A periodikus rendszer a kémiai elemek rendezett halmaza, természetes osztályozása, amely a kémiai elemek periodikus törvényének grafikus (táblázatos) kifejezése. A modernhez sok tekintetben hasonló szerkezetét D. I. Mengyelejev dolgozta ki a periodikus törvény alapján 1869–1871-ben.
A periódusos rendszer prototípusa a D. I. Mengyelejev által 1869. március 1-jén összeállított „Az elemek rendszerének tapasztalata atomtömegük és kémiai hasonlóságuk alapján” volt. A tudós két és fél év alatt folyamatosan fejlesztette „Egy rendszer tapasztalata” bevezette az elemek csoportjainak, sorozatainak és periódusainak gondolatát. Ennek eredményeként a periódusos rendszer szerkezete nagyrészt modern körvonalakat kapott.
Kialakulása szempontjából fontossá vált egy elemnek a rendszerben elfoglalt helyének fogalma, amelyet a csoport és a periódus számai határoznak meg. E koncepció alapján Mengyelejev arra a következtetésre jutott, hogy meg kell változtatni néhány elem atomtömegét: az uránt, az indiumot, a cériumot és műholdait. Ez volt a periódusos rendszer első gyakorlati alkalmazása. Mengyelejev első ízben jósolta meg több ismeretlen elem létezését és tulajdonságait is. A tudós részletesen ismertette az eka-alumínium (a gallium jövője), az eka-bór (scandium) és az eka-szilícium (germánium) legfontosabb tulajdonságait. Ezenkívül megjósolta a mangán (jövő technécium és rénium), tellúr (polónium), jód (asztatin), cézium (Franciaország), bárium (rádium), tantál (protactinium) analógjainak létezését. A tudós előrejelzései ezekre az elemekre vonatkozóan általános jellegűek voltak, mivel ezek az elemek a periódusos rendszer kevéssé vizsgált területein helyezkedtek el.
A periodikus rendszer első változatai nagyrészt csak empirikus általánosítást jelentettek. Hiszen a periodikus törvény fizikai jelentése nem volt egyértelmű, az elemek tulajdonságainak az atomtömeg növekedésétől függő periodikus változásának okaira nem volt magyarázat. E tekintetben sok probléma megoldatlan maradt. Vannak határai a periódusos rendszernek? Meg lehet határozni a létező elemek pontos számát? A hatodik periódus szerkezete tisztázatlan maradt – mennyi volt a ritkaföldfémek pontos mennyisége? Nem ismert, hogy a hidrogén és a lítium között léteznek-e még elemek, mi volt az első időszak szerkezete. Ezért egészen a periodikus törvény fizikai megalapozásáig és a periódusos rendszer elméletének kidolgozásáig nem egyszer adódtak komoly nehézségek. Az 1894–1898-as felfedezés váratlan volt. öt inert gáz, amelyeknek úgy tűnt, nincs helye a periódusos rendszerben. Ezt a nehézséget kiküszöbölték annak az ötletnek köszönhetően, hogy a periódusos rendszer szerkezetébe egy független nulla csoportot kell beépíteni. Radioelemek tömeges felfedezése a 19. és 20. század fordulóján. (1910-re számuk körülbelül 40 volt) éles ellentmondáshoz vezetett a periódusos rendszerben való elhelyezésük szükségessége és a meglévő struktúra között. A hatodik és a hetedik periódusban csak 7 szabad hely volt számukra. Ezt a problémát az eltolási szabályok felállítása és az izotópok felfedezése oldotta meg.
A periodikus törvény fizikai jelentésének és a periódusos rendszer szerkezetének megmagyarázhatatlanságának egyik fő oka az volt, hogy nem ismert, hogyan épül fel az atom (lásd: Atom). A periódusos rendszer fejlődésének legfontosabb mérföldköve E. Rutherford (1911) atomi modelljének megalkotása volt. Ennek alapján A. Van den Broek (1913) holland tudós azt javasolta, hogy egy elem sorozatszáma a periódusos rendszerben numerikusan megegyezik az atommagjának töltésével (Z). Ezt kísérletileg megerősítette G. Moseley angol tudós (1913). A periodikus törvény fizikai indoklást kapott: az elemek tulajdonságaiban bekövetkezett változások periodicitását az elem atommagjának Z - töltésétől, és nem az atomtömegétől függően kezdték figyelembe venni (lásd: A kémiai elemek periodikus törvénye).
Ennek eredményeként a periódusos rendszer szerkezete jelentősen megerősödött. A rendszer alsó határa meghatározásra került. Ez a hidrogén – az az elem, amelynek minimum Z = 1. Lehetővé vált a hidrogén és az urán közötti elemek számának pontos becslése. A periódusos rendszerben „réseket” azonosítottak, amelyek az ismeretlen elemeknek felelnek meg, amelyeknek Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. A ritkaföldfémek pontos számával kapcsolatos kérdések azonban tisztázatlanok maradtak, és ami a legfontosabb, az okai az elemek tulajdonságaiban bekövetkezett változások periodicitása nem derült ki Z-től függően.
A periodikus rendszer kialakult szerkezete és az atomspektrumok vizsgálatának eredményei alapján N. Bohr dán tudós 1918–1921. ötleteket dolgozott ki az elektronikus héjak és részhéjak atomokban való felépítésének sorrendjéről. A tudós arra a következtetésre jutott, hogy az atomok külső héjának hasonló típusú elektronikus konfigurációi rendszeresen ismétlődnek. Így kimutatták, hogy a kémiai elemek tulajdonságaiban bekövetkezett változások periodicitása az elektronikus héjak és az atomok alhéjainak felépítésének periodicitásával magyarázható.
A periódusos rendszer több mint 100 elemet fed le. Ezek közül az összes transzurán elemet (Z = 93-110), valamint a Z = 43 (technécium), 61 (prométhium), 85 (asztatin), 87 (francia) elemeket mesterségesen nyerték. A periódusos rendszer létezésének teljes története során nagyon sok (>500) grafikus ábrázolási változatot javasoltak, elsősorban táblázatok, de különféle geometriai (térbeli és síkbeli) alakzatok formájában is. ), elemző görbék (spirálok, stb.) stb. A leggyakoribbak a rövid, félhosszú, hosszú és létraformák. Jelenleg a rövid formát részesítik előnyben.
A periódusos rendszer felépítésének alapelve a csoportokra és periódusokra bontás. Mengyelejev fogalmát az elemek sorozatáról ma nem használják, mivel nincs fizikai jelentése. A csoportok pedig fő (a) és másodlagos (b) alcsoportokra oszlanak. Minden alcsoport tartalmaz elemeket - kémiai analógokat. Az a- és b-alcsoport elemei a legtöbb csoportban szintén mutatnak bizonyos hasonlóságot egymással, főleg magasabb oxidációs állapotokban, amelyek általában megegyeznek a csoportszámmal. A periódus az elemek halmaza, amely alkálifémekkel kezdődik és inert gázzal végződik (speciális eset az első periódus). Minden időszak szigorúan meghatározott számú elemet tartalmaz. A periódusos rendszer nyolc csoportból és hét periódusból áll, a hetedik periódus még nem zárult le.
Sajátosság első periódus az, hogy csak 2 gáznemű elemet tartalmaz szabad formában: hidrogént és héliumot. A hidrogén helye a rendszerben nem egyértelmű. Mivel az alkálifémekre és halogénekre jellemző tulajdonságokat mutat, ezért vagy az 1a-, vagy a Vlla-alcsoportba, vagy egyszerre mindkettőbe kerül, az egyik alcsoportban zárójelbe helyezve a szimbólumot. A hélium a VIIIa alcsoport első képviselője. Hosszú ideig a hélium és az összes inert gáz független nulla csoportba került. Ez az álláspont felülvizsgálatot igényelt a kripton, xenon és radon kémiai vegyületek szintézise után. Ennek eredményeként a nemesgázok és a korábbi VIII. csoport elemei (vas, kobalt, nikkel és platinafémek) egy csoporton belül egyesültek.
Második a periódus 8 elemet tartalmaz. Az alkálifém-lítiummal kezdődik, amelynek egyetlen oxidációs állapota +1. Következik a berillium (fém, oxidációs állapot +2). A bór már gyengén kifejezett fémes karaktert mutat, és nem fém (oxidációs állapot +3). A bór mellett a szén egy tipikus nemfém, amely +4 és -4 oxidációs állapotot is mutat. A nitrogén, az oxigén, a fluor és a neon mind nem fémek, a nitrogénnek a legmagasabb oxidációs állapota, a csoportszámnak megfelelő +5. Az oxigén és a fluor a legaktívabb nemfémek közé tartoznak. Az inert gáz neon befejezi az időszakot.
Harmadik időszak (nátrium - argon) szintén 8 elemet tartalmaz. Tulajdonságaik változásának jellege nagymértékben hasonló a második periódus elemeinél megfigyelthez. De van itt némi sajátosság is. Így a magnézium a berilliummal ellentétben fémesebb, akárcsak az alumínium a bórhoz képest. A szilícium, a foszfor, a kén, a klór, az argon mind tipikus nemfémek. És mindegyik, kivéve az argont, magasabb oxidációs állapotot mutat, amely megegyezik a csoportszámmal.
Amint látjuk, mindkét periódusban Z növekedésével az elemek fémességének egyértelmű gyengülése és nemfémes tulajdonságainak erősödése tapasztalható. D.I. Mengyelejev a második és a harmadik periódus elemeit (az ő szavaival kicsinek) nevezte. A kis időszakok elemei a természetben a leggyakoribbak közé tartoznak. A szén, a nitrogén és az oxigén (a hidrogénnel együtt) szerves anyagok, vagyis a szerves anyagok fő elemei.
Az első-harmadik periódus minden eleme a-alcsoportokba kerül.
Negyedik időszak (kálium - kripton) 18 elemet tartalmaz. Mengyelejev szerint ez az első nagy időszak. Az alkálifém-kálium és az alkáliföldfém-kalcium után 10 úgynevezett átmenetifémből (scandium - cink) álló elemek sora következik. Mindegyik a b-alcsoportba tartozik. A legtöbb átmenetifém a vas, a kobalt és a nikkel kivételével magasabb oxidációs állapotot mutat, mint a csoportszám. Az elemek a galliumtól a kriptonig az a-alcsoportokba tartoznak. A kriptonhoz számos kémiai vegyület ismert.
Ötödik Az időszak (rubidium - xenon) szerkezetében hasonló a negyedikhez. Tartalmaz továbbá egy 10 átmeneti fémből álló betétet (itrium - kadmium). Ennek az időszaknak az elemei megvannak a maguk sajátosságai. A ruténium - ródium - palládium triádban a ruténiumról ismert vegyületek, ahol +8 oxidációs állapotot mutat. Az a-alcsoportok minden eleme a csoportszámmal megegyező magasabb oxidációs állapotot mutat. A negyedik és ötödik periódus elemeinek tulajdonságaiban bekövetkező változás jellemzői Z növekedésével összetettebbek a második és harmadik periódushoz képest.
Hatodik időszak (cézium - radon) 32 elemet tartalmaz. Ez az időszak 10 átmenetifém (lantán, hafnium - higany) mellett 14 lantanidot is tartalmaz - a cériumtól a lutéciumig. A cériumtól a lutéciumig kémiailag nagyon hasonlóak az elemek, ezért régóta a ritkaföldfémek családjába tartoznak. A periódusos rendszer rövid alakjában a lantanidok sorozata szerepel a lantáncellában, és ennek a sorozatnak a dekódolása a táblázat alján található (lásd: Lantanidák).
Mi a hatodik periódus elemeinek sajátossága? Az ozmium - irídium - platina triádban a +8 oxidációs állapot az ozmiumról ismert. Az asztatin meglehetősen kifejezett fémes karakterrel rendelkezik. A nemesgázok közül a radon a legnagyobb reakcióképességű. Sajnos, mivel erősen radioaktív, kémiáját kevéssé tanulmányozták (lásd Radioaktív elemek).
Hetedik az időszak Franciaországból indul. A hatodikhoz hasonlóan ennek is 32 elemet kell tartalmaznia, de ezek közül 24 a francium és a rádium az Ia és a IIa alcsoport elemei, az aktinium a IIIb alcsoportba tartozik. Következik az aktinidák családja, amely a tóriumtól a lawrenciumig tartalmaz elemeket, és a lantanidokhoz hasonlóan helyezkedik el. Ennek az elemsorozatnak a dekódolása szintén a táblázat alján található.
Most nézzük meg, hogyan változnak a kémiai elemek tulajdonságai alcsoportok periodikus rendszer. Ennek a változásnak a fő mintázata az elemek fémes karakterének erősödése a Z növekedésével Ez a mintázat különösen egyértelműen a IIIa–VIIa alcsoportokban mutatkozik meg. Az Ia–IIIa alcsoportok fémeinél a kémiai aktivitás növekedése figyelhető meg. A IVa–VIIa alcsoportok elemei esetében a Z növekedésével az elemek kémiai aktivitásának gyengülése figyelhető meg. A b-alcsoport elemeinél a kémiai aktivitás változásának természete összetettebb.
A periódusos rendszer elméletét N. Bohr és más tudósok dolgozták ki a 20-as években. XX század és egy valós sémán alapul az atomok elektronikus konfigurációinak kialakítására (lásd Atom). Ezen elmélet szerint a Z növekedésével a periódusos rendszer periódusaiba tartozó elemek atomjaiban az elektronhéjak és részhéjak kitöltése a következő sorrendben történik:
| Periódusszámok | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1s | 2s2p | 3s3p | 4s3d4p | 5s4d5p | 6s4f5d6p | 7s5f6d7p |
A periódusos rendszer elmélete alapján a következő definíciót adhatjuk a periódusra: a periódus olyan elemek halmaza, amelyek a periódusszámmal egyenlő n értékű elemmel kezdődnek, és l = 0 (s-elemek) és végződnek. azonos n értékű elemmel és l = 1 (p-elemes elemek) (lásd Atom). A kivétel az első pont, amely csak 1-es elemeket tartalmaz. A periódusos rendszer elméletéből következően az elemek száma periódusokban: 2, 8, 8, 18, 18, 32...
A táblázatban az egyes típusok elemeinek szimbólumai (s-, p-, d- és f-elemek) meghatározott színű háttéren vannak ábrázolva: s-elemek - piroson, p-elemek - narancssárgán, d-elemek - kéken, f-elemeken - zölden. Mindegyik cella mutatja az elemek rendszámát és atomtömegét, valamint a külső elektronhéjak elektronikus konfigurációit.
A periódusos rendszer elméletéből az következik, hogy az a-alcsoportok olyan elemeket tartalmaznak, amelyekben n egyenlő a periódusszámmal, l = 0 és 1. A b-alcsoportokba azok az elemek tartoznak, amelyek atomjaiban a korábban megmaradt héjak kiteljesedése hiányos fordul elő. Éppen ezért az első, második és harmadik periódus nem tartalmaz b-alcsoport elemeit.
Az elemek periódusos rendszerének szerkezete szorosan összefügg a kémiai elemek atomjainak szerkezetével. Ahogy Z növekszik, a külső elektronhéjak hasonló típusú konfigurációi periodikusan ismétlődnek. Nevezetesen meghatározzák az elemek kémiai viselkedésének főbb jellemzőit. Ezek a tulajdonságok eltérően nyilvánulnak meg az a-alcsoportok elemei (s- és p-elemek), a b-alcsoportok elemei (átmeneti d-elemek) és az f-családok elemei - lantanidok és aktinidák. Különleges esetet képviselnek az első időszak elemei - a hidrogén és a hélium. A hidrogént nagy kémiai aktivitás jellemzi, mivel csak 1s elektronja könnyen eltávolítható. Ugyanakkor a hélium konfigurációja (1s 2) nagyon stabil, ami meghatározza kémiai inaktivitását.
Az a-alcsoportok elemeinél az atomok külső elektronhéjai megtelnek (a periódusszámmal egyenlő n), így ezeknek az elemeknek a tulajdonságai észrevehetően megváltoznak a Z növekedésével, így a második periódusban a lítium (2s konfiguráció). ) aktív fém, amely könnyen elveszíti egyetlen vegyértékelektronját; A berillium (2s 2) szintén fém, de kevésbé aktív, mivel külső elektronjai erősebben kötődnek az atommaghoz. Továbbá a bór (2s 2 p) gyengén kifejezett fémes karakterrel rendelkezik, és a második periódus minden további eleme, amelybe a 2p alhéj épül, már nem fém. A neon (2s 2 p 6) - inert gáz - külső elektronhéjának nyolcelektronos konfigurációja nagyon erős.
A második periódus elemeinek kémiai tulajdonságait az magyarázza, hogy atomjaik a legközelebbi inert gáz elektronikus konfigurációját szeretnék megszerezni (hélium konfiguráció a lítiumtól szénig vagy neon konfiguráció a széntől a fluorig). Emiatt például az oxigén nem tud magasabb oxidációs állapotot felmutatni, mint a csoportszáma: könnyebben éri el a neonkonfigurációt további elektronok megszerzésével. A tulajdonságok változásának ugyanaz a természete nyilvánul meg a harmadik periódus elemeiben és az összes következő periódus s- és p-elemeiben. Ugyanakkor a külső elektronok és az atommag közötti kötés erősségének gyengülése az a-alcsoportokban Z növekedésével a megfelelő elemek tulajdonságaiban nyilvánul meg. Így az s-elemek kémiai aktivitása észrevehető növekedést mutat a Z növekedésével, a p-elemek esetében pedig a fémes tulajdonságok növekedése.
Az átmeneti d-elemek atomjaiban a korábban nem teljes héjak az n főkvantumszám értékével egészülnek ki, ami eggyel kisebb, mint a periódusszám. Néhány kivételtől eltekintve az átmeneti elemek atomjainak külső elektronhéjainak konfigurációja ns 2. Ezért minden d-elem fém, ezért a d-elemek tulajdonságainak változása Z növekedésével nem olyan éles, mint az s- és p-elemeknél. Magasabb oxidációs állapotokban a d-elemek bizonyos hasonlóságot mutatnak a periódusos rendszer megfelelő csoportjainak p-elemeivel.
A triádok (VIIIb-alcsoport) elemeinek tulajdonságainak sajátosságait az magyarázza, hogy a b-alhéjak már közel állnak a befejezéshez. Ez az oka annak, hogy a vas, kobalt, nikkel és platina fémek általában nem hajlamosak magasabb oxidációs állapotú vegyületek előállítására. Az egyetlen kivétel a ruténium és az ozmium, amelyek RuO 4 és OsO 4 oxidokat adnak. Az Ib és IIb alcsoport elemei esetében a d-alhéj valójában teljes. Ezért a csoportszámmal megegyező oxidációs állapotot mutatnak.
A lantanidok és aktinidák atomjaiban (mindegyik fém) a korábban hiányos elektronhéjak úgy egészülnek ki, hogy az n főkvantumszám értéke két egységgel kisebb, mint a periódusszám. Ezen elemek atomjaiban a külső elektronhéj (ns 2) konfigurációja változatlan marad, a harmadik külső N-héj pedig 4f-elektronokkal van kitöltve. Ez az oka annak, hogy a lantanidok annyira hasonlóak.
Az aktinidák esetében a helyzet bonyolultabb. A Z = 90–95 értékű elemek atomjaiban a 6d és 5f elektronok kémiai kölcsönhatásban vehetnek részt. Ezért az aktinidák sokkal több oxidációs állapotúak. Például a neptunium, a plutónium és az americium esetében ismertek olyan vegyületek, amelyekben ezek az elemek hét vegyértékű állapotban jelennek meg. Csak a kúriummal (Z = 96) kezdődő elemeknél válik stabillá a háromértékű állapot, de ennek is megvannak a maga sajátosságai. Így az aktinidák tulajdonságai jelentősen eltérnek a lantanidok tulajdonságaitól, ezért a két család nem tekinthető hasonlónak.
Az aktinidák családja a Z = 103 elemmel végződik (lawrencium). A kurchatovium (Z = 104) és a nilsbórium (Z = 105) kémiai tulajdonságainak értékelése azt mutatja, hogy ezeknek az elemeknek a hafnium és a tantál analógjainak kell lenniük. Ezért a tudósok úgy vélik, hogy az atomokban az aktinidák családja után megkezdődik a 6d alhéj szisztematikus feltöltése. A Z = 106–110 elemek kémiai természetét kísérletileg nem értékelték.
A periódusos rendszer elemeinek végleges száma nem ismert. Felső határának problémája talán a periódusos rendszer fő rejtélye. A természetben felfedezett legnehezebb elem a plutónium (Z = 94). Elérkezett a mesterséges magfúzió határa - egy 110-es rendszámú elem. A kérdés továbbra is nyitott: sikerül-e előállítani nagy rendszámú elemeket, melyeket és hányat? Erre még nem lehet teljes bizonyossággal válaszolni.
Az elektronikus számítógépeken végzett összetett számítások segítségével a tudósok megpróbálták meghatározni az atomok szerkezetét és értékelni a „szuperelemek” legfontosabb tulajdonságait egészen hatalmas sorozatszámokig (Z = 172, sőt Z = 184). A kapott eredmények meglehetősen váratlanok voltak. Például egy olyan elem atomjában, amelynek Z = 121, egy 8p elektron megjelenése várható; ez azután történik, hogy a 8s alhéj kialakulása a Z = 119 és 120 atomokban fejeződött be. De a p-elektronok megjelenése az s-elektronok után csak a második és harmadik periódus elemeinek atomjaiban figyelhető meg. A számítások azt is mutatják, hogy a hipotetikus nyolcadik periódus elemeiben az atomok elektronhéjainak és részhéjainak kitöltése nagyon összetett és egyedi sorrendben történik. Ezért a megfelelő elemek tulajdonságainak felmérése nagyon nehéz feladat. Úgy tűnik, hogy a nyolcadik periódusnak 50 elemet kell tartalmaznia (Z = 119–168), de a számítások szerint a Z = 164 elemnél kell véget érnie, azaz 4 sorszámmal korábban. Az „egzotikus” kilencedik periódusnak pedig, mint kiderült, 8 elemből kell állnia. Íme az „elektronikus” bejegyzése: 9s 2 8p 4 9p 2. Más szóval, csak 8 elemet tartalmazna, mint a második és harmadik periódus.
Nehéz megmondani, hogy a számítógéppel végzett számítások mennyire igazak. Ha azonban beigazolódnának, akkor komolyan át kellene gondolni az elemek periódusos rendszerének és szerkezetének alapjául szolgáló mintázatokat.
A periódusos rendszer óriási szerepet játszott és játszik a természettudomány különböző területeinek fejlődésében. Ez volt az atom-molekuláris tudomány legfontosabb vívmánya, amely hozzájárult a „kémiai elem” modern fogalmának megjelenéséhez és az egyszerű anyagokra és vegyületekre vonatkozó fogalmak tisztázásához.
A periódusos rendszer által feltárt törvényszerűségek jelentős hatást gyakoroltak az atomszerkezet elméletének fejlődésére, az izotópok felfedezésére, a nukleáris periodicitásról alkotott elképzelések megjelenésére. A periodikus rendszer a kémia előrejelzési problémájának szigorúan tudományos megfogalmazásához kapcsolódik. Ez az ismeretlen elemek létezésének és tulajdonságainak előrejelzésében, valamint a már felfedezett elemek kémiai viselkedésének új jellemzőiben nyilvánult meg. Napjainkban a periódusos rendszer jelenti a kémia alapját, elsősorban szervetlen, amely jelentősen segít megoldani az előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok kémiai szintézisét, új félvezető anyagok kifejlesztését, a különféle kémiai folyamatokhoz szükséges speciális katalizátorok kiválasztását stb. , a periodikus rendszer a kémia tanításának alapja.
Elemek periódusos rendszere D.I. Mengyelejev, természetes, ami táblázatos (vagy más grafikus) kifejezés. Az elemek periódusos rendszerét D. I. Mengyelejev dolgozta ki 1869-1871-ben.
Az elemek periódusos rendszerének története. A 19. század 30-as évei óta Angliában és az USA-ban különféle tudósok tettek rendszerezési kísérleteket. Mengyelejev - I. Döbereiner, J. Dumas, francia kémikus A. Chancourtois, angol. kémikusok W. Odling, J. Newlands és mások megállapították a hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkező elemcsoportok, az úgynevezett „természetes csoportok” létezését (például Döbereiner „triádjai”). Ezek a tudósok azonban nem mentek tovább a csoportokon belüli meghatározott minták megállapításánál. L. Meyer 1864-ben az adatok alapján egy táblázatot javasolt, amely több jellemző elemcsoport arányát mutatja. Meyer nem írt elméleti üzeneteket az asztalából.
Az elemek tudományos periodikus rendszerének prototípusa a Mengyelejev által 1869. március 1-jén összeállított „Az elemek rendszerének tapasztalata kémiai hasonlóságuk alapján” című táblázat volt. rizs. 1). A következő két évben a szerző továbbfejlesztette ezt a táblázatot, ötleteket vezetett be az elemek csoportjairól, sorozatairól és periódusairól; kísérletet tett a kis és nagy periódusok kapacitásának becslésére, amelyek véleménye szerint 7, illetve 17 elemet tartalmaztak. 1870-ben természetesnek, 1871-ben pedig periodikusnak nevezte rendszerét. Az elemek periódusos rendszerének szerkezete már ekkor nagyrészt modern körvonalakat kapott ( rizs. 2).
Az elemek periódusos rendszere nem nyert azonnal elismerést alapvető tudományos általánosításként; a helyzet csak a Ga, Sc, Ge felfedezése és a Be divalenciájának megállapítása után változott jelentősen (sokáig trivalensnek számított). Mindazonáltal a periódusos elemrendszer nagyrészt a tények empirikus általánosítását jelentette, mivel a periodikus törvény fizikai jelentése nem volt tisztázott, és nem volt magyarázat arra, hogy az elemek tulajdonságai a növekedés függvényében periodikusan változnak. Ezért a periodikus törvény fizikai megalapozásáig és a periódusos elemrendszer elméletének kidolgozásáig sok tényt nem lehetett megmagyarázni. Így a 19. század végi felfedezés váratlan volt. , amelynek úgy tűnt, nincs helye az elemek periódusos rendszerében; ez a nehézség megszűnt egy független nulla csoport (később VIIIa alcsoport) elemeinek a periódusos rendszerbe való felvétele miatt. Számos „rádióelem” felfedezése a 20. század elején. ellentmondáshoz vezetett az elemek periódusos rendszerében való elhelyezésük szükségessége és annak szerkezete között (több mint 30 ilyen elem esetében a hatodik és a hetedik periódusban 7 „üres” hely volt). Ez az ellentmondás a felfedezés eredményeként megszűnt. Végül az () érték, mint az elemek tulajdonságait meghatározó paraméter fokozatosan elvesztette értelmét.
A periodikus törvény és az elemek periodikus rendszerének fizikai jelentésének megmagyarázhatatlanságának egyik fő oka a szerkezetelmélet hiánya volt (lásd: Atomfizika). Ezért az elemek periodikus rendszerének kialakulásában a legfontosabb mérföldkő az E. Rutherford (1911) által javasolt bolygómodell volt. Ennek alapján A. van den Broek holland tudós azt javasolta (1913), hogy az elemek periódusos rendszerében (Z) egy elem számszerűen egyenlő az atommag töltésével (elemi töltés egységeiben). Ezt kísérletileg megerősítette G. Moseley (1913-14, lásd Moseley törvénye). Így sikerült megállapítani, hogy az elemek tulajdonságaiban bekövetkező változások gyakorisága függ -től, és nem -től. Ennek eredményeként az elemek periodikus rendszerének alsó határát tudományos alapon határozták meg (minimum Z = 1 elemként); A és közötti elemek száma pontosan megbecsült. Megállapítást nyert, hogy az elemek periódusos rendszerében lévő „rések” ismeretlen elemeknek felelnek meg, amelyeknél Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87.
A pontos szám kérdése azonban tisztázatlan maradt, és (ami különösen fontos) az elemek tulajdonságainak Z-től függő periodikus változásának okai nem derültek ki a szerkezet kvantumfogalmain alapuló elemrendszer (lásd. Tovább). A periodikus törvény fizikai megalapozottsága és az izotónia jelenségének felfedezése lehetővé tette a „” („”) fogalmának tudományos meghatározását. A mellékelt periódusos táblázat (lásd beteg.) az 1973-as Nemzetközi Táblázat szerint a szénskála szerinti elemek modern értékeit tartalmazza. A leghosszabb élettartamúak szögletes zárójelben vannak megadva. A legstabilabb 99 Tc, 226 Ra, 231 Pa és 237 Np helyett ezeket fogadta el (1969) a Nemzetközi Bizottság.
Az elemek periódusos rendszerének felépítése. Az elemek modern (1975) periódusos rendszere 106-ot fed le; ezek közül az összes transzuránt (Z = 93-106), valamint a Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) és 87 (Fr) elemeket mesterségesen nyerték. A periódusos elemrendszer teljes története során grafikus ábrázolásának számos (több száz) változatát javasolták, főként táblázatok formájában; A képek különféle geometriai alakzatok (térbeli és síkbeli), elemző görbék (például) stb. formájában is ismertek. A legelterjedtebb az elemek periódusos rendszerének három formája: a Mengyelejev által javasolt rövid ( rizs. 2) és egyetemes elismerést kapott (modern formájában adják tovább beteg.); hosszú ( rizs. 3); lépcsőház ( rizs. 4). A hosszú formát szintén Mengyelejev fejlesztette ki, továbbfejlesztett formában pedig A. Werner javasolta 1905-ben. A létraformát T. Bailey angol tudós (1882), J. Thomsen dán tudós (1895) javasolta, és N. (1921) fejlesztette tovább. Mindhárom formának vannak előnyei és hátrányai. Az elemek periódusos rendszerének felépítésének alapelve az összes csoportok és periódusok felosztása. Mindegyik csoport fő (a) és másodlagos (b) alcsoportokra oszlik. Mindegyik alcsoport olyan elemeket tartalmaz, amelyek hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Az egyes csoportok a- és b-alcsoportjainak elemei általában bizonyos kémiai hasonlóságot mutatnak egymással, főleg a magasabb csoportokban, amelyek általában a csoportszámnak felelnek meg. A periódus olyan elemek halmaza, amelyek kezdődik és véget érnek (speciális eset az első pont); Minden időszak szigorúan meghatározott számú elemet tartalmaz. Az elemek periódusos rendszere 8 csoportból és 7 periódusból áll (a hetedik még nem készült el).
Az első periódus sajátossága, hogy csak 2 elemet tartalmaz: H és He. A H helye a rendszerben nem egyértelmű: mivel közös tulajdonságokkal rendelkezik, és az Ia-alcsoportba, vagy (lehetőleg) a VIIa-alcsoportba kerül. - a VIIa alcsoport első képviselője (azonban sokáig Ő és mindenki önálló nulladik csoportba tömörült).
A második periódus (Li - Ne) 8 elemet tartalmaz. Li-vel kezdődik, amelyből az egyetlen egyenlő I-vel. Ezután jön a Be - , a II. A következő B elem fémes jellege gyengén kifejeződik (III). Az ezt követő C tipikus, és lehet pozitív vagy negatív négyértékű. A következő N, O, F és Ne -, és csak N esetén a legmagasabb V felel meg a csoportszámnak; csak ritka esetekben mutat pozitívat, és F VI-ra ismert. Az időszak Ne-vel ér véget.
A harmadik periódus (Na - Ar) szintén 8 elemet tartalmaz, amelyek tulajdonságaiban bekövetkezett változások jellege nagymértékben hasonlít a második periódusban megfigyelthez. A Mg azonban, ellentétben a Be-vel, fémesebb, akárcsak az Al a B-hez képest, bár az Al benne van. Jellemzőek a Si, P, S, Cl, Ar, de mindegyik (kivéve Ar) nagyobb, a csoportszámmal megegyező értéket mutat. Így mindkét periódusban a Z növekedésével az elemek fémességének gyengülése és nemfémes jellegének erősödése figyelhető meg. Mengyelejev a második és harmadik periódus elemeit (az ő terminológiájában kicsinek) nevezte tipikusnak. Lényeges, hogy a természetben a leggyakoribbak közé tartoznak, és a C, N és O a H mellett a szerves anyagok (organogének) fő elemei. Az első három periódus összes eleme az a. alcsoportokba tartozik.
A modern terminológia szerint (lásd alább) ezen időszakok elemei az s-elemekre (alkáli és alkáliföldfém), az Ia- és IIa-alcsoportok összetevőire (a színtáblázaton pirossal kiemelve), valamint a p-elemekre vonatkoznak ( B - Ne, At - Ar), amelyek a IIIa - VIIIa alcsoportokba tartoznak (szimbólumaik narancssárgával vannak kiemelve). Kis periódusú elemeknél növekedéssel először csökkenés figyelhető meg, majd amikor a külső héjban már jelentősen megnő a számuk, kölcsönös taszításuk növekedéshez vezet. A következő maximumot a következő időszak elején érjük el az alkáli elemen. Körülbelül ugyanez a minta jellemző a.
A negyedik periódus (K - Kr) 18 elemet tartalmaz (Mengyelejev szerint az első nagy periódus). A K és az alkáliföldfém-Ca (s-elemek) után tíz úgynevezett (Sc - Zn) vagy d-elemből álló sorozat következik (a szimbólumok kékkel vannak megadva), amelyek a 6 megfelelő csoport alcsoportjaiba tartoznak. elemek periódusos rendszere. A többség (mindegyik) a csoportszámmal megegyező magasabb szintet mutat. Kivételt képez a Fe - Co - Ni triád, ahol az utolsó két elem maximálisan pozitív háromértékű, és bizonyos feltételek mellett a VI. A Ga-val kezdődő és Kr-re végződő elemek (p-elemek) az a alcsoportokba tartoznak, és tulajdonságaik változásának jellege megegyezik a második és harmadik periódus elemeihez tartozó Z intervallumokkal. Megállapítást nyert, hogy Kr képes (főleg F-vel) képződni, de a VIII.
Az ötödik periódus (Rb - Xe) a negyedikhez hasonlóan épül fel; van benne 10 (Y - Cd), d-elemes betét is. A korszak sajátosságai: 1) a Ru - Rh - Pd triászban csak a VIII. 2) az a alcsoportok minden eleme magasabb értéket mutat, amely megegyezik a csoportszámmal, beleértve az Xe-t is; 3) Gyenge fémes tulajdonságokkal rendelkezem. Így a negyedik és ötödik periódus elemeinél a Z növekedésével a tulajdonságok változásának természete összetettebb, mivel a fémes tulajdonságok nagy tartományban megmaradnak.
A hatodik periódus (Cs - Rn) 32 elemet tartalmaz. 10 d-elemen (La, Hf - Hg) kívül 14 f-elemből álló halmazt tartalmaz, Ce-től Lu-ig (fekete szimbólumok). Az La–Lu elemek kémiailag nagyon hasonlóak. A periódusos rendszer rövid alakjában az elemek La-ban szerepelnek (mivel a III-ban vannak túlsúlyban), és külön sorként írják őket a táblázat aljára. Ez a technika kissé kényelmetlen, mivel úgy tűnik, hogy 14 elem kívül esik a táblázaton. A periodikus elemrendszer hosszú és létraformáinak nincs ilyen hátránya, amelyek jól tükrözik a sajátosságot a periodikus elemrendszer holisztikus szerkezetének hátterében. A korszak jellemzői: 1) az Os - Ir - Pt triászban csak a VIII. 2) At kifejezettebb (az 1-hez képest) fémes jellege; 3) Úgy tűnik (keveset tanulmányozták), az Rn a legreaktívabb.
Az Fr-vel kezdődő hetedik periódusnak (Z = 87) szintén 32 elemet kell tartalmaznia, amelyből eddig 20 ismert (a Z = 106 elemig). Az Fr és Ra az Ia-, illetve a IIa-alcsoport elemei (s-elemek), az Ac a IIIb-alcsoport elemeinek analógja (d-elem). A következő 14 elem, az f-elem (Z-vel 90-től 103-ig) alkotja a családot. Az elemek periódusos rendszerének rövid alakjában az Ac-t foglalják el, és külön sorként írják a táblázat aljára, hasonlóan ahhoz, amellyel szemben jelentős diverzitás jellemzi őket. Ezzel kapcsolatban kémiailag a sorozatok érezhető különbségeket mutatnak. A Z = 104 és Z = 105 elemek kémiai természetének vizsgálata azt mutatta, hogy ezek az elemek analógok, illetve d-elemek, és a IVb és Vb alcsoportokba kell őket sorolni. A következő elemeknek Z = 112-ig szintén b-alcsoportok tagjainak kell lenniük, majd (Z = 113-118) p-elemek (IIIa - VIlla-alcsoportok) jelennek meg.
Az elemek periódusos rendszerének elmélete. Az elemek periodikus rendszerének elmélete az elektronikus héjak (rétegek, szintek) és az alhéjak (héjak, alszintek) sajátos felépítési mintáira épül, amikor Z növekszik (lásd: Atomfizika). Ezt az elképzelést 1913-21-ben dolgozták ki, figyelembe véve az elemek periódusos rendszerében a tulajdonságok változásának jellegét és vizsgálatuk eredményeit. feltárta az elektronikus konfigurációk kialakulásának három lényeges jellemzőjét: 1) az elektronikus héjak feltöltése (kivéve az n = 1 és 2 főkvantumszám értékeinek megfelelő héjakat) nem monoton történik teljes kapacitásukig, hanem megszakad. a nagy n értékű héjakhoz kapcsolódó aggregátumok megjelenésével; 2) hasonló típusú elektronikus konfigurációk időszakosan ismétlődnek; 3) az elemek periodikus rendszerének periódusainak határai (az első és a második kivételével) nem esnek egybe az egymást követő elektronhéjak határaival.
Az atomfizikában elfogadott jelölésben az elektronikus konfigurációk kialakításának tényleges sémája Z növekedésével általában a következőképpen írható fel:
Függőleges vonalak választják el az elemek periódusos rendszerének periódusait (számukat felül számok jelzik); Azok az alhéjak, amelyek adott n-nel fejezik be a héjak felépítését, félkövérrel vannak kiemelve. Az alhéj jelölések alatt a fő (n) és a pálya (l) kvantumszámok értékei találhatók, amelyek az egymás után kitöltött részhéjakat jellemzik. Ennek megfelelően az egyes elektronhéjak kapacitása 2n 2, az egyes részhéjak kapacitása pedig 2(2l + 1). A fenti diagramból könnyen meghatározhatók az egymást követő periódusok kapacitásai: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32... Minden periódus egy elemmel kezdődik, amelyben új n értékkel jelenik meg. Így a periódusok elemgyűjteményekként jellemezhetők, kezdve egy n értékű elemmel, amely megegyezik a periódusszámmal, és l = 0 (ns 1 -elemek), és egy ugyanolyan n értékű elemmel végződik, és l = 1 ( np 6 -elemek); a kivétel az első pont, amely csak ls elemet tartalmaz. Ebben az esetben az a-alcsoportok olyan elemeket tartalmaznak, amelyeknél n egyenlő a periódusszámmal, és l = 0 vagy 1, vagyis egy adott n-es elektronhéj felépítése következik be. A b-alcsoportok olyan elemeket tartalmaznak, amelyekben a befejezetlenül maradt héjak befejeződnek (ebben az esetben n kisebb, mint a periódusszám, és l = 2 vagy 3). Az elemek periódusos rendszerének első-harmadik periódusai csak az a-alcsoportok elemeit tartalmazzák.
Az elektronikus konfigurációk kialakításának adott valós sémája nem hibátlan, hiszen számos esetben sérülnek az egymás után kitöltött alhéjak közötti egyértelmű határok (például a 6s alhéj kitöltése után Cs-ben és Ba-ban nem egy 4f, hanem egy 5d megjelenik egy 5d elektron a Gd-ben stb.). Ráadásul az eredeti tényleges áramkört semmilyen alapvető fizikai koncepcióból nem lehetett levezetni; egy ilyen következtetés a szerkezeti probléma alkalmazásának köszönhetően vált lehetővé.
A külső elektronikus héjak konfigurációinak típusai (on beteg. konfigurációk vannak feltüntetve) határozza meg az elemek kémiai viselkedésének főbb jellemzőit. Ezek a jellemzők az a-alcsoportok (s- és p-elemek), a b-alcsoportok (d-elemek) és az f-családok (és ) elemeire jellemzőek. Egy speciális esetet képviselnek az első periódus elemei (H és He). A nagy kémiai atomitást egyetlen ls elektron könnyű leválása magyarázza, míg az (1s 2) konfiguráció nagyon erős, ami meghatározza annak kémiai tehetetlenségét.
Mivel az a-alcsoportok elemeinek külső elektronhéja meg van töltve (a periódusszámmal egyenlő n), az elemek tulajdonságai a Z növekedésével észrevehetően megváltoznak. Így a második periódusban Li (2s 1 konfiguráció) kémiailag aktív , könnyen veszít vegyértéket, a Be (2s 2) - szintén, de kevésbé aktív. A következő B elem fémes karaktere (2s 2 p) gyengén kifejeződik, és a második periódus minden további eleme, amelyben a 2p részhéj épül fel, szűkebb. A Ne (2s 2 p 6) külső elektronhéj nyolcelektronos konfigurációja rendkívül erős, ezért - . Hasonló változási mintázat figyelhető meg a harmadik periódus elemeiben, valamint az összes következő periódus s- és p-elemeiben, azonban az a-alcsoportokban a külső és a mag közötti kapcsolat gyengülése Z-vel bizonyos módon növekszik. befolyásolja tulajdonságaikat. Így az s-elemeknél észrevehetően javulnak a kémiai tulajdonságok, a p-elemeknél pedig a fémes tulajdonságok. A VIIIa alcsoportban az ns 2 np 6 konfiguráció stabilitása gyengül, aminek következtében már Kr (a negyedik periódus) megszerezi a belépési képességet. A 4-6. periódus p-elemeinek sajátossága annak is köszönhető, hogy az s-elemektől olyan elemhalmazok választják el őket, amelyekben a korábbi elektronhéjak felépítése történik.
A b-alcsoportok átmeneti d-elemei esetében a hiányos n-es héjak eggyel kevesebbel egészülnek ki, mint a periódusszám. A külső héjuk konfigurációja általában ns 2. Ezért minden d-elem . A d-elemek külső héjának hasonló szerkezete az egyes periódusokban ahhoz vezet, hogy a d-elemek tulajdonságainak változása Z növekedésével nem éles, és egyértelmű különbség csak a magasabbaknál található, amelyekben a d. -elemek bizonyos hasonlóságot mutatnak a periódusos időszak megfelelő csoportjainak p-elemeivel. A VIIIb-alcsoport elemeinek sajátossága azzal magyarázható, hogy d-alhéjaik közel állnak a befejezéshez, ezért ezek az elemek (Ru és Os kivételével) nem hajlamosak magasabb értékre. Az Ib alcsoport elemeinél (Cu, Ag, Au) a d-alhéj valójában teljes, de még nem kellően stabilizálódott ezek az elemek is (Au esetében III-ig).
Az elemek periódusos rendszerének jelentése. Az elemek periódusos rendszere óriási szerepet játszott és játszik a természettudomány fejlődésében. Ez volt az atom-molekuláris tudomány legfontosabb vívmánya, és lehetővé tette a „” fogalom modern meghatározását és a vegyületek fogalmának tisztázását. A periodikus elemrendszer által feltárt mintázatok jelentős hatással voltak a szerkezetelmélet fejlődésére, és hozzájárultak az izotónia jelenségének magyarázatához. Az elemek periodikus rendszere a predikciós probléma szigorúan tudományos megfogalmazásához kapcsolódik ben, amely mind az ismeretlen elemek létezésének és tulajdonságaik előrejelzésében, mind a már felfedezett kémiai viselkedés új jellemzőinek előrejelzésében nyilvánult meg. elemeket. Az elemek periódusos rendszere az alap, elsősorban szervetlen; jelentősen segít megoldani az előre meghatározott tulajdonságú szintézis problémáit, új anyagok, különösen a félvezetők kifejlesztését, a különféle kémiai folyamatokra jellemző anyagok kiválasztását stb. Az elemek periódusos rendszere egyben a tanítás tudományos alapja is.
Lit.: Mengyelejev D.I., Periodikus jog. Alapcikkek, M., 1958; Kedrov B.M.: Az atomizmus három aspektusa. 3. rész. Mengyelejev törvénye, M., 1969; Rabinovich E., Tilo E., Periódusos elemek. Történelem és elmélet, M.-L., 1933; Karapetyants M. Kh., Drakin S. I., Stroenie, M., 1967; Astakhov K.V., D.I. Mengyelejev, M. periodikus rendszerének jelenlegi állapota, 1969; Kedrov B. M., Trifonov D. N., A periodicitás törvénye és. Felfedezések és kronológia, M., 1969; Az időszakos törvény száz éve. Cikkgyűjtemény, M., 1969; Az időszakos törvény száz éve. Beszámolók a plenáris ülésekről, M., 1971; Spronsen J. W. van, A kémiai elemek periodikus rendszere. Az első száz év története, Amst.-L.-N.Y., 1969; Klechkovsky V.M., Az atomok eloszlása és az (n + l) csoportok szekvenciális kitöltésének szabálya, M., 1968; Trifonov D.N., A periodicitás kvantitatív értelmezéséről, M., 1971; Nekrasov B.V., Fundamentals, 1-2. kötet, 3. kiadás, M., 1973; Kedrov B. M., Trifonov D. N., A periódusos rendszer modern problémáiról, M., 1974.
D. N. Trifonov.
Rizs. 1. „Egy elemrendszer tapasztalata” táblázat kémiai hasonlóságaik alapján, amelyet D. I. Mengyelejev állított össze 1869. március 1-jén.
Rizs. 3. Az elemek periódusos rendszerének hosszú formája (modern változat).
Rizs. 4. Az elemek periodikus rendszerének létraformája (N., 1921 szerint).
Rizs. 2. D. I. Mengyelejev „Természetes elemek rendszere” (rövid formában), amely a Fundamentals 1. kiadásának 2. részében jelent meg 1871-ben.
D. I. Mengyelejev elemeinek periódusos rendszere.
A kémiai elem egy olyan gyűjtőfogalom, amely egy egyszerű anyag atomjainak gyűjteményét írja le, vagyis olyan anyagot, amely nem osztható fel egyszerűbb (molekuláik szerkezete szerint) komponensekre. Képzeld el, hogy adnak egy darab tiszta vasat, és megkérik, hogy bontsa szét feltételezett összetevőire bármilyen, a vegyészek által valaha feltalált eszköz vagy módszer segítségével. A vasat azonban nem lehet egyszerűbbre osztani. Egy egyszerű anyag - a vas - a Fe kémiai elemnek felel meg.
Elméleti meghatározás
A fent említett kísérleti tény a következő definícióval magyarázható: a kémiai elem a megfelelő egyszerű anyag atomjainak (nem molekuláinak!) absztrakt gyűjteménye, azaz azonos típusú atomok. Ha mód lenne a fent említett tiszta vasdarabban lévő egyes atomokra nézve, akkor mindegyik vasatom lenne. Ezzel szemben egy kémiai vegyület, például a vas-oxid, mindig legalább két különböző típusú atomot tartalmaz: vasatomot és oxigénatomot.
Kifejezések, amelyeket ismernie kell
Atomtömeg: A kémiai elem atomját alkotó protonok, neutronok és elektronok tömege.
Atomszám: Egy elem atomjának magjában lévő protonok száma.
Kémiai szimbólum: egy betű vagy latin betűpár, amely egy adott elem megnevezését jelenti.
Kémiai vegyület: olyan anyag, amely két vagy több kémiai elemből áll, bizonyos arányban egymással kombinálva.
Fém: Olyan elem, amely más elemekkel való kémiai reakciók során elektronokat veszít.
Félfém: Olyan elem, amely néha fémként, néha pedig nemfémként reagál.
Nem fém: Olyan elem, amely más elemekkel való kémiai reakciók során elektronokat kíván nyerni.
Kémiai elemek periódusos rendszere: A kémiai elemek rendszám szerinti osztályozási rendszere.
Szintetikus elem: Olyan, amelyet mesterségesen állítanak elő laboratóriumban, és általában nem található meg a természetben.
Természetes és szintetikus elemek
Kilencvenkét kémiai elem fordul elő természetesen a Földön. A többit mesterségesen, laboratóriumokban szerezték be. A szintetikus kémiai elem jellemzően a részecskegyorsítókban (a szubatomi részecskék, például az elektronok és a protonok sebességének növelésére használt eszközök) vagy a nukleáris reaktorokban (a magreakciók során felszabaduló energia szabályozására használt eszközök) a magreakciók terméke. Az első 43-as rendszámú szintetikus elem a technécium volt, amelyet C. Perrier és E. Segre olasz fizikusok fedeztek fel 1937-ben. A technéciumon és a prométiumon kívül minden szintetikus elemnek van nagyobb magja az uránnál. Az utolsó szintetikus kémiai elem, amely nevét kapta, a livermorium (116), előtte pedig a flerovium (114).
Két tucat közös és fontos elem
| Név | Szimbólum | Az összes atom százaléka * | A kémiai elemek tulajdonságai (normál szobakörülmények között) |
|||
| Az Univerzumban | A földkéregben | Tengervízben | Az emberi testben |
|||
| Alumínium | Al | - | 6,3 | - | - | Könnyű, ezüst fém |
| Kalcium | kb | - | 2,1 | - | 0,02 | Természetes ásványi anyagokban, héjakban, csontokban található |
| Szén | VAL VEL | - | - | - | 10,7 | Minden élő szervezet alapja |
| Klór | Cl | - | - | 0,3 | - | Mérgező gáz |
| Réz | Cu | - | - | - | - | Csak vörös fém |
| Arany | Au | - | - | - | - | Csak sárga fém |
| Hélium | Ő | 7,1 | - | - | - | Nagyon könnyű gáz |
| Hidrogén | N | 92,8 | 2,9 | 66,2 | 60,6 | Az összes elem közül a legkönnyebb; gáz |
| Jód | én | - | - | - | - | Nem fém; antiszeptikumként használják |
| Vas | Fe | - | 2,1 | - | - | Mágneses fém; vas és acél előállítására használják |
| Vezet | Pb | - | - | - | - | Puha, nehéz fém |
| Magnézium | Mg | - | 2,0 | - | - | Nagyon könnyű fém |
| Higany | Hg | - | - | - | - | Folyékony fém; két folyékony elem egyike |
| Nikkel | Ni | - | - | - | - | Korrózióálló fém; érmékben használják |
| Nitrogén | N | - | - | - | 2,4 | Gáz, a levegő fő alkotóeleme |
| Oxigén | RÓL RŐL | - | 60,1 | 33,1 | 25,7 | Gáz, a második fontos levegő komponens |
| Foszfor | R | - | - | - | 0,1 | Nem fém; fontosak a növények számára |
| Kálium | NAK NEK | - | 1.1 | - | - | Fém; fontos a növények számára; általában hamuzsírnak hívják |
* Ha az érték nincs megadva, akkor az elem kisebb, mint 0,1 százalék.
Az ősrobbanás, mint az anyagképződés kiváltó oka
Melyik kémiai elem volt az első az Univerzumban? A tudósok úgy vélik, hogy a válasz erre a kérdésre a csillagokban és a csillagok keletkezési folyamataiban rejlik. A világegyetemről azt tartják, hogy valamikor 12 és 15 milliárd évvel ezelőtt keletkezett. Eddig a pillanatig semmi másra nem gondolunk, csak az energiára. De történt valami, ami ezt az energiát hatalmas robbanássá változtatta (úgynevezett ősrobbanás). Az Ősrobbanás utáni következő másodpercekben az anyag kezdett kialakulni.
Az anyag első legegyszerűbb formái a protonok és az elektronok voltak. Némelyikük egyesülve hidrogénatomot képez. Ez utóbbi egy protonból és egy elektronból áll; ez a létező legegyszerűbb atom.
Lassan, hosszú időn keresztül a hidrogénatomok az űr bizonyos területein kezdtek csoportosulni, és sűrű felhőket alkottak. Ezekben a felhőkben a hidrogént a gravitációs erők tömör képződményekké húzták. Végül ezek a hidrogénfelhők elég sűrűvé váltak ahhoz, hogy csillagokat képezzenek.
Csillagok, mint új elemek kémiai reaktorai
A csillag egyszerűen egy anyagtömeg, amely magreakciókból energiát termel. Ezek közül a reakciók közül a legáltalánosabb négy hidrogénatom kombinációja egy héliumatomot képez. Miután a csillagok elkezdtek kialakulni, a hélium lett a második elem, amely megjelent az Univerzumban.
Ahogy öregszenek a csillagok, a hidrogén-hélium magreakciókról más típusokra váltanak. Bennük a hélium atomok szénatomokat alkotnak. Később a szénatomok oxigént, neont, nátriumot és magnéziumot képeznek. Később még a neon és az oxigén egyesülve magnéziumot képez. Ahogy ezek a reakciók folytatódnak, egyre több kémiai elem képződik.
A kémiai elemek első rendszerei
Több mint 200 évvel ezelőtt a vegyészek elkezdték keresni az osztályozás módjait. A tizenkilencedik század közepén körülbelül 50 kémiai elemet ismertek. Az egyik kérdés, amelyet a vegyészek igyekeztek megválaszolni. a következőkre bontva: egy kémiai elem teljesen más anyag, mint bármely más elem? Vagy egyes elemek valamilyen módon kapcsolódnak másokhoz? Van valami általános törvény, ami egyesíti őket?
A kémikusok különféle kémiai elemek rendszereket javasoltak. Például William Prout angol kémikus 1815-ben azt javasolta, hogy az összes elem atomtömege a hidrogénatom tömegének többszöröse, ha egyenlőnek vesszük az egységet, azaz egész számoknak kell lenniük. Akkoriban sok elem atomtömegét már J. Dalton kiszámolta a hidrogén tömegéhez viszonyítva. Ha azonban ez megközelítőleg így van a szén, a nitrogén és az oxigén esetében, akkor a 35,5 tömegű klór nem illett bele ebbe a sémába.
Johann Wolfgang Dobereiner (1780-1849) német kémikus 1829-ben kimutatta, hogy az úgynevezett halogéncsoportból három elem (klór, bróm és jód) osztályozható relatív atomtömegük szerint. A bróm atomtömege (79,9) szinte pontosan megegyezik a klór (35,5) és a jód (127) atomtömegének átlagával, azaz 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (közel 79,9). Ez volt az első megközelítés a kémiai elemek egyik csoportjának felépítéséhez. Dobereiner még két ilyen elemhármast fedezett fel, de általános periodikus törvényt nem tudott megfogalmazni.
Hogyan jelent meg a kémiai elemek periódusos rendszere?
A legtöbb korai osztályozási séma nem volt túl sikeres. Aztán 1869 körül majdnem ugyanazt a felfedezést két kémikus tette szinte egy időben. Dmitri Mengyelejev orosz kémikus (1834-1907) és Julius Lothar Meyer német kémikus (1830-1895) azt javasolták, hogy a hasonló fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező elemeket csoportok, sorozatok és periódusok rendezett rendszerébe rendezzék. Mengyelejev és Meyer ugyanakkor rámutatott, hogy a kémiai elemek tulajdonságai atomtömegüktől függően időszakosan ismétlődnek.
Manapság Mengyelejevet általában a periodikus törvény felfedezőjének tartják, mert olyan lépést tett, amit Meyer nem. Amikor az összes elemet elrendezték a periódusos rendszerben, néhány hézag jelent meg. Mengyelejev azt jósolta, hogy ezek olyan elemek helyei, amelyeket még nem fedeztek fel.
Azonban még tovább ment. Mengyelejev megjósolta ezeknek a még fel nem fedezett elemeknek a tulajdonságait. Tudta, hol helyezkednek el a periódusos rendszerben, így meg tudta jósolni tulajdonságaikat. Figyelemre méltó, hogy minden Mengyelejev által megjósolt kémiai elemet, a galliumot, a szkandiumot és a germániumot, kevesebb mint tíz évvel azután fedezték fel, hogy periodikus törvényét közzétette.
A periódusos rendszer rövid formája
Megpróbálták megszámolni, hogy a periódusos rendszer grafikus ábrázolására hány lehetőséget javasoltak a különböző tudósok. Kiderült, hogy több mint 500. Sőt, az összes lehetőség 80%-a táblázat, a többi pedig geometriai alakzat, matematikai görbék stb. Ennek eredményeként négyféle táblázat talált gyakorlati alkalmazást: rövid, félig -hosszú, hosszú és létra (piramis alakú). Ez utóbbit a nagy fizikus, N. Bohr javasolta.
Az alábbi képen a rövid forma látható.
Ebben a kémiai elemek rendszámuk szerint növekvő sorrendben vannak elrendezve balról jobbra és fentről lefelé. Így a periódusos rendszer első kémiai eleme, a hidrogén atomszáma 1, mivel a hidrogénatomok magjai egy és csak egy protont tartalmaznak. Hasonlóképpen, az oxigén atomszáma 8, mivel az összes oxigénatom magja 8 protont tartalmaz (lásd az alábbi ábrát).
A periodikus rendszer fő szerkezeti töredékei periódusok és elemcsoportok. Hat periódus alatt minden cella feltöltődik, a hetedik még nem készült el (a 113-as, 115-ös, 117-es és 118-as elemeket, bár laboratóriumokban szintetizálták, hivatalosan még nem regisztrálták, és nincs nevük).
A csoportokat fő (A) és másodlagos (B) alcsoportokra osztják. Az első három periódus egy-egy sort tartalmazó elemei kizárólag az A-alcsoportokba tartoznak. A fennmaradó négy periódus két sort tartalmaz.
Az ugyanabba a csoportba tartozó kémiai elemek általában hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Így az első csoport alkálifémekből, a második alkáliföldfémekből áll. Ugyanebben az időszakban az elemek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek lassan alkálifémből nemesgázzá változnak. Az alábbi ábra azt mutatja, hogyan változik az egyik tulajdonság, az atomsugár, a táblázat egyes elemeinél.
A periódusos rendszer hosszú periódusú formája
Az alábbi ábrán látható, és két irányba van felosztva, sorokra és oszlopokra. Hét periódussor van, mint a rövid formában, és 18 oszlop, amelyeket csoportoknak vagy családoknak neveznek. Valójában a csoportok számának növekedését a rövid formában 8-ról 18-ra a hosszú formában úgy kapjuk meg, hogy az összes elemet periódusokba helyezzük, a 4.-től kezdve, nem két, hanem egy sorban.
A csoportokhoz két különböző számozási rendszert használnak, amint az a táblázat tetején látható. A római számrendszer (IA, IIA, IIB, IVB stb.) hagyományosan népszerű az Egyesült Államokban. Egy másik rendszert (1, 2, 3, 4 stb.) hagyományosan használnak Európában, és az USA-ban is ajánlották néhány éve.
A periódusos táblák megjelenése a fenti ábrákon kissé félrevezető, mint minden ilyen publikált táblázat esetében. Ennek az az oka, hogy a táblázatok alján látható két elemcsoportnak valójában azokon belül kell elhelyezkednie. A lantanidok például a bárium (56) és a hafnium (72) közötti 6. periódusba tartoznak. Ezenkívül az aktinidák a rádium (88) és a rutherfordium (104) közötti 7. periódushoz tartoznak. Ha egy asztalba illesztik őket, az túl széles lesz ahhoz, hogy elférjen egy darab papíron vagy falitáblán. Ezért ezeket az elemeket szokás a táblázat alján elhelyezni.
A kémiai elemek periódusos rendszere (periódusos rendszer)- a kémiai elemek osztályozása, az elemek különböző tulajdonságainak az atommag töltésétől való függésének megállapítása. A rendszer az orosz kémikus D. I. Mengyelejev által 1869-ben létrehozott periodikus törvény grafikus kifejezése. Eredeti változatát D. I. Mengyelejev dolgozta ki 1869-1871-ben, és megállapította, hogy az elemek tulajdonságai függenek az atomtömegtől (modern szóhasználattal az atomtömegtől). Összességében több száz lehetőséget javasoltak a periodikus rendszer ábrázolására (analitikai görbék, táblázatok, geometriai ábrák stb.). A rendszer modern változatában azt feltételezik, hogy az elemeket egy kétdimenziós táblázatban foglalják össze, amelyben minden oszlop (csoport) meghatározza a főbb fizikai és kémiai tulajdonságokat, a sorok pedig bizonyos mértékig hasonló időszakokat jelölnek. egymáshoz.
A kémiai elemek periódusos rendszere, D. I. Mengyelejev
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mengyelejev orosz kémikus felfedezése játszotta (messze) a legfontosabb szerepet a tudomány, nevezetesen az atom-molekuláris tudomány fejlődésében. Ez a felfedezés lehetővé tette az egyszerű és összetett kémiai vegyületekről a legérthetőbb és legkönnyebben megtanulható ötletek megszerzését. Csak a táblázatnak köszönhetjük, hogy megvannak a fogalmaink az elemekről, amelyeket a modern világban használunk. A huszadik században megjelent a periódusos rendszer prediktív szerepe a transzurán elemek kémiai tulajdonságainak felmérésében, amelyet a táblázat készítője mutatott meg.
A 19. században kidolgozott Mengyelejev-féle periódusos rendszer a kémia tudománya érdekében az atomtípusok kész rendszerezését adta a FIZIKA XX. századi fejlődéséhez (az atom és az atommag fizika). A huszadik század elején a fizikusok kutatások révén megállapították, hogy az atomszám (más néven atomszám) ezen elem atommagjának elektromos töltésének mértéke is. A periódus (azaz a vízszintes sorozatok) száma pedig meghatározza az atom elektronhéjainak számát. Kiderült az is, hogy a táblázat függőleges sorának száma határozza meg az elem külső héjának kvantumszerkezetét (tehát az azonos sorba tartozó elemeknek kötelezően hasonló kémiai tulajdonságokkal kell rendelkezniük).
Az orosz tudós felfedezése új korszakot jelentett a világtudomány történetében. A periódusos rendszer koherens információs rendszert adott az elemekről, ennek alapján lehetővé vált tudományos következtetések levonása, sőt bizonyos felfedezések előrejelzése is.
Periodikus rendszer A periódusos rendszer egyik jellemzője, hogy a csoport (a táblázat oszlopa) jelentősebb kifejezésekkel rendelkezik a periódusos trendről, mint a periódusok vagy blokkok esetében. Napjainkban a kvantummechanika és az atomszerkezet elmélete az elemek csoportos lényegét azzal magyarázza, hogy azonos elektronikus konfigurációjú vegyértékhéjakkal rendelkeznek, és ennek eredményeként az egy oszlopon belül elhelyezkedő elemek nagyon hasonló (azonos) tulajdonságokkal rendelkeznek. elektronikus konfigurációjú, hasonló kémiai tulajdonságokkal. Egyértelmű tendencia mutatkozik a tulajdonságok stabil változására az atomtömeg növekedésével. Meg kell jegyezni, hogy a periódusos rendszer egyes területein (például a D és F blokkban) a vízszintes hasonlóságok jobban észrevehetők, mint a függőlegesek.
A periódusos rendszer olyan csoportokat tartalmaz, amelyekhez a nemzetközi csoportelnevezési rendszer szerint 1-től 18-ig (balról jobbra) sorszámot rendelnek. Régebben római számokat használtak a csoportok azonosítására. Amerikában az volt a gyakorlat, hogy a római szám után az „A” betűt helyezték el, ha a csoport az S és P blokkban található, vagy a „B” betűt a D blokkban található csoportok esetében. Az akkori azonosítók a következők: ez utóbbival megegyezik korunk modern indexeinek száma (például az IVB név korunkban a 4. csoport elemeinek felel meg, az IVA pedig a 14. elemcsoport). Az akkori európai országokban hasonló rendszert használtak, de itt az „A” betű 10-ig, a „B” betű pedig 10-ig terjedő csoportokra utalt. De a 8, 9, 10 csoportnak volt az ID VIII, mint egy hármas csoportja. Ezek a csoportnevek az új, ma is használatos IUPAC jelölési rendszer 1988-as életbe lépése után szűntek meg.
Sok csoport kapott szisztematikus, növényi eredetű elnevezéseket (például „alkáliföldfémek”, „halogének” és más hasonló elnevezések). A 3–14. csoport nem kapott ilyen nevet, mivel kevésbé hasonlítanak egymásra, és kevésbé felelnek meg a függőleges mintáknak, vagy szám szerint, vagy a csoport első elemének nevével (titán). , kobalt stb.) .
A periódusos rendszer azonos csoportjába tartozó kémiai elemek bizonyos trendeket mutatnak az elektronegativitás, az atomsugár és az ionizációs energia tekintetében. Az egyik csoportban felülről lefelé az energiaszintek feltöltődésével az atom sugara növekszik, az elem vegyértékelektronjai távolodnak az atommagtól, miközben az ionizációs energia csökken és az atomban lévő kötések gyengülnek, ami leegyszerűsíti az atommagot. elektronok eltávolítása. Az elektronegativitás is csökken, ez annak a következménye, hogy az atommag és a vegyértékelektronok távolsága megnő. De vannak kivételek is ezektől a mintáktól, például az elektronegativitás csökkenés helyett növekszik, a 11. csoportban felülről lefelé haladva. A periódusos rendszerben van egy „Időszak” nevű sor.
A csoportok között vannak olyanok, amelyekben a vízszintes irányok jelentősebbek (ellentétben másokkal, ahol a függőleges irányok fontosabbak), ilyen csoportokba tartozik az F blokk, amelyben a lantanidok és az aktinidák két fontos horizontális szekvenciát alkotnak.
Az elemek bizonyos mintákat mutatnak az atomsugár, az elektronegativitás, az ionizációs energia és az elektronaffinitási energia tekintetében. Tekintettel arra, hogy minden következő elemnél növekszik a töltött részecskék száma, és az elektronok vonzódnak az atommaghoz, az atomsugár balról jobbra csökken, ezzel párhuzamosan nő az ionizációs energia, és ahogy nő az atomban lévő kötés, megnő az elektron eltávolításának nehézsége. A táblázat bal oldalán található fémeket alacsonyabb elektronaffinitási energia mutató jellemzi, ennek megfelelően a jobb oldalon az elektronaffinitási energia mutató magasabb a nemfémeknél (nem számítva a nemesgázokat).
A periódusos rendszer különböző régióit, attól függően, hogy az atom melyik héján található az utolsó elektron, és tekintettel az elektronhéj fontosságára, általában blokkokként írják le.
Az S-blokk az első két elemcsoportot tartalmazza (alkáli és alkáliföldfémek, hidrogén és hélium).
A P-blokk az utolsó hat csoportot tartalmazza, 13-tól 18-ig (az IUPAC szerint, vagy az Amerikában elfogadott rendszer szerint - IIIA-tól VIIIA-ig), ez a blokk tartalmazza az összes metalloidot is.
Blokk – D, 3–12. csoport (IUPAC, vagy amerikaiban IIIB–IIB), ez a blokk tartalmazza az összes átmenetifémet.
Az F blokk általában a periódusos rendszeren kívül helyezkedik el, és lantanidokat és aktinidákat tartalmaz.
IDŐSZAKOS RENDSZER, egy megrendelt vegyszerkészlet. elemek, természetük. , ami egy táblázatos kifejezés. A folyóirat prototípusa kémiai rendszerek elemeket a D. I. Mengyelejev által 1869. március 1-jén összeállított „Az elemek rendszerének tapasztalata kémiai hasonlóságuk alapján” című táblázat alapján (1. ábra). Végül Az évek során a tudós tökéletesítette a táblázatot, ötleteket dolgozott ki az időszakokról, elemcsoportokról és egy elem helyéről a rendszerben. Mengyelejev 1870-ben természetesnek, 1871-ben pedig periodikusnak nevezte a rendszert. Ennek eredményeként a periódusos rendszer sok tekintetben már akkor elnyerte modern formáját. szerkezeti körvonalai. Ez alapján Mengyelejev megjósolta a szentek létezését kb. 10 ismeretlen elem; ezek a jóslatok később beigazolódtak.
Rizs. 1 táblázat „Az elemek rendszerének tapasztalatai kémiai hasonlóságuk alapján” (D. I. Mengyelejev. I. mirtusz 1869).
A következő több mint 40 évben azonban a periódusos rendszer azt jelenti. fokozat csak empirikus volt. tények általánosítása, mivel nem volt fizikai okok magyarázata időszakos. a CB-B elemek növekedésétől függően változik. Egy ilyen magyarázat nem volt lehetséges a szerkezetre vonatkozó megalapozott elképzelések nélkül (lásd). Ezért a periódusos rendszer kidolgozásának legfontosabb mérföldköve az E. Rutherford (1911) által javasolt planetáris (nukleáris) modell volt. 1913-ban A. van den Broek arra a következtetésre jutott, hogy a periódusos rendszer egy eleme számszerűen egyenlő a pozival. magjának töltése (Z). Ezt a következtetést G. Moseley kísérletileg megerősítette (Moseley törvénye, 1913-14). Ennek eredményeként időszakos a törvény szigorú fizikai kapott megfogalmazásánál egyértelműen a következőket lehetett megállapítani. a periódusos rendszer határát (H mint elem, amelynek minimuma Z=1), becsülje meg a H és U közötti elemek pontos számát, és határozza meg, mely elemeket még nem fedezték fel (Z = 43, 61, 72, 75, 85 , 87). A periódusos rendszer elméletét a kezdetekkor dolgozták ki. 1920-as évek (lásd alább).
A periódusos rendszer felépítése. A modern periódusos rendszer 109 kémiai elemet tartalmaz (egy Z = 110 elem 1988-as szintéziséről van információ). Ezek közül természetes talált tárgyak 89; az U, vagy (Z = 93,109), valamint a Tc (Z = 43), Pm (Z = 61) és At (Z = 85) utáni összes elemet mesterségesen szintetizálták decomp segítségével. . A Z = 106 109 értékű elemek még nem kaptak nevet, ezért a táblázatokban nincsenek megfelelő szimbólumok; Z = 109 elemnél a maximális értékek még ismeretlenek. hosszú életű
A periódusos rendszer teljes története során képének több mint 500 különböző változata jelent meg. Ez annak volt köszönhető, hogy megpróbáltak racionális megoldást találni a periódusos rendszer szerkezetének bizonyos ellentmondásos problémáira (H elhelyezése, lantanidok stb.). Naib. a következőképpen terjed. a periódusos rendszer táblázatos kifejezési formái: 1) a rövidet Mengyelejev javasolta (jelenlegi formájában a kötet elején, a színes légylevélen található); 2) a hosszút Mengyelejev fejlesztette ki, 1905-ben A. Werner javította (2. ábra); 3) lépcsőház 1921-ben megjelent H. (3. kép). Az elmúlt évtizedekben különösen elterjedtek a rövid és hosszú formák, amelyek vizuálisak és praktikusan kényelmesek. Minden felsorolt. A formáknak vannak bizonyos előnyei és hátrányai. Aligha lehet azonban k.-l. univers. a periódusos rendszer ábrázolásának olyan változata, amely megfelelően tükrözné a kémia világának sokszínűségét. elemek és kémiai változásaik sajátosságai. viselkedés, ahogy Z növekszik.
Fundam. A periódusos rendszer felépítésének elve az, hogy megkülönböztetünk benne időszakokat (vízszintes sorokat) és elemcsoportokat (függőleges oszlopokat). A modern periódusos rendszer 7 periódusból áll (a hetedik, még nem fejeződött be, egy hipotetikus elemmel záruljon, ahol Z = 118) és 8 csoportból A periódus ún. elemek halmaza, amely kezdődik (vagy az első periódus) és véget ér. Az elemek száma a periódusokban természetesen növekszik, és a másodiktól kezdve páronként ismétlődik: 8, 8, 18, 18, 32, 32, ... (speciális eset az első, csak két elemet tartalmazó periódus). Az elemcsoportnak nincs egyértelmű meghatározása; Ennek száma formailag max. alkotóelemeinek jelentését, de ez a feltétel számos esetben nem teljesül. Mindegyik csoport fő (a) és másodlagos (b) alcsoportokra oszlik; mindegyik kémiailag hasonló elemeket tartalmaz. St. you, amelyeket ugyanaz a külső szerkezet jellemez. elektronikus héjak. A legtöbb csoportban az a és b alcsoport elemei egy bizonyos vegyi anyagot mutatnak. hasonlóság, prem. magasabb .
A VIII. csoport különleges helyet foglal el a periódusos rendszer szerkezetében. Hosszú ideje időben csak a „triádok” elemeit tulajdonították neki: Fe-Co-Ni és (Ru Rh Pd és Os-Ir-Pt), és mindegyiket egymástól független pozícióba helyezték. nulla csoport; ezért a periódusos rendszer 9 csoportot tartalmazott. A 60-as évek után. kaptak conn. Xe, Kr és Rn kezdték a VIIIa alcsoportba helyezni, és a nulla csoport megszűnt. A triádok elemei a VIII6. alcsoportot alkották. A VIII. csoportnak ez a „szerkezeti felépítése” ma már a periódusos rendszer szinte minden publikált kifejezésében megjelenik.
Meg fogja különböztetni. Az első periódus jellemzője, hogy csak 2 elemet tartalmaz: H és He. a szent - egységek miatt. olyan elem, amelynek nincs egyértelműen meghatározott helye a periódusos rendszerben. A H szimbólum vagy az Ia alcsoportba, vagy a VIIa alcsoportba, vagy mindkettőbe egyszerre kerül, zárójelben az egyik alcsoportban, vagy végül elkülönítve ábrázolva. betűtípusok. A H elrendezésének ezen módjai azon a tényen alapulnak, hogy mindkettővel van bizonyos formai hasonlóság.
Rizs. 2. Hosszú forma periodikus. kémiai rendszerek elemek (modern változat). Rizs. 3. Létraforma időszakos. kémiai rendszerek elemek (H., 1921).
A második periódus (Li-Ne), amely 8 elemet tartalmaz, Li-vel kezdődik (egységek, + 1); majd a Be(+2). Fémes A B (+3) karakter gyengén fejeződik ki, a következő, a C pedig jellemző (+4). A következők N, O, F és Ne-nemfémek, ahol csak az N-nek a legmagasabb + 5 a csoportszámnak megfelelő; O és F a legaktívabbak közé tartoznak.
A harmadik periódus (Na-Ar) 8 elemet is tartalmaz, a kémiai változás jellege. St. amelyben sok tekintetben hasonló a második periódusban megfigyelthez. A Mg és az Al azonban „fémesebb”, mint a megfelelők. Be és B. A fennmaradó elemek Si, P, S, Cl és Ar nemfémek; mindannyian a csoportszámmal megegyezőt mutatnak, kivéve Ar. T.arr., a második és harmadik periódusban a Z növekedésével a fém gyengülése és a nemfémes növekedése figyelhető meg. az elemek természete.
Az első három periódus minden eleme az a alcsoportba tartozik. A modern szerint terminológia, az Ia és IIa alcsoportba tartozó elemeket nevezzük. I-elemek (a színtáblázatban a szimbólumaik pirossal vannak megadva), a IIIa-VIIIa-p-elemek alcsoportjaiba (narancssárga szimbólumok).
A negyedik periódus (K-Kr) 18 elemet tartalmaz. K és alkáliföld után. A Ca (s-elemek) egy 10-es sorozatot követ ún. átmenet (Sc-Zn), vagy d-elemek (kék szimbólumok), amelyek a b alcsoportokba tartoznak. A többség (mindegyik - ) a csoportszámmal megegyezően magasabb -t mutat, kivéve a Fe-Co-Ni triádot, ahol a Fe bizonyos feltételek mellett +6, a Co és a Ni pedig maximálisan háromértékű. A Ga-tól Kr-ig terjedő elemek az a alcsoportokba tartoznak (p-elemek), és tulajdonságaik változásának jellege sok tekintetben hasonló a második és harmadik periódus elemeinek tulajdonságainak változásához a megfelelő Z értékek intervallumaiban. Kr-re több is beszerzett. viszonylag stabil vegyületek, főleg F-vel.
Az ötödik periódus (Rb-Xe) a negyedikhez hasonlóan épül fel; van benne 10 átmenetes, vagy d-elemes (Y-Cd) betét is. Az elemek erősségének változásának sajátosságai a periódusban: 1) a Ru-Rh-Pd triádban maximum 4-8; 2) az a alcsoport minden eleme, beleértve az Xe-t is, magasabb értéket mutat a csoport számával; 3) Gyenge fémes tulajdonságokkal rendelkezem. Utca. T. például a negyedik és ötödik periódus elemeinek tulajdonságai összetettebben változnak Z növekedésével, mint a második és harmadik periódusbeli elemek tulajdonságai, ami elsősorban az átmeneti d-elemek jelenlétének köszönhető.
A hatodik periódus (Cs-Rn) 32 elemet tartalmaz. Tíz d-elemen (La, Hf-Hg) kívül egy 14 f-elemből (fekete szimbólumok, Ce-től Lu-ig)-lantanidok családját foglalja magában. Kémiában nagyon hasonlóak. Szent neked (lehetőleg +3-nál), ezért nem. szerint különböző rendszercsoportok. A periódusos rendszer rövid alakjában az összes lantanid a IIIa (La) alcsoportba tartozik, és ezek összességét a táblázat alatt fejtjük meg. Ez a technika nem mentes a hátrányaitól, mivel úgy tűnik, hogy a 14 elem kívül esik a rendszeren. A periódusos rendszer hosszú és létraformáiban a sajátosság a szerkezet általános hátterében tükröződik. Dr. időszak elemeinek jellemzői: 1) az Os Ir Pt triászban csak Os mutat ki max. +8; 2) Az At kifejezettebb fémes hatást fejt ki az I-hez képest. karakter; 3) Rn max. reaktív, de erős kémiája megnehezíti a tanulmányozást. Utca.
A hetedik periódusnak a hatodikhoz hasonlóan 32 elemet kell tartalmaznia, de még nem fejeződött be. Fr és Ra elemek. az Ia és IIa alcsoport, az Ac a III6 alcsoport elemeinek analógja. G. Seaborg (1944) aktinida koncepciója szerint az Ac után egy 14 f elemből álló család következik (Z = 90 103). A periódusos rendszer rövid alakjában az utóbbiak szerepelnek az Ac-ben, és hasonlóan íródnak dept. sor a táblázat alatt. Ez a technika egy bizonyos vegyi anyag jelenlétét feltételezi. hasonlóságok két f-család elemei között. Egy részletes tanulmány azonban kimutatta, hogy sokkal szélesebb tartományt mutatnak, beleértve a +7-et (Np, Pu, Am). Ezenkívül a nehézeket az alacsonyabbak stabilizálása jellemzi (+ 2 vagy akár +1 Md esetén).
Kémiai értékelés Ku (Z = 104) és Ns (Z = 105) természete, amelyeket számos egyedi, nagyon rövid élettartamú elemben szintetizáltak, lehetővé tette számunkra, hogy arra a következtetésre jutottunk, hogy ezek az elemek analógjai. Hf és Ta, azaz d-elemek, és a IV6 és V6 alcsoportban kell elhelyezkedniük. Chem. Z = 106 109 elemeket nem végeztünk, de feltételezhető, hogy a hetedik periódushoz tartoznak. Számítógépes számítások azt mutatják, hogy a Z = 113,118 elemek a p-elemekhez tartoznak (IIIa VIIIa alcsoport).
A periódusos rendszer elmélete preem volt. H. (1913 21) alkotta meg az általa javasolt kvantummodell alapján. Figyelembe véve a periódusos rendszer elemeinek tulajdonságaiban bekövetkező változások sajátosságait és az azokra vonatkozó információkat, kidolgozott egy sémát az elektronikus konfigurációk felépítésére Z növekedésével, amely a periodicitás jelenségének és a periódusos rendszer szerkezetének magyarázatának alapjául szolgál. . Ez a séma a kitöltési héjak (más néven rétegek, szintek) és alhéjak (héjak, alszintek) bizonyos sorozatán alapul, a Z növekedésével összhangban. Hasonló elektronikus konfigurációk ext. az elektronhéjak periodikusan ismétlődnek, ami meghatározza a periodicitást. kémiai változás St. elemek. Ezt a ch. fizikai okoz a periodicitás jelenségének természete. Az elektronikus héjak, kivéve azokat, amelyek az l fő kvantumszám 1-es és 2-es értékének felelnek meg, nem szekvenciálisan és monoton módon töltődnek fel a teljes befejezésig (a szekvenciális héjak számai: 2, 8, 18, 32, 50,... ); felépítésüket időszakosan megszakítják aggregátumok megjelenése (amelyek bizonyos alhéjakat alkotnak), amelyek megfelelnek az n nagy értékeinek. Ez a lények lényege. a periódusos rendszer szerkezetének „elektronikus” értelmezésének sajátossága.
Az elektronikus konfigurációk kialakításának sémája, amely a periódusos rendszer elméletének alapját képezi, így egy bizonyos megjelenési sorrendet tükröz, ahogy Z az aggregátumok (alhéjak) növekedése során a fő- és a pálya (l) kvantumszámainak bizonyos értékei jellemzik. . Ezt a sémát általában táblázat formájában írják le. (lásd alább).
Függőleges vonalak választják el az alhéjakat, amelyek a sorozatot alkotó elemekbe töltődnek be. a periódusos rendszer periódusai (a periódusszámokat felül számok jelzik); Azok az alhéjak, amelyek egy adott elemmel kiegészítik a héjképzést, félkövéren vannak kiemelve.
A shell-ekben és részhéjakban lévő számok a következőn vannak megadva. A , mint fél egész számmal rendelkező részecskék vonatkozásában azt állítja, hogy semmiképpen. kettő az összes kvantumszám azonos értékével. A héjak és az alhéjak kapacitása megegyezik. 2n 2 és 2 (2l + 1). Ez az elv nem határozza meg.
|
Időszak |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
||
|
Elektronikus konfiguráció |
1s |
2s 2р |
3s 3p |
4s 3d 4p |
5s 4d 5p |
6s 4f 5d 6p |
7s 5f 6d 7p |
||
|
n |
l |
22 |
33 |
434 |
545 |
6456 |
7567 |
||
|
l |
0 |
01 |
01 |
021 |
021 |
0321 |
0321 |
||
|
2 |
26 |
26 |
2106 |
2106 |
214106 |
214106 |
|||
|
Elemek száma a periódusban |
2 |
8 |
8 |
18 |
18 |
32 |
32 |
||
azonban az elektronikus konfigurációk kialakulásának sorrendje a Z növekedésével A fenti diagramból a kapacitások sorba kapcsolódnak. időszakok: 2, 8, 18, 32, 32, ....
Minden periódus egy olyan elemmel kezdődik, amelyben először jelenik meg adott n értékkel l = 0-nál (ns 1 -elemek), és egy olyan elemmel végződik, amelyben egy ugyanolyan n és l = 1 értékű részhéj van kitöltve (np 6 -elemek Te); kivétel az első pont (csak 1s elemek). Minden s- és p-elem az a alcsoportba tartozik. A b alcsoportok olyan elemeket tartalmaznak, amelyekben a korábban befejezetlenül hagyott héjak elkészülnek (a h értéke kisebb, mint a periódusszám, l = 2 és 3). Az első három periódus csak az a alcsoportok elemeit tartalmazza, azaz az s- és p-elemeket.
Az elektronikus konfigurációk felépítésének tulajdonképpeni sémáját az ún. (n + l)-szabály fogalmazta meg (1951) V. M. Klechkovsky. Az elektronikus konfigurációk felépítése az összeg egymást követő növekedésével összhangban történik (n + /). Sőt, minden ilyen összegen belül először a nagyobb l-es és kisebb n-es részhéjakat töltjük ki, majd a kisebb l-t és a nagyobb n-t.
A hatodik periódustól kezdődően az elektronikus konfigurációk felépítése valójában bonyolultabbá válik, ami az egymás után kitöltött alhéjak közötti egyértelmű határok megsértésében fejeződik ki. Például a 4f elektron nem La-ban jelenik meg, ahol Z = 57, hanem a következőben Ce (Z = 58); egymás utáni a 4f részhéj felépítése megszakad Gd-ben (Z = 64, 5d elektron jelenléte). A periodicitás ilyen elmosódása Z > 89 esetén egyértelműen a hetedik periódusra hat, ami az elemek tulajdonságaiban is megmutatkozik.
A valódi séma eredetileg nem a k.-l. szigorú elméleti ábrázolások. A jól ismert kémia alapján készült. szent elemek és a spektrumaikról szóló információk. Érvényes fizikai
a valós séma a struktúra leírására alkalmazott módszerek alkalmazásával kapta meg az igazolást. A kvantummechben. a szerkezetelmélet, az elektronikus héjak és alhéjak fogalmának szigorú megközelítésű értelmezése elvesztette eredeti értelmét; az atom fogalmát ma már széles körben használják. Mindazonáltal a kifejlesztett fizikai elv A periodicitás jelenségének értelmezése nem veszített jelentőségéből, és első közelítéssel meglehetősen átfogóan magyarázza az elméleti elméletet. a periódusos rendszer alapjai. Mindenesetre a periódusos rendszer közzétett formái tükrözik a héjak és alhéjak közötti eloszlás természetét. Az elemek szerkezete és kémiai tulajdonságai.
A kémia főbb jellemzői. az elemek viselkedését a külső (egy vagy két) elektronhéj konfigurációinak jellege határozza meg. Ezek a jellemzők eltérőek az a alcsoportok (s- és p-elemek), a b alcsoportok (d-elemek), az f-családok ( és ) elemei esetében.Különleges helyet foglalnak el az első periódus 1-es elemei (H és He). csak az egyikben való jelenléte miatt nagy a különbség
A periódusos rendszer jelentése. Ez a rendszer óriási szerepet játszott és játszik a pluralizmus kialakulásában. természettudomány diszciplínák. Fontos láncszem lett az atommólóban. tanításai, hozzájárultak a modern megfogalmazásához. a "kémiai elem" fogalma és az egyszerű anyagokkal és vegyületekkel kapcsolatos elképzelések tisztázása. befolyása a szerkezetelmélet fejlődésére és az izotópia fogalmának megjelenésére. Szigorúan tudományos a periódusos rendszerhez kapcsolódik. az előrejelzési probléma megfogalmazása abbanmegnyilvánult mind az ismeretlen elemek létezésének és tulajdonságaik előrejelzésében, mind az új kémiai jellemzőkben. már megnyitott elemek viselkedése. A periódusos rendszer az inorg legfontosabb alapja. ; szolgálja például az előre meghatározott tulajdonságú anyagok szintetizálását, új anyagok, különösen a félvezető anyagok létrehozását, valamint a konkrét anyagok kiválasztását. diff. chem. folyamatokat. Periodikus rendszer - tudományos. általános és nem szervezeti oktatási bázis , valamint az atomfizika egyes ágai.
Lit.: Mengyelejev D.I., Periodikus jog. Alapcikkek, M., 1958; Kedrov B. M.. Az atomizmus három aspektusa, 3. rész. Mengyelejev törvénye, M., 1969; Trifonov D N., A periodicitás kvantitatív értelmezéséről, M., 1971; Trifonov D. N., Krivomazov A. N., Lisnevsky Yu I., A periodicitás tana és a doktrína. A legfontosabb események kombinált kronológiája. M., 1974; Karapetyami MX. Drakii S.I., Stroenie, M., 1978; A periodicitás tana. Történelem és modernitás. Ült. cikkeket. M.. 1981. Korolkov D.V., Fundamentals, M., 1982; Melnikov V.P., Dmitriev I.S. A periodicitás további típusai D.I. Mendeleev, M. 1988. D.N.