Структура періодичної системи хімічних елементів

Вивчення параграфа допоможе вам:

З періодичною системою хімічних елементів ви ознайомились у 7-му класі та користувались нею як довідковою, коли необхідно було дізнатися про відносну атомну масу елемента, кількість протонів та нейтронів у ядрі, кількість електронів в електронній оболонці атома. Але це далеко не вся інформація, яку надає періодична система. Настав час докладніше вивчити періодичну систему і за потреби використовувати набуті знання.

СТВОРЕННЯ Д. І. МЕНДЕЛЄЄВИМ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Одночасно з відкриттям періодичного закону Д. І. Менделєєв працював над створенням періодичної системи хімічних елементів. Для цього суцільний ряд елементів, укладений (вибудуваний) за збільшенням відносної атомної маси, учений розбив на коротші ряди та розмістив їх таким чином, щоб елементи з природних родин були розташовані одіш під одним. При цьому виявилося, що в деяких місцях розташування елементів природних родин не співпадало. Та вчений був твердо переконаний у достовірності періодичного закону, а тому висунув два припущення:

1) атомні маси деяких елементів потребують уточнення;

2) повинні існувати деякі ще не відкриті елементи, і для них слід залишити вільні клітинки в таблиці.

І ці припущення він перевірив.

Наведемо приклади.

До початку роботи Д. І. Менделєєва над створенням класифікації елементів вважалося, що в Берилію відносна атомна маса 13,5. У такому випадку він мав би розміститися між Карбоном і Нітрогеном, що призвело б до того, що схожі елементи не потрапили б в одну групу. Тоді Дмитро Іванович звернув увагу на те, що за формою і властивостями сполук цей елемент має зайняти місце між Літієм і Бором, і висловив припущення про помилку у визначенні відносної атомної маси Берилію. Експериментальні дослідження підтвердили правильність думки Д. І. Менделєєва.

Д. І. Менделєєв вважав, що окрім відомих на той час 63-х хімічних елементів, існують й інші, поки що не відкриті. Для них він залишив порожні клітинки. До прикладу, такими були клітинки з порядковими номерами 21, 31, 32. Дмитро Іванович не лише залишив місця в періодичній системі для хімічних елементів із цими порядковії-

ми номерами, а й правильно описав їхні властивості. Усі три елементи були відкриті за життя Д. І. Менделєєва й дістали назви Скандій, Галій, Германій. їхні властивості збіглися з властивостями, передбаченими великим ученим. Після цих відкриттів періодичний закон здобув світове визнання, а періодична система як графічне відображення закону стала таблицею номер один для всіх хіміків і тих, хто вивчає хімію у школі чи університеті.

Періодичною системою називається впорядкована множина хімічних елементів та їх класифікація.

Той факт, що інертним та деяким іншим елементам, відкритим після 1869 р., знайшлося місце в періодичній системі, свідчить про універсальний характер періодичного закону, а періодична таблиця, яку з часом назвали періодичною системою, є його відображенням.

ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА, її ФОРМА ТА СТРУКТУРА. Прообразом сучасної періодичної системи була таблиця «Досвід системи елементів, що ґрунтується на їхній атомній вазі та хімічній подібності» {мал. 12), опублікована Д. І. Менделєєвим 1 березня 1869 р. Протягом двох із половиною років учений удосконалював систему розподілом елементів на групи, періоди, ряди, після чого вона набула сучасних обрисів.

За роки існування періодичної системи пропонувалася велика кількість варіантів її графічного зображення. Це були переважно таблиці, хоча траплялися й геометричні фігури, спіралі тощо. Найбільше визнання здобули дві табличні форми — короткоперіодична (перший форзац підручника) та довгоперіодична (другий форзац підручника).

У структурі обох варіантів таблиці розрізняють періоди та групи.

Періодом називається горизонтальний ряд елементів, який розпочинається лужним металічним елементом і закінчується інертним елементом (мал. 1З). Виняток становлять перший період, який починається Гідрогеном і містить лише два елементи, та останній, який ще не завершений, а тому інертний елемент у ньому відсутній.

Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва (короткий варіант)

Усього в періодичній системі 7 періодів, їх позначено арабськими цифрами від 1 до 7.

Груп у періодичній системі — вісім. Вони пронумеровані римськими цифрами від І до VIII (мал. 13).

Користуючись періодичною системою, наведіть по два приклади хімічних елементів кожної з восьми груп.

БУДОВА КОРОТКОПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Зверніть увагу, що за номерами періодів у ній ідуть номери рядів, позначені також арабськими цифрами від 1 до 10. Як бачимо, рядів більше, ніж періодів. Це свідчить про те, що окремі періоди складаються більш ніж з одного ряду. Зверніться до періодичної системи, і ви побачите, що перший, другий, третій та сьомий періоди утворені з одного ряду, а четвертий, п’ятий та шостий періоди складаються з двох рядів — парного та непарного. Перші шість періодів є завершеними, тобто в них немає місця для розміщення нововідкриваних хімічних елементів. Сьомий період незавершений, і нововідкриті штучно добуті хімічні елементи поповнюють його.

Періоди, що складаються з одного ряду, називаються малими, а періоди, що складаються з двох рядів, — великими. У довгоперіодич-ній системі поділу на ряди немає.

Як ви знаєте, повторюваність властивостей хімічних елементів та їхніх сполук відбувається періодично, тобто через певний проміжок елементів. У періодичній системі такими проміжками є періоди. Зрозуміло, у малих періодах періодична повторюваність властивостей і форм сполук виявляється швидше, ніж у великих періодах.

Розглянемо особливості груп KO-роткоперіодичної системи хімічних елементів на прикладі сьомої групи.

Розпочинається вона Флуором. Чітко під ним в один стовпчик записані всі інші галогени. Вони утворюють головну підгрупу VII групи. Зверніть J^rBary, що серед них є представники і малих, і великих періодів. У цієї самої групи є ще один стовпчик елементів, що не ввійшов до галогенів. Він розпочинається лише з четвертого періоду металічним елементом, що має назву «Манган». Чітко під ним розташовані Технецій, Реній, Борій. Разом вони утворюють побічну підгрупу' хімічних елементів VII групи періодичної системи.

Головними підгрупами називаються підгрупи, до складу яких входять елементи і малих, і великих періодів. Побічними підгрупами називаються підгрупи, до складу яких входять елементи лише великих періодів.

У складі головних підгруп, починаючи з третьої групи, містяться не-металічні хімічні елементи (ними головні підгрупи починаються) та металічні елементи. Головні підгрупи VII та VIII груп періодичної системи повністю складаються з неметалічних елементів.

Ви знаєте, що зі збільшенням відносної атомної маси елементів неметал Ічні властивості галогенів послаблюються, тоді як у лужних елементів металічні властивості — посилюються. Ці закономірності, притаманні елементам головних підгруп.

У межах головної підгрупи зі збільшенням порядкового номера хімічного елемента металічні властивості посилюються, а немета-лічні — послаблюються.

У нижній частині періодичної системи під сьомим періодом є ще чотири горизонтальні рядки, що мають назви: «Вищі оксиди», «Леткі водневі сполуки», «Лантаноїди», «Актиноїди».

У рядку «Вищі оксиди» для кожної груші наведено загальну формулу оксиду з максимальною валентністю елемента, хоча в цього загального правила існують винятки, наприклад, Купрум розміщений у І групі, проте вищий оксид має формулу CuO, Флу-°Р — У VII групі, а формула сполуки з Оксигеном — F₂O.

Загальні формули летких водневих сполук (таку назву мають газу ваті сполуки неметалічних елементів із Гідрогеном) записані лише під четвертою, п’ятою, шостою та сьомою групами. А оскільки неметалічні елементи в періодичній системі розміщені лише в головних підгрупах, то зазначені загальні формули летких водневих сполук стосуються неметалічних елементів головних підгруп. Наприклад, у головній підгрупі IV групи розміщені два неметалічні елементи — Карбон і Силіцій. Зважаючи на загальну формулу RH₄, складаємо формули сполук із Гідрогеном: CH₁ та SiH₁.

ЛАНТАНОЇДИ ТА АКТИНОЇДИ. Знайдемо в періодичній системі елемент із порядковим номером 57. Це Лантан. Він розміщений у шостому періоді, третій групі, побічній підгрупі. Зверніть увагу, що наступний елемент Гафній має порядковий номер не 58, а 72. І це не помилка. Елементи з порядковими номерами 58-71 винесені за межі послідовного розміщення елементів у періодичній системі в рядок із назвою «Лантаноїди». Аналогічно вчинили з елементами, що мають порядкові номери 90-103. їх ми знаходимо в рядку «Актиноїди».

Лантаноїди та актиноїди з’явилися в періодичній системі на початку XX ст., коли за короткий час відбулося відкриття близько 40 нових елементів. На той час у періодичній системі вільними залишалися лише сім клітинок у шостому та сьомому періодах, тоді як розміщувати потрібно було 28 хімічних елементів. Оскільки 14 елементів (порядкові номери

58-71) мають спільні властивості з властивостями Лантану, їх назвали лантаноїдами й винесли в окремий рядок періодичної системи. Подібним чином розмістили й елементи з порядковими номерами 90-103, названі актиноїдами (мал. 15).

ДОВГА ФОРМА ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ. У довгоперіодичній системі теж 7 періодів, проте ряди відсутні.

Груп хоча теж вісім, однак вони називаються не головними та побічними, а групами А та Б. Першими розташовані І А та П А групи. Потім з’являються вісім груп із літерою Б. Після них періоди продовжують і завершують елементи груп A: III A, IVA, V А, VI А, VII А, VIII А.

Елементи групи Б відсутні в перших трьох періодах, а присутні лише в 4—7-му періодах. Ознайомимося ближче з елементами груп Б на прикладі 4-го періоду (порядкові номери 21-30). їх усього 10, і вони належать до металічних елементів. Відшукаємо їх місце в короткоперіодичній системі. У ній вони розташовані під цими самими порядковими номерами в побічних підгрупах I-V^rIII груп.

У будь-якому варіанті таблиці елементи легко відшукати, якщо пам’ятати, що вони розміщені згідно з їхніми порядковими номерами.

Періодична система — сукупність хімічних елементів, розміщених за зростанням їхніх атомних мас і впорядкованих у формі таблиці, що є графічним виразом періодичного закону.

Періодична система складається із 7 періодів і 8 груп хімічних елементів, що поділяються на підгрупи в короткому варіанті періодичноїсистеми, двічі повторюються в довгому варіанті періодичноїсистеми під літерами А і Б.

У періоді зі зростанням атомної маси хімічних елементів відбувається поступовий перехід від металічних властивостей до неметалічних.

У групах розміщені хімічні елементи з подібними властивостями та формами сполук.

Періодичність властивостей хімічних елементів підтверджується тим, що в кожному періоді наявні елементи зі схожими властивостями та однаковою формою оксидів, гідратів оксидів, летких водневих сполук.

Свідченням того, що періодичний закон передбачає добудови періодичної системи, є залишені Д. І. Менделєєвим вільні клітинки для ще не відкритих елементів, опис властивостей деяких із них. Так, між Силіцієм та Станумом залишалася незаповненою клітинка 32, у якій, за висловленим у 1871 р. Д. І. Менделєєвим передбаченням, має розміститись елемент під умовною назвою «екасиліцій».

У 1886 р. німецький учений ІОіеменс-Олександр Вінклер, аналізуючи один із мінералів, виявив у ньому новий елемент. Учений виділив елемент у вигляді простої речовини, добув його солі, вивчив властивості й назвав на честь своєї країни Германієм.

Нижче наведено порівняння властивостей хімічного елемента з порядковим номером 32, передбачених Менделєєвим, із властивостями відкритого Вінкле-ром Германію:

І Що називається періодичною системою?

і Поміркуйте, у чому полягають схожість і відмінність короткоперіодичноїта довго-періодичної систем хімічних елементів.

і Сформулюйте визначення періоду, ряду, групи, підгрупи. Наведіть приклади.

З'ясуйте кількість елементів у періодах і заповніть таблицю:

Поясніть, як змінюються властивості хімічних елементів зі збільшенням порядкових номерів у:

а) періодах;

б) головних підгрупах (групах А).

Д. І. Менделєєв визначив, що маса хімічного елемента приблизно дорівнює середньому арифметичному атомних мас сусідніх по періоду і групі елементів. Користуючись цим, обчисліть атомні маси елементів із порядковими номерами 12 і 23 та порівняйте їх із даними таблиці.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Ярошенко