Jeder, der zur Schule gegangen ist, erinnert sich, dass Chemie eines der Pflichtfächer war. Sie könnte es mögen oder sie könnte es nicht mögen - es spielt keine Rolle. Und es ist wahrscheinlich, dass viel Wissen in dieser Disziplin bereits vergessen wurde und im Leben nicht angewendet wird. Jeder erinnert sich jedoch wahrscheinlich an die Tabelle der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev. Für viele ist es ein mehrfarbiger Tisch geblieben, in dem in jedes Quadrat bestimmte Buchstaben eingeschrieben sind, die die Namen chemischer Elemente bezeichnen. Aber hier werden wir nicht über die Chemie als solche sprechen und Hunderte von chemischen Reaktionen und Prozessen beschreiben, sondern wir werden darüber sprechen, wie das Periodensystem im Allgemeinen entstanden ist - diese Geschichte wird für jeden von Interesse sein, und zwar für alle, die wollen interessante und nützliche Informationen.

Ein wenig Hintergrund

Bereits 1668 veröffentlichte der herausragende irische Chemiker, Physiker und Theologe Robert Boyle ein Buch, in dem viele Mythen über die Alchemie entlarvt wurden und in dem er über die Notwendigkeit sprach, nach unzersetzbaren chemischen Elementen zu suchen. Der Wissenschaftler gab auch eine Liste von ihnen an, die nur aus 15 Elementen bestand, ließ aber die Idee zu, dass es mehr Elemente geben könnte. Dies wurde zum Ausgangspunkt nicht nur für die Suche nach neuen Elementen, sondern auch für deren Systematisierung.

Hundert Jahre später stellte der französische Chemiker Antoine Lavoisier eine neue Liste zusammen, die bereits 35 Elemente umfasste. 23 von ihnen erwiesen sich später als unzersetzbar. Aber die Suche nach neuen Elementen wurde von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt fortgesetzt. Und die Hauptrolle in diesem Prozess spielte der berühmte russische Chemiker Dmitry Ivanovich Mendeleev - er stellte als erster die Hypothese auf, dass es eine Beziehung zwischen der Atommasse der Elemente und ihrer Position im System geben könnte.

Dank sorgfältiger Arbeit und dem Vergleich chemischer Elemente konnte Mendeleev eine Beziehung zwischen Elementen entdecken, in der sie eins sein können und deren Eigenschaften keine Selbstverständlichkeit sind, sondern ein sich periodisch wiederholendes Phänomen. Infolgedessen formulierte Mendelejew im Februar 1869 das erste periodische Gesetz, und bereits im März wurde sein Bericht „Die Beziehung der Eigenschaften zum Atomgewicht der Elemente“ vom Chemiehistoriker N. A. Menshutkin der Russischen Chemischen Gesellschaft vorgelegt. Dann wurde im selben Jahr Mendeleevs Veröffentlichung in der Zeitschrift für Chemie in Deutschland veröffentlicht, und 1871 wurde eine neue umfangreiche Veröffentlichung des Wissenschaftlers, die seiner Entdeckung gewidmet war, von einer anderen deutschen Zeitschrift Annalen der Chemie veröffentlicht.

Erstellen eines Periodensystems

1869 war die Hauptidee bereits von Mendelejew formuliert worden, und zwar in relativ kurzer Zeit, aber er konnte sie lange Zeit nicht in irgendein geordnetes System formalisieren, das klar anzeigt, was was war. In einem der Gespräche mit seinem Kollegen A. A. Inostrantsev sagte er sogar, dass in seinem Kopf schon alles geklappt habe, aber er könne nicht alles auf den Tisch bringen. Danach begann er laut Mendeleevs Biografen mit mühsamer Arbeit an seinem Tisch, die drei Tage ohne Schlafpause dauerte. Alle möglichen Möglichkeiten, die Elemente in einer Tabelle zu organisieren, wurden aussortiert, und die Arbeit wurde dadurch erschwert, dass die Wissenschaft damals noch nicht alle chemischen Elemente kannte. Trotzdem wurde die Tabelle erstellt und die Elemente systematisiert.

Legende von Mendelejews Traum

Viele haben die Geschichte gehört, dass D. I. Mendeleev von seinem Tisch träumte. Diese Version wurde von dem oben erwähnten Kollegen von Mendeleev, A. A. Inostrantsev, als lustige Geschichte verbreitet, mit der er seine Schüler unterhielt. Er sagte, Dmitri Iwanowitsch sei ins Bett gegangen und habe in einem Traum seinen Tisch deutlich gesehen, in dem alle chemischen Elemente in der richtigen Reihenfolge angeordnet seien. Danach scherzten die Studenten sogar, dass 40°-Wodka auf die gleiche Weise entdeckt wurde. Aber es gab noch echte Voraussetzungen für die Schlafgeschichte: Mendeleev arbeitete, wie bereits erwähnt, ohne Schlaf und Ruhe am Tisch, und Inostrantsev fand ihn einmal müde und erschöpft. Am Nachmittag beschloss Mendeleev, eine Pause einzulegen, und einige Zeit später wachte er abrupt auf, nahm sofort ein Blatt Papier und stellte darauf einen fertigen Tisch dar. Aber der Wissenschaftler selbst widerlegte diese ganze Geschichte mit einem Traum und sagte: "Ich habe vielleicht zwanzig Jahre darüber nachgedacht, und Sie denken: Ich saß und plötzlich ... ist es fertig." So mag die Legende des Traums sehr reizvoll sein, aber die Entstehung des Tisches war nur durch harte Arbeit möglich.

Weitere Arbeit

In der Zeit von 1869 bis 1871 entwickelte Mendeleev die Ideen der Periodizität, zu denen die wissenschaftliche Gemeinschaft neigte. Und eine der wichtigen Phasen dieses Prozesses war das Verständnis, dass jedes Element im System auf der Grundlage der Gesamtheit seiner Eigenschaften im Vergleich zu den Eigenschaften anderer Elemente lokalisiert werden sollte. Auf dieser Grundlage und auch auf der Grundlage der Forschungsergebnisse zur Veränderung glasbildender Oxide gelang es dem Chemiker, die Werte der Atommassen einiger Elemente zu ändern, darunter Uran, Indium, Beryllium und andere.

Natürlich wollte Mendelejew die leeren Zellen, die in der Tabelle blieben, so schnell wie möglich füllen und sagte 1870 voraus, dass bald der Wissenschaft unbekannte chemische Elemente entdeckt würden, deren Atommassen und Eigenschaften er berechnen könne. Die ersten davon waren Gallium (entdeckt 1875), Scandium (entdeckt 1879) und Germanium (entdeckt 1885). Dann wurden die Vorhersagen weiter verwirklicht und acht weitere neue Elemente wurden entdeckt, darunter: Polonium (1898), Rhenium (1925), Technetium (1937), Francium (1939) und Astatin (1942-1943). Übrigens kamen D. I. Mendeleev und der schottische Chemiker William Ramsay 1900 zu dem Schluss, dass auch die Elemente der Nullgruppe in die Tabelle aufgenommen werden sollten - bis 1962 wurden sie als inert und danach als Edelgase bezeichnet.

Organisation des Periodensystems

Die chemischen Elemente in der Tabelle von D. I. Mendeleev sind entsprechend ihrer Massenzunahme in Reihen angeordnet, und die Länge der Reihen ist so gewählt, dass die Elemente in ihnen ähnliche Eigenschaften haben. Beispielsweise reagieren Edelgase wie Radon, Xenon, Krypton, Argon, Neon und Helium nicht leicht mit anderen Elementen und haben auch eine geringe chemische Aktivität, weshalb sie sich in der Spalte ganz rechts befinden. Und die Elemente der linken Spalte (Kalium, Natrium, Lithium usw.) reagieren perfekt mit anderen Elementen, und die Reaktionen selbst sind explosiv. Vereinfacht gesagt haben die Elemente innerhalb jeder Spalte ähnliche Eigenschaften, die von Spalte zu Spalte variieren. Alle Elemente bis Nr. 92 kommen in der Natur vor, und ab Nr. 93 beginnen künstliche Elemente, die nur im Labor hergestellt werden können.

In seiner ursprünglichen Version wurde das Periodensystem nur als Abbild der in der Natur vorhandenen Ordnung verstanden, und es gab keine Erklärungen, warum alles so sein sollte. Und erst als die Quantenmechanik auftauchte, wurde die wahre Bedeutung der Reihenfolge der Elemente in der Tabelle klar.

Lektionen zum kreativen Prozess

Wenn man darüber spricht, welche Lehren aus dem kreativen Prozess aus der gesamten Entstehungsgeschichte des Periodensystems von D. I. Mendeleev gezogen werden können, kann man als Beispiel die Ideen des englischen Forschers auf dem Gebiet des kreativen Denkens Graham Wallace und des französischen Wissenschaftlers anführen Henri Poincaré. Nehmen wir sie kurz.

Laut Poincaré (1908) und Graham Wallace (1926) gibt es vier Hauptstadien des kreativen Denkens:

• Ausbildung- die Phase der Formulierung der Hauptaufgabe und der ersten Versuche, sie zu lösen;
• Inkubation- die Phase, in der vorübergehend vom Prozess abgelenkt wird, aber auf einer unbewussten Ebene an der Lösung des Problems gearbeitet wird;
• Einblick- das Stadium, in dem die intuitive Lösung gefunden wird. Außerdem kann diese Lösung in einer Situation gefunden werden, die für die Aufgabe absolut nicht relevant ist;
• Untersuchung- die Phase des Testens und Implementierens der Lösung, in der die Verifizierung dieser Lösung und ihre mögliche Weiterentwicklung stattfindet.

Wie wir sehen können, folgte Mendeleev bei der Erstellung seiner Tabelle intuitiv diesen vier Phasen. Wie effektiv dies ist, kann anhand der Ergebnisse beurteilt werden, d.h. weil die Tabelle erstellt wurde. Und da seine Schaffung nicht nur für die chemische Wissenschaft, sondern für die gesamte Menschheit ein großer Fortschritt war, können die oben genannten vier Phasen sowohl auf die Umsetzung kleiner Projekte als auch auf die Umsetzung globaler Pläne angewendet werden. Das Wichtigste, woran man sich erinnern sollte, ist, dass keine einzige Entdeckung, keine einzige Lösung für ein Problem alleine gefunden werden kann, egal wie sehr wir sie in einem Traum sehen wollen und egal wie viel wir schlafen. Um erfolgreich zu sein, sei es bei der Erstellung einer Tabelle chemischer Elemente oder der Entwicklung eines neuen Marketingplans, müssen Sie über bestimmte Kenntnisse und Fähigkeiten verfügen, Ihr Potenzial geschickt nutzen und hart arbeiten.

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg bei Ihren Bemühungen und eine erfolgreiche Umsetzung Ihrer Pläne!

Versuche, die chemischen Elemente zu systematisieren, wurden von vielen Wissenschaftlern unternommen. Aber erst 1869 gelang es D. I. Mendeleev, eine Klassifizierung der Elemente zu erstellen, die die Beziehung und Abhängigkeit von Chemikalien und die Ladung des Atomkerns festlegte.

Geschichte

Die moderne Formulierung des Periodengesetzes lautet wie folgt: Die Eigenschaften chemischer Elemente sowie die Formen und Eigenschaften von Elementverbindungen stehen in periodischer Abhängigkeit von der Kernladung der Elementatome.

Als das Gesetz entdeckt wurde, waren 63 chemische Elemente bekannt. Die Atommassen vieler dieser Elemente wurden jedoch fälschlicherweise bestimmt.

D. Und Mendeleev selbst formulierte 1869 sein Gesetz als periodische Abhängigkeit von der Größe der Atomgewichte von Elementen, da die Wissenschaft im 19. Jahrhundert noch keine Informationen über die Struktur des Atoms hatte. Die brillante Voraussicht des Wissenschaftlers ermöglichte es ihm jedoch, die Muster, die die Periodizität der Eigenschaften von Elementen und Substanzen bestimmen, tiefer als alle seine Zeitgenossen zu verstehen. Er berücksichtigte nicht nur die Zunahme der Atommasse, sondern auch die bereits bekannten Eigenschaften von Stoffen und Elementen und konnte ausgehend von der Idee der Periodizität die Existenz und Eigenschaften von Elementen genau vorhersagen und Substanzen, die der Wissenschaft damals unbekannt waren, die Atommassen einer Reihe von Elementen korrigieren, die Elemente richtig im System anordnen, Leerräume lassen und Permutationen vornehmen.

Reis. 1. D. I. Mendelejew.

Es gibt einen Mythos, dass Mendeleev vom Periodensystem träumte. Dies ist jedoch nur eine schöne Geschichte, die keine bewiesene Tatsache ist.

Aufbau des Periodensystems

Das Periodensystem der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev ist eine anschauliche Widerspiegelung seines eigenen Gesetzes. Elemente sind in einer Tabelle nach einer bestimmten chemischen und physikalischen Bedeutung angeordnet. Anhand der Position des Elements können Sie seine Wertigkeit, die Anzahl der Elektronen und viele andere Merkmale bestimmen. Die Tabelle ist horizontal in große und kleine Perioden und vertikal in Gruppen unterteilt.

Reis. 2. Periodensystem.

Es gibt 7 Perioden, die mit einem Alkalimetall beginnen und mit Stoffen enden, die nichtmetallische Eigenschaften haben. Gruppen wiederum, bestehend aus 8 Spalten, werden in Haupt- und Nebenuntergruppen unterteilt.

Die Weiterentwicklung der Wissenschaft hat gezeigt, dass die periodische Wiederholung der Eigenschaften von Elementen in bestimmten Intervallen, die sich besonders deutlich in 2 und 3 kleinen Perioden manifestiert, durch die Wiederholung der elektronischen Struktur der äußeren Energieniveaus erklärt wird, in denen sich Valenzelektronen befinden. aufgrund derer chemische Bindungen und neue Substanzen in Reaktionen gebildet werden. Daher gibt es in jeder vertikalen Säulengruppe Elemente mit sich wiederholenden charakteristischen Merkmalen. Dies zeigt sich deutlich in Gruppen, in denen es Familien von sehr aktiven Alkalimetallen (Gruppe I, Hauptuntergruppe) und Nichthalogenmetallen (Gruppe VII, Hauptuntergruppe) gibt. Von links nach rechts entlang der Periode nimmt die Anzahl der Elektronen von 1 auf 8 zu, während die metallischen Eigenschaften der Elemente abnehmen. Die metallischen Eigenschaften treten also umso stärker in Erscheinung, je weniger Elektronen sich in der äußeren Ebene befinden.

Reis. 3. Kleine und große Perioden im Periodensystem.

Solche Eigenschaften von Atomen wie Ionisationsenergie, Elektronenaffinitätsenergie und Elektronegativität werden ebenfalls periodisch wiederholt. Diese Größen beziehen sich auf die Fähigkeit eines Atoms, ein Elektron von einer externen Ebene abzugeben (Ionisation) oder ein fremdes Elektron auf seiner externen Ebene zu halten (Elektronenaffinität).Gesamtbewertungen erhalten: 146.

Wenn Ihnen das Periodensystem schwer verständlich erscheint, sind Sie nicht allein! Obwohl es schwierig sein kann, seine Prinzipien zu verstehen, hilft es beim Studium der Naturwissenschaften, damit zu arbeiten. Untersuchen Sie zunächst die Struktur der Tabelle und welche Informationen Sie daraus über jedes chemische Element lernen können. Dann können Sie damit beginnen, die Eigenschaften der einzelnen Elemente zu untersuchen. Und schließlich können Sie mithilfe des Periodensystems die Anzahl der Neutronen in einem Atom eines bestimmten chemischen Elements bestimmen.

Schritte

Teil 1

Das Periodensystem oder Periodensystem der chemischen Elemente beginnt oben links und endet am Ende der letzten Tabellenzeile (unten rechts). Die Elemente in der Tabelle sind von links nach rechts in aufsteigender Reihenfolge ihrer Ordnungszahl angeordnet. Die Ordnungszahl sagt dir, wie viele Protonen in einem Atom sind. Außerdem steigt mit zunehmender Ordnungszahl auch die Atommasse. Anhand der Position eines Elements im Periodensystem können Sie also seine Atommasse bestimmen.

1. Wie Sie sehen können, enthält jedes nächste Element ein Proton mehr als das Element davor. Dies wird deutlich, wenn man sich die Ordnungszahlen ansieht. Die Ordnungszahlen erhöhen sich um eins, wenn Sie sich von links nach rechts bewegen. Da die Elemente in Gruppen angeordnet sind, bleiben einige Tabellenzellen leer.

   • Beispielsweise enthält die erste Zeile der Tabelle Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 und Helium mit der Ordnungszahl 2. Sie befinden sich jedoch an entgegengesetzten Enden, da sie zu unterschiedlichen Gruppen gehören.

2. Erfahren Sie mehr über Gruppen, die Elemente mit ähnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften enthalten. Die Elemente jeder Gruppe befinden sich in der entsprechenden vertikalen Spalte. In der Regel sind sie durch die gleiche Farbe gekennzeichnet, was hilft, Elemente mit ähnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften zu identifizieren und ihr Verhalten vorherzusagen. Alle Elemente einer bestimmten Gruppe haben die gleiche Anzahl von Elektronen in der äußeren Schale.

   • Wasserstoff kann sowohl der Gruppe der Alkalimetalle als auch der Gruppe der Halogene zugeordnet werden. In manchen Tabellen ist es in beiden Gruppen angegeben.
   • In den meisten Fällen sind die Gruppen von 1 bis 18 nummeriert und die Nummern werden oben oder unten in der Tabelle platziert. Zahlen können in römischen (zB IA) oder arabischen (zB 1A oder 1) Ziffern angegeben werden.
   • Wenn Sie sich von oben nach unten entlang der Spalte bewegen, sagen sie, dass Sie "die Gruppe durchsuchen".

3. Finden Sie heraus, warum die Tabelle leere Zellen enthält. Elemente werden nicht nur nach ihrer Ordnungszahl, sondern auch nach Gruppen geordnet (Elemente derselben Gruppe haben ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften). Dies macht es einfacher zu verstehen, wie sich ein Element verhält. Mit zunehmender Ordnungszahl werden jedoch nicht immer Elemente gefunden, die in die entsprechende Gruppe fallen, sodass in der Tabelle leere Zellen vorhanden sind.

   • Beispielsweise haben die ersten 3 Zeilen leere Zellen, da Übergangsmetalle erst ab Ordnungszahl 21 gefunden werden.
   • Elemente mit Ordnungszahlen von 57 bis 102 gehören zu den Seltenerdelementen und werden normalerweise in einer separaten Untergruppe in der unteren rechten Ecke der Tabelle platziert.

4. Jede Zeile der Tabelle repräsentiert einen Zeitraum. Alle Elemente der gleichen Periode haben die gleiche Anzahl von Atomorbitalen, in denen sich Elektronen in Atomen befinden. Die Anzahl der Orbitale entspricht der Periodenzahl. Die Tabelle enthält 7 Zeilen, also 7 Perioden.

   • Zum Beispiel haben die Atome der Elemente der ersten Periode ein Orbital und die Atome der Elemente der siebten Periode haben 7 Orbitale.
   • Perioden werden in der Regel durch Zahlen von 1 bis 7 auf der linken Seite der Tabelle gekennzeichnet.
   • Wenn Sie sich entlang einer Linie von links nach rechts bewegen, wird gesagt, dass Sie "durch einen Zeitraum scannen".

5. Lernen Sie, zwischen Metallen, Halbmetallen und Nichtmetallen zu unterscheiden. Sie werden die Eigenschaften eines Elements besser verstehen, wenn Sie bestimmen können, zu welchem ​​Typ es gehört. Der Einfachheit halber werden in den meisten Tabellen Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle durch unterschiedliche Farben gekennzeichnet. Metalle befinden sich auf der linken und Nichtmetalle auf der rechten Seite der Tabelle. Dazwischen befinden sich Metalloide.

   Teil 2

   Elementbezeichnungen

   1. Jedes Element wird mit einem oder zwei lateinischen Buchstaben bezeichnet. In der Regel wird das Elementsymbol groß in der Mitte der entsprechenden Zelle dargestellt. Ein Symbol ist ein abgekürzter Name für ein Element, der in den meisten Sprachen gleich ist. Bei Experimenten und der Arbeit mit chemischen Gleichungen werden häufig die Symbole der Elemente verwendet, daher ist es hilfreich, sich diese zu merken.

      • Typischerweise sind Elementsymbole Abkürzungen für ihren lateinischen Namen, obwohl sie für einige, insbesondere kürzlich entdeckte Elemente, vom gebräuchlichen Namen abgeleitet sind. Zum Beispiel wird Helium mit dem Symbol He bezeichnet, das in den meisten Sprachen dem gebräuchlichen Namen nahe kommt. Gleichzeitig wird Eisen als Fe bezeichnet, was eine Abkürzung seines lateinischen Namens ist.

   2. Achten Sie auf den vollständigen Namen des Elements, falls er in der Tabelle angegeben ist. Dieser „Name“ des Elements wird in normalen Texten verwendet. Zum Beispiel sind „Helium“ und „Kohlenstoff“ die Namen der Elemente. Normalerweise, aber nicht immer, werden die vollständigen Namen der Elemente unter ihrem chemischen Symbol angegeben.

      • Manchmal sind die Namen der Elemente in der Tabelle nicht angegeben und nur ihre chemischen Symbole angegeben.

   3. Finden Sie die Ordnungszahl.Üblicherweise befindet sich die Ordnungszahl eines Elements oben in der entsprechenden Zelle, in der Mitte oder in der Ecke. Es kann auch unter dem Symbol- oder Elementnamen erscheinen. Elemente haben Ordnungszahlen von 1 bis 118.

      • Die Ordnungszahl ist immer eine ganze Zahl.

   4. Denken Sie daran, dass die Ordnungszahl der Anzahl der Protonen in einem Atom entspricht. Alle Atome eines Elements enthalten die gleiche Anzahl an Protonen. Im Gegensatz zu Elektronen bleibt die Anzahl der Protonen in den Atomen eines Elements konstant. Sonst wäre ein anderes chemisches Element herausgekommen!

      • Die Ordnungszahl eines Elements kann auch verwendet werden, um die Anzahl der Elektronen und Neutronen in einem Atom zu bestimmen.

   5. Normalerweise ist die Anzahl der Elektronen gleich der Anzahl der Protonen. Die Ausnahme ist der Fall, wenn das Atom ionisiert ist. Protonen haben eine positive Ladung und Elektronen haben eine negative Ladung. Da Atome normalerweise neutral sind, enthalten sie die gleiche Anzahl an Elektronen und Protonen. Ein Atom kann jedoch Elektronen aufnehmen oder abgeben, wodurch es ionisiert wird.

      • Ionen haben eine elektrische Ladung. Befinden sich mehr Protonen im Ion, ist es positiv geladen, in diesem Fall steht hinter dem Elementsymbol ein Pluszeichen. Enthält ein Ion mehr Elektronen, ist es negativ geladen, was durch ein Minuszeichen gekennzeichnet ist.
      • Plus- und Minuszeichen entfallen, wenn das Atom kein Ion ist.

   Die grafische Darstellung des Periodengesetzes ist das Periodensystem (Tabelle). Die horizontalen Zeilen des Systems werden Perioden genannt, und die vertikalen Spalten werden Gruppen genannt.

   Insgesamt gibt es 7 Perioden im System (Tabelle), und die Periodennummer ist gleich der Anzahl der Elektronenschichten im Atom des Elements, der Nummer des externen (Valenz-) Energieniveaus und dem Wert der Hauptenergie Quantenzahl für das höchste Energieniveau. Jede Periode (außer der ersten) beginnt mit einem s-Element - einem aktiven Alkalimetall und endet mit einem Inertgas, dem ein p-Element vorausgeht - ein aktives Nichtmetall (Halogen). Wenn wir uns entlang der Periode von links nach rechts bewegen, steigt mit zunehmender Ladung der Kerne von Atomen chemischer Elemente kleiner Perioden die Anzahl der Elektronen auf dem externen Energieniveau, wodurch die Eigenschaften von Die Elemente ändern sich - von typisch metallisch (weil zu Beginn der Periode ein aktives Alkalimetall vorhanden ist), über amphoter (das Element weist die Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen auf) zu nichtmetallisch (aktives Nichtmetall - Halogen). am Ende der Periode), d.h. metallische Eigenschaften werden allmählich schwächer und nichtmetallische nehmen zu.

   In großen Perioden ist mit zunehmender Kernladung das Auffüllen von Elektronen schwieriger, was eine komplexere Änderung der Eigenschaften von Elementen im Vergleich zu Elementen kleiner Perioden erklärt. In geraden Reihen langer Perioden bleibt also mit zunehmender Kernladung die Anzahl der Elektronen im äußeren Energieniveau konstant und gleich 2 oder 1. Während also die Elektronen das dem äußeren folgende (zweite von außen) folgende Niveau füllen, , ändern sich die Eigenschaften von Elementen in geraden Zeilen langsam. Beim Übergang zu ungeraden Reihen steigt mit zunehmender Ladung des Kerns die Anzahl der Elektronen im externen Energieniveau (von 1 auf 8), die Eigenschaften der Elemente ändern sich auf die gleiche Weise wie in kleinen Perioden.

   DEFINITION

   Vertikale Säulen im Periodensystem sind Gruppen von Elementen mit ähnlicher elektronischer Struktur und chemische Analoga. Gruppen werden mit römischen Ziffern von I bis VIII bezeichnet. Es werden die Haupt- (A) und sekundären (B) Untergruppen unterschieden, von denen die erste s- und p-Elemente enthält, die zweite - d - Elemente.

   Die Untergruppennummer A gibt die Anzahl der Elektronen im äußeren Energieniveau (die Anzahl der Valenzelektronen) an. Bei Elementen der B-Untergruppen besteht kein direkter Zusammenhang zwischen der Gruppenzahl und der Zahl der Elektronen im äußeren Energieniveau. In den A-Untergruppen nehmen die metallischen Eigenschaften der Elemente zu, und die nichtmetallischen Eigenschaften nehmen mit zunehmender Ladung des Atomkerns des Elements ab.

   Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Position der Elemente im Periodensystem und der Struktur ihrer Atome:

   - Atome aller Elemente derselben Periode haben eine gleiche Anzahl von Energieniveaus, die teilweise oder vollständig mit Elektronen gefüllt sind;

   — Atome aller Elemente der A-Untergruppen haben eine gleiche Anzahl von Elektronen auf dem äußeren Energieniveau.

   Ein Plan zur Charakterisierung eines chemischen Elements basierend auf seiner Position im Periodensystem

   Üblicherweise wird eine Eigenschaft eines chemischen Elements anhand seiner Position im Periodensystem nach folgendem Schema angegeben:

   - das Symbol des chemischen Elements sowie seinen Namen angeben;

   - geben Sie die Seriennummer, die Nummer des Zeitraums und die Gruppe (Art der Untergruppe) an, in der sich das Element befindet;

   - Kernladung, Massenzahl, Anzahl der Elektronen, Protonen und Neutronen im Atom angeben;

   - die elektronische Konfiguration notieren und die Valenzelektronen angeben;

   - elektronengraphische Formeln für Valenzelektronen in Grund- und angeregten (wenn möglich) Zuständen zeichnen;

   - Geben Sie die Familie des Elements sowie seinen Typ (Metall oder Nichtmetall) an.

   - die Eigenschaften eines einfachen Stoffes mit den Eigenschaften einfacher Stoffe vergleichen, die aus benachbarten Elementen einer Untergruppe bestehen;

   - die Eigenschaften eines einfachen Stoffes mit den Eigenschaften einfacher Stoffe vergleichen, die aus in einer Periode benachbarten Elementen bestehen;

   - die Formeln höherer Oxide und Hydroxide mit einer kurzen Beschreibung ihrer Eigenschaften angeben;

   - die Werte der minimalen und maximalen Oxidationsstufen eines chemischen Elements angeben.

   Eigenschaften eines chemischen Elements am Beispiel Magnesium (Mg).

   Betrachten Sie die Eigenschaften eines chemischen Elements am Beispiel von Magnesium (Mg) nach dem oben beschriebenen Schema:

   1. Mg - Magnesium.

   2. Ordnungszahl - 12. Das Element befindet sich in Periode 3, in Gruppe II, A (Haupt-) Untergruppe.

   3. Z=12 (Kernladung), M=24 (Massenzahl), e=12 (Anzahl der Elektronen), p=12 (Anzahl der Protonen), n=24-12=12 (Anzahl der Neutronen).

   4. 12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 – elektronische Konfiguration, Valenzelektronen 3s 2 .

   5. Grundzustand

   aufgeregter Zustand

   

   6. S-Element, Metall.

   7. Das höchste Oxid – MgO – weist die Haupteigenschaften auf:

   MgO + H 2 SO 4 \u003d MgSO 4 + H 2 O

   MgO + N 2 O 5 \u003d Mg (NO 3) 2

   Als Magnesiumhydroxid entspricht die Base Mg(OH) 2 , die alle typischen Eigenschaften von Basen aufweist:

   Mg(OH) 2 + H 2 SO 4 = MgSO 4 + 2H 2 O

   8. Der Oxidationsgrad "+2".

   9. Die metallischen Eigenschaften von Magnesium sind ausgeprägter als die von Beryllium, aber schwächer als die von Calcium.

   10. Die metallischen Eigenschaften von Magnesium sind weniger ausgeprägt als die von Natrium, aber stärker als die von Aluminium (Nachbarelemente der 3. Periode).

   Beispiele für Problemlösungen

   BEISPIEL 1

   Die Übung

   Charakterisieren Sie das chemische Element Schwefel basierend auf seiner Position im Periodensystem von D.I. Mendelejew

   Entscheidung

   1. S - Schwefel. 2. Ordnungszahl - 16. Das Element befindet sich in der 3. Periode, in der VI-Gruppe, A (Haupt-) Untergruppe. 3. Z=16 (Kernladung), M=32 (Massenzahl), e=16 (Anzahl der Elektronen), p=16 (Anzahl der Protonen), n=32-16=16 (Anzahl der Neutronen). 4. 16 S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 – elektronische Konfiguration, Valenzelektronen 3s 2 3p 4 . 5. Grundzustand aufgeregter Zustand 6. p-Element, Nichtmetall. 7. Das höchste Oxid - SO 3 - weist saure Eigenschaften auf: SO 3 + Na 2 O \u003d Na 2 SO 4 8. Das Hydroxid, das dem höheren Oxid H 2 SO 4 entspricht, weist saure Eigenschaften auf: H 2 SO 4 + 2 NaOH \u003d Na 2 SO 4 + 2 H 2 O 9. Minimaler Oxidationszustand "-2", Maximum - "+6" 10. Die nichtmetallischen Eigenschaften von Schwefel sind weniger ausgeprägt als die von Sauerstoff, aber stärker als die von Selen. 11. Die nichtmetallischen Eigenschaften des Schwefels sind ausgeprägter als die des Phosphors, aber schwächer als die des Chlors (Nachbarelemente in der 3. Periode).

   BEISPIEL 2

   Die Übung

   Beschreiben Sie das chemische Element Natrium anhand seiner Position im Periodensystem von D.I. Mendelejew

   Entscheidung

   1. Na - Natrium. 2. Ordnungszahl - 11. Das Element befindet sich in Periode 3, in Gruppe I, A (Haupt-) Untergruppe. 3. Z=11 (Kernladung), M=23 (Massenzahl), e=11 (Anzahl der Elektronen), p=11 (Anzahl der Protonen), n=23-11=12 (Anzahl der Neutronen). 4. 11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 – elektronische Konfiguration, Valenzelektronen 3s 1 . 5. Grundzustand 6. S-Element, Metall. 7. Das höchste Oxid – Na 2 O – weist die Haupteigenschaften auf: Na 2 O + SO 3 \u003d Na 2 SO 4 B. Natronlauge, entspricht die Base NaOH, die alle typischen Eigenschaften von Basen aufweist: 2NaOH + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O 8. Die Oxidationsstufe "+1". 9. Die metallischen Eigenschaften von Natrium sind ausgeprägter als die von Lithium, aber schwächer als die von Kalium. 10. Die metallischen Eigenschaften von Natrium sind ausgeprägter als die von Magnesium (dem Nachbarelement der 3. Periode).

   In der Natur gibt es viele sich wiederholende Abläufe:

   • Jahreszeiten;
   • Tageszeiten;
   • Wochentage…

   In der Mitte des 19. Jahrhunderts bemerkte D. I. Mendelejew, dass auch die chemischen Eigenschaften der Elemente eine bestimmte Reihenfolge haben (man sagt, dass ihm diese Idee in einem Traum kam). Das Ergebnis der wundersamen Träume des Wissenschaftlers war das Periodensystem der chemischen Elemente, in dem D.I. Mendelejew ordnete die chemischen Elemente nach zunehmender Atommasse. In der modernen Tabelle sind die chemischen Elemente in aufsteigender Reihenfolge der Ordnungszahl des Elements (der Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms) angeordnet.

   Über dem Symbol eines chemischen Elements steht die Ordnungszahl, unter dem Symbol seine Atommasse (Summe aus Protonen und Neutronen). Beachten Sie, dass die Atommasse einiger Elemente keine ganze Zahl ist! Denken Sie an Isotope! Die Atommasse ist der gewichtete Durchschnitt aller Isotope eines Elements, die natürlicherweise unter natürlichen Bedingungen vorkommen.

   

   Unterhalb der Tabelle sind die Lanthaniden und Aktiniden.

   Metalle, Nichtmetalle, Halbmetalle

   
   

   Sie befinden sich im Periodensystem links von der gestuften Diagonale, die mit Bor (B) beginnt und mit Polonium (Po) endet (Ausnahmen sind Germanium (Ge) und Antimon (Sb). Es ist leicht zu erkennen, dass Metalle nehmen den größten Teil des Periodensystems ein Die Haupteigenschaften von Metallen: fest (außer Quecksilber), glänzend, gute elektrische und thermische Leiter, dehnbar, formbar, geben leicht Elektronen ab.

   

   Die Elemente rechts von der abgestuften Diagonale werden B-Po genannt Nichtmetalle. Die Eigenschaften von Nichtmetallen sind den Eigenschaften von Metallen direkt entgegengesetzt: schlechte Wärme- und Stromleiter; fragil; ungeschmiedet; nicht aus Kunststoff; nehmen normalerweise Elektronen auf.

   Metalloide

   Zwischen Metallen und Nichtmetallen liegen Halbmetalle(Metalloide). Sie zeichnen sich durch die Eigenschaften sowohl von Metallen als auch von Nichtmetallen aus. Halbmetalle haben ihre hauptsächliche industrielle Anwendung in der Herstellung von Halbleitern gefunden, ohne die keine modernen Mikroschaltkreise oder Mikroprozessoren undenkbar sind.

   Perioden und Gruppen

   Wie oben erwähnt, besteht das Periodensystem aus sieben Perioden. In jeder Periode steigen die Ordnungszahlen der Elemente von links nach rechts.

   Die Eigenschaften von Elementen in Perioden ändern sich nacheinander: So geben Natrium (Na) und Magnesium (Mg), die am Anfang der dritten Periode stehen, Elektronen ab (Na gibt ein Elektron ab: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1; Mg gibt zwei Elektronen ab: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2). Aber Chlor (Cl), das sich am Ende der Periode befindet, nimmt ein Element an: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.

   In Gruppen hingegen haben alle Elemente die gleichen Eigenschaften. Beispielsweise geben in der IA(1)-Gruppe alle Elemente von Lithium (Li) bis Francium (Fr) ein Elektron ab. Und alle Elemente der Gruppe VIIA(17) nehmen ein Element.

   Manche Gruppen sind so wichtig, dass man ihnen besondere Namen gegeben hat. Diese Gruppen werden unten diskutiert.

   Gruppe IA(1). Die Atome der Elemente dieser Gruppe haben nur ein Elektron in der äußeren Elektronenschicht, geben also leicht ein Elektron ab.

   Die wichtigsten Alkalimetalle sind Natrium (Na) und Kalium (K), da sie eine wichtige Rolle im menschlichen Leben spielen und Bestandteil von Salzen sind.

   Elektronische Konfigurationen:

   • Li- 1s 2 2s 1 ;
   • N / A- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
   • K- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

   Gruppe IIA(2). Die Atome der Elemente dieser Gruppe haben zwei Elektronen in der äußeren Elektronenschicht, die auch bei chemischen Reaktionen abgegeben werden. Das wichtigste Element ist Calcium (Ca) – die Grundlage von Knochen und Zähnen.

   Elektronische Konfigurationen:

   • Sei- 1s 2 2s 2 ;
   • mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
   • Ca- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

   Gruppe VIIA(17). Atome der Elemente dieser Gruppe erhalten normalerweise je ein Elektron, weil. auf der äußeren elektronischen Schicht befinden sich jeweils fünf Elemente, und zum "vollständigen Satz" fehlt nur noch ein Elektron.

   Die bekanntesten Elemente dieser Gruppe sind: Chlor (Cl) - ist Bestandteil von Salz und Bleichmittel; Jod (I) ist ein Element, das eine wichtige Rolle bei der Aktivität der menschlichen Schilddrüse spielt.

   Elektronische Konfiguration:

   • F- 1s 2 2s 2 2p 5 ;
   • Kl- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ;
   • Br- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

   Gruppe VIII(18). Atome der Elemente dieser Gruppe haben eine vollständig "besetzte" äußere Elektronenschicht. Daher „brauchen“ sie keine Elektronen aufzunehmen. Und sie wollen sie nicht hergeben. Daher sind die Elemente dieser Gruppe sehr "unwillig", chemische Reaktionen einzugehen. Lange Zeit glaubte man, dass sie überhaupt nicht reagieren (daher der Name „inert“, also „inaktiv“). Aber der Chemiker Neil Barlett entdeckte, dass einige dieser Gase unter bestimmten Bedingungen immer noch mit anderen Elementen reagieren können.

   Elektronische Konfigurationen:

   • Nein- 1s 2 2s 2 2p 6 ;
   • Ar- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
   • kr- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

   Valenzelemente in Gruppen

   Es ist leicht zu erkennen, dass sich die Elemente innerhalb jeder Gruppe in ihren Valenzelektronen (Elektronen von s- und p-Orbitalen, die sich auf dem äußeren Energieniveau befinden) ähneln.

   Alkalimetalle haben jeweils 1 Valenzelektron:

   • Li- 1s 2 2s 1 ;
   • N / A- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
   • K- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

   Erdalkalimetalle haben 2 Valenzelektronen:

   • Sei- 1s 2 2s 2 ;
   • mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
   • Ca- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

   Halogene haben 7 Valenzelektronen:

   • F- 1s 2 2s 2 2p 5 ;
   • Kl- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ;
   • Br- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

   Edelgase haben 8 Valenzelektronen:

   • Nein- 1s 2 2s 2 2p 6 ;
   • Ar- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
   • kr- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

   Weitere Informationen finden Sie im Artikel Valency and the Table of Electronic Configurations of Atoms of Chemical Elements by Periods.

   Wenden wir uns nun den Elementen zu, die sich in Gruppen mit Symbolen befinden BEIM. Sie befinden sich in der Mitte des Periodensystems und heißen Übergangsmetalle.

   Eine Besonderheit dieser Elemente ist das Vorhandensein von Elektronen in Atomen, die sich füllen d-Orbitale:

   1. sc- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 ;
   2. Ti- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2

   Separat vom Haupttisch gelegen Lanthanide und Aktiniden sind die sog innere Übergangsmetalle. In den Atomen dieser Elemente füllen sich Elektronen f-Orbitale:

   1. Ce- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 1 5d 1 6s 2 ;
   2. Th- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 6d 2 7s 2