Периодическая таблица менделеева

История открытия Периодического закона.

К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно.
В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад»: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий; хлор, бром и йод и др.). Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Обе указанные модели не привлекли внимания научной общественности.

В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого («закон октав») внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864). Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира.

По легенде, мысль о системе химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Написав на карточках основные свойства каждого элемента (их в то время было известно 63, из которых один — дидим Di — оказался в дальнейшем смесью двух вновь открытых элементов празеодима и неодима), Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.

Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.

Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, целый ряд физических и химических свойств.

Строение периодической системы

Для начала рассмотрим понятия таблица и система. Вы не один раз видели таблицу, она состоит из строк и столбцов. Но почему творение Менделеева имеет названия как таблица, так система да еще и с добавлением периодическая.

В таблице содержится упорядоченная информация в определённом порядке. Система указывает, что сведения связаны между собой. Периодичность означает, что через какой-то промежуток или отрезок происходит повторение свойств.

Как уже известно, в периодической системе находятся элементы. Принцип их расположения — это увеличение их атомной массы.

В таблице имеются строки – это периоды, и столбцы – группы.

Существует несколько вариантов ПСХЭ, так называемый короткий и длинный вариант.

 

 

Короткий вариант имеет 8 групп, номера которых указаны римскими цифрами I, II…VIII, содержит главную (А) и побочную (В) группы. Длинный формат вмещает 18 групп, нумерация осуществляется арабскими цифрами I, II…XVIII,

Если посмотреть на таблицу, то видим закономерность, так как абсолютно каждый период будет начинаться активным металлом и заканчиваться инертным газом. Такая периодичность сохраняется 7 раз.

Как видно из таблицы, I период включает 2 элемента, II и III состоят из 8, IV и V содержат 18, самые большие – это VI и VII вмещают 32 элемента (VII период незаконченный).

В периоде с ростом атомной массы металлические свойства уменьшаются, неметаллические – увеличиваются.

Вертикальные столбцы образуют группы. Это условно компании, где собираются единомышленники. Точнее, располагаются элементы, подобные по своим свойствам.

Обратите внимание, что подобие характерно только в пределах подгруппы. Так, натрий и медь принадлежат одной I группе, но располагаются в разных подгруппах

Натрий – элемент главной подгруппы, медь – побочной. Именно по этой причине они будут иметь разные физические и химические свойства.

В пределах группы с ростом атомной массы металлические свойства увеличиваются, неметаллические – уменьшаются.

Таким образом, периодическую систему можно условно назвать домом химических элементов, где каждый из них занимает своё определённое место (порядковый номер) согласно его свойствам.

Рассмотрим подробнее на примере 2 и 3 периода. Что показывает сравнение: оба периода начинаются с активных металлов Li и Na, для которых характерно существование в виде соединений, в свободном виде могут находиться только под слоем керосина. Они относятся к группе щелочных металлов. Анализируя схему, мы видим, что первые три группы образованны металлами. С IV – VII находятся неметаллы. «Закрывают период» инертные газы.

Особое внимание располагают к себе элементы VI и VII периоды, которые образуют «семейство» лантаноидов (Лантан № 57) и актиноидов (Актиний 89), они формально близки к скандию. Но из-за их количества они вынесены за пределы системы

Свойства таблицы Менделеева

Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

• усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
• возрастает атомный радиус;
• возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
• электроотрицательность падает.

Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇, RO₄, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).

Оксиды состава R₂O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇ проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH₄, RH₃, RH₂, RH.

Соединения RH₄ имеют нейтральный характер; RH₃ — слабоосновный; RH₂ — слабокислый; RH — сильнокислый характер.

Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:

• электроотрицательность возрастает;
• металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
• атомный радиус падает.

«Периодическая система химических элементов»

Ключевые слова конспекта: Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, группы и периоды Периодической системы, физический смысл порядкового номера химического элемента.

Периодическая система химических элементов — это таблица, в которой все химические элементы расположены в порядке возрастания атомных номеров. Таблица включает в себя периоды и группы, т.е. горизонтальные строчки и вертикальные столбцы.

Период — это последовательность (горизонтальный ряд в таблице) элементов с возрастающими атомными номерами, начинающаяся щелочным металлом (или водородом) и заканчивающаяся благородным газом.

Число электронных слоев в атомах данного периода равно номеру периода.

В периодах с возрастанием атомного номера Z металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются.

Группа — это вертикальная колонка элементов в таблице, включающая элементы с одинаковой максимальной степенью окисления, равной номеру группы, и одинаковой отрицательной степенью окисления, для атомов неметаллов равной номеру группы минус 8.

В группах с возрастанием атомного номера Z металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Число валентных электронов атома обычно равно номеру группы.

В коротком варианте таблицы Менделеева различают малые периоды — 1-й, 2-й и 3-й, содержащие 2, 8 и 8 элементов соответственно, а также большие периоды — 4-й, 5-й, 6-й и незавершенный 7-й. Каждый большой период таблицы включает две строчки (два ряда). Например, в 4-м периоде, начинающемся калием ₁₉K, последний элемент в верхней строчке — никель ₂₈Ni, он в числе элементов триады (Fe, Со, Ni) попадает в VIII группу. Следующий элемент — медь ₂₉Cu записан строчкой ниже и находится в I-й группе.

Каждая группа с номерами от I до VIII включает две группы — А и Б.

A-группы включают элементы малых периодов, а также элементы больших периодов, которые по свойствам наиболее близки к соответствующим элементам малых периодов.

Б-группы включают элементы больших периодов, в атомах которых электроны, появляющиеся в них с увеличением заряда ядра, попадают в слой, предшествующий внешнему.

Физический смысл порядкового номера химического элемента:

1. это число нейтронов в атоме;
2. это относительная атомная масса;
3. это число энергетических уровней в атоме;
4. это число протонов в ядре.

Конспект урока «Периодическая система химических элементов».

Следующая тема: «Закономерности изменения свойств элементов и их соединений в связи с положением в Периодической системе».

Инертные (благородные) газы

Группа VIII(18). Атомы элементов этой группы имеют полностью «укомплектованный» внешний электронный слой. Поэтому им «не надо» принимать электроны. И отдавать их они «не хотят». Отсюда — элементы этой группы очень «неохотно» вступают в химические реакции. Долгое время считалось, что они вообще не вступают в реакции (отсюда и название «инертный», т.е. «бездействующий»). Но химик Нейл Барлетт открыл, что некоторые из этих газов при определенных условиях все же могут вступать в реакции с другими элементами.

Электронные конфигурации:

• Ne — 1s22s22p6;
• Ar — 1s22s22p63s23p6;
• Kr — 1s22s22p63s23p64s23d104p6

Подробнее об инертных (благородных) газах см. Атомы элементов 0 группы: общая характеристика…

Длиннопериодная форма таблицы Менделеева

Именно нечто подобное и было создано Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Именно такой вариант таблицы наиболее наглядно иллюстрирует периодический закон. К сожалению, у длиннопериодной формы есть один недостаток: таблица занимает слишком много места. Именно поэтому многие отдают предпочтение короткопериодной форме.

&nbsp

IA

IIA

IIIB

&nbsp

IVB

VB

VIB

VIIB

&nbsp VIIIB

IB

IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

1

1 H

&nbsp

1H

2He

2

3Li

4Be

&nbsp

5B

6C

7N

9F

10Ne

3

11Na

12Mg

&nbsp

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar

4

19K

20Ca

21Sc

&nbsp

22Ti

23V

24Cr

25Mn

26Fe

27Co

28Ni

29Cu

30Zn

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

36Kr

5

37Rb

38Sr

39Y

&nbsp

40Zr

41Nb

42Mo

43Tc

44Ru

45Rh

46Pd

47Ag

48Cd

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe

6

55Cs

56Ba

57La

58Ce

59Pr

60Nd

61Pm

62Sm

63Eu

64Gd

65Tb

66Dy

67Ho

68Er

69Tm

70Yb

71Lu

72Hf

73Ta

74W

75Re

76Os

77Ir

78Pt

79Au

80Hg

81Tl

82Pb

83Bi

84Po

85At

86Rn

7

87Fr

88Ra

89Ac

90Th

91Pa

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

97Bk

98Cf

99Es

100Fm

101Md

102No

103Lr

104Ku

105Ns

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

А>

Периоды и группы

Как уже говорилось выше, периодическая таблица состоит из семи периодов. В каждом периоде атомные номера элементов увеличиваются слева направо.

Свойства элементов в периодах изменяются последовательно: так натрий (Na) и магний (Mg), находящиеся в начале третьего периода, отдают электроны (Na отдает один электрон: 1s22s22p63s1; Mg отдает два электрона: 1s22s22p63s2). А вот хлор (Cl), расположенный в конце периода, принимает один элемент: 1s22s22p63s23p5.

Свойства химических элементов в пределах одного периода различаются.

В группах же, наоборот, все элементы обладают одинаковыми свойствами. Например, в группе IA(1) все элементы, начиная с лития (Li) и заканчивая францием (Fr), отдают один электрон. А все элементы группы VIIA(17), принимают один элемент.

Некоторые группы настолько важны, что получили особые названия. Эти группы рассмотрены ниже.

Задания

§1. Предмет химии. Вещества и их свойства

1

2

3

4

5

Тестовые задания

§2. Методы познания в химии

1

2

Тестовые задания

§4. Чистые вещества и смеси

1

2

3

4

5

Тестовые задания

Лабораторный опыт

§6. Физические и химические явления. Химические реакции

1

2

3

Тестовые задания

Лабораторный опыт

§7. Атомы, молекулы и ионы

2

3

4

5

6

7

8

Тестовые задания

§8. Вещества молекулярного и немолекулярного строения

1

2

3

4

Тестовые задания

§9. Простые и сложные вещества

1

2

3

Тестовые задания

§10. Химические элементы

1

2

Тестовые задания

Лабораторный опыт

§11. Относительная атомная масса химических элементов

1

2

3

Тестовые задания

§12. Знаки химических элементов

1

2

3

4

Тестовые задания

§13. Закон постоянства состава веществ

1

2

3

§14. Химические формулы. Относительная молекулярная масса

1

2

3

4

5

6

7

8

Тестовые задания

§15. Вычисления по химическим формулам. Массовая доля элемента в соединении

1

2

3

4

5

6

7

8

Тестовые задания

§16. Валентность химических элементов. Определение валентности элементов по формулам их соединений

1

2

3

4

5

Тестовые задания

§17. Составление химических формул по валентности

1

2

3

4

5

6

7

Тестовые задания

§18. Атомно-молекулярное учение

1

2

3

§19. Закон сохранения массы веществ

1

2

3

4

Тестовые задания

§20. Химические уравнения

1

2

3

4

5

6

Тестовые задания

§21. Типы химических реакций

1

2

3

Лабораторный опыт 1

Лабораторный опыт 2

§22. Кислород, его общая характеристика, нахождение в природе и получение

1

2

3

4

5

6

7

Тестовые задания

§23. Свойства кислорода

1

2

3

4

5

6

7

Тестовые задания

Лабораторный опыт

§24. Применение кислорода. Круговорот кислорода в природе

2

3

4

5

Тестовые задания

§25. Практическая работа 3. Получение и свойства кислорода

Практическая работа 3

§26. Озон. Аллотропия кислорода

1

2

3

Тестовые задания

§27. Воздух и его состав

1

2

3

4

5

6

7

8

Тестовые задания

§28. Водород, его общая характеристика, нахождение в природе и получение

1

2

3

4

5

Тестовые задания

§29. Свойства и применение водорода

1

2

3

Тестовые задания

Лабораторный опыт

§30. Практическая работа 4. Получение водорода и исследование его свойств

Практическая работа 4

§31. Вода

1

2

3

4

§32. Химические свойства и применение воды

1

Тестовые задания

§33. Вода – растворитель. Растворы

1

2

3

4

5

Тестовые задания

§34. Массовая доля растворённого вещества

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тестовые задания

§36. Количество вещества. Моль. Малярная масса

1

2

3

4

5

Тестовые задания

§37. Вычисления с использованием понятий «количество вещества» и «молярная масса»

1

2

3

§38. Закон Авогадро. Малярный объём газов

1

2

3

4

§39. Объёмные отношения газов при химических реакциях

1

2

3

Тестовые задания

§40. Оксиды

1

2

3

4

5

6

7

Тестовые задания

§41. Гидроксиды. Основания

1

2

3

§42. Химические свойства оснований

1

2

3

4

5

Тестовые задания

Лабораторный опыт 1

Лабораторный опыт 3

Лабораторный опыт 4

§43. Амфотерные оксиды и гидроксиды

1

2

3

4

5

Тестовые задания

Лабораторный опыт

§44. Кислоты

1

2

3

4

Тестовые задания

§45. Химические свойства кислот

1

2

3

4

5

Лабораторный опыт 2

§46. Соли

1

2

3

4

5

Тестовые задания

§47. Химические свойства солей

1

2

3

4

5

§48. Практическая работа 6. Решение экспериментальных задач по теме «Важнейшие классы неорганических соединений»

Практическая работа 6

§49. Классификация химических элементов

1

2

3

4

5

6

Тестовые задания

§50. Периодический закон Д. И. Менделеева

1

2

3

Тестовые задания

§51. Периодическая таблица химических элементов

1

2

3

4

Тестовые задания

§52. Строение атома

1

2

3

Тестовые задания

§53. Распределение электронов по энергетическим уровням

1

2

Тестовые задания

§54. Значение периодического закона

1

2

§55. Электроотрицательность химических элементов

1

2

Тестовые задания

§56. Основные виды химической связи

1

2

3

4

§57. Степень окисления

1

2

3

4

Знаки химических элементов

Химические элементы в Периодической системе обозначаются химическими знаками или символами.

Шведский химик Й. Берцелиус предложил в качестве символа для каждого элемента записывать начальные буквы латинского названия химического элемента.

{"questions":,"answer":0}}},{"content":"Кто предложил записывать знаки химических элементов начальными буквами их латинских названий?`choice-6`","widgets":{"choice-6":{"type":"choice","options":,"explanations":,"answer":}}}]}

Названия некоторых химических элементов отражают их важные свойства. К примеру, кислород – рождающий кислоты, водород – рождающий воду и т. д.

Другие названия заимствованы из мифологии, как тантал.

Это имя одного из сыновей Зевса. Он совершил преступление перед богами и был наказан: стоял по горло в воде, а над его головой свисали ветви с ароматными плодами. Но как только он хотел напиться или поесть, ветви отклонялись в сторону, а вода утекала.

Выделяя тантал из руд, химики также испытали немало мучений.

Отдельные элементы названы в честь планет Солнечной системы или различных небесных тел: плутоний, уран, селен (с греч. Селена – Луна).

Некоторые названы в честь стран, городов или частей света: европий, германий, скандий, берклий, дубний, америций.

Также в названиях элементов воспеты имена величайших исследователей: эйнштейний, кюрий, менделеевий.

Альберт Эйнштейн во время чтения лекции (Вена, 1921)

{"questions":,"items":}}}]}

ФАКТЫ

История открытия химического элемента $Na$ (натрия)

Натрий и его соединения известны с давних времен. Еврейское слово neter встречается в Библии как название вещества, которое вскипает с уксусом.

Сода (натрон), встречается в природе в водах натронных озер в Египте.

Древние египтяне использовали природную соду для отбеливания холста, варки пищи, бальзамирования, изготовления глазурей и красок.

Как писал Плиний Старший, в дельте Нила соду выделяли из речной воды.

Она продавалась в виде больших кусков, а из-за примесей угля была окрашена в серый или черный цвет.

Название «натрий» произошло от латинского слова natrium, которое заимствовали из среднеегипетского языка, где оно означало: «сода», «едкий натр».

Аббревиатура «$Na$» и слово natrium были впервые использованы Йенсом Якобсом Берцелиусом для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода.

Английский химик Хемфри Дэви в 1807 году впервые получил натрий  электролизом расплава гидроксида натрия.

Периодический закон Д. И. Менделеева

Проанализировав изменения свойств элементов II и III периода, можно сделать выводы, которые Д. И. Менделеев записал в виде периодического закона.

Благодаря периодическому закону, зная расположение элемента в периодической системе, мы можем прогнозировать свойства веществ. Элементы входят в состав как простых, так и сложных веществ, влияя при этом на их свойства. Обобщить данные тезисы можно в виде таблицы.

Таблица 1. Изменение свойств химических элементов в ПСХЭ

Рассмотрим на примере I группы. Li, Na, K, Cs, Fr собрались в компанию одновалентных металлов, которые образуют основные оксиды состава Ме₂О. При взаимодействии с водой образуют щёлочь. Эти характеристики их объединяют. Теперь рассмотрим отличия. Вам уже известно, что в пределах группы с ростом атомной массы металлические свойства увеличиваются.

Как это сказывается на реакционной способности данных металлов?

Интенсивность и скорость реакции калия и лития с водой будет отличаться. Реакция калия будет сопровождаться бурным выделением водорода, в то время как литий будет спокойно реагировать с водой.

Зная формулу и состав высшего оксида, можем предположить его характер. Например, марганец образует оксиды MnO, MnO₂, Mn₂O₇. Таблица поможет нам предположить их свойства.

MnO – будет основным оксидом (ищем аналогию со II группой), ему будет отвечать основание Mn(OH)₂. Не трудно догадаться, что MnO₂ и Mn₂O₇ будут кислотными (подобно IV и VII группе), они образуют кислоты H₂MnO₃ и HMnO₄.

Свинец образует два оксида PbO и PbO₂. Оксид свинца (II) PbO будет основной, оксид свинца (IV)PbO₂– кислотный.

Часто задаваемые вопросы

Как Д. И. Менделеев придумал Периодическую систему химических элементов?

Ходят слухи, что Периодическая таблица приснилась Дмитрию Ивановичу, но это не так.Одно время российский ученый работал над курсом лекций по общей химии, что и подтолкнуло его к созданию таблицы. Тогда исследователи уже выявили, что некоторые химические элементы схожи между собой, но объединяющей все элементы таблицы не было.Менделеев часами перебирал карточки с названиями элементов и их атомными весами, пока не обнаружил искомую закономерность. 13 марта 1869 года Менделеев закончил составление таблицы.

Почему латинское название золота Aurum (аурум), а серебра – Argentum (аргентум)?

Золото получило такое название, потому что по-латински aurum означает «желтый», что указывает на цвет металла.Серебро в свою очередь получило латинское название argentum, потому что произошло от греческого слова argos, что означает «блистающий», «белый», а также указывает на цвет металла.