Сістэма перыядычная: класіфікацыя хімічных элементаў

У першай палове 19 стагоддзя з'явіліся розныя спробы сістэматызаваць элементы і аб'яднаць металы ў перыядычнай сістэме. Менавіта ў гэты гістарычны перыяд ўзнікае такі метад даследавання, як хімічны аналіз.

З гісторыі адкрыцця перыядычнай сістэмы элементаў

Выкарыстоўваючы падобную методыку вызначэння спецыфічных хімічных уласцівасцяў, навукоўцы таго часу паспрабавалі злучаць у групы элементы, кіруючыся іх колькаснай характарыстыкай, а таксама атамным вагой.

Выкарыстанне атамнага вагі

Так, І. В. Дуберейнер ў 1817 годзе вызначыў, што ў стронцыю атамную вагу аналагічны адпаведным паказчыках барыю і кальцыя. Таксама яму ўдалося высветліць, што паміж ўласцівасцямі барыю, стронцыя і кальцыя існуе дастаткова шмат агульнага. На падставе гэтых назіранняў знакаміты хімік склаў так званую трыяду элементаў. У падобныя групы былі аб'яднаны і іншыя рэчывы:

• сера, селен, теллур;
• хлор, бром, ёд;
• літый, натрый, калій.

Класіфікацыя па хімічным уласцівасцям

Л. Гмелін ў 1843 году прапанаваў табліцу, у якой расставіў падобныя па хімічным уласцівасцям элементы ў строгім парадку. Азот, вадарод, кісларод ён лічыў асноўнымі элементамі, іх дадзены хімік змясціў за межамі сваёй табліцы.

Пад кіслародам ім былі расстаўлены тетрады (па 4 знака) і пентады (па 5 знакаў) элементаў. Металы ў перыядычнай сістэме былі пастаўленыя па тэрміналогіі Берцелиуса. Паводле задумы Гмелін, усе элементы былі ўсталяваныя па памяншэнні Электраадмо уласцівасцяў ўнутры кожнай падгрупы перыядычнай сістэмы.

Аб'яднанне элементаў па вертыкалі

Аляксандр Эміль дэ Шанкуртуа ў 1863 годзе ўсе элементы паставіў па ўзрастанні атамных вагаў на цыліндр, падзяліўшы яго на некалькі вертыкальных палос. У выніку такога падзелу на вертыкаль размясціліся элементы, якія валодаюць падобнымі фізічнымі і хімічнымі ўласцівасцямі.

закон актаў

Д. Ньюлендс выявіў у 1864 годзе даволі цікавую заканамернасць. Пры размяшчэнні хімічных элементаў па ўзрастанні іх атамных вагаў у кожнага восьмага элемента выяўляецца падабенства з першым. Падобны факт Ньюлендс назваў законам актаў (васьмі нот).

Яго сістэма перыядычная была вельмі ўмоўна, таму задумку назіральнага вучонага сталі называць «октавных» версіяй, звязваючы з музыкай. Менавіта варыянт Ньюлендс быў найбольш блізкі да сучаснай структуры ПС. Але па згаданым законе актаў толькі 17 элементаў захоўвалі свае перыядычныя ўласцівасці, у астатніх жа знакаў падобнай заканамернасці не выяўлялася.

табліцы Одлинга

У. Одлинг прадставіў адразу некалькі варыянтаў табліц элементаў. У першай версіі, створанай у 1857 годзе, ён прапанаваў падзяліць іх на 9 груп. У 1861 году хімік унёс некаторыя карэкціроўкі ў першапачатковы варыянт табліцы, аб'яднаўшы ў групы знакі, якія маюць падобныя хімічныя ўласцівасці.

Варыянт табліцы Одлинга, прапанаваны ў 1868 годзе, меркаваў размяшчэнне 45 элементаў па ўзрастанні атамных вагаў. Дарэчы, менавіта гэтая табліца ў далейшым стала прататыпам перыядычнай сістэмы Д. І. Мендзялеева.

Дзяленне па валентнасці

Л. Мэер ў 1864 годзе прапанаваў табліцу, якая ўключала 44 элемента. Яны былі размешчаны ў 6 слупках, згодна валентнасці па вадароду. У табліцы было адразу дзве часткі. Асноўная аб'ядноўвала шэсць груп, ўключала ў сябе 28 знакаў па ўзрастанні атамных вагаў. У яе структуры праглядаліся пентады і тетрады з падобных са хімічным уласцівасцям знакаў. Пакінутыя элементы Мэер размясціў у другую табліцу.

Ўклад Д. І. Мендзялеева ў стварэнне табліцы элементаў

Сучасная перыядычная сістэма элементаў Д. І. Мендзялеева з'явілася на аснове табліц Майера, складзеных ў 1869 годзе. У другой версіі Майер расставіў знакі па 16 групам, змясціў элементы пентадами і сшыткаў, улічваючы вядомыя хімічныя ўласцівасці. А замест валентнасці ім выкарыстоўвалася простая нумарацыя для груп. Не было ў ёй бору, торыя, вадароду, ніёбія, ўрану.

Будова перыядычнай сістэмы ў тым выглядзе, які прадстаўлены ў сучасных рэдакцыях, з'явілася не адразу. Можна вылучыць тры асноўныя этапы, на працягу якіх была створана перыядычная сістэма:

1. Першая версія табліцы была прадстаўлена на структурных блоках. Прасочваўся перыядычны характар сувязі паміж ўласцівасцямі элементаў і значэннямі іх атамных вагаў. Дадзены варыянт класіфікацыі знакаў Мендзялееў прапанаваў у 1868-1869 гг.
2. Вучоны адмаўляецца ад першапачатковай сістэмы, так як яна не адлюстроўвала крытэрыяў, па якіх бы элементы траплялі ў пэўны слупок. Ён прапануе размяшчаць знакі па падабенстве хімічных уласцівасцяў (люты 1869 г.)
3. У 1870 годзе Зміцерам Мендзялеевым была прадстаўлена навуковаму свеце сучасная перыядычная сістэма элементаў.

Версія рускага хіміка ўлічвала і становішча металаў у перыядычнай сістэме, і асаблівасці уласцівасцяў неметаллов. За тыя гады, што прайшлі з моманту першай рэдакцыі геніяльнага вынаходкі Мендзялеева, табліца не зведала нейкіх сур'ёзных зменаў. А на тых месцах, што былі пакінутыя пустымі ў часы Дзмітрыя Іванавіча, з'явіліся новыя элементы, адкрытыя ўжо пасля яго смерці.

Асаблівасці табліцы Мендзялеева

Чаму ж лічыцца, што апісваная сістэма - перыядычная? Гэта тлумачыцца асаблівасцямі будынка табліцы.

Усяго ў ёй утрымліваецца 8 груп, прычым у кожнай ёсць дзве падгрупы: галоўная (асноўная) і пабочная. Атрымліваецца, што ўсяго падгруп 16. Размяшчаюцца яны вертыкальна, то ёсць зверху ўніз.

Акрамя таго, у табліцы ёсць і гарызантальныя шэрагі, званыя перыядамі. Яны таксама маюць сваё дадатковае падзел на малыя і вялікія. Характарыстыка перыядычнага сістэмы мае на ўвазе ўлік размяшчэння элемента: яго групу, падгрупу і перыяд.

Як мяняюцца ўласцівасці ў галоўных падгрупах

Усе асноўныя падгрупы ў табліцы Мендзялеева пачынаюцца элементамі другога перыяду. У знакаў, якія адносяцца да адной галоўнай падгрупе, колькасць знешніх электронаў аднолькавае, а вось адлегласць паміж апошнімі электронамі і станоўчым ядром мяняецца.

Акрамя таго, зверху ў іх адбываецца і павелічэнне атамнага вагі (адноснай атамнай масы) элемента. Менавіта гэты паказчык з'яўляецца вызначальным фактарам пры выяўленні заканамернасці змены уласцівасцяў ўнутры галоўных падгруп.

Бо радыус (адлегласць паміж станоўчым ядром і знешнімі адмоўнымі электронамі) у асноўны падгрупе павялічваецца, неметалічныя ўласцівасці (здольнасць падчас хімічных ператварэнняў прымаць электроны) зніжаецца. Што тычыцца змены металічных уласцівасцяў (аддачы электронаў іншых атама), то яна будзе ўзрастаць.

Выкарыстоўваючы перыядычную сістэму, можна параўноўваць паміж сабой ўласцівасці розных прадстаўнікоў адной галоўнай падгрупы. У той час, калі Мендзялеевым стваралася сістэма перыядычная, яшчэ не было звестак аб будове рэчыва. Дзіўным з'яўляецца той факт, што пасля таго як паўстала тэорыя будовы атама, вывучаецца ў адукацыйных школах і профільных хімічных ВНУ і ў цяперашні час, яна пацвердзіла гіпотэзу Мендзялеева, а не абвергла яго здагадкі па расстаноўцы атамаў ўнутры табліцы.

Электраадмо у галоўных падгрупах да нізе памяншаецца, гэта значыць чым ніжэй у групе размяшчаецца элемент, тым яго здольнасць далучаць атамы будзе менш.

Змена ўласцівасцяў атамаў ў пабочных падгрупах

Так як у Мендзялеева сістэма перыядычная, то змена ўласцівасцяў у падобных падгрупах адбываецца ў зваротнай паслядоўнасці. У такія падгрупы ўваходзяць элементы, пачынаючы з 4 перыяду (прадстаўнікі d і f сямействаў). Да нізе ў гэтых падгрупах зніжаюцца металічныя ўласцівасці, а вось колькасць знешніх электронаў аднолькава ва ўсіх прадстаўнікоў адной падгрупы.

Асаблівасці будовы перыядаў у ПС

Кожны новы перыяд, за выключэннем першага, у табліцы рускага хіміка пачынаецца актыўным шчолачным металам. Далей пастаўлены амфатэрныя металы, якія праяўляюць у хімічных ператварэннях дваістыя ўласцівасці. Затым маецца некалькі элементаў з неметалічнымі ўласцівасцямі. Завяршаецца перыяд інэртным газам (неметалы, практычны, ня праяўлялы хімічнай актыўнасці).

Улічваючы, што сістэма перыядычная, у перыядах адбываецца змена актыўнасці. Злева направа будзе змяншацца аднаўленчая актыўнасць (металічныя ўласцівасці), павялічвацца Акісляльная актыўнасць (неметалічныя ўласцівасці). Такім чынам, самыя яркія металы ў перыядзе размяшчаюцца злева, а неметалы справа.

У вялікіх перыядах, якія складаюцца з двух шэрагаў (4-7), таксама выяўляецца перыядычнасцю характар, але з-за наяўнасці прадстаўнікоў d або f сямейства, металічных элементаў у шэрагу значна больш.

Назвы галоўных падгруп

Частка груп элементаў, якія ёсць у табліцы Мендзялеева, атрымала свае ўласныя назвы. Прадстаўнікоў першай групы А падгрупы называюць шчолачнымі металамі. Падобнаму назве металы абавязаны сваёй актыўнасці з вадой, у выніку чаго ўтвараюцца з'едлівыя шчолачы.

Другую групу А падгрупу лічаць шчолачна-зямельнымі металамі. Пры ўзаемадзеянні з вадой, такія металы ўтвараюць аксіды, іх калісьці называлі землямі. Менавіта з таго часу і замацавалася за прадстаўнікамі дадзенай падгрупы падобнае найменне.

Неметалы падгрупы кіслароду называюць халькогенами, а прадстаўнікоў 7 А групы называюць галагенавыя. 8 А падгрупа атрымала назву інэртных газаў з-за сваёй мінімальнай хімічнай актыўнасці.

ПС ў школьным курсе

Для школьнікаў звычайна прапануецца варыянт табліцы Мендзялеева, у якім акрамя груп, падгруп, перыядаў, таксама паказваюцца і формулы вышэйшых лятучых злучэнняў і вышэйшых аксідаў. Падобная хітрасць дазваляе фарміраваць у навучаюцца навыкі па складанні вышэйшых аксідаў. Дастаткова замест элемента падставіць знак прадстаўніка падгрупы, каб атрымаць гатовы вышэйшы аксід.

Калі ўважліва паглядзець на агульны выгляд лятучых вадародных злучэнняў, то бачна, што яны характэрныя толькі для неметаллов. У 1-3 групах стаяць прочыркі, так як тыповымі прадстаўнікамі гэтых груп з'яўляюцца металы.

Акрамя таго, у некаторых школьных падручніках хіміі ў кожнага знака паказваюць схему размеркавання электронаў па энергетычных узроўням. Дадзенай інфармацыі не існавала ў перыяд работы Мендзялеева, падобныя навуковыя факты з'явіліся значна пазней.

Можна ўбачыць і формулы вонкавага электроннага ўзроўню, па якой лёгка здагадацца, да якога сямейства аднесці дадзены элемент. Такія падказкі недапушчальныя на экзаменацыйных сесіях, таму выпускнікам 9 і 11 класаў, якія вырашылі прадэманстраваць свае хімічныя веды на ОГЭ або ЕГЭ, даюць класічныя чорна-белыя варыянты перыядычных табліц, у якіх адсутнічаюць дадатковыя звесткі пра будову атама, формулах вышэйшых аксідаў, складзе лятучых вадародных злучэннях .

Падобнае рашэнне цалкам лагічна і зразумела, бо для тых школьнікаў, што вы вырашылі ісці па слядах Мендзялеева і Ламаносава, не складзе працы скарыстацца класічнай версіяй сістэмы, ім падказкі проста не патрэбныя.

Менавіта перыядычны закон і сістэма Д. І. Мендзялеева згулялі найважную ролю ў далейшым развіцці атамна-малекулярнай вучэнні. Пасля стварэння сістэмы навукоўцы сталі надаваць больш увагі вывучэнню складу элемента. Табліца дапамагла ўдакладніць некаторыя звесткі аб простых рэчывах, а таксама аб характары і ўласцівасцях тых элементаў, якія імі ўтворацца.

Сам Мендзялееў меркаваў, што ў хуткім часе будуць адкрывацца новыя элементы, і прадугледзеў становішча металаў у перыядычнай сістэме. Менавіта пасля з'яўлення апошняй, у хіміі пачалася новая эра. Акрамя таго, быў дадзены сур'ёзны старт для фарміравання мноства сумежных навук, якія звязаны з будовай атама і пераўтварэннямі элементаў.