Підручник з Хімії. 8 клас. Григорович - Нова програма
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
ТЕМА 1. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. БУДОВА АТОМА
У цьому розділі ви дізнаєтеся...
• за яким принципом класифікують хімічні елементи;
• які існують групи хімічних елементів;
• що Періодична система — не звичайний перелік елементів;
• яку інформацію можна дізнатися за місцем хімічного елемента в Періодичній системі;
• чи справді Періодична система наснилася Менделєєву;
• що атом має складну будову;
• що порядковий номер хімічного елемента має великий фізичний зміст;
• що електрон є водночас і частинкою, і хвилею;
• що саме будова електронної оболонки атомів зумовлює періодичність змін характеру хімічних елементів та властивостей їхніх сполук.
§ 4. Перші спроби класифікації хімічних елементів
Родини хімічних елементів
У міру відкриття нових хімічних елементів учені почали їх класифікувати за певними ознаками. Однією з перших спроб було виокремлення природних родин елементів.
Родина хімічних елементів — це група хімічних елементів, що мають подібні властивості.
Наприклад, Калій за багатьма ознаками схожий на Натрій. У сполуках вони одновалентні, а основи, які вони утворюють, є лугами. Саме тому їх називають лужними. Також існують інші елементи, які за властивостями подібні до Калію й Натрію. Їх виділяють в окрему родину — родину лужних елементів.
Із відкриттям нових хімічних елементів та дослідженням їхніх властивостей число природних родин елементів збільшувалося. Деякі родини отримали власні назви і в сучасній хімічній літературі частіше згадуються саме за ними (табл. 2).
Таблиця 2. Родини хімічних елементів (за коротким варіантом Періодичної системи)
|
Період |
Група |
|||||
|
І |
II |
V |
VI |
VII |
VIII |
|
|
Лужні елементи1 |
Лужно-земельні елементи2 |
Пніктогени3 |
Халькогени4 |
Галогени5 |
Інертні елементи6 |
|
|
1 |
He |
|||||
|
2 |
Li |
N |
О |
F |
Ne |
|
|
3 |
Na |
P |
S |
Cl |
Ar |
|
|
4 |
К |
Ca |
As |
Se |
Br |
Kr |
|
5 |
Rb |
Sr |
Sb |
Те |
I |
Xe |
|
6 |
Cs |
Ba |
Bi |
Po |
At |
Rn |
|
7 |
Fr |
Ra |
Mc |
Lv |
Ts |
Og |
1 — Утворюють луги. 2 — Утворюють землі (так раніше називали оксиди), що у воді перетворюються на луги. 3 — Утворюють задушливі речовини. 4 — Більшість елементів трапляються в природі у сполуках з Купрумом. 5 — Утворюють солі. 6 — Є інертними, тобто нездатними вступати в реакції.
Усі елементи, що належать до однієї родини, виявляють певні подібні риси в хімічних і фізичних властивостях утворених ними сполук. Визначення природних родин хімічних елементів започаткувало основи класифікації хімічних елементів і сприяло відкриттю одного з фундаментальних законів природи — Періодичного закону Д. І. Менделєєва.
Перші спроби класифікації хімічних елементів
Тріади Деберейнера
Йоган Деберейнер — перший учений, якому вдалося з’ясувати певні закономірності в характері хімічних елементів і їхніх сполук. Ґрунтуючись на спільних ознаках хімічних елементів, він запропонував об’єднати деякі елементи в групи, що містили по три елементи (тріади). Першою тріадою, запропонованою Деберейнером у 1817 р., були лужноземельні металічні елементи Кальцій, Стронцій і Барій. Через 12 років він встановив іще дві тріади: лужних елементів (Літій, Натрій і Калій) і халькогенів (Сульфур, Селен і Телур). Учений помітив, що в межах цих тріад відносна атомна маса середнього елемента приблизно дорівнює середньому арифметичному мас двох інших (мал. 4.1). Закон тріад Деберейнера був підґрунтям для подальшої систематизації елементів.
Мал. 4.1. Приклади тріад — груп хімічних елементів, запропонованих Деберейнером. Під символами хімічних елементів наведені їхні відносні атомні маси (округлені)
Йоган Вольфганг Деберейнер (1780-1849)
Німецький учений, професор хімії та фармакології Йенського університету. Народився в невеликому містечку в Баварії, у бідній родині придворного кучера. З дитинства цікавився хімією й початкові хімічні знання здобув самостійно, а в 14 років став помічником аптекаря. Незважаючи на відсутність хімічної освіти Деберейнер був радником з хімії поета Вольфганга Гете, який на той час очолював уряд Веймарського герцогства. Деберейнер тричі робив спроби займатися комерцією, але банкрутував. Працюючи в університеті, він намагався систематизувати хімічні елементи, групуючи їх у тріади. Відкрив каталітичну дію платини, чим заснував новий розділ хімії, який сьогодні називають гетерогенним каталізом.
Октави Ньюлендса
У 1864 р. Джон Ньюлендс уперше розташував усі відомі на той час хімічні елементи в ряд за збільшенням їхніх відносних атомних мас. Він відзначив, що в цьому ланцюзі періодично з’являються хімічно подібні елементи. Пронумерувавши всі елементи й зіставивши номери з характером елементів, Ньюлендс зробив висновок, що кожний восьмий елемент є подібним за властивостями до першого елемента, так само, як у музиці восьма нота в октаві є подібною до першої (мал. 4.2, с. 20). Своє відкриття він назвав «закон октав»: номери подібних елементів відрізняються на сім або на число, що кратне семи.
Мал. 4.2. Приклади октав у музиці та октав хімічних елементів, запропонованих Джоном Ньюлендсом
Джон Олександр Рейна Ньюлендс (1837-1898)
Англійський хімік, експерт у галузі цукрового виробництва. Народився в Лондоні, у родині священика. З 1864 р. займався систематизацією хімічних елементів. Після відкриття «закону октав» у 1866 р. він доповів про це Лондонському королівському товариству, але його відкриття не підтримали. Із глузуванням йому запропонували розташувати елементи за алфавітом — може, так він помітить ще одну закономірність. Після відкриття Менделєєва Ньюлендс почав боротьбу за визнання пріоритету відкриття Періодичного закону за собою, але так і не домігся свого. На відміну від Ньюлендса, Менделєєв не тільки відкрив цей закон, але й зробив певні передбачення на його основі. Тим не менш, заслуги Ньюлендса були відзначені найвищою на той час нагородою — золотою медаллю Деві.
Отже, Ньюлендсом було вперше висунуто припущення про періодичність змін характеру елементів. Однак Ньюлендс не зміг виявити фізичний зміст свого відкриття.
Таблиця Лотара Мейера
Трохи пізніше від Ньюлендса, у 1864 р., свою першу таблицю хімічних елементів опублікував німецький хімік Лотар Мейер. Вона складалася із 43 елементів із 63 відомих на той час (мал. 4.3). Мейер розташував елементи за збільшенням відношення молярної маси простої речовини до її молярного об’єму. Аналізуючи отримані дані, він спостерігав періодичну зміну характеру елементів. Але робота Мейера не була систематичною й не мала характеру закону. На відміну від Менделєєва, Мейер навіть не запідозрив, що для деяких елементів були неправильно визначені атомні маси, а це, у свою чергу, вносило певні похибки в його відкриття й не давало загального розуміння класифікації хімічних елементів.
Мал. 4.3. Фрагмент таблиці Лотара Мейера
Юліус Лотар Мейер (1830-1895)
Німецький хімік. Народився в родині лікаря. Мав слабке здоров'я, тому середню освіту здобув тільки у 20 років. Закінчив медичний факультет у Цюріху. Після цього вивчав газообмін у крові в лабораторії Бунзена. Працював переважно в галузі фізичної хімії: досліджував каталітичну дію металів. Уперше почав використовувати оксигеновий еталон для визначення відносних атомних мас. У своїй таблиці в 1870 р. Мейер правильно розташував елементи (залишив і порожні місця), але, на відміну від Менделєєва, не застосував свої результати ані для перерахунку атомних мас, ані для передбачення властивостей іще не відкритих елементів. Однак у 1882 р. за це відкриття був нагороджений золотою медаллю Деві разом з Менделєєвим.
У більшості європейських країн, як і в Україні, Періодичну систему хімічних елементів називають ім'ям Дмитра Івановича Менделєєва. У деяких країнах її називають просто Періодичною системою без будь-якого імені, хоча визнають пріоритет її відкриття за Менделєєвим. А в США Періодичну систему називають ім'ям Лотара Мейера.
Лінгвістична задача
У перекладі з грецької галос означає «сіль», халько — «мідь», пнікто — «задушливий», генеа — «народження». Яке значення, на вашу думку, мають назви родин «галогени», «халькогени» і «пніктогени»? Чому ці родини було названо саме так?
Висновки
1. Від моменту відкриття певної кількості хімічних елементів хіміки намагалися їх класифікувати. Однією з перших вдалих спроб було відкриття Деберейнером тріад — елементів з подібними властивостями, завдяки чому сьогодні виділяють багато природних родин хімічних елементів (лужні, інертні тощо).
2. До відкриття Періодичного закону були зроблені ще дві вдалі спроби класифікації хімічних елементів: октави Ньюлендса та таблиця Лотара Мейера. Але ці відкриття не набули статусу закону, оскільки їх автори не змогли використати свої здобутки для формулювання загальних закономірностей і передбачення існування нових хімічних елементів.
Контрольні запитання
1. Назвіть відомі вам родини хімічних елементів і стисло схарактеризуйте одну з них.
2. Визначте внесок Деберейнера, Ньюлендса та Мейера в класифікацію хімічних елементів. Чим цінні їхні відкриття? Чому вони не заслуговують на звання «закон»?
3. Укажіть, як називають елементи першої групи Періодичної системи: а) лужні; б) лужноземельні; в) рідкісноземельні.
4. Укажіть, як називають елементи сьомої групи Періодичної системи: а) халькогени; б) галогени; в) інертні.
Завдання для засвоєння матеріалу
1. Із наведеного переліку хімічних елементів випишіть окремо: а) лужні елементи; б) лужноземельні елементи; в) галогени; г) інертні елементи. Br, Na, Аl, Са, S, Хе, К, Cl, I, Li, Ва, Ne, Be, Rb, Sr, F, Fe, He, H.
2. Використовуючи Періодичну систему на форзаці, складіть формули сполук з Гідрогеном: а) галогенів; б) халькогенів; в) пніктогенів. У цих сполуках усі елементи виявляють нижчу валентність.
3. Складіть у загальному вигляді формули оксидів і гідроксидів металічних елементів: а) лужних; б) лужноземельних. Використовуючи ці формули, складіть у загальному вигляді рівняння реакцій оксидів лужних і лужноземельних елементів з водою.
4. Знайдіть у Періодичній системі принаймні три приклади хімічних елементів, що доводять встановлені Деберейнером закономірності у відносних атомних масах елементів.
5. Як ви вважаєте, як назвав би свій закон Джон Ньюлендс, якби на той час були відомі інертні елементи?
