Властивості хімічних елементів дозволяють об'єднувати їх у відповідні групи. На цьому принципі було створено періодичну систему, яка змінила уявлення про існуючі речовини і дозволила припустити існування нових, раніше невідомих елементів.

Вконтакте

Періодична система Менделєєва

Періодична таблиця хімічних елементів було складено Д. І. Менделєєвим у другій половині ХІХ століття. Що таке це, і навіщо вона потрібна? Вона поєднує всі хімічні елементи по зростанню атомної ваги, причому всі вони розставлені так, що їх властивості змінюються періодичним чином.

Періодична система Менделєєва звела в єдину систему всі існуючі елементи, які раніше вважалися просто окремими речовинами.

На підставі її вивчення було передбачено, а згодом - синтезовано нові хімічні речовини. Значення цього відкриття для науки неможливо переоцінити, Воно значно випередило свій час і дало поштовх до розвитку хімії на багато десятиліть.

Існує три найбільш поширені варіанти таблиці, які умовно іменуються «коротка», «довга» і «наддовга» ». Основною вважається довга таблиця, вона затверджено офіційно.Відмінністю між ними є компонування елементів та довжина періодів.

Що таке період

Система містить 7 періодів. Вони представлені графічно як горизонтальних рядків. При цьому період може мати один або два рядки, звані рядами. Кожен наступний елемент відрізняється від попереднього зростання заряду ядра (кількості електронів) на одиницю.

Якщо не ускладнювати, період – це горизонтальний рядок періодичної таблиці. Кожен із них починається металом і закінчується інертним газом. Власне, це створює періодичність - властивості елементів змінюються всередині одного періоду, знову повторюючись у наступному. Перший, другий та третій періоди - неповні, вони називаються малими та містять відповідно 2, 8 та 8 елементів. Інші – повні, вони мають по 18 елементів.

Що таке група

Група – це вертикальний стовпець, що містить елементи з однаковим електронною будовоюабо, говорячи простіше, з однаковою вищою. Офіційно затверджена довга таблиця містить 18 груп, які починаються з лужних металів та закінчуються інертними газами.

Кожна група має назву, що полегшує пошук або класифікацію елементів. Посилюються металеві властивості незалежно від елемента у напрямку зверху-вниз. Це з збільшенням кількості атомних орбіт — що їх більше, тим слабші електронні зв'язку, що робить яскравіше вираженою кристалічну решітку.

Метали у періодичній таблиці

Метали у таблиціМенделєєва мають переважну кількість, список їх досить великий. Вони характеризуються загальними ознаками, За властивостями вони неоднорідні і поділяються на групи. Деякі з них мають мало спільного з металами у фізичному сенсі, а інші можуть існувати лише частки секунди і в природі абсолютно не зустрічаються (принаймні на планеті), оскільки створені, точніше, обчислені та підтверджені в лабораторних умовах штучно. Кожна група має власні ознаки, назва і досить помітно відрізняється від інших. Особливо ця відмінність виражена у першої групи.

Положення металів

Яке становище металів у періодичній системі? Елементи розташовані щодо збільшення атомної маси або кількості електронів та протонів. Їх властивості змінюються періодично, тому акуратного розміщення за принципом один до одного в таблиці немає. Як визначити метали, і чи можливо це зробити за таблицею Менделєєва? Щоб спростити питання, придуманий спеціальний прийом: умовно по місцях з'єднання елементів проводиться діагональна лінія від Бора до Полонія (або до Астата). Ті, що виявляються ліворуч – метали, праворуч – неметали. Це було б дуже просто і здорово, але є винятки – Німеччина та Сурма.

Така «методика» - свого роду шпаргалка, вона придумана лише спрощення процесу запам'ятовування. Для більш точного уявлення слід запам'ятати, що список неметалів складає всього 22 елементи,тому відповідаючи питанням, скільки всього металів всього міститься у таблиці Менделєєва

На малюнку можна наочно побачити, які елементи є неметалами і як вони розміщуються в таблиці за групами та періодами.

Загальні фізичні властивості

Існують спільні Фізичні властивостіметалів. До них відносяться:

• Пластичність.
• Характерний блиск.
• Електропровідність.
• Висока теплопровідність.
• Усі, крім ртуті, у твердому стані.

Слід розуміти, що властивості металів дуже різняться щодо їхньої хімічної чи фізичної суті. Деякі їх мало схожі на метали у повсякденному розумінні цього терміна. Наприклад, ртуть займає особливе становище. Вона за звичайних умов перебуває у рідкому стані, немає кристалічної решітки, наявності якої зобов'язані своїми властивостями інші метали. Властивості останніх у разі умовні, із нею ртуть ріднять переважно хімічні властивості.

Цікаво!Елементи першої групи, лужні метали, у чистому вигляді не зустрічаються, перебуваючи у складі різних сполук.

Найм'якший метал, що існує в природі – цезій – відноситься до цієї групи. Він, як і інші подібні лужні речовини, мало спільного має з більш типовими металами. Деякі джерела стверджують, що насправді найм'якший метал калій, що складно заперечити чи підтвердити, оскільки ні той, ні інший елемент не існує сам по собі — будучи виділеним у результаті хімічної реакції вони швидко окислюються або вступають у реакцію.

Друга група металів - лужноземельні - набагато ближча до основних груп. Назва «лужноземельні» походить із давніх часів, коли оксиди називалися «землями», оскільки вони мають пухку розсипчасту структуру. Більш-менш звичними (в повсякденному сенсі) властивостями мають метали починаючи з 3 групи. Зі збільшенням номера групи кількість металів зменшується., заміщаючись неметалевими елементами Остання група складається із інертних (або шляхетних) газів.

Визначення металів та неметалів у таблиці Менделєєва. Прості та складні речовини.

Прості речовини (метали та неметали)

Висновок

Співвідношення металів і неметалів у таблиці Менделєєва явно переважує на користь перших. Таке положення свідчить про те, що група металів об'єднана надто широко і потребує більш детальної класифікації, що визнається науковою спільнотою.

Бесс Руфф - аспірантка Університету штату Флорида, працює над здобуттям ступеня PhD з географії. Здобула ступінь магістра екології та менеджменту в Каліфорнійському університеті в Санта-Барбарі у 2016 році. Проводила дослідження для проектів з морського просторового планування в Карибському морі та забезпечувала наукову підтримку дипломованим учасником Групи сталого рибальства.

Кількість джерел, які у цій статье: . Ви знайдете їх список унизу сторінки.

Якщо таблиця Менделєєва видається вам складною для розуміння, ви не самотні! Хоча буває непросто зрозуміти її принципи, вміння працювати з нею допоможе щодо природничих наук. Для початку вивчіть структуру таблиці та те, яку інформацію можна дізнатися з неї про кожен хімічний елемент. Потім можна розпочати вивчення властивостей кожного елемента. І, нарешті, з допомогою таблиці Менделєєва можна визначити число нейтронів у атомі тієї чи іншої хімічного елемента.

Кроки

Частина 1

Таблиця Менделєєва, або періодична система хімічних елементів, починається в лівому верхньому кутку і закінчується в кінці останнього рядка таблиці (у правому нижньому кутку). Елементи в таблиці розташовані зліва направо у порядку зростання їхнього атомного номера. Атомний номер показує скільки протонів міститься в одному атомі. З іншого боку, зі збільшенням атомного номера зростає і атомна маса. Таким чином, за розташуванням того чи іншого елемента в таблиці Менделєєва можна визначити його атомну масу.

1. Як видно, кожен наступний елемент містить один протон більше, ніж попередній елемент.Це очевидно, якщо подивитися на атомні номери. Атомні номери зростають на один під час руху зліва направо. Оскільки елементи розташовані за групами, деякі осередки таблиці залишаються порожніми.

   • Наприклад, перший рядок таблиці містить водень, який має атомний номер 1, і гелій з атомним номером 2. Однак вони розташовані на протилежних краях, оскільки належать до різних груп.

2. Дізнайтеся про групи, які включають елементи зі схожими фізичними та хімічними властивостями.Елементи кожної групи розташовуються у відповідній вертикальній колонці. Як правило, вони позначаються одним кольором, що допомагає визначити елементи зі схожими фізичними та хімічними властивостями та передбачити їхню поведінку. Усі елементи тієї чи іншої групи мають однакову кількість електронів на зовнішній оболонці.

   • Гідроген можна віднести як до групи лужних металів, так і до групи галогенів. У деяких таблицях його вказують у обох групах.
   • У більшості випадків групи пронумеровані від 1 до 18, і номери встановлюються вгорі або внизу таблиці. Номери можуть бути вказані римськими (наприклад, IA) або арабськими (наприклад, 1A або 1) цифрами.
   • При русі вздовж колонки зверху вниз говорять, що ви переглядаєте групу.

3. Дізнайтеся, чому в таблиці є порожні комірки.Елементи впорядковані не тільки відповідно до їх атомного номера, але і по групах (елементи однієї групи мають схожі фізичні та хімічні властивості). Завдяки цьому можна легше зрозуміти, як поводиться той чи інший елемент. Однак із зростанням атомного номера не завжди знаходяться елементи, які потрапляють у відповідну групу, тому в таблиці трапляються порожні комірки.

   • Наприклад, перші 3 рядки мають порожні осередки, оскільки перехідні метали зустрічаються лише з атомного номера 21.
   • Елементи з атомними номерами з 57 по 102 відносяться до рідкісноземельних елементів, і зазвичай їх виносять в окрему підгрупу в правому нижньому кутку таблиці.

4. Кожен рядок таблиці є періодом.Усі елементи одного періоду мають однакову кількість атомних орбіталей, у яких розташовані електрони в атомах. Кількість орбіталей відповідає номеру періоду. Таблиця містить 7 рядків, тобто 7 періодів.

   • Наприклад, атоми елементів першого періоду мають одну орбіталь, а атоми елементів сьомого періоду – 7 орбіталей.
   • Як правило, періоди позначаються цифрами від 1 до 7 зліва таблиці.
   • При русі вздовж рядка зліва направо говорять, що ви переглядаєте період.

5. Навчіться розрізняти метали, металоїди та неметали.Ви краще розумітимете властивості того чи іншого елемента, якщо зможете визначити, до якого типу він відноситься. Для зручності в більшості таблиць метали, металоїди та неметали позначаються різними кольорами. Метали знаходяться у лівій, а неметали – у правій частині таблиці. Металоїди розташовані між ними.

   Частина 2

   Позначення елементів

   1. Кожен елемент позначається однією чи двома латинськими літерами.Як правило, символ елемента наведено великими літерами у центрі відповідного осередку. Символ є скороченою назвою елемента, яка збігається в більшості мов. При проведенні експериментів та роботі з хімічними рівняннями зазвичай використовуються символи елементів, тому корисно їх пам'ятати.

      • Зазвичай символи елементів є скороченням їхньої латинської назви, хоча для деяких, особливо нещодавно відкритих елементів, вони отримані із загальноприйнятої назви. Наприклад, гелій позначається символом He, що близько до загальноприйнятої назви здебільшого мов. У той самий час залізо позначається як Fe, що скороченням його латинської назви.

   2. Зверніть увагу на повну назву елемента, якщо вона наведена у таблиці.Це ім'я елемента використовується у звичайних текстах. Наприклад, «гелій» та «вуглець» є назвами елементів. Зазвичай, хоч і не завжди, повні назви елементів вказуються під їх хімічним символом.

      • Іноді таблиці не вказуються назви елементів і наводяться лише їх хімічні символи.

   3. Знайдіть атомний номер.Зазвичай атомний номер елемента розташований зверху відповідного осередку, посередині чи кутку. Він також може знаходитися під символом або назвою елемента. Елементи мають атомні номери від 1 до 118.

      • Атомний номер завжди є цілим числом.

   4. Пам'ятайте, що атомний номер відповідає числу протонів в атомі.Усі атоми тієї чи іншої елемента містять однакову кількість протонів. На відміну від електронів, кількість протонів в атомах елемента залишається постійною. Інакше вийшов би інший хімічний елемент!

      • За атомним номером елемента можна визначити кількість електронів і нейтронів в атомі.

   5. Зазвичай кількість електронів дорівнює числу протонів.Винятком є ​​той випадок, коли атом іонізовано. Протони мають позитивний, а електрони негативний заряд. Оскільки атоми зазвичай нейтральні, вони містять однакову кількість електронів та протонів. Тим не менш, атом може захоплювати електрони або втрачати їх, і в цьому випадку він іонізується.

      • Іони мають електричний заряд. Якщо в іоні більше протонів, то він має позитивний заряд, і в цьому випадку після символу елемента ставиться знак плюс. Якщо іон містить більше електронів, має негативний заряд, що позначається знаком «мінус».
      • Знаки плюс і мінус не ставляться, якщо атом не є іоном.

На цьому уроці ви дізнаєтеся про Періодичний закон Менделєєва, який описує зміну властивостей простих тіл, а також форми та властивості сполук елементів залежно від величини їх атомних мас. Розгляньте, як за становищем у Періодичній системі можна описати хімічний елемент.

Тема: Періодичний закон таПеріодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва

Урок: Опис елемента за становищем у Періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва

У 1869 році Д. І. Менделєєв на основі даних накопичених про хімічні елементи сформулював свій періодичний закон. Тоді він звучав так: "Властивості простих тіл, а також форми і властивості сполук елементів знаходяться в періодичній залежності від величини атомних мас елементів".Дуже довго фізичний сенсзакону Д.І.Менделєєва був незрозумілий. Все стало на свої місця після відкриття у XX столітті будови атома.

Сучасне формулювання періодичного закону: "Властивості простих речовин, а також форми і властивості сполук елементів знаходяться в періодичній залежності від величини заряду ядра атома".

Заряд ядра атома дорівнює числу протонів у ядрі. Число протонів врівноважується числом електронів в атомі. Таким чином, атом електронейтральний.

Заряд ядра атомау Періодичній таблиці - це порядковий номер елемент.

Номер періодупоказує кількість енергетичних рівнів,на яких обертаються електрони.

Номер групипоказує кількість валентних електронів.Для елементів основних підгруп число валентних електронів дорівнює кількості електронів на зовнішньому енергетичному рівні. Саме валентні електрони відповідають за освіту хімічних зв'язківелемент.

Хімічні елементи 8 групи – інертні гази мають на зовнішній електронній оболонці 8 електронів. Така електронна оболонка енергетично вигідна. Усі атоми прагнуть заповнити свою зовнішню електронну оболонку до 8 електронів.

Які характеристики атома змінюються в Періодичній системі періодично?

Повторюється будова зовнішнього електронного рівня.

Періодично змінюється радіус атома. У групірадіус збільшуєтьсязі збільшенням номера періоду, оскільки збільшується кількість енергетичних рівнів. У періоді зліва направовідбуватиметься зростання атомного ядра, але тяжіння до ядра буде більшим і тому радіус атома зменшується.

Кожен атом прагне завершити останній енергетичний рівень елементів 1 групи на останньому шарі 1 електрон. Тож їм легше його віддати. А елементам 7 групи легше притягнути 1 електрон, що бракує до октету. У групі здатність віддавати електрони буде збільшуватися зверху вниз, так як збільшується радіус атома і тяжіння до ядра менше. У період зліва направо здатність віддавати електрони зменшується, тому що зменшується радіус атома.

Чим легше елемент віддає електрони із зовнішнього рівня, тим більшими металевими властивостями він володіє, а його оксиди і гідроксиди мають великі основні властивості. Отже, металеві властивості у групах збільшуються зверху донизу, а періодах справа наліво. З неметалевими властивостями все навпаки.

Рис. 1. Положення магнію у таблиці

У групі магній є сусідами з бериллієм і кальцієм. Рис.1. Магній коштує нижче, ніж берилій, але вище за кальцій у групі. У магнію більше металеві властивості, ніж у берилію, але менше, ніж у кальцію. Основні властивості його оксидів та гідроксидів змінюються також. У періоді натрій стоїть лівіше, а алюміній правіше магнію. Натрій виявлятиме більше металеві властивості, ніж магній, а магній більше, чес алюміній. Таким чином, можна порівняти будь-який елемент із сусідами його за групою та періодом.

Кислотні та неметалеві властивості змінюються протилежно основним та металевим властивостям.

Характеристика хлору за його становищем у періодичній системі Д.І.Менделєєва.

Рис. 4. Положення хлору у таблиці

. Значення порядкового номера 17 показує число протонів17 та електронів17 в атомі. Рис.4. Атомна маса 35 допоможе обчислити кількість нейтронів (35-17 = 18). Хлор знаходиться в третьому періоді, значить число енергетичних рівнів в атомі дорівнює 3. Стоїть у 7-А групі, що відноситься до р-елементів. Це неметал. Порівнюємо хлор з його сусідами за групою та за періодом. Неметалічні властивості хлору більші ніж у сірки, але менші, ніж у аргону. Хлор об-ла-да-є мень-ши-ми неме-тал-ли-че-ски-ми влас-ства-ми, ніж фтор і біль-ши-ми ніж бром. Розподілимо електрони за енергетичними рівнями та напишемо електронну формулу. Загальний розподіл електронів матиме такий вигляд. Див. Рис. 5

Рис. 5. Розподіл електронів атома хлору за енергетичними рівнями

Визначаємо найвищий і нижчий ступінь окислення хлору. Вища ступінь окислення дорівнює +7, оскільки може віддати з останнього електронного шару 7 електронів. Найнижчий ступінь окислення дорівнює -1, тому що хлору до завершення необхідний 1 електрон. Формула вищого оксиду Cl 2 O 7 (кислотний оксид) водневої сполуки HCl.

У процесі віддачі або приєднання електронів атом набуває умовний заряд. Цей умовний заряд називається .

- Простіречовини мають ступінь окислення, що дорівнює нулю.

Елементи можуть виявляти максимальнуступінь окислення та мінімальну. Максимальнуступінь окислення елемент виявляє тоді, коли віддаєвсі свої валентні електрони із зовнішнього електронного рівня. Якщо число валентних електронів дорівнює номеру групи, то й максимальна міра окислення дорівнює номеру групи.

Рис. 2. Положення миш'яку в таблиці

Мінімальнуступінь окислення елемент виявлятиме тоді, коли він приймевсі можливі електрони завершення електронного шару.

Розглянемо з прикладу елемента №33 значення ступенів окислення.

Це миш'як As. Він знаходиться в п'ятій головній підгрупі. На останньому електронному рівні має п'ять електронів. Отже, віддаючи їх, він матиме ступінь окиснення +5. До завершення електронного шару атому As не вистачає 3 електрони. Притягуючи їх, він матиме ступінь окиснення -3.

Положення елементів металів та неметалів у Періодичній системі Д.І. Менделєєва.

Рис. 3. Положення металів та неметалів у таблиці

У побічних підгрупах знаходяться всі метали . Якщо подумки провести діагональ від бору до астату , то вище цієї діагоналі в головних підгрупах будуть усі неметали , а нижче цій діагоналі - все метали . Рис.3.

1. № № 1-4 (с.125) Рудзітіс Г.Є. Неорганічна та органічна хімія. 8 клас: підручник для загальноосвітніх установ: базовий рівень/Г. Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. М: Просвітництво. 2011 176с.:іл.

2. Які характеристики атома змінюються періодичності?

3. Дайте характеристику хімічного елемента кисню за його становищем у Періодичній системі Д.І.Менделєєва.

Дев'ятнадцяте століття історії людства - століття, у якому багато наук реформувалися, зокрема і хімія. Саме в цей час з'явилася періодична система Менделєєва, а разом із нею – і періодичний закон. Саме він став основою сучасної хімії. Періодична система Д. І. Менделєєва є систематизацією елементів, яка встановлює залежність хімічних і фізичних властивостей від будови та заряду атома речовини.

Історія

Початок періодичної поклала книга "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів", написана в третій чверті XVII ст. У ній було відображено основні поняття щодо відомих хімічних елементів (на той момент їх налічувалося лише 63). До того ж у багатьох їх атомні маси були визначені неправильно. Це сильно заважало відкриття Д. І. Менделєєва.

Дмитро Іванович розпочав свою роботу з порівняння властивостей елементів. Насамперед він зайнявся хлором та калієм, а вже потім перейшов до роботи зі лужними металами. Озброївшись спеціальними картками, на яких було зображено хімічні елементи, він багато разів намагався зібрати цю «мозаїку»: розкладав на своєму столі у пошуках потрібних комбінацій та збігів.

Після довгих старань Дмитро Іванович все ж таки знайшов ту закономірність, яку шукав, і побудував елементи в періодичні ряди. Отримавши у результаті порожні осередки між елементами, учений зрозумів, що російським дослідникам відомі в повному обсязі хімічні елементи, і що він повинен дати цьому світу ті знання у галузі хімії, які ще були дані його попередниками.

Всім відомий міф про те, що Менделєєва періодична таблиця з'явилася уві сні, і він пам'яті зібрав елементи в єдину систему. Це, брутально кажучи, брехня. Справа в тому, що Дмитро Іванович досить довго і зосереджено працював над своєю працею, і його це дуже вимотувало. Під час роботи над системою елементів Менделєєв якось заснув. Прокинувшись, він зрозумів, що не закінчив таблицю, і скоріше продовжив заповнення порожніх осередків. Його знайомий, якийсь Іноземців, університетський педагог, вирішив, що таблиця Менделєєву наснилася уві сні і поширив цей слух серед своїх студентів. Так і виникла ця гіпотеза.

Популярність

Хімічних елементів Менделєєва є відображенням створеного Дмитром Івановичем ще третій чверті ХІХ століття (1869 рік) періодичного закону. Саме в 1869 році на засіданні російської хімічної спільноти було зачитано повідомлення Менделєєва про створення певної структури. І цього ж року було випущено книгу «Основи хімії», в якій вперше було опубліковано періодичну систему хімічних елементів Менделєєва. А в книзі «Природна система елементів та використання її до вказівки якостей невідкритих елементів» Д. І. Менделєєв вперше згадав поняття «періодичний закон».

Структура та правила розміщення елементів

Перші кроки у створенні періодичного закону було зроблено Дмитром Івановичем ще 1869-1871 роках, тоді він посилено працював над встановленням залежності властивостей даних елементів від маси їх атома. Сучасний варіант є зведені в двовимірну таблицю елементи.

Положення елемента в таблиці несе певний хімічний та фізичний зміст. За місцезнаходженням елемента в таблиці можна дізнатися, яка у нього валентність, визначити й інші хімічні особливості. Дмитро Іванович намагався встановити зв'язок між елементами, як подібними між собою за властивостями, так і різними.

В основу класифікації відомих на той момент хімічних елементів він поклав валентність та атомну масу. Порівнюючи відносні властивості елементів, Менделєєв намагався знайти закономірність, яка б об'єднала всі відомі хімічні елементи в одну систему. Розташувавши їх, ґрунтуючись на зростанні атомних мас, він таки досяг періодичності в кожному з рядів.

Подальший розвиток системи

Таблиця Менделєєва, що з'явилася в 1969 році, ще не раз доопрацьовувалась. З появою шляхетних газів у 1930 роках вдалося виявити нову залежність елементів - немає від маси, як від порядкового номера. Пізніше вдалося встановити число протонів в атомних ядрах і виявилося, що воно збігається з порядковим номером елемента. Вченими XX століття було вивчено електронне Виявилося, що воно впливає на періодичність. Це сильно змінювало уявлення про властивості елементів. Цей пункт відбито у пізніших редакціях періодичної системи Менделєєва. Кожне нове відкриття властивостей та особливостей елементів органічно вписувалося таблицю.

Характеристики періодичної системи Менделєєва

Таблиця Менделєєва поділена на періоди (7 рядків, що розташовані горизонтально), які, у свою чергу, поділяються на великі та малі. Починається період із лужного металу, а закінчується елементом з неметалевими властивостями.
Вертикально таблицю Дмитра Івановича поділено на групи (8 стовпців). Кожна з них у періодичній системі складається з двох підгруп, а саме – головної та побічної. Після довгих суперечок на пропозицію Д. І. Менделєєва та її колеги У. Рамзая було вирішено запровадити так звану нульову групу. До неї входять інертні гази (неон, гелій, аргон, радон, ксенон, криптон). У 1911 році вченим Ф. Содді було запропоновано помістити в періодичній системі та невиразні елементи, так звані ізотопи, – для них були виділені окремі осередки.

Незважаючи на вірність та точність періодичної системи, наукове суспільство довго не хотіло визнавати дане відкриття. Багато великих учених висміювали діяльність Д. І. Менделєєва і вважали, що неможливо передбачити властивості елемента, який ще був відкритий. Але після того, як передбачувані хімічні елементи були відкриті (а це були, наприклад, скандій, галій та германій), система Менделєєва та його періодичний закон стали науки хімії.

Таблиця в сучасності

Періодична система елементів Менделєєва – основа більшості хімічних та фізичних відкриттів, пов'язаних з атомно-молекулярним вченням. Сучасне поняттяелемента склалося саме завдяки великому вченому. Поява періодичної системи Менделєєва внесла кардинальні зміни до уявлень про різні сполуки і простих речовин. Створення вченим періодичної системи вплинуло на розвиток хімії та всіх наук, суміжних з нею.

ЧИ Є МЕЖ
ПЕРІОДИЧНОЇ ТАБЛИЦІ
Д.І.МЕНДЕЛЄЄВА?

ВІДКРИТТЯ НОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Проблема систематизації хімічних елементів привернула до себе пильну увагу в середині XIX ст., коли стало ясно, що різноманіття оточуючих нас речовин є результатом різних поєднань порівняно малої кількості хімічних елементів.

У хаосі елементів та його сполук великий російський хімік Д.И.Менделеев першим навів порядок, створивши свою періодичну таблицю елементів.

1 березня 1869 р. вважається днем ​​відкриття періодичного закону, коли Менделєєв повідомив про нього наукову спільноту. Відомі в той час 63 елементи вчений розмістив у своїй таблиці таким чином, що головні властивості цих елементів та їх сполук змінювалися періодично зі збільшенням їхньої атомної маси. Спостерігаються зміни властивостей елементів у горизонтальному та вертикальному напрямках таблиці дотримувалися суворих правил. Наприклад, яскраво виражений у елементів Іа групи металевий (основний) характер зі збільшенням атомної маси зменшувався по горизонталі таблиці та зростав по вертикалі.

Маючи відкритий закон, Менделєєв передбачив властивості кількох ще відкритих елементів та його місце у періодичної таблиці. Вже 1875 р. було відкрито «екаалюміній» (галій), ще за чотири роки – «екабор» (скандій), а 1886 р. – «екасилицій» (германій). У наступні роки таблиця Менделєєва служила і досі служить орієнтиром у пошуках нових елементів та передбаченні їх властивостей.

Однак ні сам Менделєєв, ні його сучасники не могли відповісти на питання, в чому причини періодичності властивостей елементів, чи існує і де проходить межа періодичної системи. Менделєєв передчував, що причина представленого їм взаємозв'язку між властивостями та атомною масою елементів криється у складності самих атомів.

Лише через багато років після створення періодичної системи хімічних елементів у роботах Е. Резерфорда, Н. Бора та інших вчених було доведено складну будову атома. Подальші досягнення атомної фізики дозволили вирішити багато неясних проблем періодичної системи хімічних елементів. Насамперед виявилося, місце елемента в періодичної таблиці визначається не атомної масою, а зарядом ядра. Стала зрозумілою природа періодичності хімічних властивостей елементів та їх сполук.

Атом почали розглядати як систему, у центрі якої знаходиться позитивно заряджене ядро, а навколо нього обертаються негативно заряджені електрони. При цьому електрони групуються в навколоядерному просторі і рухаються певними орбітами, що входять в електронні оболонки.

Усі електрони атома прийнято позначати за допомогою чисел та літер. Відповідно до цього позначення головні квантові числа 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 відносяться до електронних оболонок, а літери s, p, d, f, g- До підболочок (орбіт) кожної оболонки. Перша оболонка (вважаючи від ядра) має лише s-електрони, друга може мати s- І p- електрони, третя – s-, p- І d-Електрони, четверта - s-,
p-, d- І f- Електрони та ін.

Кожна оболонка може вмістити цілком певну кількість електронів: перша – 2, друга – 8, третя – 18, четверта та п'ята – по 32. Цим визначається кількість елементів у періодах таблиці Менделєєва. Хімічні властивості елементів зумовлені будовою зовнішньої та передовнішньої електронних оболонок атомів, тобто. тим, скільки електронів вони містять.

Ядро атома складається з позитивно заряджених частинок – протонів та електрично нейтральних частинок – нейтронів, які часто називають одним словом – нуклони. Порядковий номер елемента (його місце у періодичній таблиці) визначається числом протонів у ядрі атома даного елемента. Масове число Аатома елемента дорівнює сумі чисел протонів Zта нейтронів Nв ядрі: A = Z + N. Атоми того самого елемента з різним числом нейтронів в ядрі є його ізотопами.

Хімічні властивості різних ізотопів одного й того самого елемента не відрізняються один від одного, а ядерні – змінюються в широких межах. Це проявляється насамперед у стабільності (або нестабільності) ізотопів, яка суттєво залежить від співвідношення числа протонів та нейтронів у ядрі. Легкі стабільні ізотопи елементів зазвичай характеризуються рівним числом протонів та нейтронів. Зі зростанням заряду ядра, тобто порядкового номера елемента в таблиці, це співвідношення змінюється. У стабільних важких ядернейтронів майже у півтора рази більше, ніж протонів.

Як і атомні електрони, нуклони утворюють оболонки. Зі збільшенням числа частинок у ядрі послідовно заповнюються протонні та нейтронні оболонки. Ядра з повністю заповненими оболонками є найстабільнішими. Наприклад, дуже стійкою ядерною структурою характеризується ізотоп свинцю Pb-208, який має заповнені оболонки протонів ( Z= 82) та нейтронів ( N = 126).

Подібні заповнені ядерні оболонки аналогічні до заповнених електронних оболонок атомів інертних газів, що представляють окрему групу в періодичній таблиці. Стабільні ядра атомів з повністю заповненими протонними або нейтронними оболонками містять певні магічні числа протонів або нейтронів: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. Таким чином, атомів елементів в цілому, як і за хімічними властивостям, властива також періодичність та ядерні властивості. Серед різних поєднань числа протонів і нейтронів в ядрах ізотопів (парно-парних; парно-непарних; непарно-парних; непарно-непарних) саме ядра, що містять парне числопротонів та парне число нейтронів, відрізняються найбільшою стійкістю.

Природа сил, які утримують у ядрі протони і нейтрони, поки що недостатньо ясна. Вважають, що між нуклонами діють дуже великі гравітаційні сили тяжіння, які сприяють збільшенню стабільності ядер.

ДоУ середині 30-х років минулого століття періодична таблиця була розроблена настільки, що показувала становище вже 92 елементів. Під порядковим номером 92 був уран – останній зі знайдених Землі ще 1789 р. природних важких елементів. З 92 елементів таблиці лише елементи з порядковими номерами 43, 61, 85 та 87 у тридцяті роки були точно встановлені. Вони були відкриті та вивчені пізніше. Рідкоземельний елемент з атомним номером 61 – прометій – було виявлено у малих кількостях у рудах як продукт мимовільного розпаду урану. Аналіз атомних ядер відсутніх елементів показав, що вони радіоактивні, причому через коротких періодів їх піврозпаду вони можуть існувати Землі в помітних концентраціях.

У зв'язку з тим, що останнім важким елементом, знайденим Землі, був елемент з атомним номером 92, можна було припустити, що і є природною межею періодичної таблиці Менделєєва. Проте досягнення атомної фізики вказали шлях, яким виявилося можливим переступити через поставлену природою кордон періодичної таблиці.

Елементи з б обільшими атомними номерами, ніж у урану, називають трансурановими. За своїм походженням ці елементи є штучними (синтетичними). Їх отримують шляхом ядерних реакцій трансформації елементів, які у природі.

Першу спробу, хоча зовсім вдалу, відкрити трансурановую область періодичної системи зробив італійський фізик Енріко Фермі у Римі невдовзі по тому, як було доведено існування нейтронів. Але лише у 1940–1941 роках. успіху у відкритті перших двох трансуранових елементів, а саме нептунія (атомний номер 93) та плутонію (атомний номер 94), досягли американські вчені з Каліфорнійського університету в Берклі.

В основі методів одержання трансуранових елементів лежить кілька видів ядерних реакцій.

Перший вид – нейтронний синтез. У цьому вся методі в ядрах важких атомів, опромінених нейтронами, відбувається перетворення однієї з нейтронів на протон. Реакція супроводжується так званим електронним розпадом (-розпадом) - утворенням і викидом з ядра з величезною кінетичною енергією негативно зарядженої -частки (електрона). Реакція можлива за надлишку в ядрі нейтронів.

Протилежною реакцією є перетворення протона в нейтрон з випромінюванням позитивно зарядженої +-частки (позитрона). Подібний позитронний розпад (+-розпад) спостерігається за нестачі в ядрах нейтронів і призводить до зменшення заряду ядра, тобто. для зменшення атомного номера елемента на одиницю. Аналогічний ефект досягається, коли протон перетворюється на нейтрон за рахунок захоплення найближчого орбітального електрона.

Нові трансуранові елементи спочатку були отримані з урану за методом нейтронного синтезу ядерних реакторах(як продукти вибуху ядерних бомб), і потім синтезовані з допомогою прискорювачів частинок – циклотронів.

Другий вид – реакції між ядрами атомів вихідного елемента («мішені») та ядрами атомів легких елементів (ізотопів водню, гелію, азоту, кисню та інших), що використовуються як бомбардуючі частинки. Протони в ядрах "мішені" і "снаряда" мають позитивний електричний заряд і відчувають сильне відштовхування при наближенні один до одного. Щоб подолати сили відштовхування, утворити складове ядро ​​необхідно забезпечити атоми «снаряда» дуже великою кінетичною енергією. Такою величезною енергією частки, що бомбардують, запасаються в циклотронах. Проміжне складове ядро, що утворилося, володіє досить великою надмірною енергією, яка повинна бути вивільнена для стабілізації нового ядра. У разі важких трансуранових елементів ця надлишкова енергія, коли не відбувається поділу ядер, розсіюється шляхом випромінювання променів (високоенергетичного електромагнітного випромінювання) і «випаровування» нейтронів із збуджених ядер. Ядра атомів нового елемента є радіоактивними. Вони прагнуть досягти вищої стійкості шляхом зміни внутрішньої будовичерез радіоактивний електронний – -розпад чи -розпад і мимовільне поділ. Такі ядерні реакції притаманні найважчим атомам елементів із порядковими номерами вище 98.

Реакцію спонтанного, мимовільного поділу ядер атомів радіоактивних елементів було відкрито нашим співвітчизником Г.Н.Флеровим та чехом К.А.Петржаком в Об'єднаному інституті ядерних досліджень (ОІЯД, м. Дубна) у дослідах з ураном-238. Збільшення порядкового номера призводить до швидкого зменшення напіврозпаду ядер атомів радіоактивних елементів.

У зв'язку з цим фактом видатний американський вчений Г.Т.Сіборг, лауреат Нобелівської премії, який брав участь у відкритті дев'яти трансуранових елементів, вважав, що відкриття нових елементів, ймовірно, закінчиться приблизно елемент з порядковим номером 110 (за властивостями аналогічному платині). Ця думка про межі періодичної таблиці була висловлена ​​в 60-ті роки минулого сторіччя з застереженням: якщо не будуть відкриті нові методи синтезу елементів та існування поки невідомих областей стійкості найважчих елементів. Деякі з таких можливостей було виявлено.

Третій вид ядерних реакцій синтезу нових елементів – реакції між високоенергетичними іонами із середньою атомною масою (кальцію, титану, хрому, нікелю) як бомбардуючі частинки та атоми стабільних елементів (свинцю, вісмуту) як «мішень» замість важких радіоактивних ізотопів. Цей шлях отримання більш важких елементів було запропоновано у 1973 р. нашим вченим Ю.Ц.Оганесяном з ОІЯД та успішно використано в інших країнах. Головна перевага запропонованого методу синтезу полягала в утворенні менш «гарячих» складових ядер при злитті ядер «снаряду» та «мішені». Вивільнення надлишкової енергії складових ядер у разі відбувалося внаслідок «випаровування» істотно меншого числа нейтронів (одного чи двох замість чотирьох чи п'яти).

Незвичайна ядерна реакція між іонами рідкісного ізотопу Са-48, прискореними в циклотроні
У-400, і атомами актиноїдного елемента кюрія Cm-248 з утворенням елемента-114 («екасвинця») була відкрита в Дубні в 1979 р. Було встановлено, що в цій реакції утворюється холодне ядро, що не випаровує жодного нейтрону , а всю надмірну енергію забирає одна -частка. Це означає, що для синтезу нових елементів може бути реалізовано також четвертий виглядядерних реакцій між прискореними іонами атомів із середніми масовими числами та атомами важких трансуранових елементів.

Урозвитку теорії періодичної системи хімічних елементів велику роль відіграло зіставлення хімічних властивостей та будови електронних оболонок лантаноїдів із порядковими номерами 58–71 та актиноїдів із порядковими номерами 90–103. Було показано, що подібність хімічних властивостейлантаноїдів та актиноїдів зумовлено подібністю їх електронних структур. Обидві групи елементів є прикладом внутрішнього перехідного ряду із послідовним заповненням 4 f- або 5 f-електронних оболонок відповідно після заповнення зовнішніх s- І р-електронних орбіталей.

Елементи з порядковими номерами в періодичній таблиці 110 та вище були названі надважкими. Просування відкриття цих елементів стає дедалі складнішим і довгим, т.к. недостатньо провести синтез нового елемента, потрібно його ідентифікувати і довести, що новий елемент має лише йому властиві властивості. Проблеми викликані тим, що з вивчення властивостей нових елементів доступним виявляється невелика кількість атомів. Час, протягом якого можна вивчати новий елемент до того, як відбудеться радіоактивний розпад, зазвичай дуже невеликий. У цих випадках, навіть коли отримано лише один атом нового елемента, для його виявлення та попереднього вивчення деяких характеристик використовують метод радіоактивних індикаторів.

Елемент-109 – мейтнерій – це останній елемент у періодичній таблиці, представленій у більшості підручників з хімії. Елемент-110, що належить до тієї ж групи періодичної таблиці, що і платина, був вперше синтезований в Дармштадт (Німеччина) в 1994 р. за допомогою потужного прискорювача важких іонів по реакції:

Час напіврозпаду отриманого ізотопу вкрай мало. У серпні 2003 р. 42-а Генеральна асамблея ІЮПАК та Рада ІЮПАК (Міжнародний союз з чистої та прикладної хімії) офіційно затвердили назву та символ елемента-110: дармштадтій, Ds.

Там же, в Дармштадті, в 1994 р. вперше було отримано елемент-111 шляхом впливу пучка іонів ізотопу 64 28 Ni на атоми 209 83 Bi як «мішень». Своїм рішенням у 2004 р. ІЮПАК визнав відкриття та схвалив пропозицію назвати елемент-111 рентгеном, Rg, на честь видатного німецького фізика В.К.Рентгена, який відкрив Х-промені, яким він дав таку назву через невизначеність їхньої природи.

За інформацією, отриманою з ОІЯД, у Лабораторії ядерних реакцій ім. Г.Н.Флерова здійснено синтез елементів із порядковими номерами 110–118 (за винятком елемента-117).

В результаті синтезу реакції:

в Дармштадті в 1996 р. отримано кілька атомів нового елемента-112, що розпадається з виділенням частинок. Період напіврозпаду цього ізотопу становив лише 240 мікросекунд. Трохи пізніше в ОІЯД пошук нових ізотопів елемента-112 провели, опромінюючи атоми U-235 іонами Са-48.

У лютому 2004 р. у престижних наукових журналах з'явилися повідомлення про відкриття в ОІЯД нашими вченими спільно з американськими дослідниками з Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі (США) двох нових елементів з номерами 115 та 113. Цією групою вчених у експериментах, проведених у липні– серпні 2003 р. на циклотроні У-400 з газонаповненим сепаратором, реакції між атомами Am-243 і іонами ізотопу Ca-48 були синтезовані 1 атом ізотопу елемента-115 з масовим числом 287 і 3 атома з масовим числом 288. Всі чотири атоми -115 швидко розпадалися з виділенням -часток та утворенням ізотопів елемента-113 з масовими числами 282 і 284. Найбільш стабільний ізотоп 284113 мав період напіврозпаду близько 0,48 с. Він руйнувався з емісією частинок і перетворювався на ізотоп рентгену 280 Rg.

У вересні 2004 р. група японських вчених із Фізико-хімічного дослідницького інституту під керівництвом Косукі Моріта (Kosuke Morita)заявила, що ними синтезований елемент-113 реакції:

При його розпаді з виділенням частинок отримано ізотоп рентгену 274 Rg. Оскільки це перший штучний елемент, отриманий японськими вченими, вони вважають, що вправі зробити пропозицію назвати його «японією».

Вище відзначався незвичайний синтез ізотопу елемента-114 з масовим числом 288 з кюрія. У 1999 р. з'явилося повідомлення про отримання в ОІЯД цього ж ізотопу елемента-114 шляхом бомбардування іонами Са-48 атомів плутонію з масовим числом 244.

Було також заявлено про відкриття елементів з порядковими номерами 118 та 116 у результаті тривалих спільних досліджень ядерних реакцій ізотопів каліфорнію Cf-249 та кюрію Сm-245 з пучком важких іонів Са-48, проведених російськими та американськими вченими у період 2002–2005. в ОІЯД. Елемент-118 замикає 7-й період таблиці Менделєєва, що за своїми властивостями є аналогом благородного газу радону. Елемент-116 повинен мати деякі властивості, спільні з полонієм.

За традицією, що склалася, відкриття нових хімічних елементів та їх ідентифікація мають бути підтверджені рішенням ІЮПАК, але право запропонувати назви елементам надається першовідкривачам. Подібно до карти Землі, періодична таблиця відобразила назви територій, країн, міст і наукових центрів, де були відкриті та вивчені елементи та їх сполуки, увічнила імена знаменитих учених, які зробили великий внесок у розвиток періодичної системи хімічних елементів. І не випадково елемент-101 названий ім'ям Д.І.Менделєєва.

Для відповіді питання, де може проходити межа періодичної таблиці, свого часу було проведено оцінка електростатичних сил тяжіння внутрішніх електронів атомів до позитивно зарядженому ядру. Чим більший порядковий номер елемента, тим сильніше стискається електронна «шуба» навколо ядра, тим сильніше внутрішні електрони притягуються до ядра. Має наступити такий момент, коли електрони почнуть захоплюватися ядром. Внаслідок такого захоплення та зменшення заряду ядра існування дуже важких елементів стає неможливим. Подібна катастрофічна ситуація має виникнути за порядкового номера елемента, що дорівнює 170–180.

Ця гіпотеза була спростована і показано, що немає обмежень для існування дуже важких елементів з погляду уявлень про будову електронних оболонок. Обмеження виникають внаслідок нестійкості самих ядер.

Однак слід сказати, що час життя елементів зменшується нерегулярно зі зростанням атомного номера. Наступна очікувана область стійкості надважких елементів, обумовлена ​​появою замкнутих нейтронних або протонних оболонок ядра, повинна лежати в околиці двічі магічного ядра зі 164 протонами та 308 нейтронами. Можливості відкриття таких елементів поки що не зрозумілі.

Таким чином, питання про межі періодичної таблиці елементів, як і раніше, зберігається. Виходячи з правил заповнення електронних оболонок із збільшенням атомного номера елемента, прогнозований 8-й період таблиці Менделєєва має містити суперактиноїдні елементи. Відведене їм місце в періодичній таблиці Д.І.Менделєєва відповідає III групі елементів, подібно до вже відомих рідкісноземельних і актиноїдних трансуранових елементів.