Svojstva kemijskih elemenata omogućuju njihovo spajanje u odgovarajuće skupine. Na tom je principu stvoren periodni sustav koji je promijenio ideju o postojećim tvarima i omogućio pretpostavku o postojanju novih, dosad nepoznatih elemenata.

U kontaktu s

Mendeljejev periodni sustav

Periodni sustav kemijskih elemenata sastavio je D. I. Mendeljejev u drugoj polovici 19. stoljeća. Što je to i čemu služi? Ujedinjuje sve kemijske elemente prema rastućoj atomskoj težini, a svi su raspoređeni na način da im se svojstva periodički mijenjaju.

Mendeljejevljev periodni sustav okupio je u jedan sustav sve postojeće elemente, koji su se prije smatrali samo pojedinačnim tvarima.

Na temelju njegove studije predviđene su i potom sintetizirane nove kemijske tvari. Značaj ovog otkrića za znanost ne može se precijeniti, bila je znatno ispred svog vremena i dala je poticaj razvoju kemije kroz mnoga desetljeća.

Postoje tri najčešće opcije stola, koje se konvencionalno nazivaju "kratke", "duge" i "ekstra-duge" ». Glavnim stolom smatra se dugi stol, it službeno odobren. Razlika između njih je raspored elemenata i duljina perioda.

Što je razdoblje

Sustav sadrži 7 razdoblja. Grafički su prikazani vodoravnim linijama. U ovom slučaju, točka može imati jedan ili dva retka, koji se nazivaju redovi. Svaki sljedeći element razlikuje se od prethodnog povećanjem nuklearnog naboja (broja elektrona) za jedan.

Da budemo jednostavniji, točka je vodoravni red periodnog sustava. Svaki od njih počinje s metalom i završava s inertnim plinom. Zapravo, ovo stvara periodičnost - svojstva elemenata se mijenjaju unutar jednog razdoblja, ponavljajući se u sljedećem. Prva, druga i treća perioda su nepotpune, nazivaju se male i sadrže 2, 8 odnosno 8 elemenata. Ostali su kompletni, imaju po 18 elemenata.

Što je grupa

Grupa je okomiti stupac koji sadrži elemente s istim elektronička struktura ili, pojednostavljeno rečeno, s istim najvišim . Službeno odobrena duga tablica sadrži 18 skupina, koje počinju s alkalijskim metalima i završavaju s plemenitim plinovima.

Svaka grupa ima svoje ime, što olakšava pretraživanje ili klasificiranje elemenata. Metalna svojstva se poboljšavaju, bez obzira na element, od vrha do dna. To je zbog povećanja broja atomskih orbita - što ih je više, to su elektronske veze slabije, što kristalnu rešetku čini izraženijom.

Metali u periodnom sustavu

Metali u tablici Mendeleev ima prevladavajući broj, njihov popis je prilično opsežan. Karakteriziraju se zajedničke značajke, prema svojim svojstvima su heterogeni i dijele se u skupine. Neki od njih imaju malo toga zajedničkog s metalima u fizičkom smislu, dok drugi mogu postojati samo djelić sekunde i apsolutno ih nema u prirodi (barem na planetu), jer su stvoreni, točnije, izračunati i potvrđeno u laboratorijskim uvjetima, umjetnim putem. Svaka grupa ima svoje karakteristike, naziv se prilično primjetno razlikuje od ostalih. Ta je razlika posebno izražena u prvoj skupini.

Položaj metala

Kakav je položaj metala u periodnom sustavu? Elementi su raspoređeni prema porastu atomske mase, odnosno broja elektrona i protona. Njihova se svojstva povremeno mijenjaju, tako da u tablici nema urednog rasporeda u odnosu jedan na jedan. Kako identificirati metale i je li to moguće učiniti pomoću periodnog sustava? Da bi se pitanje pojednostavilo, izumljena je posebna tehnika: uvjetno, na spojevima elemenata povučena je dijagonalna linija od Bora do Polonija (ili do Astata). Oni s lijeve strane su metali, oni s desne su nemetali. Ovo bi bilo vrlo jednostavno i cool, ali postoje iznimke - Germanij i Antimon.

Ova "metodologija" je neka vrsta varalice; izmišljena je samo kako bi se pojednostavio proces pamćenja. Za točniji prikaz treba imati na umu da popis nemetala sastoji se od samo 22 elementa, dakle, odgovarajući na pitanje, koliko je metala sadržano u periodnom sustavu?

Na slici se jasno vidi koji su elementi nemetali i kako su raspoređeni u tablici po skupinama i periodima.

Opća fizikalna svojstva

Postoje uobičajeni fizička svojstva metali To uključuje:

• Plastični.
• Karakterističan sjaj.
• Električna provodljivost.
• Visoka toplinska vodljivost.
• Svi osim žive su u čvrstom stanju.

Treba imati na umu da se svojstva metala uvelike razlikuju s obzirom na njihovu kemijsku ili fizikalnu suštinu. Neki od njih imaju malo sličnosti s metalima u uobičajenom smislu riječi. Na primjer, živa zauzima poseban položaj. U normalnim je uvjetima u tekućem stanju i nema kristalnu rešetku, čijoj prisutnosti drugi metali duguju svoja svojstva. Svojstva potonjeg u ovom su slučaju uvjetna, živa im je u većoj mjeri slična po svojim kemijskim svojstvima.

Zanimljiv! Elementi prve skupine, alkalijski metali, ne nalaze se u čistom obliku, već se nalaze u različitim spojevima.

Najmekši metal koji postoji u prirodi, cezij, pripada ovoj skupini. On, kao i druge alkalne tvari, ima malo toga zajedničkog s tipičnijim metalima. Neki izvori tvrde da je zapravo najmekši metal kalij, što je teško osporiti ili potvrditi, budući da ni jedan ni drugi element ne postoje sami za sebe - kada se oslobode kao rezultat kemijske reakcije, brzo oksidiraju ili reagiraju.

Druga skupina metala - zemnoalkalijski metali - mnogo su bliži glavnim skupinama. Naziv "alkalna zemlja" dolazi iz davnih vremena, kada su oksidi nazivani "zemljama" jer su imali labavu, mrvičastu strukturu. Metali počevši od grupe 3 imaju više ili manje poznata (u svakodnevnom smislu) svojstva. Kako se broj grupa povećava, količina metala se smanjuje, zamjenjujući ih nemetalnim elementima. Posljednju skupinu čine inertni (ili plemeniti) plinovi.

Određivanje metala i nemetala u periodnom sustavu. Jednostavne i složene tvari.

Jednostavne tvari (metali i nemetali)

Zaključak

Omjer metala i nemetala u periodnom sustavu jasno preteže u korist prvih. Ova situacija ukazuje na to da je skupina metala preširoko kombinirana i zahtijeva detaljniju klasifikaciju, koju priznaje znanstvena zajednica.

Bess Ruff je studentica diplomskog studija na Državnom sveučilištu Florida koja radi na doktoratu iz geografije. Magistrirala je znanost i upravljanje okolišem na Kalifornijskom sveučilištu u Santa Barbari 2016. godine. Provodila je istraživanja za projekte prostornog planiranja mora na Karibima i pružala znanstvenu podršku kao ovlašteni član Sustainable Fisheries Group.

Broj izvora korištenih u ovom članku: . Naći ćete njihov popis na dnu stranice.

Ako vam je periodni sustav teško razumjeti, niste jedini! Iako može biti teško razumjeti njegova načela, učenje kako ga koristiti pomoći će vam pri proučavanju znanosti. Prvo proučite strukturu tablice i koje informacije iz nje možete saznati o svakom kemijskom elementu. Zatim možete početi proučavati svojstva svakog elementa. I konačno, pomoću periodnog sustava možete odrediti broj neutrona u atomu određenog kemijskog elementa.

Koraci

1. dio

Periodni sustav, odnosno periodni sustav kemijskih elemenata, počinje u gornjem lijevom kutu i završava na kraju zadnjeg retka tablice (donji desni kut). Elementi u tablici poredani su s lijeva na desno u rastućem redoslijedu prema njihovom atomskom broju. Atomski broj pokazuje koliko se protona nalazi u jednom atomu. Osim toga, s povećanjem atomskog broja, povećava se i atomska masa. Dakle, prema položaju elementa u periodnom sustavu elemenata, može se odrediti njegova atomska masa.

1. Kao što vidite, svaki sljedeći element sadrži jedan proton više od elementa koji mu prethodi. To je očito kada pogledate atomske brojeve. Atomski brojevi povećavaju se za jedan kako se pomičete slijeva nadesno. Budući da su elementi raspoređeni u skupine, neke ćelije tablice ostaju prazne.

   • Na primjer, prvi redak tablice sadrži vodik, koji ima atomski broj 1, i helij, koji ima atomski broj 2. Međutim, oni se nalaze na suprotnim rubovima jer pripadaju različitim skupinama.

2. Naučite o skupinama koje sadrže elemente sličnih fizikalnih i kemijskih svojstava. Elementi svake skupine nalaze se u odgovarajućem okomitom stupcu. Obično se identificiraju istom bojom, što pomaže u prepoznavanju elemenata sa sličnim fizičkim i kemijskim svojstvima i predviđanju njihovog ponašanja. Svi elementi određene skupine imaju isti broj elektrona u svojoj vanjskoj ljusci.

   • Vodik se može klasificirati i kao alkalijske metale i kao halogene. U nekim tablicama naznačeno je u obje skupine.
   • U većini slučajeva grupe su označene brojevima od 1 do 18, a brojevi se nalaze na vrhu ili dnu tablice. Brojevi se mogu navesti rimskim (npr. IA) ili arapskim (npr. 1A ili 1) brojevima.
   • Kada se krećete po stupcu od vrha prema dolje, kaže se da "pregledavate grupu".

3. Saznajte zašto su u tablici prazna polja. Elementi su poredani ne samo prema svom atomskom broju, već i prema skupini (elementi u istoj skupini imaju slična fizikalna i kemijska svojstva). Zahvaljujući tome, lakše je razumjeti kako se određeni element ponaša. Međutim, kako se atomski broj povećava, elementi koji spadaju u odgovarajuću skupinu nisu uvijek pronađeni, pa u tablici postoje prazna polja.

   • Na primjer, prva 3 retka imaju prazne ćelije jer se prijelazni metali nalaze samo od atomskog broja 21.
   • Elementi s atomskim brojevima od 57 do 102 klasificirani su kao elementi rijetkih zemalja i obično se nalaze u vlastitoj podskupini u donjem desnom kutu tablice.

4. Svaki redak tablice predstavlja točku. Svi elementi iste periode imaju isti broj atomskih orbitala u kojima se nalaze elektroni u atomima. Broj orbitala odgovara broju perioda. Tablica se sastoji od 7 redaka, odnosno 7 točaka.

   • Na primjer, atomi elemenata prve periode imaju jednu orbitalu, a atomi elemenata sedme periode imaju 7 orbitala.
   • Razdoblja su u pravilu označena brojevima od 1 do 7 na lijevoj strani tablice.
   • Dok se krećete po liniji slijeva nadesno, kaže se da "skenirate razdoblje".

5. Naučiti razlikovati metale, metaloide i nemetale. Bolje ćete razumjeti svojstva elementa ako možete odrediti koji je tip. Radi praktičnosti, u većini tablica označeni su metali, metaloidi i nemetali različite boje. Metali su na lijevoj, a nemetali na desnoj strani stola. Između njih nalaze se metaloidi.

   2. dio

   Oznake elemenata

   1. Svaki element označen je jednim ili dva latinična slova. U pravilu je simbol elementa prikazan velikim slovima u sredini odgovarajuće ćelije. Simbol je skraćeni naziv za element koji je isti u većini jezika. Simboli elemenata obično se koriste pri izvođenju eksperimenata i radu s kemijskim jednadžbama, stoga ih je korisno zapamtiti.

      • Tipično, simboli elemenata su kratice njihovog latinskog naziva, iako su za neke, posebno nedavno otkrivene elemente, izvedeni iz uobičajenog naziva. Na primjer, helij je predstavljen simbolom He, koji je blizak uobičajenom nazivu u većini jezika. Pritom se željezo označava kao Fe, što je skraćenica njegovog latinskog naziva.

   2. Obratite pozornost na puni naziv elementa ako je naveden u tablici. Ovaj element "ime" koristi se u redovnim tekstovima. Na primjer, "helij" i "ugljik" su imena elemenata. Obično, iako ne uvijek, puni nazivi elemenata navedeni su ispod njihovog kemijskog simbola.

      • Ponekad tablica ne označava nazive elemenata i daje samo njihove kemijske simbole.

   3. Pronađite atomski broj. Obično se atomski broj elementa nalazi na vrhu odgovarajuće ćelije, u sredini ili u kutu. Također se može pojaviti ispod simbola ili naziva elementa. Elementi imaju atomske brojeve od 1 do 118.

      • Atomski broj je uvijek cijeli broj.

   4. Zapamtite da atomski broj odgovara broju protona u atomu. Svi atomi elementa sadrže isti broj protona. Za razliku od elektrona, broj protona u atomima elementa ostaje konstantan. Inače biste dobili drugačiji kemijski element!

      • Atomski broj elementa također može odrediti broj elektrona i neutrona u atomu.

   5. Obično je broj elektrona jednak broju protona. Iznimka je slučaj kada je atom ioniziran. Protoni imaju pozitivan, a elektroni negativan naboj. Budući da su atomi obično neutralni, sadrže isti broj elektrona i protona. Međutim, atom može dobiti ili izgubiti elektrone, u kojem slučaju postaje ioniziran.

      • Ioni imaju električni naboj. Ako ion ima više protona, ima pozitivan naboj, u kojem slučaju se znak plus stavlja iza simbola elementa. Ako ion sadrži više elektrona, ima negativan naboj, označen znakom minus.
      • Znakovi plus i minus ne koriste se ako atom nije ion.

U ovoj lekciji naučit ćete o Mendeljejevljevom periodnom zakonu koji opisuje promjenu svojstava jednostavnih tijela, kao i oblika i svojstava spojeva elemenata ovisno o veličini njihovih atomskih masa. Razmotrite kako se kemijski element može opisati njegovim položajem u periodnom sustavu.

Tema: Periodički zakon iPeriodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva

Lekcija: Opis elementa po položaju u periodnom sustavu elemenata D. I. Mendeljejeva

Godine 1869. D. I. Mendeljejev, na temelju prikupljenih podataka o kemijskim elementima, formulirao je svoj periodički zakon. Tada je zvučalo ovako: “Svojstva jednostavnih tijela, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, periodički ovise o veličini atomske mase elemenata.” Jako dugo fizičko značenje Zakon D. I. Mendeljejeva bio je neshvatljiv. Sve je došlo na svoje mjesto nakon otkrića strukture atoma u 20. stoljeću.

Moderna formulacija periodični zakon: "Svojstva jednostavnih tvari, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, periodički ovise o veličini naboja atomske jezgre."

Naboj jezgre atoma jednak je broju protona u jezgri. Broj protona je uravnotežen brojem elektrona u atomu. Dakle, atom je električki neutralan.

Naboj jezgre atoma u periodnom sustavu je serijski broj elementa.

Broj razdoblja pokazuje broj energetskih razina, na kojem rotiraju elektroni.

Broj grupe pokazuje broj valentnih elektrona. Za elemente glavnih podskupina broj valentnih elektrona jednak je broju elektrona na vanjskoj energetskoj razini. Za nastanak su odgovorni valentni elektroni kemijske veze element.

Kemijski elementi Grupa 8 - plemeniti plinovi imaju 8 elektrona u svojoj vanjskoj elektronskoj ljusci. Takav elektronski omotač je energetski povoljan. Svi atomi nastoje ispuniti svoju vanjsku elektronsku ljusku s do 8 elektrona.

Koje se karakteristike atoma periodički mijenjaju u periodnom sustavu elemenata?

Struktura vanjske elektroničke razine se ponavlja.

Polumjer atoma se periodički mijenja. U grupi radius povećava se s povećanjem broja perioda, kako se povećava broj energetskih razina. U razdoblju s lijeva na desno atomska jezgra će rasti, ali privlačnost prema jezgri bit će veća, a time i radijus atoma smanjuje se.

Svaki atom nastoji završiti posljednju energetsku razinu.Elementi skupine 1 imaju 1 elektron u zadnjem sloju. Stoga im je lakše dati ga. A elementima grupe 7 lakše je privući 1 elektron koji nedostaje oktetu. U skupini će se sposobnost odustajanja od elektrona povećavati odozgo prema dolje, kako se radijus atoma povećava, a privlačnost prema jezgri smanjuje. U razdoblju s lijeva na desno smanjuje se sposobnost otpuštanja elektrona jer se smanjuje radijus atoma.

Što element lakše odustaje od elektrona sa svoje vanjske razine, veća su njegova metalna svojstva, a njegovi oksidi i hidroksidi imaju veća osnovna svojstva. To znači da metalna svojstva u skupinama rastu odozgo prema dolje, au periodama zdesna nalijevo. S nemetalnim svojstvima je suprotno.

Riža. 1. Položaj magnezija u tablici

U skupini, magnezij je u susjedstvu berilija i kalcija. Sl. 1. Magnezij je u skupini niži od berilija, ali viši od kalcija. Magnezij ima više metalnih svojstava od berilija, ali manje od kalcija. Mijenjaju se i osnovna svojstva njegovih oksida i hidroksida. U razdoblju je natrij lijevo, a aluminij desno od magnezija. Natrij će pokazivati ​​više metalnih svojstava od magnezija, a magnezij će pokazivati ​​više metalnih svojstava od aluminija. Dakle, možete usporediti bilo koji element sa svojim susjedima u grupi i razdoblju.

Kisela i nemetalna svojstva mijenjaju se u suprotnosti s osnovnim i metalnim svojstvima.

Karakteristike klora po položaju u periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva.

Riža. 4. Položaj klora u tablici

. Atomski broj 17 pokazuje broj protona17 i elektrona17 u atomu. sl.4. Atomska masa 35 pomoći će u izračunavanju broja neutrona (35-17 = 18). Klor je u trećoj periodi, što znači da je broj energetskih razina u atomu 3. Nalazi se u 7-A skupini i pripada p-elementima. Ovo je nemetal. Uspoređujemo klor s njegovim susjedima u skupini i periodi. Nemetalna svojstva klora veća su od svojstava sumpora, ali manja od argona. Klor ima manje metalna svojstva od fluora, a više od broma. Rasporedimo elektrone po energetskim razinama i zapišimo elektronska formula. Ukupna raspodjela elektrona izgledat će ovako. Pogledajte sl. 5

Riža. 5. Raspodjela elektrona atoma klora po energetskim razinama

Odredi najviše i najniže oksidacijsko stanje klora. Najviše oksidacijsko stanje je +7, jer može otpustiti 7 elektrona iz zadnjeg sloja elektrona. Najniže oksidacijsko stanje je -1 jer je kloru potreban 1 elektron da završi. Formula višeg oksida Cl 2 O 7 (kiselog oksida), vodikovog spoja HCl.

U procesu doniranja ili dobivanja elektrona, atom dobiva konvencionalni naboj. Ova uvjetna naknada naziva se .

- Jednostavan tvari imaju oksidacijsko stanje jednako nula.

Predmeti se mogu izlagati maksimum oksidacijsko stanje i minimum. Maksimum Element pokazuje svoje oksidacijsko stanje kada poklanja sve svoje valentne elektrone s vanjske elektronske razine. Ako je broj valentnih elektrona jednak broju skupine, tada je maksimalno oksidacijsko stanje jednako broju skupine.

Riža. 2. Položaj arsena u tablici

Minimum Element će pokazati oksidacijsko stanje kada prihvatit će sve moguće elektrone da se kompletira elektronski sloj.

Razmotrimo vrijednosti oksidacijskih stanja koristeći element br. 33 kao primjer.

Ovo je arsen As. Nalazi se u petoj glavnoj podskupini. Sl. 2. Ima pet elektrona u konačnoj elektronskoj razini. To znači da će pri davanju imati oksidacijski stupanj +5. Astomu nedostaju 3 elektrona prije nego što dovrši elektronski sloj. Privlačeći ih, imat će oksidacijsko stanje -3.

Položaj elemenata metala i nemetala u periodnom sustavu D.I. Mendeljejev.

Riža. 3. Položaj metala i nemetala u tablici

U strana podskupine su sve metali . Ako mentalno provodite dijagonala od bora do astatina , To viši ove dijagonale u glavnim podskupinama bit će sve nemetali , A ispod ova dijagonala je sve metali . sl.3.

1. Brojevi 1-4 (str. 125) Rudzitis G.E. Anorganska i organska kemija. 8. razred: udžbenik za općeobrazovne ustanove: osnovna razina / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. M.: Prosvjeta. 2011., 176 str.: ilustr.

2. Koje se karakteristike atoma mijenjaju s periodičnosti?

3. Okarakterizirajte kemijski element kisik prema njegovom položaju u periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva.

Devetnaesto stoljeće u povijesti čovječanstva je stoljeće u kojem su reformirane mnoge znanosti, pa tako i kemija. U to se vrijeme pojavio Mendeljejevljev periodni sustav, a s njim i periodni zakon. Upravo je on postao osnova moderne kemije. Periodni sustav D. I. Mendelejeva je sistematizacija elemenata koji utvrđuje ovisnost kemijskih i fizičkih svojstava o strukturi i naboju atoma tvari.

Priča

Početak periodičnog razdoblja postavljen je knjigom "Korelacija svojstava s atomskom težinom elemenata", napisanom u trećoj četvrtini 17. stoljeća. Prikazivao je osnovne pojmove poznatih kemijskih elemenata (tada ih je bilo samo 63). Osim toga, atomske mase mnogih od njih bile su netočno određene. To je uvelike ometalo otkriće D. I. Mendeljejeva.

Dmitrij Ivanovič započeo je svoj rad uspoređujući svojstva elemenata. Najprije je radio na kloru i kaliju, a tek onda je prešao na rad s alkalijskim metalima. Naoružan posebnim karticama na kojima su bili prikazani kemijski elementi, više puta je pokušavao sastaviti ovaj "mozaik": postavljajući ga na svoj stol u potrazi za potrebnim kombinacijama i podudaranjima.

Nakon mnogo truda, Dmitrij Ivanovič je konačno pronašao obrazac koji je tražio i rasporedio elemente u periodične redove. Dobivši kao rezultat prazne ćelije između elemenata, znanstvenik je shvatio da nisu svi kemijski elementi poznati ruskim istraživačima i da je on taj koji ovom svijetu mora dati znanje iz područja kemije koje još nije dao njegov prethodnici.

Svi znaju mit da se periodni sustav pojavio Mendelejevu u snu, a on je po sjećanju sakupio elemente u jedan sustav. Ovo je, grubo rečeno, laž. Činjenica je da je Dmitrij Ivanovič radio dosta dugo i koncentriran na svoj posao, što ga je jako iscrpljivalo. Dok je radio na sustavu elemenata, Mendeljejev je jednom zaspao. Kad se probudio, shvatio je da nije završio tablicu i radije je nastavio ispunjavati prazne ćelije. Njegov poznanik, izvjesni Inostrantsev, sveučilišni nastavnik, zaključio je da je periodni sustav sanjao Mendeljejev i proširio tu glasinu među svojim studentima. Tako je nastala ova hipoteza.

Slava

Mendeljejevljevi kemijski elementi odraz su periodičkog zakona koji je stvorio Dmitrij Ivanovič još u trećoj četvrtini 19. stoljeća (1869.). Godine 1869. na sastanku Ruske kemijske zajednice pročitana je Mendeljejevljeva obavijest o stvaranju određene strukture. Iste godine objavljena je knjiga "Osnove kemije", u kojoj je prvi put objavljen Mendeljejevljev periodni sustav kemijskih elemenata. A u knjizi "Prirodni sustav elemenata i njegova upotreba za označavanje kvaliteta neotkrivenih elemenata", D. I. Mendeljejev je prvi put spomenuo koncept "periodičnog zakona".

Struktura i pravila postavljanja elemenata

Prve korake u stvaranju periodičkog zakona poduzeo je Dmitrij Ivanovič još 1869.-1871., u to je vrijeme naporno radio na utvrđivanju ovisnosti svojstava ovih elemenata o masi njihovog atoma. Moderna verzija sastoji se od elemenata sažetih u dvodimenzionalnu tablicu.

Položaj elementa u tablici nosi određeno kemijsko i fizičko značenje. Po položaju elementa u tablici možete saznati koja je njegova valencija i odrediti druge kemijske karakteristike. Dmitrij Ivanovič pokušao je uspostaviti vezu između elemenata, sličnih po svojstvima i različitih.

Utemeljio je tada poznatu klasifikaciju kemijskih elemenata na valenciji i atomskoj masi. Uspoređujući relativna svojstva elemenata, Mendeljejev je pokušao pronaći obrazac koji bi ujedinio sve poznate kemijske elemente u jedan sustav. Slažući ih na temelju rastućih atomskih masa, ipak je postigao periodičnost u svakom od redova.

Daljnji razvoj sustava

Periodni sustav, koji se pojavio 1969. godine, dorađivan je više puta. S pojavom plemenitih plinova 1930-ih, bilo je moguće otkriti novu ovisnost elemenata - ne o masi, već o atomskom broju. Kasnije je bilo moguće utvrditi broj protona u atomskim jezgrama, a pokazalo se da se podudara s atomskim brojem elementa. Znanstvenici 20. stoljeća proučavali su elektronsku energiju, pokazalo se da i ona utječe na periodičnost. To je uvelike promijenilo ideje o svojstvima elemenata. To se odrazilo u kasnijim izdanjima Mendeljejevljevog periodnog sustava. Svako novo otkriće svojstava i karakteristika elemenata organski se uklapa u tablicu.

Karakteristike Mendeljejevljevog periodnog sustava

Periodični sustav podijeljen je na periode (7 redaka poredanih vodoravno), koji se pak dijele na velike i male. Razdoblje počinje alkalnim metalom, a završava elementom s nemetalnim svojstvima.
Tablica Dmitrija Ivanoviča okomito je podijeljena u skupine (8 stupaca). Svaki od njih u periodnom sustavu sastoji se od dvije podskupine, a to su glavne i sporedne. Nakon duge rasprave, na prijedlog D. I. Mendeleeva i njegovog kolege U. Ramsaya, odlučeno je uvesti takozvanu nultu skupinu. Uključuje inertne plinove (neon, helij, argon, radon, ksenon, kripton). Godine 1911. znanstvenici F. Soddy zamoljeni su da elemente koji se ne razlikuju, takozvane izotope, smjeste u periodni sustav - za njih su dodijeljene zasebne ćelije.

Unatoč ispravnosti i točnosti periodnog sustava, znanstvena zajednica dugo nije htjela priznati ovo otkriće. Mnogi veliki znanstvenici ismijavali su rad D. I. Mendeljejeva i vjerovali da je nemoguće predvidjeti svojstva elementa koji još nije otkriven. No nakon što su otkriveni navodni kemijski elementi (a to su bili npr. skandij, galij i germanij), Mendeljejevljev sustav i njegov periodni zakon postali su znanost kemija.

Stol u moderno doba

Mendeljejevljev periodni sustav elemenata temelj je većine kemijskih i fizikalnih otkrića vezanih uz atomsko-molekularnu znanost. Moderan koncept element nastao je upravo zahvaljujući velikom znanstveniku. Pojava Mendeljejevljeva periodnog sustava uvela je temeljne promjene u ideje o raznim spojevima i jednostavne tvari. Izrada periodnog sustava od strane znanstvenika imala je ogroman utjecaj na razvoj kemije i svih znanosti povezanih s njom.

POSTOJI LI GRANICA?
PERIODNI SUSTAV ELEMENATA
D.I.MENDELEEV?

OTKRIVANJE NOVIH ELEMENATA

P Problem sistematizacije kemijskih elemenata privukao je pozornost sredinom 19. stoljeća, kada je postalo jasno da je raznolikost tvari oko nas rezultat različitih kombinacija relativno malog broja kemijskih elemenata.

U kaosu elemenata i njihovih spojeva veliki ruski kemičar D. I. Mendeljejev prvi je uspostavio red stvorivši vlastiti periodni sustav elemenata.

1. ožujka 1869. godine smatra se danom otkrivanja periodičnog zakona, kada ga je Mendeljejev objavio znanstvenoj zajednici. Znanstvenik je stavio 63 u to vrijeme poznata elementa u svoju tablicu na takav način da su se glavna svojstva tih elemenata i njihovih spojeva povremeno mijenjala s povećanjem njihove atomske mase. Uočene promjene svojstava elemenata u vodoravnom i okomitom smjeru tablice slijedile su stroga pravila. Na primjer, metalni (bazični) karakter jasno izražen u elementima skupine Ia opadao je s povećanjem atomske mase duž vodoravne ploče i rastao okomito.

Na temelju otkrivenog zakona Mendeljejev je predvidio svojstva nekoliko još neotkrivenih elemenata i njihovo mjesto u periodnom sustavu. Već 1875. godine otkriven je "ekaaluminij" (galij), četiri godine kasnije - "ekabor" (skandij), a 1886. - "ekasilicij" (germanij). Narednih godina periodni sustav služio je i služi kao vodič u potrazi za novim elementima i predviđanju njihovih svojstava.

Međutim, ni sam Mendeljejev ni njegovi suvremenici nisu mogli odgovoriti na pitanje koji su razlozi periodičnosti svojstava elemenata, postoji li i gdje granica periodnog sustava. Mendeljejev je predosjećao da razlog za odnos koji je predstavio između svojstava i atomske mase elemenata leži u složenosti samih atoma.

Tek mnogo godina nakon stvaranja periodnog sustava kemijskih elemenata, složena struktura atoma dokazana je u radovima E. Rutherforda, N. Bohra i drugih znanstvenika. Naknadna dostignuća atomske fizike omogućila su rješavanje mnogih nejasnih problema periodnog sustava kemijskih elemenata. Prije svega, pokazalo se da mjesto elementa u periodnom sustavu nije određeno atomskom masom, već nabojem jezgre. Postala je jasna priroda periodičnosti kemijskih svojstava elemenata i njihovih spojeva.

Atom se počeo promatrati kao sustav u čijem se središtu nalazi pozitivno nabijena jezgra, a oko nje kruže negativno nabijeni elektroni. U ovom slučaju, elektroni su grupirani u perinuklearnom prostoru i kreću se duž određenih orbita ulazeći u elektronske ljuske.

Svi elektroni atoma obično se označavaju brojevima i slovima. Prema ovoj oznaci, glavni kvantni brojevi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 odnose se na elektronske ljuske, a slova s, str, d, f, g– na podljuske (orbite) svake ljuske. Prva ljuska (brojeći od jezgre) ima samo s-elektrona, drugi može imati s- I str- elektroni, treći – s-, str- I d-elektroni, četvrti – s-,
str-, d- I f- elektroni itd.

Svaka ljuska može primiti vrlo specifičan broj elektrona: prva - 2, druga - 8, treća - 18, četvrta i peta - po 32. To određuje broj elemenata u periodima periodnog sustava. Kemijska svojstva elemenata određena su građom vanjske i predvanjske elektronske ljuske atoma, tj. koliko elektrona sadrže.

Jezgra atoma sastoji se od pozitivno nabijenih čestica - protona i električki neutralnih čestica - neutrona, često nazivanih jednom riječju - nukleoni. Atomski broj elementa (njegovo mjesto u periodnom sustavu) određen je brojem protona u jezgri atoma danog elementa. Maseni broj A atom elementa jednak je zbroju brojeva protona Z i neutroni N u kernelu: A = Z + N. Atomi istog elementa s različitim brojem neutrona u jezgri su njegovi izotopi.

Kemijska svojstva različitih izotopa istog elementa ne razlikuju se jedna od drugih, ali nuklearna svojstva jako variraju. To se prvenstveno očituje u stabilnosti (ili nestabilnosti) izotopa, koja bitno ovisi o omjeru broja protona i neutrona u jezgri. Lagano stabilne izotope elemenata obično karakterizira jednak broj protona i neutrona. S povećanjem nuklearnog naboja, tj. rednog broja elementa u tablici, taj se omjer mijenja. Stabilan teške jezgre Postoji gotovo jedan i pol puta više neutrona nego protona.

Poput atomskih elektrona, nukleoni također tvore ljuske. Povećanjem broja čestica u jezgri dolazi do punjenja protonske i neutronske ljuske. Najstabilnije su jezgre s potpuno ispunjenim ljuskama. Na primjer, vrlo stabilnu nuklearnu strukturu karakterizira izotop olova Pb-208, koji ima ispunjene ljuske protona ( Z= 82) i neutroni ( N = 126).

Tako ispunjene nuklearne ljuske slične su ispunjenim elektronskim ljuskama atoma plemenitih plinova, koji predstavljaju zasebnu skupinu u periodnom sustavu. Stabilne atomske jezgre s potpuno ispunjenim protonskim ili neutronskim ljuskama sadrže određene "magične" brojeve protona ili neutrona: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. Dakle, atomi elemenata općenito, kao i u kemijskim svojstvima, periodičnost nuklearnih svojstava također je svojstvena. Među različitim kombinacijama broja protona i neutrona u jezgrama izotopa (par-par; par-nepar; nepar-par; nepar-nepar), upravo jezgre sadrže Parni broj protoni i paran broj neutrona odlikuju se najvećom stabilnošću.

Priroda sila koje drže protone i neutrone u jezgri još nije dovoljno jasna. Smatra se da između nukleona djeluju vrlo jake gravitacijske sile privlačenja koje doprinose povećanju stabilnosti jezgri.

DO Sredinom tridesetih godina prošlog stoljeća periodni sustav je toliko razvijen da pokazuje položaj 92 elementa. Redni broj 92 bio je uran - posljednji prirodni teški element pronađen na Zemlji davne 1789. godine. Od 92 elementa tablice samo elementi s rednim brojevima 43, 61, 85 i 87 nisu bili točno identificirani tridesetih godina. Kasnije su otkriveni i proučavani. Element rijetke zemlje s atomskim brojem 61, prometij, pronađen je u malim količinama u rudama kao produkt spontanog raspada urana. Analiza atomskih jezgri nestalih elemenata pokazala je da su svi radioaktivni, a zbog kratkog vremena poluraspada ne mogu postojati na Zemlji u primjetnijim koncentracijama.

Zbog činjenice da je posljednji teški element pronađen na Zemlji bio element s atomskim brojem 92, moglo bi se pretpostaviti da je to prirodna granica periodnog sustava elemenata. No, dostignuća atomske fizike ukazala su na put kojim se pokazalo da je moguće prekoračiti granicu periodnog sustava koju je postavila priroda.

Elementi s b O atomski brojevi veći od onih u urana nazivaju se transuranij. Ovi elementi su umjetnog (sintetskog) podrijetla. Dobivaju se reakcijama nuklearne transformacije elemenata koji se nalaze u prirodi.

Prvi pokušaj, iako ne posve uspješan, da se otkrije transuranovo područje periodnog sustava elemenata poduzeo je talijanski fizičar Enrico Fermi u Rimu nedugo nakon što je dokazano postojanje neutrona. Ali tek 1940–1941. Američki znanstvenici s kalifornijskog sveučilišta Berkeley uspjeli su otkriti prva dva transuranijeva elementa, a to su neptunij (atomski broj 93) i plutonij (atomski broj 94).

Metode dobivanja transuranijevih elemenata temelje se na nekoliko vrsta nuklearnih reakcija.

Prvi tip je fuzija neutrona. U ovoj metodi, u jezgrama teških atoma ozračenih neutronima, jedan od neutrona prelazi u proton. Reakcija je popraćena takozvanim raspadom elektrona (– raspadom) – stvaranjem i izbacivanjem negativno nabijene – čestice (elektrona) iz jezgre s ogromnom kinetičkom energijom. Reakcija je moguća kada postoji višak neutrona u jezgri.

Suprotna reakcija je transformacija protona u neutron uz emisiju pozitivno nabijene + čestice (pozitron). Takav raspad pozitrona (+ raspad) opaža se kada postoji nedostatak neutrona u jezgri i dovodi do smanjenja naboja jezgre, tj. smanjiti atomski broj elementa za jedan. Sličan učinak se postiže kada se proton pretvori u neutron hvatanjem obližnjeg orbitalnog elektrona.

Novi transuranijevi elementi prvi su put dobiveni iz urana fuzijom neutrona u nuklearni reaktori(kao produkti eksplozije nuklearnih bombi), a kasnije sintetizirani pomoću akceleratora čestica – ciklotrona.

Drugi tip je reakcija između jezgri atoma početnog elementa (“meta”) i jezgri atoma lakih elemenata (izotopi vodika, helija, dušika, kisika i drugih) koji se koriste kao bombardirajuće čestice. Protoni u jezgrama “mete” i “projektila” imaju pozitivan električni naboj i doživljavaju snažno odbijanje kada se približavaju jedan drugome. Da bi se prevladale odbojne sile i formirala složena jezgra, potrebno je atomima "projektila" dati vrlo visoku kinetičku energiju. Takva ogromna energija pohranjuje se u ciklotronima bombardiranjem čestica. Dobivena međusložena jezgra ima dosta viška energije, koja se mora osloboditi da bi se stabilizirala nova jezgra. U slučaju teških transuranijevih elemenata, ovaj višak energije, kada ne dolazi do nuklearne fisije, raspršuje se emisijom -zraka (elektromagnetsko zračenje visoke energije) i "isparavanjem" neutrona iz pobuđenih jezgri. Jezgre atoma novog elementa su radioaktivne. Promjenom nastoje postići veću održivost unutarnja struktura putem radioaktivnog elektrona – raspad ili – raspad i spontana fisija. Takve nuklearne reakcije karakteristične su za najteže atome elemenata s atomskim brojevima iznad 98.

Reakciju spontane fisije jezgri atoma radioaktivnih elemenata otkrili su naš sunarodnjak G. N. Flerov i Čeh K. A. Petrzhak u Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja (JINR, Dubna) u eksperimentima s uranom-238. Povećanje atomskog broja dovodi do brzog smanjenja vremena poluraspada jezgri atoma radioaktivnih elemenata.

U vezi s tom činjenicom, istaknuti američki znanstvenik G.T. Seaborg, dobitnik Nobelove nagrade koji je sudjelovao u otkriću devet transuranijevih elemenata, smatrao je da će otkriće novih elemenata vjerojatno završiti oko elementa s atomskim brojem 110 (po svojstvima sličan platini ). Ova ideja o granici periodnog sustava izražena je 60-ih godina prošlog stoljeća s upozorenjem: ukoliko se ne otkriju nove metode sinteze elemenata i postojanje još nepoznatih područja stabilnosti najtežih elemenata. Neke od tih mogućnosti su identificirane.

Treći tip nuklearnih reakcija za sintezu novih elemenata je reakcija između visokoenergetskih iona prosječne atomske mase (kalcij, titan, krom, nikal) kao bombardirajućih čestica i atoma stabilnih elemenata (olovo, bizmut) kao “ meta” umjesto teških radioaktivnih izotopa. Ovaj način dobivanja težih elemenata predložio je 1973. godine naš znanstvenik Yu.C.Oganesyan iz JINR-a i uspješno je korišten u drugim zemljama. Glavna prednost predložene metode sinteze bilo je formiranje manje "vrućih" složenih jezgri kada su se jezgre "projektila" i "cilja" spojile. Oslobađanje viška energije složenih jezgri u ovom slučaju dogodilo se kao rezultat "isparavanja" znatno manjeg broja neutrona (jedan ili dva umjesto četiri ili pet).

Neobična nuklearna reakcija između iona rijetkog izotopa Ca-48, ubrzana u ciklotronu
U-400, te atomi aktinidnog elementa kurija Cm-248 s formiranjem elementa-114 (“eca-olovo”) otkriven je u Dubni 1979. Utvrđeno je da u ovoj reakciji nastaje “hladna” jezgra koja ne “ispari” niti jedan neutron, a sav višak energije odnosi jedna čestica. To znači da se za sintezu novih elemenata također može implementirati četvrta vrsta nuklearne reakcije između ubrzanih iona atoma s prosječnim masenim brojevima i atoma teških transuranskih elemenata.

U U razvoju teorije periodnog sustava kemijskih elemenata veliku je ulogu odigrala usporedba kemijskih svojstava i strukture elektroničkih ljuski lantanida s rednim brojevima 58–71 i aktinida s rednim brojevima 90–103. Pokazalo se da je sličnost kemijska svojstva lantanida i aktinoida je zbog sličnosti njihovih elektronskih struktura. Obje grupe elemenata primjer su internog prijelaznog retka sa sekvencijalnim punjenjem 4 f- ili 5 f-elektroničke ljuske, odnosno nakon punjenja vanjske s- I R-elektronske orbitale.

Elementi s brojevima periodnog sustava od 110 i više nazvani su superteški. Napredak u otkrivanju ovih elemenata postaje sve teži i dugotrajniji, jer... Nije dovoljno sintetizirati novi element, potrebno ga je identificirati i dokazati da novi element ima svojstva jedinstvena samo za njega. Teškoće su uzrokovane činjenicom da je mali broj atoma dostupan za proučavanje svojstava novih elemenata. Vrijeme tijekom kojeg se novi element može proučavati prije nego što dođe do radioaktivnog raspada obično je vrlo kratko. U tim slučajevima, čak i kada se dobije samo jedan atom novog elementa, koristi se metoda radioaktivnih tragova za njegovu detekciju i preliminarno proučavanje nekih karakteristika.

Element 109, meitnerium, posljednji je element na periodnom sustavu prikazan u većini udžbenika kemije. Element 110, koji pripada istoj skupini periodnog sustava kao i platina, prvi je put sintetiziran u Darmstadtu (Njemačka) 1994. pomoću snažnog akceleratora teških iona prema reakciji:

Vrijeme poluraspada nastalog izotopa je izuzetno kratko. U kolovozu 2003., 42. Generalna skupština IUPAC-a i Vijeće IUPAC-a (Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju) službeno su odobrili naziv i simbol elementa-110: darmstadtium, Ds.

Tamo, u Darmstadtu, 1994. prvi je put dobiven element-111 izlaganjem snopa iona izotopa 64 28 Ni 209 83 atoma Bi kao "mete". Svojom odlukom iz 2004. IUPAC je priznao otkriće i odobrio prijedlog da se element-111 nazove roentgenij, Rg, u čast izvanrednog njemačkog fizičara W.K. Roentgena, koji je otkrio x-zrake, kojima je dao takvo ime zbog nesigurnosti njihove prirode.

Prema informacijama dobivenim od JINR-a, u Laboratoriju za nuklearne reakcije nazvan. G. N. Flerov sintetizirao je elemente s rednim brojevima 110–118 (s izuzetkom elementa-117).

Kao rezultat sinteze prema reakciji:

u Darmstadtu 1996. dobiveno je nekoliko atoma novog elementa-112 koji su se raspadali oslobađajući - čestice. Vrijeme poluraspada ovog izotopa bilo je samo 240 mikrosekundi. Nešto kasnije, u JINR-u, provedena je potraga za novim izotopima elementa-112 ozračivanjem atoma U-235 ionima Ca-48.

U veljači 2004. u prestižnim znanstvenim časopisima pojavili su se izvještaji o otkriću naših znanstvenika u JINR-u zajedno s američkim istraživačima iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley (SAD) dva nova elementa pod brojevima 115 i 113. Ova skupina znanstvenika u eksperimentima provedenim u Srpanj – U kolovozu 2003. na ciklotronu U-400 sa separatorom punjenim plinom, u reakciji između atoma Am-243 i iona izotopa Ca-48, 1 atom izotopa elementa-115 masenog broja 287 i 3 sintetizirani su atomi s masenim brojem 288. Sva četiri atoma elementa -115 brzo su se raspala, oslobađajući -čestice i stvarajući izotope elementa-113 s masenim brojevima 282 i 284. Najstabilniji izotop 284113 imao je poluživot od oko 0,48 s. Kolabirao je uz emisiju -čestica i pretvorio se u izotop rentgena 280 Rg.

U rujnu 2004. skupina japanskih znanstvenika s Instituta za fizikalno-kemijska istraživanja pod vodstvom Kosuki Morita (Kosuke Morita) izjavili su da su sintetizirali element-113 prema reakciji:

Kada se raspadne uz oslobađanje -čestica, dobije se izotop rentgena 274 Rg. Budući da je ovo prvi umjetni element koji su dobili japanski znanstvenici, smatrali su da imaju pravo predložiti da ga nazovu "Japan".

Gore je već spomenuta neobična sinteza izotopa elementa 114 s masenim brojem 288 iz kurija. Godine 1999. pojavila se poruka o proizvodnji istog izotopa elementa-114 u JINR-u bombardiranjem atoma plutonija masenog broja 244 ionima Ca-48.

Također je objavljeno da su elementi s rednim brojevima 118 i 116 otkriveni kao rezultat dugotrajnih zajedničkih istraživanja nuklearnih reakcija izotopa kalifornija Cf-249 i izotopa kurija Cm-245 sa snopom teških iona Ca-48, nošenih izveli ruski i američki znanstvenici u razdoblju 2002–2005. u JINR. Element-118 zatvara 7. periodu periodnog sustava, po svojim svojstvima analogan je plemenitom plinu radonu. Element-116 trebao bi imati neka svojstva zajednička s polonijem.

Tradicionalno, otkriće novih kemijskih elemenata i njihovu identifikaciju mora potvrditi odluka IUPAC-a, ali pravo predlaganja imena za elemente prepušteno je pronalazačima. Poput karte Zemlje, periodni sustav odražavao je nazive teritorija, država, gradova i znanstvenih centara u kojima su otkriveni i proučavani elementi i njihovi spojevi, te ovjekovječio imena poznatih znanstvenika koji su dali veliki doprinos razvoju periodnog sustava. sustav kemijskih elemenata. I nije slučajnost da je element 101 nazvan po D. I. Mendelejevu.

Da bi se odgovorilo na pitanje gdje bi mogla biti granica periodnog sustava, svojedobno je napravljena procjena elektrostatskih sila privlačenja unutarnjih elektrona atoma prema pozitivno nabijenoj jezgri. Što je veći atomski broj elementa, što je elektronski "omot" oko jezgre više komprimiran, to se snažnije unutarnji elektroni privlače jezgri. Mora doći trenutak kada će jezgra početi hvatati elektrone. Kao rezultat ovog hvatanja i smanjenja nuklearnog naboja, postojanje vrlo teških elemenata postaje nemoguće. Slična katastrofalna situacija trebala bi nastati kada je serijski broj elementa 170–180.

Ova hipoteza je opovrgnuta i pokazano je da nema ograničenja za postojanje vrlo teških elemenata sa stajališta ideja o strukturi elektroničkih ljuski. Ograničenja nastaju kao rezultat nestabilnosti samih jezgri.

Međutim, mora se reći da životni vijek elemenata nepravilno opada s povećanjem atomskog broja. Sljedeće očekivano područje stabilnosti superteških elemenata, zbog pojave zatvorenih neutronskih ili protonskih ljuski jezgre, trebalo bi se nalaziti u blizini dvostruko magične jezgre sa 164 protona i 308 neutrona. Mogućnosti otkrivanja takvih elemenata još nisu jasne.

Dakle, još uvijek ostaje pitanje granice periodnog sustava elemenata. Na temelju pravila popunjavanja elektronskih ljuski s povećanjem atomskog broja elementa, predviđena 8. period periodnog sustava trebala bi sadržavati superaktinidne elemente. Mjesto koje im je dodijeljeno u periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva odgovara grupi elemenata III, poput već poznatih elemenata rijetke zemlje i aktinida transuranija.