§ 2. Періодичний закон

Матеріал параграфа допоможе вам:

дізнатися про природний ряд хімічних елементів і закономірності в ньому;
зрозуміти зміст періодичного закону.

Відкриття періодичного закону. Проблема класифікації хімічних елементів захопила у 60-ті роки ХІХ ст. Д. І. Менделєєва (мал. 6). Він шукав закономірності та взаємозв’язки, які охоплювали б усі елементи, а не лише їх частину.

Мал. 6. Д. І. Менделєєв (початок другої половини ХІХ ст.)

Взявши за основу маси атомів, Менделєєв (як і Ньюлендс, Маєр) розмістив усі відомі на той час 63 хімічні елементи в ряд за збільшенням відносних атомних мас. Наводимо початок цього ряду¹(Гелію й Неону в ньому немає; обидва елементи було відкрито пізніше):

H	Li	Be	B	C	N	O	F	Na	Mg	Al
1	7	9	11	12	14	16	19	23	24	27

¹ Під символами елементів розміщено округлені значення відносних атомних мас.

У ряду за неметалічним елементом Гідрогеном бачимо металічні елементи (їх клітинки темніші), потім — неметалічні елементи, далі — знову металічні елементи. Отже, хімічний характер елементів у ряду періодично повторюється.

Менделєєв поділив складений ряд на фрагменти (це відомі вам періоди), які починалися з типових металічних елементів (лужних) і закінчувалися типовими неметалічними елементами (галогенами):

Li Be B C N O F

Na Mg Al Si P S Cl

Учений виявив, що в кожному фрагменті хімічний характер елементів, значення їхньої валентності, властивості простих речовин, склад і властивості сполук змінюються поступово. Переконаємося в цьому, розглянувши один із фрагментів (під символами елементів наведено максимальні значення валентності, формули вищих оксидів, гідроксидів, кислот):

В обраному фрагменті на першому місці перебуває лужний елемент Натрій, який є одновалентним, утворює дуже активні метал натрій, оксид Na₂O і луг NaOH. За Натрієм розміщений двовалентний Магній, від якого походять речовини з меншою хімічною активністю — метал магній, оксид MgO і малорозчинна основа Mg(OH)₂. Наступний елемент також є металічним. Це — тривалентний Алюміній. Його оксид і гідроксид за деякими хімічними властивостями відрізняються від аналогічних сполук Магнію. Силіцій, Фосфор, Сульфур і Хлор — неметалічні елементи. Максимальні значення їхньої валентності зростають від 4 до 7. Хімічна активність неметалів, утворених цими елементами, підвищується; найактивніший серед них — хлор. Це стосується і кислот, які відповідають вищим оксидам елементів.

Один із висновків зі щойно викладеного такий: металічний характер елементів у фрагменті їх ряду посилюється справа наліво, а неметалічний характер — зліва направо:

Ряд хімічних елементів, складений за збільшенням атомних мас, Д. І. Менделєєв назвав природним рядом, тобто таким, що існує незалежно від людини в самій природі.

Закономірності, виявлені в природному ряду хімічних елементів, привели вченого до відкриття в 1869 р. періодичного закону, або закону періодичності. За Менделєєвим, властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук перебувають у періодичній залежності від значень атомних мас.

Періодичність у хімії — це повторення (але не копіювання) хімічного характеру елементів, особливостей будови атомів, складу, будови і властивостей речовин через певну кількість елементів у їх природному ряду.

Причину періодичності у світі елементів Менделєєву не вдалося розкрити: в ті часи наука ще не набула достатнього розвитку. Однак учений вірив, що згодом це обов’язково станеться.

Менделєєв не обмежився фактичним матеріалом, який мала хімічна наука. Він радив хімікам у разі порушення елементом загальної закономірності у природному ряду перевірити значення його атомної маси. Учений передбачив не лише відкриття нових елементів, а й значення їхніх відносних атомних мас, властивості простих речовин, існування сполук у природі тощо.

Сучасне формулювання періодичного закону. Д. І. Менделєєв, як і його сучасники, не знав, яку будову має атом. Але він був упевнений, що причину періодичності у змінах хімічного характеру елементів, властивостей речовин необхідно шукати в самих атомах. Менделєєв розумів, що періодичний закон потребує глибшого пізнання.

Відкриття складної будови атома допомогло вченим встановити, що фундаментальною характеристикою кожного елемента є заряд ядра атома, а не маса. Тому нині періодичний закон формулюють так:

властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук перебувають у періодичній залежності від значень зарядів ядер атомів.

Періодичний закон — один із основних законів природи. Він розкриває єдність хімічних елементів і взаємозв’язок між ними. Вивчаючи хімію, ви будете часто звертатися до цього закону, знайдете нові факти, що підтверджують його, зможете передбачати хімічні властивості речовин і ймовірність перебігу реакцій за їх участю.

ВИСНОВКИ

Розмістивши хімічні елементи в ряд за зростанням відносних атомних мас, Менделєєв відкрив періодичний закон. Нині цей закон формулюють так: властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук перебувають у періодичній залежності від значень зарядів ядер атомів.

Періодичний закон є одним з основних законів природи. Він становить фундамент хімічної науки.

6. У фрагменті природного ряду елементів, який починається з Літію і закінчується Флуором, укажіть хімічний характер кожного елемента і тип його простої речовини. Який метал і який неметал серед цих простих речовин мають бути найактивнішими в хімічних реакціях?

7. Поясніть значення слова «періодичність». Які зміни у природі можна охарактеризувати цим словом? Зіставте за змістом слово «періодичність» зі словами «неперервність», «поступовість».

8. Періодичною чи поступовою є зміна максимальних значень валентності елементів у їх природному ряду? Відповідь проілюструйте прикладами.

9. Укажіть відмінність між сучасним формулюванням періодичного закону і тим, яке дав Менделєєв.

ГДЗ до підручника можна знайти тут.