Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)

§ 28. Періодичний закон

Відкриття Періодичного закону

Від початку XIX століття розпочали класифікувати хімічні елементи за різними ознаками. Варто згадати тріади Йогана Деберейнера, октави Джона Ньюлендса й таблицю Лотара Мейєра. Найбільш удалою класифікацією стала Періодична система Дмитра Менделєєва, яка стала підґрунтям для формулювання Періодичного закону.

За основу систематизації хімічних елементів Дмитро Менделєєв обрав відносну атомну масу, вважаючи, що вона є головною характеристикою хімічного елемента: вона не змінюється у разі утворення елементом простої або складної речовини. Розташувавши в ряд символи всіх відомих на той час хімічних елементів у порядку зростання відносної атомної маси, він помітив, що елементи з подібними властивостями (наприклад, лужні елементи) не з’являються безпосередньо один за одним, а періодично (регулярно) повторюються. Виявилося, що так само закономірно (через певний інтервал) повторюються хімічні властивості сполук елементів.

Проаналізуймо, які закономірності можна виявити в разі розташування елементів у ряд (табл. 8).

Таблиця 8. Властивості хімічних елементів та властивості їхніх сполук залежно від атомних мас

Умовні позначення:

М — метал;

Н — неметал;

О — основний;

К — кислотний;

А — амфотерний (оксид, який виявляє як основні, так і кислотні властивості)

У ряду елементів, що наведені в таблиці 8, чітко простежується періодична зміна ознак. Так, Літій утворює просту речовину метал (лужний метал). Поступово властивості простих речовин змінюються на неметалічні. Також поступово змінюється хімічний характер оксиду. Літій оксид є основним, а нітроген(V) оксид — кислотним (Оксиген, Флуор і Неон не утворюють оксидів).

Далі ця послідовність у зміні властивостей різко обривається. З’являється елемент Натрій, який за своїми властивостями подібний до першого елемента ряду — Літію. У подальшому властивості елементів змінюються в такій самій послідовності, що й від Літію до Флуору. У ряду простих речовин відбувається поступова зміна: від типового металу (натрію) до типового неметалу (хлору). Спостерігається також зміна складу й характеру властивостей сполук, зокрема перехід від основного натрій оксиду до кислотного хлор(VІІ) оксиду.

Аналізуючи цю послідовність елементів, можна виявити, що залежність властивостей елементів і утворених ними сполук від атомної маси є періодичною. 1869 року Дмитро Менделєєв сформулював Періодичний закон.

Властивості хімічних елементів, а також утворених ними простих і складних речовин перебувають у періодичній залежності від відносних атомних мас елементів.

Розташовуючи відомі елементи за відносною атомною масою, можна помітити протиріччя між відносною атомною масою та розміщенням Аргону й Калію. Відносна атомна маса Калію дорівнює 39,1, а Аргону — 39,95. Якщо розташовувати їх за значенням відносних атомних мас, отримаємо:

Група ПС	17	18	1	2
Хімічний елемент	Сl	К	Аr	Са
Відносна атомна маса	35,45	39,10	39,95	40,08
Характер елемента	Неметалічний	Металічний	Інертний	Металічний

Якщо ж усупереч атомним масам поміняти місцями Калій і Аргон, протиріччя зникає:

Група ПС	17	18	1	2
Хімічний елемент	Сl	Аr	К	Са
Відносна атомна маса	35,45	39,95	39,10	40,08
Характер елемента	Неметалічний	Інертний	Металічний	Металічний

Цей парадокс із «хибним» розміщенням елементів був пояснений лише на початку XX століття після відкриття будови атома. Якщо ви уважно розглянете Періодичну систему, то знайдете ще два приклади такого «виняткового» розташування хімічних елементів.

Після відкриття електронної будови атомів Періодичний закон було сформульовано інакше.

Властивості хімічних елементів, а також утворених ними простих і складних речовин перебувають у періодичній залежності від заряду ядер їхніх атомів.

Від ряду елементів до Періодичної таблиці

Ряд хімічних елементів, розташованих за збільшенням заряду ядер атомів, можна розділити на окремі ряди. Кожен із них починається лужним елементом, а закінчується — інертним. Такі ряди називають періодами. Періоди, розміщені один під одним, утворюють уже знайому вам Періодичну таблицю хімічних елементів (мал. 28.1).

Мал. 28.1. Перші 20 елементів розміщені в ряд за збільшенням зарядів ядер атомів. У Періодичній таблиці елементи з подібними властивостями розташовують один під одним

Ряд хімічних елементів, розташованих у порядку зростання зарядів ядер атомів, що починається з Гідрогену або лужного металічного елемента й закінчується інертним елементом, називають періодом.

Властивості хімічних елементів, а також властивості утворених ними простих речовин і сполук зі збільшенням порядкового номеру в періоді поступово змінюються.

Перший період містить лише два елементи, другий і третій — по вісім. Ці періоди називають малими. У них від Гідрогену або лужного металічного елемента до інертного доволі різко змінюється металічний і неметалічний характер елементів.

Четвертий і наступні періоди містять по 18 і більше елементів, тому їх називають великими.

У великих періодах також поступово змінюються властивості, але значно повільніше: властивості сусідніх елементів у великих періодах відрізняються значно менше, ніж у сусідніх елементів малих періодів.

Короткий і довгий варіанти графічного представлення Періодичної системи

Ґрунтуючись на Періодичному законі, Дмитро Менделєєв створив класифікацію хімічних елементів, яку називають Періодичною системою. Зазвичай її подають у вигляді таблиці.

За рекомендаціями IUРАС майже в усьому світі використовують довгий варіант: у ньому хімічні елементи одного періоду розміщені в один ряд, а лантаноїди й актиноїди — окремим рядами. Саме цей варіант подано на першому форзаці підручника.

В Україні часто використовують короткий варіант Періодичної таблиці. У ньому великі періоди розбито на два рядки.

Періодична таблиця хімічних елементів (короткий варіант)

Значення Періодичного закону

Відкриття Періодичного закону та створення Періодичної системи хімічних елементів — найбільше досягнення фундаментальної науки XIX століття.

Закон — це вища форма організації знань. Закон має не лише пояснювати виявлені факти, але й передбачати нові відкриття.

На момент відкриття Періодичного закону було відомо 63 хімічні елементи, але він дав змогу передбачити існування невідомих на той час елементів.

Так, Дмитро Менделєєв припустив, що між Цинком і Арсеном мають бути розташовані ще два поки не відомі елементи: перший за властивостями має бути подібним до Алюмінію, а другий — до Силіцію. Він назвав їх Екаалюмінієм (тобто «подібний до Алюмінію») і Екасиліцієм («подібний до Силіцію»).

Згодом ці невідомі хімічні елементи було відкрито, причому властивості нових відкритих елементів — Галію і Германію відповідно — практично збігалися з передбаченими (табл. 9). Це підтвердило правильність Періодичного закону.

Таблиця 9. Передбачені й експериментально виявлені властивості Германію

Характеристика елемента й утворених ним речовин	Екасиліцій, передбачений Д. Менделєєвим 1871 року	Германій, відкритий К. Вінклером 1886 року
Відносна атомна маса	Близько 72	72,6
Властивості простої речовини	Сірий тугоплавкий метал, густина — бл. 5,5 г/см3	Сірий тугоплавкий метал, густина — 5,35 г/см3
Характеристика оксиду	Формула оксиду — ЕО2, густина — бл. 4,7 г/см3, оксид має помірно легко відновлюватися до металу	Формула оксиду — GeO2, густина — 4,7 г/см3, оксид відновлюється до металу під час нагрівання в струмені водню
Характеристика хлориду	Хлорид ЕСl4 має бути рідиною з температурою кипіння бл. 90 °С і густиною бл. 1,9 г/см3	Германій хлорид GeCl4 є рідиною з температурою кипіння 83 °С і густиною 1,887 г/см3

Періодичний закон відкрив шлях до вивчення будови атома. Ґрунтуючись на Періодичному законі, науковці й науковиці змогли одержувати речовини з наперед заданими властивостями, відкривати й синтезувати раніше не відомі хімічні елементи.

Періодичний закон дав змогу висувати й доводити гіпотези про народження й перетворення хімічних елементів у Всесвіті.

Робота з інформацією

349. Знайдіть у Періодичній таблиці елементи, розміщені не за збільшенням їхньої відносної атомної маси. Які протиріччя з’являться, якщо їх розташувати згідно з їхніми атомними масами?

350. Як змінюється характер оксидів елементів у періоді? Проілюструйте властивості оксидів Літію та Карбону рівняннями реакцій із водою. Які властивості характерні для продуктів реакцій?

351. Який хімічний елемент за властивостями подібний до Силіцію: а) Алюміній; б) Фосфор; в) Германій; г) Титан? Відповідь поясніть.

352. У якого елемента сильніше виражені металічні (або неметалічні) властивості: а) у Бору чи Алюмінію; б) в Арсену чи Нітрогену; в) в Арсену чи Стибію? Відповіді обґрунтуйте.

353. Порядкові номери хімічних елементів А, Б, і В дорівнюють відповідно n, n + 2, n + 4.

• Якщо хімічний елемент А — найлегший галоген, то яким хімічним елементом буде Б?

• Якщо хімічний елемент В — інертний, а Б — металічний, то яким хімічним елементом є А?

• Якщо хімічні елементи А і Б належать до однієї групи, то яким хімічним елементом є В?

• Чи можуть прості речовини, утворені А, Б і В, за звичайних умов бути газами?

354. Елементи А і Б належать до 2-ї групи, а елемент В — до 17-ї групи. Сполука елементів А і В розчинна у воді, а сполука елементів Б і В має білий колір і нерозчинна у воді. Якими елементами можуть бути А, Б і В?

355. Визначте в Періодичній таблиці хімічний елемент, єдиний оксид якого має відносну молекулярну масу 40 ± 1, а заряд його йонів не більший за 4+. Доведіть, що існує лише один такий елемент.

356. Хімічний елемент, оксид якого відповідає формулі RO₃, утворює сполуку з Гідрогеном, у якому масова частка Гідрогену становить 2,47 %. Визначте цей хімічний елемент.

Самооцінювання за темою «Досліджуємо будову атома»

rnk.com.ua/110185

Рефлексуємо щодо теми «Досліджуємо будову атома»

• Поверніться на початок розділу (с. 223) та прочитайте перелік того, що ви мали дізнатися. Визначте, про що ви дізналися, а про що треба пошукати інформацію.

• Поділіться своїми думками та враженнями від вивченого з однокласниками й однокласницями.