Периодический закон и Периодическая система химических элементов

1. Открытие Периодического закона

Мно­гие хи­ми­ки пред­ла­га­ли раз­лич­ные ва­ри­ан­ты клас­си­фи­ка­ции хи­ми­че­ских эле­мен­тов. При этом они ис­поль­зо­ва­ли один из двух под­хо­дов к по­стро­е­нию си­сте­мы:

1. Объ­еди­не­ние эле­мен­тов в груп­пы по сход­ству со­ста­ва и свойств об­ра­зо­ван­ных ими ве­ществ.

2. Рас­по­ло­же­ние хи­ми­че­ских эле­мен­тов в по­ряд­ке уве­ли­че­ния их атом­ной массы.

Но ни один, ни дру­гой под­ход не при­ве­ли к со­зда­нию си­сте­мы, объ­еди­ня­ю­щей все эле­мен­ты.

Неко­то­рые есте­ствен­ные се­мей­ства эле­мен­тов

Рис. 1. Неко­то­рые есте­ствен­ные се­мей­ства эле­мен­тов

Д. И. Мен­де­ле­ев

Рис. 2. Д. И. Мен­де­ле­ев

Про­бле­ма си­сте­ма­ти­за­ции хи­ми­че­ских эле­мен­тов за­ин­те­ре­со­ва­ла мо­ло­до­го 35-лет­не­го про­фес­со­ра Пе­да­го­ги­че­ско­го уни­вер­си­те­та Д.И. Мен­де­ле­е­ва. В 1869 году он ра­бо­тал над со­зда­ни­ем учеб­ни­ка для сту­ден­тов «Ос­но­вы химии». Уче­ный хо­ро­шо по­ни­мал, что для того чтобы сту­ден­ты лучше разо­бра­лись в раз­но­об­ра­зии свойств хи­ми­че­ских эле­мен­тов, эти свой­ства нужно си­сте­ма­ти­зи­ро­вать.

Д.И. Мен­де­ле­ев решил ис­поль­зо­вать оба под­хо­да по­стро­е­ния си­сте­мы эле­мен­тов. Он счи­тал, что атом­ная масса пред­опре­де­ля­ет все осталь­ные свой­ства эле­мен­тов, но по­ни­мал, что место эле­мен­та в си­сте­ме долж­но опре­де­лять­ся с уче­том ва­лент­но­сти и свойств эле­мен­та.

К 1869 году было из­вест­но 63 хи­ми­че­ских эле­мен­та, для мно­гих из ко­то­рых были невер­но опре­де­ле­ны от­но­си­тель­ные атом­ные массы. В ре­зуль­та­те кро­пот­ли­вой ра­бо­ты по ис­прав­ле­нию атом­ных масс и ва­лент­но­сти эле­мен­тов, а также по вы­яс­не­нию места еще не от­кры­тых хи­ми­че­ских эле­мен­тов Д.И. Мен­де­ле­ев от­крыл закон, ко­то­рый на­звал Пе­ри­о­ди­че­ским за­ко­ном. Фор­му­ли­ров­ка этого за­ко­на с ис­поль­зо­ва­ни­ем со­вре­мен­ной тер­ми­но­ло­гии зву­чит так:

Свой­ства эле­мен­тов и со­став и свой­ства об­ра­зу­е­мых ими про­стых и слож­ных ве­ществ на­хо­дят­ся в пе­ри­о­ди­че­ской за­ви­си­мо­сти от ве­ли­чин их от­но­си­тель­ных атом­ных масс.

2. Структура Периодической таблицы элементов

На се­го­дняш­ний день от­кры­то 118 хи­ми­че­ских эле­мен­тов, каж­дый из ко­то­рых занял свою ячей­ку в Пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­ме. Новые от­кры­ва­е­мые эле­мен­ты имеют боль­шую от­но­си­тель­ную атом­ную массу, чем уже из­вест­ные и по­па­да­ют в конец таб­ли­цы. В на­сто­я­щее время ис­поль­зу­ют­ся длин­ная и ко­рот­кая формы пе­ри­о­ди­че­ских таб­лиц.

В ячей­ке таб­ли­цы за­пи­сы­ва­ет­ся сим­вол хи­ми­че­ско­го эле­мен­та, его на­зва­ние и по­ряд­ко­вый номер, зна­че­ние от­но­си­тель­ной атом­ной массы.

Ин­фор­ма­ция о хи­ми­че­ском эле­мен­те кис­ло­ро­де

Рис. 3. Ин­фор­ма­ция о хи­ми­че­ском эле­мен­те кис­ло­ро­де

При изу­че­нии школь­но­го курса химии, как пра­ви­ло, поль­зу­ют­ся ко­рот­кой фор­мой Пе­ри­о­ди­че­ской таб­ли­цы. Она со­дер­жит 8 вер­ти­каль­ных столб­цов (групп), ко­то­рые ну­ме­ру­ют­ся рим­ски­ми циф­ра­ми. Каж­дая груп­па вклю­ча­ет в себя глав­ную (А) и по­боч­ную (В) под­груп­пы.

У эле­мен­тов глав­ных под­групп выс­шая ва­лент­ность, как пра­ви­ло, равна но­ме­ру груп­пы. Од­ни­ми из ис­клю­че­ний этого пра­ви­ла яв­ля­ют­ся кис­ло­род (его ва­лент­ность все­гда равна II) и фтор (выс­шая ва­лент­ность ко­то­ро­го – I).

С по­мо­щью Пе­ри­о­ди­че­ской таб­ли­цы можно опре­де­лить и низ­шую ва­лент­ность эле­мен­та. Для этого из 8 (мак­си­маль­но­го числа групп) надо вы­честь номер груп­пы, в ко­то­рой на­хо­дит­ся эле­мент. На­при­мер, выс­шая ва­лент­ность фос­фо­ра равна V (т. к. фос­фор на­хо­дит­ся в V груп­пе), а низ­шая равна III. Толь­ко это пра­ви­ло при­ме­ни­мо для эле­мен­тов глав­ных под­групп V–VII групп.

Го­ри­зон­таль­ные ряды хи­ми­че­ских эле­мен­тов в Пе­ри­о­ди­че­ской таб­ли­це на­зы­ва­ют­ся пе­ри­о­да­ми. Пока их 7. Пер­вые три пе­ри­о­да на­зы­ва­ют ма­лы­ми (пер­вый пе­ри­од со­дер­жит всего 2 хим. эле­мен­та, а 2 и 3 – по 8 эле­мен­тов). Пе­ри­о­ды 4, 5, 6, 7 на­зы­ва­ют­ся боль­ши­ми.

По по­ло­же­нию эле­мен­та в Пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­ме можно опре­де­лить его при­над­леж­ность к ме­тал­лам или неме­тал­лам. Для этого в ко­рот­кой форме таб­ли­цы нужно про­ве­сти диа­го­наль от бе­рил­лия к аста­ту. Эле­мен­ты глав­ных под­групп, на­хо­дя­щи­е­ся выше этой диа­го­на­ли (плюс во­до­род), от­но­сят­ся к неме­тал­лам. Все осталь­ные эле­мен­ты – ме­тал­лы. Инерт­ные газы He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn не от­но­сят ни к ме­тал­лам, ни к неме­тал­лам.

В длин­ной форме таб­ли­цы можно про­ве­сти диа­го­наль от бора к аста­ту. Все эле­мен­ты, ко­то­рые на­хо­дят­ся ниже этой диа­го­на­ли, об­ра­зу­ют про­стые ве­ще­ства ме­тал­лы.

Длин­ная форма пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­мы хи­ми­че­ских эле­мен­тов

Рис. 4. Длин­ная форма пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­мы хи­ми­че­ских эле­мен­тов

По по­ло­же­нию эле­мен­та в пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­ме можно по­лу­чить ин­фор­ма­цию о его выс­шем ок­си­де и гид­рок­си­де. У неме­тал­лов выс­ший оксид и гид­рок­сид имеют кис­лот­ный ха­рак­тер, у ме­тал­лов – ос­нов­ный, у пе­ре­ход­ных ме­тал­лов оксид и гид­рок­сид, как пра­ви­ло, ам­фо­тер­ные (Рис. 5).

Связь свойств эле­мен­тов и об­ра­зо­ван­ных ими со­еди­не­ний

Рис. 5. Связь свойств эле­мен­тов и об­ра­зо­ван­ных ими со­еди­не­ний

Последнее изменение: Понедельник, 16 Октябрь 2017, 03:18