A periódusos rendszer elemeinek fajsúlya. D. I. Mengyelejev kémiai elemek periódusos rendszere
Robert Boyle és Antoine Lavuzier munkáira támaszkodott. Az első tudós a lebonthatatlan kémiai elemek keresését szorgalmazta. Boyle ezek közül 15-öt sorolt fel 1668-ban.
Lavouzier még 13-at adott hozzájuk, de egy évszázaddal később. A keresés elhúzódott, mert nem volt koherens elmélet az elemek kapcsolatáról. Végül Dmitrij Mengyelejev belépett a „játékba”. Úgy döntött, hogy összefüggés van az anyagok atomtömege és a rendszerben elfoglalt helyük között.
Ez az elmélet lehetővé tette a tudós számára, hogy több tucat elemet fedezzen fel anélkül, hogy a gyakorlatban, hanem a természetben fedezné fel őket. Ezt a leszármazottak vállára helyezték. De most nem róluk van szó. A cikket szenteljük a nagy orosz tudósnak és asztalának.
A periódusos rendszer keletkezésének története
Mengyelejev táblázat„A tulajdonságok kapcsolata az elemek atomtömegével” című könyvvel kezdődött. A mű az 1870-es években jelent meg. Ugyanakkor az orosz tudós felszólalt az ország vegyipari társasága előtt, és kiküldte a táblázat első változatát külföldi kollégáinak.
Mengyelejev előtt 63 elemet fedeztek fel különböző tudósok. Honfitársunk ingatlanjaik összehasonlításával kezdte. Először is káliummal és klórral dolgoztam. Ezután felvettem az alkálifémek csoportját.
A vegyész beszerzett egy speciális asztalt és elemkártyákat, hogy pasziánszszerűen játszhassa, keresve a szükséges párosításokat és kombinációkat. Ennek eredményeként jött egy felismerés: - az összetevők tulajdonságai atomjaik tömegétől függenek. Így, a periódusos rendszer elemei felsorakozva.
A kémiamester felfedezése az volt, hogy üres helyeket hagyott ezekben a sorokban. Az atomtömegek közötti különbség periodikussága arra kényszerítette a tudóst, hogy feltételezze, hogy nem minden elemet ismer az emberiség. Néhány „szomszéd” között túl nagy volt a súlykülönbség.
Ezért, periódusos táblázat olyan lett, mint egy sakkpálya, rengeteg „fehér” sejttel. Az idő megmutatta, hogy valóban várták a „vendégeiket”. Például inert gázokká váltak. A héliumot, neont, argont, kriptont, radioaktivitást és xenont csak a 20. század 30-as éveiben fedezték fel.
Most a mítoszokról. Széles körben úgy tartják, hogy periódusos kémiai táblázat megjelent neki álmában. Ezek az egyetemi tanárok machinációi, vagy inkább az egyikük - Alexander Inosztrantsev. Ez egy orosz geológus, aki a Szentpétervári Bányászati Egyetemen tartott előadást.
Inosztrantsev ismerte Mengyelejevet, és meglátogatta. Egy nap a kereséstől kimerülten Dmitrij közvetlenül Alexander előtt aludt el. Megvárta, amíg a vegyész felébred, és látta, hogy Mengyelejev megragad egy papírt, és felírja a táblázat végső változatát.
Valójában a tudósnak egyszerűen nem volt ideje erre, mielőtt Morpheus elfogta. Inosztrantsev azonban szórakoztatni akarta tanítványait. A látottak alapján a geológus kitalált egy történetet, amelyet a hálás hallgatók gyorsan eljuttattak a tömegekhez.
A periódusos rendszer jellemzői
Az 1969-es első verzió óta periódusos táblázat többször módosították. Így az 1930-as években a nemesgázok felfedezésével az elemek új függőségét lehetett levezetni - a rendszer írója szerint nem a tömegüktől, hanem a rendszámuktól.
Az „atomtömeg” fogalmát az „atomszám” váltotta fel. Lehetõség volt az atommagokban található protonok számának tanulmányozására. Ez a szám az elem sorozatszáma.
A 20. század tudósai az atomok elektronszerkezetét is tanulmányozták. Ez befolyásolja az elemek periodicitását is, és a későbbi kiadásokban is megjelenik Periódusos táblázatok. Fénykép A lista azt mutatja, hogy a benne lévő anyagok az atomtömegük növekedésével vannak elrendezve.
Az alapelvet nem változtatták meg. A tömeg balról jobbra növekszik. Ugyanakkor a táblázat nem egységes, hanem 7 periódusra oszlik. Innen a lista neve. Az időszak egy vízszintes sor. Eleje tipikus fémek, vége nemfémes tulajdonságú elemek. A csökkenés fokozatos.
Vannak kisebb és nagyobb időszakok. Az elsők a táblázat elején találhatók, van belőlük 3. A listát egy 2 elemből álló pont nyitja meg. Következzen két oszlop, mindegyik 8 elemet tartalmaz. A fennmaradó 4 időszak nagy. A 6. a leghosszabb, 32 elemből áll. A 4-esben és az 5-ösben 18, a 7-ben pedig 24 van.
Tudsz számolni hány elem van a táblázatban Mengyelejev. Összesen 112 cím van. Mégpedig nevek. 118 cella van, és vannak változatai a listának 126 mezővel. Még mindig vannak üres cellák a fel nem fedezett elemek számára, amelyeknek nincs neve.
Nem minden időszak fér el egy sorba. A nagy periódusok 2 sorból állnak. A bennük lévő fémek mennyisége meghaladja. Ezért az alsó sorok teljes mértékben nekik szólnak. A felső sorokban a fémektől az inert anyagokká való fokozatos csökkenés figyelhető meg.
Képek a periódusos rendszerről osztott és függőleges. Ez csoportok a periódusos rendszerben, van belőlük 8. A hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkező elemek függőlegesen helyezkednek el. Fő és másodlagos alcsoportokra oszthatók. Ez utóbbiak csak a 4. periódustól kezdődnek. A fő alcsoportok kis periódusú elemeket is tartalmaznak.
A periódusos rendszer lényege
A periódusos rendszer elemeinek neve– ez 112 pozíció. Egyetlen listába rendezésük lényege az elsődleges elemek rendszerezése. Az emberek már az ókorban elkezdtek küzdeni ezzel.
Arisztotelész volt az elsők között, aki megértette, miből van minden. Az anyagok - hideg és meleg - tulajdonságait vette alapul. Empidoklész 4 alapelvet azonosított az elemek szerint: víz, föld, tűz és levegő.
Fémek a periódusos rendszerben, mint más elemek, ugyanazok az alapelvek, de modern nézőpontból. Az orosz kémikusnak sikerült felfedeznie világunk legtöbb összetevőjét, és felvetni a még ismeretlen elsődleges elemek létezését.
Kiderült, hogy a periódusos rendszer kiejtése– valóságunk egy bizonyos modelljének megszólaltatása, összetevőire bontása. Ezek megtanulása azonban nem olyan egyszerű. Próbáljuk meg megkönnyíteni a feladatot néhány hatékony módszer ismertetésével.
Hogyan tanuljuk meg a periódusos rendszert
Kezdjük a modern módszerrel. Számítógépes tudósok számos flash játékot fejlesztettek ki, hogy segítsenek memorizálni az időszakos listát. A projekt résztvevőinek meg kell találniuk az elemeket különböző lehetőségek, például név, atomtömeg vagy betűmegjelölés segítségével.
A játékosnak joga van megválasztani a tevékenységi területet – csak az asztal egy részét, vagy az egészet. Az elemnevek és egyéb paraméterek kizárása is a mi döntésünk. Ez megnehezíti a keresést. A haladók számára időzítő is van, vagyis az edzés sebességgel történik.
A játék körülményei teszik a tanulást elemek száma a Mendleyev táblázatban nem unalmas, de szórakoztató. Felébred az izgalom, és könnyebbé válik a tudás rendszerezése a fejedben. Azok, akik nem fogadják el a számítógépes flash projekteket, hagyományosabb módszert kínálnak a lista memorizálására.
8 csoportra, vagy 18-ra van osztva (az 1989-es kiadás szerint). A könnyebb memorizálás érdekében jobb több külön táblázatot létrehozni, nem pedig egy teljes verzión dolgozni. Az egyes elemekhez illesztett vizuális képek is segítenek. A saját asszociációira kell hagyatkoznia.
Így az agyban lévő vas korrelálható például egy szöggel, a higany pedig egy hőmérővel. Ismeretlen az elem neve? A szuggesztív asszociációk módszerét alkalmazzuk. , például alkossuk meg a „karamell” és a „hangszóró” szavakat a kezdetektől.
A periódusos rendszer jellemzői Ne tanulj egy ülésben. Napi 10-20 perces gyakorlatok ajánlottak. Javasoljuk, hogy csak az alapvető jellemzőkre emlékezzen: az elem neve, megnevezése, atomtömege és sorozatszáma.
Az iskolások szívesebben akasztják fel a periódusos táblázatot az asztaluk fölé, vagy olyan falra, amelyet gyakran néznek. A módszer jó azoknak, akiknek túlsúlya a vizuális memóriája. A listából származó adatok önkéntelenül emlékeznek, még összetömörítés nélkül is.
A tanárok ezt is figyelembe veszik. Általában nem kényszerítik a lista memorizálására, hanem lehetővé teszik, hogy még a tesztek során is megnézze. Folyamatosan a táblázatot nézni egyenértékű a falra tett nyomat hatásával, vagy a vizsgák előtti csalólapok írásával.
Amikor elkezdünk tanulni, emlékezzünk arra, hogy Mengyelejev nem emlékezett azonnal a listára. Egyszer, amikor egy tudóst megkérdeztek, hogyan fedezte fel az asztalt, a válasz ez volt: „Talán 20 éve gondolkodom rajta, de azt gondolja: ott ültem, és hirtelen készen van.” Az időszakos rendszer fáradságos munka, amelyet nem lehet rövid időn belül befejezni.
A tudomány nem tűri a kapkodást, mert tévhitekhez és bosszantó hibákhoz vezet. Így Mengyelejevvel egy időben Lothar Meyer is összeállította a táblázatot. A német azonban egy kicsit hibás volt a listán, és nem volt meggyőző az álláspontjának bizonyítása. Ezért a közvélemény az orosz tudós munkáját ismerte el, nem pedig német kémikustársát.
A kémiai elemek periódusos rendszerének Dmitrij Mengyelejev által 1869 márciusában történő felfedezése igazi áttörést jelentett a kémiában. Az orosz tudósnak sikerült rendszereznie a kémiai elemekre vonatkozó ismereteket, és táblázat formájában bemutatni, amelyet az iskolásoknak továbbra is meg kell tanulniuk a kémiaórákon. A periódusos rendszer lett az alapja ennek az összetett és érdekes tudománynak a gyors fejlődésének, felfedezésének történetét legendák és mítoszok övezik. A tudomány iránt érdeklődők számára érdekes lesz megtudni az igazságot arról, hogyan fedezte fel Mengyelejev a periodikus elemek táblázatát.
A periódusos rendszer története: hogyan kezdődött minden
Jóval Dmitrij Mengyelejev előtt történtek kísérletek az ismert kémiai elemek osztályozására és rendszerezésére. Olyan híres tudósok, mint Döbereiner, Newlands, Meyer és mások javasolták elemrendszereiket. A kémiai elemekre és azok helyes atomtömegére vonatkozó adatok hiánya miatt azonban a javasolt rendszerek nem voltak teljesen megbízhatóak.
A periódusos rendszer felfedezésének története 1869-ben kezdődik, amikor az Orosz Kémiai Társaság ülésén egy orosz tudós beszélt kollégáinak felfedezéséről. A tudós által javasolt táblázatban a kémiai elemeket tulajdonságaik szerint rendezték el, amelyet molekulatömegük nagysága biztosított.
A periódusos rendszer érdekessége volt az üres sejtek jelenléte is, amelyeket a jövőben a tudós által előre jelzett nyitott kémiai elemekkel (germánium, gallium, szkandium) töltöttek meg. A periódusos rendszer felfedezése óta számos kiegészítés és módosítás történt rajta. Mengyelejev William Ramsay skót kémikussal együtt hozzáadta a táblázathoz az inert gázok egy csoportját (nulla csoport).
Ezt követően Mengyelejev periódusos rendszerének története közvetlenül kapcsolódott egy másik tudomány - a fizika - felfedezéséhez. A periodikus elemek táblázatával kapcsolatos munka a mai napig folytatódik, és a modern tudósok új kémiai elemeket adnak hozzá, amint felfedezik őket. Dmitrij Mengyelejev periodikus rendszerének jelentőségét nehéz túlbecsülni, mivel ennek köszönhetően:
- Rendszerezték a már felfedezett kémiai elemek tulajdonságaira vonatkozó ismereteket;
- Lehetővé vált új kémiai elemek felfedezésének előrejelzése;
- A fizika olyan ágai kezdtek fejlődni, mint az atomfizika és a magfizika;
A kémiai elemek periodikus törvény szerinti ábrázolására számos lehetőség kínálkozik, de a leghíresebb és leggyakoribb lehetőség a mindenki számára ismert periódusos rendszer.
Mítoszok és tények a periódusos rendszer létrehozásáról
A periódusos rendszer felfedezésének történetében a leggyakoribb tévhit az, hogy a tudós álmában látta. Valójában maga Dmitrij Mengyelejev cáfolta ezt a mítoszt, és kijelentette, hogy évek óta töprengett a periodikus törvényen. A kémiai elemek rendszerezéséhez mindegyiket külön-külön kártyára írta, és ismételten kombinálta egymással, hasonló tulajdonságaik függvényében sorokba rendezve.
A tudós „prófétai” álmáról szóló mítosz azzal magyarázható, hogy Mengyelejev napokig dolgozott a kémiai elemek rendszerezésén, amit megszakított a rövid alvás. Azonban csak a tudós kemény munkája és természetes tehetsége adta meg a régóta várt eredményt, és Dmitrij Mengyelejev számára világhírnevet szerzett.
Sok diák az iskolában és néha az egyetemen is kénytelen memorizálni, vagy legalább nagyjából eligazodni a periódusos rendszerben. Ehhez az embernek nemcsak jó memóriával kell rendelkeznie, hanem logikusan is gondolkodnia kell, az elemeket külön csoportokba, osztályokba kapcsolva. A táblázat áttanulmányozása azok számára a legegyszerűbb, akik folyamatosan jó formában tartják agyukat a BrainApps edzésen.
MENDELEJEV IDŐSZAKA
A Mengyelejev-féle kémiai elemek periódusos rendszerének felépítése megfelel a számelmélet és az ortogonális alapok jellegzetes periódusainak. A Hadamard-mátrixok páros és páratlan sorrendű mátrixokkal való összeadása létrehozza a beágyazott mátrixelemek szerkezeti alapját: az első (Odin), a második (Euler), a harmadik (Mersenne), a negyedik (Hadamard) és az ötödik (Fermat) rendű mátrixokat.
Könnyen belátható, hogy 4 rendelés van k A Hadamard-mátrixok megfelelnek a négy többszöröse atomtömegű inert elemeknek: hélium 4, neon 20, argon 40 (39,948) stb., de az élet és a digitális technológia alapjai is: szén 12, oxigén 16, szilícium 28 , germánium 72.
Úgy tűnik, hogy a Mersenne-féle sorrendű mátrixokkal 4 k–1, éppen ellenkezőleg, minden aktív, mérgező, pusztító és maró összefügg. De ezek is radioaktív elemek - energiaforrások, és ólom 207 (végtermék, mérgező sók). A fluor természetesen 19. A Mersenne-mátrixok sorrendje megfelel az aktínium sorozatnak nevezett radioaktív elemek sorozatának: urán 235, plutónium 239 (az uránnál erősebb atomenergia-forrás izotóp) stb. Ezek még az alkálifémek, a lítium 7, a nátrium 23 és a kálium 39.
Gallium – atomtömege 68
Megrendelések 4 k–2 Euler-mátrix (kettős Mersenne) a nitrogén 14-nek (a légkör alapja) felel meg. A konyhasót két „mersenne-szerű” nátrium-23 és klór-35 atom alkotja, ez a kombináció együtt az Euler-mátrixokra jellemző. A masszívabb, 35,4-es tömegű klór épphogy elmarad a 36-os Hadamard-dimenziótól. Asztali sókristályok: egy kocka (! azaz engedelmes karakter, Hadamards) és egy oktaéder (dacosabb, ez kétségtelenül Euler).
Az atomfizikában az átmeneti vas 56 - nikkel 59 a határ a nagyobb atommag (hidrogénbomba) és a bomlás (uránbomba) szintézise során energiát biztosító elemek között. Az 58-as sorrend arról híres, hogy nemcsak hogy nincsenek analógjai a Hadamard-mátrixoknak Belevich-mátrixok formájában, amelyek átlóján nullák vannak, hanem nincs sok súlyozott mátrixa - a legközelebbi ortogonális W(58,53) 5-ös. nullák minden oszlopban és sorban (mély rés).
A Fermat-mátrixoknak és azok 4-es rendű helyettesítéseinek megfelelő sorozatban k+1, a sors akaratából Fermium 257. Nem lehet mit mondani, pontos találat. Itt van az arany 197. A réz 64 (63.547) és az ezüst 108 (107.868), az elektronika szimbólumai, mint látható, nem érik el az aranyat, és szerényebb Hadamard-mátrixoknak felelnek meg. A réz, amelynek atomtömege nem messze a 63-tól, kémiailag aktív - zöld oxidjai jól ismertek.
Bórkristályok nagy nagyítás mellett
VAL VEL aranymetszés bór kötődik - az atomtömeg az összes többi elem között a legközelebb van a 10-hez (pontosabban 10,8, az atomtömeg páratlan számokhoz való közelsége is hatással van). A bór meglehetősen összetett elem. A bór bonyolult szerepet játszik magában az élet történetében. A váz szerkezete sokkal összetettebb, mint a gyémántban. A kémiai kötések egyedülálló típusa, amely lehetővé teszi a bórnak bármilyen szennyeződés felszívódását, nagyon kevéssé ismert, bár számos tudós kapott már Nobel-díjat az ezzel kapcsolatos kutatásokért. A bórkristály alakja ikozaéder, amelynek csúcsát öt háromszög alkotja.
A platina rejtélye. Az ötödik elem kétségtelenül a nemesfémek, például az arany. Felépítmény a Hadamard dimenzió felett 4 k, 1 nagy.
Stabil urán izotóp 238
Emlékezzünk azonban arra, hogy a Fermat-számok ritkák (a legközelebbi a 257). A natív arany kristályok kockához hasonló alakúak, de a pentagram is csillog. Legközelebbi szomszédja, a platina, egy nemesfém, kevesebb mint 4 atomsúlyra van az arany 197-től. A platina atomtömege nem 193, hanem valamivel nagyobb, 194 (az Euler-mátrixok sorrendje). Apróság, de a valamivel agresszívebb elemek táborába viszi. Ezzel kapcsolatban érdemes megjegyezni, hogy a platinát inertsége miatt (talán aqua regiában oldódik) a kémiai folyamatok aktív katalizátoraként használják.
A szivacsos platina szobahőmérsékleten meggyújtja a hidrogént. A platina jellege egyáltalán nem békés, az irídium 192 (a 191-es és 193-as izotóp keveréke) békésebben viselkedik. Inkább rézre hasonlít, de az arany súlyával és karakterével.
A 20-as neon és a 23-as nátrium között nincs 22-es atomtömegű elem. Természetesen az atomsúlyok szerves jellemzők. De az izotópok között is érdekes összefüggés mutatkozik a tulajdonságoknak a számok tulajdonságaival és a megfelelő ortogonális bázisok mátrixaival. A legszélesebb körben használt nukleáris üzemanyag a 235-ös urán izotóp (Mersenne-mátrix rend), amelyben önfenntartó nukleáris láncreakció lehetséges. A természetben ez az elem stabil urán 238 formában fordul elő (Euleri mátrixrend). Nincs 13 atomtömegű elem. Ami a káoszt illeti, a periódusos rendszer stabil elemeinek korlátozott száma és a tizenharmadik rendű mátrixokban megfigyelhető akadály miatti magasrendű szintű mátrixok megtalálásának nehézsége korrelál.
A kémiai elemek izotópjai, a stabilitás szigete
Hogyan kezdődött az egész?
A 19. és 20. század fordulóján számos neves kémikus már régóta észrevette, hogy számos kémiai elem fizikai és kémiai tulajdonságai nagyon hasonlóak egymáshoz. Például a kálium, a lítium és a nátrium mind aktív fémek, amelyek vízzel reagálva e fémek aktív hidroxidjait képezik; A klór, fluor, bróm hidrogénnel alkotott vegyületeiben azonos vegyértéket mutatott az I-vel, és ezek a vegyületek mindegyike erős sav. Ebből a hasonlóságból már régóta azt a következtetést sugallják, hogy az összes ismert kémiai elemet csoportokba lehet vonni, és így az egyes csoportok elemei bizonyos fizikai és kémiai jellemzőkkel rendelkeznek. Az ilyen csoportokat azonban a különböző tudósok gyakran helytelenül különböző elemekből állították össze, és hosszú ideig sokan figyelmen kívül hagyták az elemek egyik fő jellemzőjét - atomtömegüket. Figyelmen kívül hagytuk, mert a különböző elemeknél más és más, ami azt jelenti, hogy nem használható paraméterként a csoportokba való összevonáshoz. Az egyetlen kivétel Alexandre Emile Chancourtois francia kémikus volt, aki megpróbálta az összes elemet egy háromdimenziós modellben egy hélix mentén rendezni, de munkáját a tudományos közösség nem ismerte el, a modell terjedelmesnek és kényelmetlennek bizonyult.
Sok tudóstól eltérően D.I. Mengyelejev az atomtömeget (akkoriban még „atomtömeget”) vette kulcsparaméternek az elemek osztályozásában. Az ő változatában Dmitrij Ivanovics az elemeket atomtömegük növekvő sorrendjébe rendezte, és itt olyan mintázat alakult ki, amely bizonyos időközönként az elemek tulajdonságait periodikusan megismétli. Igaz, kivételeket kellett tenni: egyes elemek felcserélődtek, és nem feleltek meg az atomtömeg növekedésének (például a tellúr és a jód), de megfeleltek az elemek tulajdonságainak. Az atom-molekuláris tudomány további fejlődése indokolta az ilyen előrelépéseket, és megmutatta ennek az elrendezésnek az érvényességét. Erről bővebben a „Mi Mengyelejev felfedezése” című cikkben olvashat?
Amint látjuk, az elemek elrendezése ebben a változatban egyáltalán nem egyezik meg azzal, amit a modern formájában látunk. Egyrészt felcserélődnek a csoportok és a periódusok: csoportok vízszintesen, periódusok függőlegesen, másrészt valahogy túl sok csoport van benne - tizenkilenc, a ma elfogadott tizennyolc helyett.
Mengyelejev azonban alig egy évvel később, 1870-ben megalkotta a táblázat új változatát, amely már jobban felismerhető számunkra: a hasonló elemek függőlegesen vannak elrendezve, csoportokat alkotva, és 6 periódus vízszintesen helyezkedik el. Ami különösen figyelemre méltó, hogy a táblázat első és második változatában is látható jelentős vívmányok, amelyekkel elődei nem rendelkeztek: a táblázat gondosan helyet hagyott olyan elemeknek, amelyeket Mengyelejev véleménye szerint még fel kell fedezni. A megfelelő betöltetlen pozíciókat kérdőjel jelzi és a fenti képen láthatja. Ezt követően valóban felfedezték a megfelelő elemeket: Galium, Germánium, Scandium. Így Dmitrij Ivanovics nemcsak az elemeket rendszerezte csoportokba és időszakokba, hanem új, még nem ismert elemek felfedezését is megjósolta.
Ezt követően az akkori kémia számos nyomasztó rejtélyének megoldása után - új elemek felfedezése, nemesgázok egy csoportjának elkülönítése William Ramsay közreműködésével, annak megállapítása, hogy a Didymium egyáltalán nem önálló elem, hanem két másik keveréke - egyre több új és új asztali lehetőség, néha még nem táblázatos megjelenésű. De itt nem mindet mutatjuk be, hanem csak a végső változatot, amely a nagy tudós élete során alakult ki.
Átmenet az atomsúlyokról a nukleáris töltésre.
Sajnos Dmitrij Ivanovics nem élte meg az atomszerkezet bolygóelméletét, és nem látta Rutherford kísérleteinek diadalát, bár felfedezéseivel új korszak kezdődött a periodikus törvény és az egész periódusos rendszer fejlődésében. Hadd emlékeztesselek arra, hogy Ernest Rutherford kísérleteiből az következett, hogy az elemek atomjai egy pozitív töltésű atommagból és az atommag körül keringő negatív töltésű elektronokból állnak. Az összes akkor ismert elem atommagjának töltéseinek meghatározása után kiderült, hogy a periódusos rendszerben az atommag töltésének megfelelően helyezkednek el. És a periodikus törvény új értelmet kapott, most így kezdett hangzani:
"A kémiai elemek tulajdonságai, valamint az általuk képzett egyszerű anyagok és vegyületek formái és tulajdonságai periodikusan függnek az atommagok töltéseinek nagyságától."
Mostanra kiderült, hogy Mengyelejev miért helyezett néhány könnyebb elemet nehezebb elődeik mögé - a lényeg az, hogy ilyen sorrendben vannak az atommagok töltése szerint. Például a tellúr nehezebb a jódnál, de a táblázatban korábban szerepel, mert atommagjának töltése és elektronjainak száma 52, míg a jódé 53. A táblázatban megnézheti, hogy saját magad.
Az atom és az atommag szerkezetének felfedezése után a periódusos rendszer még több változáson ment keresztül, míg végül elérte az iskolából számunkra már ismert formát, a periódusos rendszer rövid periódusú változatát.
Ebben a táblázatban már mindent ismerünk: 7 periódus, 10 sor, másodlagos és fő alcsoportok. Ezenkívül az új elemek felfedezésének és a táblázat kitöltésének idejével külön sorokba kellett helyezni az olyan elemeket, mint az Actinium és a Lanthanum, mindegyiket Actinidáknak, illetve Lanthanidáknak nevezték el. A rendszernek ez a változata nagyon sokáig létezett - a világ tudományos közösségében szinte a 80-as évek végéig, a 90-es évek elejéig, hazánkban pedig még tovább - egészen a század 10-es éveiig.
A periódusos rendszer modern változata.
Az a lehetőség azonban, amelyen sokan átmentünk az iskolában, meglehetősen zavarónak bizonyul, és a zűrzavar az alcsoportok fő és másodlagos csoportokra való felosztásában fejeződik ki, és az elemek tulajdonságainak megjelenítési logikáját meglehetősen nehézkessé válik. Természetesen ennek ellenére sokan tanulták a használatát, és a kémiai tudományok doktorává váltak, de a modern időkben egy új verzió váltotta fel - a hosszú távú. Megjegyzem, hogy ezt az opciót az IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) hagyta jóvá. Vessünk egy pillantást rá.
Nyolc csoportot tizennyolcra cseréltek, amelyek között már nincs fő és másodlagos felosztás, és minden csoportot az elektronok elhelyezkedése szab meg az atomhéjban. Ugyanakkor megszabadultunk a kétsoros és egysoros periódusoktól, most már minden pont csak egy sort tartalmaz. Miért kényelmes ez a lehetőség? Most már jobban látható az elemek tulajdonságainak periodicitása. A csoportszám valójában a külső szinten lévő elektronok számát jelöli, ezért a régi változat összes fő alcsoportja az első, a második és a tizenharmadik-tizennyolcadik csoportban található, és az összes „korábbi oldali” csoport. az asztal közepén. Így a táblázatból most jól látható, hogy ha ez az első csoport, akkor ezek alkálifémek, és nem réz vagy ezüst, és jól látható, hogy minden tranzitfém egyértelműen bizonyítja tulajdonságainak hasonlóságát a töltés miatt. a d-alszint, amely kevésbé befolyásolja a külső tulajdonságokat, valamint a lantanidok és aktinidák csak az eltérő f-alszint miatt mutatnak hasonló tulajdonságokat. Így a teljes táblázat a következő blokkra oszlik: s-blokk, amelyen s-elektronok vannak kitöltve, d-blokk, p-blokk és f-blokk, d, p és f-elektronokkal.
Sajnos nálunk ez a lehetőség csak az elmúlt 2-3 évben került be az iskolai tankönyvekbe, és akkor sem mindegyikbe. És hiába. Ez mihez kapcsolódik? Nos, először is, a rohamos 90-es évek stagnáló időivel, amikor egyáltalán nem volt fejlődés az országban, az oktatási szektorról nem is beszélve, és a 90-es években tért át erre a lehetőségre a világ vegyipari közössége. Másodszor, enyhe tehetetlenséggel és nehezen észlelve minden újat, mert tanáraink hozzászoktak a táblázat régi, rövid periódusú változatához, annak ellenére, hogy a kémia tanulmányozása során ez sokkal bonyolultabb és kevésbé kényelmes.
A periódusos rendszer kiterjesztett változata.
De az idő nem áll meg, ahogy a tudomány és a technológia sem. A periódusos rendszer 118. elemét már felfedezték, ami azt jelenti, hogy hamarosan meg kell nyitnunk a tábla következő, nyolcadik periódusát. Emellett megjelenik egy új energia-alszint: a g-alszint. Alkotóelemeit le kell mozgatni az asztalon, mint például a lantanidokat vagy aktinidákat, vagy ezt az asztalt még kétszer bővíteni, hogy többé ne férjen el egy A4-es lapon. Itt csak egy hivatkozást adok a Wikipédiára (lásd a Kibővített periódusos táblázatot), és nem ismétlem meg ennek a lehetőségnek a leírását. Akit érdekel, az a linket követve ismerkedhet.
Ebben a változatban sem az f-elemek (lantanidok és aktinidák), sem a g-elemek (a 121-128. sz. "jövő elemei") nincsenek külön elhelyezve, hanem a táblázat 32 cellájával szélesebbé teszik. Ezenkívül a hélium elem a második csoportba kerül, mivel az s-blokk része.
Általában nem valószínű, hogy a jövő kémikusai élnek ezzel a lehetőséggel; a periódusos rendszert valószínűleg a bátor tudósok által már javasolt alternatívák valamelyike váltja fel: a Benfey-rendszer, a Stewart-féle „kémiai galaxis” vagy más lehetőség. . De ez csak a kémiai elemek második stabilitási szigetének elérése után fog megtörténni, és valószínűleg nagyobb szükség lesz rá az egyértelműség érdekében a magfizikában, mint a kémiában, de egyelőre elég lesz nekünk Dmitrij Ivanovics jó öreg periodikus rendszere. .
A kémiai elemek periodikus rendszere a kémiai elemek osztályozása, amelyet D. I. Mengyelejev alkotott meg az általa 1869-ben felfedezett periodikus törvény alapján.
D. I. Mengyelejev
Ennek a törvénynek a modern megfogalmazása szerint az atommagok pozitív töltésének növekvő nagyságrendjébe rendezett elemek folyamatos sorozatában a hasonló tulajdonságú elemek periodikusan ismétlődnek.
A kémiai elemek periódusos rendszere, táblázatos formában, periódusokból, sorozatokból és csoportokból áll.
Minden periódus elején (az első kivételével) az elem kifejezett fémes tulajdonságokkal rendelkezik (alkáli fém).
A színtáblázat szimbólumai: 1 - az elem kémiai jele; 2 - név; 3 - atomtömeg (atomtömeg); 4 - sorozatszám; 5 - az elektronok eloszlása a rétegek között.
Egy elem rendszámának növekedésével, amely megegyezik az atommag pozitív töltésével, a fémes tulajdonságok fokozatosan gyengülnek, és a nemfémes tulajdonságok növekednek. Az utolsó előtti elem minden periódusban egy kifejezett nemfémes tulajdonságokkal rendelkező elem (), az utolsó pedig egy inert gáz. Az I. periódusban 2 elem van, a II-ben és a III-ban - 8 elem, a IV-ben és az V-ben - 18, a VI-ban - 32 és a VII-ben (nem befejezett időszak) - 17 elem.
Az első három periódust kis periódusnak nevezzük, mindegyik egy vízszintes sorból áll; a többi - nagy időszakokban, amelyek mindegyike (a VII időszak kivételével) két vízszintes sorból áll - páros (felső) és páratlan (alsó). Csak fémek találhatók nagy periódusok egyenletes soraiban. Ezekben a sorozatokban az elemek tulajdonságai kismértékben változnak a sorszám növekedésével. A nagy periódusok páratlan soraiban lévő elemek tulajdonságai megváltoznak. A VI. periódusban a lantánt 14 elem követi, amelyek kémiai tulajdonságaiban nagyon hasonlóak. Ezek az elemek, az úgynevezett lantanidok, a fő táblázat alatt külön vannak felsorolva. Az aktinidákat, az aktíniumot követő elemeket hasonló módon mutatjuk be a táblázatban.
A táblázatnak kilenc függőleges csoportja van. A csoportszám ritka kivételektől eltekintve megegyezik a csoport elemeinek legmagasabb pozitív vegyértékével. Minden csoport – a nulla és nyolcadik kivételével – alcsoportokra oszlik. - fő (jobbra található) és másodlagos. A fő alcsoportokban az atomszám növekedésével az elemek fémes tulajdonságai erősödnek, a nemfémes tulajdonságok gyengülnek.
Így az elemek kémiai és számos fizikai tulajdonságát az határozza meg, hogy egy adott elem milyen helyet foglal el a periódusos rendszerben.
A biogén elemek, vagyis azok az elemek, amelyek az organizmusok részét képezik, és abban bizonyos biológiai szerepet töltenek be, a periódusos rendszer felső részét foglalják el. Az élőanyag nagy részét (több mint 99%-át) kitevő elemek által elfoglalt sejtek kék színűek, a mikroelemek által elfoglalt sejtek rózsaszínűek (lásd).
A kémiai elemek periódusos rendszere a modern természettudomány legnagyobb vívmánya, és a legáltalánosabb dialektikus természeti törvények szemléletes kifejezése.
Lásd még: Atomtömeg.
A kémiai elemek periodikus rendszere a kémiai elemek természetes osztályozása, amelyet D. I. Mengyelejev alkotott meg az általa 1869-ben felfedezett periodikus törvény alapján.
Eredeti megfogalmazásában D. I. Mengyelejev periodikus törvénye kimondta: a kémiai elemek tulajdonságai, valamint vegyületeik formája és tulajdonságai periodikusan függenek az elemek atomtömegétől. Ezt követően az atom szerkezetére vonatkozó tan kidolgozásával kiderült, hogy az egyes elemek pontosabb jellemzője nem az atomtömeg (lásd), hanem az elem atommagjának pozitív töltésének értéke, egyenlő ennek az elemnek a sorszámával (atom) D. I. Mengyelejev periodikus rendszerében. Az atommag pozitív töltéseinek száma megegyezik az atommagot körülvevő elektronok számával, mivel az atomok összességében elektromosan semlegesek. Ezen adatok fényében a periodikus törvény a következőképpen fogalmazódik meg: a kémiai elemek tulajdonságai, valamint vegyületeik formái és tulajdonságai periodikusan függnek atomjaik magjai pozitív töltésének nagyságától. Ez azt jelenti, hogy az elemek folyamatos sorozatában, amelyek atommagjaik pozitív töltésének növekedése sorrendjében vannak elrendezve, a hasonló tulajdonságú elemek periodikusan ismétlődnek.
A kémiai elemek periódusos rendszerének táblázatos formája a modern formában jelenik meg. Periódusokból, sorozatokból és csoportokból áll. A periódus az elemek egymást követő vízszintes sorozatát jelöli, amelyek az atommagok pozitív töltése növekvő sorrendjében vannak elrendezve.
Minden periódus elején (az első kivételével) van egy markáns fémes tulajdonságokkal rendelkező elem (alkáli fém). Ezután a sorozatszám növekedésével az elemek fémes tulajdonságai fokozatosan gyengülnek, a nem fémes tulajdonságok pedig nőnek. Minden periódusban az utolsó előtti elem egy kifejezett nemfémes tulajdonságú elem (halogén), az utolsó pedig egy inert gáz. Az első periódus két elemből áll, egy alkálifém és egy halogén szerepét itt egyszerre tölti be a hidrogén. A II. és a III. periódus mindegyike 8 elemet tartalmaz, amelyeket Mengyelejev tipikusnak nevez. A IV. és V. periódus 18 elemet tartalmaz, VI-32. A VII. időszak még nem zárult le, és mesterségesen létrehozott elemekkel van feltöltve; Jelenleg 17 elem van ebben az időszakban. Az I., II. és III. periódusokat kicsiknek nevezik, mindegyik egy vízszintes sorból áll, a IV-VII. nagyok: ezek (a VII kivételével) két vízszintes sort tartalmaznak - páros (felső) és páratlan (alsó). A nagy periódusok egyenletes soraiban csak fémek vannak, és a sorban lévő elemek tulajdonságainak változása balról jobbra gyengén kifejeződik.
Nagy periódusok páratlan sorozataiban a sorozat elemeinek tulajdonságai ugyanúgy változnak, mint a tipikus elemek tulajdonságai. A VI. periódus páros sorában a lantán után 14 elem [úgynevezett lantanidok (lásd lantanidok, ritkaföldfém elemek]) található, amelyek kémiai tulajdonságaiban hasonlítanak a lantánhoz és egymáshoz. Ezek listája a táblázat alatt külön található.
Az aktinium utáni elemeket – aktinidákat (aktinoidokat) – külön soroljuk fel, és a táblázat alatt soroljuk fel.
A kémiai elemek periódusos rendszerében kilenc csoport helyezkedik el függőlegesen. A csoportszám megegyezik a csoport elemeinek legmagasabb pozitív vegyértékével (lásd). Ez alól kivétel a fluor (csak negatív egyértékű) és a bróm (nem lehet heptavalens); emellett a réz, ezüst, arany vegyértéke nagyobb, mint +1 (Cu-1 és 2, Ag és Au-1 és 3), a VIII. csoport elemei közül pedig csak az ozmium és a ruténium vegyértéke +8 . Minden csoport – a nyolcadik és a nulladik kivételével – két alcsoportra oszlik: a fő (jobbra található) és a másodlagos alcsoportra. A fő alcsoportok tipikus elemeket és hosszú periódusú elemeket tartalmaznak, a másodlagos alcsoportokba csak a hosszú periódusok elemei, illetve a fémek tartoznak.
Kémiai tulajdonságokat tekintve egy adott csoport egyes alcsoportjainak elemei jelentősen eltérnek egymástól, és csak a legmagasabb pozitív vegyérték azonos az adott csoport összes elemére. A fő alcsoportokban felülről lefelé az elemek fémes tulajdonságai erősödnek, a nemfémeseké gyengül (például a francium a legkifejezettebb fémes tulajdonságokkal rendelkező elem, a fluor pedig nem fémes). Így egy elem helye Mengyelejev periodikus rendszerében (sorszám) határozza meg tulajdonságait, amelyek a szomszédos elemek függőleges és vízszintes tulajdonságainak átlagai.
Egyes elemcsoportoknak speciális neveik vannak. Így az I. csoport fő alcsoportjainak elemeit alkálifémeknek, a II. csoportot - alkáliföldfémeknek, a VII. csoportot - halogéneket, az urán - transzurán mögött található elemeket nevezik. Biogén elemeknek nevezzük azokat az elemeket, amelyek az organizmusok részét képezik, részt vesznek az anyagcsere-folyamatokban, és egyértelmű biológiai szerepük van. Mindegyik D. I. Mengyelejev táblázatának felső részét foglalja el. Ezek elsősorban az O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg és Fe, amelyek az élőanyag nagy részét (több mint 99%-át) teszik ki. A periódusos rendszerben ezen elemek által elfoglalt helyek világoskék színűek. A biogén elemeket, amelyekből nagyon kevés van a szervezetben (10 -3-10 -14%), mikroelemeknek nevezzük (lásd). A periódusos rendszer sárgára színezett sejtjei olyan mikroelemeket tartalmaznak, amelyek létfontossága az ember számára bizonyított.
Az atomszerkezet elmélete szerint (lásd Atom) az elemek kémiai tulajdonságai főként a külső elektronhéjban lévő elektronok számától függenek. Az elemek tulajdonságainak periodikus változása az atommagok pozitív töltésének növekedésével az atomok külső elektronhéjának (energiaszintjének) szerkezetének periodikus ismétlődésével magyarázható.
Kis periódusokban, az atommag pozitív töltésének növekedésével, a külső héj elektronjainak száma az I. periódusban 1-ről 2-re, a II. és III. periódusban pedig 1-ről 8-ra nő. Ebből adódik az elemek tulajdonságainak változása az alkálifémből inert gázsá váló időszakban. A 8 elektront tartalmazó külső elektronhéj teljes és energetikailag stabil (a nulladik csoportba tartozó elemek kémiailag inertek).
Hosszú ideig egyenletes sorokban, ahogy az atommagok pozitív töltése növekszik, a külső héj elektronjainak száma állandó marad (1 vagy 2), és a második külső héj megtelik elektronokkal. Ebből adódik a páros sorokban lévő elemek tulajdonságainak lassú változása. A nagy periódusok páratlan sorozatában, ahogy az atommagok töltése növekszik, a külső héj megtelik elektronokkal (1-től 8-ig), és az elemek tulajdonságai ugyanúgy megváltoznak, mint a tipikus elemeké.
Az elektronhéjak száma egy atomban megegyezik a periódusszámmal. A fő alcsoportok elemeinek atomjainak külső héjában a csoportszámmal megegyező számú elektron található. Az oldalsó alcsoportok elemeinek atomjai egy vagy két elektront tartalmaznak a külső héjukban. Ez magyarázza a fő és a másodlagos alcsoport elemeinek tulajdonságainak különbségét. A csoportszám a kémiai (valencia) kötések kialakításában részt vevő elektronok lehetséges számát jelzi (lásd Molekula), ezért az ilyen elektronokat vegyértéknek nevezzük. Az oldalsó alcsoportok elemei esetében nemcsak a külső héjak elektronjai vegyérték, hanem az utolsó előttiek elektronjai is. Az elektronhéjak számát és szerkezetét a mellékelt kémiai elemek periódusos táblázata tartalmazza.
D. I. Mengyelejev periodikus törvénye és az arra épülő rendszer kiemelkedően nagy jelentőséggel bír a tudományban és a gyakorlatban. A periodikus törvény és rendszer volt az alapja az új kémiai elemek felfedezésének, atomtömegük pontos meghatározásának, az atomok szerkezetére vonatkozó tan kidolgozásának, az elemek földkéregben való eloszlásának geokémiai törvényeinek megállapításának modern elképzelések kialakulása az élő anyagról, amelynek összetétele és a hozzá kapcsolódó mintázatok összhangban vannak a periódusos rendszerrel. Az elemek biológiai aktivitását és a testben lévő tartalmukat nagymértékben meghatározza az is, hogy Mengyelejev periódusos rendszerében milyen helyet foglalnak el. Így a sorozatszám növekedésével számos csoportban az elemek toxicitása nő, és tartalmuk a szervezetben csökken. A periodikus törvény egyértelműen kifejezi a természet fejlődésének legáltalánosabb dialektikus törvényeit.