§ 25. Значення періодичного закону для наукового розуміння природи та розвитку науки

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

• у чому полягає наукове значення періодичного закону,

• як, спираючись не періодичний закон, учені відкривають нов хімічні еле менти

Як один з основних законів природи періодичний закон Д. І. Менделєєва справив великий вплив на розвиток багатьох фундаментальних наук. На підставі періодичного закону систематизовано експериментальний матеріал із хімії та фізики й передбачено нові закономірності в галузі будови атомного ядра, фізики атомів та молекул, фізики твердих тіл і рідин, геофізики, а також в інших галузях природознавства. Хімія перестала бути наукою, яка лише описувала властивості простих речовин та сполук. З відкриттям періодичного закону стало можливим наукове передбачення.

Так, у процесі роботи над періодичною системою Д. І. Менделєєв передбачив існування 11 нових елементів. Точність передбачення залежала, перш за все, від ступеня точності визначення властивостей тих елементів, в оточенні яких був розташований невідомий науці (тобто ще не відкритий) елемент. Наукова об’єктивність такого підходу підтвердилася відкриттям елементів Галію, Скандію та Германію. На підставі періодичного закону було виправлено значення атомних мас багатьох елементів. Д. І. Менделєєв уточнив значення атомних мас 20 елементів, після чого ці елементи зайняли свої місця в періодичній системі.

Д. І. Менделєєв більш ніж за 100 років до відкриття трансуранових елементів зміг передбачити їхнє існування. Протягом усіх років після відкриття закону підтверджувалися передбачення Д. І. Менделєєва. Історія науки не знає аналогів подібного тріумфу.

Ґрунтуючись на періодичному законі й періодичній системі Д. І. Менделєєва, почало швидко розвиватися вчення про будову атома. Воно розкрило фізичну суть періодичного закону й пояснило порядок розташування елементів у періодичній системі. У 1921 році датський учений Н. Бор показав, що елемент з атомним номером Z = 72, існування якого передбачив

¹ Трансуранові елементи — це хімічні елементи, які розташовані в періодичній системі нісля Урану, тобто з атомним номером, більшим за 92.

Д. І. Менделєєв, повинен мати будову атома, яка аналогічна будові атома Цирконію, і тому його треба шукати серед мінералів Цирконію. Уже через рік цей елемент було відкрито в руді Цирконію й названо Гафнієм.

Учення про будову атома сприяло відкриттю атомної енергії та розвитку ядерної фізики. Свідченням її численних успіхів є те, що тільки за останні 20 років синтезовано 16 елементів з атомними номерами 102-118. Дослідити їхні властивості, так само як і одержати, було б неможливо без знання закономірностей взаємозв’язку хімічних елементів, установлених завдяки відкриттю періодичного закону.

Періодичний закон і періодична система є основою вирішення сучасних проблем хімічної науки та промисловості, що стосуються одержання нових полімерних і напівпровідникових матеріалів, речовин із зазделегідь заданими властивостями, а також проблем з використання ядерної енергії, дослідження Землі, Усесвіту.

Запитання та завдання

1. У чому полягає значення періодичного закону?

2. Як ви розумієте слова Д. І. Менделєєва: «Періодичному закону майбутнє не погрожує зруйнуванням, а тільки надбудову й розвиток обіцяє»?

3. Яка формула вищого оксиду Хлору:

a) Cl₂O; б) ClO₂; в) ClO₃; г) Cl₂O₇.

4. Яка формула сполуки Сульфуру з Гідрогеном:

a) HS; б) H₂S; в) H₃S; г) H₁S.

5. Чи правильним є твердження, що формулу E₂O₇ мають:

а) усі оксиди елементів VII групи; б) усі оксиди елементів головної підгрупи VII групи; в) усі оксиди елементів побічної підгрупи VII групи; г) вищі оксиди елементів VII групи (за винятком Флуору).

6. Атоми Нітрогену та Фосфору мають: а) однакову кількість енергетичних рівнів; б) однакове число протонів у ядрі; в) однакові радіуси; г) однакове число електронів на зовнішньому енергетичному рівні.

Тестові завдання

1. Періодичність зміни властивостей хімічних елементів є результатом:

а) збільшення числа електронів в атомах;

б) зростання зарядів атомних ядер;

в) збільшення атомної маси;

г) періодичної зміни електронних структур атомів.

2. Періодична система (короткої форми) має:

а) 10 періодів і 8 груп; б) 7 періодів і 18 груп;

в) 7 періодів і 8 груп; г) 7 періодів та 11 груп.

3. Атомний (порядковий) помер хімічного елемента визначає:

а) число нейтронів у ядрі атома;

б) число енергетичних рівнів;

в) число електронів в атомі;

г) форму електронних орбіталей.

4. Число нейтронів у ядрах кожного з ізотопів ^2GE, ²'Е, ²⁸E дорівнює 14. До цих елементів слід віднести:

а) Алюміній, Силіцій, Магній;

б) Силіцій, Фосфор, Алюміній;

в) Алюміній, Магній, Силіцій;

г) Магній, Алюміній, Силіцій.

5. Хімічний елемент має 19 протонів. Розподіл електронів по енергетичних рівнях в атомах цього елемента відповідає ряду чисел:

а) 2, 7, 6, 4; б) 2, 8, 8, 1; в) 2, 8, 6, 3; г) 2, 6, 10, 1.

6. Хімічний елемент розташований у четвертому періоді, головній підгрупі І групи. Розподіл електронів по енергетичних рівнях в атомах цього елемента відповідає ряду чисел: а) 2, 8, 8, 2; б) 2, 8, 18, 1; в) 2, 8, 8, 1; г) 2, 8, 10, 1.

7. Розподіл електронів по орбіталях атома в його нормальному стані визначається:

а) принципом найменшої енергії;

б) правилом Клечковського;

в) правилом Гуида;

г) принципом Паулі.

8. Геометричну форму атомних орбіталей характеризує:

а) сума чисел (п + І);

б) головне квантове число п\

в) різниця чисел (п - І);

г) побічне квантове число /.

9. Атом елемента має 18 протонів у ядрі. Скільки заповнених орбіталей на його енергетичних рівнях? а) 9; б) 12; в) 15; г) 18.

10. Число неспарепих електронів в нормальному стані атома, ядро якого містить 15 протонів, дорівнює: а) 5; б) 3; в) 2; г) 1.

11 Елемент за яким атомним номером із наведених нижче має найбільший атомний радіус? а) 18; б) 16; в) 14; г) 12.

12. Із наведених нижче формул виберіть ту, яка відповідає s-елементу.

a) [Ar]4s²3<2⁶; б) [Ar]4s²3<2¹⁰; в) [Ar]4s².

13. Запишіть назву елемента, атом якого має будову двох останніх енергетичних рівнів

3s²3p^G4s²3d¹⁰.

а) Кальцій; б) Ферум; в) Купрум; г) Цинк.

14. Шістнадцять електронів на третьому енергетичному рівні в нормальному стані має атом:

а) Калію; б) Нікелю; в) Цинку; г) Хрому.

15. Елемент, атом якого в нормальному стані має найбільше число неспарепих електронів, це:

а) Силіцій; б) Фосфор; в) Сульфур; г) Хлор.

16. Електронну конфігурацію зовнішнього енергетичного рівня 3s²3p’ має атом:

а) Магнію; б) Силіцію; в) Фосфору; г) Хлору.

17. Скільки електронів перебуває на 2р-підрівні в нормальному стані атома Оксигену?

а) 2; б) 4; в) 6; г) 8.

18. Гантелеподібну форму мають:

а) s-орбіталі; б) р -орбіталі; в) d-орбіталі; г) /-орбіталі.

19. Визначте, який з елементів не є d-елементом:

a) Cu; б) Ca; в) Ті; г) Co.

20. Який з наведених елементів має найбільш сильно виражені металічні властивості?

a) Cu; б) Al; в) Fe; г) Ca.

Найважливіше в розділі 2

• Перші спроби класифікації хімічних елементів привели до відокремлення природних груп (родин) подібних елементів, наприклад лужних металічних елементів, галогенів, інертних газів.

• Розташувавши елементи в порядку зростання їхніх відносних атомних мас, Д. І. Менделєєв сформулював періодичний закон: властивості хімічних елементів, а також утворених ними простих і складних речовин перебувають у періодичній залежності від відповідних атомних мас елементів.

• На періодичному законі базується періодична система — класифікація хімічних елементів, яку наводять у формі таблиці. Ряд елементів, розташованих у порядку зростання їхніх атомних мас, який розпочинається з Гідрогену або лужного металічного елемента й закінчується інертним газом, називають періодом, а розташованих у вертикальних стовпцях — групами.

• Кожну групу хімічних елементів у короткій формі періодичної системи поділяють па дві підгрупи — головну (А) й побічну (Б). У головну підгрупу входять елементи як малих, так і великих періодів, а в побічну — елементи лише великих періодів. Елементи, які належать до тієї самої групи, мають подібні властивості.

• Відкритий Д. І. Менделєєвим періодичний закон — одне з найважливіших досягнень хімії. Він дає змогу передбачати властивості нових, ще не відкритих, елементів, а періодична таблиця елементів виконує роль зручного стислого довідника щодо їхніх властивостей.

• Атом — це електропейтральна частинка, яка складається з позитивно зарядженого ядра й негативно заряджених електронів. Число електронів в атомі дорівнює заряду ядра.

• Майже вся маса атома зосереджена у ядрі, яке займає незначну частину простору всередині атома. Ядро складається з протонів і нейтронів; число протонів дорівнює заряду ядра.

• Хімічний елемент — це вид атомів із певним зарядом ядра, який дорівнює атомному (порядковому) номеру елемента в періодичній системі. Атоми одного й того самого елемента, які відрізняються масою (і кількістю нейтронів у ядрі) називають ізотопами.

• Електрон одночасно виявляє властивості і частинки, і хвилі. Простір, у якому найімовірніше за все перебуває електрон, називають атомною орбіталлю. На будь-якій орбіталі може бути не більше двох електронів. Орбіталі різняться формою, орієнтацією в просторі та енергією. Орбіталі з однаковою енергією утворюють енергетичні підрівпі, а кілька орбіталей із близькою енергією — енергетичний рівень. Електрони займають енергетичні рівні послідовно, у порядку збільшення їхньої енергії.

• Властивості елемента й утворених ним сполук визначаються електронною будовою його атомів.

• Вивчення будови атома дало можливість навести сучасне формулювання періодичного закону Д. І. Менделєєва: властивості хімічних елементів, а також утворених ними сполук перебувають у періодичній залежності від зарядів атомних ядер.

• Періодична зміна властивостей елементів та утворених ними сполук зумовлена періодичною повторюваністю будови зовнішнього енергетичного рівня їхніх атомів.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Бутенко