W pierwszej połowie XIX wieku podejmowano różne próby usystematyzowania pierwiastków i łączenia metali w układzie okresowym. To właśnie w tym okresie historycznym powstała taka metoda badawcza, jak analiza chemiczna.
Z historii odkrycia układu okresowego pierwiastków
Używając podobnej techniki określania określonych właściwości chemicznych, ówcześni naukowcy próbowali łączyć pierwiastki w grupy, kierując się ich cechami ilościowymi, a także masą atomową.
Korzystanie z masy atomowej
Tak więc I. V. Dubereiner w 1817 r. ustalił, że stront ma masę atomową podobną do masy baru i wapnia. Udało mu się również dowiedzieć, że właściwości baru, strontu i wapnia mają wiele wspólnego. Na podstawie tych obserwacji słynny chemik skompilował tak zwaną triadę pierwiastków. Inne substancje połączono w podobne grupy:
- siarka, selen, tellur;
- chlor, brom, jod;
- lit, sód, potas.
Klasyfikacja według właściwości chemicznych
L. Gmelin w 1843 roku zaproponował stół, w którym ułożył podobnepierwiastki w ścisłej kolejności zgodnie z ich właściwościami chemicznymi. Azot, wodór, tlen uważał za główne pierwiastki, ten chemik umieścił je poza swoim stołem.
Pod tlenem umieścił tetrady (po 4 znaki) i pentady (po 5 znaków) żywiołów. Metale w układzie okresowym zostały umieszczone zgodnie z terminologią Berzeliusa. Zgodnie z koncepcją Gmelina wszystkie pierwiastki zostały określone przez zmniejszające się właściwości elektroujemności w każdej podgrupie układu okresowego.
Połącz elementy w pionie
Alexander Emile de Chancourtois w 1863 roku umieścił wszystkie pierwiastki w rosnących masach atomowych na cylindrze, dzieląc go na kilka pionowych pasów. W wyniku tego podziału na pionach znajdują się pierwiastki o podobnych właściwościach fizycznych i chemicznych.
Prawo oktaw
D. Newlands odkrył w 1864 roku dość ciekawy wzór. Kiedy pierwiastki chemiczne są ułożone w porządku rosnącym według ich mas atomowych, każdy ósmy pierwiastek wykazuje podobieństwa do pierwszego. Newlands nazwał podobny fakt prawem oktaw (osiem nut).
Jego układ okresowy był bardzo arbitralny, dlatego pomysł spostrzegawczego naukowca nazwano wersją „oktawową”, kojarząc go z muzyką. To właśnie wersja Newlands była najbliższa współczesnej konstrukcji PS. Jednak zgodnie ze wspomnianym prawem oktaw tylko 17 elementów zachowało swoje właściwości okresowe, podczas gdy pozostałe znaki nie wykazywały takiej regularności.
Tabele Odlingów
U. Odling przedstawił jednocześnie kilka wariantów tabel elementów. Na początkuwersji, powstałej w 1857 roku, zaproponował podział na 9 grup. W 1861 r. chemik wprowadził pewne poprawki do pierwotnej wersji tabeli, grupując znaki o podobnych właściwościach chemicznych.
Wariant tabeli Odlinga, zaproponowany w 1868 roku, zakładał ułożenie 45 pierwiastków w rosnących masach atomowych. Nawiasem mówiąc, to właśnie ta tabela stała się później prototypem układu okresowego D. I. Mendelejewa.
Podział wartościowy
L. Meyer w 1864 zaproponował tabelę zawierającą 44 elementy. Umieszczono je w 6 kolumnach, zgodnie z wartościowością wodoru. Stół składał się z dwóch części jednocześnie. Główny z nich łączył sześć grup, zawierał 28 znaków w rosnących masach atomowych. W swojej strukturze pentady i tetrady były widoczne ze znaków podobnych do właściwości chemicznych. Meyer umieścił pozostałe elementy w drugiej tabeli.
Wkład D. I. Mendelejewa w stworzenie tablicy elementów
Nowoczesny układ okresowy pierwiastków D. I. Mendelejewa pojawił się na podstawie tablic Mayera opracowanych w 1869 roku. W drugiej wersji Mayer ułożył znaki w 16 grupach, umieścił elementy w pentadach i tetradach, biorąc pod uwagę znane właściwości chemiczne. I zamiast wartościowości użył prostej numeracji grup. Nie było w nim boru, toru, wodoru, niobu, uranu.
Struktura układu okresowego w postaci prezentowanej we współczesnych wydaniach nie pojawiła się od razu. Można wyróżnićtrzy główne etapy, podczas których powstał system okresowy:
- Pierwsza wersja tabeli została zaprezentowana na blokach konstrukcyjnych. Prześledzono okresowość zależności między właściwościami pierwiastków a wartościami ich mas atomowych. Mendelejew zaproponował tę wersję klasyfikacji znaków w latach 1868-1869
- Naukowiec porzuca pierwotny system, ponieważ nie odzwierciedlał kryteriów, według których elementy miałyby się znaleźć w określonej kolumnie. Proponuje umieszczenie znaków zgodnie z podobieństwem właściwości chemicznych (luty 1869)
- W 1870 r. Dymitr Mendelejew wprowadził do świata nauki nowoczesny układ okresowy pierwiastków.
Wersja rosyjskiego chemika uwzględniała zarówno położenie metali w układzie okresowym, jak i właściwości niemetali. Przez lata, które minęły od pierwszej edycji genialnego wynalazku Mendelejewa, stół nie przeszedł większych zmian. A w tych miejscach, które były puste za czasów Dmitrija Iwanowicza, pojawiły się nowe elementy, odkryte po jego śmierci.
Cechy układu okresowego
Dlaczego uważa się, że opisany system jest okresowy? Wynika to ze struktury tabeli.
Łącznie zawiera 8 grup, z których każda ma dwie podgrupy: główną (główną) i drugorzędną. Okazuje się, że w sumie jest 16 podgrup, które znajdują się w pionie, czyli od góry do dołu.
Poza tym tabela zawiera również poziome rzędy zwane kropkami. Mają też swojedodatkowy podział na małe i duże. Charakterystyka układu okresowego oznacza uwzględnienie lokalizacji elementu: jego grupy, podgrupy i okresu.
Jak zmieniają się właściwości w głównych podgrupach
Wszystkie główne podgrupy w układzie okresowym zaczynają się od elementów drugiego okresu. W przypadku znaków należących do tej samej głównej podgrupy liczba elektronów zewnętrznych jest taka sama, ale odległość między ostatnimi elektronami a dodatnim jądrem jest różna.
Dodatkowo następuje w nich wzrost masy atomowej (względnej masy atomowej) pierwiastka od góry. To właśnie ten wskaźnik jest czynnikiem decydującym w identyfikacji wzorców zmian właściwości w obrębie głównych podgrup.
Ponieważ promień (odległość między dodatnim jądrem a zewnętrznymi ujemnymi elektronami) w głównej podgrupie wzrasta, właściwości niemetaliczne (zdolność do przyjmowania elektronów podczas przemian chemicznych) maleją. Jeśli chodzi o zmianę właściwości metalicznych (oddawanie elektronów innym atomom), to wzrośnie.
Korzystając z systemu okresowego, możesz porównać właściwości różnych przedstawicieli tej samej głównej podgrupy. W czasie, gdy Mendelejew tworzył układ okresowy, wciąż brakowało informacji o budowie materii. Zaskakujący jest fakt, że po powstaniu teorii budowy atomu, studiowanej w szkołach edukacyjnych i specjalistycznych uniwersytetach chemicznych, a obecnie potwierdza ona hipotezę Mendelejewa i nie obala jego przypuszczeń o rozmieszczeniu atomów wewnątrz stołu.
Elektroujemność wgłówne podgrupy spadają do dołu, to znaczy im niżej element znajduje się w grupie, tym mniejsza będzie jego zdolność do przyłączania atomów.
Zmiana właściwości atomów w podgrupach bocznych
Ponieważ system Mendelejewa jest okresowy, zmiana właściwości w takich podgrupach następuje w odwrotnej kolejności. Takie podgrupy obejmują elementy począwszy od okresu 4 (przedstawiciele rodzin d i f). Na samym dole w tych podgrupach właściwości metaliczne maleją, ale liczba elektronów zewnętrznych jest taka sama dla wszystkich przedstawicieli jednej podgrupy.
Cechy struktury okresów w PS
Każdy nowy okres, z wyjątkiem pierwszego, w tabeli rosyjskiego chemika zaczyna się od aktywnego metalu alkalicznego. Dalej są metale amfoteryczne, które wykazują podwójne właściwości w przemianach chemicznych. Następnie istnieje kilka pierwiastków o właściwościach niemetalicznych. Okres kończy się gazem obojętnym (niemetalowym, praktycznym, nie wykazującym aktywności chemicznej).
Biorąc pod uwagę, że system działa okresowo, następuje zmiana aktywności w okresach. Od lewej do prawej aktywność redukująca (właściwości metaliczne) zmniejszy się, aktywność utleniająca (właściwości niemetaliczne) wzrośnie. Tak więc najjaśniejsze metale w tym okresie znajdują się po lewej stronie, a niemetale po prawej.
W dużych okresach, składających się z dwóch rzędów (4-7) pojawia się również charakter okresowy, ale ze względu na obecność przedstawicieli rodziny d lub f w rzędzie jest znacznie więcej pierwiastków metalicznych.
Nazwy głównych podgrup
Część grup pierwiastków obecnych w układzie okresowym otrzymała swoje własne nazwy. Przedstawiciele pierwszej grupy A podgrupy nazywani są metalami alkalicznymi. Swoją nazwę metale zawdzięczają działaniu wody, w wyniku czego powstają żrące zasady.
Druga grupa A podgrupa jest uważana za metale ziem alkalicznych. Podczas interakcji z wodą takie metale tworzą tlenki, kiedyś nazywano je ziemiami. Od tego czasu podobna nazwa została przypisana przedstawicielom tej podgrupy.
Niemetale z podgrupy tlenowej nazywane są chalkogenami, a przedstawiciele grupy 7 A nazywani są halogenami. 8 Podgrupa nazywana jest gazami obojętnymi ze względu na jej minimalną aktywność chemiczną.
PS na kursie szkolnym
Dla uczniów zwykle oferowany jest wariant układu okresowego pierwiastków, w którym oprócz grup, podgrup, okresów wskazane są również wzory związków o większej lotności i wyższych tlenkach. Taki trik pozwala uczniom rozwijać umiejętności kompilacji wyższych tlenków. Wystarczy podstawić znak przedstawiciela podgrupy zamiast pierwiastka, aby uzyskać gotowy najwyższy tlenek.
Jeśli przyjrzysz się bliżej ogólnemu wyglądowi lotnych związków wodoru, zobaczysz, że są one charakterystyczne tylko dla niemetali. W grupach 1-3 są kreski, ponieważ metale są typowymi przedstawicielami tych grup.
Ponadto w niektórych szkolnych podręcznikach do chemii każdy znak wskazuje na rozkład elektronów wzdłużpoziomy energii. Ta informacja nie istniała w okresie twórczości Mendelejewa, podobne fakty naukowe pojawiły się znacznie później.
Widać również wzór zewnętrznego poziomu elektronicznego, dzięki któremu łatwo zgadnąć, do której rodziny należy ten element. Takie wskazówki są niedopuszczalne na sesjach egzaminacyjnych, dlatego absolwenci klas 9 i 11, którzy zdecydują się wykazać swoją wiedzą chemiczną w OGE lub Unified State Examination, otrzymują klasyczne czarno-białe wersje tablic okresowych, które nie zawierają dodatkowych informacji o budowa atomu, wzory wyższych tlenków, skład lotnych związków wodoru.
Taka decyzja jest dość logiczna i zrozumiała, ponieważ dla tych uczniów, którzy postanowili pójść w ślady Mendelejewa i Łomonosowa, korzystanie z klasycznej wersji systemu nie będzie trudne, po prostu nie potrzebują podpowiedzi.
To prawo okresowości i system D. I. Mendelejewa odegrały najważniejszą rolę w dalszym rozwoju teorii atomowej i molekularnej. Po stworzeniu systemu naukowcy zaczęli zwracać większą uwagę na badanie składu pierwiastka. Tabela pomogła wyjaśnić niektóre informacje o prostych substancjach, a także o naturze i właściwościach elementów, które tworzą.
Sam Mendelejew zakładał, że wkrótce zostaną odkryte nowe pierwiastki i przewidział położenie metali w układzie okresowym. Dopiero po pojawieniu się tego ostatniego rozpoczęła się nowa era w chemii. Ponadto poważnie rozpoczęto tworzenie wielu nauk pokrewnych, które są związane ze strukturą atomu itransformacje elementów.
