Legea periodică, una dintre legile fundamentale ale științei naturii, a fost descoperită de marele om de știință rus D.I. Mendeleev în 1869. Inițial, legea a fost formulată după cum urmează: proprietățile elementelor și compușilor lor sunt într-o dependență periodică de valoarea greutății lor atomice(după ideile moderne - masă atomică).

Legea periodică a fost prezentată ca o clasificare a elementelor. Pe baza acesteia, elementele au fost aranjate în grupe naturale în funcție de totalitatea proprietăților lor. O atenție deosebită a fost acordată acestui moment: ghidată de proprietățile elementelor, D.I. Într-un număr de cazuri, Mendeleev a trebuit chiar să se abată de la aranjarea secvențială a elementelor din sistemul periodic strict în funcție de creșterea maselor atomice („greutăți” atomice), de exemplu, 18 Ar (39,9) și 19 K (39,1) , 52 Te (127,6) şi 53 1 (126,9).

Pe vremea lui Mendeleev, motivul periodicității proprietăților elementelor nu era cunoscut. Cu toate acestea, descoperitorul Legii Periodice era sigur că motivul trebuie căutat în structura materiei.

Descoperirea Legii Periodice nu numai că a oferit fundamentul științei chimice, dar a stabilit și sarcina de a elucida cauza fizică a periodicității. Majoritate chimică și absolută proprietăți fizice elementele sunt o funcție periodică a unei cantități independente, determinate în mod unic, inerente fiecărui element și care se schimbă monoton de la un element la altul. Masa atomică („greutatea atomică”) a fost luată de Mendeleev ca atare valoare.

Abia atunci când, datorită progreselor fizicii, s-a cunoscut mult mai multe despre structura atomului decât în ​​momentul descoperirii și formării legii periodice, s-au clarificat adevăratul său sens și cauzele periodicității. De la element la element, conform sistemului periodic, sarcina nucleului unui atom al unui element se modifică, care este determinată de numărul de protoni. În sistemul periodic, acest număr coincide cu numărul ordinal al elementului. Deoarece atomul este neutru din punct de vedere electric, sarcina nucleului (în unități de sarcină electronică) este egală cu numărul de electroni din învelișul de electroni a atomului. Crește număr de serie element pe unitate înseamnă că un proton a fost adăugat la nucleul atomului și, respectiv, un electron a fost adăugat la învelișul de electroni. Deoarece proprietățile elementelor, în special cele chimice, sunt determinate în principal de electronii stratului cuantic exterior, motivul periodicității proprietăților este natura periodică a umplerii spațiului din jurul nucleului cu electroni. Factorul care determină structura învelișurilor electronice ale atomilor și, prin urmare, proprietățile elementelor, este sarcina nucleului atomului. Prin urmare, formularea modernă a legii periodice este următoarea: proprietățile elementelor și compușilor lor sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleului atomului elementului.

Masa atomică a unui element este determinată de numărul total de nucleoni (protoni și neutroni) din nucleele izotopilor acestui element și de compoziția izotopică a elementului. Modificarea masei atomice este în principal proporțională cu sarcina nucleului. Prin urmare, formularea Mendeleev a Legii periodice, cu câteva excepții, reflectă corect aranjarea elementelor în Sistemul periodic, dar nu dezvăluie motivul periodicității.

Conform principiului Pauli, numărul de stări electronice posibile în nivelurile și subnivelurile cuantice este limitat de numărul de combinații de seturi nerepetate de patru numere cuantice. P, /, TȘi s, iar aceasta determină capacitatea nivelurilor cuantice și a subnivelurilor (vezi Tabelul 2.1). Dacă atomul nu este excitat, electronii umplu astfel de orbitali, a căror energie este minimă.

Sistemul periodic ar fi mai simplu dacă energia din atomii cu mulți electroni, ca și în atomul de hidrogen, ar fi determinată de numărul cuantic principal. Apoi, în conformitate cu capacitatea straturilor cuantice, perioadele ar consta din 2, 8, 18, 32, 50 etc. elemente și gaze nobile cu un nivel cuantic finalizat ar avea numerele 2, 10, 28, 60, 110 ... Cu toate acestea, din cauza interacțiunii interelectronice, această secvență este încălcată. Din perioada IV, umplerea unui nou strat cuantic, care în sistemul Periodic corespunde începutului unei noi perioade, începe la un nivel cuantic al treilea preliminar incomplet, iar din perioada VI - la nivelurile cuantice IV și V incomplete etc. Prin urmare, gazele nobile - elementele după care începe construcția unui nou nivel cuantic (și a unei noi perioade) - conțin doar 8 electroni pe stratul cuantic exterior și au numerele 2, 10, 18, 36, 54 și 86. În consecință , perioadele acoperă 2, 8, 8, 18, 18 și 32 de elemente.

Legea periodică nu are o expresie matematică definită. Este prezentat sub forma unui tabel periodic. Există mai multe variante ale unui astfel de tabel, dar toate sunt prezentate într-o formă sau alta ca structurograme ale structurii unui atom al oricărui element. Devine posibilă stabilirea structurii electronice a oricărui atom nu numai pe baza secvenței cunoscute a subnivelurilor de umplere sau a regulii Klechkovsky, ci și pe baza tabelului în sine: poziția unui element în tabel reflectă în mod unic electronica. structura atomilor săi. Distribuția elementelor pe perioade și subgrupuri corespunde exact cu distribuția electronilor atomilor acestor elemente pe niveluri și subniveluri ale învelișului de electroni.

DI. Mendeleev a formulat Legea periodică în 1869, care s-a bazat pe una dintre cele principalele caracteristici atom - masă atomică. Dezvoltarea ulterioară a Legii periodice, și anume achiziția de mari date experimentale, a schimbat oarecum formularea inițială a legii, dar aceste modificări nu contravin sensului principal stabilit de D.I. Mendeleev. Aceste modificări nu au dat decât legii și Sistemului Periodic valabilitate științifică și confirmarea corectitudinii.

Formularea modernă a Legii periodice de către D.I. Mendeleev este după cum urmează: proprietățile elementelor chimice, precum și proprietățile și formele compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleelor ​​atomilor lor.

Structura Tabelului Periodic al Elementelor Chimice D.I. Mendeleev

Prin prezenta opinie se stie un numar mare de interpretări ale sistemului periodic, dar cel mai popular - cu perioade scurte (mici) și lungi (mari). Rândurile orizontale se numesc perioade (conțin elemente cu umplere secvențială de același nivel energetic), iar coloanele verticale sunt numite grupuri (conțin elemente care au același număr de electroni de valență - analogi chimici). De asemenea, toate elementele pot fi împărțite în blocuri în funcție de tipul de orbital extern (de valență): elemente s-, p-, d-, f-.

În total, există 7 perioade în sistem (tabel), iar numărul perioadei (notat cu o cifră arabă) este egal cu numărul de straturi de electroni dintr-un atom al unui element, numărul nivelului de energie extern (de valență) , și valoarea numărului cuantic principal pentru cel mai înalt nivel de energie. Fiecare perioadă (cu excepția primei) începe cu un element s - un metal alcalin activ și se termină cu un gaz inert, care este precedat de un element p - un nemetal activ (halogen). Dacă ne deplasăm de-a lungul perioadei de la stânga la dreapta, atunci odată cu creșterea sarcinii nucleelor ​​atomilor elementelor chimice de perioade mici, numărul de electroni la nivelul energiei externe va crește, în urma căruia proprietățile de elementele se schimbă - de la tipic metalice (pentru că există un metal alcalin activ la începutul perioadei), prin amfoter (elementul prezintă proprietățile atât ale metalelor, cât și ale nemetalelor) la nemetalice (nemetal activ - halogen). la sfârşitul perioadei), adică proprietăţile metalice slăbesc treptat, iar cele nemetalice cresc.

În perioade mari, odată cu creșterea sarcinii nucleare, umplerea electronilor este mai dificilă, ceea ce explică o modificare mai complexă a proprietăților elementelor în comparație cu elementele de perioade mici. Deci, în rânduri uniforme de perioade lungi, cu sarcina nucleară în creștere, numărul de electroni din nivelul de energie exterior rămâne constant și egal cu 2 sau 1. Prin urmare, în timp ce următorul nivel după exterior (al doilea din exterior) este umplut cu electroni, proprietățile elementelor din rândurile egale se schimbă lent. La trecerea pe rânduri impare, cu o creștere a sarcinii nucleare, numărul de electroni din nivelul de energie externă crește (de la 1 la 8), proprietățile elementelor se modifică în același mod ca în perioade mici.

Coloanele verticale din sistemul periodic sunt grupuri de elemente cu similare structura electronicași fiind analogi chimici. Grupurile sunt desemnate cu cifre romane de la I la VIII. Se disting subgrupurile principale (A) și secundare (B), primul conținând elemente s și p, al doilea - d - elemente.

Numărul subgrupului A indică numărul de electroni din nivelul energetic exterior (numărul de electroni de valență). Pentru elementele subgrupurilor B, nu există o relație directă între numărul grupului și numărul de electroni din nivelul energetic exterior. În subgrupele A, proprietățile metalice ale elementelor cresc, iar proprietățile nemetalice scad odată cu creșterea sarcinii nucleului atomului elementului.

Există o relație între poziția elementelor în sistemul periodic și structura atomilor lor:

- atomii tuturor elementelor aceleiași perioade au un număr egal de niveluri de energie, umpluți parțial sau complet cu electroni;

— atomii tuturor elementelor subgrupelor A au un număr egal de electroni la nivelul energiei externe.

Proprietățile periodice ale elementelor

Apropierea proprietăților fizico-chimice și chimice ale atomilor se datorează asemănării configurațiilor lor electronice, în plus, rol principal joacă distribuția electronilor în orbital atomic exterior. Aceasta se manifestă în apariția periodică, pe măsură ce sarcina nucleului atomic crește, elemente cu proprietăți similare. Astfel de proprietăți sunt numite periodice, dintre care cele mai importante sunt:

1. Numărul de electroni din învelișul exterior al electronilor ( populatia – w). În perioade scurte cu creșterea încărcăturii nucleare wînvelișul exterior de electroni crește monoton de la 1 la 2 (perioada 1), de la 1 la 8 (perioadele 2 și 3). În perioade mari în timpul primelor 12 elemente w nu depășește 2 și apoi până la 8.

2. Raze atomice și ionice(r), definită ca razele medii ale unui atom sau ion, găsite din datele experimentale privind distanțe interatomice în diferiți compuși. Raza atomică scade de-a lungul perioadei (electronii care cresc treptat sunt descriși prin orbitali cu caracteristici aproape egale, raza atomică crește peste grup, deoarece numărul de straturi de electroni crește (Fig. 1.).

Orez. 1. Modificarea periodică a razei atomice

Aceleași modele sunt observate pentru raza ionică. Trebuie remarcat faptul că raza ionică a cationului (ion încărcat pozitiv) este mai mare decât raza atomică, care la rândul său este mai mare decât raza ionică a anionului (ion încărcat negativ).

3. Energie de ionizare(E și) este cantitatea de energie necesară pentru a detașa un electron dintr-un atom, adică energia necesară pentru a transforma un atom neutru într-un ion încărcat pozitiv (cation).

E 0 - → E + + E și

E și se măsoară în electron volți (eV) per atom. În cadrul grupului Sistemului periodic, valorile energiei de ionizare a atomilor scad odată cu creșterea sarcinilor nucleelor ​​atomilor elementelor. Din atomii elementelor chimice, puteți rupe succesiv toți electronii, raportând valori discrete E i. În același timp, E și 1< Е и 2 < Е и 3 <….Энергии ионизации отражают дискретность структуры электронных слоев и оболочек атомов химических элементов.

4. afinitate electronică(E e) este cantitatea de energie eliberată atunci când un electron suplimentar este atașat unui atom, adică energie de proces

E 0 + → E -

E e este, de asemenea, exprimat în eV și, la fel ca E și depinde de raza atomului, prin urmare, natura modificării E e pe perioade și grupuri ale sistemului periodic este apropiată de natura modificării razei atomice. . Elementele p din grupa VII au cea mai mare afinitate electronică.

5. Activitate restaurativă(VA) - capacitatea unui atom de a dona un electron altui atom. Măsură cantitativă - E și. Dacă E și crește, atunci BA scade și invers.

6. Activitate oxidativă(OA) - capacitatea unui atom de a atasa un electron de la un alt atom. Măsura cantitativă E e. Dacă E e crește, atunci crește și OA și invers.

7. Efect de screening- o scădere a impactului asupra unui electron dat a sarcinii pozitive a nucleului datorită prezenței altor electroni între acesta și nucleu. Ecranarea crește odată cu numărul de straturi de electroni dintr-un atom și reduce atracția electronilor externi către nucleu. Ecranarea este opusul efect de penetrare, datorită faptului că un electron poate fi localizat în orice punct al spațiului atomic. Efectul de penetrare crește puterea legăturii dintre electron și nucleu.

8. Stare de oxidare (număr de oxidare)- sarcina imaginară a unui atom al unui element dintr-un compus, care este determinată din ipoteza structurii ionice a substanței. Numărul grupului din Tabelul periodic indică cea mai mare stare de oxidare pozitivă pe care o pot avea elementele unui grup dat în compușii lor. Excepție fac metalele din subgrupa cuprului, oxigenul, fluorul, bromul, metalele din familia fierului și alte elemente din grupa VIII. Pe măsură ce sarcina nucleară crește într-o perioadă, starea de oxidare pozitivă maximă crește.

9. Electronegativitatea, compozițiile compușilor superiori ai hidrogenului și oxigenului, proprietăți termodinamice, electrolitice etc.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Descrieți elementul (Z = 23) și proprietățile compușilor săi (oxizi și hidroxizi) prin formula electronică: familie, perioadă, grupă, număr de electroni de valență, formulă electron-grafică pentru electronii de valență în starea fundamentală și excitată, principala stări de oxidare (maximum și minim), formulele oxizilor și hidroxizilor.
Soluţie	23 V 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3 3p 6 3d 3 4s 2 d-element, metal, se află în perioada ;-a, în grupa V, în subgrup. Electroni de valență 3d 3 4s 2 . Oxizi VO, V 2 O 3, VO 2, V 2 O 5. Hidroxizi V(OH)2, V(OH)3, VO(OH)2, HVO3. Stare de bază stare de excitat Starea minimă de oxidare este „+2”, cea maximă este „+5”.

În momentul în care legea periodică a fost descoperită, erau cunoscute 63 de elemente chimice și au fost descrise proprietățile diferiților lor compuși.

Lucrările predecesorilor lui D.I. Mendeleev:

1. Clasificarea Berzelius, care nu și-a pierdut actualitatea nici astăzi (metale, nemetale)

2. Triadele Debereiner (de exemplu, litiu, sodiu, potasiu)

4. Shankurtur cu axa spirală

5. Curba Meyer

Participarea D.I. Mendeleev la Congresul Internațional de Chimie de la Karlsruhe (1860), unde s-au stabilit ideile de atomism și conceptul de greutate „atomică”, care acum este cunoscut sub numele de „masă atomică relativă”.

Calitățile personale ale marelui om de știință rus D.I. Mendeleev.

Ingeniosul chimist rus s-a remarcat prin cunoștințele enciclopedice, scrupulozitatea experimentului chimic, cea mai mare intuiție științifică, încrederea în adevărul poziției sale și de aici riscul neînfricat în apărarea acestui adevăr. DI. Mendeleev a fost un mare și minunat cetățean al țării ruse.

D.I. Mendeleev a aranjat toate elementele chimice cunoscute de el într-un lanț lung în ordinea crescătoare a greutăților lor atomice și a notat segmentele în el - perioade în care proprietățile elementelor și substanțele formate de ele s-au schimbat în mod similar, și anume:

1). Proprietățile metalice s-au slăbit;

2) Au fost îmbunătățite proprietățile nemetalice;

3) Gradul de oxidare în oxizi superiori a crescut de la +1 la +7(+8);

4) Gradul de oxidare a elementelor în hidroxizi, compuși solidi asemănător sărurilor ai metalelor cu hidrogen a crescut de la +1 la +3, iar apoi în compușii volatili cu hidrogen de la -4 la -1;

5) Oxizii de la bazici la amfoteri au fost înlocuiți cu cei acizi;

6) Hidroxizii din alcali, prin acizi amfoteri au fost înlocuiți cu acizi.

Concluzia lucrării sale a fost prima formulare a legii periodice (1 martie 1869): proprietățile elementelor chimice și substanțele formate de acestea sunt într-o dependență periodică de masele lor atomice relative.

Legea periodică și structura atomului.

Formularea legii periodice dată de Mendeleev a fost inexactă și incompletă, deoarece reflecta starea științei într-un moment în care structura complexă a atomului nu era încă cunoscută. Prin urmare, formularea modernă a legii periodice sună diferit: proprietățile elementelor chimice și substanțele formate de acestea sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleelor ​​lor atomice.

Sistemul periodic și structura atomului.

Sistemul periodic este o reprezentare grafică a legii periodice.

Fiecare desemnare din sistemul periodic reflectă o caracteristică sau un model în structura atomilor elementelor:

Semnificația fizică a numărului elementului, perioadei, grupului;

Cauzele modificărilor proprietăților elementelor și substanțelor formate de acestea orizontal (în perioade) și vertical (în grupuri).

În aceeași perioadă, proprietățile metalice slăbesc, iar proprietățile nemetalice cresc, deoarece:

1) Încărcăturile nucleelor ​​atomice cresc;

2) Numărul de electroni la nivelul exterior crește;

3) Numărul de niveluri de energie este constant;

4) Raza atomului scade

În cadrul aceluiași grup (în subgrupul principal), proprietățile metalice sunt îmbunătățite, proprietățile nemetalice sunt slăbite, deoarece:

1). Sarcinile nucleelor ​​atomice cresc;

2). Numărul de electroni din nivelul exterior este constant;

3). Numărul de niveluri de energie crește;

4). Raza atomului crește

Drept urmare, s-a dat o formulare cauzală a legii periodice: proprietățile elementelor chimice și substanțele formate de acestea sunt într-o dependență periodică de modificările structurilor electronice externe ale atomilor lor.

Semnificația legii periodice și a sistemului periodic:

1. Permis să stabilească relația dintre elemente, să le combine după proprietăți;

2. Aranjați elementele chimice într-o succesiune naturală;

3. Periodicitate deschisă, i.e. repetabilitatea proprietăților generale ale elementelor individuale și ale compușilor acestora;

4. Corectați și clarificați masele atomice relative ale elementelor individuale (de la 13 la 9 pentru beriliu);

5. Corectați și clarificați stările de oxidare ale elementelor individuale (beriliu +3 până la +2)

6. Preziceți și descrieți proprietățile, indicați calea de descoperire a elementelor încă nedescoperite (scandiu, galiu, germaniu)

Folosind tabelul, comparăm cele două teorii principale ale chimiei.

Fundamentele filozofice ale comunității	Legea periodică a lui D.I. Mendeleev	Teoria compușilor organici A.M. Butlerov
1. 1. Ora de deschidere	1869	1861
II. Cerințe preliminare. 1. Acumularea materialului faptic 2. 2. Lucrarea predecesorilor 3. Congresul chimiștilor de la Karlsruhe (1860) 4. Calități personale.	În momentul în care legea periodică a fost descoperită, erau cunoscute 63 de elemente chimice și au fost descrise proprietățile numeroșilor lor compuși.	Sunt cunoscuți multe zeci și sute de mii de compuși organici, formați doar din câteva elemente: carbon, hidrogen, oxigen, mai rar azot, fosfor și sulf.
- J. Berzellius (metale și nemetale) - I.V. Debereiner (triade) - D.A.R. Newlands (octave) - L. Meyer	- J. Berzellius, J. Liebig, J. Dumas (teoria radicală); -J.Dumas, Ch.Gerard, O.Laurent (teoria tipurilor); - J. Berzellius a introdus în practică termenul de „izomerie”; -F.Vehler, N.N. Zinin, M. Berthelot, A. Butlerov însuși (sinteza substanțelor organice, prăbușirea vitalismului); -F.A.Kukule (structura benzenului)
DI. Mendeleev a fost prezent ca observator	A. M. Butlerov nu a participat, dar a studiat activ materialele congresului. Cu toate acestea, a luat parte la congresul medicilor și naturaliștilor de la Speyer (1861), unde a realizat un raport „Despre structura corpurilor organice”
Ambii autori s-au distins de alți chimiști prin natura enciclopedică a cunoștințelor chimice, capacitatea de a analiza și generaliza faptele, prognoza științifică, mentalitatea rusă și patriotismul rus.
III. Rolul practicii în dezvoltarea teoriei	DI. Mendeleev prezice și indică modalitățile de descoperire a galiului, scandiului și germaniului, încă necunoscute științei.	A.M. Butlerov prezice și explică izomeria multor compuși organici. El însuși realizează multe sinteze

Test cu subiecte

Legea periodică și sistemul periodic al elementelor D.I. Mendeleev

1. Cum se modifică razele atomilor într-o perioadă:

2. Cum se modifică razele atomilor în principalele subgrupe:

a) crește b) scade c) rămâne la fel

3. Cum se determină numărul de niveluri de energie dintr-un atom al unui element:

a) prin numărul de serie al elementului b) prin numărul grupului

c) după numărul rândului d) după numărul perioadei

4. Cum este locul unui element chimic în sistemul periodic al D.I. Mendeleev:

a) numărul de electroni din nivelul exterior b) numărul de neutroni din nucleu

c) sarcina nucleului unui atom d) masa atomică

5. Câte niveluri de energie are un atom de scandiu: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4

6. Ce determină proprietățile elementelor chimice:

a) valoarea masei atomice relative b) numarul de electroni de pe stratul exterior

c) sarcina nucleului unui atom d) numărul de electroni de valență

7. Cum se modifică proprietățile chimice ale elementelor într-o perioadă:

a) se întăresc cele metalice b) se întăresc cele nemetalice

c) nu se schimbă d) nemetalice slăbesc

8. Indicați elementul care conduce perioada lungă a Tabelului periodic al elementelor: a) Cu (nr. 29) b) Ag (nr. 47) c) Rb (nr. 37) d) Au (nr. 79)

9. Care element are cele mai pronunțate proprietăți metalice:

a) Magneziu b) Aluminiu c) Siliciu

10. Care element are cele mai pronunțate proprietăți nemetalice:

a) Oxigen b) Sulf c) Seleniu

11. Care este principalul motiv pentru modificarea proprietăților elementelor în perioade:

a) într-o creştere a maselor atomice

b) într-o creştere treptată a numărului de electroni la nivelul energiei externe

c) la o creştere a numărului de electroni dintr-un atom

d) la o creştere a numărului de neutroni din nucleu

12. Care element conduce subgrupul principal al celui de-al cincilea grup:

a) vanadiu b) azot c) fosfor d) arsen

13. Care este numărul de orbitali de pe subnivelul d: a) 1 b) 3 c) 7 d) 5

14. Care este diferența dintre atomii izotopilor unui element:

a) numărul de protoni b) numărul de neutroni c) numărul de electroni d) sarcina nucleară

15. Ce este un orbital:

a) un anumit nivel de energie la care se află un electron

b) spațiul din jurul nucleului în care se află electronul

c) spațiul din jurul nucleului, unde probabilitatea de a găsi un electron este cea mai mare

d) traiectoria pe care se deplasează electronul

16. În ce orbital electronul are cea mai mare energie: a) 1s b) 2s c) 3s d) 2p

17. Stabiliți ce element este 1s 2 2s 2 2p 1: a) Nr. 1 b) Nr. 3 c) Nr. 5 d) Nr. 7

18. Care este numărul de neutroni dintr-un atom +15 31 P a)31 b)16 c)15 e)46

19. Ce element are structura stratului electronic exterior ... 3s 2 p 6:

a) neon b) clor c) argon d) sulf

20. Pe baza formulei electronice, determinați ce proprietăți are elementul 1s 2 2s 2 2p 5:

a) metal b) nemetal c) element amfoter d) element inert

21. Câte elemente chimice în perioada a șasea: a) 8 b) 18 c) 30 d) 32

22. Care este numărul de masă al azotului +7 N care conține 8 neutroni:

a)14 b)15 c)16 d)17

23. Un element al cărui nucleu conține 26 de protoni: a) S b) Cu c) Fe d) Ca

De la primele lecții de chimie, ați folosit tabelul lui D. I. Mendeleev. Demonstrează clar că toate elementele chimice care formează substanțele lumii din jurul nostru sunt interconectate și se supun legilor comune, adică reprezintă un singur întreg - un sistem de elemente chimice. Prin urmare, în știința modernă, tabelul lui D. I. Mendeleev este numit Tabelul periodic al elementelor chimice.

De ce „periodic” este, de asemenea, clar pentru tine, deoarece modelele generale în schimbarea proprietăților atomilor, substanțe simple și complexe formate din elemente chimice, se repetă în acest sistem la anumite intervale - perioade. Unele dintre aceste modele, prezentate în Tabelul 1, vă sunt deja cunoscute.

Astfel, toate elementele chimice existente în lume sunt supuse unei singure legi periodice, care acționează obiectiv în natură, a cărei reprezentare grafică este Tabelul periodic al elementelor. Această lege și sistem poartă numele marelui chimist rus D. I. Mendeleev.

D. I. Mendeleev a ajuns la descoperirea Legii periodice comparând proprietățile și masele atomice relative ale elementelor chimice. Pentru aceasta, D. I. Mendeleev pentru fiecare element chimic a notat pe card: simbolul elementului, valoarea masei atomice relative (la vremea lui D. I. Mendeleev această valoare se numea greutate atomică), formulele și natura celei mai mari. oxid și hidroxid. El a aranjat 63 de elemente chimice cunoscute până atunci într-un lanț, în ordinea crescătoare a maselor lor atomice relative (Fig. 1) și a analizat acest set de elemente, încercând să găsească anumite modele în el. În urma unei intense lucrări de creație, a descoperit că în acest lanț există intervale - perioade în care proprietățile elementelor și substanțele formate de acestea se modifică în mod similar (Fig. 2).

Orez. 1.
Cărți de elemente aranjate în ordinea creșterii maselor atomice relative

Orez. 2.
Fișe de elemente, dispuse în ordinea modificărilor periodice ale proprietăților elementelor și substanțelor formate de acestea

Experimentul de laborator nr. 2
Modelarea construcției sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev

Simulați construcția sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev. Pentru a face acest lucru, pregătiți 20 de carduri de 6 x 10 cm pentru elemente cu numere de serie de la 1 la 20. Pe fiecare card, indicați următoarele informații despre element: simbolul chimic, denumirea, masa atomică relativă, formula oxidului superior, hidroxidul (indicați natura lor între paranteze - bazic, acid sau amfoter), formula unui compus hidrogen volatil (pentru nemetale). Amestecă cărțile și apoi aranjează-le într-un rând în ordine crescătoare a maselor atomice relative ale elementelor. Așezați elemente similare de la 1 la 18 unul sub celălalt: hidrogen peste litiu și potasiu sub sodiu, respectiv, calciu sub magneziu, heliu sub neon. Formulați modelul pe care l-ați identificat sub forma unei legi. Acordați atenție discrepanței dintre masele atomice relative de argon și potasiu și locația lor în funcție de comunitatea proprietăților elementelor. Explicați motivul acestui fenomen.

Enumerăm încă o dată, folosind termeni moderni, modificările regulate ale proprietăților care apar în perioadele:

• proprietățile metalice slăbesc;
• proprietățile nemetalice sunt îmbunătățite;
• gradul de oxidare a elementelor în oxizi superiori crește de la +1 la +8;
• gradul de oxidare a elementelor din compușii cu hidrogen volatil crește de la -4 la -1;
• oxizii de la bazici la amfoteri se înlocuiesc cu cei acizi;
• hidroxizii din alcalii prin hidroxizi amfoteri sunt înlocuiți cu acizi care conțin oxigen.

Pe baza acestor observații, D. I. Mendeleev în 1869 a concluzionat - a formulat Legea periodică, care, folosind termeni moderni, sună astfel:

Sistematizând elementele chimice pe baza maselor lor atomice relative, D. I. Mendeleev a acordat și o mare atenție proprietăților elementelor și substanțelor pe care le-au format, distribuind elemente cu proprietăți similare în coloane verticale - grupuri. Uneori, încălcând regularitatea pe care a dezvăluit-o, el a pus elemente mai grele înaintea elementelor cu valori mai mici ale maselor atomice relative. De exemplu, el a scris în tabelul său cobalt înainte de nichel, telur înainte de iod, iar când au fost descoperite gaze inerte (nobile), argon înainte de potasiu. D. I. Mendeleev a considerat această ordine de aranjare necesară deoarece altfel aceste elemente s-ar încadra în grupuri de elemente diferite ca proprietăți cu ele. Deci, în special, potasiul de metal alcalin s-ar încadra în grupul de gaze inerte, iar gazul inert argonul în grupul de metale alcaline.

D. I. Mendeleev nu a putut explica aceste excepții de la regula generală, precum și motivul periodicității modificării proprietăților elementelor și substanțelor formate de acestea. Totuși, el a prevăzut că acest motiv constă în structura complexă a atomului. Intuiția științifică a lui D. I. Mendeleev a fost cea care i-a permis să construiască un sistem de elemente chimice nu în ordinea creșterii maselor lor atomice relative, ci în ordinea creșterii sarcinilor nucleelor ​​lor atomice. Faptul că proprietățile elementelor sunt determinate tocmai de încărcăturile nucleelor ​​lor atomice este evidențiat elocvent de existența izotopilor pe care i-ați întâlnit anul trecut (amintiți-vă care sunt aceștia, dați exemple de izotopi pe care îi cunoașteți).

În conformitate cu ideile moderne despre structura atomului, baza clasificării elementelor chimice este încărcările nucleelor ​​lor atomice, iar formularea modernă a Legii periodice este următoarea:

Periodicitatea modificării proprietăților elementelor și compușilor acestora se explică prin repetarea periodică în structura nivelurilor de energie externe ale atomilor lor. Numărul de niveluri de energie, numărul total de electroni localizați pe ele și numărul de electroni la nivelul exterior reflectă simbolismul adoptat în Sistemul Periodic, adică dezvăluie semnificația fizică a numărului de serie al elementului, numărul perioadei. și numărul grupului (din ce constă?).

Structura atomului face, de asemenea, posibilă explicarea motivelor modificării proprietăților metalice și nemetalice ale elementelor în perioade și grupuri.

În consecință, Legea periodică și sistemul periodic al lui D. I. Mendeleev rezumă informații despre elementele chimice și substanțele formate de acestea și explică periodicitatea modificării proprietăților lor și motivul asemănării proprietăților elementelor aceluiași grup.

Aceste două semnificații cele mai importante ale Legii periodice și ale Sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev sunt completate de un altul, care este capacitatea de a prezice, adică de a prezice, de a descrie proprietăți și de a indica modalități de descoperire a elementelor chimice noi. Deja în stadiul creării Sistemului Periodic, D. I. Mendeleev a făcut o serie de predicții despre proprietățile elementelor necunoscute încă în acel moment și a indicat modalitățile de descoperire a acestora. În tabelul pe care l-a creat, D. I. Mendeleev a lăsat celule goale pentru aceste elemente (Fig. 3).

Orez. 3.
Tabelul periodic al elementelor propus de D. I. Mendeleev

Exemple vii ale puterii predictive a Legii periodice au fost descoperirile ulterioare ale elementelor: în 1875, francezul Lecoq de Boisbaudran a descoperit galiul, prezis de D. I. Mendeleev cu cinci ani mai devreme ca element numit „ekaaluminiu” (eka - următorul); în 1879, suedezul L. Nilsson a descoperit „ekabor” după D. I. Mendeleev; în 1886 de germanul K. Winkler - „ecasilicon” după D. I. Mendeleev (definiți denumirile moderne ale acestor elemente din tabelul lui D. I. Mendeleev). Cât de precis a fost D. I. Mendeleev în predicțiile sale este ilustrat de datele din tabelul 2.

masa 2
Proprietățile germaniului prezise și observate experimental

Prezit de D. I. Mendeleev în 1871	Înființată de K. Winkler în 1886
Masa atomică relativă aproape de 72	Masa atomică relativă 72,6
Metal refractar gri	Metal refractar gri
Densitatea metalului este de aproximativ 5,5 g/cm3	Densitatea metalului 5,35 g/cm 3
Formula de oxid E02	Formula de oxid Ge0 2
Densitatea oxidului este de aproximativ 4,7 g/cm3	Densitatea oxidului 4,7 g/cm3
Oxidul va fi destul de ușor redus la metal	Oxidul Ge02 este redus la metal atunci când este încălzit într-un jet de hidrogen
Clorura ES1 4 ar trebui să fie un lichid cu un punct de fierbere de aproximativ 90 ° C și o densitate de aproximativ 1,9 g / cm 3	Clorura de germaniu (IV) GeCl 4 este un lichid cu un punct de fierbere de 83 ° C și o densitate de 1,887 g / cm 3

Oamenii de știință care au descoperit elemente noi au apreciat foarte mult descoperirea savantului rus: „Nu poate exista o dovadă mai clară a validității doctrinei periodicității elementelor decât descoperirea ekasiliconului încă ipotetic; este, desigur, mai mult decât o simplă confirmare a unei teorii îndrăznețe - marchează o extindere remarcabilă a câmpului vizual chimic, un pas uriaș în domeniul cunoașterii ”(K. Winkler).

Oamenii de știință americani care au descoperit elementul nr. 101 i-au dat numele „mendelevium” în semn de recunoaștere a meritelor marelui chimist rus Dmitri Mendeleev, care a fost primul care a folosit Tabelul Periodic al Elementelor pentru a prezice proprietățile elementelor care nu erau încă. descoperit.

Te-ai cunoscut în clasa a VIII-a și vei folosi forma de anul acesta a Tabelului periodic, care se numește perioadă scurtă. Cu toate acestea, în clasele de profil și în învățământul superior, se folosește predominant o formă diferită - versiunea pe termen lung. Compara-le. Ce este același și ce este diferit în aceste două forme ale tabelului periodic?

Cuvinte și concepte noi

1. Legea periodică a lui D. I. Mendeleev.
2. Sistemul periodic de elemente chimice al lui D. I. Mendeleev este o reprezentare grafică a Legii periodice.
3. Semnificația fizică a numărului elementului, numărului perioadei și numărului grupului.
4. Modele de modificări ale proprietăților elementelor în perioade și grupuri.
5. Semnificația legii periodice și a sistemului periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev.

Sarcini pentru munca independentă

1. Demonstrați că Legea periodică a lui D. I. Mendeleev, ca orice altă lege a naturii, îndeplinește funcții explicative, generalizări și predictive. Dați exemple care ilustrează aceste funcții ale altor legi cunoscute de dvs. de la cursurile de chimie, fizică și biologie.
2. Numiți elementul chimic în atomul căruia electronii sunt aranjați în niveluri după o serie de numere: 2, 5. Ce substanță simplă formează acest element? Care este formula compusului său de hidrogen și care este numele acestuia? Ce formulă are cel mai mare oxid al acestui element, care este caracterul său? Scrieți ecuațiile de reacție care caracterizează proprietățile acestui oxid.
3. Beriliul era clasificat ca element din grupa III, iar masa sa atomică relativă era considerată a fi 13,5. De ce a transferat-o D. I. Mendeleev în grupul II și a corectat masa atomică a beriliului de la 13,5 la 9?
4. Scrieți ecuațiile reacțiilor dintre o substanță simplă formată dintr-un element chimic în atomul căruia electronii sunt distribuiți pe niveluri energetice după o serie de numere: 2, 8, 8, 2 și substanțele simple formate din elementele nr. 7 și Nr. 8 în sistemul periodic. Care este tipul de legătură chimică în produșii de reacție? Care este structura cristalină a substanțelor simple inițiale și produsele interacțiunii lor?
5. Aranjați următoarele elemente în ordinea crescătoare a proprietăților metalice: As, Sb, N, P, Bi. Justificați seria rezultată pe baza structurii atomilor acestor elemente.
6. Aranjați următoarele elemente în ordinea întăririi proprietăților nemetalice: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Justificați seria rezultată pe baza structurii atomilor acestor elemente.
7. Aranjați în ordinea slăbirii proprietăților acide ale oxizilor, ale căror formule sunt: ​​SiO 2, P 2 O 5, Al 2 O 3, Na 2 O, MgO, Cl 2 O 7. Justificați seria rezultată. Notați formulele hidroxizilor corespunzători acestor oxizi. Cum se schimbă caracterul lor acid în serialul propus de tine?
8. Scrieți formulele pentru oxizii de bor, beriliu și litiu și aranjați-le în ordinea crescătoare a proprietăților lor principale. Notați formulele hidroxizilor corespunzători acestor oxizi. Care este natura lor chimică?
9. Ce sunt izotopii? Cum a contribuit descoperirea izotopilor la formarea Legii Periodice?
10. De ce se modifică monoton sarcinile nucleelor ​​atomice ale elementelor din sistemul periodic al lui D. I. Mendeleev, adică sarcina nucleului fiecărui element următor crește cu una în comparație cu sarcina nucleului atomic al elementului anterior și proprietățile a elementelor și a substanțelor pe care le formează se schimbă periodic?
11. Dați trei formulări ale Legii periodice, în care masa atomică relativă, sarcina nucleului atomic și structura nivelurilor de energie externă din învelișul de electroni a atomului sunt luate ca bază pentru sistematizarea elementelor chimice.

Legea periodică a elementelor chimice- o lege fundamentală a naturii, care reflectă modificarea periodică a proprietăților elementelor chimice pe măsură ce sarcinile nucleelor ​​atomilor lor cresc. Deschis la 1 martie (17 februarie după stilul vechi) 1869 D.I. Mendeleev. În această zi, el a alcătuit un tabel numit „Experiența unui sistem de elemente bazat pe greutatea lor atomică și similitudinea chimică”. Formularea finală a legii periodice a fost dată de Mendeleev în iulie 1871. Scria:

„Proprietățile elementelor și, prin urmare, proprietățile corpurilor simple și complexe pe care le formează, depind periodic de greutatea lor atomică”.

Formularea lui Mendeleev a legii periodice a existat în știință de peste 40 de ani. A fost revizuită datorită realizărilor remarcabile ale fizicii, în principal dezvoltării modelului nuclear al atomului (vezi Atom). S-a dovedit că sarcina nucleului unui atom (Z) este numeric egală cu numărul de serie al elementului corespunzător din sistemul periodic, iar umplerea învelișurilor de electroni și a subînvelișurilor atomilor în funcție de Z are loc în așa fel încât se repetă periodic configurații electronice similare ale atomilor (vezi Sistemul periodic al elementelor chimice). Prin urmare, formularea modernă a legii periodice este următoarea: proprietățile elementelor, substanțelor simple și compușilor acestora sunt într-o dependență periodică de sarcinile nucleelor ​​atomilor.
Spre deosebire de alte legi fundamentale ale naturii, precum legea gravitației universale sau legea echivalenței masei și energiei, legea periodică nu poate fi scrisă sub forma vreunei ecuații sau formule generale. Reflexia sa vizuală este tabelul periodic al elementelor. Cu toate acestea, atât Mendeleev însuși, cât și alți oameni de știință au făcut încercări de a găsi ecuația matematică a legii periodice a elementelor chimice. Aceste încercări au fost încununate cu succes abia după dezvoltarea teoriei structurii atomului. Dar ele privesc doar stabilirea unei dependențe cantitative a ordinii de distribuție a electronilor în învelișuri și subînvelișuri de sarcinile nucleelor ​​atomice.
Deci, rezolvând ecuația Schrödinger, se poate calcula modul în care electronii sunt distribuiți în atomi cu diferite valori Z. Și, prin urmare, ecuația de bază a mecanicii cuantice este, așa cum ar fi, una dintre expresiile cantitative ale legii periodice.
Sau, de exemplu, o altă ecuație: Z„, = „+,Z - - (21 + 1)2 - >n,(2t + 1) +
1
+ t „unde „+, Z = - (n + 1+ 1)" +
+(+1+ 1. 2k(n+O 1
2 2 6
În ciuda volumului său, nu este atât de dificil. Literele i, 1, m și m nu sunt altceva decât numerele cuantice principale, orbitale, magnetice și de spin (vezi Atom). Ecuația vă permite să calculați la ce valoare a lui Z (numărul de serie al elementului) apare un electron în atom, a cărui stare este descrisă de o combinație dată de patru numere cuantice. Înlocuind combinațiile posibile de u, 1, t și t în această ecuație, obținem un set de valori diferite ale lui Z. Dacă aceste valori sunt aranjate în succesiunea numerelor naturale 1, 2, 3, 4, 5, ..., apoi, la rândul său, se obține o schemă clară de construire a configurațiilor electronice ale atomilor pe măsură ce crește Z. Astfel, această ecuație este și un fel de expresie cantitativă a legii periodice. Încercați să rezolvați singur această ecuație pentru toate elementele sistemului periodic (veți afla cum valorile și 1; m și m sunt legate între ele din articolul Atom).

Legea periodică este o lege universală pentru întregul univers. Este valabil oriunde există atomi. Dar nu numai structurile electronice ale atomilor se schimbă periodic. Structura și proprietățile nucleelor ​​atomice se supun, de asemenea, unei legi periodice deosebite. În nucleele formate din neutroni și protoni, există învelișuri de neutroni și protoni, a căror umplere are un caracter periodic. Există chiar încercări de a construi un sistem periodic de nuclee atomice.