Jokainen kouluun käynyt muistaa, että yksi pakollisista opiskeluaineista oli kemia. Hän voisi pitää siitä tai hän ei voinut pitää siitä - sillä ei ole väliä. Ja on todennäköistä, että paljon tämän tieteenalan tietämystä on jo unohdettu, eikä sitä sovelleta elämässä. Kaikki todennäköisesti muistavat kuitenkin D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden taulukon. Monille se on pysynyt monivärisenä taulukona, jossa jokaiseen ruutuun on kaiverrettu tietyt kirjaimet, jotka osoittavat kemiallisten alkuaineiden nimiä. Mutta täällä emme puhu kemiasta sellaisenaan ja kuvaamme satoja kemiallisia reaktioita ja prosesseja, vaan puhumme siitä, kuinka jaksollinen järjestelmä ilmestyi yleensä - tämä tarina kiinnostaa kaikkia ihmisiä ja todellakin kaikkia niitä, jotka haluavat mielenkiintoista ja hyödyllistä tietoa.

Vähän taustaa

Vuonna 1668 erinomainen irlantilainen kemisti, fyysikko ja teologi Robert Boyle julkaisi kirjan, jossa monet alkemian myytit kumottiin ja jossa hän puhui tarpeesta etsiä hajoamattomia kemiallisia alkuaineita. Tiedemies antoi myös luettelon niistä, joka koostui vain 15 elementistä, mutta salli ajatuksen, että elementtejä voi olla enemmän. Tästä tuli lähtökohta paitsi uusien elementtien etsimisessä myös niiden systematisoinnissa.

Sata vuotta myöhemmin ranskalainen kemisti Antoine Lavoisier kokosi uuden luettelon, joka sisälsi jo 35 alkuainetta. Niistä 23 todettiin myöhemmin hajoamattomiksi. Mutta tutkijat ympäri maailmaa jatkoivat uusien elementtien etsintää. Ja pääroolia tässä prosessissa näytteli kuuluisa venäläinen kemisti Dmitri Ivanovich Mendeleev - hän oli ensimmäinen, joka esitti hypoteesin, että elementtien atomimassan ja niiden sijainnin välillä voi olla suhde.

Huolellisen työn ja kemiallisten alkuaineiden vertailun ansiosta Mendelejev pystyi löytämään alkuaineiden välisen suhteen, jossa ne voivat olla yksi, ja niiden ominaisuudet eivät ole itsestäänselvyyksiä, vaan ajoittain toistuva ilmiö. Tämän seurauksena Mendelejev muotoili helmikuussa 1869 ensimmäisen jaksollisen lain, ja jo maaliskuussa kemian historioitsija N. A. Menshutkin toimitti Venäjän kemian seuralle raportin "Ominaisuuksien suhde alkuaineiden atomipainoon". Sitten samana vuonna Mendelejevin julkaisu julkaistiin Zeitschrift fur Chemie -lehdessä Saksassa, ja vuonna 1871 toisessa saksalaisessa Annalen der Chemie -lehdessä julkaistiin uusi laaja hänen löytölleen omistettu julkaisu.

Jaksollisen taulukon luominen

Vuoteen 1869 mennessä Mendelejev oli jo muodostanut pääidean ja melko lyhyessä ajassa, mutta hän ei kyennyt virallistamaan sitä minkäänlaiseksi järjestetyksi järjestelmäksi, joka näyttää selvästi, mikä oli mitä, hän ei pitkään aikaan pystynyt. Yhdessä keskustelussa kollegansa A. A. Inostrantsevin kanssa hän jopa sanoi, että kaikki oli jo selvinnyt hänen päässään, mutta hän ei voinut tuoda kaikkea pöytään. Sen jälkeen Mendeleevin elämäkerran kirjoittajien mukaan hän aloitti huolellisen työskentelyn pöytänsä parissa, joka kesti kolme päivää ilman untaukoa. Kaikenlaisia ​​tapoja järjestää alkuaineet taulukkoon selvitettiin, ja työtä vaikeutti se, että tuolloin tiede ei vielä tiennyt kaikista kemiallisista alkuaineista. Mutta tästä huolimatta taulukko luotiin ja elementit systematisoitiin.

Legenda Mendelejevin unesta

Monet ovat kuulleet tarinan, jonka mukaan D. I. Mendeleev unelmoi pöydästään. Tätä versiota levitti aktiivisesti edellä mainittu Mendelejevin kollega A. A. Inostrantsev hauskana tarinana, jolla hän viihdytti oppilaitaan. Hän sanoi, että Dmitri Ivanovitš meni nukkumaan ja unessa hän näki selvästi pöytänsä, jossa kaikki kemialliset elementit oli järjestetty oikeaan järjestykseen. Sen jälkeen opiskelijat jopa vitsailivat, että 40° vodka löydettiin samalla tavalla. Mutta unitarinalle oli silti todellisia ehtoja: kuten jo mainittiin, Mendelejev työskenteli pöydällä ilman unta ja lepoa, ja Inostrantev löysi hänet kerran väsyneenä ja uupuneena. Iltapäivällä Mendelejev päätti pitää tauon, ja jonkin ajan kuluttua hän heräsi äkillisesti, otti heti paperin ja kuvasi sille valmiin pöydän. Mutta tiedemies itse kiisti tämän koko tarinan unelmalla sanoen: "Olen ajatellut sitä ehkä kaksikymmentä vuotta, ja luulet: istuin ja yhtäkkiä ... se on valmis." Unelman legenda voi siis olla erittäin houkutteleva, mutta pöydän luominen oli mahdollista vain kovalla työllä.

Jatkotyötä

Vuosina 1869–1871 Mendelejev kehitti ajatuksia jaksoisuudesta, johon tiedeyhteisö oli taipuvainen. Ja yksi tämän prosessin tärkeistä vaiheista oli ymmärrys siitä, että mikä tahansa järjestelmän elementti tulisi sijoittaa sen ominaisuuksien kokonaisuuden perusteella verrattuna muiden elementtien ominaisuuksiin. Tämän perusteella ja myös lasia muodostavien oksidien muutoksen tutkimustulosten perusteella kemisti onnistui muuttamaan joidenkin alkuaineiden atomimassojen arvoja, mukaan lukien uraani, indium, beryllium ja muut.

Tietenkin Mendelejev halusi täyttää taulukkoon jääneet tyhjät solut mahdollisimman pian ja ennusti vuonna 1870, että pian löydettäisiin tieteelle tuntemattomia kemiallisia alkuaineita, joiden atomimassat ja ominaisuudet hän pystyi laskemaan. Ensimmäiset näistä olivat gallium (löydettiin vuonna 1875), skandium (löydettiin vuonna 1879) ja germanium (löydettiin vuonna 1885). Sitten ennusteiden toteutuminen jatkui ja löydettiin kahdeksan uutta alkuainetta, muun muassa polonium (1898), renium (1925), teknetium (1937), francium (1939) ja astatiini (1942-1943). Muuten, vuonna 1900 D. I. Mendeleev ja skotlantilainen kemisti William Ramsay tulivat siihen tulokseen, että myös nollaryhmän alkuaineet tulisi sisällyttää taulukkoon - vuoteen 1962 asti niitä kutsuttiin inertiksi ja sen jälkeen - jalokaasuiksi.

Jaksottaisen järjestelmän organisaatio

D. I. Mendelejevin taulukon kemialliset alkuaineet on järjestetty riveihin niiden massan kasvun mukaan, ja rivien pituus valitaan siten, että niissä olevilla alkuaineilla on samanlaiset ominaisuudet. Esimerkiksi jalokaasut, kuten radon, ksenon, krypton, argon, neon ja helium eivät reagoi helposti muiden alkuaineiden kanssa, ja niillä on myös alhainen kemiallinen aktiivisuus, minkä vuoksi ne sijaitsevat oikeassa reunassa. Ja vasemman sarakkeen elementit (kalium, natrium, litium jne.) reagoivat täydellisesti muiden elementtien kanssa, ja itse reaktiot ovat räjähtäviä. Yksinkertaisesti sanottuna kunkin sarakkeen elementeillä on samanlaiset ominaisuudet, jotka vaihtelevat sarakkeesta toiseen. Kaikki alkuaineet numeroon 92 asti löytyvät luonnosta, ja numerosta 93 alkavat keinotekoiset elementit, joita voidaan luoda vain laboratoriossa.

Alkuperäisessä versiossaan jaksollinen järjestelmä ymmärrettiin vain heijastuksena luonnossa vallitsevasta järjestyksestä, eikä siinä ollut selityksiä, miksi kaiken pitäisi olla niin. Ja vasta kun kvanttimekaniikka ilmestyi, taulukon elementtien järjestyksen todellinen merkitys tuli selväksi.

Luovien prosessien oppitunnit

Puhuttaessa siitä, mitä luovan prosessin opetuksia voidaan ottaa D. I. Mendelejevin jaksollisen taulukon koko luomishistoriasta, voidaan mainita esimerkkinä englantilaisen luovan ajattelun alan tutkijan Graham Wallacen ja ranskalaisen tiedemiehen ajatukset. Henri Poincaré. Otetaan ne lyhyesti.

Poincarén (1908) ja Graham Wallacen (1926) mukaan luovassa ajattelussa on neljä päävaihetta:

• Valmistautuminen- päätehtävän muotoiluvaihe ja ensimmäiset yritykset ratkaista se;
• Inkubointi- vaihe, jonka aikana prosessista on väliaikainen häiriö, mutta ongelman ratkaisun löytäminen tapahtuu alitajunnan tasolla;
• näkemys- vaihe, jossa intuitiivinen ratkaisu löydetään. Lisäksi tämä ratkaisu voidaan löytää tilanteessa, joka ei ole täysin relevantti tehtävän kannalta;
• Tutkimus- ratkaisun testaus- ja toteutusvaihe, jossa tämän ratkaisun ja sen mahdollisen jatkokehityksen todentaminen tapahtuu.

Kuten näemme, Mendelejev seurasi taulukkoaan luodessaan intuitiivisesti näitä neljää vaihetta. Se, kuinka tehokas tämä on, voidaan arvioida tulosten perusteella, ts. koska taulukko luotiin. Ja koska sen luominen oli valtava edistysaskel ei vain kemian tieteelle, vaan koko ihmiskunnalle, edellä mainittuja neljää vaihetta voidaan soveltaa sekä pienten hankkeiden toteuttamiseen että globaalien suunnitelmien toteuttamiseen. Tärkeintä on muistaa, että ainuttakaan löytöä, ei ainuttakaan ratkaisua ongelmaan voida löytää yksinään, vaikka kuinka paljon haluaisimme nähdä ne unessa ja kuinka paljon nukkuisimme. Menestyäksesi, oli kyseessä sitten kemiallisten alkuaineiden taulukon luominen tai uuden markkinointisuunnitelman laatiminen, sinulla on oltava tietyt tiedot ja taidot sekä taitavasti käytettävä potentiaalisi ja työskenneltävä kovasti.

Toivotamme sinulle menestystä pyrkimyksissäsi ja suunnitelmiesi onnistunutta toteuttamista!

Monet tutkijat yrittivät systematisoida kemiallisia alkuaineita. Mutta vasta vuonna 1869 D. I. Mendeleev onnistui luomaan elementtien luokituksen, joka vahvisti kemikaalien ja atomiytimen varauksen suhteen ja riippuvuuden.

Tarina

Periodisen lain nykyaikainen muotoilu on seuraava: kemiallisten alkuaineiden ominaisuudet sekä alkuaineyhdisteiden muodot ja ominaisuudet ovat jaksoittaisessa riippuvuudessa alkuaineen atomien ytimen varauksesta.

Kun laki löydettiin, tiedettiin 63 alkuainetta. Kuitenkin monien näiden alkuaineiden atomimassat on määritetty virheellisesti.

D. Ja Mendelejev itse muotoili lakinsa vuonna 1869 jaksoittaiseksi riippuvuudeksi alkuaineiden atomipainojen suuruudesta, koska 1800-luvulla tieteellä ei vielä ollut tietoa atomin rakenteesta. Tiedemiehen loistava kaukonäköisyys antoi hänelle kuitenkin mahdollisuuden ymmärtää syvemmin kuin kaikki hänen aikalaisensa kuviot, jotka määrittävät elementtien ja aineiden ominaisuuksien jaksollisuuden. Hän otti huomioon atomimassan kasvun lisäksi myös aineiden ja alkuaineiden jo tunnetut ominaisuudet, ja jaksoittaisuuden ajatuksen perusteella hän pystyi ennustamaan tarkasti alkuaineiden olemassaolon ja ominaisuudet sekä Tieteelle tuolloin tuntemattomia aineita, korjata useiden alkuaineiden atomimassat, järjestää elementit oikein järjestelmään jättäen tyhjiä tiloja ja tekemällä permutaatioita.

Riisi. 1. D. I. Mendelejev.

On olemassa myytti, että Mendelejev unelmoi jaksollisesta järjestelmästä. Tämä on kuitenkin vain kaunis tarina, joka ei ole todistettu tosiasia.

Jaksollisen järjestelmän rakenne

D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä on hänen oman lakinsa graafinen heijastus. Elementit on järjestetty taulukkoon tietyn kemiallisen ja fysikaalisen merkityksen mukaan. Elementin sijainnin perusteella voit määrittää sen valenssin, elektronien lukumäärän ja monet muut ominaisuudet. Taulukko on jaettu vaakasuunnassa suuriin ja pieniin jaksoihin ja pystysuunnassa ryhmiin.

Riisi. 2. Jaksotaulukko.

On 7 jaksoa, jotka alkavat alkalimetallilla ja päättyvät aineisiin, joilla on ei-metallisia ominaisuuksia. Ryhmät, jotka koostuvat 8 sarakkeesta, on jaettu pää- ja toissijaisiin alaryhmiin.

Tieteen jatkokehitys osoitti, että elementtien ominaisuuksien jaksollinen toistuminen tietyin väliajoin, erityisesti selvästi ilmentyneenä 2 ja 3 pienessä jaksossa, selittyy ulkoisten energiatasojen elektronisen rakenteen toistolla, jossa valenssielektronit sijaitsevat, jonka seurauksena reaktioissa muodostuu kemiallisia sidoksia ja uusia aineita. Siksi jokaisessa pystysuorassa sarakeryhmässä on elementtejä, joilla on toistuvia ominaispiirteitä. Tämä ilmenee selvästi ryhmissä, joissa on erittäin aktiivisten alkalimetallien (ryhmä I, pääalaryhmä) ja ei-halogeenimetallien (ryhmä VII, pääalaryhmä) perheitä. Vasemmalta oikealle jakson aikana elektronien lukumäärä kasvaa 1: stä 8:aan, kun taas elementtien metalliset ominaisuudet vähenevät. Siten metalliset ominaisuudet ilmenevät mitä vahvemmin, mitä vähemmän elektroneja on ulkotasolla.

Riisi. 3. Pienet ja suuret jaksot jaksollisessa taulukossa.

Myös sellaiset atomien ominaisuudet kuin ionisaatioenergia, elektronien affiniteettienergia ja elektronegatiivisuus toistuvat ajoittain. Nämä suureet liittyvät atomin kykyyn luovuttaa elektroni ulkoiselta tasolta (ionisaatio) tai pitää vieras elektroni ulkoisella tasollaan (elektroniaffiniteetti). Saadut arvosanat yhteensä: 146.

Jos jaksollinen järjestelmä tuntuu vaikealta ymmärtää, et ole yksin! Vaikka sen periaatteiden ymmärtäminen voi olla vaikeaa, sen kanssa työskentelyn oppiminen auttaa luonnontieteiden opiskelussa. Aloita tutkimalla taulukon rakennetta ja mitä tietoja siitä voi oppia kustakin kemiallisesta alkuaineesta. Sitten voit alkaa tutkia kunkin elementin ominaisuuksia. Ja lopuksi jaksollisen taulukon avulla voit määrittää neutronien lukumäärän tietyn kemiallisen alkuaineen atomissa.

Askeleet

Osa 1

Jaksollinen järjestelmä tai kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä alkaa vasemmasta yläkulmasta ja päättyy taulukon viimeisen rivin loppuun (oikealla alhaalla). Taulukon alkiot on järjestetty vasemmalta oikealle niiden atominumeron mukaan nousevaan järjestykseen. Atomiluku kertoo kuinka monta protonia yhdessä atomissa on. Lisäksi atomiluvun kasvaessa atomimassa kasvaa. Siten elementin sijainnin perusteella jaksollisessa taulukossa voit määrittää sen atomimassan.

1. Kuten näet, jokainen seuraava elementti sisältää yhden protonin enemmän kuin sitä edeltävä elementti. Tämä on ilmeistä, kun tarkastellaan atomilukuja. Atomiluvut kasvavat yhdellä, kun siirryt vasemmalta oikealle. Koska elementit on järjestetty ryhmiin, osa taulukon soluista jää tyhjiksi.

   • Esimerkiksi taulukon ensimmäisellä rivillä on vety, jonka atominumero on 1, ja helium, jonka atominumero on 2. Ne ovat kuitenkin vastakkaisissa päissä, koska ne kuuluvat eri ryhmiin.

2. Opi ryhmistä, jotka sisältävät elementtejä, joilla on samanlaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Kunkin ryhmän elementit sijaitsevat vastaavassa pystysarakkeessa. Yleensä ne on merkitty samalla värillä, mikä auttaa tunnistamaan elementtejä, joilla on samanlaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, ja ennustamaan niiden käyttäytymistä. Kaikilla tietyn ryhmän elementeillä on sama määrä elektroneja ulkokuoressa.

   • Vety voidaan katsoa kuuluvaksi sekä alkalimetallien että halogeenien ryhmään. Joissakin taulukoissa se on merkitty molempiin ryhmiin.
   • Useimmissa tapauksissa ryhmät on numeroitu 1-18 ja numerot sijoitetaan taulukon ylä- tai alaosaan. Numerot voidaan antaa roomalaisin (esim. IA) tai arabialaisin (esim. 1A tai 1) numeroin.
   • Kun liikutaan saraketta pitkin ylhäältä alas, he sanovat, että "selaat ryhmää".

3. Selvitä, miksi taulukossa on tyhjiä soluja. Alkuaineet on järjestetty paitsi niiden atomiluvun, myös ryhmien mukaan (saman ryhmän alkuaineilla on samanlaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet). Tämä helpottaa elementin käyttäytymisen ymmärtämistä. Kuitenkin atomiluvun kasvaessa vastaavaan ryhmään kuuluvia elementtejä ei aina löydy, joten taulukossa on tyhjiä soluja.

   • Esimerkiksi ensimmäisillä 3 rivillä on tyhjiä soluja, koska siirtymämetalleja löytyy vain atominumerosta 21.
   • Alkuaineet, joiden atominumerot ovat 57-102, kuuluvat harvinaisten maametallien alkuaineisiin, ja ne on yleensä sijoitettu erilliseen alaryhmään taulukon oikeaan alakulmaan.

4. Jokainen taulukon rivi edustaa jaksoa. Kaikilla saman ajanjakson alkuaineilla on sama määrä atomikiertoratoja, joissa elektronit sijaitsevat atomeissa. Orbitaalien lukumäärä vastaa jaksonumeroa. Taulukko sisältää 7 riviä eli 7 pistettä.

   • Esimerkiksi ensimmäisen jakson alkuaineiden atomeilla on yksi kiertorata ja seitsemännen jakson alkuaineiden atomeilla on 7 kiertorataa.
   • Pääsääntöisesti pisteet on merkitty numeroilla 1-7 taulukon vasemmalla puolella.
   • Kun liikut linjaa pitkin vasemmalta oikealle, sinun sanotaan "selaavan jaksoa".

5. Opi erottamaan metallit, metalloidit ja ei-metallit. Ymmärrät paremmin elementin ominaisuudet, jos voit määrittää, mihin tyyppiin se kuuluu. Mukavuuden vuoksi useimmissa taulukoissa metallit, metalloidit ja ei-metallit on merkitty eri väreillä. Metallit ovat pöydän vasemmalla puolella ja epämetallit oikealla puolella. Metalloidit sijaitsevat niiden välissä.

   Osa 2

   Elementtien nimitykset

   1. Jokainen elementti on merkitty yhdellä tai kahdella latinalaiskirjaimella. Elementin symboli näytetään pääsääntöisesti suurilla kirjaimilla vastaavan solun keskellä. Symboli on elementin lyhennetty nimi, joka on sama useimmilla kielillä. Kokeita tehdessä ja kemiallisten yhtälöiden kanssa työskennellessä käytetään yleisesti alkuaineiden symboleja, joten ne kannattaa muistaa.

      • Tyypillisesti elementisymbolit ovat lyhennettä latinalaisesta nimestään, vaikka joidenkin, varsinkin äskettäin löydettyjen elementtien kohdalla ne on johdettu yleisnimestä. Esimerkiksi helium on merkitty symbolilla He, joka on lähellä yleisnimeä useimmilla kielillä. Samaan aikaan rautaa kutsutaan nimellä Fe, joka on lyhenne sen latinalaisesta nimestä.

   2. Kiinnitä huomiota elementin koko nimeen, jos se on annettu taulukossa. Tätä elementin "nimeä" käytetään normaaleissa teksteissä. Esimerkiksi "helium" ja "hiili" ovat elementtien nimiä. Yleensä, vaikkakaan ei aina, alkuaineiden täydelliset nimet annetaan niiden kemiallisen symbolin alla.

      • Joskus alkuaineiden nimiä ei ole ilmoitettu taulukossa ja vain niiden kemialliset symbolit on annettu.

   3. Etsi atominumero. Yleensä elementin atominumero sijaitsee vastaavan solun yläosassa, keskellä tai nurkassa. Se voi näkyä myös symbolin tai elementin nimen alla. Elementtien atominumerot ovat 1-118.

      • Ydinluku on aina kokonaisluku.

   4. Muista, että atomiluku vastaa atomin protonien määrää. Kaikki alkuaineen atomit sisältävät saman määrän protoneja. Toisin kuin elektroneissa, alkuaineen atomeissa olevien protonien määrä pysyy vakiona. Muuten olisi tullut toinen kemiallinen alkuaine!

      • Alkuaineen atomilukua voidaan käyttää myös atomin elektronien ja neutronien lukumäärän määrittämiseen.

   5. Yleensä elektronien lukumäärä on yhtä suuri kuin protonien lukumäärä. Poikkeuksena on tapaus, jossa atomi on ionisoitunut. Protoneilla on positiivinen varaus ja elektroneilla negatiivinen varaus. Koska atomit ovat yleensä neutraaleja, ne sisältävät saman määrän elektroneja ja protoneja. Atomi voi kuitenkin saada tai menettää elektroneja, jolloin se ionisoituu.

      • Ioneilla on sähkövaraus. Jos ionissa on enemmän protoneja, niin sillä on positiivinen varaus, jolloin elementtimerkin perään sijoitetaan plusmerkki. Jos ioni sisältää enemmän elektroneja, sillä on negatiivinen varaus, joka ilmaistaan ​​miinusmerkillä.
      • Plus- ja miinusmerkit jätetään pois, jos atomi ei ole ioni.

   Periodisen lain graafinen esitys on jaksollinen järjestelmä (taulukko). Järjestelmän vaakasuuntaisia ​​rivejä kutsutaan jaksoiksi ja pystysarakkeita ryhmiksi.

   Kaikkiaan järjestelmässä (taulukko) on 7 jaksoa ja jaksonumero on yhtä suuri kuin elementin atomin elektronikerrosten lukumäärä, ulkoisen (valenssi)energiatason numero ja pääarvon arvo. korkeimman energiatason kvanttiluku. Jokainen jakso (lukuun ottamatta ensimmäistä) alkaa s-alkuaineella - aktiivisella alkalimetallilla ja päättyy inerttiin kaasuun, jota edeltää p-elementti - aktiivinen ei-metalli (halogeeni). Jos siirrymme jaksoa pitkin vasemmalta oikealle, niin pienten jaksojen kemiallisten alkuaineiden atomien ytimien varauksen kasvaessa elektronien lukumäärä ulkoisella energiatasolla kasvaa, minkä seurauksena alkuaineet muuttuvat - tyypillisestä metallisista (koska jakson alussa on aktiivinen alkalimetalli) amfoteeristen (alkuaineessa on sekä metallien että ei-metallien ominaisuuksia) ei-metallisiksi (aktiivinen ei-metalli - halogeeni kauden lopussa), ts. metalliset ominaisuudet heikkenevät vähitellen ja ei-metalliset lisääntyvät.

   Suurilla jaksoilla, kun ydinvaraus kasvaa, elektronien täyttyminen on vaikeampaa, mikä selittää monimutkaisemman muutoksen alkuaineiden ominaisuuksissa verrattuna pienten jaksojen alkuaineisiin. Joten pitkien ajanjaksojen parillisissa riveissä ydinvarauksen kasvaessa elektronien lukumäärä ulkoisella energiatasolla pysyy vakiona ja on yhtä suuri kuin 2 tai 1. Siksi, vaikka seuraava taso ulomman (toinen ulkopuolelta) jälkeen täyttyy elektroneja, parillisten rivien alkuaineiden ominaisuudet muuttuvat hitaasti. Parittomille riveille siirryttäessä ydinvarauksen kasvaessa elektronien lukumäärä ulkoisella energiatasolla kasvaa (1:stä 8:aan), elementtien ominaisuudet muuttuvat samalla tavalla kuin pieninä jaksoina.

   MÄÄRITELMÄ

   Pystysuorat sarakkeet Periodisessa järjestelmässä ovat elementtien ryhmiä, joilla on samanlainen elektroninen rakenne ja jotka ovat kemiallisia analogeja. Ryhmät on merkitty roomalaisilla numeroilla I-VIII. Erotetaan pää- (A) ja toissijaiset (B) alaryhmät, joista ensimmäinen sisältää s- ja p-elementtejä, toinen - d - alkioita.

   Alaryhmän numero A ilmaisee elektronien lukumäärän ulkoenergiatasolla (valenssielektronien lukumäärä). B-alaryhmien elementeillä ei ole suoraa yhteyttä ryhmän lukumäärän ja ulkoisen energiatason elektronien lukumäärän välillä. A-alaryhmissä alkuaineiden metalliset ominaisuudet kasvavat ja ei-metalliset ominaisuudet vähenevät elementin atomin ytimen varauksen kasvaessa.

   Alkuaineiden sijainnin jaksollisessa järjestelmässä ja niiden atomien rakenteen välillä on suhde:

   - kaikkien saman ajanjakson alkuaineiden atomeilla on yhtä monta energiatasoa, osittain tai kokonaan täytetty elektroneilla;

   — A-alaryhmien kaikkien alkuaineiden atomeissa on sama määrä elektroneja ulkoisella energiatasolla.

   Suunnitelma kemiallisen alkuaineen karakterisoimiseksi sen sijainnin perusteella jaksollisessa taulukossa

   Yleensä kemiallisen alkuaineen ominaisuus, joka perustuu sen asemaan jaksollisessa järjestelmässä, annetaan seuraavan suunnitelman mukaisesti:

   - ilmoittaa kemiallisen alkuaineen symboli sekä sen nimi;

   - ilmoittaa sarjanumero, ajanjakson ja ryhmän numero (alaryhmän tyyppi), jossa elementti sijaitsee;

   - ilmoittaa atomin ydinvaraus, massaluku, elektronien, protonien ja neutronien lukumäärä;

   - kirjoittaa muistiin elektronisen konfiguraation ja ilmoittaa valenssielektronit;

   - piirtää elektronigraafisia kaavoja valenssielektroneille maa- ja viritystiloissa (jos mahdollista);

   - ilmoittaa elementin perhe sekä sen tyyppi (metallinen tai ei-metallinen);

   - vertailla yksinkertaisen aineen ominaisuuksia alaryhmän viereisten elementtien muodostamien yksinkertaisten aineiden ominaisuuksiin;

   - vertailla yksinkertaisen aineen ominaisuuksia jakson viereisten elementtien muodostamien yksinkertaisten aineiden ominaisuuksiin;

   - ilmoittaa korkeampien oksidien ja hydroksidien kaavat ja niiden ominaisuuksien lyhyt kuvaus;

   - ilmoittaa kemiallisen alkuaineen minimi- ja maksimihapetusasteen arvot.

   Kemiallisen alkuaineen ominaisuudet käyttämällä esimerkkinä magnesiumia (Mg).

   Harkitse kemiallisen alkuaineen ominaisuuksia käyttämällä magnesiumin (Mg) esimerkkiä yllä kuvatun suunnitelman mukaisesti:

   1. Mg - magnesium.

   2. Järjestysnumero - 12. Elementti on jaksossa 3, ryhmässä II, A (pää)alaryhmässä.

   3. Z=12 (ydinvaraus), M=24 (massaluku), e=12 (elektronien lukumäärä), p=12 (protonien lukumäärä), n=24-12=12 (neutronien lukumäärä).

   4. 12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 – elektroninen konfiguraatio, valenssielektronit 3s 2 .

   5. Perustila

   innostunut tila

   

   6. s-elementti, metalli.

   7. Korkeimmalla oksidilla - MgO - on tärkeimmät ominaisuudet:

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

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

   Magnesiumhydroksidina vastaa emäs Mg (OH) 2, jolla on kaikki emäksille tyypilliset ominaisuudet:

   Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4 + 2H2O

   8. Hapetusaste "+2".

   9. Magnesiumin metalliset ominaisuudet ovat selvempiä kuin berylliumin, mutta heikompia kuin kalsiumin.

   10. Magnesiumin metalliset ominaisuudet ovat vähemmän korostuneet kuin natriumin, mutta vahvemmat kuin alumiinin (3. jakson naapurielementit).

   Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

   ESIMERKKI 1

   Harjoittele

   Kuvaile kemiallista alkuainetta rikkiä sen sijainnin perusteella D.I.:n jaksollisessa taulukossa. Mendelejev

   Ratkaisu

   1. S - rikki. 2. Järjestysluku - 16. Elementti on 3. jaksossa, VI-ryhmän A (pää)alaryhmässä. 3. Z=16 (ydinvaraus), M=32 (massaluku), e=16 (elektronien lukumäärä), p=16 (protonien lukumäärä), n=32-16=16 (neutronien lukumäärä). 4. 16 S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 – elektroninen konfiguraatio, valenssielektronit 3s 2 3p 4 . 5. Perustila innostunut tila 6. p-elementti, ei-metallinen. 7. Korkeimmalla oksidilla - SO 3 - on happamia ominaisuuksia: SO 3 + Na 2 O \u003d Na 2 SO 4 8. Hydroksidi, joka vastaa korkeampaa oksidia - H 2 SO 4, osoittaa happamia ominaisuuksia: H 2 SO 4 + 2 NaOH \u003d Na 2 SO 4 + 2 H 2 O 9. Pienin hapetusaste "-2", maksimi - "+6" 10. Rikin ei-metalliset ominaisuudet ovat vähemmän ilmeisiä kuin hapen, mutta voimakkaampia kuin seleenin. 11. Rikin ei-metalliset ominaisuudet ovat selvempiä kuin fosforin, mutta heikommat kuin kloorin (viereiset alkuaineet 3. jaksossa).

   ESIMERKKI 2

   Harjoittele

   Kuvaile kemiallista alkuainetta natrium perustuen sen asemaan D.I:n jaksollisessa taulukossa. Mendelejev

   Ratkaisu

   1. Na - natrium. 2. Järjestysluku - 11. Elementti on jaksossa 3, ryhmässä I, A (pää)alaryhmässä. 3. Z=11 (ydinvaraus), M=23 (massaluku), e=11 (elektronien lukumäärä), p=11 (protonien lukumäärä), n=23-11=12 (neutronien lukumäärä). 4. 11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 – elektroninen konfiguraatio, valenssielektronit 3s 1 . 5. Perustila 6. s-elementti, metalli. 7. Korkeimmalla oksidilla - Na 2 O - on tärkeimmät ominaisuudet: Na 2 O + SO 3 \u003d Na 2 SO 4 Natriumhydroksidina vastaa emäs NaOH, jolla on kaikki emäksille tyypilliset ominaisuudet: 2NaOH + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2 H 2 O 8. Hapetusaste "+1". 9. Natriumin metalliset ominaisuudet ovat selvempiä kuin litiumin, mutta heikompia kuin kaliumin. 10. Natriumin metalliset ominaisuudet ovat selvempiä kuin magnesiumin (3. jakson naapurialkuaine).

   Luonnossa on paljon toistuvia sekvenssejä:

   • Vuodenajat;
   • Kellonajat;
   • viikonpäivät…

   1800-luvun puolivälissä D.I. Mendeleev huomasi, että elementtien kemiallisilla ominaisuuksilla on myös tietty järjestys (he sanovat, että tämä idea tuli hänelle unessa). Tiedemiehen ihmeellisten unelmien tulos oli kemiallisten elementtien jaksollinen järjestelmä, jossa D.I. Mendelejev järjesti kemialliset alkuaineet kasvavaan atomimassaan. Nykyaikaisessa taulukossa kemialliset alkuaineet on järjestetty alkuaineen atomiluvun (protonien lukumäärän atomin ytimessä) nousevaan järjestykseen.

   Kemiallisen alkuaineen symbolin yläpuolella on atominumero, symbolin alapuolella sen atomimassa (protonien ja neutronien summa). Huomaa, että joidenkin alkuaineiden atomimassa on ei-kokonaisluku! Muista isotoopit! Atomimassa on kaikkien luonnossa luonnossa esiintyvien alkuaineen isotooppien painotettu keskiarvo.

   

   Taulukon alla on lantanidit ja aktinidit.

   Metallit, ei-metallit, metalloidit

   
   

   Ne sijaitsevat jaksollisessa taulukossa porrastetun diagonaaliviivan vasemmalla puolella, joka alkaa boorilla (B) ja päättyy poloniumiin (Po) (poikkeuksia ovat germanium (Ge) ja antimoni (Sb). On helppo nähdä, että metallit metallien pääominaisuudet: kiinteä (paitsi elohopea); kiiltävä; hyvät sähkö- ja lämmönjohtimet; sitkeä; muokattava; luovuttaa helposti elektroneja.

   

   Porrastetun diagonaalin B-Po oikealla puolella olevia elementtejä kutsutaan ei-metallit. Epämetallien ominaisuudet ovat suoraan päinvastaiset kuin metallien: huonot lämmön ja sähkön johtimet; hauras; ei-taotut; ei-muovi; yleensä hyväksyy elektroneja.

   Metalloidit

   Metallien ja ei-metallien välillä ovat puolimetallit(metallit). Niille on ominaista sekä metallien että ei-metallien ominaisuudet. Puolimetallit ovat löytäneet pääasiallisen teollisen sovelluksensa puolijohteiden valmistuksessa, jota ilman nykyaikaista mikropiiriä tai mikroprosessoria ei voida ajatella.

   Kaudet ja ryhmät

   Kuten edellä mainittiin, jaksollinen järjestelmä koostuu seitsemästä jaksosta. Jokaisessa jaksossa alkuaineiden atomimäärät kasvavat vasemmalta oikealle.

   Alkuaineiden ominaisuudet jaksoissa muuttuvat peräkkäin: niin natrium (Na) ja magnesium (Mg), jotka ovat kolmannen jakson alussa, luovuttavat elektroneja (Na luovuttaa yhden elektronin: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1; Mg luovuttaa kaksi elektronia: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2). Mutta kloori (Cl), joka sijaitsee jakson lopussa, ottaa yhden alkuaineen: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.

   Ryhmissä päinvastoin kaikilla elementeillä on samat ominaisuudet. Esimerkiksi IA(1)-ryhmässä kaikki alkuaineet litiumista (Li) franciumiin (Fr) luovuttavat yhden elektronin. Ja kaikki ryhmän VIIA(17) elementit ottavat yhden elementin.

   Jotkut ryhmät ovat niin tärkeitä, että niille on annettu erityiset nimet. Näitä ryhmiä käsitellään alla.

   Ryhmä IA(1). Tämän ryhmän alkuaineiden atomeilla on vain yksi elektroni ulkoisessa elektronikerroksessa, joten ne luovuttavat helposti yhden elektronin.

   Tärkeimmät alkalimetallit ovat natrium (Na) ja kalium (K), koska niillä on tärkeä rooli ihmisen elämänprosessissa ja ne ovat osa suoloja.

   Elektroniset kokoonpanot:

   • Li- 1s 2 2s 1;
   • Na- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1;
   • K- 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 1

   Ryhmä IIA(2). Tämän ryhmän alkuaineiden atomeilla on ulkoisessa elektronikerroksessa kaksi elektronia, jotka myös luovuttavat kemiallisten reaktioiden aikana. Tärkein alkuaine on kalsium (Ca) - luuston ja hampaiden perusta.

   Elektroniset kokoonpanot:

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

   Ryhmä VIIA(17). Tämän ryhmän alkuaineiden atomit saavat yleensä kukin yhden elektronin, koska. ulommalla elektronikerroksella on viisi elementtiä kutakin, ja yksi elektroni puuttuu "täydestä sarjasta".

   Tämän ryhmän tunnetuimmat elementit ovat: kloori (Cl) - on osa suolaa ja valkaisuainetta; jodi (I) on alkuaine, jolla on tärkeä rooli ihmisen kilpirauhasen toiminnassa.

   Sähköinen konfigurointi:

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

   Ryhmä VIII(18). Tämän ryhmän elementtien atomeilla on täysin "kiinnitetty" ulompi elektronikerros. Siksi heidän "ei tarvitse" hyväksyä elektroneja. Ja he eivät halua antaa niitä pois. Tästä syystä - tämän ryhmän elementit ovat erittäin "haluttomia" osallistumaan kemiallisiin reaktioihin. Pitkään uskottiin, että ne eivät reagoi ollenkaan (siis nimi "inertti", eli "inaktiivinen"). Mutta kemisti Neil Barlett havaitsi, että jotkut näistä kaasuista voivat tietyissä olosuhteissa silti reagoida muiden alkuaineiden kanssa.

   Elektroniset kokoonpanot:

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

   Valenssielementit ryhmissä

   On helppo nähdä, että kunkin ryhmän sisällä elementit ovat samanlaisia ​​valenssielektroneiltaan (ulkoenergiatasolla sijaitsevat s- ja p-orbitaalien elektronit).

   Alkalimetalleilla on kussakin yksi valenssielektroni:

   • Li- 1s 2 2s 1;
   • Na- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1;
   • K- 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 1

   Maa-alkalimetalleilla on 2 valenssielektronia:

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

   Halogeeneilla on 7 valenssielektronia:

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

   Inertissä kaasussa on 8 valenssielektronia:

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

   Katso lisätietoja artikkelista Valenssi ja taulukko kemiallisten alkuaineiden atomien elektronisista konfiguraatioista jaksoittain.

   Kääntäkäämme nyt huomiomme elementteihin, jotka sijaitsevat symbolien kanssa ryhmissä SISÄÄN. Ne sijaitsevat jaksollisen järjestelmän keskellä ja niitä kutsutaan siirtymämetallit.

   Näiden alkuaineiden erottuva piirre on elektronien läsnäolo täytetyissä atomeissa d-orbitaalit:

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

   Erillään pääpöydästä sijaitsevat lantanidit Ja aktinidit ovat ns sisäiset siirtymämetallit. Näiden alkuaineiden atomeissa elektronit täyttyvät f-orbitaalit:

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