Періодичний закон і періодична система хімічних елементів
Ймовірно, це найбільш компактний і повний значення згусток знання, коли-небудь винайдений людиною.
Б. Кедров
Періодичному законом не загрожує руйнування, а обіцяються тільки надбудова і розвиток.
Д. Менделєєв
У процесі розвитку хімії поступово складалося уявлення про хімічні елементи, а також про простих і складних речовинах. З сучасної точки зору, хімічний елемент – це вид атома з певним зарядом ядра. Прості речовини складаються з атомів одного елемента, а складні – з атомів двох і більше елементів. До середини XIX в. було відомо вже більше шістдесяти елементів, трохи більше – відповідних їм простих речовин, а також і безліч складних речовин: оксидів, гідроксидів, солей. Досліджуючи реакції, в яких беруть участь ті чи інші прості речовини, хіміки встановили, що деякі з них володіють схожими хімічними властивостями (наприклад, хлор і бром, натрій і калій). У той же час існують речовини, які дуже сильно розрізняються за властивостями (наприклад, натрій і хлор). Виникла потреба у приведенні всього безлічі елементів в яку-небудь систему, яка дозволила б пояснити хімічні особливості різних речовин, утворених цими елементами. Спроб створення такої системи було зроблено багато. Найближче до вирішення цього завдання підійшов в 1864 р німецький хімік Юліус Лотар Мейєр, але справжній закон, що дозволив не тільки пояснити, а й передбачити властивості елементів на єдиній основі, відкрив російський хімік Дмитро Іванович Менделєєв (1834-1907) (рис. 120 ).
Відкриттю Д. І. Менделєєвим періодичного закону передували роки наполегливої праці в пошуку закономірностей, які могли б дозволити описати зміна властивостей елементів та їхніх сполук на єдиній основі. Нагадаємо, що в той час ще нічого не було відомо про будову атомів і їх зв’язку з властивостями хімічних елементів, хоча атомну масу, або, як тоді говорили, атомна вага, вимірювати вміли. Саме атомну масу і прийняв Д. І. Менделєєв в якості головної характеристики при побудові періодичної системи. Розташувавши елементи в порядку зростання атомних мас, Менделєєв спостерігав періодичну зміну їх властивостей. Цю закономірність він сформулював у вигляді періодичного закону хімічних елементів.
У березні 1869 вчений представив свої результати Російському хімічному суспільству, а через два роки опублікував статтю, в якій сформулював цей закон так:
“Властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл стоять у періодичній залежності від атомної ваги”.
Суть відкриття, зробленого Менделєєвим, полягає в наступному. У міру збільшення атомної маси елементів їх властивості поступово змінюються.
Однак у певний момент після зміни атомної маси ще на одну одиницю властивості наступного елемента змінюються різко, стрибком, і цей елемент виявляється схожий на той, який вже був в ланцюжку елементів декількома позиціями раніше. Ця закономірність відображена в Періодичній системі хімічних елементів.
Давайте уважно розглянемо періодичну систему (рис. 121). В її структурі розрізняють горизонтальні ряди, які утворюють малі і великі періоди. Перший період містить всього два елементи – водень і гелій. Другий і третій періоди теж складаються з одного ряду, але містять вже по вісім елементів. Починаються вони з лужного металу (літію або натрію) і закінчуються інертним газом (неоном або аргоном). У всіх періодах із збільшенням відносних атомних мас (зліва направо) спостерігається ослаблення металевих і посилення неметалічних властивостей елементів. Четвертий і п’ятий періоди також починаються лужним металом і закінчуються інертним газом, але в кожному з них міститься по вісімнадцять елементів. Ці періоди представлені двома рядами в періодичній системі і називаються довгими періодами. Шостий період включає в себе 32 елемента, але в періодичній системі теж займає два ряди з таким же числом осередків, як і два попередні періоди. Це можливо тому, що п’ятнадцять елементів з цього періоду, що володіють майже однаковими хімічними властивостями, поміщені в одній комірці під номером 57. Вони називаються лантаноїдами по найменуванню першого з них – лантану і перераховані в додатковому рядку. Аналогічно йде справа з сьомим періодом, де в комірці 89 разом з актинієм вміщаються ще чотирнадцять елементів, званих актиноїдів.
Вертикальні стовпці періодичної системи – групи – утворені елементами, що володіють схожими хімічними властивостями. Кожна група ділиться на дві підгрупи, які раніше називали головної та побічної підгрупами. В даний час головну підгрупу позначають латинською літерою А, а побічну – буквою В. Для прикладу розглянемо першу групами. Лужні метали літій, натрій, калій, цезій, рубідій і францій утворюють IA групу. Це одновалентні метали, легко вступають в хімічні реакції. У III групу входять мідь, срібло і золото. Вони теж є металами, але їх хімічні властивості відрізняються від тих, якими володіють лужні метали.
Періодичний закон отримав загальне визнання не відразу. По-перше, під час його відкриття ще нічого не було відомо про будову атомів і його зв’язки з властивостями хімічних елементів. Тому здавалося, що виявлена Менделєєвим закономірність не має під собою надійної фізичної основи. По-друге, як виявилося, атомні маси деяких елементів до цього були визначені неправильно, і Менделєєв взяв на себе сміливість змінити їх, спираючись тільки на виявлену ним періодичну закономірність. Він справедливо вважав, що ці питання знайдуть своє пояснення при виявленні складної структури атома. Згодом правота його тверджень підтвердилася. По-третє, в періодичній системі виявилися порожні клітинки, яким не відповідав жоден з відомих на той час елементів. Менделєєв передбачив, що ці елементи існують, і дійсно, в 1875 р був відкритий галій, в 1879 г. – скандій, а в 1886 р – германій. З середини 1880-х рр. періодичний закон був остаточно визнаний, але повне своє пояснення він отримав тільки після того, як стало відомо будова атома.
Перевірте свої знання
1. Яка закономірність була покладена Д. І. Менделєєвим в основу відкритого ним періодичного закону?
2. Які елементи розташовані на початку періодів в Періодичній системі Д. І. Менделєєва, а які – в їх кінці?
3. Де в Періодичній системі Д. І. Менделєєва розташовуються елементи зі схожими хімічними властивостями?
(1 votes, average: 5.00 out of 5)