Όπου είναι περιοδική. Περιοδικός πίνακας στοιχείων

Πώς να χρησιμοποιήσετε τον περιοδικό πίνακα Για ένα μη μυημένο άτομο, η ανάγνωση του περιοδικού πίνακα είναι το ίδιο με έναν καλικάντζαρο που κοιτάζει τους αρχαίους ρούνους των ξωτικών. Και ο περιοδικός πίνακας, παρεμπιπτόντως, αν χρησιμοποιηθεί σωστά, μπορεί να πει πολλά για τον κόσμο. Εκτός από το ότι σας εξυπηρετεί καλά στις εξετάσεις, είναι επίσης απλά αναντικατάστατο στην επίλυση ενός τεράστιου αριθμού χημικών και φυσικών προβλημάτων. Πώς όμως να το διαβάσετε; Ευτυχώς, σήμερα όλοι μπορούν να μάθουν αυτήν την τέχνη. Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε πώς να κατανοήσετε τον περιοδικό πίνακα.

Περιοδικός Πίνακας χημικά στοιχεία(περιοδικός πίνακας) είναι μια ταξινόμηση χημικών στοιχείων που καθιερώνει την εξάρτηση των διαφόρων ιδιοτήτων των στοιχείων από το φορτίο του ατομικού πυρήνα.

Ιστορικό της δημιουργίας του πίνακα

Ο Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέεφ δεν ήταν ένας απλός χημικός, αν το πιστεύει κανείς. Ήταν χημικός, φυσικός, γεωλόγος, μετρολόγος, οικολόγος, οικονομολόγος, εργάτης πετρελαίου, αεροναύτης, οργανοποιός και δάσκαλος. Κατά τη διάρκεια της ζωής του, ο επιστήμονας κατάφερε να πραγματοποιήσει πολλές θεμελιώδεις έρευνες σε διάφορους τομείς της γνώσης. Για παράδειγμα, πιστεύεται ευρέως ότι ήταν ο Mendeleev που υπολόγισε την ιδανική δύναμη της βότκας - 40 μοίρες. Δεν γνωρίζουμε πώς ένιωθε ο Mendeleev για τη βότκα, αλλά γνωρίζουμε με βεβαιότητα ότι η διατριβή του με θέμα «Λόγος για τον συνδυασμό του αλκοόλ με το νερό» δεν είχε καμία σχέση με τη βότκα και θεωρούσε τις συγκεντρώσεις αλκοόλ από 70 βαθμούς. Με όλα τα πλεονεκτήματα του επιστήμονα, η ανακάλυψη του περιοδικού νόμου των χημικών στοιχείων - ένας από τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης, του έφερε την ευρύτερη φήμη.

Υπάρχει ένας μύθος σύμφωνα με τον οποίο ένας επιστήμονας ονειρεύτηκε τον περιοδικό πίνακα, μετά τον οποίο το μόνο που έπρεπε να κάνει ήταν να τελειοποιήσει την ιδέα που είχε εμφανιστεί. Αλλά, αν όλα ήταν τόσο απλά.. Αυτή η εκδοχή της δημιουργίας του περιοδικού πίνακα, προφανώς, δεν είναι παρά ένας μύθος. Όταν ρωτήθηκε πώς άνοιξε το τραπέζι, ο ίδιος ο Ντμίτρι Ιβάνοβιτς απάντησε: Το σκέφτομαι για ίσως είκοσι χρόνια, και εσύ σκέφτεσαι: Καθόμουν εκεί και ξαφνικά... τελείωσε».

Στα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα, προσπάθειες διευθέτησης των γνωστών χημικών στοιχείων (63 στοιχεία ήταν γνωστά) έγιναν παράλληλα από αρκετούς επιστήμονες. Για παράδειγμα, το 1862, ο Alexandre Emile Chancourtois τοποθέτησε στοιχεία κατά μήκος μιας έλικας και σημείωσε την κυκλική επανάληψη των χημικών ιδιοτήτων. Ο χημικός και μουσικός John Alexander Newlands πρότεινε την εκδοχή του για τον περιοδικό πίνακα το 1866. Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι ο επιστήμονας προσπάθησε να ανακαλύψει κάποια μυστικιστική μουσική αρμονία στη διάταξη των στοιχείων. Μεταξύ άλλων προσπαθειών, υπήρξε και η προσπάθεια του Mendeleev, η οποία στέφθηκε με επιτυχία.

Το 1869 δημοσιεύτηκε το πρώτο διάγραμμα πίνακα και η 1η Μαρτίου 1869 θεωρείται η ημέρα που άνοιξε ο περιοδικός νόμος. Η ουσία της ανακάλυψης του Mendeleev ήταν ότι οι ιδιότητες των στοιχείων με αυξανόμενη ατομική μάζα δεν αλλάζουν μονότονα, αλλά περιοδικά. Η πρώτη έκδοση του πίνακα περιείχε μόνο 63 στοιχεία, αλλά ο Mendeleev πήρε μια σειρά από πολύ αντισυμβατικές αποφάσεις. Έτσι, μάντεψε να αφήσει χώρο στον πίνακα για στοιχεία που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί και άλλαξε επίσης τις ατομικές μάζες ορισμένων στοιχείων. Η θεμελιώδης ορθότητα του νόμου που εξήχθη από τον Mendeleev επιβεβαιώθηκε πολύ σύντομα, μετά την ανακάλυψη του γαλλίου, του σκανδίου και του γερμανίου, η ύπαρξη των οποίων είχε προβλεφθεί από τον επιστήμονα.

Σύγχρονη άποψη του περιοδικού πίνακα

Παρακάτω είναι ο ίδιος ο πίνακας

Σήμερα, αντί για ατομικό βάρος (ατομική μάζα), η έννοια του ατομικού αριθμού (ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα) χρησιμοποιείται για τη διάταξη των στοιχείων. Ο πίνακας περιέχει 120 στοιχεία, τα οποία είναι διατεταγμένα από αριστερά προς τα δεξιά κατά σειρά αυξανόμενου ατομικού αριθμού (αριθμός πρωτονίων)

Οι στήλες του πίνακα αντιπροσωπεύουν τις λεγόμενες ομάδες και οι σειρές αντιπροσωπεύουν τελείες. Ο πίνακας έχει 18 ομάδες και 8 περιόδους.

• Οι μεταλλικές ιδιότητες των στοιχείων μειώνονται όταν κινούνται κατά μήκος μιας περιόδου από αριστερά προς τα δεξιά και αυξάνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση.
• Τα μεγέθη των ατόμων μειώνονται όταν μετακινούνται από αριστερά προς τα δεξιά κατά μήκος περιόδων.
• Καθώς μετακινείστε από πάνω προς τα κάτω μέσα στην ομάδα, οι αναγωγικές ιδιότητες του μετάλλου αυξάνονται.
• Οι οξειδωτικές και μη μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται όταν κινείται κατά μήκος μιας περιόδου από αριστερά προς τα δεξιάΕΓΩ.

Τι μαθαίνουμε για ένα στοιχείο από τον πίνακα; Για παράδειγμα, ας πάρουμε το τρίτο στοιχείο του πίνακα - το λίθιο, και ας το εξετάσουμε λεπτομερώς.

Πρώτα απ 'όλα, βλέπουμε το ίδιο το σύμβολο του στοιχείου και το όνομά του κάτω από αυτό. Στην επάνω αριστερή γωνία βρίσκεται ο ατομικός αριθμός του στοιχείου, με τη σειρά που είναι διατεταγμένο το στοιχείο στον πίνακα. Ο ατομικός αριθμός, όπως ήδη αναφέρθηκε, είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα. Ο αριθμός των θετικών πρωτονίων είναι συνήθως ίσος με τον αριθμό των αρνητικών ηλεκτρονίων σε ένα άτομο (εκτός από τα ισότοπα).

Η ατομική μάζα υποδεικνύεται κάτω από τον ατομικό αριθμό (σε αυτή την επιλογήπίνακες). Αν στρογγυλοποιήσουμε την ατομική μάζα στον πλησιέστερο ακέραιο, παίρνουμε αυτό που ονομάζεται μαζικός αριθμός. Η διαφορά μεταξύ του μαζικού αριθμού και του ατομικού αριθμού δίνει τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα. Έτσι, ο αριθμός των νετρονίων σε έναν πυρήνα ηλίου είναι δύο και στο λίθιο είναι τέσσερα.

Το μάθημά μας «Περιοδικός Πίνακας για Ανδρείκελα» τελείωσε. Εν κατακλείδι, σας προσκαλούμε να παρακολουθήσετε το θεματικό βίντεο και ελπίζουμε ότι το ερώτημα σχετικά με το πώς να χρησιμοποιήσετε τον περιοδικό πίνακα του Mendeleev έχει γίνει πιο σαφές σε εσάς. Σας υπενθυμίζουμε τι να μελετήσετε Νέο αντικείμενοΕίναι πάντα πιο αποτελεσματικό όχι μόνο του, αλλά με τη βοήθεια ενός έμπειρου μέντορα. Γι' αυτό δεν πρέπει ποτέ να τους ξεχνάτε, οι οποίοι με χαρά θα μοιραστούν μαζί σας τις γνώσεις και την εμπειρία τους.

Αποτελείται από κάθετες σειρές (ομάδες) και οριζόντιες σειρές (περιόδους). Για να κατανοήσουμε καλύτερα τις αρχές του συνδυασμού στοιχείων σε ομάδες και περιόδους, ας εξετάσουμε αρκετά στοιχεία, ας πούμε, την πρώτη, την τέταρτη και την έβδομη ομάδα.

Απο τα παραπανω ηλεκτρονικές διαμορφώσειςΜπορεί να φανεί ότι τα εξωτερικά (με την υψηλότερη σε ενέργεια) κελύφη ηλεκτρονίων των ατόμων μιας ομάδας είναι γεμάτα με ηλεκτρόνια εξίσου. Τα στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια κάθετη στήλη του πίνακα ανήκουν σε μία ομάδα. Τα στοιχεία της ομάδας IVA του περιοδικού πίνακα έχουν δύο ηλεκτρόνια στο τροχιακό s και δύο ηλεκτρόνια στο τροχιακό p. Η διαμόρφωση του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων των ατόμων φθορίου F, χλωρίου Cl και βρωμίου Br είναι επίσης η ίδια (δύο s και πέντε ηλεκτρόνια p). Και αυτά τα στοιχεία ανήκουν σε μία ομάδα (VIIA). Τα άτομα των στοιχείων της ίδιας ομάδας έχουν την ίδια δομή με το εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων. Γι' αυτό τέτοια στοιχεία έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Οι χημικές ιδιότητες κάθε στοιχείου καθορίζονται από την ηλεκτρονική δομή των ατόμων αυτού του στοιχείου . Αυτή είναι μια θεμελιώδης αρχή της σύγχρονης χημείας. Αυτό είναι που βρίσκεται κάτω από τον περιοδικό πίνακα.

Ο αριθμός ομάδας του περιοδικού πίνακα αντιστοιχεί στον αριθμό των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων άτομα στοιχείων αυτής της ομάδας. Ο αριθμός της περιόδου (οριζόντια σειρά του περιοδικού πίνακα) συμπίπτει με τον αριθμό του πιο κατειλημμένου τροχιακού ηλεκτρονίου.Για παράδειγμα, το νάτριο και το χλώριο είναι και τα δύο στοιχεία της 3ης περιόδου και και οι δύο τύποι ατόμων έχουν το υψηλότερο επίπεδο γεμάτο με ηλεκτρόνια - το τρίτο.

Αυστηρά μιλώντας, ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων καθορίζει τον αριθμό της ομάδας μόνο για τα λεγόμενα μη μεταβατικά στοιχεία που βρίσκονται σε ομάδες με τον δείκτη γράμματος Α.

Η ηλεκτρονική δομή των ατόμων καθορίζει τις χημικές και φυσικές ιδιότητες των στοιχείων. Και δεδομένου ότι η ηλεκτρονική δομή των ατόμων επαναλαμβάνεται μετά από μια περίοδο, οι ιδιότητες των στοιχείων επαναλαμβάνονται επίσης περιοδικά.

Περιοδικός νόμοςΟ D.I Mendeleev έχει την ακόλουθη διατύπωση: «Οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων, καθώς και οι μορφές και οι ιδιότητες των απλών ουσιών και ενώσεων που σχηματίζουν, εξαρτώνται περιοδικά από το μέγεθος των φορτίων των πυρήνων των ατόμων τους»..

Ατομικά μεγέθη

Θα πρέπει να σταθούμε σε δύο ακόμη είδη πληροφοριών που λαμβάνονται από τον περιοδικό πίνακα. Το πρώτο από αυτά είναι το ζήτημα του μεγέθους (ακτίνας) των ατόμων. Εάν μετακινηθείτε προς τα κάτω μέσα σε μια δεδομένη ομάδα, η μετάβαση σε κάθε επόμενο στοιχείο σημαίνει ότι γεμίζετε το επόμενο με ηλεκτρόνια, όλο και περισσότερα υψηλό επίπεδο. Στην ομάδα ΙΑ, το εξωτερικό ηλεκτρόνιο του ατόμου νατρίου βρίσκεται στο τροχιακό 3s, το κάλιο είναι στο τροχιακό 4s, το ρουβίδιο είναι στο τροχιακό 5s, κ.λπ. Δεδομένου ότι το τροχιακό 4s είναι μεγαλύτερο σε μέγεθος από το τροχιακό 3s, το άτομο του καλίου είναι μεγαλύτερο σε μέγεθος από το άτομο νατρίου. Για τον ίδιο λόγο σε κάθε ομάδα τα μεγέθη των ατόμων αυξάνονται από πάνω προς τα κάτω .

Καθώς μετακινείστε προς τα δεξιά σε μια περίοδο, οι ατομικές μάζες αυξάνονται, αλλά τα μεγέθη των ατόμων, κατά κανόνα, μειώνονται. Στη 2η περίοδο, για παράδειγμα, το άτομο Neon Ne είναι μικρότερο σε μέγεθος από το άτομο του φθορίου, το οποίο, με τη σειρά του, είναι μικρότερο από το άτομο οξυγόνου.

Ηλεκτραρνητικότητα

Μια άλλη τάση που αποκαλύπτεται από τον περιοδικό πίνακα είναι η φυσική αλλαγή στην ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων, δηλαδή η σχετική ικανότητα των ατόμων να προσελκύουν ηλεκτρόνια που σχηματίζουν δεσμούς με άλλα άτομα. Για παράδειγμα, τα άτομα ευγενών αερίων δεν τείνουν να κερδίζουν ή να χάνουν ηλεκτρόνια, ενώ τα άτομα μετάλλων εγκαταλείπουν εύκολα ηλεκτρόνια και τα άτομα μη μετάλλου τα δέχονται εύκολα. Η ηλεκτροαρνητικότητα (η ικανότητα έλξης, απόκτησης ηλεκτρονίων) αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά μέσα σε μια περίοδο και από κάτω προς τα πάνω μέσα σε μια ομάδα.Η τελευταία ομάδα (αδρανή αέρια) εμπίπτει εκτός αυτών των μοτίβων.

Το φθόριο F, που βρίσκεται στην επάνω δεξιά γωνία του περιοδικού πίνακα, είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο και το φράγκιο Fr, που βρίσκεται στην κάτω αριστερή γωνία, είναι το λιγότερο ηλεκτραρνητικό. Η αλλαγή στην ηλεκτραρνητικότητα φαίνεται επίσης με βέλη στο σχήμα. Χρησιμοποιώντας αυτή την κανονικότητα, μπορεί κανείς, για παράδειγμα, να ισχυριστεί ότι το οξυγόνο είναι πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο από τον άνθρακα ή το θείο. Αυτό σημαίνει ότι τα άτομα οξυγόνου προσελκύουν ηλεκτρόνια πιο έντονα από τα άτομα άνθρακα και θείου.

Η πρώτη και ευρέως γνωστή κλίμακα σχετικής ατομικής ηλεκτραρνητικότητας του Pauling κυμαίνεται από 0,7 για άτομα φραγκίου έως 4,0 για άτομα φθορίου.

Ηλεκτρονική δομή ευγενών αερίων

Τα στοιχεία της τελευταίας ομάδας του περιοδικού πίνακα ονομάζονται αδρανή (ευγενή) αέρια. Στα άτομα αυτών των στοιχείων, εκτός από το ήλιο He, υπάρχουν οκτώ ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων. Τα ευγενή αέρια δεν εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις και δεν σχηματίζουν καμία ένωση με άλλα στοιχεία (εκτός από ελάχιστες εξαιρέσεις). Αυτό συμβαίνει επειδή η διαμόρφωση των οκτώ ηλεκτρονίων στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων είναι εξαιρετικά σταθερή.

Σχηματίζονται άτομα άλλων στοιχείων χημικοί δεσμοίώστε να υπάρχουν οκτώ ηλεκτρόνια στο εξωτερικό τους περίβλημα. Αυτή η θέση ονομάζεται συχνά κανόνας οκτάδας .

Περιοδικός πίνακας στοιχείων D.I. Mendeleev, φυσικό, που είναι μια έκφραση σε μορφή πίνακα (ή άλλη γραφική). Ο περιοδικός πίνακας στοιχείων αναπτύχθηκε από τον D.I Mendeleev το 1869-1871.

Ιστορία του περιοδικού πίνακα στοιχείων.Από τη δεκαετία του '30 του 19ου αιώνα έγιναν προσπάθειες συστηματοποίησης από διάφορους επιστήμονες στην Αγγλία και τις ΗΠΑ. Mendeleev - I. Döbereiner, J. Dumas, Γάλλος χημικός A. Chancourtois, Άγγλος. Οι χημικοί W. Odling, J. Newlands και άλλοι διαπίστωσαν την ύπαρξη ομάδων στοιχείων με παρόμοιες χημικές ιδιότητες, τις λεγόμενες «φυσικές ομάδες» (για παράδειγμα, οι «τριάδες» του Döbereiner). Ωστόσο, αυτοί οι επιστήμονες δεν προχώρησαν περισσότερο από την καθιέρωση συγκεκριμένων προτύπων εντός των ομάδων. Το 1864, ο L. Meyer, βασισμένος σε δεδομένα, πρότεινε έναν πίνακα που δείχνει την αναλογία για πολλές χαρακτηριστικές ομάδες στοιχείων. Ο Meyer δεν έκανε θεωρητικά μηνύματα από το τραπέζι του.

Το πρωτότυπο του επιστημονικού περιοδικού συστήματος στοιχείων ήταν ο πίνακας «Η εμπειρία ενός συστήματος στοιχείων με βάση τη χημική τους ομοιότητα», που συντάχθηκε από τον Mendeleev την 1η Μαρτίου 1869 ( ρύζι. 1). Τα επόμενα δύο χρόνια, ο συγγραφέας βελτίωσε αυτόν τον πίνακα, εισήγαγε ιδέες για ομάδες, σειρές και περιόδους στοιχείων. έκανε μια προσπάθεια εκτίμησης της χωρητικότητας μικρών και μεγάλων περιόδων, που περιείχαν, κατά τη γνώμη του, 7 και 17 στοιχεία, αντίστοιχα. Το 1870 ονόμασε το σύστημά του φυσικό, και το 1871 - περιοδικό. Ακόμη και τότε, η δομή του περιοδικού πίνακα των στοιχείων απέκτησε σε μεγάλο βαθμό σύγχρονα περιγράμματα ( ρύζι. 2).

Ο περιοδικός πίνακας στοιχείων δεν κέρδισε αμέσως την αναγνώριση ως θεμελιώδης επιστημονική γενίκευση. η κατάσταση άλλαξε σημαντικά μόνο μετά την ανακάλυψη των Ga, Sc, Ge και την καθιέρωση του δισθενούς του Be (θεωρήθηκε τρισθενής για μεγάλο χρονικό διάστημα). Ωστόσο, το περιοδικό σύστημα στοιχείων αντιπροσώπευε σε μεγάλο βαθμό μια εμπειρική γενίκευση των γεγονότων, αφού η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου ήταν ασαφής και δεν υπήρχε εξήγηση για τους λόγους της περιοδικής αλλαγής στις ιδιότητες των στοιχείων ανάλογα με την αύξηση. Ως εκ τούτου, μέχρι τη φυσική τεκμηρίωση του περιοδικού νόμου και την ανάπτυξη της θεωρίας του περιοδικού συστήματος των στοιχείων, πολλά γεγονότα δεν μπορούσαν να εξηγηθούν. Έτσι, η ανακάλυψη στα τέλη του 19ου αιώνα ήταν απροσδόκητη. , που φαινόταν να μην έχει θέση στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων. αυτή η δυσκολία εξαλείφθηκε λόγω της συμπερίληψης στοιχείων μιας ανεξάρτητης μηδενικής ομάδας (αργότερα υποομάδα VIIIa) στον περιοδικό πίνακα. Η ανακάλυψη πολλών «ραδιοστοιχείων» στις αρχές του 20ου αιώνα. οδήγησε σε μια αντίφαση μεταξύ της ανάγκης για τοποθέτησή τους στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων και της δομής του (για περισσότερα από 30 τέτοια στοιχεία υπήρχαν 7 «κενές» θέσεις στην έκτη και έβδομη περίοδο). Αυτή η αντίφαση ξεπεράστηκε ως αποτέλεσμα της ανακάλυψης. Τέλος, η τιμή () ως παράμετρος που καθορίζει τις ιδιότητες των στοιχείων έχασε σταδιακά το νόημά της.

Ένας από τους κύριους λόγους για την αδυναμία εξήγησης φυσική έννοιαο περιοδικός νόμος και το περιοδικό σύστημα στοιχείων συνίστατο στην απουσία μιας θεωρίας δομής (βλέπε, Ατομική φυσική). Επομένως, το πιο σημαντικό ορόσημο στην ανάπτυξη του περιοδικού συστήματος στοιχείων ήταν το πλανητικό μοντέλο που πρότεινε ο E. Rutherford (1911). Στη βάση του, ο Ολλανδός επιστήμονας A. van den Broek πρότεινε (1913) ότι ένα στοιχείο στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων (Z) είναι αριθμητικά ίσο με το φορτίο του πυρήνα (σε μονάδες στοιχειώδους φορτίου). Αυτό επιβεβαιώθηκε πειραματικά από τον G. Moseley (1913-14, βλ. νόμο του Moseley). Έτσι, κατέστη δυνατό να διαπιστωθεί ότι η συχνότητα των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων εξαρτάται από , και όχι από . Ως αποτέλεσμα, το κατώτερο όριο του περιοδικού συστήματος στοιχείων καθορίστηκε σε επιστημονική βάση (ως στοιχείο με ελάχιστο Z = 1). Ο αριθμός των στοιχείων μεταξύ και υπολογίζεται με ακρίβεια. Έχει διαπιστωθεί ότι τα «κενά» στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων αντιστοιχούν σε άγνωστα στοιχεία με Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87.

Ωστόσο, το ζήτημα του ακριβούς αριθμού παρέμενε ασαφές και (τι είναι ιδιαίτερα σημαντικό) οι λόγοι για την περιοδική αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων που εξαρτώνται από το Z δεν αποκαλύφθηκαν σύστημα στοιχείων που βασίζεται σε κβαντικές έννοιες της δομής (βλ. Περαιτέρω). Η φυσική τεκμηρίωση του περιοδικού νόμου και η ανακάλυψη του φαινομένου της ισοτονίας κατέστησαν δυνατό τον επιστημονικό ορισμό της έννοιας "" (""). Ο επισυναπτόμενος περιοδικός πίνακας (βλ Εγώ θα.) περιέχει σύγχρονες έννοιεςστοιχεία στην κλίμακα άνθρακα σύμφωνα με τον Διεθνή Πίνακα του 1973. Τα μακροβιότερα εμφανίζονται σε αγκύλες. Αντί για τα πιο σταθερά 99 Tc, 226 Ra, 231 Pa και 237 Np, αυτά υιοθετήθηκαν (1969) από τη Διεθνή Επιτροπή στις.

Δομή του περιοδικού πίνακα στοιχείων. Ο σύγχρονος (1975) περιοδικός πίνακας στοιχείων καλύπτει 106; Από αυτά, όλο το υπερουράνιο (Z = 93-106), καθώς και στοιχεία με Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) και 87 (Fr) ελήφθησαν τεχνητά. Σε όλη την ιστορία του περιοδικού συστήματος στοιχείων, έχει προταθεί ένας μεγάλος αριθμός (πολλές εκατοντάδες) από τις παραλλαγές του. γραφική εικόνα, κυρίως με τη μορφή πινάκων. Οι εικόνες είναι επίσης γνωστές με τη μορφή διαφόρων γεωμετρικών σχημάτων (χωρικών και επίπεδων), αναλυτικών καμπυλών (για παράδειγμα,) κ.λπ. Οι πιο διαδεδομένες είναι τρεις μορφές του περιοδικού πίνακα στοιχείων: σύντομος, που προτείνεται από τον Mendeleev ( ρύζι. 2) και έλαβε καθολική αναγνώριση (σε σύγχρονη μορφήδίνεται στις Εγώ θα.) μακρύς ( ρύζι. 3) σκάλα ( ρύζι. 4). Η μακρά μορφή αναπτύχθηκε επίσης από τον Mendeleev και σε βελτιωμένη μορφή προτάθηκε το 1905 από τον A. Werner. Η μορφή σκάλας προτάθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα T. Bailey (1882), τον Δανό επιστήμονα J. Thomsen (1895) και βελτιώθηκε από τον N. (1921). Καθένα από τρεις μορφέςέχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η θεμελιώδης αρχή της κατασκευής του περιοδικού πίνακα των στοιχείων είναι η διαίρεση όλων σε ομάδες και περιόδους. Κάθε ομάδα με τη σειρά της χωρίζεται σε κύριες (α) και δευτερεύουσες (β) υποομάδες. Κάθε υποομάδα περιέχει στοιχεία που έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Στοιχεία των α- και β-υποομάδων σε κάθε ομάδα, κατά κανόνα, παρουσιάζουν κάποια χημική ομοιότητα μεταξύ τους, κυρίως στις υψηλότερες, οι οποίες, κατά κανόνα, αντιστοιχούν στον αριθμό της ομάδας. Μια περίοδος είναι ένα σύνολο στοιχείων που αρχίζει και τελειώνει (μια ειδική περίπτωση είναι η πρώτη περίοδος). Κάθε περίοδος περιέχει έναν αυστηρά καθορισμένο αριθμό στοιχείων. Ο περιοδικός πίνακας στοιχείων αποτελείται από 8 ομάδες και 7 περιόδους (η έβδομη δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί).

Η ιδιαιτερότητα της πρώτης περιόδου είναι ότι περιέχει μόνο 2 στοιχεία: H και He. Η θέση του H στο σύστημα είναι διφορούμενη: δεδομένου ότι παρουσιάζει ιδιότητες κοινές με και με, τοποθετείται είτε στην Ia-ή (κατά προτίμηση) στην υποομάδα VIIa. - ο πρώτος εκπρόσωπος της υποομάδας VIIa (ωστόσο, για μεγάλο χρονικό διάστημα, ο Ne και όλοι συνδυάστηκαν σε μια ανεξάρτητη μηδενική ομάδα).

Η δεύτερη περίοδος (Li - Ne) περιέχει 8 στοιχεία. Αρχίζει με το Li, το μόνο από τα οποία είναι ίσο με το I. Μετά έρχεται το Be - , II. Ο μεταλλικός χαρακτήρας του επόμενου στοιχείου Β εκφράζεται ασθενώς (III). Το C που ακολουθεί είναι τυπικό και μπορεί να είναι είτε θετικά είτε αρνητικά τετρασθενές. Τα ακόλουθα N, O, F και Ne -, και μόνο για το N το υψηλότερο V αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας. μόνο σε σπάνιες περιπτώσεις δείχνει θετικό, και για το F VI είναι γνωστό. Η περίοδος Νε τελειώνει.

Η τρίτη περίοδος (Na - Ar) περιέχει επίσης 8 στοιχεία, η φύση των αλλαγών στις ιδιότητες των οποίων είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοια με αυτή που παρατηρήθηκε στη δεύτερη περίοδο. Ωστόσο, το Mg, σε αντίθεση με το Be, είναι πιο μεταλλικό, όπως και το Al σε σύγκριση με το B, αν και το Al είναι εγγενές. Τα Si, P, S, Cl, Ar είναι τυπικά, αλλά όλα (εκτός από το Ar) παρουσιάζουν υψηλότερες τιμές ίσες με τον αριθμό της ομάδας. Έτσι και στις δύο περιόδους, όσο αυξάνεται το Ζ, παρατηρείται εξασθένηση του μεταλλικού και ενίσχυση του μη μεταλλικού χαρακτήρα των στοιχείων. Ο Mendeleev αποκάλεσε χαρακτηριστικά τα στοιχεία της δεύτερης και της τρίτης περιόδου (μικρά, κατά την ορολογία του). Είναι σημαντικό ότι είναι από τα πιο κοινά στη φύση και τα C, N και O είναι, μαζί με το H, τα κύρια στοιχεία της οργανικής ύλης (οργανογόνα). Όλα τα στοιχεία των τριών πρώτων περιόδων περιλαμβάνονται στις υποομάδες α.

Με σύγχρονη ορολογία(βλ. παρακάτω), τα στοιχεία αυτών των περιόδων ανήκουν στα στοιχεία s (αλκαλική και αλκαλική γη), συστατικά των υποομάδων Ia- και IIa (που επισημαίνονται με κόκκινο στον πίνακα χρώματος) και στα στοιχεία p (B - Ne , At - Ar), περιλαμβάνονται στις υποομάδες IIIa - VIIIa (τα σύμβολά τους επισημαίνονται πορτοκάλι). Για στοιχεία μικρών περιόδων, με αύξηση, πρώτα παρατηρείται μείωση και στη συνέχεια, όταν ο αριθμός στο εξωτερικό κέλυφος αυξάνεται ήδη σημαντικά, η αμοιβαία απώθησή τους οδηγεί σε αύξηση. Το επόμενο μέγιστο επιτυγχάνεται στην αρχή της επόμενης περιόδου στο αλκαλικό στοιχείο. Περίπου το ίδιο μοτίβο είναι χαρακτηριστικό για.

Η τέταρτη περίοδος (K - Kr) περιέχει 18 στοιχεία (η πρώτη μεγάλη περίοδος, σύμφωνα με τον Mendeleev). Μετά το Κ και την αλκαλική γη Ca (s-στοιχεία) έρχεται μια σειρά από δέκα λεγόμενα (Sc - Zn) ή d-στοιχεία (τα σύμβολα δίνονται με μπλε χρώμα), τα οποία περιλαμβάνονται στις υποομάδες των 6 αντίστοιχων ομάδων του περιοδικός πίνακας στοιχείων. Η πλειοψηφία (όλες) εμφανίζουν υψηλότερα επίπεδα ίσα με τον αριθμό της ομάδας. Η εξαίρεση είναι η τριάδα Fe - Co - Ni, όπου τα δύο τελευταία στοιχεία είναι στο μέγιστο θετικά τρισθενή, και υπό ορισμένες συνθήκες είναι γνωστή στο VI. Τα στοιχεία, ξεκινώντας από Ga και τελειώνοντας με Kr (p-στοιχεία), ανήκουν στις υποομάδες a και η φύση της αλλαγής των ιδιοτήτων τους είναι η ίδια όπως στα αντίστοιχα διαστήματα Z για στοιχεία της δεύτερης και της τρίτης περιόδου. Έχει διαπιστωθεί ότι το Kr είναι ικανό να σχηματιστεί (κυρίως με F), αλλά το VIII είναι άγνωστο για αυτό.

Η πέμπτη περίοδος (Rb - Xe) κατασκευάζεται παρόμοια με την τέταρτη. έχει επίσης ένα ένθετο 10 (Y - Cd), d-στοιχείων. Ειδικά χαρακτηριστικά της περιόδου: 1) στην τριάδα Ru - Rh - Pd δείχνει μόνο VIII. 2) όλα τα στοιχεία των υποομάδων a παρουσιάζουν υψηλότερες τιμές ίσες με τον αριθμό της ομάδας, συμπεριλαμβανομένου του Xe. 3) Έχω αδύναμες μεταλλικές ιδιότητες. Έτσι, η φύση της αλλαγής των ιδιοτήτων καθώς το Z αυξάνεται για τα στοιχεία της τέταρτης και της πέμπτης περιόδου είναι πιο περίπλοκη, καθώς οι μεταλλικές ιδιότητες διατηρούνται σε μεγάλο εύρος.

Η έκτη περίοδος (Cs - Rn) περιλαμβάνει 32 στοιχεία. Εκτός από 10 d-στοιχεία (La, Hf - Hg), περιέχει ένα σύνολο 14 f-στοιχείων, από Ce έως Lu (μαύρα σύμβολα). Τα στοιχεία La έως Lu είναι χημικά αρκετά παρόμοια. Στη σύντομη μορφή του περιοδικού πίνακα, τα στοιχεία περιλαμβάνονται στο La (καθώς είναι κυρίαρχα III) και γράφονται ως ξεχωριστή γραμμή στο κάτω μέρος του πίνακα. Αυτή η τεχνική είναι κάπως άβολη, καθώς 14 στοιχεία φαίνεται να βρίσκονται εκτός του πίνακα. Οι μακριές και κλιμακωτές μορφές του περιοδικού συστήματος στοιχείων δεν έχουν τέτοιο μειονέκτημα, το οποίο αντικατοπτρίζει καλά την ιδιαιτερότητα στο πλαίσιο της ολιστικής δομής του περιοδικού συστήματος στοιχείων. Χαρακτηριστικά της περιόδου: 1) στην τριάδα Os - Ir - Pt δείχνει μόνο VIII. 2) Το At έχει πιο έντονο (σε σύγκριση με 1) μεταλλικό χαρακτήρα. 3) Το Rn, προφανώς (έχει μελετηθεί ελάχιστα), θα πρέπει να είναι το πιο αντιδραστικό από τα .

Η έβδομη περίοδος, που ξεκινά με Fr (Z = 87), θα πρέπει επίσης να περιέχει 32 στοιχεία, από τα οποία τα 20 είναι γνωστά μέχρι στιγμής (μέχρι το στοιχείο με Z = 106). Τα Fr και Ra είναι στοιχεία των υποομάδων Ia- και IIa, αντίστοιχα (s-στοιχεία), το Ac είναι ανάλογο των στοιχείων της υποομάδας IIIb (d-στοιχείο). Τα επόμενα 14 στοιχεία, τα στοιχεία f (με Ζ από 90 έως 103), αποτελούν την οικογένεια. Στη σύντομη μορφή του περιοδικού πίνακα των στοιχείων, καταλαμβάνουν Ac και γράφονται ως ξεχωριστή γραμμή στο κάτω μέρος του πίνακα, παρόμοια με, σε αντίθεση με την οποία χαρακτηρίζονται από σημαντική ποικιλομορφία. Σε σχέση με αυτό, χημικά οι σειρές παρουσιάζουν αξιοσημείωτες διαφορές. Μελετώντας χημική φύσηστοιχεία με Z = 104 και Z = 105 έδειξαν ότι αυτά τα στοιχεία είναι ανάλογα και, αντίστοιχα, d-στοιχεία, και θα πρέπει να τοποθετηθούν στις υποομάδες IVb- και Vb. Τα επόμενα στοιχεία έως το Z = 112 πρέπει επίσης να είναι μέλη β-υποομάδων και στη συνέχεια (Z = 113-118) θα εμφανιστούν τα στοιχεία p (IIIa - VIlla-υποομάδες).

Θεωρία του περιοδικού πίνακα στοιχείων.Η θεωρία του περιοδικού συστήματος στοιχείων βασίζεται στην ιδέα των συγκεκριμένων μοτίβων κατασκευής ηλεκτρονικών κελυφών (στρώματα, επίπεδα) και υποκελύφους (κελύφη, υποεπίπεδα) καθώς το Z αυξάνεται (βλέπε, Ατομική φυσική). Αυτή η ιδέα αναπτύχθηκε το 1913-21, λαμβάνοντας υπόψη τη φύση της αλλαγής των ιδιοτήτων στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων και τα αποτελέσματα της μελέτης τους. αποκάλυψε τρία σημαντικά χαρακτηριστικά του σχηματισμού ηλεκτρονικών διαμορφώσεων: 1) η πλήρωση ηλεκτρονικών κελυφών (εκτός από τα κελύφη που αντιστοιχούν στις τιμές του κύριου κβαντικού αριθμού n = 1 και 2) δεν συμβαίνει μονότονα μέχρι την πλήρη χωρητικότητά τους, αλλά διακόπτεται από την εμφάνιση αδρανών που σχετίζονται με κελύφη με μεγάλες τιμές n. 2) παρόμοιοι τύποι ηλεκτρονικών διαμορφώσεων επαναλαμβάνονται περιοδικά. 3) τα όρια των περιόδων του περιοδικού συστήματος στοιχείων (με εξαίρεση το πρώτο και το δεύτερο) δεν συμπίπτουν με τα όρια των διαδοχικών φλοιών ηλεκτρονίων.

Στον συμβολισμό που υιοθετείται στην ατομική φυσική, το πραγματικό σχήμα για το σχηματισμό ηλεκτρονικών διαμορφώσεων καθώς το Z αυξάνεται μπορεί να είναι σε γενική εικόναγράφεται ως εξής:

Οι κάθετες γραμμές χωρίζουν τις περιόδους του περιοδικού πίνακα των στοιχείων (οι αριθμοί τους υποδεικνύονται με αριθμούς στην κορυφή). Τα υποκελύφη που ολοκληρώνουν την κατασκευή κελυφών με δεδομένο n επισημαίνονται με έντονη γραφή. Κάτω από τις ονομασίες του υποκελύφους υπάρχουν οι τιμές των κβαντικών αριθμών του κύριου (n) και του τροχιακού (l), που χαρακτηρίζουν τα διαδοχικά γεμισμένα υποκελύφη. Σύμφωνα με, η χωρητικότητα κάθε κελύφους ηλεκτρονίων είναι 2n 2 και η χωρητικότητα κάθε υποκέλυφος είναι 2 (2l + 1). Από το παραπάνω διάγραμμα προσδιορίζονται εύκολα οι χωρητικότητες των διαδοχικών περιόδων: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32... Κάθε περίοδος αρχίζει με ένα στοιχείο στο οποίο εμφανίζεται με νέα τιμή n. Έτσι, οι περίοδοι μπορούν να χαρακτηριστούν ως συλλογές στοιχείων, ξεκινώντας με ένα στοιχείο με τιμή n ίση με τον αριθμό της περιόδου, και l = 0 (ns 1 -στοιχεία) και τελειώνοντας με ένα στοιχείο με το ίδιο n και l = 1 ( np 6 -στοιχεία); η εξαίρεση είναι η πρώτη περίοδος, η οποία περιέχει μόνο στοιχεία ls. Στην περίπτωση αυτή, οι α-υποομάδες περιλαμβάνουν στοιχεία για τα οποία το n είναι ίσο με τον αριθμό περιόδου και l = 0 ή 1, δηλαδή, συμβαίνει η κατασκευή ενός κελύφους ηλεκτρονίων με δεδομένο n. Οι β-υποομάδες περιλαμβάνουν στοιχεία στα οποία συμβαίνει η ολοκλήρωση των κελυφών που παρέμειναν ημιτελή (στο σε αυτήν την περίπτωσηΤο n είναι μικρότερο από τον αριθμό της περιόδου και l = 2 ή 3). Η πρώτη - τρίτη περίοδος του περιοδικού πίνακα στοιχείων περιέχει μόνο στοιχεία των α-υποομάδων.

Το δεδομένο πραγματικό σχήμα για τον σχηματισμό ηλεκτρονικών διαμορφώσεων δεν είναι άψογο, καθώς σε ορισμένες περιπτώσεις παραβιάζονται τα σαφή όρια μεταξύ των διαδοχικών γεμισμένων υποκελυφών (για παράδειγμα, μετά την πλήρωση του υποκελύφους 6s σε Cs και Ba, όχι ένα 4f, αλλά ένα 5d εμφανίζεται ηλεκτρόνιο, υπάρχει ένα ηλεκτρόνιο 5d στο Gd κ.λπ.). Επιπλέον, το αρχικό πραγματικό κύκλωμα δεν θα μπορούσε να προέλθει από θεμελιώδεις φυσικές έννοιες. ένα τέτοιο συμπέρασμα κατέστη δυνατό χάρη στην εφαρμογή στο πρόβλημα της δομής.

Τύποι διαμορφώσεων εξωτερικών ηλεκτρονικών κελυφών (on Εγώ θα.υποδεικνύονται διαμορφώσεις) καθορίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά της χημικής συμπεριφοράς των στοιχείων. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ειδικά για στοιχεία των α-υποομάδων (s- και p-στοιχεία), των β-υποομάδων (d-στοιχεία) και των f-οικογενειών (και ). Ιδιαίτερη περίπτωσηαντιπροσωπεύουν τα στοιχεία της πρώτης περιόδου (H και He). Η υψηλή χημική ατομικότητα εξηγείται από την ευκολία αφαίρεσης ενός μόνο ηλεκτρονίου ls, ενώ η διαμόρφωση (1s 2) είναι πολύ ισχυρή, γεγονός που καθορίζει την χημική αδράνεια.

Δεδομένου ότι τα εξωτερικά κελύφη ηλεκτρονίων των στοιχείων των α-υποομάδων είναι γεμάτα (με n ίσο με τον αριθμό της περιόδου), οι ιδιότητες των στοιχείων αλλάζουν αισθητά καθώς το Z αυξάνεται. Έτσι, στη δεύτερη περίοδο το Li (διάταξη 2s 1) είναι χημικά ενεργό , που χάνει εύκολα το σθένος, ένα Be (2s 2) - επίσης, αλλά λιγότερο ενεργό. Ο μεταλλικός χαρακτήρας του επόμενου στοιχείου Β (2s 2 p) εκφράζεται ασθενώς και όλα τα επόμενα στοιχεία της δεύτερης περιόδου, στην οποία έχει δημιουργηθεί το υποκέλυφος 2p, είναι στενότερα. Η διαμόρφωση οκτώ ηλεκτρονίων του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων Ne (2s 2 p 6) είναι εξαιρετικά ισχυρή, επομένως - . Παρόμοιος χαρακτήρας αλλαγών στις ιδιότητες παρατηρείται σε στοιχεία της τρίτης περιόδου και σε s-και p-στοιχείαΌλες οι επόμενες περιόδους, ωστόσο, η αποδυνάμωση της σύνδεσης μεταξύ του εξωτερικού και του πυρήνα στις α-υποομάδες καθώς το Z αυξάνεται κατά κάποιο τρόπο επηρεάζει τις ιδιότητές τους. Έτσι, για τα στοιχεία s υπάρχει μια αξιοσημείωτη αύξηση στις χημικές ιδιότητες και για τα στοιχεία p υπάρχει μια αύξηση στις μεταλλικές ιδιότητες. Στην υποομάδα VIIIa, η σταθερότητα της διαμόρφωσης ns 2 np 6 εξασθενεί, με αποτέλεσμα ήδη η Kr (η τέταρτη περίοδος) να αποκτήσει τη δυνατότητα εισόδου. Η ιδιαιτερότητα των p-στοιχείων της 4ης-6ης περιόδου οφείλεται επίσης στο γεγονός ότι διαχωρίζονται από τα στοιχεία s με σύνολα στοιχείων στα οποία συμβαίνει η κατασκευή προηγούμενων κελυφών ηλεκτρονίων.

Για τα μεταβατικά d στοιχεία των β-υποομάδων, τα ημιτελή κελύφη με n συμπληρώνονται κατά ένα λιγότερο από τον αριθμό της περιόδου. Η διαμόρφωση των εξωτερικών κελυφών τους, κατά κανόνα, είναι ns 2. Επομένως όλα τα d-στοιχεία είναι . Μια παρόμοια δομή του εξωτερικού κελύφους των d-στοιχείων σε κάθε περίοδο οδηγεί στο γεγονός ότι η αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων d καθώς αυξάνεται το Z δεν είναι απότομη και μια σαφής διαφορά βρίσκεται μόνο στα υψηλότερα, στα οποία το d -τα στοιχεία παρουσιάζουν κάποια ομοιότητα με τα στοιχεία p των αντίστοιχων ομάδων της περιοδικής περιόδου. Η ιδιαιτερότητα των στοιχείων της υποομάδας VIIIb εξηγείται από το γεγονός ότι τα d-υποκέλυφά τους είναι κοντά στην ολοκλήρωση, και επομένως αυτά τα στοιχεία δεν τείνουν (με εξαίρεση τα Ru και Os) να παρουσιάζουν υψηλότερα . Για στοιχεία της υποομάδας Ib (Cu, Ag, Au), το d-subshell είναι στην πραγματικότητα πλήρες, αλλά δεν έχει ακόμη σταθεροποιηθεί επαρκώς, αυτά τα στοιχεία παρουσιάζουν επίσης υψηλότερα (έως και III στην περίπτωση του Au).

Έννοια του Περιοδικού Πίνακα Στοιχείων. Ο περιοδικός πίνακας στοιχείων έπαιξε και συνεχίζει να παίζει τεράστιο ρόλο στην ανάπτυξη της φυσικής επιστήμης. Ήταν το σημαντικότερο επίτευγμα της ατομικής-μοριακής επιστήμης και κατέστησε δυνατό να δοθεί ένας σύγχρονος ορισμός της έννοιας «» και να διευκρινιστούν οι έννοιες των ενώσεων. Τα μοτίβα που αποκαλύφθηκαν από το περιοδικό σύστημα στοιχείων είχαν σημαντικό αντίκτυπο στην ανάπτυξη της θεωρίας της δομής και συνέβαλαν στην εξήγηση του φαινομένου της ισοτονίας. Το περιοδικό σύστημα στοιχείων συνδέεται με μια αυστηρά επιστημονική διατύπωση του προβλήματος της πρόβλεψης σε στοιχεία. Ο περιοδικός πίνακας στοιχείων είναι το θεμέλιο, κυρίως ανόργανο. Βοηθά σημαντικά στην επίλυση προβλημάτων σύνθεσης με προκαθορισμένες ιδιότητες, στην ανάπτυξη νέων υλικών, ιδιαίτερα των ημιαγωγών, στην επιλογή υλικών ειδικών για διάφορες χημικές διεργασίες κ.λπ. Ο περιοδικός πίνακας στοιχείων αποτελεί επίσης την επιστημονική βάση για τη διδασκαλία.

Λιτ.: Mendeleev D.I., Περιοδικός νόμος. Βασικά άρθρα, Μ., 1958; Kedrov B.M., Τρεις όψεις του ατομισμού. Μέρος 3. Νόμος του Mendeleev, M., 1969; Rabinovich E., Tilo E., Περιοδικός πίνακας στοιχείων. History and theory, M.-L., 1933; Karapetyants M. Kh., Drakin S. I., Stroenie, M., 1967; Astakhov K.V., Τωρινή κατάστασηπεριοδικό σύστημα του D. I. Mendeleev, M., 1969; Kedrov B. M., Trifonov D. N., Ο νόμος της περιοδικότητας και. Discoveries and chronology, M., 1969; Εκατό χρόνια του περιοδικού νόμου. Συλλογή άρθρων, Μ., 1969; Εκατό χρόνια του περιοδικού νόμου. Reports at Plenary sessions, M., 1971; Spronsen J. W. van, Το περιοδικό σύστημα των χημικών στοιχείων. Μια ιστορία των πρώτων εκατό ετών, Amst.-L.-N.Y., 1969; Klechkovsky V.M., Distribution of atomic and the rule of sequential filling of (n + l) group, M., 1968; Trifonov D.N., On the quantitative interpretation of periodicity, M., 1971; Nekrasov B.V., Fundamentals, τομ. 1-2, 3rd ed., M., 1973; Kedrov B. M., Trifonov D. N., O σύγχρονα προβλήματαΠεριοδικό Σύστημα, Μ., 1974.

D. N. Trifonov.

Ρύζι. 1. Πίνακας «Εμπειρία ενός συστήματος στοιχείων» με βάση τις χημικές τους ομοιότητες, που συντάχθηκε από τον D. I. Mendeleev την 1η Μαρτίου 1869.

Ρύζι. 3. Μακρά μορφή του περιοδικού πίνακα στοιχείων (μοντέρνα έκδοση).

Ρύζι. 4. Κλιμακωτή μορφή του περιοδικού συστήματος στοιχείων (κατά Ν., 1921).

Ρύζι. 2." Φυσικό σύστημαστοιχεία» του D. I. Mendeleev (σύντομη μορφή), που δημοσιεύτηκε στο 2ο μέρος της 1ης έκδοσης των Fundamentals το 1871.

Περιοδικός πίνακας στοιχείων του D. I. Mendeleev.

Ο περιοδικός πίνακας είναι ένα διατεταγμένο σύνολο χημικών στοιχείων, τους φυσική ταξινόμηση, που είναι μια γραφική (πίνακας) έκφραση του περιοδικού νόμου των χημικών στοιχείων. Η δομή του, από πολλές απόψεις παρόμοια με τη σύγχρονη, αναπτύχθηκε από τον D. I. Mendeleev με βάση τον περιοδικό νόμο το 1869-1871.

Το πρωτότυπο του περιοδικού συστήματος ήταν η «Εμπειρία ενός συστήματος στοιχείων με βάση το ατομικό τους βάρος και τη χημική τους ομοιότητα», που συντάχθηκε από τον D. I. Mendeleev την 1η Μαρτίου 1869. Κατά τη διάρκεια δυόμισι ετών, ο επιστήμονας βελτίωσε συνεχώς το Το "Experience of a System", εισήγαγε την ιδέα των ομάδων, των σειρών και των περιόδων στοιχείων. Ως αποτέλεσμα, η δομή του περιοδικού πίνακα απέκτησε σε μεγάλο βαθμό σύγχρονα περιγράμματα.

Η έννοια της θέσης ενός στοιχείου στο σύστημα, που καθορίζεται από τους αριθμούς της ομάδας και της περιόδου, έγινε σημαντική για την εξέλιξή του. Με βάση αυτή την ιδέα, ο Mendeleev κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ήταν απαραίτητο να αλλάξει η ατομική μάζα ορισμένων στοιχείων: ουρανίου, ινδίου, δημητρίου και των δορυφόρων του. Αυτό ήταν το πρώτο πρακτική χρήσηπεριοδικό σύστημα. Ο Mendeleev προέβλεψε επίσης για πρώτη φορά την ύπαρξη και τις ιδιότητες πολλών άγνωστων στοιχείων. Ο επιστήμονας περιέγραψε λεπτομερώς τις πιο σημαντικές ιδιότητες του εκα-αλουμινίου (το μέλλον του γαλλίου), του εκα-βορίου (σκάνδιο) και του εκα-πυριτίου (γερμάνιο). Επιπλέον, προέβλεψε την ύπαρξη αναλόγων του μαγγανίου (μελλοντικό τεχνήτιο και ρήνιο), τελλουρίου (πολώνιο), ιωδίου (αστατίνη), καισίου (Γαλλία), βαρίου (ράδιο), τανταλίου (πρωτακτίνιο). Οι προβλέψεις του επιστήμονα σχετικά με αυτά τα στοιχεία ήταν γενικό χαρακτήρα, αφού αυτά τα στοιχεία βρίσκονταν σε ελάχιστα μελετημένες περιοχές του περιοδικού πίνακα.

Οι πρώτες εκδόσεις του περιοδικού συστήματος αντιπροσώπευαν σε μεγάλο βαθμό μόνο μια εμπειρική γενίκευση. Εξάλλου, το φυσικό νόημα του περιοδικού νόμου ήταν ασαφές, δεν υπήρχε εξήγηση για τους λόγους της περιοδικής αλλαγής στις ιδιότητες των στοιχείων ανάλογα με την αύξηση της ατομικής μάζας. Από αυτή την άποψη, πολλά προβλήματα παρέμειναν άλυτα. Υπάρχουν όρια του περιοδικού πίνακα; Είναι δυνατόν να προσδιοριστεί ο ακριβής αριθμός των υπαρχόντων στοιχείων; Η δομή της έκτης περιόδου παρέμεινε ασαφής - ποια ήταν η ακριβής ποσότητα των στοιχείων σπάνιων γαιών; Ήταν άγνωστο αν υπήρχαν ακόμη στοιχεία μεταξύ υδρογόνου και λιθίου, ποια ήταν η δομή της πρώτης περιόδου. Ως εκ τούτου, μέχρι τη φυσική τεκμηρίωση του περιοδικού νόμου και την ανάπτυξη της θεωρίας του περιοδικού συστήματος, προέκυψαν σοβαρές δυσκολίες περισσότερες από μία φορές. Η ανακάλυψη το 1894-1898 ήταν απροσδόκητη. πέντε αδρανή αέρια που φαινόταν να μην έχουν θέση στον περιοδικό πίνακα. Αυτή η δυσκολία εξαλείφθηκε χάρη στην ιδέα της συμπερίληψης μιας ανεξάρτητης μηδενικής ομάδας στη δομή του περιοδικού πίνακα. Μαζική ανακάλυψη ραδιοστοιχείων στο γύρισμα του 19ου και του 20ου αιώνα. (μέχρι το 1910 ο αριθμός τους ήταν περίπου 40) οδήγησε σε μια έντονη αντίφαση μεταξύ της ανάγκης να τοποθετηθούν στον περιοδικό πίνακα και της υπάρχουσας δομής του. Υπήρχαν μόνο 7 κενές θέσεις για αυτούς την έκτη και έβδομη περίοδο. Αυτό το πρόβλημα επιλύθηκε με τη θέσπιση κανόνων μετατόπισης και την ανακάλυψη ισοτόπων.

Ένας από τους κύριους λόγους για την αδυναμία εξήγησης της φυσικής σημασίας του περιοδικού νόμου και της δομής του περιοδικού συστήματος ήταν ότι ήταν άγνωστο πώς ήταν δομημένο το άτομο (βλ. Άτομο). Το πιο σημαντικό ορόσημο στην ανάπτυξη του περιοδικού πίνακα ήταν η δημιουργία του ατομικού μοντέλου από τον E. Rutherford (1911). Στη βάση του, ο Ολλανδός επιστήμονας A. Van den Broek (1913) πρότεινε ότι ο αύξων αριθμός ενός στοιχείου στον περιοδικό πίνακα είναι αριθμητικά ίσος με το φορτίο του πυρήνα του ατόμου του (Z). Αυτό επιβεβαιώθηκε πειραματικά από τον Άγγλο επιστήμονα G. Moseley (1913). Ο περιοδικός νόμος έλαβε μια φυσική αιτιολόγηση: η περιοδικότητα των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων άρχισε να εξετάζεται ανάλογα με το φορτίο Z του πυρήνα του ατόμου του στοιχείου και όχι από την ατομική μάζα (βλ. Περιοδικός νόμος των χημικών στοιχείων).

Ως αποτέλεσμα, η δομή του περιοδικού πίνακα ενισχύθηκε σημαντικά. Το κατώτερο όριο του συστήματος έχει καθοριστεί. Αυτό είναι το υδρογόνο - το στοιχείο με ελάχιστο Z = 1. Κατέστη δυνατή η ακριβής εκτίμηση του αριθμού των στοιχείων μεταξύ υδρογόνου και ουρανίου. Εντοπίστηκαν «κενά» στον περιοδικό πίνακα, που αντιστοιχούν σε άγνωστα στοιχεία με Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Ωστόσο, τα ερωτήματα σχετικά με τον ακριβή αριθμό των στοιχείων σπανίων γαιών παρέμειναν ασαφή και, κυρίως, οι λόγοι η περιοδικότητα των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων δεν αποκαλύφθηκε ανάλογα με το Z.

Με βάση την καθιερωμένη δομή του περιοδικού συστήματος και τα αποτελέσματα της μελέτης των ατομικών φασμάτων, ο Δανός επιστήμονας N. Bohr το 1918–1921. ανέπτυξε ιδέες για την αλληλουχία κατασκευής ηλεκτρονικών κελυφών και υποκελυφών σε άτομα. Ο επιστήμονας κατέληξε στο συμπέρασμα ότι παρόμοιοι τύποι ηλεκτρονικών διαμορφώσεων των εξωτερικών φλοιών των ατόμων επαναλαμβάνονται περιοδικά. Έτσι, αποδείχθηκε ότι η περιοδικότητα των αλλαγών στις ιδιότητες των χημικών στοιχείων εξηγείται από την ύπαρξη περιοδικότητας στην κατασκευή ηλεκτρονικών κελυφών και υποκελυφών ατόμων.

Ο περιοδικός πίνακας καλύπτει περισσότερα από 100 στοιχεία. Από αυτά, όλα τα στοιχεία υπερουρανίου (Ζ = 93–110), καθώς και στοιχεία με Ζ = 43 (τεχνήτιο), 61 (προμέθιο), 85 (αστατίνη), 87 (φράγκιο) ελήφθησαν τεχνητά. Σε όλη την ιστορία της ύπαρξης του περιοδικού συστήματος έχει προταθεί ένας πολύ μεγάλος αριθμός (>500) παραλλαγών της γραφικής του αναπαράστασης, κυρίως με τη μορφή πινάκων, αλλά και με τη μορφή διαφόρων γεωμετρικών σχημάτων (χωρικών και επίπεδων ), αναλυτικές καμπύλες (σπείρες κ.λπ.) κ.λπ. Οι πιο συνηθισμένες είναι οι κοντές, ημίμακρες, μακριές και οι σκάλες μορφές τραπεζιών. Προς το παρόν, προτιμάται η σύντομη φόρμα.

Η θεμελιώδης αρχή της κατασκευής του περιοδικού πίνακα είναι η διαίρεση του σε ομάδες και περιόδους. Η έννοια της σειράς στοιχείων του Mendeleev δεν χρησιμοποιείται σήμερα, αφού στερείται φυσικής σημασίας. Οι ομάδες, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε κύριες (α) και δευτερεύουσες (β) υποομάδες. Κάθε υποομάδα περιέχει στοιχεία - χημικά ανάλογα. Τα στοιχεία των α- και β-υποομάδων στις περισσότερες ομάδες παρουσιάζουν επίσης κάποια ομοιότητα μεταξύ τους, κυρίως σε υψηλότερες καταστάσεις οξείδωσης, οι οποίες, κατά κανόνα, είναι ίσες με τον αριθμό της ομάδας. Περίοδος είναι μια συλλογή στοιχείων που αρχίζει με ένα αλκαλικό μέταλλο και τελειώνει με ένα αδρανές αέριο (ειδική περίπτωση είναι η πρώτη περίοδος). Κάθε περίοδος περιέχει έναν αυστηρά καθορισμένο αριθμό στοιχείων. Ο περιοδικός πίνακας αποτελείται από οκτώ ομάδες και επτά περιόδους, με την έβδομη περίοδο να μην έχει ακόμη ολοκληρωθεί.

Ιδιορρυθμία πρώταπερίοδος είναι ότι περιέχει μόνο 2 αέρια στοιχεία σε ελεύθερη μορφή: υδρογόνο και ήλιο. Η θέση του υδρογόνου στο σύστημα είναι διφορούμενη. Δεδομένου ότι παρουσιάζει ιδιότητες κοινές με τα αλκαλικά μέταλλα και τα αλογόνα, τοποθετείται είτε στην υποομάδα 1a-, είτε στην υποομάδα Vlla, είτε και στις δύο ταυτόχρονα, περικλείοντας το σύμβολο σε αγκύλες σε μία από τις υποομάδες. Το Ήλιο είναι ο πρώτος εκπρόσωπος της υποομάδας VIIIa. Για πολύ καιρόΉλιο και όλα τα αδρανή αέρια διαχωρίστηκαν σε ξεχωριστή μηδενική ομάδα. Αυτή η διάταξη απαιτούσε αναθεώρηση μετά τη σύνθεση χημικές ενώσειςκρυπτόν, ξένο και ραδόνιο. Ως αποτέλεσμα, τα ευγενή αέρια και τα στοιχεία της πρώην Ομάδας VIII (σίδηρος, κοβάλτιο, νικέλιο και πλατίνα μέταλλα) συνδυάστηκαν σε μία ομάδα.

Δεύτεροςη περίοδος περιέχει 8 στοιχεία. Ξεκινά με το αλκαλιμέταλλο λίθιο, του οποίου η μόνη κατάσταση οξείδωσης είναι +1. Ακολουθεί το βηρύλλιο (μέταλλο, κατάσταση οξείδωσης +2). Το βόριο εμφανίζει ήδη ασθενώς εκφρασμένο μεταλλικό χαρακτήρα και είναι αμέταλλο (κατάσταση οξείδωσης +3). Δίπλα στο βόριο, ο άνθρακας είναι ένα τυπικό αμέταλλο που εμφανίζει καταστάσεις οξείδωσης +4 και -4. Το άζωτο, το οξυγόνο, το φθόριο και το νέο είναι όλα αμέταλλα, με το άζωτο να έχει την υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης +5 που αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας. Το οξυγόνο και το φθόριο είναι από τα πιο ενεργά αμέταλλα. Το νέον αδρανούς αερίου τελειώνει την περίοδο.

Τρίτοςπεριόδου (νάτριο - αργό) περιέχει επίσης 8 στοιχεία. Η φύση της αλλαγής των ιδιοτήτων τους είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοια με αυτή που παρατηρήθηκε για στοιχεία της δεύτερης περιόδου. Υπάρχει όμως και εδώ κάποια ιδιαιτερότητα. Έτσι, το μαγνήσιο, σε αντίθεση με το βηρύλλιο, είναι πιο μεταλλικό, όπως και το αλουμίνιο σε σύγκριση με το βόριο. Το πυρίτιο, ο φώσφορος, το θείο, το χλώριο, το αργό είναι όλα τυπικά αμέταλλα. Και όλα αυτά, εκτός από το αργό, εμφανίζουν υψηλότερες καταστάσεις οξείδωσης ίσες με τον αριθμό της ομάδας.

Όπως βλέπουμε, και στις δύο περιόδους, καθώς το Ζ αυξάνεται, παρατηρείται σαφής εξασθένηση της μεταλλικής και ενίσχυση των μη μεταλλικών ιδιοτήτων των στοιχείων. Ο D.I. Mendeleev αποκάλεσε χαρακτηριστικά τα στοιχεία της δεύτερης και της τρίτης περιόδου (κατά τα λόγια του, μικρά). Τα στοιχεία μικρών περιόδων είναι από τα πιο κοινά στη φύση. Ο άνθρακας, το άζωτο και το οξυγόνο (μαζί με το υδρογόνο) είναι οργανογόνα, δηλαδή τα κύρια στοιχεία της οργανικής ύλης.

Όλα τα στοιχεία της πρώτης - τρίτης περιόδου τοποθετούνται σε α-υποομάδες.

Τέταρτοςπεριόδου (κάλιο - κρυπτό) περιέχει 18 στοιχεία. Σύμφωνα με τον Mendeleev, αυτή είναι η πρώτη μεγάλη περίοδος. Μετά το αλκαλιμέταλλο κάλιο και το ασβέστιο μετάλλου αλκαλικής γαίας έρχεται μια σειρά στοιχείων που αποτελούνται από 10 λεγόμενα μέταλλα μετάπτωσης (σκάνδιο - ψευδάργυρος). Όλοι τους περιλαμβάνονται σε β-υποομάδες. Τα περισσότερα μέταλλα μετάπτωσης εμφανίζουν υψηλότερες καταστάσεις οξείδωσης ίσες με τον αριθμό της ομάδας, εκτός από το σίδηρο, το κοβάλτιο και το νικέλιο. Τα στοιχεία, από το γάλλιο έως το κρυπτό, ανήκουν στις α-υποομάδες. Μια σειρά από χημικές ενώσεις είναι γνωστές για το κρυπτό.

ΠέμπτοςΗ περίοδος (ρουβίδιο - ξένο) είναι παρόμοια στη δομή με την τέταρτη. Περιέχει επίσης ένα ένθετο 10 μετάλλων μετάπτωσης (ύττριο - κάδμιο). Τα στοιχεία αυτής της περιόδου έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά. Στην τριάδα ρουθήνιο - ρόδιο - παλλάδιο, οι ενώσεις είναι γνωστές για το ρουθήνιο όπου εμφανίζει μια κατάσταση οξείδωσης +8. Όλα τα στοιχεία των α-υποομάδων εμφανίζουν υψηλότερες καταστάσεις οξείδωσης ίσες με τον αριθμό της ομάδας. Τα χαρακτηριστικά των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων της τέταρτης και πέμπτης περιόδου καθώς το Z αυξάνεται είναι πιο περίπλοκα σε σύγκριση με τη δεύτερη και την τρίτη περίοδο.

Εκτοςπερίοδος (καισίου - ραδονίου) περιλαμβάνει 32 στοιχεία. Αυτή η περίοδος, εκτός από 10 μέταλλα μετάπτωσης (λανθάνιο, άφνιο - υδράργυρος), περιέχει και ένα σύνολο 14 λανθανιδών - από δημήτριο σε λουτέτιο. Τα στοιχεία από το δημήτριο στο λουτέτιο είναι χημικά παρόμοια και για το λόγο αυτό έχουν από καιρό συμπεριληφθεί στην οικογένεια των στοιχείων σπάνιων γαιών. Στη σύντομη μορφή του περιοδικού πίνακα, μια σειρά λανθανιδών περιλαμβάνεται στο κελί του λανθανίου και η αποκωδικοποίηση αυτής της σειράς δίνεται στο κάτω μέρος του πίνακα (βλ. Λανθανίδες).

Ποια είναι η ιδιαιτερότητα των στοιχείων της έκτης περιόδου; Στην τριάδα όσμιο - ιρίδιο - πλατίνα, η κατάσταση οξείδωσης +8 είναι γνωστή για το όσμιο. Η αστατίνη έχει έναν αρκετά έντονο μεταλλικό χαρακτήρα. Το ραδόνιο έχει τη μεγαλύτερη αντιδραστικότητα από όλα τα ευγενή αέρια. Δυστυχώς, λόγω του ότι είναι πολύ ραδιενεργό, η χημεία του έχει μελετηθεί ελάχιστα (βλ. Ραδιενεργά στοιχεία).

Εβδομοςη περίοδος ξεκινά από τη Γαλλία. Όπως και το έκτο, θα πρέπει επίσης να περιέχει 32 στοιχεία, αλλά 24 από αυτά είναι ακόμα γνωστά το φράγκιο και το ράδιο είναι αντίστοιχα στοιχεία των υποομάδων Ia και IIa, το ακτίνιο ανήκει στην υποομάδα IIIb. Ακολουθεί η οικογένεια ακτινιδών, η οποία περιλαμβάνει στοιχεία από το θόριο έως το λαυρένιο και τοποθετείται παρόμοια με τις λανθανίδες. Η αποκωδικοποίηση αυτής της σειράς στοιχείων δίνεται επίσης στο κάτω μέρος του πίνακα.

Τώρα ας δούμε πώς αλλάζουν οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων υποομάδεςπεριοδικό σύστημα. Το κύριο μοτίβο αυτής της αλλαγής είναι η ενίσχυση του μεταλλικού χαρακτήρα των στοιχείων καθώς αυξάνεται το Ζ Αυτό το μοτίβο εκδηλώνεται ιδιαίτερα καθαρά στις υποομάδες IIIa–VIIa. Για τα μέταλλα των υποομάδων Ia–IIIa, παρατηρείται αύξηση της χημικής δραστηριότητας. Για στοιχεία των υποομάδων IVa–VIIa, καθώς το Z αυξάνεται, παρατηρείται εξασθένηση της χημικής δραστηριότητας των στοιχείων. Για στοιχεία της υποομάδας β, η φύση της αλλαγής στη χημική δραστηριότητα είναι πιο περίπλοκη.

Η θεωρία του περιοδικού συστήματος αναπτύχθηκε από τον N. Bohr και άλλους επιστήμονες τη δεκαετία του '20. ΧΧ αιώνα και βασίζεται σε ένα πραγματικό σχήμα για τον σχηματισμό ηλεκτρονικών διαμορφώσεων ατόμων (βλ. Άτομο). Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, καθώς το Z αυξάνεται, η πλήρωση των κελυφών και των υποκεφύλων ηλεκτρονίων στα άτομα των στοιχείων που περιλαμβάνονται στις περιόδους του περιοδικού πίνακα συμβαίνει με την ακόλουθη σειρά:

Αριθμοί περιόδου
1	2	3	4	5	6	7
1s	2s2p	3s3p	4s3d4p	5s4d5p	6s4f5d6p	7s5f6d7p

Με βάση τη θεωρία του περιοδικού συστήματος, μπορούμε να δώσουμε τον ακόλουθο ορισμό της περιόδου: περίοδος είναι ένα σύνολο στοιχείων που ξεκινούν με ένα στοιχείο με τιμή n ίση με τον αριθμό της περιόδου και l = 0 (s-στοιχεία) και τελειώνουν με στοιχείο με την ίδια τιμή n και l = 1 (στοιχεία p-στοιχείων) (βλ. Άτομο). Εξαίρεση αποτελεί η πρώτη περίοδος, η οποία περιέχει μόνο στοιχεία 1s. Από τη θεωρία του περιοδικού συστήματος, ακολουθούν οι αριθμοί των στοιχείων σε περιόδους: 2, 8, 8, 18, 18, 32...

Στον πίνακα, τα σύμβολα των στοιχείων κάθε τύπου (s-, p-, d- και f-στοιχεία) απεικονίζονται σε ένα συγκεκριμένο έγχρωμο φόντο: s-στοιχεία - σε κόκκινο, p-στοιχεία - σε πορτοκαλί, d-στοιχεία - σε μπλε, f-στοιχεία - σε πράσινο. Κάθε κύτταρο δείχνει τους ατομικούς αριθμούς και τις ατομικές μάζες των στοιχείων, καθώς και τις ηλεκτρονικές διαμορφώσεις των εξωτερικών φλοιών ηλεκτρονίων.

Από τη θεωρία του περιοδικού συστήματος προκύπτει ότι οι α-υποομάδες περιλαμβάνουν στοιχεία με n ίσο με τον αριθμό περιόδου, και l = 0 και 1. Οι β-υποομάδες περιλαμβάνουν εκείνα τα στοιχεία στα άτομα των οποίων η συμπλήρωση κελυφών που παρέμεναν προηγουμένως εμφανίζεται ημιτελής. Γι' αυτό η πρώτη, δεύτερη και τρίτη περίοδος δεν περιέχουν στοιχεία β-υποομάδων.

Η δομή του περιοδικού πίνακα των στοιχείων συνδέεται στενά με τη δομή των ατόμων των χημικών στοιχείων. Καθώς το Z αυξάνεται, παρόμοιοι τύποι διαμόρφωσης των εξωτερικών φλοιών ηλεκτρονίων επαναλαμβάνονται περιοδικά. Δηλαδή, καθορίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά της χημικής συμπεριφοράς των στοιχείων. Αυτά τα χαρακτηριστικά εκδηλώνονται διαφορετικά για στοιχεία των α-υποομάδων (s- και p-στοιχεία), για στοιχεία των β-υποομάδων (μεταβατικά d-στοιχεία) και στοιχεία των f-οικογενειών - λανθανίδες και ακτινίδες. Μια ειδική περίπτωση αντιπροσωπεύεται από τα στοιχεία της πρώτης περιόδου - υδρογόνο και ήλιο. Το υδρογόνο χαρακτηρίζεται από υψηλή χημική δραστηριότητα επειδή το μόνο ηλεκτρόνιό του 1s αφαιρείται εύκολα. Ταυτόχρονα, η διαμόρφωση του ηλίου (1s 2) είναι πολύ σταθερή, γεγονός που καθορίζει τη χημική του αδράνεια.

Για τα στοιχεία των α-υποομάδων, τα εξωτερικά κελύφη ηλεκτρονίων των ατόμων είναι γεμάτα (με n ίσο με τον αριθμό της περιόδου), επομένως οι ιδιότητες αυτών των στοιχείων αλλάζουν αισθητά καθώς το Z αυξάνεται. Έτσι, στη δεύτερη περίοδο, το λίθιο (διάταξη 2s ) είναι ένα ενεργό μέταλλο που χάνει εύκολα το μοναδικό του ηλεκτρόνιο σθένους. Το βηρύλλιο (2s 2) είναι επίσης ένα μέταλλο, αλλά λιγότερο ενεργό λόγω του γεγονότος ότι τα εξωτερικά του ηλεκτρόνια είναι πιο στενά συνδεδεμένα με τον πυρήνα. Περαιτέρω, το βόριο (2s 2 p) έχει ασθενώς εκφρασμένο μεταλλικό χαρακτήρα και όλα τα επόμενα στοιχεία της δεύτερης περιόδου, στην οποία είναι κατασκευασμένο το υποκέλυφος 2p, είναι ήδη μη μέταλλα. Η διαμόρφωση οκτώ ηλεκτρονίων του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων του νέον (2s 2 p 6) - ενός αδρανούς αερίου - είναι πολύ ισχυρή.

Οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων της δεύτερης περιόδου εξηγούνται από την επιθυμία των ατόμων τους να αποκτήσουν την ηλεκτρονική διαμόρφωση του πλησιέστερου αδρανούς αερίου (διάταξη ηλίου για στοιχεία από λίθιο σε άνθρακα ή διαμόρφωση νέον για στοιχεία από άνθρακα σε φθόριο). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, για παράδειγμα, το οξυγόνο δεν μπορεί να εμφανίσει υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης ίση με τον αριθμό της ομάδας του: είναι ευκολότερο γι 'αυτό να επιτύχει τη διαμόρφωση νέον αποκτώντας επιπλέον ηλεκτρόνια. Η ίδια φύση των αλλαγών στις ιδιότητες εκδηλώνεται στα στοιχεία της τρίτης περιόδου και στα στοιχεία s και p όλων των επόμενων περιόδων. Ταυτόχρονα, η εξασθένηση της ισχύος του δεσμού μεταξύ των εξωτερικών ηλεκτρονίων και του πυρήνα στις α-υποομάδες, καθώς το Z αυξάνεται, εκδηλώνεται στις ιδιότητες των αντίστοιχων στοιχείων. Έτσι, για τα στοιχεία υπάρχει μια αξιοσημείωτη αύξηση στη χημική δραστηριότητα καθώς αυξάνεται το Z, και για τα στοιχεία υπάρχει μια αύξηση στις μεταλλικές ιδιότητες.

Στα άτομα των μεταβατικών d-στοιχείων, τα προηγούμενα ημιτελή κελύφη συμπληρώνονται με την τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού n, ένα μικρότερο από τον αριθμό περιόδου. Με λίγες εξαιρέσεις, η διαμόρφωση των εξωτερικών φλοιών ηλεκτρονίων των ατόμων των στοιχείων μετάπτωσης είναι ns 2. Επομένως, όλα τα στοιχεία d είναι μέταλλα, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αλλαγές στις ιδιότητες των στοιχείων d καθώς αυξάνεται το Z δεν είναι τόσο έντονες όσο αυτές που παρατηρούνται για τα στοιχεία s και p. Σε υψηλότερες καταστάσεις οξείδωσης, τα στοιχεία d εμφανίζουν κάποια ομοιότητα με τα στοιχεία p των αντίστοιχων ομάδων του περιοδικού πίνακα.

Οι ιδιαιτερότητες των ιδιοτήτων των στοιχείων των τριάδων (VIIIb-υποομάδα) εξηγούνται από το γεγονός ότι τα β-υποφλοιώματα είναι κοντά στην ολοκλήρωση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο σίδηρος, το κοβάλτιο, το νικέλιο και τα μέταλλα της πλατίνας γενικά δεν τείνουν να σχηματίζουν ενώσεις υψηλότερους βαθμούςοξείδωση. Οι μόνες εξαιρέσεις είναι το ρουθήνιο και το όσμιο, που δίνουν τα οξείδια RuO 4 και OsO 4 . Για στοιχεία των υποομάδων Ib και IIb, το d-subshell είναι στην πραγματικότητα πλήρες. Επομένως, εμφανίζουν καταστάσεις οξείδωσης ίσες με τον αριθμό της ομάδας.

Στα άτομα των λανθανιδών και των ακτινιδών (όλα είναι μέταλλα), συμπληρώνονται προηγουμένως ελλιπή κελύφη ηλεκτρονίων με την τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού n να είναι δύο μονάδες μικρότερη από τον αριθμό της περιόδου. Στα άτομα αυτών των στοιχείων, η διαμόρφωση του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων (ns 2) παραμένει αμετάβλητη και το τρίτο εξωτερικό κέλυφος N είναι γεμάτο με ηλεκτρόνια 4f. Αυτός είναι ο λόγος που οι λανθανίδες είναι τόσο παρόμοιες.

Για τις ακτινίδες η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη. Σε άτομα στοιχείων με Z = 90–95, μπορούν να συμμετέχουν ηλεκτρόνια 6d και 5f χημικές αλληλεπιδράσεις. Επομένως, οι ακτινίδες έχουν πολύ περισσότερες καταστάσεις οξείδωσης. Για παράδειγμα, για το ποσειδώνιο, το πλουτώνιο και το αμερίκιο, είναι γνωστές ενώσεις όπου αυτά τα στοιχεία εμφανίζονται σε επτασθενή κατάσταση. Μόνο για στοιχεία, ξεκινώντας από το κούριο (Z = 96), η τρισθενής κατάσταση γίνεται σταθερή, αλλά αυτό έχει επίσης τα δικά του χαρακτηριστικά. Έτσι, οι ιδιότητες των ακτινιδών διαφέρουν σημαντικά από τις ιδιότητες των λανθανιδών και επομένως οι δύο οικογένειες δεν μπορούν να θεωρηθούν παρόμοιες.

Η οικογένεια ακτινιδών τελειώνει με το στοιχείο με Ζ = 103 (λαυρένιο). Μια αξιολόγηση των χημικών ιδιοτήτων του κουρχατόβιου (Ζ = 104) και του νιλσβορίου (Ζ = 105) δείχνει ότι αυτά τα στοιχεία θα πρέπει να είναι ανάλογα του αφνίου και του τανταλίου, αντίστοιχα. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μετά την οικογένεια ακτινιδών στα άτομα, αρχίζει η συστηματική πλήρωση του 6d υποκελύφους. Η χημική φύση των στοιχείων με Z = 106–110 δεν έχει αξιολογηθεί πειραματικά.

Ο τελικός αριθμός των στοιχείων που καλύπτει ο περιοδικός πίνακας είναι άγνωστος. Το πρόβλημα του ανώτερου ορίου του είναι ίσως το κύριο μυστήριο του περιοδικού πίνακα. Πλέον βαρύ στοιχείο, που ανακαλύφθηκε στη φύση, είναι το πλουτώνιο (Ζ = 94). Συμπληρώθηκε το τεχνητό όριο πυρηνική σύντηξη- στοιχείο με αύξοντα αριθμό 110. Παραμένει ανοιχτή ερώτηση: θα είναι δυνατή η απόκτηση στοιχείων με μεγάλους σειριακούς αριθμούς, ποια και πόσα; Αυτό δεν μπορεί ακόμη να απαντηθεί με βεβαιότητα.

Με τη βοήθεια πολύπλοκων υπολογισμών που εκτελούνται σε ηλεκτρονικά Υπολογιστές, οι επιστήμονες προσπάθησαν να προσδιορίσουν τη δομή των ατόμων και να αξιολογήσουν τις πιο σημαντικές ιδιότητες των «υπερστοιχείων», μέχρι τους τεράστιους σειριακούς αριθμούς (Z = 172 και ακόμη και Z = 184). Τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν αρκετά απροσδόκητα. Για παράδειγμα, σε ένα άτομο ενός στοιχείου με Z = 121, αναμένεται να εμφανιστεί ένα ηλεκτρόνιο 8p. Αυτό συμβαίνει αφού έχει ολοκληρωθεί ο σχηματισμός του υποκελύφους 8s σε άτομα με Z = 119 και 120. Αλλά η εμφάνιση των p-ηλεκτρονίων μετά τα s-ηλεκτρόνια παρατηρείται μόνο σε άτομα στοιχείων της δεύτερης και τρίτης περιόδου. Οι υπολογισμοί δείχνουν επίσης ότι σε στοιχεία της υποθετικής όγδοης περιόδου, η πλήρωση των κελυφών ηλεκτρονίων και των υποκελυφών ατόμων συμβαίνει με μια πολύ περίπλοκη και μοναδική ακολουθία. Επομένως, η αξιολόγηση των ιδιοτήτων των αντίστοιχων στοιχείων είναι ένα πολύ δύσκολο πρόβλημα. Φαίνεται ότι η όγδοη περίοδος πρέπει να περιέχει 50 στοιχεία (Z = 119–168), αλλά, σύμφωνα με τους υπολογισμούς, θα πρέπει να τελειώνει στο στοιχείο με Z = 164, δηλαδή 4 σειριακούς αριθμούς νωρίτερα. Και η «εξωτική» ένατη περίοδος, αποδεικνύεται, θα πρέπει να αποτελείται από 8 στοιχεία. Εδώ είναι η "ηλεκτρονική" καταχώρισή του: 9s 2 8p 4 9p 2. Με άλλα λόγια, θα περιείχε μόνο 8 στοιχεία, όπως η δεύτερη και η τρίτη περίοδος.

Είναι δύσκολο να πούμε πόσο αληθινοί θα ήταν οι υπολογισμοί που έγιναν με χρήση υπολογιστή. Ωστόσο, εάν επιβεβαιώνονταν, τότε θα ήταν απαραίτητο να επανεξεταστούν σοβαρά τα μοτίβα που βρίσκονται κάτω από τον περιοδικό πίνακα στοιχείων και τη δομή του.

Ο περιοδικός πίνακας έπαιξε και συνεχίζει να παίζει τεράστιο ρόλο στην εξέλιξη διάφορες περιοχέςφυσικές επιστήμες. Ήταν το σημαντικότερο επίτευγμα της ατομικής-μοριακής επιστήμης, συνέβαλε στην εμφάνιση της σύγχρονης έννοιας του «χημικού στοιχείου» και στην αποσαφήνιση των εννοιών για απλές ουσίες και ενώσεις.

Οι κανονικότητες που αποκαλύφθηκαν από το περιοδικό σύστημα είχαν σημαντικό αντίκτυπο στην ανάπτυξη της θεωρίας της ατομικής δομής, στην ανακάλυψη ισοτόπων και στην εμφάνιση ιδεών για την πυρηνική περιοδικότητα. Το περιοδικό σύστημα συνδέεται με μια αυστηρά επιστημονική διατύπωση του προβλήματος της πρόβλεψης στη χημεία. Αυτό εκδηλώθηκε στην πρόβλεψη της ύπαρξης και των ιδιοτήτων άγνωστων στοιχείων και νέων χαρακτηριστικών της χημικής συμπεριφοράς στοιχείων που έχουν ήδη ανακαλυφθεί. Σήμερα, το περιοδικό σύστημα αντιπροσωπεύει τη βάση της χημείας, κυρίως ανόργανης, βοηθώντας σημαντικά στην επίλυση του προβλήματος της χημικής σύνθεσης ουσιών με προκαθορισμένες ιδιότητες, στην ανάπτυξη νέων ημιαγωγών υλικών, στην επιλογή ειδικών καταλυτών για διάφορες χημικές διεργασίες κ.λπ. Και τέλος , το περιοδικό σύστημα είναι η βάση της διδασκαλίας της χημείας.

Υπάρχουν πολλές επαναλαμβανόμενες ακολουθίες στη φύση:

• Εποχές;
• Times of Day?
• ημέρες της εβδομάδας…

Στα μέσα του 19ου αιώνα, ο D.I Mendeleev παρατήρησε ότι οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων έχουν επίσης μια συγκεκριμένη σειρά (λένε ότι αυτή η ιδέα ήρθε σε ένα όνειρο). Το αποτέλεσμα των υπέροχων ονείρων του επιστήμονα ήταν ο Περιοδικός Πίνακας Χημικών Στοιχείων, στον οποίο ο D.I. Ο Mendeleev τακτοποίησε τα χημικά στοιχεία κατά σειρά αύξησης της ατομικής μάζας. Στον σύγχρονο πίνακα, τα χημικά στοιχεία είναι διατεταγμένα σε αύξουσα σειρά του ατομικού αριθμού του στοιχείου (ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου).

Ο ατομικός αριθμός εμφανίζεται πάνω από το σύμβολο ενός χημικού στοιχείου, κάτω από το σύμβολο είναι η ατομική του μάζα (το άθροισμα πρωτονίων και νετρονίων). Σημειώστε ότι η ατομική μάζα ορισμένων στοιχείων δεν είναι ακέραιος αριθμός! Θυμηθείτε τα ισότοπα!Η ατομική μάζα είναι ο σταθμισμένος μέσος όρος όλων των ισοτόπων ενός στοιχείου που βρίσκονται στη φύση υπό φυσικές συνθήκες.

Κάτω από τον πίνακα υπάρχουν λανθανίδες και ακτινίδες.

Μέταλλα, αμέταλλα, μεταλλοειδή

Βρίσκεται στον Περιοδικό Πίνακα στα αριστερά μιας κλιμακωτής διαγώνιας γραμμής που αρχίζει με βόριο (Β) και τελειώνει με πολώνιο (Po) (οι εξαιρέσεις είναι το γερμάνιο (Ge) και το αντιμόνιο (Sb). Είναι εύκολο να δούμε ότι τα μέταλλα καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος του Περιοδικού Πίνακα Βασικές ιδιότητες των μετάλλων (εκτός από τους καλούς ηλεκτρικούς και θερμικούς αγωγούς).

Τα στοιχεία που βρίσκονται στα δεξιά της κλιμακωτής διαγωνίου B-Po ονομάζονται αμέταλλα. Οι ιδιότητες των μη μετάλλων είναι ακριβώς αντίθετες από αυτές των μετάλλων: κακοί αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρισμού. εύθραυστο; μη ελατό? μη πλαστικό? συνήθως δέχονται ηλεκτρόνια.

Μεταλλοειδή

Ανάμεσα σε μέταλλα και αμέταλλα υπάρχουν ημιμέταλλα(μεταλλοειδή). Χαρακτηρίζονται από τις ιδιότητες τόσο των μετάλλων όσο και των μη μετάλλων. Τα ημιμέταλλα έχουν βρει την κύρια εφαρμογή τους στη βιομηχανία στην παραγωγή ημιαγωγών, χωρίς τους οποίους δεν είναι δυνατό να νοηθεί ούτε ένα σύγχρονο μικροκύκλωμα ή μικροεπεξεργαστής.

Περίοδοι και ομάδες

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο περιοδικός πίνακας αποτελείται από επτά περιόδους. Σε κάθε περίοδο, ο ατομικός αριθμός των στοιχείων αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά.

Οι ιδιότητες των στοιχείων αλλάζουν διαδοχικά σε περιόδους: έτσι το νάτριο (Na) και το μαγνήσιο (Mg), που βρίσκονται στην αρχή της τρίτης περιόδου, εγκαταλείπουν ηλεκτρόνια (Το Na δίνει ένα ηλεκτρόνιο: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1· το Mg δίνει επάνω δύο ηλεκτρόνια: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2). Αλλά το χλώριο (Cl), που βρίσκεται στο τέλος της περιόδου, παίρνει ένα στοιχείο: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.

Στις ομάδες, αντίθετα, όλα τα στοιχεία έχουν ταυτόσημες ιδιότητες. Για παράδειγμα, στην ομάδα ΙΑ(1), όλα τα στοιχεία από το λίθιο (Li) έως το φράγκιο (Fr) δίνουν ένα ηλεκτρόνιο. Και όλα τα στοιχεία της ομάδας VIIA(17) παίρνουν ένα στοιχείο.

Ορισμένες ομάδες είναι τόσο σημαντικές που έχουν λάβει ειδικά ονόματα. Αυτές οι ομάδες συζητούνται παρακάτω.

Ομάδα IA(1). Τα άτομα των στοιχείων αυτής της ομάδας έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο στην εξωτερική τους στοιβάδα ηλεκτρονίων, επομένως εγκαταλείπουν εύκολα ένα ηλεκτρόνιο.

Τα σημαντικότερα αλκαλιμέταλλα είναι το νάτριο (Na) και το κάλιο (K), αφού παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου και αποτελούν μέρος των αλάτων.

Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις:

• Li- 1s 2 2s 1 ;
• Να- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
• κ- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Ομάδα ΙΙΑ(2). Τα άτομα των στοιχείων αυτής της ομάδας έχουν δύο ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στοιβάδα ηλεκτρονίων, τα οποία επίσης εγκαταλείπουν κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων. Πλέον σημαντικό στοιχείο- Το ασβέστιο (Ca) είναι η βάση των οστών και των δοντιών.

Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις:

• Είναι- 1s 2 2s 2 ;
• Mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
• Ca- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Ομάδα VIIA(17). Τα άτομα των στοιχείων αυτής της ομάδας λαμβάνουν συνήθως ένα ηλεκτρόνιο το καθένα, επειδή το εξωτερικό ηλεκτρονικό στρώμα περιέχει πέντε στοιχεία και έως " πλήρες σετ«Λείπει μόνο ένα ηλεκτρόνιο.

Τα πιο γνωστά στοιχεία αυτής της ομάδας: χλώριο (Cl) - είναι μέρος του αλατιού και της χλωρίνης. Το ιώδιο (Ι) είναι ένα στοιχείο που παίζει σημαντικό ρόλο στη δραστηριότητα του ανθρώπινου θυρεοειδούς αδένα.

Ηλεκτρονική διαμόρφωση:

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

Ομάδα VIII(18).Τα άτομα των στοιχείων αυτής της ομάδας έχουν ένα πλήρως «ολοκληρωμένο» εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων. Επομένως, «δεν» χρειάζεται να δέχονται ηλεκτρόνια. Και «δεν θέλουν» να τα δώσουν. Ως εκ τούτου, τα στοιχεία αυτής της ομάδας είναι πολύ «απρόθυμα» να εισέλθουν σε χημικές αντιδράσεις. Για πολύ καιρό πίστευαν ότι δεν αντιδρούν καθόλου (εξ ου και το όνομα "αδρανές", δηλαδή "ανενεργό"). Αλλά ο χημικός Neil Bartlett ανακάλυψε ότι μερικά από αυτά τα αέρια μπορούν ακόμα να αντιδράσουν με άλλα στοιχεία υπό ορισμένες συνθήκες.

Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις:

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

Στοιχεία σθένους σε ομάδες

Είναι εύκολο να παρατηρήσετε ότι σε κάθε ομάδα τα στοιχεία είναι παρόμοια μεταξύ τους ως προς τα ηλεκτρόνια σθένους (ηλεκτρόνια των τροχιακών s και p που βρίσκονται στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας).

Τα αλκαλικά μέταλλα έχουν 1 ηλεκτρόνιο σθένους:

• Li- 1s 2 2s 1 ;
• Να- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
• κ- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών έχουν 2 ηλεκτρόνια σθένους:

• Είναι- 1s 2 2s 2 ;
• Mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
• Ca- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Τα αλογόνα έχουν 7 ηλεκτρόνια σθένους:

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

Τα αδρανή αέρια έχουν 8 ηλεκτρόνια σθένους:

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

Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στο άρθρο Valency and the Table of Electronic Configurations of Attom of Chemical Elements by Period.

Ας στρέψουμε τώρα την προσοχή μας στα στοιχεία που βρίσκονται σε ομάδες με σύμβολα ΣΕ. Βρίσκονται στο κέντρο του περιοδικού πίνακα και ονομάζονται μεταβατικά μέταλλα.

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτών των στοιχείων είναι η παρουσία στα άτομα ηλεκτρονίων που γεμίζουν d-τροχιακά:

1. Sc- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 ;
2. Ti- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2

Ξεχωριστά από τον κεντρικό πίνακα βρίσκονται λανθανίδεςΚαι ακτινίδες- αυτά είναι τα λεγόμενα εσωτερικά μεταβατικά μέταλλα. Στα άτομα αυτών των στοιχείων γεμίζουν ηλεκτρόνια f-τροχιακά:

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