Менделєєвим екабор і назвав новий елемент Скандієм. 1886 р., коли німецький хімік Вінклер відкрив новий елемент — Германій, знову виявилося, що властивості, визначені для цього елемента дослідним шляхом, повністю збіглися з властивостями, зазначеними Менделєєвим для екасиліцію.

Після відкриття елемента Германію періодичний закон Д. І. Менделєєва одержав усесвітнє визнання, а Періодична система стала необхідним

і дуже важливим помічником кожного, хто займається хімією або вивчає її. Подальший розвиток хімії, відкриття нових елементів і вивчення їхніх властивостей призвели до різних доповнень і змін Періодичної системи. У середині XX століття Періодична система хімічних елементів набула сучасного вигляду.

Завдання

Порівняйте варіант Періодичної системи, зображений на табл. 1 із сучасним. Знайдіть відмінності.

СТРУКТУРА ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ ЕЛЕМЕНТІВ

За всю історію Періодичної системи було опубліковано більше 50 різних варіантів її зображення, найбільш популярними є корот-коперіодна й довгоперіодна форми.

На сьогодні в таблиці Періодичної системи є 118 відомих хімічних елементів (із порядковими номерами від 1 до 118).

Цікаво, що з них 94 виявлено в природі (деяких дуже мало), інші 24 отримано штучно в результаті ядерних реакцій, і в природі вони не існують.

Головний принцип побудови Періодичної системи — виділення в ній періодів (горизонтальних рядів) і груп (вертикальних стовпців) елементів.

Сучасна Періодична система складається із семи періодів. Вони діляться на малі (I—III періоди) і великі (IV-VII періоди). У короткоперіодно-му варіанті Періодичної системи малі періоди складаються з одного ряду, а великі періоди — із двох рядів. Ko-роткоиєріодний варіант Періодичної системи містить вісім груп елементів, кожна з яких умовно поділяється на групу А (головну) і групу Б (побічну)

(див. форзаци).

У довгоперіодному варіанті Періодичної системи є 18 груп і немає розподілу на головну й побічну підгрупи. Кожний період складається з одного ряду, у великих періодах елементів більше.

Таблиці, у вигляді яких зображують довгоперіодний і коротко-періодний варіанти Періодичної системи, розділені на клітинки. У кожній клітинці зазначено: символ хімічного елемента, його назву, порядковий номер, відносну атомну масу. Можуть бути й інші дані.

Періодична система описує будову атомів кожного елемента. Всі значення, які є в таблиці, характеризують або будову атомного ядра, або структуру електронної оболонки атома. Тому ми не зможемо зрозуміти періодичний закон, якщо не ознайомимося з тим, як улаштований атом. Ця тема в нас попереду.

Підіб'ємо підсумок:

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

1.    Яку характеристику атома Д. І. Менделєєв поклав в основу свого закону?

2.    У якій групі розташовані лужні метали? галогени?

3.    У чому відмінність Періодичної системи Д. І. Менделєєва від інших класифікацій?

4.    У чому полягає періодичність властивостей хімічних елементів?

5.    Що називають періодом? групою?

6.    Скільки груп і періодів у Періодичній системі?

7.    Назвіть елементи II групи головної підгрупи; IV групи побічної підгрупи.

8.    Назвіть елементи 2-го періоду. Це малий або великий період?

9.    Знайдіть у Періодичній системі елемент Сульфур. Які відомості про цей елемент є в таблиці? Назвіть їх.

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

У завданнях оберіть одну правильну відповідь.

1. Д. І. Менделєєв в основу періодичного закону — класифікації

хімічних елементів поклав:

а)    зменшення розмірів атомних ядер елементів і хімічну схожість елементів;

б)    збільшення атомних мас елементів і хімічну схожість елементів;

в)    збільшення зарядів атомних ядер елементів і хімічну схожість елементів;

г)    збільшення розмірів атомних ядер елементів і хімічну схожість елементів.

2.    Кількість періодів у Періодичній системі:

а)    4;    в)    8;

б)    5;    г)    7.

3.    Кількість груп у короткоперіодному варіанті Періодичної системи:

а)    10;    в)    8;

б)    6;    г)    7.

4.    Елементи тільки головної підгрупи:

а)    Be, Zn;    в) С, Si;

б)    Al, Sc;    г) Cl, Mn.

δ. Елементи тільки побічної підгрупи:

а)    Na, К;    ' в) Р, V;

б)    Al, In;    г) Cr, Mo.

6.    Виберіть найбільш активний неметалічний елемент:

а)    В;    в)    С;

б)    О;    г)    N.

7.    Виберіть найбільш активний металічний елемент:

а)    Al;    в)    К;

б)    Mg;    г)    Na.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Гранкіна