Периодичен закон, един от основните закони на естествознанието, е открит от великия руски учен Д.И. Менделеев през 1869 г. Първоначално законът е формулиран, както следва: свойствата на елементите и техните съединения са в периодична зависимост от стойността на тяхното атомно тегло(според съвременните представи - атомна маса).

Периодичният закон беше представен като класификация на елементите. Въз основа на него елементите бяха подредени в естествени групи според съвкупността от техните свойства. На този момент беше обърнато специално внимание: ръководени от свойствата на елементите, D.I. В редица случаи Менделеев дори трябваше да се отклони от последователното подреждане на елементите в Периодичната система строго в съответствие с увеличаването на атомните маси (атомни "тегла"), например 18 Ar (39,9) и 19 K (39,1) , 52 Te (127.6) и 53 1(126.9).

По времето на Менделеев не е била известна причината за периодичността на свойствата на елементите. Откривателят на Периодичния закон обаче бил сигурен, че причината трябва да се търси в структурата на материята.

Откриването на периодичния закон не само постави основата на химическата наука, но и постави задачата да се изясни физическата причина за периодичността. Химическо и абсолютно мнозинство физични свойстваелементите са периодична функция на някаква независима, еднозначно определена величина, присъща на всеки елемент и променяща се монотонно от елемент на елемент. Атомната маса ("атомно тегло") е взета от Менделеев като такава стойност.

Едва когато, благодарение на напредъка на физиката, се знаеше много повече за структурата на атома, отколкото по времето на откриването и формирането на периодичния закон, стана ясно истинското му значение и причините за периодичността. От елемент на елемент, според периодичната система, зарядът на ядрото на атома на елемента се променя, което се определя от броя на протоните. В периодичната система това число съвпада с поредния номер на елемента. Тъй като атомът е електрически неутрален, зарядът на ядрото (в единици електронен заряд) е равен на броя на електроните в електронната обвивка на атома. Нараства сериен номерелемент на единица означава, че един протон е добавен към ядрото на атома и един електрон е добавен съответно към електронната обвивка. Тъй като свойствата на елементите, особено на химичните, се определят главно от електроните на външния квантов слой, причината за периодичността на свойствата е периодичният характер на запълване на пространството около ядрото с електрони. Факторът, който определя структурата на електронните обвивки на атомите, а оттам и свойствата на елементите, е зарядът на ядрото на атома. Следователно съвременната формулировка на периодичния закон е следната: свойствата на елементите и техните съединения са в периодична зависимост от заряда на ядрото на атома на елемента.

Атомната маса на даден елемент се определя от общия брой нуклони (протони и неутрони) в ядрата на изотопите на този елемент и изотопния състав на елемента. Промяната в атомната маса е главно пропорционална на заряда на ядрото. Следователно Менделеевата формулировка на периодичния закон, с малки изключения, отразява правилно подреждането на елементите в периодичната система, но не разкрива причината за периодичността.

Съгласно принципа на Паули, броят на възможните електронни състояния в квантовите нива и поднива е ограничен от броя на комбинациите от неповтарящи се набори от четири квантови числа. П, /, TИ си това определя капацитета на квантовите нива и поднива (вижте таблица 2.1). Ако атомът не е възбуден, електроните запълват такива орбитали, чиято енергия е минимална.

Периодичната система би била по-проста, ако енергията в многоелектронните атоми, както при водородния атом, се определяше от главното квантово число. Тогава, в съответствие с капацитета на квантовите слоеве, периодите ще се състоят от 2, 8, 18, 32, 50 и т.н. елементи, а благородните газове със завършено квантово ниво биха имали числата 2, 10, 28, 60, 110 ... Въпреки това, поради междуелектронното взаимодействие, тази последователност е нарушена. От период IV започва запълването на нов квантов слой, който в Периодичната система съответства на началото на нов период, на незавършено предварително трето квантово ниво, а от период VI - на незавършени IV и V квантови нива и т.н. Следователно благородните газове – елементите, след които започва изграждането на ново квантово ниво (и нов период) – съдържат само 8 електрона на външния квантов слой и имат номера 2, 10, 18, 36, 54 и 86. Съответно , периодите обхващат 2, 8, 8, 18, 18 и 32 елемента.

Периодичният закон няма определено математическо изражение. Представен е под формата на периодична таблица. Има няколко варианта на такава таблица, но всички те са представени под една или друга форма като структурограми на структурата на атом на всеки елемент. Става възможно да се установи електронната структура на всеки атом не само въз основа на известната последователност от поднива на запълване или правилото на Клечковски, но и въз основа на самата таблица: позицията на елемент в таблицата еднозначно отразява електронния структурата на неговите атоми. Разпределението на елементите по периоди и подгрупи точно съответства на разпределението на електроните на атомите на тези елементи по нива и поднива на електронната обвивка.

DI. Менделеев формулира Периодичния закон през 1869 г., който се основава на един от основни характеристикиатом - атомна маса. Последващото развитие на Периодичния закон, а именно придобиването на големи експериментални данни, донякъде промени първоначалната формулировка на закона, но тези промени не противоречат на основния смисъл, заложен от D.I. Менделеев. Тези промени само дадоха на закона и Периодичната система научна валидност и потвърждение на правилността.

Съвременната формулировка на Периодичния закон от D.I. Менделеев е следното: свойствата на химичните елементи, както и свойствата и формите на съединенията на елементите, са в периодична зависимост от заряда на ядрата на техните атоми.

Структура на периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев

По настоящото становище е известно голям бройинтерпретации на Периодичната система, но най-популярните - с кратки (малки) и дълги (големи) периоди. Хоризонталните редове се наричат ​​периоди (съдържат елементи с последователно запълване на едно и също енергийно ниво), а вертикалните колони се наричат ​​групи (съдържат елементи, които имат еднакъв брой валентни електрони - химични аналози). Също така всички елементи могат да бъдат разделени на блокове според вида на външната (валентна) орбитала: s-, p-, d-, f-елементи.

Общо в системата (таблица) има 7 периода, а номерът на периода (обозначен с арабска цифра) е равен на броя на електронните слоеве в атома на даден елемент, номерът на външното (валентно) енергийно ниво , и стойността на основното квантово число за най-високото енергийно ниво. Всеки период (с изключение на първия) започва с s-елемент - активен алкален метал и завършва с инертен газ, който се предхожда от p-елемент - активен неметал (халоген). Ако се движим по периода отляво надясно, тогава с увеличаване на заряда на ядрата на атомите на химични елементи с малки периоди, броят на електроните на външно енергийно ниво ще се увеличи, в резултат на което свойствата на елементите се променят - от типично метални (тъй като в началото на периода има активен алкален метал), през амфотерни (елементът проявява свойства както на метали, така и на неметали) до неметални (активен неметал - халоген в края на периода), т.е. металните свойства постепенно отслабват, а неметалните се увеличават.

В големи периоди, с увеличаване на ядрения заряд, запълването на електрони е по-трудно, което обяснява по-сложна промяна в свойствата на елементите в сравнение с елементите с малки периоди. И така, в четни редици от дълги периоди, с увеличаване на ядрения заряд, броят на електроните във външното енергийно ниво остава постоянен и равен на 2 или 1. Следователно, докато следващото ниво след външното (второто отвън) се запълва с електрони, свойствата на елементите в четни редове се променят бавно. При преминаване към нечетни редове, с увеличаване на ядрения заряд, броят на електроните във външното енергийно ниво се увеличава (от 1 до 8), свойствата на елементите се променят по същия начин, както при малки периоди.

Вертикалните колони в периодичната система са групи от подобни елементи електронна структураи са химически аналози. Групите са обозначени с римски цифри от I до VIII. Разграничават се главните (А) и вторичните (В) подгрупи, първата от които съдържа s- и p-елементи, втората - d - елементи.

Номерът на подгрупата A показва броя на електроните във външното енергийно ниво (броя на валентните електрони). За елементи от B-подгрупи няма пряка връзка между номера на групата и броя на електроните във външното енергийно ниво. В А-подгрупите металните свойства на елементите нарастват, а неметалните намаляват с увеличаване на заряда на ядрото на атома на елемента.

Съществува връзка между позицията на елементите в Периодичната система и структурата на техните атоми:

- атомите на всички елементи от един и същи период имат еднакъв брой енергийни нива, частично или напълно запълнени с електрони;

— атомите на всички елементи от подгрупи А имат равен брой електрони на външно енергийно ниво.

Периодични свойства на елементите

Близостта на физикохимичните и химичните свойства на атомите се дължи на сходството на техните електронни конфигурации, освен това, водеща роляиграе разпределението на електроните във външната атомна орбитала. Това се проявява в периодичната поява с увеличаване на заряда на атомното ядро ​​на елементи с подобни свойства. Такива свойства се наричат ​​периодични, сред които най-важните са:

1. Броят на електроните във външната електронна обвивка ( население – w). В кратки периоди с нарастващ ядрен заряд wвъншната електронна обвивка се увеличава монотонно от 1 до 2 (период 1), от 1 до 8 (периоди 2 и 3). В големи периоди през първите 12 елемента wне надвишава 2 и след това до 8.

2. Атомни и йонни радиуси(r), определени като средните радиуси на атом или йон, открити от експериментални данни за междуатомни разстояния в различни съединения. Атомният радиус намалява през периода (постепенно нарастващите електрони се описват от орбитали с почти еднакви характеристики, атомният радиус се увеличава над групата, тъй като броят на електронните слоеве се увеличава (фиг. 1.).

Ориз. 1. Периодична промяна на атомния радиус

Същите модели се наблюдават за йонния радиус. Трябва да се отбележи, че йонният радиус на катиона (положително зареден йон) е по-голям от атомния радиус, който от своя страна е по-голям от йонния радиус на аниона (отрицателно зареден йон).

3. Йонизационна енергия(E и) е количеството енергия, необходимо за отделяне на електрон от атом, т.е. енергията, необходима за превръщането на неутрален атом в положително зареден йон (катион).

E 0 - → E + + E и

E и се измерва в електронволтове (eV) на атом. В групата на периодичната система стойностите на йонизационната енергия на атомите намаляват с увеличаване на зарядите на ядрата на атомите на елементите. От атомите на химичните елементи можете последователно да откъснете всички електрони, като докладвате дискретни стойности E i. В същото време Е и 1< Е и 2 < Е и 3 <….Энергии ионизации отражают дискретность структуры электронных слоев и оболочек атомов химических элементов.

4. електронен афинитет(E e) е количеството енергия, освободено, когато допълнителен електрон е прикрепен към атом, т.е. процесна енергия

E 0 + → E -

E e също се изразява в eV и, подобно на E и зависи от радиуса на атома, следователно естеството на промяната на E e по периоди и групи от периодичната система е близко до естеството на промяната в атомния радиус . Р-елементите от VII група имат най-висок електронен афинитет.

5. Възстановителна дейност(VA) - способността на атома да отдаде електрон на друг атом. Количествена мярка - E и. Ако E и се увеличава, тогава BA намалява и обратно.

6. Окислителна активност(OA) - способността на атома да прикрепи електрон от друг атом. Количествена мярка E e. Ако E e се увеличава, тогава OA също се увеличава и обратно.

7. Скрининг ефект- намаляване на въздействието върху даден електрон на положителния заряд на ядрото поради наличието на други електрони между него и ядрото. Екранирането се увеличава с броя на електронните слоеве в атома и намалява привличането на външни електрони към ядрото. Екранирането е обратното ефект на проникване, поради факта, че един електрон може да се намира във всяка точка на атомното пространство. Ефектът на проникване увеличава силата на връзката между електрона и ядрото.

8. Степен на окисление (число на окисление)- въображаемият заряд на атом на елемент в съединение, който се определя от предположението за йонната структура на веществото. Номерът на групата на периодичната таблица показва най-високото положително състояние на окисление, което могат да имат елементите от дадена група в техните съединения. Изключение правят металите от подгрупата на медта, кислорода, флуора, брома, металите от семейството на желязото и други елементи от VIII група. Тъй като ядреният заряд се увеличава за период, максималното положително състояние на окисление се увеличава.

9. Електроотрицателност, състави на висши водородни и кислородни съединения, термодинамични, електролитни свойства и др.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение	Опишете елемента (Z = 23) и свойствата на неговите съединения (оксиди и хидроксиди) с електронната формула: семейство, период, група, брой валентни електрони, електронно-графична формула за валентни електрони в основно и възбудено състояние, основни степен на окисление (максимална и минимална), формули на оксиди и хидроксиди.
Решение	23 V 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3 3p 6 3d 3 4s 2 d-елемент, метал, е в ;-тия период, в V група, в подгр. Валентни електрони 3d 3 4s 2 . Оксиди VO, V 2 O 3, VO 2, V 2 O 5. Хидроксиди V(OH) 2 , V(OH) 3 , VO(OH) 2 , HVO 3 . Основно състояние възбудено състояние Минималното ниво на окисление е "+2", максималното е "+5".

По времето, когато е открит периодичният закон, са били известни 63 химични елемента и са описани свойствата на различните им съединения.

Творбите на предшествениците на D.I. Менделеев:

1. Класификацията на Берцелиус, която не е загубила своята актуалност и днес (метали, неметали)

2. Триади на Debereiner (напр. литий, натрий, калий)

4. Спирална ос Shankurtur

5. Крива на Майер

Участие на Д.И. Менделеев на Международния химически конгрес в Карлсруе (1860 г.), където са установени идеите на атомизма и концепцията за "атомно" тегло, което сега е известно като "относителна атомна маса".

Лични качества на великия руски учен D.I. Менделеев.

Гениалният руски химик се отличаваше с енциклопедични познания, скрупулност на химическия експеримент, най-голяма научна интуиция, увереност в истинността на своята позиция и оттам и безстрашен риск в защитата на тази истина. DI. Менделеев беше велик и прекрасен гражданин на руската земя.

Д.И.Менделеев подрежда всички известни нему химични елементи в дълга верига във възходящ ред на техните атомни тегла и отбелязва сегменти в нея - периоди, в които свойствата на елементите и образуваните от тях вещества се променят по подобен начин, а именно:

1). Металните свойства са отслабени;

2) Неметалните свойства бяха подобрени;

3) Степента на окисление във висшите оксиди се повишава от +1 до +7(+8);

4) Степента на окисление на елементите в хидроксиди, твърди солеподобни съединения на метали с водород се увеличава от +1 до +3, а след това в летливи водородни съединения от -4 до -1;

5) Оксидите от основни до амфотерни са заменени с киселинни;

6) Хидроксиди от основи, чрез амфотерни киселини бяха заменени с киселини.

Заключението на неговата работа е първата формулировка на периодичния закон (1 март 1869 г.): свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества са в периодична зависимост от техните относителни атомни маси.

Периодичен закон и строеж на атома.

Формулировката на периодичния закон, дадена от Менделеев, беше неточна и непълна, т.к отразяваше състоянието на науката във време, когато сложната структура на атома все още не беше известна. Следователно съвременната формулировка на периодичния закон звучи по различен начин: свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества са в периодична зависимост от заряда на техните атомни ядра.

Периодична система и структура на атома.

Периодичната система е графично представяне на периодичния закон.

Всяко обозначение в периодичната система отразява някаква характеристика или модел в структурата на атомите на елементите:

Физическото значение на числото на елемента, периода, групата;

Причини за промяна на свойствата на образуваните от тях елементи и вещества хоризонтално (по периоди) и вертикално (по групи).

През същия период металните свойства отслабват, а неметалните се увеличават, защото:

1) Зарядите на атомните ядра се увеличават;

2) Броят на електроните на външното ниво се увеличава;

3) Броят на енергийните нива е постоянен;

4) Радиусът на атома намалява

В рамките на същата група (в основната подгрупа) металните свойства се подобряват, неметалните свойства се отслабват, защото:

1). Зарядите на атомните ядра се увеличават;

2). Броят на електроните във външното ниво е постоянен;

3). Броят на енергийните нива се увеличава;

4). Радиусът на атома се увеличава

В резултат на това е дадена причинно-следствена формулировка на периодичния закон: свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества са в периодична зависимост от промените във външните електронни структури на техните атоми.

Значението на периодичния закон и периодичната система:

1. Позволява да се установи връзката между елементите, да се комбинират по свойства;

2. Подредете химичните елементи в естествена последователност;

3. Отворена периодичност, т.е. повторяемост на общите свойства на отделните елементи и техните съединения;

4. Коригира и изяснява относителните атомни маси на отделните елементи (от 13 до 9 за берилий);

5. Коригирайте и изяснете степента на окисление на отделните елементи (берилий +3 до +2)

6. Предскажете и опишете свойствата, посочете пътя на откриването на все още неоткрити елементи (скандий, галий, германий)

Използвайки таблицата, сравняваме двете водещи теории на химията.

Философски основи на общността	Периодичен закон на Д. И. Менделеев	Теория на органичните съединения A.M. Бутлеров
1. 1. Работно време	1869 г	1861 г
II. Предпоставки. 1. Натрупване на фактически материал 2. 2. Работа на предшествениците 3. Конгрес на химиците в Карлсруе (1860 г.) 4. Лични качества.	По времето, когато е открит периодичният закон, са били известни 63 химични елемента и са описани свойствата на многобройните им съединения.	Известни са много десетки и стотици хиляди органични съединения, състоящи се само от няколко елемента: въглерод, водород, кислород, по-рядко азот, фосфор и сяра.
- J. Berzellius (метали и неметали) - I.V. Debereiner (триади) - D.A.R. Newlands (октави) - L. Meyer	- J. Berzellius, J. Liebig, J. Dumas (радикална теория); -J.Dumas, Ch.Gerard, O.Laurent (теория на типовете); - Й. Берцелиус въвежда в практиката термина "изомерия"; -F.Vehler, N.N. Зинин, М. Бертло, самият А. Бутлеров (синтез на органични вещества, крах на витализма); -F.A.Kukule (структура на бензен)
DI. Менделеев присъства като наблюдател	А. М. Бутлеров не участва, но активно изучава материалите на конгреса. Въпреки това той участва в конгреса на лекарите и естествоизпитателите в Шпайер (1861), където прави доклад „За структурата на органичните тела“.
И двамата автори се отличават от другите химици с енциклопедичния характер на химическите знания, способността за анализ и обобщаване на фактите, научното прогнозиране, руския манталитет и руския патриотизъм.
III. Ролята на практиката в развитието на теорията	DI. Менделеев предсказва и посочва пътищата за откриване на все още неизвестните на науката галий, скандий и германий.	А.М. Бутлеров предсказва и обяснява изомерията на много органични съединения. Самият той осъществява много синтези

Тематическа викторина

Периодичен закон и периодична система от елементи D.I. Менделеев

1. Как се променят радиусите на атомите в период:

2. Как се променят радиусите на атомите в основните подгрупи:

а) увеличаване б) намаляване в) оставане същото

3. Как да определим броя на енергийните нива в атом на елемент:

а) по поредния номер на елемента б) по номера на групата

в) по номер на ред г) по номер на период

4. Как е мястото на химичен елемент в периодичната система на D.I. Менделеев:

а) броя на електроните във външното ниво б) броя на неутроните в ядрото

в) заряда на ядрото на атома г) атомната маса

5. Колко енергийни нива има един скандиев атом: а) 1 б) 2 в) 3 г) 4

6. Какво определя свойствата на химичните елементи:

а) стойността на относителната атомна маса б) броя на електроните на външния слой

в) заряда на ядрото на атома г) броя на валентните електрони

7. Как се променят химичните свойства на елементите в период:

а) металните се укрепват б) неметалните се укрепват

в) не се променят г) неметалните отслабват

8. Посочете елемента, който води дългия период на периодичната таблица на елементите: а) Cu (№ 29) б) Ag (№ 47) в) Rb (№ 37) г) Au (№ 79)

9. Кой елемент има най-силно изразени метални свойства:

а) магнезий б) алуминий в) силиций

10. Кой елемент има най-силно изразени неметални свойства:

а) Кислород б) Сяра в) Селен

11. Каква е основната причина за промяна на свойствата на елементите в периоди:

а) при увеличаване на атомните маси

б) в постепенно увеличаване на броя на електроните във външното енергийно ниво

в) в увеличаване на броя на електроните в атома

г) в увеличаване на броя на неутроните в ядрото

12. Кой елемент оглавява основната подгрупа на пета група:

а) ванадий б) азот в) фосфор г) арсен

13. Какъв е броят на орбиталите на d-подниво: а) 1 б) 3 в) 7 г) 5

14. Каква е разликата между атомите на изотопите на един елемент:

а) брой протони б) брой неутрони в) брой електрони г) ядрен заряд

15. Какво е орбитала:

а) определено енергийно ниво, на което се намира електрон

б) пространството около ядрото, където се намира електронът

в) пространството около ядрото, където вероятността да се намери електрон е най-голяма

г) траекторията, по която се движи електронът

16. В коя орбитала електронът има най-висока енергия: а) 1s б) 2s в) 3s г) 2p

17. Определете кой елемент 1s 2 2s 2 2p 1 е: а) № 1 б) № 3 в) № 5 г) № 7

18. Какъв е броят на неутроните в един атом +15 31 P а)31 б)16 в)15 д)46

19. Какъв елемент има структурата на външния електронен слой ... 3s 2 p 6:

а) неон б) хлор в) аргон г) сяра

20. Въз основа на електронната формула определете какви свойства има елементът 1s 2 2s 2 2p 5:

а) метал б) неметал в) амфотерен елемент г) инертен елемент

21. Колко са химичните елементи в шестия период: а) 8 б) 18 в) 30 г) 32

22. Какво е масовото число на азота +7 N, който съдържа 8 неутрона:

а)14 б)15 в)16 г)17

23. Елемент, чието ядро ​​съдържа 26 протона: а) S б) Cu в) Fe г) Ca

От първите уроци по химия сте използвали таблицата на Д. И. Менделеев. Той ясно демонстрира, че всички химични елементи, които образуват веществата на света около нас, са взаимосвързани и се подчиняват на общи закони, тоест представляват едно цяло - система от химични елементи. Следователно в съвременната наука таблицата на Д. И. Менделеев се нарича Периодична таблица на химичните елементи.

Защо „периодично“ също ви е ясно, тъй като общите закономерности в промяната на свойствата на атомите, прости и сложни вещества, образувани от химични елементи, се повтарят в тази система на определени интервали - периоди. Някои от тези модели, показани в таблица 1, вече са ви познати.

По този начин всички химични елементи, съществуващи в света, са подчинени на един, обективно действащ в природата периодичен закон, чието графично представяне е периодичната таблица на елементите. Този закон и система носят името на великия руски химик Д. И. Менделеев.

Д. И. Менделеев стига до откриването на периодичния закон чрез сравняване на свойствата и относителните атомни маси на химичните елементи. За това Д. И. Менделеев записва на картата за всеки химичен елемент: символа на елемента, стойността на относителната атомна маса (по времето на Д. И. Менделеев тази стойност се нарича атомно тегло), формулите и природата на висшите оксид и хидроксид. Той подрежда 63 известни дотогава химични елемента в една верига във възходящ ред на техните относителни атомни маси (фиг. 1) и анализира този набор от елементи, опитвайки се да намери определени модели в него. В резултат на усилена творческа работа той открива, че в тази верига има интервали - периоди, в които свойствата на елементите и образуваните от тях вещества се изменят по подобен начин (фиг. 2).

Ориз. 1.
Карти с елементи, подредени в ред на увеличаване на относителните атомни маси

Ориз. 2.
Карти с елементи, подредени по реда на периодичните промени в свойствата на елементите и образуваните от тях вещества

Лабораторен опит No2
Моделиране на конструкцията на периодичната система на Д. И. Менделеев

Симулирайте конструкцията на периодичната система на Д. И. Менделеев. За да направите това, подгответе 20 карти с размери 6 х 10 см за елементи с поредни номера от 1 до 20. На всяка карта посочете следната информация за елемента: химичен символ, наименование, относителна атомна маса, формула на висшия оксид, хидроксид (посочете природата им в скоби - основна, киселинна или амфотерна), формула на летливо водородно съединение (за неметали). Разбъркайте картите и след това ги подредете в ред във възходящ ред на относителните атомни маси на елементите. Поставете подобни елементи от 1-ви до 18-ти един под друг: водород над литий и калий съответно под натрий, калций под магнезий, хелий под неон. Формулирайте модела, който сте идентифицирали, под формата на закон. Обърнете внимание на несъответствието между относителните атомни маси на аргона и калия и тяхното местоположение според общността на свойствата на елементите. Обяснете причината за това явление.

Изброяваме още веднъж, използвайки съвременни термини, редовните промени в свойствата, които се появяват в рамките на периодите:

• металните свойства отслабват;
• подобряват се неметалните свойства;
• степента на окисление на елементите във висшите оксиди се увеличава от +1 до +8;
• степента на окисление на елементите в летливите водородни съединения се увеличава от -4 до -1;
• оксидите от основни до амфотерни се заменят с киселинни;
• хидроксиди от основи чрез амфотерни хидроксиди се заменят с кислородсъдържащи киселини.

Въз основа на тези наблюдения Д. И. Менделеев през 1869 г. заключава - той формулира Периодичния закон, който, използвайки съвременни термини, звучи така:

Систематизирайки химичните елементи въз основа на техните относителни атомни маси, Д. И. Менделеев обръща голямо внимание и на свойствата на елементите и образуваните от тях вещества, като разпределя елементи с подобни свойства във вертикални колони - групи. Понякога, в нарушение на разкритата от него закономерност, той поставя по-тежки елементи пред елементи с по-ниски стойности на относителните атомни маси. Например, той записва в таблицата си кобалт преди никел, телур преди йод, а когато са открити инертни (благородни) газове, аргон преди калий. Д. И. Менделеев смята този ред на подреждане за необходим, тъй като в противен случай тези елементи биха попаднали в групи от елементи, различни от тях по свойства. Така че, по-специално, алкалният метал калий би попаднал в групата на инертните газове, а инертният газ аргон в групата на алкалните метали.

Д. И. Менделеев не можа да обясни тези изключения от общото правило, както и причината за периодичността в изменението на свойствата на елементите и образуваните от тях вещества. Той обаче предвиди, че тази причина се крие в сложната структура на атома. Това беше научната интуиция на Д. И. Менделеев, която му позволи да изгради система от химични елементи не в реда на увеличаване на техните относителни атомни маси, а в реда на нарастване на зарядите на техните атомни ядра. За това, че свойствата на елементите се определят именно от зарядите на атомните им ядра, красноречиво свидетелства съществуването на изотопи, с които се запознахте миналата година (припомнете си какви са те, дайте примери за изотопи, които познавате).

В съответствие със съвременните представи за структурата на атома, в основата на класификацията на химичните елементи са зарядите на техните атомни ядра, а съвременната формулировка на периодичния закон е следната:

Периодичността в промяната на свойствата на елементите и техните съединения се обяснява с периодичното повторение в структурата на външните енергийни нива на техните атоми. Това е броят на енергийните нива, общият брой на електроните, разположени върху тях, и броят на електроните на външното ниво, които отразяват символиката, приета в Периодичната система, т.е. разкриват физическото значение на серийния номер на елемента, номера на периода и номер на група (от какво се състои?).

Структурата на атома също така позволява да се обяснят причините за промяната на металните и неметалните свойства на елементите в периоди и групи.

Следователно Периодичният закон и Периодичната система на Д. И. Менделеев обобщават информацията за химичните елементи и образуваните от тях вещества и обясняват периодичността в промяната на техните свойства и причината за сходството на свойствата на елементите от една и съща група.

Тези две най-важни значения на Периодичния закон и Периодичната система на Д. И. Менделеев се допълват от друго, което е способността да се предскаже, тоест да се предскаже, да се опишат свойства и да се посочат начини за откриване на нови химични елементи. Още на етапа на създаване на Периодичната система Д. И. Менделеев направи редица прогнози за свойствата на елементи, които все още не са известни по това време, и посочи начините за тяхното откриване. В създадената от него таблица Д. И. Менделеев оставя празни клетки за тези елементи (фиг. 3).

Ориз. 3.
Периодична таблица на елементите, предложена от Д. И. Менделеев

Ярки примери за предсказуемата сила на периодичния закон са последвалите открития на елементите: през 1875 г. французинът Lecoq de Boisbaudran открива галий, предсказан от Д. И. Менделеев пет години по-рано като елемент, наречен "екаалуминий" (eka - следващ); през 1879 г. шведът Л. Нилсон открива "екабор" според Д. И. Менделеев; през 1886 г. от германеца К. Винклер - "екасилиций" според Д. И. Менделеев (дефинирайте съвременните имена на тези елементи от таблицата на Д. И. Менделеев). Колко точен е Д. И. Менделеев в своите прогнози, се илюстрира от данните в таблица 2.

таблица 2
Предсказани и експериментално наблюдавани свойства на германия

Предсказано от Д. И. Менделеев през 1871 г	Създадена от К. Винклер през 1886 г
Относителна атомна маса близо до 72	Относителна атомна маса 72,6
Сив огнеупорен метал	Сив огнеупорен метал
Плътността на метала е около 5,5 g / cm 3	Плътност на метала 5,35 g / cm 3
Оксидна формула E0 2	Формула на Ge0 2 оксид
Плътността на оксида е около 4,7 g / cm 3	Плътност на оксида 4,7 g / cm 3
Оксидът ще бъде доста лесно редуциран до метал	Оксидът Ge0 2 се редуцира до метал при нагряване във водородна струя
ES1 4 хлоридът трябва да бъде течност с точка на кипене около 90 ° C и плътност около 1,9 g / cm 3	Германиев хлорид (IV) GeCl 4 е течност с точка на кипене 83 ° C и плътност 1,887 g / cm 3

Учените, открили нови елементи, високо оцениха откритието на руския учен: „Едва ли може да има по-ясно доказателство за валидността на доктрината за периодичността на елементите от откриването на все още хипотетичния екасилиций; това, разбира се, е нещо повече от просто потвърждение на смела теория - то бележи изключително разширяване на химическото зрително поле, гигантска стъпка в областта на знанието ”(К. Винклер).

Американските учени, открили елемент № 101, му дават името "менделевий" в знак на признание за заслугите на великия руски химик Дмитрий Менделеев, който пръв използва Периодичната таблица на елементите, за да предскаже свойствата на елементи, които все още не са били открити.

Запознахте се в 8 клас и ще използвате тазгодишната форма на периодичната таблица, която се нарича кратък период. Но в профилните паралелки и във висшето образование се използва предимно друга форма - дългосрочният вариант. Сравнете ги. Какво е едно и също и какво е различно в тези две форми на периодичната система?

Нови думи и понятия

1. Периодичен закон на Д. И. Менделеев.
2. Периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев е графично представяне на Периодичния закон.
3. Физическото значение на номера на елемента, номера на периода и номера на групата.
4. Модели на изменение на свойствата на елементите в периоди и групи.
5. Значение на периодичния закон и периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев.

Задачи за самостоятелна работа

1. Докажете, че периодичният закон на Д. И. Менделеев, както всеки друг закон на природата, изпълнява обяснителни, обобщаващи и предсказващи функции. Дайте примери, илюстриращи тези функции на други закони, познати ви от курсовете по химия, физика и биология.
2. Назовете химичния елемент, в чийто атом електроните са подредени на нива според поредица от числа: 2, 5. Какво просто вещество образува този елемент? Каква е формулата на неговото водородно съединение и какво е името му? Каква формула има най-висшият оксид на този елемент, какъв е неговият характер? Напишете уравненията на реакцията, характеризиращи свойствата на този оксид.
3. Берилият е бил класифициран като елемент от група III и неговата относителна атомна маса се е считала за 13,5. Защо Д. И. Менделеев го прехвърля в група II и коригира атомната маса на берилия от 13,5 на 9?
4. Напишете уравненията на реакциите между просто вещество, образувано от химичен елемент, в атома на който електроните са разпределени по енергийни нива според поредица от числа: 2, 8, 8, 2, и прости вещества, образувани от елементи № 7 и № 8 в Периодичната система. Какъв е типът на химичната връзка в продуктите на реакцията? Каква е кристалната структура на изходните прости вещества и продуктите от тяхното взаимодействие?
5. Подредете следните елементи в ред на увеличаване на металните свойства: As, Sb, N, P, Bi. Обосновете получената серия въз основа на структурата на атомите на тези елементи.
6. Подредете следните елементи по реда на укрепване на неметалните свойства: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Обосновете получената серия въз основа на структурата на атомите на тези елементи.
7. Подредете по реда на отслабване на киселинните свойства на оксидите, чиито формули са: SiO 2, P 2 O 5, Al 2 O 3, Na 2 O, MgO, Cl 2 O 7. Обосновете получената серия. Запишете формулите на хидроксидите, съответстващи на тези оксиди. Как се променя киселинният им характер в сериала, който предложихте?
8. Напишете формулите на оксидите на бора, берилия и лития и ги подредете във възходящ ред на основните им свойства. Запишете формулите на хидроксидите, съответстващи на тези оксиди. Каква е тяхната химическа природа?
9. Какво представляват изотопите? Как откриването на изотопите допринесе за формирането на периодичния закон?
10. Защо зарядите на атомните ядра на елементите в периодичната система на Д. И. Менделеев се променят монотонно, т.е. зарядът на ядрото на всеки следващ елемент се увеличава с единица в сравнение с заряда на атомното ядро ​​на предишния елемент и свойствата на елементите и образуваните от тях вещества се променят периодично?
11. Дайте три формулировки на периодичния закон, в които относителната атомна маса, зарядът на атомното ядро ​​и структурата на външните енергийни нива в електронната обвивка на атома се вземат като основа за систематизиране на химичните елементи.

Периодичен закон на химичните елементи- основен закон на природата, отразяващ периодичното изменение на свойствата на химичните елементи с увеличаване на зарядите на ядрата на техните атоми. Отворено на 1 март (17 февруари по стар стил) 1869 г. D.I. Менделеев. На този ден той състави таблица, наречена „Опитът на система от елементи въз основа на тяхното атомно тегло и химично сходство“. Окончателната формулировка на периодичния закон е дадена от Менделеев през юли 1871 г. Тя гласи:

„Свойствата на елементите и следователно свойствата на простите и сложните тела, които те образуват, стоят в периодична зависимост от тяхното атомно тегло.“

Формулировката на Менделеев за периодичния закон съществува в науката повече от 40 години. Той е преработен благодарение на изключителните постижения на физиката, главно развитието на ядрения модел на атома (виж Атом). Оказа се, че зарядът на ядрото на атома (Z) е числено равен на поредния номер на съответния елемент в периодичната система и запълването на електронни обвивки и подобвивки на атоми в зависимост от Z става по такъв начин, че подобни електронни конфигурации на атомите се повтарят периодично (виж Периодична система на химичните елементи). Следователно съвременната формулировка на периодичния закон е следната: свойствата на елементите, простите вещества и техните съединения са в периодична зависимост от зарядите на ядрата на атомите.
За разлика от други фундаментални закони на природата, като закона за всемирното притегляне или закона за еквивалентността на масата и енергията, периодичният закон не може да бъде написан под формата на общо уравнение или формула. Неговото визуално отражение е периодичната таблица на елементите. Въпреки това, както самият Менделеев, така и други учени направиха опити да го намерят математическо уравнение на периодичния закон на химичните елементи. Тези опити се увенчаха с успех едва след разработването на теорията за структурата на атома. Но те се отнасят само до установяването на количествена зависимост на реда на разпределение на електроните в черупките и подчерупките от зарядите на атомните ядра.
И така, чрез решаване на уравнението на Шрьодингер, човек може да изчисли как се разпределят електроните в атомите с различни стойности на Z. И следователно основното уравнение на квантовата механика е, така да се каже, един от количествените изрази на периодичния закон.
Или, например, друго уравнение: Z„, = „+,Z - - (21 + 1)2 - >n,(2t + 1) +
1
+ t „където „+, Z = - (n + 1+ 1)" +
+(+1+ 1. 2k(n+O 1
2 2 6
Въпреки обемността си, не е толкова трудно. Буквите i, 1, m и m не са нищо друго освен главните, орбиталните, магнитните и спиновите квантови числа (виж Атом). Уравнението ви позволява да изчислите при каква стойност на Z (серийния номер на елемента) се появява електрон в атома, чието състояние се описва с дадена комбинация от четири квантови числа. Замествайки възможните комбинации от u, 1, t и t в това уравнение, получаваме набор от различни стойности на Z. Ако тези стойности са подредени в последователността от естествени числа 1, 2, 3, 4, 5, ..., тогава на свой ред се получава ясна схема за конструиране на електронните конфигурации на атомите с нарастване на Z. По този начин това уравнение също е вид количествен израз на периодичния закон. Опитайте се да решите това уравнение сами за всички елементи на периодичната система (ще научите как стойностите and и 1; m и m са свързани помежду си от статията Atom).

Периодичният закон е универсален закон за цялата Вселена. То е валидно навсякъде, където съществуват атоми. Но не само електронните структури на атомите се променят периодично. Структурата и свойствата на атомните ядра също се подчиняват на особен периодичен закон. В ядрата, състоящи се от неутрони и протони, има неутронни и протонни обвивки, чието запълване има периодичен характер. Има дори опити за изграждане на периодична система от атомни ядра.