Периодическая система химических элементов - это классификация химических элементов, созданная Д. И. Менделеевым на основе открытого им в 1869 г. периодического закона.
Д. И. Менделеев
Согласно современной формулировке этого закона, в непрерывном ряду элементов, расположенных в порядке возрастания величины положительного заряда ядер их атомов, периодически повторяются элементы со сходными свойствами.
Периодическая система химических элементов, представленная в виде таблицы, состоит из периодов, рядов и групп.
В начале каждого периода (за исключением первого) находится элементе ярко выраженными металлическими свойствами (щелочной металл).
Условные обозначения к цветной таблице: 1 - химический знак элемента; 2 - название; 3 - атомная масса (атомный вес); 4 - порядковый номер; 5 - распределение электронов по слоям.
По мере возрастания порядкового номера элемента, равного величине положительного заряда ядра его атома, постепенно ослабевают металлические и нарастают неметаллические свойства. Предпоследним элементом в каждом периоде является элемент с ярко выраженными неметаллическими свойствами (), а последним - инертный газ. В I периоде находятся 2 элемента, во II и III - по 8 элементов, в IV и V - по 18, в VI - 32 и в VII (не завершенном периоде) - 17 элементов.
Первые три периода называют малыми периодами, каждый из них состоит из одного горизонтального ряда; остальные - большими периодами, каждый из которых (исключая VII период) состоит из двух горизонтальных рядов - четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших периодов находятся только металлы. Свойства элементов в этих рядах с возрастанием порядкового номера изменяются слабо. Свойства элементов в нечетных рядах больших периодов меняются. В VI периоде за лантаном следуют 14 элементов, весьма сходных по химическим свойствам. Эти элементы, называемые лантаноидами, приведены отдельно под основной таблицей. Аналогично представлены в таблице и актиноиды - элементы, следующие за актинием.
В таблице имеется девять вертикальных групп. Номер группы, за редким исключением, равен высшей положительной валентности элементов данной группы. Каждая группа, исключая нулевую и восьмую, подразделяется на подгруппы. - главную (расположена правее) и побочную. В главных подгруппах с увеличением порядкового номера усиливаются металлические и ослабевают неметаллические свойства элементов.
Таким образом, химические и ряд физических свойств элементов определяются местом, которое занимает данный элемент в периодической системе.
Биогенные элементы, т. е. элементы, входящие в состав организмов и выполняющие в нем определенную биологическую роль, занимают верхнюю часть таблицы Менделеева. В голубой цвет окрашены клетки, занимаемые элементами, составляющими основную массу (более 99%) живого вещества, в розовый цвет - клетки, занимаемые микроэлементами (см.).
Периодическая система химических элементов является крупнейшим достижением современного естествознания и ярким выражением наиболее общих диалектических законов природы.
См. также , Атомный вес.
Периодическая система химических элементов - естественная классификация химических элементов, созданная Д. И. Менделеевым на основе открытого им в 1869 г. периодического закона.
В первоначальной формулировке периодический закон Д. И. Менделеева утверждал: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. В дальнейшем с развитием учения о строении атома было показано, что более точной характеристикой каждого элемента является не атомный вес (см.), а величина положительного заряда ядра атома элемента, равная порядковому (атомному) номеру этого элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Число положительных зарядов ядра атома равно числу электронов, окружающих ядро атома, поскольку атомы в целом электронейтральны. В свете этих данных периодический закон формулируется так: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины положительного заряда ядер их атомов. Это значит, что в непрерывном ряду элементов, расположенных в порядке возрастания положительных зарядов ядер их атомов, будут периодически повторяться элементы со сходными свойствами.
Табличная форма периодической системы химических элементов представлена в ее современном виде. Она состоит из периодов, рядов и групп. Период представляет последовательный горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания положительного заряда ядер их атомов.
В начале каждого периода (за исключением первого) находится элемент с ярко выраженными металлическими свойствами (щелочной металл). Затем по мере увеличения порядкового номера постепенно ослабевают металлические и нарастают неметаллические свойства элементов. Предпоследним элементом в каждом периоде является элемент с ярко выраженными неметаллическими свойствами (галоген), а последним - инертный газ. I период состоит из двух элементов, роль щелочного металла и галогена здесь одновременно выполняет водород. II и III периоды включают по 8 элементов, названных Менделеевым типическими. IV и V периоды насчитывают по 18 элементов, VI-32. VII период еще не завершен и пополняется искусственно создаваемыми элементами; в настоящее время в этом периоде насчитывается 17 элементов. I, II и III периоды называют малыми, каждый из них состоит из одного горизонтального ряда, IV-VII- большими: они (за исключением VII) включают два горизонтальных ряда - четный (верхний) и нечетный (нижний). В четных рядах больших периодов находятся только металлы, и изменение свойств элементов в ряду слева направо выражено слабо.
В нечетных рядах больших периодов свойства элементов в ряду изменяются так же, как свойства типических элементов. В четном ряду VI периода после лантана следует 14 элементов [называемых лантанидами (см.), лантаноидами, редкоземельными элементами], сходных по химическим свойствам с лантаном и между собой. Перечень их приводится отдельно под таблицей.
Отдельно выписаны и приведены под таблицей элементы, следующие за актинием- актиниды (актиноиды).
В периодической системе химических элементов по вертикалям расположено девять групп. Номер группы равен высшей положительной валентности (см.) элементов этой группы. Исключение составляют фтор (бывает только отрицательно одновалентным) и бром (не бывает семивалентным); кроме того, медь, серебро, золото могут проявлять валентность больше +1 (Cu-1 и 2, Ag и Au-1 и 3), а из элементов VIII группы валентностью +8 обладают только осмий и рутений. Каждая группа, за исключением восьмой и нулевой, делится на две подгруппы: главную (расположена правее) и побочную. В главные подгруппы входят типические элементы и элементы больших периодов, в побочные - только элементы больших периодов и притом металлы.
По химическим свойствам элементы каждой подгруппы данной группы значительно отличаются друг от друга и только высшая положительная валентность одинакова для всех элементов данной группы. В главных подгруппах сверху вниз усиливаются металлические свойства элементов и ослабевают неметаллические (так, франций является элементом с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами, а фтор - неметаллическими). Таким образом, место элемента в периодической системе Менделеева (порядковый номер) определяет его свойства, которые представляют собой среднее из свойств соседних элементов по вертикали и горизонтали.
Некоторые группы элементов носят особые названия. Так, элементы главных подгрупп I группы называют щелочными металлами, II группы - щелочноземельными металлами, VII группы - галогенами, элементы, расположенные за ураном,- трансурановыми. Элементы, которые входят в состав организмов, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают явно выраженной биологической ролью, называют биогенными элементами. Все они занимают верхнюю часть таблицы Д. И. Менделеева. Это в первую очередь О, С, Н, N, Са, Р, К, S, Na, Cl, Mg и Fe, составляющие основную массу живого вещества (более 99%). Места, занимаемые этими элементами в периодической системе, окрашены в светло-голубой цвет. Биогенные элементы, которых в организме очень мало (от 10 -3 до 10 -14 %), называют микроэлементами (см.). В клетках периодической системы, окрашенных в желтый цвет, помещены микроэлементы, жизненно важное значение которых для человека доказано.
Согласно теории строения атомов (см. Атом) химические свойства элементов зависят в основном от числа электронов на внешней электронной оболочке. Периодическое изменение свойств элементов с увеличением положительного заряда атомных ядер объясняется периодическим повторением строения наружной электронной оболочки (энергетического уровня) атомов.
В малых периодах с увеличением положительного заряда ядра возрастает число электронов на внешней оболочке от 1 до 2 в I периоде и от 1 до 8 во II и III периодах. Отсюда изменение свойств элементов в периоде от щелочного металла до инертного газа. Внешняя электронная оболочка, содержащая 8 электронов, является завершенной и энергетически устойчивой (элементы нулевой группы химически инертны).
В больших периодах в четных рядах с ростом положительного заряда ядер число электронов на внешней оболочке остается постоянным (1 или 2) и идет заполнение электронами второй снаружи оболочки. Отсюда медленное изменение свойств элементов в четных рядах. В нечетных рядах больших периодов с увеличением заряда ядер идет заполнение электронами внешней оболочки (от 1 до 8) и свойства элементов изменяются так, как и у типических элементов.
Число электронных оболочек в атоме равно номеру периода. Атомы элементов главных подгрупп имеют на внешних оболочках число электронов, равное номеру группы. Атомы элементов побочных подгрупп содержат на внешних оболочках один или два электрона. Этим объясняется различие в свойствах элементов главной и побочной подгрупп. Номер группы указывает возможное число электронов, которые могут участвовать в образовании химических (валентных) связей (см. Молекула), поэтому такие электроны называют валентными. У элементов побочных подгрупп валентными являются не только электроны внешних оболочек, но и предпоследних. Число и строение электронных оболочек указано в прилагаемой периодической системе химических элементов.
Периодический закон Д. И. Менделеева и основанная на нем система имеют исключительно большое значение в науке и практике. Периодический закон и система явились основой для открытия новых химических элементов, точного определения их атомных весов, развития учения о строении атомов, установления геохимических законов распределения элементов в земной коре и развития современных представлений о живом веществе, состав которого и связанные с ним закономерности находятся в соответствии с периодической системой. Биологическая активность элементов и их содержание в организме также во многом определяются местом, которое они занимают в периодической системе Менделеева. Так, с увеличением порядкового номера в ряде групп возрастает токсичность элементов и уменьшается их содержание в организме. Периодический закон является ярким выражением наиболее общих диалектических законов развития природы.
Четыре способа присоединения нуклонов
Механизмы присоединения нуклонов можно разбить на четыре типа, S, P, D и F. Эти типы присоединения отражает цветовой фон в представленном нами варианте таблицы Д.И. Менделеева.
Первый тип присоединения, это S схема, когда нуклоны присоединяются к ядру по вертикальной оси. Отображение присоединенных нуклонов этого типа, в межъядерном пространстве, ныне идентифицируется, как S электроны, хотя никаких S электронов в этой зоне нет, а есть только сферические области объемного пространственного заряда, которые обеспечивают молекулярное взаимодействие.
Второй тип присоединения - это P схема, когда нуклоны присоединяются к ядру в горизонтальной плоскости. Отображение этих нуклонов в межъядерном пространстве идентифицировано, как P электроны, хотя это тоже, всего лишь области пространственного заряда, генерируемые ядром в межъядерном пространстве.
Третий тип присоединения - это D схема, когда нуклоны присоединяются к нейтронам в горизонтальной плоскости, и наконец, четвертый тип присоединения - это F схема, когда нуклоны присоединяются к нейтронам по вертикальной оси. Каждый тип присоединения придает атому свойства, характерные для этого типа связи, поэтому в составе периодов таблицы Д.И. Менделеева давно выделены подгруппы, по типу S, P, D и F связи.
Поскольку при присоединении каждого последующего нуклона образуется изотоп или предшествующего или последующего элемента, то точное расположение нуклонов по типу S, P, D и F связи можно показать только при помощи Таблицы известных изотопов (нуклидов), вариантом которой (из Википедии) мы воспользовались.
Эту таблицу мы разбили на периоды (см. Таблицы заполнения периодов), а в каждом периоде указали, по какой схеме присоединяется каждый нуклон. Поскольку в соответствии с микроквантовой теорией каждый нуклон может присоединиться к ядру только в строго определенном месте, то количество и схемы присоединения нуклонов в каждом периоде отличаются, но во всех периодах таблицы Д.И. Менделеева законы присоединения нуклонов исполняются ЕДИНООБРАЗНО для всех нуклонов без исключения.
Как вы видите, во II и III периоде присоединение нуклонов идет только по S и P схемам, в IV и V периодах – по S, P и D схемам, а в VI и VII периодах – по S, P, D и F схемам. При этом оказалось, что законы присоединения нуклонов исполняются настолько точно, что нам не составило большого труда рассчитать состав ядра конечных элементов VII периода, которые в таблице Д.И. Менделеева имеют номера 113, 114, 115, 116 и 118.
По нашим расчетам, последний элемент VII периода, который мы назвали Rs («Россий» от «Россия»), состоит из 314 нуклонов и имеет изотопы 314, 315, 316, 317 и 318. Предшествующий ему элемент Nr («Новороссий» от «Новороссия») состоит из 313 нуклонов. Мы будем весьма благодарны всем, кто сможет подтвердить или опровергнуть наши расчеты.
Честно говоря, мы сами поражены, насколько точно работает Вселенский Конструктор, который обеспечивает присоединение каждого последующего нуклона только на свое, единственно правильное место, а если нуклон встал неправильно, то Конструктор обеспечивает распад атома, и из его запчастей собирает новый атом. В своих фильмах мы показали только главные законы работы Вселенского Конструктора, но в его работе столько нюансов, что, чтобы разобраться в них, потребуются усилия многих поколений ученых.
Но в законах работы Вселенского Конструктора человечеству разобраться необходимо, если оно заинтересовано в технологическом прогрессе, поскольку знание принципов работы Вселенского Конструктора открывает совершенно новые перспективы во всех областях человеческой деятельности – от создания уникальных конструкционных материалов до сборки живых организмов.
Заполнение второго периода таблицы химических элементов
Заполнение третьего периода таблицы химических элементов
Заполнение четвертого периода таблицы химических элементов
Заполнение пятого периода таблицы химических элементов
Заполнение шестого периода таблицы химических элементов
Заполнение седьмого периода таблицы химических элементов
Девятнадцатый век в истории человечества - век, в который многие науки реформировались, в том числе и химия. Именно в это время появилась периодическая система Менделеева, а вместе с ней - и периодический закон. Именно он стал основой современной химии. Периодическая система Д. И. Менделеева представляет собой систематизацию элементов, которая устанавливает зависимость химических и физических свойств от строения и заряда атома вещества.
История
Начало периодической положила книга «Соотношение свойств с атомным весом элементов», написанная в третьей четверти XVII века. В ней были отображены основные понятия относительно известных химических элементов (на тот момент их насчитывалось всего 63). К тому же у многих из них атомные массы были определены неправильно. Это сильно мешало открытию Д. И. Менделеева.
Дмитрий Иванович начал свою работу со сравнения свойств элементов. В первую очередь он занялся хлором и калием, а уж потом перешёл к работе со щелочными металлами. Вооружась специальными карточками, на которых были изображены химические элементы, он многократно пытался собрать эту «мозаику»: раскладывал на своем столе в поисках нужных комбинаций и совпадений.
После долгих стараний Дмитрий Иванович все же нашёл ту закономерность, которую искал, и выстроил элементы в периодические ряды. Получив в результате пустые ячейки между элементами, учёный понял, что русским исследователям известны не все химические элементы, и что именно он должен дать этому миру те знания в области химии, которые ещё не были даны его предшественниками.
Всем известен миф о том, что Менделееву периодическая таблица явилась во сне, и он по памяти собрал элементы в единую систему. Это, грубо говоря, ложь. Дело в том, что Дмитрий Иванович довольно долго и сосредоточенно работал над своим трудом, и его это сильно выматывало. Во время работы над системой элементов Менделеев однажды заснул. Проснувшись, он понял, что не закончил таблицу, и скорее продолжил заполнение пустых ячеек. Его знакомый, некий Иностранцев, университетский педагог, решил, что таблица Менделееву приснилась во сне и распространил данный слух среди своих студентов. Так и появилась данная гипотеза.
Известность
Химических элементов Менделеева является отображением созданного Дмитрием Ивановичем ещё в третьей четверти XIX века (1869 год) периодического закона. Именно в 1869 году на заседании русского химического сообщества было зачитано уведомление Менделеева о создании им определённой структуры. И в этом же году была выпущена книга «Основы химии», в которой впервые была опубликована периодическая система химических элементов Менделеева. А в книге «Естественная система элементов и использование её к указанию качеств неоткрытых элементов» Д. И. Менделеев впервые упомянул понятие «периодический закон».
Структура и правила размещения элементов
Первые шаги в создании периодического закона были сделаны Дмитрием Ивановичем еще в 1869-1871 годах, в то время он усиленно работал над установлением зависимости свойств данных элементов от массы их атома. Современный вариант представляет собой сведённые в двумерную таблицу элементы.
Положение элемента в таблице несёт определённый химический и физический смысл. По местонахождению элемента в таблице можно узнать, какая у него валентность, определить и другие химические особенности. Дмитрий Иванович пытался установить связь между элементами, как сходными между собой по свойствам, так и отличающимися.
В основу классификации известных на тот момент химических элементов он положил валентность и атомную массу. Сопоставляя относительные свойства элементов, Менделеев пытался найти закономерность, которая объединила бы все известные химические элементы в одну систему. Расположив их, основываясь на возрастании атомных масс, он всё-таки добился периодичности в каждом из рядов.
Дальнейшее развитие системы
Появившаяся в 1969 году таблица Менделеева ещё не раз дорабатывалась. С появлением благородных газов в 1930 годах получилось выявить новейшую зависимость элементов - не от массы, а от порядкового номера. Позднее удалось установить число протонов в атомных ядрах, и оказалось, что оно совпадает с порядковым номером элемента. Учёными XX века было изучено электронное Оказалось, что и оно влияет на периодичность. Это сильно меняло представления о свойствах элементов. Данный пункт был отражён в более поздних редакциях периодической системы Менделеева. Каждое новое открытие свойств и особенностей элементов органично вписывалось в таблицу.
Характеристики периодической системы Менделеева
Таблица Менделеева поделена на периоды (7 строк, расположенных горизонтально), которые, в свою очередь, подразделяются на большие и малые. Начинается период со щелочного металла, а заканчивается элементом с неметаллическими свойствами.
Вертикально таблица Дмитрия Ивановича поделена на группы (8 столбцов). Каждая из них в периодической системе состоит из двух подгрупп, а именно - главной и побочной. После долгих споров по предложению Д. И. Менделеева и его коллеги У. Рамзая было решено ввести так называемую нулевую группу. В неё входят инертные газы (неон, гелий, аргон, радон, ксенон, криптон). В 1911 году учёным Ф. Содди было предложено поместить в периодической системе и неразличимые элементы, так называемые изотопы, - для них были выделены отдельные ячейки.
Несмотря на верность и точность периодической системы, научное общество долго не хотело признавать данное открытие. Многие великие учёные высмеивали деятельность Д. И. Менделеева и считали, что невозможно предсказать свойства элемента, который ещё не был открыт. Но после того как предполагаемые химические элементы были открыты (а это были, например, скандий, галлий и германий), система Менделеева и его периодический закон стали науки химии.
Таблица в современности
Периодическая система элементов Менделеева - основа большинства химических и физических открытий, связанных с атомно-молекулярным учением. Современное понятие элемента сложилось как раз благодаря великому учёному. Появление периодической системы Менделеева внесло кардинальные изменения в представления о различных соединениях и простых веществах. Создание ученым периодической системы оказало огромное влияние на развитие химии и всех наук, смежных с ней.
Мало кто из взрослых знает, сколько элементов в таблице Менделеева. Кроме того, ваши знания могут быть устаревшими.
Дело в том, что таблица до сих пор находится в открытой форме, то есть не закончена, потому что не все ее составляющие известны.
Если бы химика спросили о количестве известных элементов в конце XVII века, то он с уверенностью сказал бы, что их 21. И даже когда Менделеев разработал использующуюся до наших дней классификацию химических элементов (1869-1871 гг.), их было открыто всего 63.
Попытки систематизации предпринимались неоднократно, но очень трудно судить о целом по его части и тем более искать в нем закономерности.
Трудность заключалась именно в том, что в то время ученые не представляли, что им известна только половина звеньев из существующей цепи.
Как только ученые и исследователи ни пытались выстроить известную им половину таблицы. Этим занимались не только химики, но и музыканты, ищущие систему по закону октав.
У Ньюлендса почти получилось, но он сам себя скомпрометировал мистической подоплекой, почти найденной им в химии музыкальной гармонии. Только через несколько лет после этого была создана известная нам таблица, количество составляющих в которой постепенно увеличивалось до настоящего времени.
Может быть, система в свойствах этих 63 элементов и обнаружилась, согласно легенде, Менделеевым во сне, но сам он говорил, что это случилось не внезапно, не по щелчку пальцев. Для того чтобы найти закономерности, он думал почти 20 лет. Причем им были оставлены пустые места для неоткрытых еще звеньев этой длинной цепочки.
Дальнейшее расширение
К концу XIX века таблицу заполняли уже 84 элемента (развивающаяся спектроскопия придала открытиям новый импульс), а к середине XX века добавились еще 13. Поэтому школьники в 1950 году могли с уверенностью заявлять, что в периодической таблице 97 компонентов.
Таблица Менделеева.
С тех пор элементы под номерами от 98-го постепенно открывались и расширяли таблицу после начала использования атомной энергии. Так, в 2011 году были заполнены уже 114-я и 116-я ячейки.
В начале 2016 года в таблице снова произошло пополнение — в нее добавились 4 новых элемента, хотя открыты они были значительно раньше.
Их атомные номера 113, 115, 117 и 118, причем один из химических элементов японского происхождения (рабочее название ununtrium, или сокращенно Uut). Это открытие позволило наконец-то химикам Японии наряду с прочими попасть в периодическую таблицу, расположив свое открытие в 113-й ячейке.
Остальные элементы открыты российско-американской группой:
- ununpentium, или Uup (115);
- ununseptium, или Uus (117);
- ununoctium, или Uuo (118).
Это временные названия, и во второй половине 2016 года в таблице появятся их реальные имена и сокращенные обозначения из 2 букв. Право выбрать имена принадлежит первооткрывателям. На чем они остановятся, пока неизвестно.
Названия могут быть связаны с мифологией, астрономией, географией или это могут быть термины из химии, а может, имена ученых.
Сколько их всего?
Даже если точно знать, сколько элементов содержится в менделеевской таблице, ответить можно двояко, причем оба ответа будут правильные.
Дело в том, что у этой таблицы существует две версии. В одной содержится 118 компонентов, а во второй 126.
Разница между ними в том, что в первом варианте уже открытые и официально принятые научными кругами компоненты, а во втором вписаны также и гипотетические, то есть существующие только на бумаге и в умах ученых. Они могут быть получены завтра, а могут и через 100 лет.
А вот в 118-элементном варианте все компоненты реально существуют. Из них 94 обнаружены в природе, остальные получены лабораторно. И тем не менее второй вариант тоже имеет право на существование, потому что природа любит порядок.
Если закономерность показывает, что у имеющихся химических элементов должно быть продолжение, значит, рано или поздно оно появится благодаря новым, пока не известным технологиям.
На данное время, в официально содержится 118 химических . Из них 94 обнаружены в природе, остальные 24 получены искусственно в результате ядерных реакций. Из всех химических в природе найдено 88; такие элементы, как технеций Tc , прометий Pm , астат At и франций Fr , а также все элементы, следующие за ураном U, впервые получены искусственно. В обычных условиях соответствующие простые вещества для 11 элементов являются газами, для 2 – жидкостями, для остальных элементов – твёрдыми телами.
Стоит прочитать
Дмитрий Иванович Менделеев
– русский учёный-энциклопедист, общественный деятель. Химик, физикохимик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, педагог, воздухоплаватель, приборостроитель. Профессор Санкт-Петербургского университета; член-корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт-Петербургской Академии наук. Среди наиболее известных открытий – периодический закон химических элементов, один из фундаментальных законов мироздания, неотъемлемый для всего естествознания.
Периодическая система химических элементов – классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д.И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д.И. Менделеевым в 1869-1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса. Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы. В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу. К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно. Распространённее других являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая», «длинная» и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. Периодическая система Д.И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитии атомно-молекулярного учения.
