Химиялық элементтердің пеиодтық жүйесі

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ  БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ  Л.Н.ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

 

 

 

 

 

Тақырыбы:   “Элементтерді жүйелеу периодтық заңының ашылуы”

 

 

                                                    Тексерген:  Мұғалім атын жаз

                                       Орындаған: Назиран Фатиха

                                                           

 

 

 

 

 

 

 

2012 жыл

Жоспар:

1. Кіріспе

 

2. Негізгі бөлім

 

а.   Элементтердің периодтық жүйесі

ә.   Периодтық заңының маңызы

 

3. Қорытынды бөлім

 

4. Қолданылған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе                       Табиғатта кездесетін заттар жеке элементтерден құралады деген түсінік өте ерте заманда-ақ пайда болған. Грек философтары су, ауа, от және жер (топырақ) негізгі элементтер деп санаған.Аристотельдің элемент жайындағы ілімі Еуропада кең таралды. Ол 2000 жылға жуық уақыт үстемдік етіп, алхимиктердің жай металды алтынға айналдыруға болады деген ұғымдарына негіз болды. Алхимиктер дәуірі ғылымның дамуына кедергі болғанымен, оның нәтижесінде химиялық тәжірибе жүргізудің алуан жаңа әдістері табылды. Сол кезде белгілі болған алтын, күміс, мыс, қорғасын, қалайы, темір, сынап, күкірт, көміртек, сүрмеден басқа мырыш, фосфор ашылып, көптеген күрделі заттар (металл тотықтары) алынды. Химиялық элементтер аты латынша атауының бір немесе екі алғашқы әріптерімен белгіленеді, мысалы, азот N (лат. Nіtrogenіum), алюминий Al (лат. Alumіnіum), т.б.   Сынап — металдың, күкірт — жанудың, тұз — ерігіштіктің бастамасы деген пікірлер айтылды. 17 ғасырда химиялық өзгерістер жайында мәліметтер көбеюіне байланысты тәжірибе қорытындыларын талдау арқылы ағылшын ғалымы Р.Бойль элемент жай зат және басқа барлық заттарды түзетін құранды заттар айырылғанда шығатын зат деп жаңа түсінік берді. 18 ғасырда Бойльдің анықтамасын дәлелдейтін тәжірибелік мәлі-меттер көбейді, бұрын күмәнді болған заттар элементтер қатарына жатқызылды. Жаңадан сутек, оттек, азот, хлор, газ күйіндегі элементтер, сондай-ақ, платина, кобальт, никель, т.б. ашылды.

ХІХ ғасырдың екінші жартысында  алпыстан астам химиялық элементтер ашылып, олардың қасиеттері және ол элементтердің қосылыстарының қасиеттері зерттелді. Көптеген ғалымдар  (батыстың ұлы химиктері Дебернер, Ньюлендс, Лотар. Майер ) элементтерді жүйеге келтіруге тырысты. Бірақ бұл ғалымдар элементтердің ұқсас топтарын бір – бірінен жеке қарап, олардың арасындағы ішкі байланысты аша алмады. Олар элементтердің жалпы қасиеттерін не валенттіктерін негіз етіп алды. Сондықтан олар жасаған жүйелерде көптеген қайшылықтар кездесті.               Ал Ресей химигі Д.И.Менделеев (1834-1907) болса элементтердің қасиеттерінің негізі етіп атомдық массаларды алды да, оларды атомдық массалардың өсу реті бойынша орналастырды. Сонда ол кез келген элементтің қасиеті бірнеше элементтен соң қайталанып отыратынын байқады. Бұл қайталану периодтық түрде болады. Сондықтан Д.И.Менделеев өзінің заңын периодтық заң деп атап (периодтық заңның ашылған күні 1869жылдың 1-наурызы болып есептеледі, ал 1871 жылы анықтама-сын берді) оған мынадай анықтама берген. Химиялық элементтер мен олар түзетін қосылыстардың қасиеттері атомдық массаның өсуіне периодты тәуелді болады. Мысал ретінде элементтердің мына қатарын қарастырсақ:  
...Ғ, Na, Mg...,Cl, K, Ca... Br, Rb, Sr, I, Cs, Ba  
19 23 24 35,5 39 40 80 85 87 127 133 137  
Бұдан атомдық массалары өскен сайын галогеннен кейін бірден сілтілік металл, одан әрі металдық қасиет бәсеңдейтіні және бұл құбылыс периодты түрде қайталанып отыратыны көрініп тұр.                   Периодты жүйе барлық белгілі химиялық элементтерді бір жүйеге келтіріп, сол кезде белгісіз элементтердің табиғатта барын болжады. 19 — 20 ғасырлар аралығында электрон, радиоактивтік, рентген сәулесі, изотоптар, квант теориясы, т.б. жаңалықтардың ашылуы химиялық элементтер қасиеттерінің әр түрлі болуының негізгі себебін анықтады, олардың элементарлық бөлшектерден құралғаны химиялық элементтердің периодты жүйедегі орны және оның электрондық қабық құрылысын зерттеумен қатар жаңа элементтерді іздестіру нәтижесінде гафний мен рений ашылды, синтездеу арқылы технеций, прометий, астат және рет нөмірлері 93 - 105 болатын трансуранды элементтер алынды. 20 ғасырда химиялық элементтерді ашу әдістері (рентген, оптик., т.б.) оттек, азот, күкірт, инертті газдар, алтын, т.б. активтігі нашар металдар бос күйінде, активті химиялық элементтер табиғатта қосылыс түрінде кездесіп, көптеген кен орындарын құратындығы анықталды.

Элементтердің периодтық  жүйесі               Менделеев элементтерді периодтық жүйеге орналастырғанда олардың атомдық салмақтарының өсуіне, сонымен қатар олардың химиялық қасиеттерінің өзгеруіндегі периодты заңдылыққа сүйенді. Ол кестедегі кейбір элементтерді (Co – Nі, Te – І) атом. салмақтарының өсу бағытына сай емес, хим. ұқсастығына қарай орналастырды, бірнеше элементтердің сол кезде қабылдаған атом салмақтарын 1,5 – 2 есе өзгертті (Іn, Cl, U, т.б.). Алғашқы кестеде Менделеев әлі ашылмаған бірнеше элементтер бар екенін болжап, оларға кестеде тиісті орын қалдырып, кейбір қасиеттерін күні бұрын айтып берді. Сондай болжанған “экоалюминий” (1875 ж. француз химигі П.Лекок де Буабордан ашқан қазіргі галлий Ga), “экабор” (швед ғалымы Л.Нильсон 1879 ж. ашқан скандий Sc) және “экасилиций” (1886 ж. неміс ғалымы К.Винклир ашқан германий Ge) элементтері кейін ашылды. Сонымен қатар Менделеев марганецке (қазіргі технеций Тс және рений Re), теллурге (полоний Ро), йодқа (астат At), цезийге (франций Fr), барийге (радий Ra), танталға (протактиний Ра) ұқсас элементтердің бар екенін айтқан. Күні бұрын болжанған қасиеттер мен анықталған қасиеттердің дәл келуі Менделеевтің периодты заңын дүние жүзі ғалымдарына танытты. Радиоактивтік ыдыраудың (1806), рентгенсәулелерінің (1895) ашылуы, неміс физигі М.Планктің сәуле шығарудың кванттық теориясын (1900), ағылшын физигі Э.Резерфордтың атомның планетарлық моделін (1911) жасауы, Н.Бордың атомның құрылыс теориясын ұсынуы (1913) атомның күрделі табиғаты мен периодтық жүйе құрылымының физикалық мәнін түсіндірді. Ағылшын физигі Г.Мозли еңбектерінің нәтижесінде Менделеев ұсынған әр элементтің рет нөмерінің оның ядро зарядымен тең болуы, сондай-ақ атомдағы электрондар санының анықталуы, олардың орналасуындағы периодтық заңның тұтастай ішкі сырын ашты. Бор теориясын әрі қарай неміс физигі А.Зоммерфельдтің дамытуы, кейін швейцариялық физик В.Паули принципінің шығуы электрондық әр қабықта орналасу заңдылығын анықтады. Қазіргі элементтердің периодтық жүйесі 110 хим элементті қамтиды, олардан трансуран элементтері (Z – 93 – 110) және кейбір элементтер Z – 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At), 87 (Fr) жасанды жолмен алынған. Менделеев периодтық жүйені жасағаннан бері оны кеңістікте немесе жазықтықта орналастырудың графиктік әр түрлі нұсқалары ұсынылғанмен, Менделеевтің ықшамды қысқа және ұзын периодты кесте түріндегі нұсқасы көбірек қолданылады.

Э. п. ж-н құрастырудағы  негізгі принцип – барлық элементтердегі периодтар мен топтарға бөліп  орналастыру. Әр топ өз кезегіндегі  негізгі (а) және қосымша (б) топшаларға бөлінеді (периодты кестенің ұзын түрін  қара). Топшалардағы элементтер өзара  хим. қасиеттері жағынан өте ұқсас.

Период деп сілтілік металдан басталып инертті газбен аяқталатын элементтер тобын айтады. Әр периодта 2, 8, 18, 32 элемент болады. Бірінші периодтың ерекшелігі – онда екі элемент қана Н, Не орналасқан. Сутектің сілтілік металдарға да, галогендерге де ұқсайтын ортақ қасиетіне байланысты оны көбіне Іa кейде VІҚа топшаға да орналастырады. Екінші периодтта 8 элемент ( Lі – Ne) бар. Ол сілтілік металл литийден Lі басталады, одан кейінгі ІІ валентті Ве металл,

ал ІІІ валентті В  элементтінің металдық қасиеті кеміп, ІV валентті көміртектен бейметалдар  басталады, олардың (N, О, F) тотығу дәрежелері теріс. Период инертті газ – неонмен (Ne) аяқталады. Үшінші периодта да 8 элемент орналасқан (Na – Ar). Олардың қасиеттерінің өзгеру сипаты екінші период элементтеріне ұқсас, дегенмен Mg-мен Al-дің Ве-мен В-ға қарағанда металдық қасиеті басымдау, сондай-ақ бейметалдар – P, S, Cl-дың екінші периодтағы “ұқсастардан” айырмашылығы олар өздеріне тән ең жоғары оң валенттіктерін көрсете алады. Менделеев 2 және 3-период элементтерін типтік элементтер деп атаған, себебі олардың бәрі де табиғатта кең таралған. Алғашқы 3 периодтың элементтері негізгі топшаларға (а) ғана кіреді. Қазіргі технологиялар бойынша бұл периодтардың алғашқы екі элементі (сілтілік және сілтілік-жер металдар) Қа-, ІҚа- топшаларды құрайтын s-элементтерден тұрады (кестеден қызыл түске боялған), қалған алтауы (B – Ne, Al – Ar) ІІҚа, VІІҚа-топшаларды құрайтын р-элементтерден тұрады (кестеде сары түсті). Кіші периодтар деп аталған бұл үш период элементтерінің рет нөмірі артқан сайын атом радиустары кішірейіп, кейінгі атомның сыртқы қабығындағы электрондар саны көбейгенде, олардың өзара ығысуының күшеюінен атом радиустары ұлғая бастайды. Ең үлкен радиус периодтың басында орналасқан сілтілік металға тән. Осындай заңдылық иондар радиусының өзгеруінен де байқалады. Төртінші периодта 18 элемент бар ( К – Кr), ол – үлкен периодтардың алғашқысы. Мұнда сілтілік және сілтілік-жер металдардан кейін ауыспалы деп аталатын 10 элемент (Sc – Zn) орналасады. Бұларды d – элементтер деп атайды (кестеде көк түсті), олар да қосымша топшаларға кіреді. Ауыспалы элементтер түгелдей металдар, Fe – Co – Nі триадасынан басқасы өздеріне тән ең жоғары валенттіктерін көрсетеді. Соңғы алты p-элементтер (Ga – Kr) негізгі топшаға (a) кіреді, қасиеттерінің өзгеруі бұрын айтқан ІІ және ІІІ период элементтеріне ұқсас. Бесінші периодта 18 элемент (Rb – Xe) бар, құрылысы төртінші периодқа ұқсас. Одан айырмашылығы ауыспалы элементтер де, ксенон да (Xe) өзіне тән ең жоғары оң валенттіктерін көрсете алады. Соңғы галоген – иодта аздаған металдық қасиет пайда болады. Алтыншы периодта 32 (Cs – Rn) элемент бар. Онда ауыспалы 10 элементпен (La, Hf – Hg) қатар 14 f – элементтер, лантаноидтар (кестеде жасыл түсті) орналасқан. Жетінші периодта да францийден (Fr) басталатын 32 элемент болуға тиісті, бірақ ол әлі аяқталмаған (12 элемент әлі табылған жоқ). Мұнда да алтыншы периодтағыдай 89-элементтен кейін 14 f – элементтер – актиноидтар орналасқан (Th – Lr). Олардың тотығу дәрежесі лантаноидтардан де жоғары болады (ІІІ – VІІ). Лантаноидтар мен актиноидтар кестенің түрі ықшамды болу үшін төменірек жеке екі қатар етіп орналастырылған. Оларды кестедегі өздерінің заңды орнына қойып горизонталь периодтарды ұзартсақ периодтық түр шығады. Онда атомдардың электрондық құрылымына сай ұқсастығын анығырақ байқауға болады. Қысқа кестедегі топ нөмірі, жалпы алғанда, ондағы элементтердің валенттігі электрондар санына сай келеді. Бір топшадағы элементтердің ұқсастығы олардың валенттік қабаттарының электрондық конфигурациясының периодты түрде қайталанып келіп отырғандығымен түсіндіріледі. Элементтер қасиеттерінің периодты түрде қайталануы олардың электрондық құрылымының периодты қайталануымен сай келетіні де осыдан. Атомдардағы электрондық конфигурацияның қалыптасуын жалпы былай көрсетуге болады:

Тік сызықтар кестеде периодтарды  бөліп тұрады. Паули принципіне сай  әрбір электрон қабығының сыйымд. 2п2, ал ондағы орбиталдар сыйымд. 2(2l+1). Бұдан әрбір периодтың сыйымд. 2, 8, 8, 18, 32, 32... Әр периодтың басы жаңа мәніне сай келетін s – элементтен басталады ( Қа-, ІҚа-топшалар), соңы р  – элементтермен аяқталады (ІІҚа-VІІІa-топшалар). Үлкен периодтарда (ІV – VІІ) олардың  арасына 10 d – элементтер (Іб-VІІІб-топшалар) кіреді. Ауыспалы элементтердің соңғы  электрондары ішкері жатқан п-1 қабаттың d – орбиталарын толтырады, ал сыртқы қабатында s2 электрондар сақталады. Сондықтан олар металдық қасиет көрсетеді. Лантаноидтар мен актиноидтардың соңғы  электрондары ішкеріден де ішкерірек  жатқан п-2 қабаттың f – орбиталарына толады. f – элементтер де түгелдей металдар. Э. п. ж-ның жоғары шегі анықталмаған. Рет нөмірі 101-ден асқан элементтердің  өмірі тым қысқа. Теор. болжамдар 114, 126, 164, 184 элементтер атомдарының  ядролары біршама берік болуға тиіс деп санайды. Сондықтан оларды қолдан синтездеу мүмкіндігі бар. Периодтағы элементтердің қасиеттері былайша  өзгереді: әр период (І-ден басқасы) күшті сілтілік s – металмен басталады, әрі қарай металдық қасиет кеміп, амфотерлі қасиеті бар элементтер басталады, одан бейметалдарға ауысып, бейметалдық қасиет артып, олардың  ең күштілері галогендерде байқалады  да, инертті элементпен бітеді. Үлкен  периодтарда металдық қасиет өте  баяу кемиді, өйткені оларда s-тен  соң d және f – металдар орналасады, тек соңында ғана бейметалл p-элементтер орналасқан. Негізгі топшалардағы элементтердің  металдық қасиеті жоғарыдан төмен  қарай атом радиустары ұлғайған сайын  кеміп, керісінше бейметалдық қасиет артады. Қосымша топшалардағы элементтерде жоғарыдан төмен қарай металдық қасиет аз ғана артып, немесе аса көп  өзгіріске ұшырамайды. Атомдардың электрондық  құрылымына тәуелді периодты өзгеретін  қасиеттер мен сипаттамалар көп, олардың бастылары: атом радиустары, ион радиустары, иондалу потенциялы, электрон тартқыштық, теріс электрлік, валенттілік, оптик. және магн. қасиеттері, т.б. Элементтерді жай зат ретінде  қарасақ, периодты қайталанатын қасиеттердің саны артады, жай заттардың соғылғыштығы, қаттылығы, ұлғаю және сыну коэфф-тері, тығыздығы, стандартты тотығу-тотықсыздану потенциалдары, т.б. периодты өзгеретін  қасиеттер элементтер қосылыстарында да кең таралған. Э. п. ж. – периодтық  заңның графиктік бейнесі, олар өзара  тығыз байланысты, бірін-бірі толықтыра  түседі. Екеуі де хим. элементтерді материя дамуының бір сатысы деп  қарап, олардың арасындағы табиғи байланысты ашады. Периодты заң химия ғылымына ғана жатпайды, ол бүкіл жаратылыстану  және табиғи ғылымдардың ортақ заңы, сондықтан ғылыммен бірге дамып, оны байыта түседі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Периодтық заңының маңызы                               Д. И. Менделеевтің периодтық заңы химия ғылымдарының дамуына зор ықпалын тигізді. Периодтық заң барлық элементтерді бір жүйеге келтірді. Жеке алынған бір элементтің қасиеттерін кестедегі оны қоршаған басқа элементтердің қасиеттері арқылы анықтауға мүмкіндік туды. Периодтық заңды пайдаланып химимяда алдын ала болжамдар жасауға жол ашылды. Жаңа элементтердің қасиеттері мен олардың қосылыстарының болжап айтуға мүмкін болды. Д. И. Менделеевтің периодтық заңының негізінде кестедегі бос орындар жаңадан ашылған элементтермен толтырылды және ураннан кейінгі элементтер ашылды. Бұл заңды пайдалана отырып жаңадан ашылатын элементтердің қасиетін болжауға болады. Д. И. Менделеев аса үлкен болжампаздықпен олардың кейбіреулерінің қасиеттерін сипаттаған болатын (скандий - Л. Нильсон, галлий - Лекок де Буабодран, германий - К. Винклер).

Ғалымның көзінің тірісінде  ол болжаған элементтер ашылып, периодтық  заңның дұрыстығының айғағы болды. Галлий Ga 1875 ж., скандий Sc 1879 ж., германий (Ge) 1885 ж. ашылды. Д. И. Менделеев есептеу жолымен анықтаған сипаттамалары олардың тәжірибе жүзінде анықталған шамаларына сәйкес келеді. Периодтық заң ашылған кезде белгісіз бекзат газдар да қасиеттеріне қарай галогендер мен сілтілік металдар арасынан орын алды. Заңның ашылған кезінде кейбір элементтердің валенттіліктері мен атомдық массалары дұрыс анықталмаған еді. Элементтердің қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары сақталатындай етіп, Менделеев бериллийдін, (Be), торийдің (Тһ), церийдің (С1), индийдің (In), т.б. кейбір элементтердің атомдық массаларын түзетті.

Периодтық заң табиғаттың дамуы мен бірлігін көрсететін жалпы  заңдарға жатады. Бұл заңның құрылымдық кескіні болып табылатын периодтық  жүйеде периодтар бойынша элементтердің  сыртқы қабаттарында электрондар санының  біртіндеп өсуінен (1-8) металдық қасиет екідайлылық арқылы бейметалдыққа  ауысады. Бұл заңдылық табиғаттың санның сапаға ауысу заңының бір көрінісі. Табиғаттың тағы бір жалпы заңы —  терісті терістеу бір периодтан  екіншісіне өткенде байқалады. Әрбір  келесі периодтың элементі өзіне  ұқсас алдыңғы периодтың (III—>11) элементінің (К—>Na, CI—>Ғ) қасиетін қайталағанымен, оның касиеті алдыңғы элементтікінен аздап өзгешеленеді, яғни олардың  белсенділігі жоғарырақ екенін көреміз. Қарама-қарсылықтың күресі мен бірлігі - периодтың басынан аяғына жеткенде байқалады (Na - CI; К - Вг).

Периодтық заңға сүйеніп  радиобелсенді элементтер ашылды, бұл  еңбектер әлі де жалғасуда. Осы айтылғандардың барлығы Менделеевтің периодтық  заңды ашуы сәті түскен іс емес, терең  ғылыми танымдық маңызы бар табиғаттың іргелі заңдарының бірі екенін дәлелдейді. Д. И. Менделеевтің периодтық заңы атом құрылысы туралы ілімнің дамуына зор әсер етті, ал атом құрылысы теориясы периодтық заңының физикалық мәнін терең түсінуге жағдай жасады. Атом құрылысы теориясының дамуы нәтижесінде ураннан кейінгі элементтерді синтездеу мүмкін болды және атом энергиясын ашып оны халық шаруашылығында пайдалану іске асырылды. Периодтық заң химиямен байланысты басқа да ғылымдардың дамуына аса үлкен әсерін тигізді.