Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Тема 1. Будова атома. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів

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 їх сполук.

§ 4. Перші спроби класифікації хімічних елементів

Родини хімічних елементів

Відкриваючи нові хімічні елементи, науковці почали їх класифікувати за певними ознаками. Однією з перших спроб було виокремлення природних родин елементів.

Природна родина хімічних елементів — це група хімічних елементів, що мають подібні хімічні 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 елементами. 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 їх властивостей кількість природних родин елементів збільшувалася. Деякі родини отримали власні назви й у 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

Лужноземельні 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 із Купрумом. 5 — Утворюють солі. 6 — Є інертними, тобто нездатними вступати в реакції.

Усі елементи, що належать до однієї родини, утворюють сполуки, що виявляють схожі хімічні й фізичні властивості.

Виявлення 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 науковець, якому вдалося з’ясувати певні закономірності в характері хімічних елементів і їх 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 1817 року, були лужноземельні металічні елементи Кальцій, Стронцій і Барій. Через 12 років він установив 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 хімічних елементів.

Йоган Вольфґанґ Деберейнер

(1780-1849)

Німецький науковець. Народився в невеликому містечку в Баварії в бідній родині. З дитинства цікавився хімією й початкові хімічні знання здобув самостійно, а в 14 років став помічником аптекаря. Незважаючи на відсутність хімічної освіти, був радником із хімії поета Вольфґанґа Ґете, 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.

Мал. 4.1. Приклади тріад — груп хімічних елементів, запропонованих Деберейнером. Під символами хімічних елементів наведені їх відносні атомні маси (округлені)

Октави Ньюлендса

1864 року Джон Ньюлендс уперше розташував усі відомі на той час хімічні елементи в ряд за збільшенням їх відносних атомних мас. Він відзначив, що в цьому ланцюзі періодично з’являються хімічно подібні елементи. Пронумерувавши всі елементи й зіставивши номери з характером елементів, Ньюленде дійшов висновку, що кожний восьмий елемент є подібним за властивостями першого елемента, так само, як у музиці восьма нота в октаві є подібною до першої (мал. 4.2, с. 18). Своє відкриття він назвав «закон октав»: номери подібних елементів відрізняються на сім або на число, кратне семи.

Джон Олександр Рейна Ньюлендс

(1837-1898)

Англійський хімік. Народився в Лондоні в родині священника. Від 1864 року займався систематизацією хімічних елементів. Після відкриття «закону октав» 1866 року 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 лише відкрив цей закон, але й зробив певні передбачення на його основі. А втім, заслуги Ньюлендса були відзначені найвищою на той час нагородою — золотою медаллю Деві.

Мал. 4.2. Приклади октав у музиці та октав хімічних елементів, запропонованих Джоном Ньюлендсом

Отже, Ньюлендсом було вперше висунуто припущення про періодичність змін характеру хімічних елементів. Однак Ньюлендс не зміг виявити фізичний зміст свого відкриття.

Таблиця Лотара Меєра

Трохи пізніше від Ньюлендса, 1864 року, свою першу таблицю хімічних елементів опублікував німецький хімік Лотар Меєр. Таблиця складалася із 43 елементів з-поміж 63 відомих на той час (мал. 4.3). Меєр 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 Меєра не була систематичною й не мала характеру закону. Меєр навіть не запідозрив, що для деяких елементів були неправильно визначені атомні маси, а це, своєю чергою, вносило певні похибки в його відкриття й не давало загального розуміння класифікації хімічних елементів.

Юліус Лотар Меєр

(1830-1895)

Німецький хімік. Народився в родині лікаря. Мав слабке здоров'я, тому середню освіту здобув лише у 20 років. Закінчив медичний факультет у Цюріху. Після цього вивчав газообмін у крові в лабораторії Бунзена. Працював переважно в галузі фізичної хімії. Уперше почав використовувати оксигеновий еталон для визначення відносних атомних мас. У своїй таблиці 1870 року Меєр 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 1882 року за це відкриття був нагороджений золотою медаллю Деві разом із Менделєєвим.

Мал. 4.3. Фрагмент таблиці Лотара Меєра

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 Меєра.

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 удалих спроб було відкриття Деберейнером тріад — елементів із 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 Меєра. Але ці відкриття не набули статусу закону, оскільки їхні 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 Меєра 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, Al, Са, S, Хе, К, Cl, I, Li, Ba, Ne, Be, Rb, Sr, F, Fe, He, H.

2. Використовуючи Періодичну систему на форзаці, складіть формули сполук із 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 із водою.

4. Знайдіть у Періодичній системі принаймні три приклади хімічних елементів, що доводять установлені 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?

Попередня
Сторінка
Наступна
Сторінка

Зміст