Ποια είναι η φυσική σημασία του αριθμού ομάδας; Περιοδικός πίνακας στοιχείων

Η έννοια των στοιχείων ως πρωτογενών ουσιών χρονολογείται από την αρχαιότητα και, σταδιακά αλλάζει και γίνεται πιο ακριβής, έχει φτάσει στην εποχή μας. Οι θεμελιωτές των επιστημονικών απόψεων για τα χημικά στοιχεία είναι οι R. Boyle (7ος αιώνας), M.V. Lomonosov (18ος αιώνας) και Dalton (19ος αιώνας).
Μέχρι τις αρχές του 19ου αιώνα. Περίπου 30 στοιχεία ήταν γνωστά, μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα - περίπου 60. Καθώς ο αριθμός των στοιχείων συσσωρευόταν, προέκυψε το έργο της συστηματοποίησής τους. Τέτοιες προσπάθειες ενώπιον του Δ.Ι. Ο Μεντελέγιεφ δεν ήταν λιγότερο από πενήντα. Η συστηματοποίηση βασίστηκε σε: ατομικό βάρος (τώρα ονομάζεται ατομική μάζα), χημικό ισοδύναμο και σθένος. Προσεγγίζοντας την ταξινόμηση των χημικών στοιχείων μεταφυσικά, προσπαθώντας να συστηματοποιήσει μόνο τα στοιχεία που ήταν γνωστά εκείνη την εποχή, κανένας από τους προκατόχους του D.I. Mendeleev δεν μπόρεσε να ανακαλύψει την καθολική διασύνδεση στοιχείων ή να δημιουργήσει ένα ενιαίο αρμονικό σύστημα που αντανακλά το νόμο της ανάπτυξης της ύλης. Αυτό το σημαντικό πρόβλημα για την επιστήμη επιλύθηκε έξοχα το 1869 από τον μεγάλο Ρώσο επιστήμονα D.I. Mendeleev, ο οποίος ανακάλυψε τον περιοδικό νόμο.
Η συστηματοποίηση του Mendeleev βασίστηκε σε: α) ατομικό βάρος και β) χημική ομοιότητα μεταξύ των στοιχείων. Η πιο εντυπωσιακή έκφραση της ομοιότητας των ιδιοτήτων των στοιχείων είναι το πανομοιότυπο υψηλότερο σθένος τους. Τόσο το ατομικό βάρος (ατομική μάζα) όσο και το υψηλότερο σθένος ενός στοιχείου είναι ποσοτικές, αριθμητικές σταθερές κατάλληλες για συστηματοποίηση.
Έχοντας τακτοποιήσει και τα 63 στοιχεία που ήταν γνωστά εκείνη την εποχή σε μια σειρά με σειρά αυξανόμενων ατομικών μαζών, ο Mendeleev παρατήρησε την περιοδική επαναληψιμότητα των ιδιοτήτων των στοιχείων σε άνισα διαστήματα. Ως αποτέλεσμα, ο Mendeleev δημιούργησε την πρώτη έκδοση του περιοδικού πίνακα.
Η κανονική φύση της αλλαγής στις ατομικές μάζες των στοιχείων κατά μήκος των κατακόρυφων και οριζόντιων του πίνακα, καθώς και οι κενοί χώροι που σχηματίστηκαν σε αυτό, επέτρεψαν στον Mendeleev να προβλέψει με τόλμη την παρουσία στη φύση ενός αριθμού στοιχείων που δεν ήταν ακόμη γνωστά. στην επιστήμη εκείνη την εποχή και ακόμη και να περιγράψουν τις ατομικές τους μάζες και τις βασικές τους ιδιότητες με βάση τα αναμενόμενα στοιχεία θέσης στον πίνακα. Αυτό θα μπορούσε να γίνει μόνο με βάση ένα σύστημα που αντικατοπτρίζει αντικειμενικά το νόμο της ανάπτυξης της ύλης. Η ουσία του περιοδικού νόμου D.I. Mendeleev που διατυπώθηκε το 1869: «Οι ιδιότητες των απλών σωμάτων, καθώς και οι μορφές και οι ιδιότητες των ενώσεων των στοιχείων εξαρτώνται περιοδικά από το μέγεθος των ατομικών βαρών (μάζα) των στοιχείων».

Περιοδικός πίνακας στοιχείων.
Το 1871, ο D.I. Mendeleev δίνει τη δεύτερη εκδοχή του περιοδικού πίνακα (τη λεγόμενη σύντομη μορφή του πίνακα), στην οποία προσδιορίζει διάφορους βαθμούς σχέσης μεταξύ των στοιχείων. Αυτή η έκδοση του συστήματος έδωσε τη δυνατότητα στον Mendeleev να προβλέψει την ύπαρξη 12 στοιχείων και να περιγράψει τις ιδιότητες τριών από αυτά με πολύ υψηλή ακρίβεια. Την περίοδο από το 1875 έως το 1886. αυτά τα τρία στοιχεία ανακαλύφθηκαν και αποκαλύφθηκε μια πλήρης σύμπτωση των ιδιοτήτων τους με εκείνες που είχε προβλέψει ο μεγάλος Ρώσος επιστήμονας. Αυτά τα στοιχεία έλαβαν τα ακόλουθα ονόματα: σκάνδιο, γάλλιο, γερμάνιο. Μετά από αυτό, ο περιοδικός νόμος έλαβε παγκόσμια αναγνώριση ως αντικειμενικός νόμος της φύσης και είναι τώρα το θεμέλιο της χημείας, της φυσικής και άλλων φυσικών επιστημών.

Ο περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων είναι μια γραφική έκφραση του περιοδικού νόμου. Είναι γνωστό ότι ένας αριθμός νόμων, εκτός από τις λεκτικές διατυπώσεις, μπορούν να απεικονιστούν γραφικά και να εκφραστούν με μαθηματικούς τύπους. Αυτός είναι και ο περιοδικός νόμος. μόνο οι μαθηματικοί νόμοι που είναι εγγενείς σε αυτό, οι οποίοι θα συζητηθούν παρακάτω, δεν ενώνονται ακόμη με έναν γενικό τύπο. Η γνώση του περιοδικού πίνακα διευκολύνει τη μελέτη της γενικής χημείας.
Ο σχεδιασμός του σύγχρονου περιοδικού πίνακα, κατ' αρχήν, διαφέρει ελάχιστα από την έκδοση του 1871. Τα σύμβολα των στοιχείων στο περιοδικό σύστημα είναι διατεταγμένα σε κάθετες και οριζόντιες στήλες. Αυτό οδηγεί στην ενοποίηση στοιχείων σε ομάδες, υποομάδες, περιόδους. Κάθε στοιχείο καταλαμβάνει ένα συγκεκριμένο κελί στον πίνακα. Τα κάθετα γραφήματα είναι ομάδες (και υποομάδες), τα οριζόντια γραφήματα είναι περίοδοι (και σειρές).

Κατά ομάδαείναι μια συλλογή στοιχείων με το ίδιο σθένος οξυγόνου. Αυτό το υψηλότερο σθένος καθορίζεται από τον αριθμό της ομάδας. Δεδομένου ότι το άθροισμα των υψηλότερων σθένων για το οξυγόνο και το υδρογόνο για τα μη μεταλλικά στοιχεία είναι οκτώ, είναι εύκολο να προσδιοριστεί ο τύπος της υψηλότερης ένωσης υδρογόνου από τον αριθμό της ομάδας. Έτσι, για τον φώσφορο - στοιχείο της πέμπτης ομάδας - το υψηλότερο σθένος για το οξυγόνο είναι πέντε, ο τύπος του υψηλότερου οξειδίου είναι P2O5 και ο τύπος της ένωσης με υδρογόνο είναι PH3. Για το θείο, στοιχείο της έκτης ομάδας, ο τύπος του υψηλότερου οξειδίου είναι SO3 και ο τύπος της υψηλότερης ένωσης με υδρογόνο είναι H2S.
Ορισμένα στοιχεία έχουν υψηλότερο σθένος που δεν είναι ίσο με τον αριθμό της ομάδας τους. Τέτοιες εξαιρέσεις είναι ο χαλκός Cu, το silver Ag, ο χρυσός Au. Είναι στην πρώτη ομάδα, αλλά τα σθένη τους ποικίλλουν από ένα έως τρία. Για παράδειγμα, υπάρχουν ενώσεις: CuO; Πριν; Cu2O3; Au2O3. Το οξυγόνο τοποθετείται στην έκτη ομάδα, αν και οι ενώσεις του με σθένος μεγαλύτερο από δύο δεν βρίσκονται σχεδόν ποτέ. Το φθόριο P, στοιχείο της ομάδας VII, είναι μονοσθενές στις πιο σημαντικές ενώσεις του. Το βρώμιο Br, στοιχείο της ομάδας VII, είναι το μέγιστο πεντασθενές. Υπάρχουν ιδιαίτερα πολλές εξαιρέσεις στην ομάδα VIII. Υπάρχουν μόνο δύο στοιχεία σε αυτό: το ρουθήνιο Ru και το όσμιο Os παρουσιάζουν σθένος οκτώ· τα υψηλότερα οξείδια τους έχουν τους τύπους RuO4 και OsO4. Το σθένος των υπολοίπων στοιχείων της ομάδας VIII είναι πολύ χαμηλότερο.
Αρχικά, το περιοδικό σύστημα του Mendeleev αποτελούνταν από οκτώ ομάδες. Στα τέλη του 19ου αιώνα. Ανακαλύφθηκαν αδρανή στοιχεία που είχε προβλέψει ο Ρώσος επιστήμονας N.A. Morozov και ο περιοδικός πίνακας αναπληρώθηκε με μια ένατη ομάδα - τον αριθμό μηδέν. Τώρα πολλοί επιστήμονες θεωρούν απαραίτητο να επιστρέψουν στη διαίρεση όλων των στοιχείων σε 8 ομάδες ξανά. Αυτό κάνει το σύστημα πιο αρμονικό. Από την οπτική γωνία των ομάδων της οκτάδας (οκτώ), ορισμένοι κανόνες και νόμοι γίνονται πιο ξεκάθαροι.

Τα στοιχεία της ομάδας κατανέμονται σύμφωνα με υποομάδες. Μια υποομάδα συνδυάζει στοιχεία μιας δεδομένης ομάδας που μοιάζουν περισσότερο στις χημικές τους ιδιότητες. Αυτή η ομοιότητα εξαρτάται από την αναλογία στη δομή των ηλεκτρονικών κελυφών των ατόμων των στοιχείων. Στον περιοδικό πίνακα, τα σύμβολα των στοιχείων κάθε υποομάδας είναι διατεταγμένα αυστηρά κάθετα.
Οι πρώτες επτά ομάδες έχουν μία κύρια και μία δευτερεύουσα υποομάδα. Στην όγδοη ομάδα υπάρχει μία κύρια υποομάδα, «αδρανή» στοιχεία και τρεις δευτερεύουσες. Το όνομα κάθε υποομάδας συνήθως δίνεται από το όνομα του επάνω στοιχείου, για παράδειγμα: υποομάδα λιθίου (Li-Na-K-Rb-Cs-Fr), υποομάδα χρωμίου (Cr-Mo-W). Ενώ στοιχεία του ίδιου Η υποομάδα είναι χημικά ανάλογα, τα στοιχεία διαφορετικών υποομάδων της ίδιας ομάδας μερικές φορές διαφέρουν πολύ έντονα στις ιδιότητές τους. Η κοινή ιδιότητα για τα στοιχεία της κύριας και της δευτερεύουσας υποομάδας της ίδιας ομάδας είναι βασικά μόνο το πανομοιότυπο υψηλότερο σθένος οξυγόνου τους. Έτσι, το μαγγάνιο Mn και το χλώριο C1, που βρίσκονται σε διαφορετικές υποομάδες της ομάδας VII, χημικά δεν έχουν σχεδόν τίποτα κοινό: το μαγγάνιο είναι μέταλλο, το χλώριο είναι ένα τυπικό αμέταλλο. Ωστόσο, οι τύποι των ανώτερων οξειδίων τους και των αντίστοιχων υδροξειδίων είναι παρόμοιοι: Mn2O7 - Cl2O7; НМnО4 - НС1О4.
Ο περιοδικός πίνακας έχει δύο οριζόντιες σειρές 14 στοιχείων που βρίσκονται έξω από τις ομάδες. Συνήθως τοποθετούνται στο κάτω μέρος του τραπεζιού. Μία από αυτές τις σειρές αποτελείται από στοιχεία που ονομάζονται λανθανίδες (κυριολεκτικά: όπως το λανθάνιο), η άλλη σειρά αποτελείται από στοιχεία που ονομάζονται ακτινίδες (όπως το ακτίνιο). Τα σύμβολα ακτινιδών βρίσκονται κάτω από τα σύμβολα της λανθανίδης. Αυτή η διάταξη αποκαλύπτει 14 μικρότερες υποομάδες, αποτελούμενες από 2 στοιχεία η καθεμία: αυτές είναι οι δεύτερες δευτερεύουσες υποομάδες λανθανίδης-ακτινιδών.
Με βάση όλα αυτά που ειπώθηκαν, διακρίνουν: α) κύριες υποομάδες, β) δευτερεύουσες υποομάδες και γ) δεύτερες δευτερεύουσες (λανθανίδες-ακτινίδες) υποομάδες.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ορισμένες κύριες υποομάδες διαφέρουν μεταξύ τους και στη δομή των ατόμων των στοιχείων τους. Με βάση αυτό, όλες οι υποομάδες του περιοδικού πίνακα μπορούν να χωριστούν σε 4 κατηγορίες.
I. Κύριες υποομάδες των ομάδων I και II (υποομάδες λιθίου και βηρυλλίου).
II. Έξι κύριες υποομάδες III - IV - V - VI - VII - VIII ομάδες (υποομάδες βορίου, άνθρακα, αζώτου, οξυγόνου, φθορίου και νέου).
III. Δέκα πλευρικές υποομάδες (μία στις ομάδες I - VII και τρεις στην ομάδα VIII). jfc,
IV. Δεκατέσσερις υποομάδες λανθανιδών-ακτινιδίων.
Οι αριθμοί των υποομάδων αυτών των 4 κατηγοριών σχηματίζουν μια αριθμητική πρόοδο: 2-6-10-14.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το κορυφαίο στοιχείο οποιασδήποτε κύριας υποομάδας βρίσκεται στην περίοδο 2. το κορυφαίο στοιχείο οποιουδήποτε πλευρικού στοιχείου - στην 4η περίοδο. το κορυφαίο στοιχείο οποιασδήποτε υποομάδας λανθανίδης-ακτινίδης - στην 6η περίοδο. Έτσι, με κάθε νέα ζυγή περίοδο του περιοδικού πίνακα, εμφανίζονται νέες κατηγορίες υποομάδων.
Κάθε στοιχείο, εκτός από το ότι βρίσκεται σε μια ή την άλλη ομάδα και υποομάδα, βρίσκεται και σε μία από τις επτά περιόδους.
Περίοδος είναι μια ακολουθία στοιχείων κατά τη διάρκεια της οποίας οι ιδιότητές τους αλλάζουν με σειρά βαθμιαίας εντατικοποίησης από τυπικά μεταλλικά σε τυπικά μη μεταλλικά (μεταλλοειδή). Κάθε περίοδος τελειώνει με ένα αδρανές στοιχείο. Καθώς οι μεταλλικές ιδιότητες των στοιχείων εξασθενούν, οι μη μεταλλικές ιδιότητες αρχίζουν να εμφανίζονται και σταδιακά αυξάνονται. στα μέσα των περιόδων υπάρχουν συνήθως στοιχεία που συνδυάζουν, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, μεταλλικές και μη μεταλλικές ιδιότητες. Αυτά τα στοιχεία ονομάζονται συχνά αμφοτερικά.

Σύνθεση περιόδων.
Οι περίοδοι δεν είναι ομοιόμορφες ως προς τον αριθμό των στοιχείων που περιλαμβάνονται σε αυτές. Τα τρία πρώτα ονομάζονται μικρά, τα υπόλοιπα τέσσερα ονομάζονται μεγάλα. Στο Σχ. Το σχήμα 8 δείχνει τη σύνθεση των περιόδων. Ο αριθμός των στοιχείων σε οποιαδήποτε περίοδο εκφράζεται με τον τύπο 2n2 όπου n είναι ακέραιος. Οι περίοδοι 2 και 3 περιέχουν 8 στοιχεία η καθεμία. σε 4 και 5 - 18 στοιχεία το καθένα. σε 6-32 στοιχεία? στο 7, που δεν έχει ολοκληρωθεί ακόμη, υπάρχουν 18 στοιχεία, αν και θεωρητικά θα έπρεπε να υπάρχουν και 32 στοιχεία.
Πρωτότυπο 1η περίοδο. Περιέχει μόνο δύο στοιχεία: υδρογόνο H και ήλιο He. Η μετάβαση των ιδιοτήτων από μεταλλικό σε μη μεταλλικό συμβαίνει εδώ σε ένα τυπικά αμφοτερικό στοιχείο - το υδρογόνο. Το τελευταίο, ως προς τις εγγενείς μεταλλικές του ιδιότητες, είναι επικεφαλής της υποομάδας των αλκαλιμετάλλων και ως προς τις εγγενείς μη μεταλλικές του ιδιότητες, είναι επικεφαλής της υποομάδας των αλογόνων. Ως εκ τούτου, το υδρογόνο συχνά τοποθετείται στον περιοδικό πίνακα δύο φορές - στις ομάδες 1 και 7.

Η διαφορετική ποσοτική σύνθεση των περιόδων οδηγεί σε μια σημαντική συνέπεια: γειτονικά στοιχεία μικρών περιόδων, για παράδειγμα, ο άνθρακας C και το άζωτο N, διαφέρουν σχετικά έντονα μεταξύ τους ως προς τις ιδιότητές τους: γειτονικά στοιχεία μεγάλων περιόδων, για παράδειγμα, ο μόλυβδος Pb και βισμούθιο Bi, είναι πολύ πιο κοντά σε ιδιότητες μεταξύ τους φίλοι, αφού η αλλαγή στη φύση των στοιχείων σε μεγάλες περιόδους συμβαίνει σε μικρά άλματα. Σε ορισμένες περιοχές μακρών περιόδων, υπάρχει ακόμη και μια τόσο αργή μείωση της μεταλλικότητας που τα κοντινά στοιχεία αποδεικνύονται πολύ παρόμοια στις χημικές τους ιδιότητες. Αυτή είναι, για παράδειγμα, η τριάδα των στοιχείων της τέταρτης περιόδου: σίδηρος Fe - κοβάλτιο - νικέλιο Ni, που συχνά αποκαλείται «οικογένεια σιδήρου». Η οριζόντια ομοιότητα (οριζόντια αναλογία) εδώ επικαλύπτει ακόμη και την κάθετη ομοιότητα (κάθετη αναλογία). Έτσι, τα στοιχεία της υποομάδας σιδήρου - σίδηρος, ρουθήνιο, όσμιο - είναι λιγότερο χημικά παρόμοια μεταξύ τους από τα στοιχεία της «οικογένειας σιδήρου».
Το πιο εντυπωσιακό παράδειγμα οριζόντιας αναλογίας είναι οι λανθανίδες. Όλα τους είναι χημικά παρόμοια μεταξύ τους και με το λανθάνιο La. Στη φύση, εμφανίζονται σε ομάδες, είναι δύσκολο να διαχωριστούν και το τυπικό υψηλότερο σθένος των περισσότερων από αυτά είναι 3. Οι λανθανίδες έχουν μια ειδική εσωτερική περιοδικότητα: κάθε όγδοος από αυτούς, κατά σειρά διάταξης, επαναλαμβάνει σε κάποιο βαθμό τις ιδιότητες και το σθένος καταστάσεις του πρώτου, δηλ. αυτή από την οποία αρχίζει η αντίστροφη μέτρηση. Έτσι, το τέρβιο Tb είναι παρόμοιο με το δημήτριο Ce. λουτέτιο Lu - σε γαδολίνιο Gd.
Οι ακτινίδες είναι παρόμοιες με τις λανθανίδες, αλλά η οριζόντια αναλογία τους είναι πολύ λιγότερο έντονη. Το υψηλότερο σθένος ορισμένων ακτινιδών (για παράδειγμα, το ουράνιο U) φτάνει το έξι. Η ουσιαστικά πιθανή εσωτερική περιοδικότητα μεταξύ τους δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί.

Διάταξη στοιχείων στον περιοδικό πίνακα. Νόμος του Moseley.

Ο D.I. Mendeleev τακτοποίησε τα στοιχεία σε μια συγκεκριμένη ακολουθία, που μερικές φορές ονομάζεται "σειρά Mendeleev". Γενικά, αυτή η ακολουθία (αρίθμηση) σχετίζεται με την αύξηση των ατομικών μαζών των στοιχείων. Ωστόσο, υπάρχουν εξαιρέσεις. Μερικές φορές η λογική πορεία του Οι αλλαγές στο σθένος έρχονται σε σύγκρουση με την πορεία των αλλαγών στις ατομικές μάζες. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η ανάγκη απαιτούσε να δοθεί προτίμηση σε μία από αυτές τις δύο αρχές συστηματοποίησης. Ο D. I. Mendeleev σε ορισμένες περιπτώσεις παραβίασε την αρχή της διάταξης των στοιχείων με αυξανόμενες ατομικές μάζες και βασίστηκε στη χημική αναλογία μεταξύ των στοιχείων.Αν ο Mendeleev είχε τοποθετήσει το νικέλιο Ni μπροστά από το κοβάλτιο Co, το ιώδιο Ι πριν από το τελλούριο Te, τότε αυτά τα στοιχεία θα έπεφταν σε υποομάδες και ομάδες που δεν αντιστοιχούν στις ιδιότητές τους και το υψηλότερο σθένος τους.
Το 1913, ο Άγγλος επιστήμονας G. Moseley, μελετώντας τα φάσματα των ακτίνων Χ για διάφορα στοιχεία, παρατήρησε ένα μοτίβο που συνδέει τους αριθμούς των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα του Mendeleev με το μήκος κύματος αυτών των ακτίνων που προέρχονται από την ακτινοβολία ορισμένων στοιχείων από τα νέφη καθόδου. Αποδείχθηκε ότι οι τετραγωνικές ρίζες των αντίστροφων μηκών κύματος αυτών των ακτίνων σχετίζονται γραμμικά με τους σειριακούς αριθμούς των αντίστοιχων στοιχείων. Ο νόμος του G. Moseley κατέστησε δυνατή την επαλήθευση της ορθότητας της "σειράς Mendeleev" και επιβεβαίωσε την άψογη της.
Ας γνωρίζουμε, για παράδειγμα, τις τιμές για τα στοιχεία Νο. 20 και Νο. 30, οι αριθμοί των οποίων στο σύστημα δεν μας προκαλούν καμία αμφιβολία. Αυτές οι τιμές σχετίζονται με τους υποδεικνυόμενους αριθμούς με μια γραμμική σχέση. Για να ελέγξετε, για παράδειγμα, ότι ο αριθμός που έχει εκχωρηθεί στο κοβάλτιο (27) είναι σωστός και, αν κρίνουμε από την ατομική μάζα, αυτός ο αριθμός θα έπρεπε να ήταν νικέλιο, ακτινοβολείται με ακτίνες καθόδου: ως αποτέλεσμα, οι ακτίνες Χ απελευθερώνονται από το κοβάλτιο . Με την αποσύνθεσή τους σε κατάλληλα πλέγματα περίθλασης (κρυστάλλους), λαμβάνουμε το φάσμα αυτών των ακτίνων και, επιλέγοντας την καθαρότερη από τις φασματικές γραμμές, μετράμε το μήκος κύματος () της ακτίνας που αντιστοιχεί σε αυτή τη γραμμή. τότε σχεδιάζουμε την τιμή στην τεταγμένη. Από το σημείο Α που προκύπτει, σχεδιάστε μια ευθεία παράλληλη προς τον άξονα x έως ότου τέμνεται με την ευθεία που προσδιορίστηκε προηγουμένως. Από το σημείο τομής Β, χαμηλώνουμε την κάθετη στον άξονα x: θα μας υποδείξει με ακρίβεια τον αριθμό κοβαλτίου, ίσο με 27. Έτσι, το περιοδικό σύστημα στοιχείων του D. I. Mendeleev - ο καρπός των λογικών συμπερασμάτων του επιστήμονα - έλαβε πειραματικά επιβεβαίωση.

Σύγχρονη διατύπωση του περιοδικού νόμου. Η φυσική σημασία του σειριακού αριθμού του στοιχείου.

Μετά το έργο του G. Moseley, η ατομική μάζα ενός στοιχείου άρχισε σταδιακά να εγκαταλείπει τον πρωταρχικό της ρόλο σε μια νέα, όχι ακόμη σαφή στην εσωτερική (φυσική) σημασία της, αλλά μια πιο ξεκάθαρη σταθερά - την τακτική ή, όπως αποκαλούν τώρα αυτό, ο ατομικός αριθμός του στοιχείου. Το φυσικό νόημα αυτής της σταθεράς αποκαλύφθηκε το 1920 από το έργο του Άγγλου επιστήμονα D. Chadwick. Ο D. Chadwick διαπίστωσε πειραματικά ότι ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου είναι αριθμητικά ίσος με το θετικό φορτίο Ζ του πυρήνα ενός ατόμου αυτού του στοιχείου, δηλαδή τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα. Αποδείχθηκε ότι ο D.I. Mendeleev, χωρίς να το υποψιαστεί, τακτοποίησε τα στοιχεία σε μια ακολουθία που αντιστοιχούσε ακριβώς στην αύξηση του φορτίου των πυρήνων των ατόμων τους.
Μέχρι τότε, διαπιστώθηκε επίσης ότι τα άτομα του ίδιου στοιχείου μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη μάζα τους. τέτοια άτομα ονομάζονται ισότοπα. Ένα παράδειγμα θα ήταν τα άτομα: και . Στον περιοδικό πίνακα, τα ισότοπα του ίδιου στοιχείου καταλαμβάνουν ένα κελί. Σε σχέση με την ανακάλυψη των ισοτόπων, διευκρινίστηκε η έννοια του χημικού στοιχείου. Επί του παρόντος, ένα χημικό στοιχείο είναι ένας τύπος ατόμων που έχουν το ίδιο πυρηνικό φορτίο - τον ίδιο αριθμό πρωτονίων στον πυρήνα. Διευκρινίστηκε και η διατύπωση του περιοδικού νόμου. Η σύγχρονη διατύπωση του νόμου αναφέρει: οι ιδιότητες των στοιχείων και των ενώσεων τους εξαρτώνται περιοδικά από το μέγεθος και το φορτίο των πυρήνων των ατόμων τους.
Άλλα χαρακτηριστικά των στοιχείων που σχετίζονται με τη δομή των εξωτερικών ηλεκτρονικών στρωμάτων των ατόμων, τους ατομικούς όγκους, την ενέργεια ιονισμού και άλλες ιδιότητες αλλάζουν επίσης περιοδικά.

Περιοδικό σύστημα και δομή ηλεκτρονικών κελυφών ατόμων στοιχείων.

Αργότερα διαπιστώθηκε ότι όχι μόνο ο σειριακός αριθμός ενός στοιχείου έχει βαθύ φυσικό νόημα, αλλά και άλλες έννοιες που συζητήθηκαν προηγουμένως επίσης απέκτησαν σταδιακά φυσικό νόημα. Για παράδειγμα, ο αριθμός ομάδας, που υποδεικνύει το υψηλότερο σθένος ενός στοιχείου, αποκαλύπτει έτσι τον μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων σε ένα άτομο ενός συγκεκριμένου στοιχείου που μπορεί να συμμετάσχει στο σχηματισμό ενός χημικού δεσμού.
Ο αριθμός περιόδου, με τη σειρά του, αποδείχθηκε ότι σχετίζεται με τον αριθμό των ενεργειακών επιπέδων που υπάρχουν στο ηλεκτρονιακό κέλυφος ενός ατόμου ενός στοιχείου μιας δεδομένης περιόδου.
Έτσι, για παράδειγμα, οι «συντεταγμένες» του κασσίτερου Sn (αριθμός σειράς 50, περίοδος 5, κύρια υποομάδα της ομάδας IV) σημαίνουν ότι υπάρχουν 50 ηλεκτρόνια σε ένα άτομο κασσίτερου, κατανέμονται σε 5 ενεργειακά επίπεδα, μόνο 4 ηλεκτρόνια είναι σθένος .
Η φυσική έννοια της εύρεσης στοιχείων σε υποομάδες διαφόρων κατηγοριών είναι εξαιρετικά σημαντική. Αποδεικνύεται ότι για στοιχεία που βρίσκονται στις υποομάδες της κατηγορίας I, το επόμενο (τελευταίο) ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο υποεπίπεδο s του εξωτερικού επιπέδου. Αυτά τα στοιχεία ανήκουν στην οικογένεια των ηλεκτρονικών. Για άτομα στοιχείων που βρίσκονται σε υποομάδες της κατηγορίας II, το επόμενο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο p-υποεπίπεδο του εξωτερικού επιπέδου. Αυτά είναι στοιχεία της ηλεκτρονικής οικογένειας «p» Έτσι, το επόμενο 50ο ηλεκτρόνιο στα άτομα κασσίτερου βρίσκεται στο p-υποεπίπεδο του εξωτερικού, δηλαδή, του 5ου ενεργειακού επιπέδου.
Για άτομα στοιχείων των υποομάδων κατηγορίας III, το επόμενο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο d-υποεπίπεδο, αλλά ήδη πριν από το εξωτερικό επίπεδο, αυτά είναι στοιχεία της ηλεκτρονικής οικογένειας "d". Στα άτομα λανθανίδης και ακτινιδών, το επόμενο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο υποεπίπεδο f, πριν από το εξωτερικό επίπεδο. Αυτά είναι στοιχεία της ηλεκτρονικής οικογένειας «f».
Δεν είναι τυχαίο, λοιπόν, ότι οι αριθμοί των υποομάδων αυτών των 4 κατηγοριών που σημειώθηκαν παραπάνω, δηλαδή 2-6-10-14, συμπίπτουν με τους μέγιστους αριθμούς ηλεκτρονίων στα υποεπίπεδα s-p-d-f.
Αλλά αποδεικνύεται ότι είναι δυνατό να λυθεί το ζήτημα της σειράς πλήρωσης του κελύφους ηλεκτρονίων και να εξαχθεί ο ηλεκτρονικός τύπος για ένα άτομο οποιουδήποτε στοιχείου με βάση το περιοδικό σύστημα, το οποίο με επαρκή σαφήνεια υποδεικνύει το επίπεδο και το υποεπίπεδο καθενός διαδοχικό ηλεκτρόνιο. Το περιοδικό σύστημα υποδεικνύει επίσης την τοποθέτηση στοιχείων το ένα μετά το άλλο σε περιόδους, ομάδες, υποομάδες και την κατανομή των ηλεκτρονίων τους μεταξύ επιπέδων και υποεπίπεδων, επειδή κάθε στοιχείο έχει το δικό του, που χαρακτηρίζει το τελευταίο του ηλεκτρόνιο. Για παράδειγμα, ας δούμε τη σύνταξη ενός ηλεκτρονικού τύπου για ένα άτομο του στοιχείου ζιρκονίου (Zr). Το περιοδικό σύστημα δίνει δείκτες και «συντεταγμένες» αυτού του στοιχείου: αύξων αριθμός 40, περίοδος 5, ομάδα IV, δευτερεύουσα υποομάδα Πρώτα συμπεράσματα: α) υπάρχουν συνολικά 40 ηλεκτρόνια, β) αυτά τα 40 ηλεκτρόνια είναι κατανεμημένα σε πέντε ενεργειακά επίπεδα. γ) από τα 40 ηλεκτρόνια μόνο τα 4 είναι σθένους, δ) το επόμενο 40ο ηλεκτρόνιο εισήλθε στο d-υποεπίπεδο πριν από το εξωτερικό, δηλαδή το τέταρτο ενεργειακό επίπεδο. Παρόμοια συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν για καθένα από τα 39 στοιχεία που προηγούνται του ζιρκονίου, μόνο οι δείκτες και οι συντεταγμένες θα είναι διαφορετικές κάθε φορά.
Επομένως, η μεθοδολογική τεχνική για τη σύνταξη ηλεκτρονικών τύπων στοιχείων με βάση το περιοδικό σύστημα είναι ότι εξετάζουμε διαδοχικά το ηλεκτρονικό κέλυφος κάθε στοιχείου στην πορεία προς ένα δεδομένο, προσδιορίζοντας από τις «συντεταγμένες» του πού πήγε το επόμενο ηλεκτρόνιό του στο κέλυφος.
Τα δύο πρώτα στοιχεία της πρώτης περιόδου, το υδρογόνο H και το ήλιο He, ανήκουν στην οικογένεια s. Δύο από τα ηλεκτρόνια τους εισέρχονται στο υποεπίπεδο s του πρώτου επιπέδου. Γράφουμε: Η πρώτη περίοδος τελειώνει εδώ, το πρώτο ενεργειακό επίπεδο επίσης. Τα επόμενα δύο στοιχεία της δεύτερης περιόδου κατά σειρά - το λίθιο Li και το βηρύλλιο Be βρίσκονται στις κύριες υποομάδες των ομάδων I και II. Αυτά είναι επίσης s-στοιχεία. Τα επόμενα ηλεκτρόνια τους θα βρίσκονται στο υποεπίπεδο s του 2ου επιπέδου. Ακολουθούν 6 στοιχεία της 2ης περιόδου: βόριο B, άνθρακας C, άζωτο N, οξυγόνο O, φθόριο F και νέο Neon. Σύμφωνα με τη θέση αυτών των στοιχείων στις κύριες υποομάδες των ομάδων III - Vl, τα επόμενα ηλεκτρόνια τους, μεταξύ των έξι, θα βρίσκονται στο p-υποεπίπεδο του 2ου επιπέδου. Γράφουμε: Το αδρανές στοιχείο νέον τελειώνει τη δεύτερη περίοδο, ολοκληρώνεται και το δεύτερο επίπεδο ενέργειας. Ακολουθούν δύο στοιχεία της τρίτης περιόδου των κύριων υποομάδων των ομάδων I και II: νάτριο Na και μαγνήσιο Mg. Αυτά είναι s-στοιχεία και τα επόμενα ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο s-υποεπίπεδο του 3ου επιπέδου.Έπειτα υπάρχουν έξι στοιχεία της 3ης περιόδου: αλουμίνιο Al, πυρίτιο Si, φώσφορος P, θείο S, χλώριο C1, αργό Ar. Σύμφωνα με τη θέση αυτών των στοιχείων στις κύριες υποομάδες των ομάδων III - UI, τα επόμενα ηλεκτρόνια τους, μεταξύ των έξι, θα βρίσκονται στο p-υποεπίπεδο του 3ου επιπέδου - Το αδρανές στοιχείο αργό έχει ολοκληρώσει την 3η περίοδο, αλλά το Το 3ο ενεργειακό επίπεδο δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, εφόσον δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια στο τρίτο πιθανό d-υποεπίπεδό του.
Ακολουθούν 2 στοιχεία της 4ης περιόδου των κύριων υποομάδων των ομάδων I και II: το κάλιο Κ και το ασβέστιο Ca. Αυτά είναι πάλι s-στοιχεία. Τα επόμενα ηλεκτρόνια τους θα βρίσκονται στο s-υποεπίπεδο, αλλά ήδη στο 4ο επίπεδο. Είναι ενεργειακά πιο ευνοϊκό για αυτά τα επόμενα ηλεκτρόνια να αρχίσουν να γεμίζουν το 4ο επίπεδο, το οποίο είναι πιο μακριά από τον πυρήνα, παρά να γεμίσουν το 3d υποεπίπεδο. Καταγράφουμε: Τα ακόλουθα δέκα στοιχεία της 4ης περιόδου από το Νο 21 σκάνδιο Sc έως το Νο. 30 ψευδάργυρο Zn είναι σε δευτερεύουσες υποομάδες III - V - VI - VII - VIII - I - II ομάδες. Δεδομένου ότι είναι όλα d-στοιχεία, τα επόμενα ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο d-υποεπίπεδο πριν από το εξωτερικό επίπεδο, δηλαδή το τρίτο από τον πυρήνα. Καταγράφουμε:
Τα ακόλουθα έξι στοιχεία της 4ης περιόδου: γάλλιο Ga, γερμάνιο Ge, αρσενικό As, σελήνιο Se, βρώμιο Br, κρυπτόν Kr - βρίσκονται στις κύριες υποομάδες των ομάδων III - VIIJ. Τα επόμενα 6 ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο p-υποεπίπεδο του εξωτερικού, δηλαδή στο 4ο επίπεδο: θεωρήθηκαν 3b στοιχεία. Η τέταρτη περίοδος συμπληρώνεται από το αδρανές στοιχείο κρυπτόν. Ολοκληρώθηκε και το 3ο επίπεδο ενέργειας. Ωστόσο, στο επίπεδο 4, μόνο δύο υποεπίπεδα πληρούνται πλήρως: s και p (από τα 4 πιθανά).
Ακολουθούν 2 στοιχεία της 5ης περιόδου των κύριων υποομάδων των ομάδων Ι και ΙΙ: Νο. 37 ρουβίδιο Rb και Νο. 38 στρόντιο Sr. Αυτά είναι στοιχεία της οικογένειας s και τα επόμενα ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο s-υποεπίπεδο του 5ου επιπέδου: Τα τελευταία 2 στοιχεία - Νο. 39 ύττριο YU Νο. 40 ζιρκόνιο Zr - βρίσκονται ήδη σε δευτερεύουσες υποομάδες, δηλ. ανήκουν στη δ-οικογένεια. Τα επόμενα δύο ηλεκτρόνια τους θα πάνε στο d-υποεπίπεδο, πριν από το εξωτερικό, δηλ. 4ο επίπεδο Συνοψίζοντας όλες τις εγγραφές διαδοχικά, συνθέτουμε τον ηλεκτρονικό τύπο για το άτομο ζιρκονίου Νο. 40. Ο προκύπτων ηλεκτρονικός τύπος για το άτομο ζιρκονίου μπορεί να τροποποιηθεί ελαφρώς ταξινομώντας τα υποεπίπεδα με τη σειρά αρίθμησης των επιπέδων τους:

Ο παραγόμενος τύπος μπορεί, φυσικά, να απλοποιηθεί στην κατανομή των ηλεκτρονίων μόνο μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων: Zr – 2|8| 18 |8 + 2| 2 (το βέλος υποδεικνύει το σημείο εισόδου του επόμενου ηλεκτρονίου· τα ηλεκτρόνια σθένους είναι υπογραμμισμένα). Η φυσική έννοια της κατηγορίας των υποομάδων έγκειται όχι μόνο στη διαφορά στον τόπο όπου το επόμενο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στο κέλυφος του ατόμου, αλλά και στα επίπεδα στα οποία βρίσκονται τα ηλεκτρόνια σθένους. Από μια σύγκριση απλοποιημένων ηλεκτρονικών τύπων, για παράδειγμα, χλώριο (3η περίοδος, κύρια υποομάδα της ομάδας VII), ζιρκόνιο (5η περίοδος, δευτερεύουσα υποομάδα της ομάδας IV) και ουράνιο (7η περίοδος, υποομάδα λανθανίδης-ακτινιδίου)
№17, С1-2|8|7
Νο. 40, Zr - 2|8|18|8+ 2| 2
Νο. 92, U - 2|8|18 | 32 |18 + 3|8 + 1|2
Μπορεί να φανεί ότι για στοιχεία οποιασδήποτε κύριας υποομάδας, μόνο τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού επιπέδου (s και p) μπορούν να είναι σθένος. Για στοιχεία πλευρικών υποομάδων, τα ηλεκτρόνια σθένους μπορεί να είναι τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού και εν μέρει προ-εξωτερικού επιπέδου (s και d). Στα λανθανίδια και ιδιαίτερα στις ακτινίδες, τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να εντοπιστούν σε τρία επίπεδα: εξωτερικό, προ-εξωτερικό και προ-εξωτερικό. Τυπικά, ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας.

Ιδιότητες στοιχείων. Ενέργεια ιοντισμού. Ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων.

Μια συγκριτική εξέταση των ιδιοτήτων των στοιχείων πραγματοποιείται σε τρεις πιθανές κατευθύνσεις του περιοδικού συστήματος: α) οριζόντια (κατά περίοδο), β) κατακόρυφη (κατά υποομάδα), γ) διαγώνια. Για να απλοποιήσουμε το σκεπτικό μας, θα εξαιρέσουμε την 1η περίοδο, την ημιτελή 7η περίοδο, καθώς και ολόκληρη την VIII ομάδα. Θα παραμείνει το κύριο παραλληλόγραμμο του συστήματος, στην επάνω αριστερή γωνία του οποίου θα υπάρχει Lithium Li (No. 3), στην κάτω αριστερή - Cs καισίου (No. 55). Πάνω δεξιά - φθόριο F (Νο. 9), κάτω δεξιά - αστατίνη At (Νο 85).
κατευθύνσεις. Στην οριζόντια κατεύθυνση από αριστερά προς τα δεξιά, οι όγκοι των ατόμων σταδιακά μειώνονται. συμβαίνει, αυτό είναι αποτέλεσμα της επίδρασης της αύξησης του φορτίου του πυρήνα στο κέλυφος των ηλεκτρονίων. Στην κατακόρυφη κατεύθυνση από πάνω προς τα κάτω, ως αποτέλεσμα της αύξησης του αριθμού των επιπέδων, οι όγκοι των ατόμων σταδιακά αυξάνονται. κατά μήκος της διαγώνιας κατεύθυνσης - πολύ λιγότερο σαφώς καθορισμένη και μικρότερη - παραμένουν κοντά. Αυτά είναι γενικά πρότυπα, στα οποία, όπως πάντα, υπάρχουν εξαιρέσεις.
Στις κύριες υποομάδες, καθώς αυξάνεται ο όγκος των ατόμων, δηλαδή από πάνω προς τα κάτω, η αποκόλληση των εξωτερικών ηλεκτρονίων γίνεται ευκολότερη και η προσθήκη νέων ηλεκτρονίων στα άτομα γίνεται πιο δύσκολη. Η δωρεά ηλεκτρονίων χαρακτηρίζει τη λεγόμενη αναγωγική ισχύ των στοιχείων, ιδιαίτερα χαρακτηριστική των μετάλλων. Η προσθήκη ηλεκτρονίων χαρακτηρίζει την οξειδωτική ικανότητα, η οποία είναι χαρακτηριστική για τα μη μέταλλα. Κατά συνέπεια, από πάνω προς τα κάτω στις κύριες υποομάδες, αυξάνεται η αναγωγική ικανότητα των ατόμων των στοιχείων. Οι μεταλλικές ιδιότητες των απλών σωμάτων που αντιστοιχούν σε αυτά τα στοιχεία αυξάνονται επίσης. Η οξειδωτική ικανότητα μειώνεται.
Από αριστερά προς τα δεξιά στις περιόδους, το μοτίβο των αλλαγών είναι το αντίθετο: η αναγωγική ικανότητα των στοιχειακών ατόμων μειώνεται, ενώ η οξειδωτική ικανότητα αυξάνεται. αυξάνονται οι μη μεταλλικές ιδιότητες των απλών σωμάτων που αντιστοιχούν σε αυτά τα στοιχεία.
Κατά τη διαγώνια κατεύθυνση, οι ιδιότητες των στοιχείων παραμένουν λίγο πολύ κοντά. Ας δούμε αυτήν την κατεύθυνση χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα: βηρύλλιο-αλουμίνιο
Από το βηρύλλιο Be στο αλουμίνιο Al μπορείτε να πάτε απευθείας κατά μήκος της διαγώνιας Be → A1, ή μέσω του βορίου B, δηλαδή, κατά μήκος των δύο ποδιών Be → B και B → A1. Η ενίσχυση των μη μεταλλικών ιδιοτήτων από βηρύλλιο σε βόριο και η εξασθένησή τους από βόριο σε αλουμίνιο εξηγεί γιατί τα στοιχεία βηρύλλιο και αλουμίνιο, που βρίσκονται στη διαγώνιο, έχουν κάποια αναλογία στις ιδιότητες, αν και δεν ανήκουν στην ίδια υποομάδα του περιοδικού πίνακα.
Έτσι, υπάρχει στενή σύνδεση μεταξύ του περιοδικού πίνακα, της δομής των ατόμων των στοιχείων και των χημικών τους ιδιοτήτων.
Οι ιδιότητες ενός ατόμου οποιουδήποτε στοιχείου - να εγκαταλείπει ένα ηλεκτρόνιο και να μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν - ποσοτικοποιούνται από τη δαπάνη ενέργειας, που ονομάζεται ενέργεια ιοντισμού I*. Εκφράζεται σε kcal/g-atom ή hj/g-atom.

Όσο χαμηλότερη είναι αυτή η ενέργεια, τόσο ισχυρότερο είναι το άτομο του στοιχείου που παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες, τόσο πιο μεταλλικό είναι το στοιχείο. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η ενέργεια, τόσο πιο αδύναμες είναι οι μεταλλικές ιδιότητες, τόσο ισχυρότερες είναι οι μη μεταλλικές ιδιότητες του στοιχείου. Η ιδιότητα ενός ατόμου οποιουδήποτε στοιχείου να δέχεται ένα ηλεκτρόνιο και να μετατρέπεται σε ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν εκτιμάται από την ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται, που ονομάζεται συγγένεια ηλεκτρονίων E. εκφράζεται επίσης σε kcal/g-άτομο ή kJ/g-άτομο.

Η συγγένεια ηλεκτρονίων μπορεί να είναι ένα μέτρο της ικανότητας ενός στοιχείου να εμφανίζει μη μεταλλικές ιδιότητες. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η ενέργεια, τόσο πιο μη μεταλλικό είναι το στοιχείο και, αντίθετα, όσο λιγότερη ενέργεια, τόσο πιο μεταλλικό είναι το στοιχείο.
Συχνά, για να χαρακτηριστούν οι ιδιότητες των στοιχείων, μια ποσότητα που ονομάζεται ηλεκτραρνητικότητα.
Είναι το αριθμητικό άθροισμα της ενέργειας ιοντισμού και της ενέργειας συγγένειας ηλεκτρονίων

Η σταθερά είναι ένα μέτρο της μη μεταλλικότητας των στοιχείων. Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο ισχυρότερο είναι το στοιχείο που παρουσιάζει μη μεταλλικές ιδιότητες.
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι όλα τα στοιχεία είναι ουσιαστικά διπλής φύσης. Η διαίρεση των στοιχείων σε μέταλλα και αμέταλλα είναι σε κάποιο βαθμό αυθαίρετη, αφού στη φύση δεν υπάρχουν αιχμηρές ακμές. Καθώς οι μεταλλικές ιδιότητες ενός στοιχείου αυξάνονται, οι μη μεταλλικές του ιδιότητες εξασθενούν και αντίστροφα. Το πιο «μεταλλικό» από τα στοιχεία - το φράγκιο Fr - μπορεί να θεωρηθεί το λιγότερο μη μεταλλικό, το πιο «μη μεταλλικό» - το φθόριο F - μπορεί να θεωρηθεί το λιγότερο μεταλλικό.
Συνοψίζοντας τις τιμές των υπολογιζόμενων ενεργειών - ενέργεια ιοντισμού και ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων - λαμβάνουμε: για το καίσιο η τιμή είναι 90 kcal/g-a., για το λίθιο 128 kcal/g-a., για το φθόριο = 510 kcal/g-a. (η τιμή εκφράζεται επίσης σε kJ/g-a.). Αυτές είναι απόλυτες τιμές ηλεκτραρνητικότητας. Για απλοποίηση, χρησιμοποιούμε τιμές σχετικής ηλεκτραρνητικότητας, λαμβάνοντας την ηλεκτραρνητικότητα του λιθίου (128) ως μονάδα. Τότε για το φθόριο (F) παίρνουμε:

Για το καίσιο (Cs), η σχετική ηλεκτραρνητικότητα θα είναι ίση με
Στο γράφημα των αλλαγών στην ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων των κύριων υποομάδων
ομάδες I-VII. Συγκρίνονται οι ηλεκτραρνητικότητες των στοιχείων των κύριων υποομάδων των ομάδων I-VII. Τα δεδομένα που δίνονται δείχνουν την πραγματική θέση του υδρογόνου στην 1η περίοδο. άνιση αύξηση της μεταλλικότητας των στοιχείων, από πάνω προς τα κάτω σε διάφορες υποομάδες. κάποια ομοιότητα στοιχείων: υδρογόνο - φώσφορος - τελλούριο (= 2,1), βηρύλλιο και αλουμίνιο (= 1,5) και μια σειρά από άλλα στοιχεία. Όπως φαίνεται από τις παραπάνω συγκρίσεις, χρησιμοποιώντας τιμές ηλεκτραρνητικότητας, είναι δυνατή η κατά προσέγγιση σύγκριση στοιχείων ακόμη και διαφορετικών υποομάδων και διαφορετικών περιόδων μεταξύ τους.

Γράφημα μεταβολών στην ηλεκτραρνητικότητα στοιχείων των κύριων υποομάδων των ομάδων I-VII.

Ο περιοδικός νόμος και το περιοδικό σύστημα στοιχείων έχουν τεράστια φιλοσοφική, επιστημονική και μεθοδολογική σημασία. Είναι: ένα μέσο κατανόησης του κόσμου γύρω μας. Ο περιοδικός νόμος αποκαλύπτει και αντανακλά τη διαλεκτικο-υλιστική ουσία της φύσης. Ο περιοδικός νόμος και το περιοδικό σύστημα στοιχείων αποδεικνύουν πειστικά την ενότητα και την υλικότητα του κόσμου γύρω μας. Είναι η καλύτερη επιβεβαίωση της εγκυρότητας των κύριων χαρακτηριστικών της μαρξιστικής διαλεκτικής μεθόδου γνώσης: α) η διασύνδεση και αλληλεξάρτηση αντικειμένων και φαινομένων, β) η συνέχεια της κίνησης και η ανάπτυξη, γ) η μετάβαση των ποσοτικών αλλαγών σε ποιοτικές, δ) πάλη και ενότητα των αντιθέτων.
Η τεράστια επιστημονική σημασία του περιοδικού νόμου έγκειται στο γεγονός ότι βοηθά δημιουργικές ανακαλύψεις στον τομέα των χημικών, φυσικών, ορυκτολογικών, γεωλογικών, τεχνικών και άλλων επιστημών. Πριν από την ανακάλυψη του περιοδικού νόμου, η χημεία ήταν μια συσσώρευση διάσπαρτων πραγματικών πληροφοριών χωρίς εσωτερική σύνδεση. Τώρα όλα αυτά έχουν τεθεί σε ένα ενιαίο αρμονικό σύστημα. Πολλές ανακαλύψεις στον τομέα της χημείας και της φυσικής έγιναν με βάση τον περιοδικό νόμο και τον περιοδικό πίνακα των στοιχείων. Ο περιοδικός νόμος άνοιξε το δρόμο για τη γνώση της εσωτερικής δομής του ατόμου και του πυρήνα του. Εμπλουτίζεται με συνεχώς νέες ανακαλύψεις και επιβεβαιώνεται ως ένας ακλόνητος, αντικειμενικός νόμος της φύσης. Η μεγάλη μεθοδολογική και μεθοδολογική σημασία του περιοδικού νόμου και του περιοδικού συστήματος στοιχείων έγκειται στο γεγονός ότι κατά τη μελέτη της χημείας δίνουν την ευκαιρία να αναπτύξει στον μαθητή μια διαλεκτική-υλιστική κοσμοθεωρία και διευκολύνουν την απόκτηση ενός μαθήματος χημείας: Η μελέτη της χημείας δεν πρέπει να βασίζεται στην απομνημόνευση των ιδιοτήτων μεμονωμένων στοιχείων και των ενώσεων τους, αλλά να κρίνει τις ιδιότητες απλών και σύνθετων ουσιών με βάση τα μοτίβα που εκφράζονται από τον περιοδικό νόμο και το περιοδικό σύστημα στοιχείων.

«Οι ιδιότητες των στοιχείων, και επομένως τα απλά και πολύπλοκα σώματα (ουσίες) που σχηματίζουν, εξαρτώνται περιοδικά από το ατομικό τους βάρος».

Σύγχρονη διατύπωση:

«Οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων (δηλαδή οι ιδιότητες και η μορφή των ενώσεων που σχηματίζουν) εξαρτώνται περιοδικά από το φορτίο του πυρήνα των ατόμων των χημικών στοιχείων».

Φυσική έννοια της χημικής περιοδικότητας

Οι περιοδικές αλλαγές στις ιδιότητες των χημικών στοιχείων προκαλούνται από τη σωστή επανάληψη της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης του εξωτερικού ενεργειακού επιπέδου (ηλεκτρόνια σθένους) των ατόμων τους με αύξηση του φορτίου του πυρήνα.

Μια γραφική αναπαράσταση του περιοδικού νόμου είναι ο περιοδικός πίνακας. Περιλαμβάνει 7 περιόδους και 8 ομάδες.

Περίοδος - οριζόντιες σειρές στοιχείων με την ίδια μέγιστη τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού ηλεκτρονίων σθένους.

Ο αριθμός περιόδου δείχνει τον αριθμό των ενεργειακών επιπέδων σε ένα άτομο ενός στοιχείου.

Οι περίοδοι μπορεί να αποτελούνται από 2 (πρώτη), 8 (δεύτερη και τρίτη), 18 (τέταρτη και πέμπτη) ή 32 (έκτη) στοιχεία, ανάλογα με τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο. Η τελευταία, έβδομη περίοδος είναι ημιτελής.

Όλες οι περίοδοι (εκτός από την πρώτη) ξεκινούν με ένα αλκαλικό μέταλλο (μικρό- στοιχείο) και τελειώνουν με ένα ευγενές αέριο ( ns 2 np 6 ).

Οι μεταλλικές ιδιότητες θεωρούνται ως η ικανότητα των ατόμων στοιχείων να εγκαταλείπουν εύκολα ηλεκτρόνια και οι μη μεταλλικές ιδιότητες να αποκτούν ηλεκτρόνια λόγω της επιθυμίας των ατόμων να αποκτήσουν μια σταθερή διαμόρφωση με γεμάτα υποεπίπεδα. Γέμισμα εξωτερικάμικρό- υποεπίπεδο δείχνει τις μεταλλικές ιδιότητες του ατόμου και το σχηματισμό του εξωτερικούΠ- υποεπίπεδο - σε μη μεταλλικές ιδιότητες. Αύξηση του αριθμού των ηλεκτρονίων κατάΠ- υποεπίπεδο (από 1 έως 5) ενισχύει τις μη μεταλλικές ιδιότητες του ατόμου. Άτομα με πλήρως σχηματισμένη, ενεργειακά σταθερή διαμόρφωση του εξωτερικού στρώματος ηλεκτρονίων ( ns 2 np 6 ) χημικά αδρανής.

Σε μεγάλες περιόδους, η μετάβαση των ιδιοτήτων από ένα ενεργό μέταλλο σε ένα ευγενές αέριο γίνεται πιο ομαλά από ό,τι σε σύντομες περιόδους, επειδή σχηματισμός εσωτερικών ( n - 1) d - υποεπίπεδο διατηρώντας το εξωτερικό ns 2 - στρώμα. Οι μεγάλες περίοδοι αποτελούνται από ζυγές και περιττές σειρές.

Για στοιχεία ζυγών σειρών στο εξωτερικό στρώμα ns 2 - ηλεκτρόνια, επομένως κυριαρχούν οι μεταλλικές ιδιότητες και η εξασθένησή τους με την αύξηση του πυρηνικού φορτίου είναι μικρή. σε μονές σειρές σχηματίζεται np- υποεπίπεδο, το οποίο εξηγεί τη σημαντική εξασθένηση των μεταλλικών ιδιοτήτων.

Ομάδες - κάθετες στήλες στοιχείων με τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους ίσο με τον αριθμό της ομάδας. Υπάρχουν κύριες και δευτερεύουσες υποομάδες.

Οι κύριες υποομάδες αποτελούνται από στοιχεία μικρών και μεγάλων περιόδων, τα ηλεκτρόνια σθένους των οποίων βρίσκονται στο εξωτερικό ns - και np - υποεπίπεδα.

Οι πλευρικές υποομάδες αποτελούνται από στοιχεία μόνο μεγάλων περιόδων. Τα ηλεκτρόνια σθένους τους βρίσκονται στο εξωτερικό ns- υποεπίπεδο και εσωτερικό ( n - 1) d - υποεπίπεδο (ή (n - 2) f - υποεπίπεδο).

Ανάλογα με ποιο υποεπίπεδο ( s -, p -, d - ή f -) γεμάτα με ηλεκτρόνια σθένους, τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα χωρίζονται σε:μικρό- στοιχεία (στοιχεία της κύριας υποομάδαςΟμάδες I και II), p - στοιχεία (στοιχεία των κύριων υποομάδων III - VII ομάδες), d - στοιχεία (στοιχεία πλευρικών υποομάδων),φά- στοιχεία (λανθανίδες, ακτινίδες).

Στις κύριες υποομάδες, από πάνω προς τα κάτω, οι μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται και οι μη μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν. Τα στοιχεία της κύριας και της δευτερεύουσας ομάδας διαφέρουν πολύ ως προς τις ιδιότητες.

Ο αριθμός ομάδας υποδεικνύει το υψηλότερο σθένος του στοιχείου (εκτός O, F, στοιχεία της υποομάδας του χαλκού και της όγδοης ομάδας).

Οι τύποι των ανώτερων οξειδίων (και των υδριτών τους) είναι κοινοί στα στοιχεία της κύριας και της δευτερεύουσας υποομάδας. Στα ανώτερα οξείδια και τις ένυδρες ενώσεις τους I - III ομάδες (εκτός από το βόριο) κυριαρχούν οι βασικές ιδιότητες, με IV έως VIII - όξινο.

Από τα πρώτα σας μαθήματα χημείας χρησιμοποιήσατε τον πίνακα του D.I. Mendeleev. Αποδεικνύει ξεκάθαρα ότι όλα τα χημικά στοιχεία που σχηματίζουν τις ουσίες του κόσμου γύρω μας είναι αλληλένδετα και υπακούουν σε γενικούς νόμους, δηλαδή αντιπροσωπεύουν ένα ενιαίο σύνολο - ένα σύστημα χημικών στοιχείων. Επομένως, στη σύγχρονη επιστήμη, ο πίνακας του D.I. Mendeleev ονομάζεται Περιοδικός Πίνακας Χημικών Στοιχείων.

Γιατί το "περιοδικό" είναι επίσης σαφές για εσάς, αφού τα γενικά μοτίβα στις αλλαγές στις ιδιότητες των ατόμων, των απλών και πολύπλοκων ουσιών που σχηματίζονται από χημικά στοιχεία επαναλαμβάνονται σε αυτό το σύστημα σε ορισμένα διαστήματα - περιόδους. Ορισμένα από αυτά τα μοτίβα που εμφανίζονται στον Πίνακα 1 είναι ήδη γνωστά σε εσάς.

Έτσι, όλα τα χημικά στοιχεία που υπάρχουν στον κόσμο υπόκεινται σε έναν ενιαίο, αντικειμενικά έγκυρο Περιοδικό Νόμο στη φύση, η γραφική αναπαράσταση του οποίου είναι ο Περιοδικός Πίνακας Στοιχείων. Αυτός ο νόμος και το σύστημα ονομάζονται από τον μεγάλο Ρώσο χημικό D.I. Mendeleev.

Ο D.I. Mendeleev έφτασε στην ανακάλυψη του Περιοδικού Νόμου συγκρίνοντας τις ιδιότητες και τις σχετικές ατομικές μάζες των χημικών στοιχείων. Για να γίνει αυτό, ο D.I. Mendeleev έγραψε σε μια κάρτα για κάθε χημικό στοιχείο: το σύμβολο του στοιχείου, την τιμή της σχετικής ατομικής μάζας (την εποχή του D.I. Mendeleev αυτή η τιμή ονομαζόταν ατομικό βάρος), τους τύπους και τη φύση του ανώτερο οξείδιο και υδροξείδιο. Τακτοποίησε 63 γνωστά χημικά στοιχεία σε μια αλυσίδα με αύξουσα σειρά των σχετικών ατομικών μαζών τους (Εικ. 1) και ανέλυσε αυτό το σύνολο στοιχείων, προσπαθώντας να βρει ορισμένα μοτίβα σε αυτό. Ως αποτέλεσμα έντονης δημιουργικής δουλειάς, ανακάλυψε ότι υπάρχουν διαστήματα σε αυτή την αλυσίδα - περίοδοι κατά τις οποίες οι ιδιότητες των στοιχείων και των ουσιών που σχηματίζονται από αυτά αλλάζουν με παρόμοιο τρόπο (Εικ. 2).

Ρύζι. 1.
Κάρτες στοιχείων διατεταγμένες με αύξουσα σειρά της σχετικής ατομικής τους μάζας

Ρύζι. 2.
Κάρτες στοιχείων διατεταγμένες κατά σειρά περιοδικών αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων και των ουσιών που σχηματίζονται από αυτά

Εργαστηριακό πείραμα Νο 2
Μοντελοποίηση της κατασκευής του Περιοδικού Πίνακα του D. I. Mendeleev

Μοντελοποιήστε την κατασκευή του Περιοδικού Πίνακα του D.I. Mendeleev. Για να το κάνετε αυτό, ετοιμάστε 20 κάρτες διαστάσεων 6 x 10 cm για στοιχεία με σειριακούς αριθμούς από το 1ο έως το 20ο. Σε κάθε κάρτα, σημειώστε τις ακόλουθες πληροφορίες σχετικά με το στοιχείο: χημικό σύμβολο, όνομα, σχετική ατομική μάζα, τύπος ανώτερου οξειδίου, υδροξείδιο (αναφέρετε τη φύση τους σε παρενθέσεις - βασικό, όξινο ή αμφοτερικό), τύπος πτητικής ένωσης υδρογόνου (για μη μέταλλα).

Ανακατέψτε τις κάρτες και, στη συνέχεια, τακτοποιήστε τις σε μια σειρά κατά σειρά αύξησης της σχετικής ατομικής μάζας των στοιχείων. Τοποθετήστε παρόμοια στοιχεία από την 1η έως τη 18η το ένα κάτω από το άλλο: υδρογόνο πάνω από λίθιο και κάλιο κάτω από νάτριο, αντίστοιχα, ασβέστιο κάτω από μαγνήσιο, ήλιο κάτω από νέον. Διατυπώστε το μοτίβο που προσδιορίσατε με τη μορφή νόμου. Σημειώστε τη διαφορά μεταξύ των σχετικών ατομικών μαζών αργού και καλίου και τη θέση τους ως προς τις κοινές ιδιότητες των στοιχείων. Εξηγήστε την αιτία αυτού του φαινομένου.

Ας απαριθμήσουμε για άλλη μια φορά, χρησιμοποιώντας σύγχρονους όρους, τις τακτικές αλλαγές στις ιδιότητες που εκδηλώνονται μέσα σε περιόδους:

Οι μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν.
Οι μη μεταλλικές ιδιότητες ενισχύονται.
ο βαθμός οξείδωσης των στοιχείων σε υψηλότερα οξείδια αυξάνεται από +1 σε +8.
ο βαθμός οξείδωσης των στοιχείων σε πτητικές ενώσεις υδρογόνου αυξάνεται από -4 σε -1.
τα οξείδια από το βασικό έως το αμφοτερικό αντικαθίστανται από όξινα.
υδροξείδια από αλκάλια μέσω αμφοτερικών υδροξειδίων αντικαθίστανται από οξέα που περιέχουν οξυγόνο.

Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, ο D.I. Mendeleev έκανε ένα συμπέρασμα το 1869 - διατύπωσε τον Περιοδικό Νόμο, ο οποίος, χρησιμοποιώντας σύγχρονους όρους, ακούγεται ως εξής:

Συστηματοποιώντας τα χημικά στοιχεία με βάση τις σχετικές ατομικές τους μάζες, ο D. I. Mendeleev έδωσε επίσης μεγάλη προσοχή στις ιδιότητες των στοιχείων και των ουσιών που σχηματίζονται από αυτά, κατανέμοντας στοιχεία με παρόμοιες ιδιότητες σε κάθετες στήλες - ομάδες. Μερικές φορές, κατά παράβαση του σχεδίου που είχε εντοπίσει, τοποθετούσε βαρύτερα στοιχεία μπροστά από στοιχεία με μικρότερη σχετική ατομική μάζα. Για παράδειγμα, έγραψε κοβάλτιο στον πίνακα του πριν από το νικέλιο, τελλούριο πριν από το ιώδιο και όταν ανακαλύφθηκαν αδρανή (ευγενή) αέρια, αργό πριν από κάλιο. Ο D.I. Mendeleev θεώρησε αυτή τη σειρά διάταξης απαραίτητη γιατί διαφορετικά αυτά τα στοιχεία θα εμπίπτουν σε ομάδες στοιχείων ανόμοια με αυτά σε ιδιότητες. Έτσι, συγκεκριμένα, το κάλιο του αλκαλιμετάλλου θα εμπίπτει στην ομάδα των αδρανών αερίων και το αδρανές αέριο αργό θα εμπίπτει στην ομάδα των αλκαλιμετάλλων.

Ο D.I. Mendeleev δεν μπορούσε να εξηγήσει αυτές τις εξαιρέσεις στον γενικό κανόνα, καθώς και τον λόγο για την περιοδικότητα των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων και των ουσιών που σχηματίζονται από αυτά. Ωστόσο, προέβλεψε ότι αυτός ο λόγος βρισκόταν στη σύνθετη δομή του ατόμου. Ήταν η επιστημονική διαίσθηση του D.I. Mendeleev που του επέτρεψε να κατασκευάσει ένα σύστημα χημικών στοιχείων όχι με τη σειρά αύξησης της σχετικής ατομικής τους μάζας, αλλά με τη σειρά αύξησης των φορτίων των ατομικών τους πυρήνων. Το γεγονός ότι οι ιδιότητες των στοιχείων καθορίζονται ακριβώς από τα φορτία των ατομικών τους πυρήνων αποδεικνύεται εύγλωττα από την ύπαρξη ισοτόπων που συναντήσατε πέρυσι (θυμηθείτε ποια είναι, δώστε παραδείγματα ισοτόπων που γνωρίζετε).

Σύμφωνα με τις σύγχρονες ιδέες για τη δομή του ατόμου, η βάση για την ταξινόμηση των χημικών στοιχείων είναι τα φορτία των ατομικών πυρήνων τους και η σύγχρονη διατύπωση του Περιοδικού Νόμου έχει ως εξής:

Η περιοδικότητα των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων και των ενώσεων τους εξηγείται από την περιοδική επανάληψη στη δομή των εξωτερικών ενεργειακών επιπέδων των ατόμων τους. Είναι ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων, ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε αυτά και ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο που αντικατοπτρίζουν τον συμβολισμό που υιοθετείται στο Περιοδικό Σύστημα, δηλαδή αποκαλύπτουν τη φυσική σημασία του σειριακού αριθμού του στοιχείου, περίοδος αριθμός και αριθμός ομάδας (από τι αποτελείται;).

Η δομή του ατόμου δίνει τη δυνατότητα να εξηγηθούν οι λόγοι για τις αλλαγές στις μεταλλικές και μη μεταλλικές ιδιότητες των στοιχείων σε περιόδους και ομάδες.

Κατά συνέπεια, ο Περιοδικός Νόμος και το Περιοδικό Σύστημα του D.I. Mendeleev συνοψίζουν πληροφορίες σχετικά με τα χημικά στοιχεία και τις ουσίες που σχηματίζονται από αυτά και εξηγούν την περιοδικότητα στις αλλαγές στις ιδιότητές τους και τον λόγο για την ομοιότητα των ιδιοτήτων των στοιχείων της ίδιας ομάδας.

Αυτές οι δύο πιο σημαντικές έννοιες του Περιοδικού Νόμου και του Περιοδικού Συστήματος του D.I. Mendeleev συμπληρώνονται από μία ακόμη, η οποία είναι η ικανότητα πρόβλεψης, δηλαδή πρόβλεψης, περιγραφής ιδιοτήτων και υποδείξεων τρόπων ανακάλυψης νέων χημικών στοιχείων. Ήδη στο στάδιο της δημιουργίας του Περιοδικού Πίνακα, ο D.I. Mendeleev έκανε μια σειρά από προβλέψεις σχετικά με τις ιδιότητες των στοιχείων που δεν ήταν ακόμη γνωστές εκείνη την εποχή και υπέδειξε τους τρόπους ανακάλυψής τους. Στον πίνακα που δημιούργησε, ο D.I. Mendeleev άφησε κενά κελιά για αυτά τα στοιχεία (Εικ. 3).

Ρύζι. 3.
Περιοδικός πίνακας στοιχείων που προτείνει ο D. I. Mendeleev

Ζωντανά παραδείγματα της προγνωστικής ισχύος του Περιοδικού Νόμου ήταν οι επακόλουθες ανακαλύψεις στοιχείων: το 1875, ο Γάλλος Lecoq de Boisbaudran ανακάλυψε το γάλλιο, που είχε προβλεφθεί από τον D. I. Mendeleev πέντε χρόνια νωρίτερα ως ένα στοιχείο που ονομάζεται "ekaaluminium" (eka - επόμενο). Το 1879, ο Σουηδός L. Nilsson ανακάλυψε το «εκαμπόρ» σύμφωνα με τον D. I. Mendeleev. το 1886 από τον Γερμανό K. Winkler - "εξασιρίτιο" σύμφωνα με τον D. I. Mendeleev (προσδιορίστε τα σύγχρονα ονόματα αυτών των στοιχείων από τον πίνακα του D. I. Mendeleev). Το πόσο ακριβής ήταν ο D.I. Mendeleev στις προβλέψεις του φαίνεται από τα δεδομένα στον Πίνακα 2.

πίνακας 2
Προβλέψεις και ανακαλύφθηκαν πειραματικά ιδιότητες του γερμανίου

Προβλέφθηκε από τον D.I. Mendeleev το 1871	Ιδρύθηκε από τον K. Winkler το 1886
Η σχετική ατομική μάζα είναι κοντά στο 72	Σχετική ατομική μάζα 72,6
Γκρι πυρίμαχο μέταλλο	Γκρι πυρίμαχο μέταλλο
Η πυκνότητα του μετάλλου είναι περίπου 5,5 g/cm 3	Πυκνότητα μετάλλου 5,35 g/cm 3
Τύπος οξειδίου E0 2	Τύπος οξειδίου Ge0 2
Η πυκνότητα του οξειδίου είναι περίπου 4,7 g/cm3	Πυκνότητα οξειδίου 4,7 g/cm3
Το οξείδιο θα μετατραπεί σε μέταλλο αρκετά εύκολα	Το οξείδιο Ge0 2 ανάγεται σε μέταλλο όταν θερμαίνεται σε ρεύμα υδρογόνου
Το χλωρίδιο ES1 4 πρέπει να είναι υγρό με σημείο βρασμού περίπου 90 °C και πυκνότητα περίπου 1,9 g/cm3	Το χλωριούχο γερμάνιο (IV) GeCl 4 είναι ένα υγρό με σημείο βρασμού 83 ° C και πυκνότητα 1,887 g/cm 3

Οι επιστήμονες που ανακάλυψαν νέα στοιχεία εκτίμησαν ιδιαίτερα την ανακάλυψη του Ρώσου επιστήμονα: «Δεν μπορεί να υπάρξει πιο εντυπωσιακή απόδειξη της εγκυρότητας του δόγματος της περιοδικότητας των στοιχείων από την ανακάλυψη του υποθετικού εκα-πυριτίου. συνιστά, φυσικά, κάτι περισσότερο από μια απλή επιβεβαίωση μιας τολμηρής θεωρίας - σηματοδοτεί μια εξαιρετική διεύρυνση του χημικού οπτικού πεδίου, ένα γιγάντιο βήμα στο πεδίο της γνώσης» (K. Winkler).

Οι Αμερικανοί επιστήμονες που ανακάλυψαν το στοιχείο Νο. 101 του έδωσαν το όνομα «μεντελέβιο» σε αναγνώριση του μεγάλου Ρώσου χημικού Ντμίτρι Μεντελέεφ, ο οποίος ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε τον Περιοδικό Πίνακα Στοιχείων για να προβλέψει τις ιδιότητες των τότε μη ανακαλυφθέντων στοιχείων.

Γνωριστήκατε στην 8η δημοτικού και θα χρησιμοποιήσετε μια φόρμα του περιοδικού πίνακα φέτος που ονομάζεται φόρμα σύντομης περιόδου. Ωστόσο, σε εξειδικευμένες τάξεις και στην τριτοβάθμια εκπαίδευση, χρησιμοποιείται κυρίως μια διαφορετική μορφή - η έκδοση μεγάλης περιόδου. Σύγκρινέ τα. Τι είναι το ίδιο και τι το διαφορετικό σε αυτές τις δύο μορφές του Περιοδικού Πίνακα;

Νέες λέξεις και έννοιες

Περιοδικός νόμος του D. I. Mendeleev.
Ο περιοδικός πίνακας χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev είναι μια γραφική αναπαράσταση του Περιοδικού Νόμου.
Η φυσική σημασία του αριθμού στοιχείου, του αριθμού περιόδου και του αριθμού ομάδας.
Μοτίβα αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων σε περιόδους και ομάδες.
Η έννοια του Περιοδικού Νόμου και του Περιοδικού Πίνακα των Χημικών Στοιχείων του D. I. Mendeleev.

Εργασίες για ανεξάρτητη εργασία

Αποδείξτε ότι ο Περιοδικός Νόμος του D.I. Mendeleev, όπως και κάθε άλλος νόμος της φύσης, εκτελεί επεξηγηματικές, γενικευτικές και προγνωστικές λειτουργίες. Δώστε παραδείγματα που απεικονίζουν αυτές τις λειτουργίες άλλων νόμων που είναι γνωστοί σε εσάς από μαθήματα χημείας, φυσικής και βιολογίας.
Ονομάστε ένα χημικό στοιχείο στο άτομο του οποίου τα ηλεκτρόνια είναι διατεταγμένα σε επίπεδα σύμφωνα με μια σειρά αριθμών: 2, 5. Ποια απλή ουσία σχηματίζει αυτό το στοιχείο; Ποιος είναι ο τύπος της ένωσης του υδρογόνου και πώς ονομάζεται; Ποιος είναι ο τύπος του υψηλότερου οξειδίου αυτού του στοιχείου, ποιος είναι ο χαρακτήρας του; Να γράψετε τις εξισώσεις αντίδρασης που χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες αυτού του οξειδίου.
Το βηρύλλιο είχε ταξινομηθεί προηγουμένως ως στοιχείο της Ομάδας III και η σχετική ατομική του μάζα θεωρήθηκε ότι ήταν 13,5. Γιατί ο D.I. Mendeleev το μετέφερε στην ομάδα II και διόρθωσε την ατομική μάζα του βηρυλλίου από το 13,5 στο 9;
Γράψτε τις εξισώσεις αντίδρασης μεταξύ μιας απλής ουσίας που σχηματίζεται από ένα χημικό στοιχείο, σε ένα άτομο της οποίας τα ηλεκτρόνια κατανέμονται μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων σύμφωνα με μια σειρά αριθμών: 2, 8, 8, 2 και απλών ουσιών που σχηματίζονται από τα στοιχεία Νο. 7 και Νο 8 στον Περιοδικό Πίνακα. Τι τύπος χημικού δεσμού υπάρχει στα προϊόντα της αντίδρασης; Τι κρυσταλλική δομή έχουν οι αρχικές απλές ουσίες και τα προϊόντα της αλληλεπίδρασής τους;
Τακτοποιήστε τα ακόλουθα στοιχεία κατά σειρά αυξανόμενων μεταλλικών ιδιοτήτων: As, Sb, N, P, Bi. Να αιτιολογήσετε τη σειρά που προκύπτει με βάση τη δομή των ατόμων αυτών των στοιχείων.
Τακτοποιήστε τα ακόλουθα στοιχεία κατά σειρά αύξησης των μη μεταλλικών ιδιοτήτων: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Να αιτιολογήσετε τη σειρά που προκύπτει με βάση τη δομή των ατόμων αυτών των στοιχείων.
Τακτοποιήστε κατά σειρά εξασθένησης των όξινων ιδιοτήτων τα οξείδια των οποίων οι τύποι είναι: SiO 2, P 2 O 5, Al 2 O 3, Na 2 O, MgO, Cl 2 O 7. Να αιτιολογήσετε τη σειρά που προκύπτει. Να γράψετε τους τύπους των υδροξειδίων που αντιστοιχούν σε αυτά τα οξείδια. Πώς αλλάζει ο όξινος χαρακτήρας τους στη σειρά που προτείνατε;
Να γράψετε τους τύπους των οξειδίων του βορίου, του βηρυλλίου και του λιθίου και να τα ταξινομήσετε σε αύξουσα σειρά των κύριων ιδιοτήτων τους. Να γράψετε τους τύπους των υδροξειδίων που αντιστοιχούν σε αυτά τα οξείδια. Ποια είναι η χημική τους φύση;
Τι είναι τα ισότοπα; Πώς συνέβαλε η ανακάλυψη των ισοτόπων στην ανάπτυξη του Περιοδικού Νόμου;
Γιατί τα φορτία των ατομικών πυρήνων των στοιχείων στον Περιοδικό Πίνακα του D.I. Mendeleev αλλάζουν μονότονα, δηλαδή το φορτίο του πυρήνα κάθε επόμενου στοιχείου αυξάνεται κατά ένα σε σύγκριση με το φορτίο του ατομικού πυρήνα του προηγούμενου στοιχείου και το οι ιδιότητες των στοιχείων και των ουσιών που σχηματίζουν αλλάζουν περιοδικά;
Δώστε τρεις διατυπώσεις του Περιοδικού Νόμου, στις οποίες η σχετική ατομική μάζα, το φορτίο του ατομικού πυρήνα και η δομή των εξωτερικών επιπέδων ενέργειας στο ηλεκτρονιακό κέλυφος του ατόμου λαμβάνονται ως βάση για τη συστηματοποίηση των χημικών στοιχείων.

Επιλογή 1

Α'1. Ποια είναι η φυσική σημασία του αριθμού ομάδας του πίνακα του D.I. Mendeleev;

2. Αυτό είναι το φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου

4. Αυτός είναι ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα

Α2. Ποιος είναι ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων;

1. Αύξων αριθμός

2. Αριθμός περιόδου

3. Αριθμός ομάδας

4. Αριθμός ηλεκτρονίων

Α3.

2. Αυτός είναι ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων σε ένα άτομο

3. Αυτός είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο

Α4. Υποδείξτε τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας στο άτομο του φωσφόρου:

1. 7 ηλεκτρόνια

2. 5 ηλεκτρόνια

3. 2 ηλεκτρόνια

4. 3 ηλεκτρόνια

Α5. Σε ποια σειρά βρίσκονται οι τύποι των υδριδίων;

1. Η 2 O, CO, C 2 H 2 , LiH

2.NaH, CH 4 , Χ 2 Ο, CaH 2

3.Η 2 O,C 2 H 2 , LiH, Li 2 Ο

4. ΟΧΙ, Ν 2 Ο 3 , Ν 2 Ο 5 , Ν 2 Ο

ΕΝΑ 6. Σε ποια ένωση η κατάσταση οξείδωσης του αζώτου είναι ίση με +1;

1. Ν 2 Ο 3

2. ΟΧΙ

3. Ν 2 Ο 5

4. Ν 2 Ο

Α7. Ποια ένωση αντιστοιχεί στο οξείδιο του μαγγανίου (II):

1. MnO 2

2. Mn 2 Ο 7

3. MnCl 2

4. MnO

Α8. Ποια σειρά περιέχει μόνο απλές ουσίες;

1. Οξυγόνο και όζον

2. Θείο και νερό

3. Άνθρακας και μπρούτζος

4. Ζάχαρη και αλάτι

Α9. Προσδιορίστε ένα στοιχείο εάν το άτομό του έχει 44 ηλεκτρόνια:

1. κοβάλτιο

2. κασσίτερος

3. ρουθήνιο

4. νιόβιο

Α10. Τι έχει ένα ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα;

1. ιώδιο

2. γερμάνιο

3. όζον

4. λευκός φώσφορος

ΣΕ 1. Αγώνας

Αριθμός ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο ενός ατόμου

Σύμβολο χημικών στοιχείων

Α. 3

Β. 1

ΣΤΙΣ 6

Ζ. 4

1) S 6) Γ

2) Fr 7) Αυτός

3) Mg 8) Ga

4) Αλ 9) Τε

5) Si 10) Κ

ΣΤΙΣ 2. Αγώνας

Όνομα ουσίας

Φόρμουλα ουσίας

ΕΝΑ. Οξείδιοθείο(VI)

Β. Υδρίδιο του νατρίου

Β. Υδροξείδιο του νατρίου

σολ. Χλωριούχος σίδηρος (II).

1) ΛΟΙΠΟΝ 2

2) FeCl 2

3) FeCl 3

4) NaH

5) ΛΟΙΠΟΝ 3

6) NaOH

Επιλογή 2

Α'1. Ποια είναι η φυσική σημασία του αριθμού περιόδου του πίνακα του D.I. Mendeleev;

1. Αυτός είναι ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων σε ένα άτομο

2. Αυτό είναι το φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου

3. Αυτός είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο ενός ατόμου

4. Αυτός είναι ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα

Α2. Ποιος είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο;

1. Αύξων αριθμός

2. Αριθμός περιόδου

3. Αριθμός ομάδας

4. Αριθμός νετρονίων

Α3. Ποια είναι η φυσική σημασία του ατομικού αριθμού ενός χημικού στοιχείου;

1. Αυτός είναι ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα

2. Αυτό είναι το φορτίο του ατομικού πυρήνα

3. Αυτός είναι ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων σε ένα άτομο

4. Αυτός είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο ενός ατόμου

Α4. Υποδείξτε τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας σε ένα άτομο πυριτίου:

1. 14 ηλεκτρόνια

2. 4 ηλεκτρόνια

3. 2 ηλεκτρόνια

4. 3 ηλεκτρόνια

Α5. Σε ποια σειρά βρίσκονται οι τύποι οξειδίων;

1. Η 2 O, CO, CΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 2 , LiΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕH

2.NaH, CH 4 , Χ 2 Ο, CaH 2

3.Η 2 O,C 2 H 2 , LiH, Li 2 Ο

4. ΟΧΙ, Ν 2 Ο 3 , Ν 2 Ο 5 , Ν 2 Ο

ΕΝΑ 6. Σε ποια ένωση η κατάσταση οξείδωσης του χλωρίου είναι ίση με -1;

1. Cl 2 Ο 7

2. HClO

3. HCl

4. Cl 2 Ο 3

Α7. Ποια ένωση αντιστοιχεί στο μονοξείδιο του αζώτου (IIΕγώ):

1. Ν 2 Ο

2. Ν 2 Ο 3

3. ΟΧΙ

4. H 3 Ν

Α8. Σε ποια σειρά βρίσκονται απλές και σύνθετες ουσίες;

1. Διαμάντι και όζον

2. Χρυσός και διοξείδιο του άνθρακα

3. Νερό και θειικό οξύ

4. Ζάχαρη και αλάτι

Α9. Προσδιορίστε ένα στοιχείο εάν το άτομό του έχει 56 πρωτόνια:

1. σίδερο

2. κασσίτερος

3. βάριο

4. μαγγάνιο

Α10. Τι έχει ένα μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα;

διαμάντι

πυρίτιο

τεχνητό διαμάντι

βόριο

ΣΕ 1. Αγώνας

Αριθμός ενεργειακών επιπέδων σε ένα άτομο

Σύμβολο χημικών στοιχείων

ΕΝΑ. 5

σι. 7

ΣΕ. 3

σολ. 2

1) S 6) Γ

2) Fr 7) Αυτός

3) Mg 8) Ga

4) Β 9) Τε

5) Sn 10) Rf

ΣΤΙΣ 2. Αγώνας

Όνομα ουσίας

Φόρμουλα ουσίας

Α. Υδρίδιο του άνθρακα (ΕγώV)

Β. Οξείδιο του ασβεστίου

Β. Νιτρίδιο ασβεστίου

Ζ. Υδροξείδιο του ασβεστίου

1) Η 3 Ν

2) Ca(OH) 2

3) ΚΟΗ

4) CaO

5) Χ.Θ 4

6) Ca 3 Ν 2