§ 8. Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва

Ми вже згадували про Періодичну систему хімічних елементів, а зараз ознайомимося з нею детальніше. Періодичну систему можна подати як своєрідний перелік хімічних елементів. Проте це не просто перелік. Періодична система відображає класифікацію хімічних елементів, що ґрунтується на особливостях будови їхніх атомів. У ній існує безліч закономірностей і залежностей, з якими ви ознайомитеся під час вивчення хімії.

Дмитро Іванович Менделєєв (1834-1907)

Видатний російський учений. Народився в родині директора Тобольської гімназії. Закінчив Петербурзький педагогічний інститут, де згодом викладав хімію. Його роботи присвячені не лише хімії, але й фізиці, технології, економіці та географії. Найбільше його досягнення — відкриття періодичного закону. Створив у Росії першу палату мір і ваг. У 1887 році сам здійснив політ на повітряній кулі для спостереження сонячної корони під час затемнення, пролетів 100 км на висоті близько 4 км. Висував свою кандидатуру на здобуття Нобелівської премії, але так і не отримав її: Нобелівську премію запровадили лише в 1901 році і давали тільки за відкриття, здійснені в рік присудження.

Періодична система була складена на основі періодичного закону, відкритого в 1869 році Д. І. Менделєєвим. Періодичний закон ми розглянемо трохи пізніше, а до Періодичної системи звертатимемося впродовж усього курсу вивчення хімії. На момент створення Періодична система містила лише 63 елементи — саме стільки їх було відкрито на той час (мал. 56). У міру відкриття нових елементів вона доповнювалася новими даними. На честь Д. І. Менделєєва хіміки називають Періодичну систему його ім’ям. Геніальність Д. І. Менделєєва полягала в тому, що він передбачив існування невідкритих на той час елементів і залишив для них вільні місця в таблиці.

Мал. 56. Зображення першої Періодичної системи, складеної Д. І. Менделєєвим. У першій Періодичній системі було лише 63 елементи. Вона відрізнялася від сучасної за виглядом

Сьогодні до Періодичної системи внесено 118 елементів. Вона поповнюється щойно відкритими елементами, і поки що вчені не можуть однозначно стверджувати, скільки всього елементів може існувати.

Структура Періодичної системи

Періодична система хімічних елементів має вигляд таблиці. Елементи в ній розташовані в певному порядку — у міру збільшення маси їхніх атомів. Кожний елемент має свій порядковий номер, і цей номер дорівнює заряду ядра атомів цього елемента.

Існує багато різновидів зображення Періодичної системи: кругові, спіральні, пірамідальні, із розташуванням елементів зверху вниз і зліва направо. Найбільш загальноприйнятим є зображення у вигляді таблиці з розташуванням елементів зліва направо.

У Періодичній системі всі елементи об’єднані в періоди — горизонтальні ряди елементів, і групи — вертикальні ряди елементів. У довгому варіанті Періодичної системи елементи об’єднані в 7 періодів і 18 груп, а в короткому — також у 7 періодів, але у 8 груп (див. форзаци).

У нашій країні традиційно користуються короткоперіодним варіантом. Міжнародне товариство IUPAC * рекомендує для використання довгоперіодний варіант Періодичної системи.

* IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) — міжнародне товариство з фундаментальної та прикладної хімії. Це товариство приймає рішення про присвоєння назв новим елементам, а також про правила складання назв речовин.

Перші три періоди називають малими, оскільки в них міститься невелике число елементів: у першому періоді містяться тільки 2 елементи (Гідроген і Гелій), а в другому і третьому — по 8 елементів. Решту періодів називають великими: у четвертому і п’ятому періодах містяться по 18 елементів, а у шостому і сьомому — по 32 елементи.

Групи об’єднують елементи з подібними властивостями. Деякі групи елементів мають назви, наприклад, група лужних елементів або група інертних елементів.

У нижній частині таблиці розташовані родини елементів — лантаноїди та актиноїди. Ці елементи розміщені після Лантану (№ 57) й Актинію (№ 89) і формально належать до третьої групи. Проте розміщення цих елементів у таблиці зробило б її громіздкою і незручною, тому їх зазвичай виносять за її межі.

Кожний елемент має свою «адресу» в Періодичній системі. Щоб описати місце елемента в Періодичній системі, треба назвати його порядковий номер, а також номер групи та періоду. Наприклад: елемент Оксиген має порядковий номер 8, розміщений у другому періоді, шостій групі.

Елементи, так само як речовини або молекули, мають певні властивості. Найважливіші характеристики елементів, наведені в Періодичній системі, — це порядковий номер, відносна атомна маса тощо (мал. 57).

Мал. 57. Опис характеристик елементів у таблиці Періодичної системи

Висновки:

1. Періодична система містить усі відомі на сьогодні хімічні елементи. Вона складається із семи періодів — горизонтальних рядів, та восьми груп (короткий варіант) — вертикальних рядів.

2. Перші три періоди називають малими, вони складаються з 2 або 8 елементів, а інші — великими, вони складаються з 18 елементів і більше. Деякі групи елементів також мають власні назви.

Контрольні запитання

1. Зі скількох періодів і груп складається сучасна Періодична система?

2. Що називають періодом і групою Періодичної системи?

3. Які періоди Періодичної системи називають малими, а які — великими?

4. Наведіть приклади групових назв хімічних елементів.

5. Скільки елементів міститься в перших трьох періодах Періодичної системи? Виберіть правильну відповідь: а) 10; б) 18; в) 24; г) 63.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Запишіть символи та назви елементів другого періоду Періодичної системи.

2. Скільки елементів міститься; а) у третьому періоді; б) п’ятому періоді?

3. Запишіть символи наведених елементів і опишіть їхнє місце в Періодичній системі: Гідроген, Карбон, Фосфор, Ферум, Аргентум.

4. Як за допомогою Періодичної системи визначити заряд ядра атома? Визначте заряд ядер в атомів Карбону, Нітрогену, Хлору та Кальцію.

5. Укажіть у Періодичній системі елемент із зарядом ядра +79. Запишіть його символ, назву. У якому періоді (великому чи малому) він розташований? Скільки електронів міститься в атомі цього елемента?

6 * . Знайдіть у додатковій літературі приклади елементів, які добуті вченими штучно і не існують у природі. Укажіть їхні порядкові номери та назви.

7 * . Чому, на вашу думку, з усіх відкритих хімічних елементів у природі трапляється тільки 89? Як учені відкрили інші елементи?

§ 11. Періодична система хімічних елементів Д.І. Менделєєва

Усі хімічні елементи, відомі на сьогодні, розміщено в таблиці, яку називають періодичною системою хімічних елементів. Автором періодичної системи є видатний російський учений Дмитро Іванович Менделєєв.

Є багато варіантів періодичної системи, але найчастіше користуються її короткою і довгою формами. У параграфі ми розглянемо будову короткої форми, її вміщено на форзаці підручника.

Періодична система складається з горизонтальних рядів і вертикальних стовпчиків, від перетину яких утворюються клітинки.

Кожний хімічний елемент займає у таблиці одну клітинку. Місце хімічного елемента у тій чи іншій клітинці визначається будовою його атома (детальніше ви це будете вивчати у 8 класі).

Кожна клітинка має порядковий номер, який також є одночасно і порядковим номером хімічного елемента. Також у клітинці вказано назву хімічного елемента і його символ (мал. 61).

МЕНДЕЛЄЄВ Дмитро Іванович (1834-1907).

Видатний російський учений-хімік, член академій наук багатьох країн, автор підручника «Основи хімії». Запропонував теорію походження нафти, розробив технологію виготовлення бездимного пороху, створив теорію розчинів

Мал. 61. Клітинка періодичної системи

Порядковий номер хімічного елемента збігається із зарядом ядра його атома і кількістю електронів у ньому. Очевидно, що в ядрі атома Оксиґену (порядковий номер 8) міститься 8 протонів, заряд ядра атома дорівнює +8, і в атомі є 8 електронів.

У періодичній системі елементи розміщено за зростанням заряду ядер їхніх атомів. Вони утворюють періоди. Є всього сім періодів. Номери періодів указано в першому вертикальному стовпчику періодичної системи, їх позначено арабськими цифрами: 1, 2, 3, 4, 5, 6 і 7.

1, 2 і 3-й періоди складаються з одного ряду, тому їх називають малими.

У 1-му періоді є лише два хімічні елементи — Гідроґен і Гелій. У 2 і 3-му — по 8 елементів. 2-й період розпочинається хімічним елементом Літієм і закінчується Неоном, 3-й — розпочинається Натрієм і закінчується Арґоном.

4, 5 і 6-й періоди складаються з двох рядів кожний, тому їх називають великими періодами. 7-й період є незавершеним, але його теж вважають великим періодом.

Вертикальні стовпчики, у яких зібрано елементи, що мають подібні хімічні властивості (хоча вони можуть відрізнятися за фізичними властивостями), називають групами. Номери груп позначають римськими цифрами. Є вісім груп: І, ІІ, ІІІ, IV, V, VI, VII і VIII. Номери груп позначено у верхньому горизонтальному рядку періодичної системи.

Кожна група складається з головної та побічної підгруп. До головної підгрупи входять елементи великих і малих періодів, до побічної — лише великих. До головної підгрупи І групи входять такі елементи: Гідроґен, Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій і Францій, до побічної — Купрум, Арґентум і Аурум. Як бачите, символи хімічних елементів як головної, так і побічної підгруп написані один під одним, символи елементів побічної підгрупи зміщено відносно символів елементів головної підгрупи. Наприклад, Алюміній знаходиться у головній підгрупі третьої групи, Цинк — у побічній підгрупі другої групи, Сульфур — у головній підгрупі шостої групи.

ВИСНОВКИ

• Періодична система Д.І. Менделєєва складається з горизонтальних рядів (великих і малих періодів) та вертикальних стовпчиків — груп. Кожна група складається з головної та побічної підгруп.
• Номер клітинки, в якій розміщено хімічний елемент, означає заряд ядра атома.
• Усі хімічні елементи розміщено у періодичній системі за зростанням заряду ядер їхніх атомів.

Початковий рівень

• 1. Із яких частин складається періодична система хімічних елементів Д.І. Менделєєва?
• 2. Що таке період? Група?

Середній рівень

• 4. Укажіть назви хімічних елементів, які мають такі порядкові номери в періодичній системі:

Періодичний закон Д. І. Менделєєва (сучасне формулювання).

Періодична система хімічних елементів (таблиця Менделєєва) – класифікація хімічних елементів, що встановлює залежність різних властивостей елементів від заряду атомного ядра. Система є графічним виразом періодичного закону, встановленого російським хіміком Д. І. Менделєєвим в 1869 році.

Група – вертикальний стовпчик у таблиці Менделєєва, у якому розміщені подібні за властивостями хімічні елементи. У короткоперіодному варіанті Періодичної системи кожна група поділяється на підгрупи — головну (або А) і побічну (Б). До складу головної підгрупи входять елементи великих і малих періодів, а до складу побічних підгруп — тільки великих періодів і лише метали. У групах у головних підгрупах виявляється подібність елементів (наприклад однакова вища валентність) та їхніх сполук (наприклад загальні формули вищих оксидів і водневих сполук). У групах із зростанням порядкового номера металічні властивості елементів посилюються, а неметалічні послаблюються.

Періоди- горизонтальні ряди в таблиці Менделєєва. Періодів усього сім. Періоди поділяються на малі, що складаються з одного ряду (1—3 періоди), і великі, що складаються з двох рядів (4—7 періоди). У періодах добре помітна періодичність зміни властивостей елементів, простих речовин, утворених цими елементами, та їх сполук. У періодах із зростанням порядкового номера елементів їх металічні властивості слабшають, а неметалічні посилюються.

Інформацію про будову атома дає: Порядковий номер елементу Номер групи Номер періоду. Можна визначити, користуючись таблицею Менделєєва: Число протонів в атомі Число нейтронів Число електронів Заряд ядра атома Кількість енергетичних рівнів Кількість електронів на зовнішньому рівні

Теорія будови атома. Атом — це електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра, нейтральних часток нейтронів і негативно заряджених електронів. Ядра атомів складаються з елементарних частинок двох видів: протонів (p) і нейтронів (n). Сума протонів і нейтронів у ядрі одного атома називається нуклонним числом де А — нуклонне число, N — число нейтронів, Z — число протонів.

Маси протона та нейтрона приблизно однакові, їх приймають рівними 1 Атоми з однаковим зарядом ядра складають хімічний елемент.Ізотопи — атоми одного й того ж елемента, які мають різне нуклонне число внаслідок різної кількості нейтронів у ядрі.

Розподіл електронів по енергетичним рівням. Третій період 3 енергетичних рівня n=3 кількість орбіталей n2=9 електронів 2 n2=18 3 S2 3 P6 3d10 2 S2 2 P6 1 S2 Другий період – 2 енергетичних рівня n=2 кількість орбіталей n2=4 електронів 2 n2=8 2 S22 P6 1 S2 Перший період – 1 енергетичний рівень n=1 кількість орбіталей n2=1 електронів 2 n2=2 1 S2

Фізичний зміст Періодичного закону В атомах елементів із зростанням порядкового номера відбувається збільшення кількості протонів у ядрі й електронів, що обертаються навколо ядра. При цьому періодично повторюється будова зовнішнього енергетичного рівня. Оскільки властивості елементів багато в чому залежать від числа електронів на зовнішньому енергетичному рівні, то й вони періодично повторюються. Сучасне формулювання Періодичного закону: Властивості хімічних елементів, а також форми й властивості сполук елементів перебувають у періодичній залежності від заряду ядер їхніх атомів.

Подумайте: В ядрі атома 30 протонів та 35 нейтронів. Який порядковий номер та відносна атомна маса елемента?

Знайти елементи за будовою їх електронних шарів:a)1 S22 S2b)1 S22 S22 P3c)1 S22 S22 P63 S1d)1 S22 S22 P63 S2 а) одного періодуб) однієї групив) назвати наведені елементи

Періодичний закон відкритий Д. І. Менделєєвим в березні 1869 року при зіставленні властивостей всіх відомих на той час елементів і величин їхніх атомних мас (ваг). Термін «періодичний закон» Д.І. Менделеев вперше вжив у листопаді 1870, а в жовтні 1871 дав остаточне формулювання періодичного закону: «. властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл, знаходяться у періодичній залежності від їх атомних мас, та зарядів атомних ядер». Графічним (табличним) зображенням періодичного закону є розроблена Менделєєвим періодична система елементів.

Дмитро Іванович Менделєєв народився 8 лютого1834 року у Тобольську, у родині директора місцевої гімназії. З 1850 р. навчався на фізико-математичному факультеті Петербурзького педагогічного інституту. У 1855 р. закінчив його з золотою медаллюІван Павлович Менделєєв, батько вченого. Марія Дмитрівна Менделєєва, мати вченого. Дмитро Іванович Менделеев, 1885 год. Тобольська гімназія, у якій вчився Д.І. Менделєєв. Вид Тобольска

Був направлений учителем гімназії спочатку в Сімферополь, а потім в Одесу. У 1856 р. Дмитро Менделєєв відправився у Петербург і захистив магістерську дисертацію за темою «Про питомі об’єми», після чого на початку 1857 р. був прийнятий приват-доцентом на кафедру хімії Петербурзького університету. 1859 — 1861 р. він перебував у науковому відрядженні у Німеччині, у Гейдельберзькому університеті. У 1860 р. Менделєєв взяв участь у роботі першого міжнародного хімічного конгресу в Карлсрує. У 1861 р. Менделєєв написав перший у Росії підручник з органічної хімії. Навесні 1862 р. підручник був визнаний гідним повної Демидівської премії. У 1863 р. він отримав місце професора у Петербурзькому технологічному інституті, а в 1866 р. — у Петербурзькому університеті, де читав лекції з органічної, неорганічної і технічної хімії. У 1865 р. Менделєєв захистив докторську дисертацію за темою «Про сполуки спирту з водою».перший у Росії підручник з органічної хімії

Феозва Микитична Лещова,Дружина Менделєєва, 1860-е роки. Ганна Іванівна Попова, Друга дружина Менделєєва