Перыядычная сістэма элементаў

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці

Перыядычная сістэма хімічных элементаў (табліца Мендзялеева) — класіфікацыя хімічных элементаў, якая ўстанаўлівае залежнасць розных уласцівасцей элементаў ад зарада атамнага ядра. Сістэма з'яўляецца графічным выразам перыядычнага закона, усталяванага рускім хімікам Д. І. Мендзялеевым ў 1869 годзе. Яе першапачатковы варыянт быў распрацаваны Д. І. Мендзялеевым ў 1869-1871 гадах і ўсталёўваў залежнасць уласцівасцяў элементаў ад іх атамнай вагі (па-сучаснаму, ад атамнай масы). Усяго прапанавана некалькі сотняў[1] варыянтаў малюнка перыядычнай сістэмы (аналітычных крывых, табліц, геаметрычных фігур і т. П.). У сучасным варыянце сістэмы мяркуецца звядзенне элементаў у двухмерную табліцу, у якой кожны слупок (група) вызначае асноўныя фізіка-хімічныя ўласцівасці, а радкі ўяўляюць сабой перыяды, у пэўнай меры падобныя адзін аднаму.

Гісторыя адкрыцця[правіць | правіць зыходнік]

Да сярэдзіны XIX стагоддзя былі адкрыты 63 хімічных элемента, і спробы знайсці заканамернасці ў гэтым наборы рабіліся неаднаразова. У 1829 годзе Дзёберэйнер апублікаваў знойдзены ім «закон трыяд»: атамны вагі многіх элементаў блізкія да сярэдняга арыфметычным двух іншых элементаў, блізкіх да зыходнага па хімічных уласцівасцях (стронцый, кальцый і барый; хлор, бром і ёд і інш.). Першую спробу размясціць элементы ў парадку ўзрастання атамных вагаў распачаў Аляксандр Эміль Шанкуртуа (1862), які размясціў элементы ўздоўж шрубавай лініі і адзначыў часты цыклічны паўтор хімічных уласцівасцей па вертыкалі. Абедзве названыя мадэлі не прыцягнулі ўвагі навуковай грамадскасці.

У 1866 году свой варыянт перыядычнай сістэмы прапанаваў хімік і музыка Джон Аляксандр Ньюлендс, мадэль якога («закон актаў») вонкава трохі нагадвала Мендзялееўскую, але была скампраметаваная настойлівымі спробамі аўтара знайсці ў табліцы містычную музычную гармонію. У гэтым жа дзесяцігоддзі з'явіліся яшчэ некалькі спробаў сістэматызацыі хімічных элементаў; бліжэй за ўсё да канчатковага варыянту падышоў Юліус Лотар Мэер (1864). Д. І. Мендзялееў апублікаваў сваю першую схему перыядычным табліцы ў 1869 годзе ў артыкуле «Суадносіны уласцівасцей з атамнай вагой элементаў» (у часопісе Рускага хімічнага грамадства); яшчэ раней (люты 1869 года) навуковае паведамленне аб адкрыцці было ім разаслана вядучым хімікам свету. Днём адкрыцця перыядычнага закону лічыцца 1 сакавіка (17 лютага па старым стылі) 1869 года, у які Д. І. Мендзялееў скончыў працу над «Вопытам сістэмы элементаў, заснаванай на іх атамным вазе і хімічным падабенстве»[2].

Паводле легенды, думка аб сістэме хімічных элементаў прыйшла да Мендзялеева ў сне, аднак вядома, што аднойчы на пытанне, як ён адкрыў перыядычную сістэму, вучоны адказаў: «Я над ёй, можа быць, дваццаць гадоў думаў, а вы думаеце: сядзеў і раптам… гатова».

Напісаўшы на картках асноўныя ўласцівасці кожнага элемента (іх у той час было вядома 63, з якіх адзін — дыдым Di — апынуўся ў далейшым сумессю двух зноў адкрытых элементаў празеадыму і неадыму), Мендзялееў пачынае шматкроць перастаўляць гэтыя карткі, складаць з іх шэрагі падобных па уласцівасцях элементаў, супастаўляць шэрагі адзін з іншым[3]. Вынікам працы стаў адпраўлены ў 1869 годзе ў навуковыя ўстановы Расіі і іншых краін першы варыянт сістэмы («Вопыт сістэмы элементаў, заснаванай на іх атамнай вазе і хімічным падабенстве»), у якім элементы былі расстаўленыя па дзевятнаццаці гарызантальным шэрагах (шэрагах падобных элементаў, якія сталі правобразам груп сучаснай сістэмы) і па шасці вертыкальным слупках (правобразам будучых перыядаў). У 1870 году Мендзялееў у «Асновах хіміі» публікуе другі варыянт сістэмы («Натуральную сістэму элементаў»), які мае больш звыклы нам выгляд: гарызантальныя слупкі элементаў-аналагаў ператварыліся ў восем вертыкальна размешчаных груп; шэсць вертыкальных слупкоў першага варыянту ператварыліся ў перыяды, што пачыналіся шчолачным металам і якія сканчаюцца галагенавыя. Кожны перыяд быў разбіты на два рады; элементы розных якія ўвайшлі ў групу шэрагаў утварылі падгрупы.

Сутнасць адкрыцця Мендзялеева заключалася ў тым, што з ростам атамнай масы хімічных элементаў іх ўласцівасці мяняюцца не манатонна, а перыядычна. Пасля пэўнай колькасці розных па ўласцівасцях элементаў, размешчаных па ўзрастанні атамнай вагі, уласцівасці пачынаюць паўтарацца. Напрыклад, натрый падобны на калій, фтор падобны на хлор, а золата падобна на срэбра і медзь. Зразумела, уласцівасці не паўтараюцца ў дакладнасці, да іх дадаюцца і змены. Адзнакай працы Мендзялеева ад работ яго папярэднікаў было тое, што асноў для класіфікацыі элементаў у Мендзялеева была не адна, а дзве — атамная маса і хімічнае падабенства. Для таго, каб перыядычнасць цалкам выконвалася, Мендзялеевым былі зроблены вельмі смелыя крокі: ён выправіў атамныя масы некаторых элементаў (напрыклад, берылія, індыя, урану, торыя, цэрыя, тытана, ітрыя), некалькі элементаў размясціў у сваёй сістэме насуперак прынятым у той час паданнях аб іх падабенстве з іншымі (напрыклад, талій, які лічыўся шчолачным металам, ён змясціў у трэцюю групу паводле яго фактычнай максімальнай валентнасці), пакінуў у табліцы пустыя клеткі, дзе павінны былі размясціцца пакуль не адкрытыя элементы. У 1871 годзе на аснове гэтых работ Мендзялееў сфармуляваў Перыядычны закон, форма якога з часам была некалькі ўдасканалена.

Навуковая дакладнасць перыядычных закона атрымала пацверджанне вельмі хутка: у 1875-1886 гадах былі адкрыты галій (экаалюміній), скандый (экабор) і германій (экасіліцый), для якіх Мендзялееў, карыстаючыся перыядычнай сістэмай, прадказаў не толькі магчымасць іх існавання, але і з дзіўнай дакладнасцю апісаў цэлы шэраг фізічных і хімічных уласцівасцей.

У пачатку XX стагоддзя з адкрыццём будовы атама было ўстаноўлена, што перыядычнасць змены уласцівасцей элементаў вызначаецца не атамнай вагой, а зарадам ядра, роўным атамным нумары і ліку электронаў, размеркаванне якіх па электронных абалонкам атама элемента вызначае яго хімічныя ўласцівасці.

Далейшае развіццё перыядычнай сістэмы звязана з запаўненнем пустых клетак табліцы, у якія змяшчаліся ўсё новыя і новыя элементы: высакародныя газы, прыродныя і штучна атрыманыя радыеактыўныя элементы. У 2010 годзе, з сінтэзам 117 элемента, сёмы перыяд перыядычнай сістэмы быў завершаны, праблема ніжняй мяжы табліцы Мендзялеева застаецца адной з найважнейшых у сучаснай тэарэтычнай хіміі.

Структура перыядычнай сістэмы[правіць | правіць зыходнік]

Найбольш распаўсюджанымі з'яўляюцца 3 формы табліцы Мендзялеева: «кароткая» (кароткаперыядная), «доўгая» (доўгаперыядная) і «звышдоўгая». У «звышдоўгім» варыянце кожны перыяд займае роўна адну радок. У «доўгім» варыянце лантаноіды і актыноіды вынесеныя з агульнай табліцы, робячы яе больш кампактнай. У «кароткай» форме запісы, у дадатак да гэтага, чацвёрты і наступныя перыяды займаюць па 2 радкі; сімвалы элементаў галоўных і пабочных падгруп выраўноўваюцца адносна розных старон клетак. Вадарод часам змяшчаюць у 7-ю («кароткая» форма) або 17-ю («доўгая» форма) групу табліцы[4][5].

Ніжэй прыведзены доўгі варыянт (длиннопериодная форма), зацверджаны Міжнародным саюзам тэарэтычнай і прыкладной хіміі (IUPAC) у якасці асноўнага.

Табліца[правіць | правіць зыходнік]

Група 1
I A
2
II A
3
III B
4
IV B
5
V B
6
VI B
7
VII B
8
VIII B
9
VIII B
10
VIII B
11
I B
12
II B
13
III A
14
IV A
15
V A
16
VI A
17
VII A
18
VIII A
Перыяд абалонка
1 1
H
2
He
K
2 3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
L
3 11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
M
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
N
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
O
6 55
Cs
56
Ba
57
La
* 72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
P
7 87
Fr
88
Ra
89
Ac
** 104
Ku
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo
Q

* Лантаноіды 58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
** Актыноіды 90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr



Легенда: Натуральныя элементы Шчолачныя металы Шчолачназямельныя металы Лантаноіды Актыноіды Пераходныя металы
Штучныя элементы Металы Паўметалы Галагены Інертныя газы Неметалы

Кароткая форма табліцы, якая змяшчае восем груп элементаў[6], была афіцыйна адменена ІЮПАК ў 1989 годзе. З сучаснай замежнай літаратуры кароткая форма выключана цалкам, замест яе выкарыстоўваецца доўгая форма. Такую сітуацыю некаторыя даследчыкі звязваюць у тым ліку з уяўнай рацыянальнай кампактнасцю кароткай формы табліцы, а таксама з інерцыяй, стэрэатыпным мысленнем і неўспрыманнем сучаснай (міжнароднай) інфармацыі[7].

У 1970 году Тэадор Сіборг прапанаваў пашыраную перыядычную табліцу элементаў. Нільсам Борам распрацоўвалася лесвічная (пірамідальная) форма перыядычнай сістэмы. Існуе і мноства іншых, такіх, што рэдка або зусім не выкарыстоўваюцца, але вельмі арыгінальных, спосабаў графічнага адлюстравання перыядычнага закона[8]. Сёння існуюць некалькі сотняў варыянтаў табліцы, пры гэтым навукоўцы прапануюць усё новыя варыянты[9].

  1. В книге В. М. Потапов, Г. Н. Хомченко «Химия», М. 1982 (стр. 26) утверждается, что их более 400.
  2. Периодический закон химических элементов / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — м: Педагогика, 1990. — С. 185. — ISBN 5-7155-0292-6.
  3. Периодический закон: предыстория, открытие, разработка. Музей-архив Д.И. Менделеева. Архівавана з першакрыніцы 14 кастрычніка 2012. Праверана 1 верасня 2012.
  4. Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, 1973, с. 29.
  5. Реми Г., Курс неорганической химии, т. 1, 1963, с. 29.
  6. Пример короткой формы таблицы.
  7. Р. С. Сайфуллин, А. Р. Сайфуллин, «Новая таблица Менделеева», Химия и жизнь, 2003, № 12, стр. 14—17. (В виде PDF-файла — 6,0 МБ — на сайте «Единой Коллекции цифровых образовательных ресурсов…».)
  8. Трифонов Д. Н.: Структура и границы периодич. систем. ~М.: 1969
  9. Химики предложили улучшить таблицу Менделеева. Lenta.Ru (2009-10-07). Архівавана з першакрыніцы 21 жніўня 2011. Праверана 7 кастрычніка 2009.