Хімія. 8 клас. Буринська

§ 7. Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва

Опрацювавши зміст параграфа, ви будете:

• знати структуру короткої форми Періодичної системи хімічних елементів;
• розуміти суть закономірностей Періодичної системи; понять «період» і «група»;
• уміти складати формули вищих оксидів хімічних елементів; відповідних гідратів оксидів та визначати їхній характер; бінарних сполук елементів із Гідрогеном.

Заслуга Д. І. Менделєєва полягає в тому, що виявлену залежність він зрозумів як об’єктивну закономірність природи, чого не змогли зробити його попередники. Завдяки відкриттю Періодичного закону було виявлено, що всі елементи взаємопов’язані, підпорядковані єдиному закону і становлять єдину систему, яка справедливо була названа на честь ученого Періодичною системою хімічних елементів Д. І. Менделєєва.

Одним зі способів зображення Періодичної системи елементів є графічне (табличне) вираження Періодичного закону хімічних елементів, так званий короткий варіант побудови Періодичної системи (див. форзац).

Для побудови системи Д. І. Менделєєву довелося припустити інші значення відносних атомних мас майже у 20 елементів. Так, більшість учених вважали відносну атомну масу Берилію такою, що дорівнює 13,5 (знайдіть Берилій за Періодичною системою). Однак за сукупністю властивостей Д. І. Менделєєв розмістив його між Літієм і Бором, зробивши висновок, що відносна атомна маса Берилію має дорівнювати 9. Пізніше експериментальні дослідження довели справедливість припущення Д. І. Менделєєва. Це було перше практичне застосування Періодичної системи.

Будуючи Періодичну систему, Д. І. Менделєєв залишив багато клітинок вільними. Серед 63 відомих тоді елементів ще не було таких, які за величиною відносних атомних мас і сукупністю властивостей могли б зайняти ці місця. Тим самим він довів, що мають існувати елементи, котрі були ще невідомі. Він дійшов висновку, що їхні властивості мають бути проміжними між властивостями сусідніх елементів, які розміщуються ліворуч і праворуч у тому самому ряду, й сусідніх елементів, що стоять вище та нижче. Це такі елементи, як Галій Ga, Германій Ge і Скандій Sc. Д. І. Менделєєв назвав їх відповідно екаалюміній, екасиліцій та екабор¹.

¹ Ека - слово, запозичене Д. І. Менделєєвим зі стародавньої писемної мови Індії - санскриту. «Ека» означає один. Пропонуючи заздалегідну назву елемента № 31 екаалюміній, Д. І. Менделєєв виходив із того, що він «іде за алюмінієм», перший його аналог.

Тріумфом Періодичного закону було відкриття у 1875 р. французьким ученим Лекок де Буабодраном нового елемента, названого Галієм (на честь старовинної назви Франції). Властивості Галію, визначені експериментально, повністю збігалися з властивостями екаалюмінію, передбаченими Д. І. Менделєєвим.

Упродовж наступних 15 років передбачення Д. І. Менделєєва блискуче підтвердились: були відкриті прості речовини, утворені передбаченими елементами.

Проте наприкінці XIX ст. були відкриті інертні гази (Не, Ne, Аr, Кr, Хе).

• Пригадайте, що ви знаєте про інертні елементи.

Несподіване відкриття інертних елементів стало важким випробуванням для Періодичної системи, оскільки для них не було вільних клітинок. Д. І. Менделєєв утворив для них окрему групу (нульову), розмістивши інертні елементи між галогенами й лужними елементами. У результаті періоди набули логічного завершення. Все це зумовило загальне визнання Періодичного закону і Періодичної системи хімічних елементів.

Яка ж структура короткої форми Періодичної системи? Основними структурними одиницями є періоди і групи.

Період - це горизонтальний ряд хімічних елементів, розміщених відповідно до зростання їхніх відносних атомних мас, що починається лужним елементом і закінчується інертним елементом.

• Визначте, які періоди є винятком із цього правила і чому.

Усього періодів сім. Із них перші три - малі періоди, бо кожний складається з одного ряду хімічних елементів. Починаючи з четвертого, ідуть великі періоди (кожний складається з двох рядів). Кожний період містить певне число хімічних елементів:

1-й період (малий) - 2 елементи;

2-й період (малий) - 8 елементів;

3-й період (малий) - 8 елементів;

4-й період (великий) - 18 елементів;

5-й період (великий) - 18 елементів;

6-й період (великий) - 32 елементи;

7-й період (великий) - досі ще не завершений.

Група - це вертикальний стовпчик, у якому один під одним розміщені подібні за властивостями хімічні елементи.

Усього груп вісім. Кожна з них поділяється на дві підгрупи: А - головну, до складу якої входять елементи малих (типові) і великих періодів, і Б - побічну, що складається з елементів тільки великих періодів, вони є неповними аналогами типових елементів і навіть можуть істотно відрізнятися від них за властивостями.

Так, VII група складається з головної підгрупи - Флуор, Хлор (типові елементи) та їх аналоги - Бром, Йод, Астат, і побічної, до складу якої входять елементи тільки великих періодів - Манган, Технецій, Реній. Елементи головної підгрупи - неметалічні, а елементи побічної - металічні.

Основні закономірності Періодичної системи

1. У малих періодах зі зростанням відносних атомних мас елементів спостерігається поступове послаблення металічних і посилення неметалічних властивостей.

2. У великих періодах спостерігається певна періодичність у зміні властивостей всередині самих періодів. У парних рядах великих періодів металічні властивості елементів послаблюються повільно, в результаті всі елементи парних рядів - металічні. У непарних рядах великих періодів властивості елементів змінюються так само, як і в елементів малих періодів: металічні властивості послаблюються, а неметалічні - посилюються.

3. Особливу подібність властивостей виявляють елементи, розміщені всередині великих періодів, наприкінці кожного парного ряду. Це так звані тріади: Рутеній, Родій, Паладій, Осмій, Іридій та Платина, що утворюють родину платинових елементів (платиноїдів). Відокремлюють ще родину лантаноїдів (14 елементів шостого періоду) і родину актиноїдів (14 елементів сьомого періоду).

4. У підгрупах у міру зростання відносних атомних мас елементів їхні металічні властивості посилюються, а неметалічні послаблюються (в елементів побічних підгруп бувають винятки).

5. У Періодичній системі посилення металічних властивостей елементів у групах згори донизу і послаблення їх у періодах зліва направо зумовлює появу діагональної подібності. Так, Берилій більше подібний до Алюмінію, ніж до Магнію, Бор - до Силіцію, ніж до Алюмінію (див. Періодичну систему).

6. У періодах валентність елементів зростає: у малих періодах - від 1 до 8, у великих періодах - двічі, що й дало Д. І. Менделєєву підставу розмістити елементи великих періодів у два ряди.

7. У групах валентність елементів, як правило, відповідає номеру групи. Окремі елементи побічних підгруп можуть виявляти й іншу валентність. Так, Купрум - елемент І групи побічної підгрупи - утворює оксиди Сu₂О і СuО та гідроксиди CuОН і Сu(ОН)₂, де валентність Купруму дорівнює 1 і 2.

8. Елементи перших трьох груп - металічні. Вони не утворюють летких сполук з Гідрогеном. Сполуки з Гідрогеном характерні для елементів головних підгруп IV—VII груп. При цьому валентність елемента дорівнює різниці між числом 8 і номером групи, в якій розміщується елемент.

Завдання для самоконтролю

1. Як змінюються властивості елементів у періодах і групах? Назвіть найактивніші з елементів метал і неметал.

2. В якого з елементів металічні властивості виявлені сильніше: а) Са, Rb, Μn; б) Bi, Р, N? Відповідь мотивуйте.

3. За хімічними властивостями радіоактивний елемент Радій найбільш подібний до:

• А Францію;
• Б Актинію;
• В Барію;
• Г Лантану.

4. Металічний характер властивостей елементів у ряду Mg - Са - Sr - Ва:

• А послаблюється;
• Б посилюється;
• В не змінюється;
• Г спочатку послаблюється, а далі посилюється.

5. Найслабші металічні властивості виявляє елемент:

• A Mg;
• Б Na;
• В Al;
• Г Si.

6. Лужному елементу відповідає порядковий номер:

• А 10;
• Б 11;
• В 12;
• Г 13.

7. Хімічний елемент, що належить до галогенів, - це:

• А Ферум;
• Б Манган;
• В Йод;
• Г Неон.

8. Летка сполука елемента з Гідрогеном має загальну формулу RH₃. Елемент належить до групи:

• А V;
• Б VI.

Додаткові завдання

9. Неметалічні властивості елементів у ряду N - Р - As - Sb - Ві:

• А послаблюються;
• Б посилюються;
• В не змінюються;
• Г спочатку послаблюються, а далі посилюються.

10. Серед зазначених нижче елементів 4-го періоду елемент, що може виявляти однакові значення валентності за Оксигеном і Гідрогеном, - це:

• А Бром;
• Б Селен;
• В Арсен;
• Г Германій.

11*. Відносна атомна маса елемента дорівнює 31. Він утворює оксид, у якому масова частка цього елемента становить 0,437. Формула оксиду:

• А Р₂О₅;
• Б Р₂О₃,

а характер оксиду

• В основний;
• Г кислотний;
• Д амфотерний.

12*. Визначте валентність Хлору в перхлоратній кислоті НСlО₄, напишіть формулу оксиду, що відповідає цій кислоті, й формулу леткої сполуки Хлору з Гідрогеном, зазначте назви всіх сполук.