Периодическая система химических элементов Менделеева

 

Оглавление 

 

Введение…………………………………………………………………………2

Глава Ι.

Периодический закон Д. И. Менделеева………………………………………4

Глава ΙΙ.

2.1 Структура периодической системы………………………………………..8

2.2 Связь между электронным строением атомов и положением элементов в периодической системе………………………………………………………...13

2.3 Периодически и непериодически изменяющиеся свойства элементов…16

Глава ΙΙΙ.

Значение периодической системы……………………………………………..20

Заключение………………………………………………………………………25

Список литературы……………………………………………………………...27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

После утверждения атомно-молекулярной теории важнейшим событием в химии  было открытие периодического закона. Это открытие, сделанное в 1869 году гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым, создало новую эпоху в химии, определив пути ее развития на много  десятков лет вперед. Опирающаяся  на периодический закон классификация  химических элементов, которую Менделеев  выразил в форме периодической  системы, сыграла очень важную роль в изучении свойств химических элементов  и дальнейшем развитии учения о строении вещества.

Попытки систематизации химических элементов предпринимались и  до Менделеева. Однако они преследовали только классификационные цели и  не шли дальше объединения отдельных  элементов в группы на основании сходства их химических свойств. При этом каждый элемент рассматривался как нечто обособленное, не стоящее в связи с другими элементами.

Периодический закон и  Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева – основа современной химии. Они относятся  к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально  существующие в природе,  и поэтому  никогда не потеряют своего значения.

Их открытие было подготовлено всем ходом истории развития химии, однако потребовалась гениальность Д. И. Менделеева, его дар научного предвидения, чтобы эти закономерности были сформулированы и графически представлены в виде таблицы.

История химии знает не одну сотню попыток систематизации химических элементов.

Десятилетия напряженной  научной работы ученых разных стран (Иоганн Деберейнер, Джон Ньюлендс, Лотар  Мейер и др.) были отданы поискам  принципа естественной классификации  элементов. Однако они не шли дальше установления групп элементов с похожими химическими элементами.

Завершить работу по систематизации элементов удалось лишь Д. И. Менделееву. В основу систематизации элементов  он положил их атомный вес. На заседании  Русского химического общества 19 марта 1869 года Николаем Меншуткиным было прочитано сообщение Менделеева об открытии периодического закона.

Менделеев предложил строгую, лаконичную и вместе с тем самую  выразительную форму – систему  химических элементов, графическим изображением которой является таблица.

Периодический закон явился не только плодом гениальной мысли, но и огромного, кропотливого и целеустремленного  труда. Менделеев творчески и  критически проанализировал и обобщил  весь разрозненный фактический материал об известных в то время 63 химических элементах.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ι Периодический закон Д. И. Менделеева

Предпосылкой открытия Периодического закона послужили решения международного съезда химиков в городе Карлсруэ в 1860 году, когда окончательно утвердилось  атомно-молекулярное учение были предприняты  первые единые определения понятий  молекулы и атома, а также атомного веса, который мы теперь называем относительной  атомной массой.

Д. И. Менделеев в своём  открытии опирался на чётко сформулированные исходные положения:

• Общее неизменное свойство атомов всех химических элементов – их атомная масса;
• Свойства элементов зависят от их атомных масс;
• Форма этой зависимости – периодическая.

В отличие от своих предшественников Менделеев был глубоко убежден, что между всеми химическими  элементами должна существовать закономерная связь, объединяющая их в единое целое, и пришел к заключению, что в  основу систематики элементов должна быть положена их относительная атомная  масса.

Действительно, расположив все элементы в порядке возрастающих атомных масс, Менделеев обнаружил, что сходные в химическом отношении  элементы встречаются через правильные интервалы и что, таким образом, в ряду элементов многие их свойства периодически повторяются.

Эта замечательная закономерность получила свое выражение в периодическом законе, который Менделеев формулировал следующим образом:

Свойства простых  тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся  в периодической зависимости  от величины атомных весов элементов.¹

Приведенная формулировка нисколько  не противоречит современной, в которой  понятие "атомный вес" заменено понятием "заряд ядра". Ядро состоит  из протонов и нейтронов. Число протонов и нейтронов в ядрах большинства  элементов примерно одинаково, поэтому  атомный вес увеличивается примерно так же, как увеличивается число  протонов в ядре (заряд ядра Z).

Д.Дальтон ввел в науку  важнейшую количественную характеристику атомов химических элементов - относительный  вес атомов или атомный вес. 
При отыскании закономерностей в свойствах атомов химических элементов ученые прежде всего обратили внимание на характер изменения атомных весов. В 1815-1816 гг. английский химик У. Праут (1785-1850) опубликовал в "Анналах философии" две анонимные статьи, в которых была высказана и обоснована идея, что атомные веса всех химических элементов являются целочисленными (т.е. кратными атомному весу водорода, который принимался тогда равным единице): "Если взгляды, которые мы решились высказать, правильны, то мы почти можем считать, что первоматерия древних воплощена в водороде...". Гипотеза Праута была очень заманчивой и вызвала постановку многих экспериментальных исследований с целью возможно более точного определения атомных  
весов химических элементов.

Чтобы познакомиться с  найденной Менделеевым закономерностью, выпишем подряд по возрастающей атомной  массе первые 20 элементов.

Под символом каждого элемента поместим его округленную атомную массу и формулу его кислородного соединения, отвечающего наибольшей валентности элемента по кислороду:

 

   Н               Не                Li                Be               B              C              N

водород               гелий                  литий               бериллий               бор              углерод             азот

     1                         4                         6,9                         9                      10,8                  12                   14

         Н₂О               -                Li₂O            BeO            B₂O₃         CO₂         N₂O₅

           O                 F                 Ne               Na              Mg           Al             Si

          кислород               фтор                     неон                 натрий               магний        алюминий       кремний

                16                       19                        20,2                      23                     24,3                  27                 28,1

            -                F₂O                 -              Na₂O           MgO       Al₂O₃              SiO₂

           P                  S                 Cl                Ar               K             Ca

          фосфор                  сера                      хлор                   аргон                 калий           кальций

               31                       32,1                      35,5                     39,9                    39.1                40,1

         P₂O₅                    SO₃                    Cl₂O₇              -                K₂O         CaO

 

В этом ряду сделано исключение только для калия, который должен был бы стоять впереди аргона. Как  увидим впоследствии, это исключение находит полное оправдание в современной теории строения атома.

Не останавливаясь на водороде и гелии, посмотрим, какова последовательность в изменении свойств остальных  элементов.

Литий – одновалентный  металл, энергично разлагающий воду с образованием щелочи. За литием идет бериллий – тоже металл, но двухвалентный, медленно разлагающий воду при обычной  температуре. После бериллия стоит  бор – трехвалентный элемент  со слабо выраженными  неметаллическими свойствами, проявляющий однако некоторые свойства металла. Следующее место в ряду занимает углерод – четырехвалентный неметалл. Далее идут: азот – элемент с довольно резко выраженными свойствами неметалла; кислород – типичный неметалл; наконец, седьмой элемент фтор – самый активный из неметаллов, принадлежащий к группе галогенов.

Таким образом, металлические  свойства, ярко выраженные у лития, постепенно ослабевают при переходе от одного элемента к другому, уступая  место неметаллическим свойствам, которые наиболее сильно проявляются  у фтора. В  то же время по мере увеличения атомной массы валентность  элементов по отношению к кислороду, начиная с лития, увеличивается  на единицу каждого следующего элемента (единственное исключение из этой закономерности представляет фтор, валентность которого по кислороду равна единице; это связано с особенностями строения атома фтора).

Если бы изменение свойств  и дальше происходило в том  же направлении, то после фтора следовал бы элемент с еще более ярко выраженными неметаллическими свойствами. В действительности же следующий  за фтором элемент – неон представляет собой благородный газ, не соединяющийся  с другими элементами и не проявляющий  ни металлических, ни неметаллических  свойств.

За неоном идет натрий –  одновалентный металл, похожий на литий. С ним как бы вновь возвращаемся к уже рассмотренному ряду. Действительно, за натрием следует магний – аналог бериллия; потом алюминий, хотя и металл, а не неметалл, как бор, но тоже трехвалентный, обнаруживающий некоторые неметаллические свойства. После него идут кремний – четырехвалентный неметалл, во многих отношениях сходный с углеродом; пятивалентный фосфор, по химическим свойствам похожий на азот; сера – элемент с резко выраженными неметаллическими свойствами; хлор – очень энергичный неметалл, принадлежащий к той же группе галогенов, что и фтор, и, наконец, опять благородный газ аргон.

Если проследить изменение  свойств всех остальных элементов, то окажется, что в общем оно  происходит в таком же порядке, как и у первых шестнадцати (не считая водорода и гелия) элементов: за аргоном опять идет одновалентный щелочной металл калий, затем двухвалентный металл кальций, сходный с магнием, и т. д.

Таким образом, изменение свойств химических элементов по мере возрастания их атомной массы не совершается непрерывно в одном и том же направлении, а имеет периодический характер. Через определенное число элементов происходит как бы возврат назад,  к исходным свойствам, после чего в известной мере вновь повторяются свойства предыдущих элементов в той же последовательности, но с некоторыми качественными и количественными различиями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ΙΙ Структура периодической системы

Существует несколько  сотен вариантов изображения  периодической системы. Наиболее широко используются длинный и короткий варианты. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества. Остановимся  на рассмотрении популярной в нашей  стране короткой формы периодической системы.

Основным принципом построения периодической системы является разделение всех химических элементов  на группы и периоды. Периодическая система элементов состоит из 8 групп и 7 периодов.

Ряды элементов, в пределах которых свойства изменяются последовательно, как, например, ряд из восьми элементов  от лития до неона или от натрия до аргона, Менделеев назвал периодами. Если написать эти два периода  один под другим так, чтобы под  литием находился натрий, а под  неоном – аргон, то получится следующее  расположение элементов:

 

Li               Be             B            C            N              O               F                Ne

Na              Mg           Al           Si            P               S              Cl                Ar

 

При таком расположении в  вертикальные столбцы попадают элементы, сходные по своим свойствам и  обладающие одинаковой валентностью, например, литий и натрий, бериллий и магний и т. д.

Разделив все элементы на периоды и располагая один период под другим так, чтобы сходные  по свойствам и типу образуемых соединений элементы приходились друг под другом, Менделеев составил таблицу, названную им периодической системой элементов по группам и рядам. Эта таблица в современном виде, дополненная уже после Менделеева элементами  в настоящее время имеется во всех книгах по химии. Она состоит из десяти горизонтальных рядов и восьми вертикальных столбцов, или групп, в которых один под другим размещены сходные между собой элементы.