Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко (2025)
§ 31. Періодичний закон, його значення
• Пригадай і сформулюй закон збереження маси в хімічних реакціях.
• Назви відомі властивості лужних та інертних хімічних елементів.
• Що означає: класифікувати об’єкти? Наведи приклади відомих тобі класифікацій у природничих науках.
Опрацюй. Зрозумій. Використай
Кожна наука має свої закони. Тобі вже відомий закон збереження маси в хімічних реакціях, без дотримання якого не можна правильно написати / скласти хімічні рівняння. У цьому параграфі йтиметься про періодичний закон, який пояснює існування періодичної залежності між зарядом ядра атомів і властивостями хімічних елементів. До відкриття цього закону дослідників спонукали: розвиток хімії; результати досліджень будови атома; відкриття нових хімічних елементів; потреба в науковій класифікації відомих та передбаченні існування й відкриття нових хімічних елементів.
СУЧАСНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ
Періодичний закон: властивості хімічних елементів перебувають у періодичній залежності від заряду атомних ядер.
З’ясуємо, що означає термін «періодична залежність». За словниковим тлумаченням період — це проміжок, протягом якого повторюється якийсь процес. У періодичній таблиці хімічних елементів такі проміжки існують, їх також називають періодами. Кожен з них починається лужним елементом (винятком є перший період, який починається Гідрогеном), а закінчується інертним хімічним елементом. Процес, який повторюється у кожному періоді, — це поступове зменшення металічних і збільшення неметалічних властивостей хімічних елементів.
Зміна властивостей елементів у межах одного періоду триває доти, доки не з’являється елемент, що має завершений зовнішній енергетичний рівень. До таких належать інертні хімічні елементи. Так, перший період закінчується інертним хімічним елементом Гелієм. Зовнішній енергетичний рівень його атома містить 2 електрони і є завершеним. Наступним після нього елементом — Літієм починається другий період. У розташованого в кінці цього періоду інертного хімічного елемента — Неону на зовнішньому енергетичному рівні міститься 8 електронів. Наступний після Неону хімічний елемент — Натрій розпочинає новий період періодичної таблиці.
ПРИКЛАДИ ПРОЯВУ ПЕРІОДИЧНОЇ ЗАЛЕЖНОСТІ ВЛАСТИВОСТЕЙ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Розглянемо прояв періодичної залежності властивостей елементів від зарядів атомних ядер на прикладі лужних хімічних елементів. Літій (Li) має порядковий / атомний номер 3, заряд ядра +3 і розміщений у першій групі другого періоду. Наступний лужний хімічний елемент — Натрій (Na) — має порядковий / атомний номер 11, заряд ядра +11, також розміщений у першій групі, але третього періоду. Спільні з ними властивості має хімічний елемент під номером 19 — Калій (К) (заряд ядра +19). Як бачимо, схожий за властивостями лужний хімічний елемент з’являється через 8 елементів. Якби ми продовжили розглядати решту лужних хімічних елементів, то виявили б, що спільні з Літієм, Натрієм і Калієм властивості через більші проміжки періодично повторюють Рубідій (Rb), Цезій (Cs), Францій (Fr).
ПЛІЧ-О-ПЛІЧ
Завдання. З’ясуйте, як періодична зміна властивостей хімічних елементів пов’язана з будовою електронної оболонки атома. Для цього пригадайте, напишіть і порівняйте електронні формули трьох лужних хімічних елементів. Що спільного в будові електронної оболонки їхніх атомів?
У хімічних елементів, розміщених за зростанням зарядів атомних ядер, періодичне повторення подібних властивостей настає тоді, коли з’являється елемент, зовнішній енергетичний рівень якого має однакову електронну конфігурацію з елементом попереднього періоду.
НУМО ДОСЛІДЖУВАТИ
ПЕРІОДИЧНІСТЬ ПОВТОРЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ІНЕРТНИХ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
Завдання 1. З’ясуй, з якою періодичністю в таблиці з’являються інертні хімічні елементи і відбувається періодичне повторення характерних для них властивостей.
Завдання 2. На основі будови зовнішнього енергетичного рівня електронної оболонки атомів інертних хімічних елементів поясни причину періодичного повторення їхніх властивостей.
Завдання 3. Поміркуй, чи може періодична залежність порушитись. На чому ґрунтується твоя відповідь?
Завдання 4. Сформулюй висновок про те, чим зумовлена схожість властивостей інертних хімічних елементів.
УНІВЕРСАЛЬНІСТЬ СУЧАСНОГО ФОРМУЛЮВАННЯ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ. Для більшості хімічних елементів, розташованих у періодичній таблиці за збільшенням порядкового / атомного номера, кожний наступний елемент має більшу відносну атомну масу. Проте існують винятки.
Завдання 1. На прикладі хімічних елементів другого періоду проаналізуй, як у них змінюється відносна атомна маса зі збільшенням заряду атомних ядер.
До відкриття будови атома періодичність зміни властивостей хімічних елементів пов’язували зі збільшенням відносної атомної маси, яка на той час була єдиною відомою постійною характеристикою хімічних елементів. Проте відносна атомна маса Аргону більша, ніж Калію, але він розташований у періодичній таблиці попереду Калію, а не навпаки (мал. 50).
Мал. 50. Приклади хімічних елементів, розташованих у періодичній таблиці не за збільшенням атомної маси
Якщо Калій розташувати вісімнадцятим, а Аргон дев’ятнадцятим, то інертний хімічний елемент Аргон опиниться у групі хімічно активних лужних елементів, тоді як металічний елемент Натрій потрапить у групу неметалічних хімічних елементів. Щоб не порушувалась періодичність властивостей елементів, подібні перестановки було зроблено в періодичній таблиці для деяких інших елементів (мал. 50).
Завдяки дослідженням англійського фізика Генрі Мозлі (1887-1915) встановлено, що всі хімічні елементи без жодного винятку розміщені в періодичній системі за зростанням позитивного заряду ядер їхніх атомів. Тобто було доведено, що порядковий / атомний номер елемента в періодичній таблиці збігається з числовим значенням позитивного заряду ядра атома (протонним числом).
ЗНАЧЕННЯ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ. Періодичний закон — один з основних законів природи, що має значення для багатьох галузей знань та практики. Завдяки відкриттю закону було встановлено взаємозв’язок між поняттями хімічний елемент і проста речовина, науково пояснено факти подібності властивостей хімічних елементів однієї групи, стало реальним наукове прогнозування існування і відкриття нових хімічних елементів. Завдяки періодичному закону з’явився напрямок досліджень, що дає змогу науковцям створювати нові хімічні елементи, яких немає в природі. Відносна атомна маса штучно створених елементів наведена у періодичній таблиці у квадратних дужках. Штучні елементи синтезують у лабораторіях за допомогою ядерних реакцій. Цим займаються дослідники з ядерної фізики.
Для всіх штучно добутих хімічних елементів знаходяться місця в періодичній таблиці, що свідчить про універсальність та унікальність періодичного закону.
Від відкриття штучного хімічного елемента до отримання ним постійної назви й хімічного символу (внесення до періодичної таблиці) проходить певний час. Опікується цією справою Міжнародний союз фундаментальної та прикладної хімії (IUРАС), створений у 1919 році з метою сприяння розвитку хімії як науки. Він бере до розгляду запропоновані відкривачами елемента назву і символ, організовує їх публічне обговорення, ухвалює остаточне рішення щодо назви та символу відкритого / штучно добутого хімічного елемента.
Медіапошук
Поринь у світ відкриття хімічних елементів. Для цього в різних інформаційних джерелах відшукай відомості про відкриття існуючих у природі та штучно добутих хімічних елементів. У самостійно обраний спосіб презентуй віднайдені тобою відомості учнівству.
Періодичний закон підтверджує загальні закони розвитку природи, наприклад закон єдності і боротьби протилежностей. У фізиці прикладом дії цього закону є рух і спокій, притягування і відштовхування різнойменних зарядів, у хімії — існування в електронейтральному атомі позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів.
Закон переходу кількісних змін у якісні також є одним із законів природи. Його суть полягає в тому, що будь-який процес розвитку відбувається зі збільшенням до певної межі кількісних змін, після чого обов’язково настають якісні зміни. Приклад дії цього закону ілюструють зміни будови атомів, що зумовлюють існування елементів зі схожими властивостями.
Завдання 2. Поміркуй і на прикладі періодичної залежності властивостей хімічних елементів від зарядів атомних ядер наведи підтвердження прояву закону переходу кількісних змін у якісні.
Нині сфера дії періодичного закону — увесь Всесвіт. Як показали дослідження Космосу, на інших небесних тілах існують одні й ті самі хімічні елементи, що й на Землі.
У періодичного закону на відміну від багатьох природничих законів відсутнє кількісне вираження у вигляді математичної формули чи рівняння. Натомість він відображений у вигляді періодичної таблиці хімічних елементів, яка дає змогу ученим планувати і здійснювати науково-природничі дослідження, є незамінним наочним посібником для всіх, хто здобуває хімічну освіту. Якщо у майбутньому ти працюватимеш з використанням природничих знань, періодичний закон і періодична таблиця знадобляться тобі неодноразово.
ХІМІЧНА СКАРБНИЦЯ
Найвищою нагородою за наукові досягнення є Нобелівська премія. Її заснував винахідник вибухових речовин і власник багатьох заводів з їх виробництва, шведський хімік і бізнесмен Альфред Нобель (1833-1896). Свій капітал у 9 мільйонів доларів він заповів людству. У складеному заповіті було зазначено, що відсотки з його капіталу щорічно мають використовуватися на преміювання людей, котрі впродовж попереднього року принесли найбільшу користь людству своїми видатними відкриттями у фізиці, хімії, фізіології та медицині, літературі, встановленні миру. Особливим бажанням Альфреда Нобеля було те, щоб враховували досягнення і не зважали на національність кандидатів на премії.
Одними з перших лауреатами Нобелівської премії стали відкривачі будови атома Ернест Резерфорд (1908 р.) і Марія Склодовська-Кюрі, яка отримала Нобелівську премію двічі — у 1903 р. з фізики і в 1911 р. — з хімії. Марія Склодовська-Кюрі, яка відкрила хімічні елементи Радій і Полоній, була першою в світі жінкою-професоркою.
Альфред Нобель
Ернест Резерфорд
Марія Склодовська-Кюрі
Нобелівською лауреаткою з хімії у 1964 році стала британська дослідниця Дороті Ходжкін (1910-1994) «за визначення за допомогою рентгенівських променів структур біологічно активних речовин» — інсуліну і вітаміну В12. Результати її досліджень мали величезний вплив на біохімію та медицину.
Дороті Ходжкін
Завдання. З доступних інформаційних джерел дізнайся про життєвий шлях Марії Склодовської-Кюрі і підготуй стисле повідомлення для учнівства класу.
ТОБІ ДО СНАГИ
1. Сформулюй періодичний закон. Наведи приклади прояву хімічними елементами періодичної залежності властивостей, поясни, як вона узгоджується з будовою електронної оболонки атомів.
2. Що сприяло відкриттю періодичного закону?
3. Наведи приклад хімічного елемента, що має властивості: а) схожі з Натрієм; б) схожі з Хлором.
4. Доведи, що збільшення кількості електронів на зовнішньому енергетичному рівні електронної оболонки атомів приводить до якісних змін у властивостях хімічних елементів.
5. Яке значення періодичного закону для сучасного природознавства, в чому проявляється прогностична функція закону?
6. Підготуй цікаву і доступну для сприйняття молодшими за тебе учнями інформацію про відкриття та назви хімічних елементів. В обраний тобою спосіб ознайом з нею молодше учнівство.
