Хімія. 8 клас. Гранкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 2. Періодичний закон Д. І. Менделєєва. Структура періодичної системи хімічних елементів

«А між тим кожен із нас розуміє, що за всієї зміни у властивостях простих тіл у вільному стані щось залишається постійним, і під час переходу елемента в сполуку... У цьому відношенні досі відомо тільки одне числове дане — атомна вага, властива елементу... Ось із цієї причини я й намагався заснувати систему на величині атомної ваги» (Д. І. Менделєєв).

ПЕРЕДІСТОРІЯ

Періодичний закон був відкритий Д. І. Менделєєвим під час роботи над текстом підручника «Основи хімії», коли він стикнувся з труднощами систематизації фактичного матеріалу. До середини лютого 1869 року, обмірковуючи структуру підручника, він поступово дійшов висновку, що між властивостями й атомними масами елементів існує якась закономірність.

Д. І. Менделєєв насамперед об'єднав у групи елементи, які утворюють подібні за своїми властивостями прості речовини. Утворилися дві групи: лужні метали і галогени.

Хімічні елементи, які утворюють лужні метали, зараз розташовані в І групі: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.

Це найбільш активні метали. Вони настільки активні, що можуть зайнятися на повітрі. Тому їх зберігають під шаром гасу або мінеральної олії. В усіх сполуках вони одновалентні, їх оксиди проявляють типово основні властивості й унаслідок взаємодії з водою утворюють основи.

Елементи, які утворюють галогени, займають зараз VII групу: F, Cl, Br, I, At.

Це найбільш активні неметали. Вони реагують із металами часто вже за звичайних умов. У результаті реакції утворюються солі. Звідси й назва: галогени — «ті, що породжують солі».

Але як включити їх у єдину систему, знайти взаємозв'язок між ними? Він почав складати групи елементів за порядком зміни їхніх хімічних властивостей і атомних мас. Елементи вишиковувалися у вертикальні стовпці й горизонтальні рядки, в яких чітко простежувалася певна закономірність.

ПЕРШИЙ ВАРІАНТ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ

«Днем народження» Періодичної системи Д. I. Менделєєва зараз вважають 18 лютого 1869 р. У цей день Менделєєв склав перший варіант таблиці, названий ним «Досвід системи елементів, що ґрунтується на їхній атомній вазі й хімічній подібності», і розіслав його кільком відомим хімікам. Йдеться про завершальний день відкриття, над яким Д. I. Менделєєв працював близько 15 років. Якщо ви вважаєте, що вчений у результаті одержав добре знайому вам таблицю «Періодична система хімічних елементів», то помиляєтеся. Ось яку таблицю представив Д. I. Менделєєв:

Рис. 1. Перший варіант Періодичної системи Д. I. Менделєєва

У цьому варіанті Періодичної системи 63 елементи розташовані за порядком збільшення їхніх атомних ваг (зверху вниз і зліва направо). Розташування елементів у системі відбиває, як писав Д. І. Менделєєв, «виразну періодичність властивостей». Це був принципово новий і несподіваний висновок, тому що хіміки, які займалися класифікацією елементів до Д. І. Менделєєва, відзначали лише лінійну, послідовну зміну властивостей елементів у подібних групах. Уперше йдеться про періоди, а не тільки групи.

ПЕРІОДИЧНА ЗМІНА ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕЛЕМЕНТІВ

Продовжуючи завзято працювати над розв'язанням суперечливих питань, усуненням протиріч і невідповідностей у розташуванні елементів, Д. І. Менделєєв складає нові варіанти таблиці. Він ураховує склад оксидів елементів та їх сполуки з Оксигеном і доходить висновку, що чим більше атомів Оксигену приєднує атом елемента, тим з меншим числом атомів Гідрогену він з'єднується:

R₂O	RO	R₂O₃	RO₂	R₂O₅	RO₃	R₂O₇
-	-	-	RH₄	RH₃	RH₂	RH

Ці загальні формули вищих оксидів і летких сполук з Гідрогеном ви можете бачити в сучасних варіантах Періодичної системи. Замість R можна підставити символ будь-якого хімічного елемента цієї групи. Наприклад, R₂O₅ — вищий оксид для елементів V групи. Відповідно, формули оксидів елементів будуть такими: N₂O₅, P₂O₅, As₂O₅ і т. д. Те саме й із водневими сполуками. Наприклад, для елементів V групи формули будуть такими: NH₃, PH₃, AsH₃ і т. д.

Д. І. Менделєєв відмітив, що під час просування по періоду зліва направо властивості оксидів змінюються від основних до кислотних. Кожний період починається з металічних елементів (які утворюють лужні метали). Потім, зі збільшенням порядкового номера елемента в періоді (зліва направо), металічні властивості елементів слабшають, а неметалічні — посилюються. У сьомій групі найактивніші неметалічні елементи, які утворюють галогени. І так у кожному періоді. Чому так відбувається, ми розглянемо трохи пізніше. Однак це є переконливим доказом періодичної зміни властивостей елементів і їх сполук.

Періодична система елементів (Д. І. Менделєєв, 1871 р.)

(повідомлена Російському хімічному товариству 3 (15) грудня 1870 р., опублікована в лютому 1871 р.)

НОВИЙ ВАРІАНТ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ

1871 р. Д. І. Менделєєв у статті «Періодична закономірність хімічних елементів» опублікував новий варіант Періодичної системи, в якій було вказано знайдені ним закономірності.

У цій самій статті Д. І. Менделєєв наводить формулювання періодичного закону:

• «Властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл перебувають у періодичній залежності від їхньої атомної ваги».

• Формою відображення Періодичного закону є таблиця «Періодична система хімічних елементів».

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Д. І. Менделєєв передбачив 11 іще невідомих на той час елементів. Відносно трьох із них — екабору, екаалюмінію й екасиліцію (умовні символи яких Eb, Ea, Es) — у нього була особливо тверда впевненість у можливості їх відкриття.

У період між виходом у світ другого (1872 р.) і третього (1877 р.) видань книги «Основи хімії» передбачення Д. І. Менделєєва підтвердилися. Французький хімік Лекок де Буабодран 1875 р. відкрив новий елемент — Галій, властивості якого, встановлені експериментально, разюче збіглися з властивостями передбаченого екаалюмінію.

Наприкінці 1879 р. шведський учений Нільсон відкрив передбачений Д. І. Менделєєвим екабор і назвав новий елемент Скандієм. 1886 р., коли німецький хімік Вінклер відкрив новий елемент — Германій, знову виявилося, що властивості, визначені для цього елемента дослідним шляхом, повністю збіглися з властивостями, зазначеними Менделєєвим для екасиліцію.

— І ви ще думаєте, що Менделєєву Періодична система просто наснилася?

Після відкриття елемента Германію періодичний закон Д. І. Менделєєва одержав усесвітнє визнання, а Періодична система стала необхідним і дуже важливим помічником кожного, хто займається хімією або вивчає її. Подальший розвиток хімії, відкриття нових елементів і вивчення їхніх властивостей призвели до різних доповнень і змін Періодичної системи. У середині XX століття Періодична система хімічних елементів набула сучасного вигляду.

Завдання

Порівняйте варіант Періодичної системи, зображений на табл. 1, із сучасним. Знайдіть відмінності.

СТРУКТУРА ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ ЕЛЕМЕНТІВ

За всю історію Періодичної системи було опубліковано більше 50 різних варіантів її зображення, найбільш популярними є короткоперіодна й довгоперіодна форми.

На сьогодні в таблиці Періодичної системи є 118 відомих хімічних елементів (із порядковими номерами від 1 до 118).

Цікаво, що з них 94 виявлено в природі (деяких дуже мало), інші 24 отримано штучно в результаті ядерних реакцій, і в природі вони не існують.

• Головний принцип побудови Періодичної системи — виділення в ній періодів (горизонтальних рядів) і груп (вертикальних стовпців) елементів.

Сучасна Періодична система складається із семи періодів. Вони діляться на малі (І—ІІІ періоди) і великі (IV—VII періоди). У короткоперіодному варіанті Періодичної системи малі періоди складаються з одного ряду, а великі періоди — із двох рядів. Короткоперіодний варіант Періодичної системи містить вісім груп елементів, кожна з яких умовно поділяється на групу А (головну) і групу Б (побічну) (див. форзаци).

Завдання

Вкажіть елементи, які розташовані:

а) у малих періодах;
б) у великих періодах.

Завдання

Знайдіть елементи головних і побічних підгруп у І, ІІІ, V групах.

У довгоперіодному варіанті Періодичної системи є 18 груп і немає розподілу на головну й побічну підгрупи. Кожний період складається з одного ряду, у великих періодах елементів більше.

Таблиці, у вигляді яких зображують довгоперіодний і короткоперіодний варіанти Періодичної системи, розділені на клітинки. У кожній клітинці зазначено: символ хімічного елемента, його назву, порядковий номер, відносну атомну масу. Можуть бути й інші дані.

Рис. 2. Позначення в Періодичній системі Менделєєва

Періодична система описує будову атомів кожного елемента. Всі значення, які є в таблиці, характеризують або будову атомного ядра, або структуру електронної оболонки атома. Тому ми не зможемо зрозуміти періодичний закон, якщо не ознайомимося з тим, як улаштований атом. Ця тема в нас попереду.

Підіб'ємо підсумок:

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

1. Яку характеристику атома Д. І. Менделєєв поклав в основу свого закону?
2. У якій групі розташовані елементи, які утворюють лужні метали? галогени?
3. У чому відмінність Періодичної системи Д. І. Менделєєва від інших класифікацій?
4. У чому полягає періодичність властивостей хімічних елементів?
5. Що називають періодом? групою?
6. Скільки груп і періодів у Періодичній системі?
7. Назвіть елементи ІІ групи головної підгрупи; ІV групи побічної підгрупи.
8. Назвіть елементи 2-го періоду. Це малий або великий період?
9. Знайдіть у Періодичній системі елемент Сульфур. Які відомості про цей елемент є в таблиці? Назвіть їх.

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

У завданнях оберіть одну правильну відповідь.

1. Д. І. Менделєєв в основу періодичного закону — класифікації хімічних елементів поклав: