Ders No. 2
Kimyasal elementlerin periyodik tablosu D.I. Mendeleev
Planı:
D.I.'nin keşfi. Mendeleev'in Periyodik Yasası
İnşaat prensibi periyodik tablo
D.I. tarafından formüle edilen periyodik yasa. Mendeleev.
Kimyasal elementlerin periyodik tablosu, kimyasal elementlerin periyodik yasasının grafik (tablo) ifadesi olan kimyasal elementlerin doğal bir sınıflandırmasıdır. Birçok yönden modern yapıya benzeyen yapısı, 1869-1871'de D. I. Mendeleev tarafından periyodik yasaya dayanarak geliştirildi.
Periyodik sistemin prototipi " idi" Atom ağırlıklarına ve kimyasal benzerliklerine dayalı bir element sistemi deneyimi", derlenmiş DI. Mendeleev 1 Mart 1869. Bilim adamı, iki yıl boyunca "Sistem Deneyimi"ni sürekli olarak geliştirdi ve elementlerin grup, seri ve periyot kavramlarını tanıttı. Sonuç olarak periyodik tablonun yapısı büyük ölçüde modern hatlara kavuştu.
Bir elementin sistemdeki yerinin grup ve periyot sayılarına göre belirlenmesi kavramı, onun evrimi açısından önem kazanmıştır. Bu kavrama dayanarak Mendeleev, bazı kimyasal elementlerin atomik kütlelerini değiştirmenin gerekli olduğu sonucuna vardı: uranyum, indiyum, seryum ve uyduları. Bu ilkti pratik uygulama periyodik sistem. Mendeleev ayrıca ilk kez birçok bilinmeyen elementin varlığını da öngördü. Bilim adamı, eka-alüminyum (galyumun geleceği), eka-bor (skandiyum) ve eka-silikonun (germanyum) en önemli özelliklerini anlattı. Ek olarak, manganez (gelecekteki teknetyum ve renyum), tellür (polonyum), iyot (astatin), sezyum (Fransa), baryum (radyum), tantal (protaktinyum) analoglarının varlığını da öngördü. Bilim adamının bu elementlerle ilgili tahminleri şunlardı: genel karakterçünkü bu elementler periyodik tablonun az çalışılan alanlarında bulunuyordu.
Periyodik kimyasal elementler sisteminin ilk versiyonları büyük ölçüde yalnızca ampirik bir genellemeyi temsil ediyordu. Sonuçta periyodik yasanın fiziksel anlamı belirsizdi; atom kütlelerindeki artışa bağlı olarak elementlerin özelliklerinde meydana gelen periyodik değişimin nedenlerine ilişkin bir açıklama yoktu. Bu bağlamda birçok sorun çözümsüz kaldı. Periyodik tablonun sınırları var mı? Mevcut elemanların tam sayısını belirlemek mümkün mü? Belirsiz kalan şey altıncı periyodun yapısıydı; nadir toprak elementlerinin tam miktarının ne olduğu. Hidrojen ve lityum arasındaki elementlerin hala var olup olmadığı, ilk dönemin yapısının nasıl olduğu bilinmiyordu. Bu nedenle, periyodik yasanın fiziksel olarak doğrulanmasına ve periyodik sistem teorisinin gelişmesine kadar birçok kez ciddi zorluklar ortaya çıktı. 1894-1898'deki keşif beklenmedik bir şeydi. Periyodik tabloda yeri yokmuş gibi görünen atıl gazlardan oluşan galaksiler. Periyodik tablonun yapısına bağımsız bir sıfır grubunun dahil edilmesi fikri sayesinde bu zorluk ortadan kalktı. 19. ve 20. yüzyılların başında radyoelementlerin kitlesel keşfi. (1910'a gelindiğinde sayıları 40 civarındaydı) onları periyodik tabloya yerleştirme ihtiyacı ile mevcut yapısı arasında keskin bir çelişkiye yol açtı. Altıncı ve yedinci periyotta sadece 7 kontenjan boştu. Bu sorun, kaydırma kurallarının oluşturulması ve izotopların keşfedilmesiyle çözüldü.
Periyodik yasanın fiziksel anlamını ve periyodik sistemin yapısını açıklamanın imkansızlığının ana nedenlerinden biri atomun nasıl oluştuğunun bilinmemesiydi (bkz. Atom). Periyodik tablonun gelişimindeki en önemli kilometre taşı E. Rutherford (1911) tarafından atom modelinin oluşturulmasıydı. Hollandalı bilim adamı A. Van den Broek (1913), buna dayanarak, periyodik tablodaki bir elementin seri numarasının, atomunun çekirdeğinin (Z) yüküne sayısal olarak eşit olduğunu öne sürdü. Bu, İngiliz bilim adamı G. Moseley (1913) tarafından deneysel olarak doğrulandı. Periyodik yasa fiziksel bir gerekçe aldı: Elementlerin özelliklerindeki değişikliklerin periyodikliği, elementin atomunun çekirdeğinin Z yüküne bağlı olarak dikkate alınmaya başlandı ve atom kütlesi.
Sonuç olarak Mendeleev'in periyodik sisteminin yapısı önemli ölçüde güçlendirildi. Sistemin alt limiti belirlendi. Bu hidrojendir - minimum Z = 1 olan element. Hidrojen ve uranyum arasındaki elementlerin sayısını doğru bir şekilde tahmin etmek mümkün hale geldi. Periyodik tablodaki Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87 ile bilinmeyen elementlere karşılık gelen "boşluklar" belirlendi. Ancak nadir toprak elementlerinin tam sayısı ve en önemlisi bunların nedenleri hakkındaki sorular belirsizliğini korudu. Z'ye bağlı olarak elementlerin özelliklerindeki değişimlerin periyodikliği ortaya çıkmamıştır.
Danimarkalı bilim adamı, periyodik sistemin mevcut yapısına ve atom spektrumlarının incelenmesinin sonuçlarına dayanarak1918 - 1921'de N. Borgg. atomlardaki elektronik kabukların ve alt kabukların yapım sırası hakkında fikirler geliştirdi. Bilim adamı benzer türlerin olduğu sonucuna vardı elektronik konfigürasyonlar Atomlar periyodik olarak tekrarlanır. Böylece, kimyasal elementlerin özelliklerindeki değişimlerin periyodikliğinin, atomların elektronik kabukları ve alt kabuklarının yapısında periyodikliğin varlığıyla açıklandığı gösterilmiştir.
Şu anda periyodik tablo 117 elementi kapsamaktadır.Bunlardan tüm transuranyum elementleri (Z" = 93 - 117) ve ayrıca Z = 43 (teknetyum), 61 (prometyum), 85 (astatin), 87 (fransiyum) elementleri yapay olarak elde edildi. Tarihi boyunca Periyodik sistemin varlığı önerildi büyük sayı(> 500) grafik gösteriminin çeşitleri, esas olarak tablolar biçiminde, aynı zamanda çeşitli geometrik şekiller (uzaysal ve düzlemsel), analitik eğriler (spiraller vb.) vb. biçiminde. En yaygın olanı periyodik tablonun kısa, uzun ve merdiven formlarıdır. Şu anda kısa tercih ediliyor.
Temel prensip periyodik tablonun yapısıgruplara ve dönemlere bölünme.Mendeleev'in element dizisi kavramı, fiziksel anlamdan yoksun olduğu için günümüzde kullanılmamaktadır.Gruplar sırasıyla ana (a) ve ikincil (b) alt gruplara ayrılır.Her alt grup elementler içerir - kimyasal analoglar. Çoğu gruptaki a- ve b-alt gruplarının elemanları da kendi aralarında belirli bir benzerlik gösterir, esas olarak kural olarak grup numarasına eşit olan daha yüksek oksidasyon durumlarında.
Periyot, alkali metalle başlayan ve inert bir gazla biten elementlerin toplamıdır (ilk periyot özel bir durumdur).Her dönem kesin olarak tanımlanmış sayıda öğe içerir. Periyodik tablo sekiz grup ve yedi periyottan oluşur; yedincisi henüz tamamlanmamıştır.
İlk dönemin özelliğiiçerdiği şeydesadece 2 element: hidrojen ve helyum. Hidrojenin sistemdeki yeri belirsizdir. Alkali metaller ve halojenlerle ortak özellikler gösterdiğinden I A- veya VII A- alt grubuna yerleştirilir, ikinci seçenek daha sık kullanılır. Helyum, VIII A-alt grubunun ilk temsilcisidir. Uzun bir süre helyum ve tüm inert gazlar bağımsız bir sıfır grubuna ayrıldı. Bu pozisyon, kripton, ksenon ve radon kimyasal bileşiklerinin sentezinden sonra revizyon gerektirdi. Sonuç olarak, eski Grup VIII'in soy gazları ve elementleri (demir, kobalt, nikel ve platin metalleri) tek bir grupta birleştirildi. Helyum ve neonun hareketsizliği şüphe götürmez olduğundan bu seçenek kusursuz değildir.
İkinci periyotta 8 element bulunur.Tek oksidasyon durumu +1 olan alkali metal lityum ile başlar. Sonra berilyum gelir (oksidasyon durumu +2 olan bir metal). Bor zaten zayıf bir şekilde ifade edilen metalik karakter sergiler ve metal değildir (oksidasyon durumu + 3). Borun yanında karbon, hem +4 hem de -4 oksidasyon durumlarını sergileyen tipik bir ametaldir. Azot, oksijen, flor ve neonun tümü ametallerdir; nitrojen, grup numarasına karşılık gelen en yüksek oksidasyon durumuna sahiptir; flor için oksidasyon durumu +7 olarak bilinir. İnert gaz neon periyodu tamamlar.
Üçüncü periyot (sodyum - argon) da 8 element içerir. Özelliklerindeki değişimin doğası büyük ölçüde ikinci periyodun elemanlarında gözlemlenene benzer. Ancak burada da bir özgüllük var. Bu nedenle magnezyum, berilyumdan farklı olarak boronla karşılaştırıldığında alüminyum gibi daha metaliktir. Silikon, fosfor, kükürt, klor, argon, hepsi tipik metal olmayan maddelerdir. Ve argon hariç hepsi grup numarasına eşit daha yüksek oksidasyon durumları sergiliyor.
Görüldüğü gibi her iki dönemde de Z arttıkça elementlerin metalik özelliklerinde zayıflama, metalik olmayan özelliklerinde ise artış gözlenmektedir.D. I. Mendeleev ikinci ve üçüncünün unsurlarını aradıdönemler (kendi deyimiyle küçük) tipiktir.Küçük dönemlerin unsurları doğada en yaygın olanlar arasındadır. Karbon, nitrojen ve oksijen (hidrojenle birlikte) organojenlerdir, yani. Organik maddenin temel unsurları.
Birinci - üçüncü periyotların tüm elemanları A alt gruplarına yerleştirilir.
Dördüncü periyot (potasyum - kripton) 18 element içerir.Mendeleev'e göre bu ilk büyük dönemdir. Alkali metal potasyum ve alkalin toprak metal kalsiyumdan sonra, 10 sözde geçiş metalinden (skandiyum - çinko) oluşan bir dizi element gelir. Hepsi b-alt gruplarına dahildir. Demir, kobalt ve nikel dışında çoğu geçiş metali, grup numarasına eşit daha yüksek oksidasyon durumları sergiler. Galyumdan kriptona kadar elementler A alt gruplarına aittir. Kripton, önceki soy gazlardan farklı olarak kimyasal bileşikler oluşturabiliyor.
Beşinci periyot (rubidyum - ksenon) yapı olarak dördüncü periyoda benzer. Ayrıca 10 geçiş metalinden (itriyum - kadmiyum) oluşan bir ek içerir. Bu dönemin unsurlarının kendine has özellikleri bulunmaktadır. Rutenyum - rodyum - paladyum üçlüsünde, rutenyum için +8 oksidasyon durumu sergileyen bileşikler bilinmektedir. A-alt gruplarının tüm elemanları, ksenon hariç, grup numarasına eşit daha yüksek oksidasyon durumları sergiler. Z arttıkça dördüncü ve beşinci periyotların elemanlarının özelliklerinde meydana gelen değişikliklerin özelliklerinin, ikinci ve üçüncü periyotlara göre daha karmaşık olduğu belirtilebilir.
Altıncı periyot (sezyum - radon) 32 element içerir.Bu dönem, 10 geçiş metaline (lantan, hafniyum - cıva) ek olarak, seryumdan lutesyuma kadar 14 lantanitten oluşan bir set de içerir. Seryumdan lutesyuma kadar olan elementler kimyasal olarak çok benzerdir ve bu nedenle uzun zamandır nadir toprak elementleri ailesine dahil edilmişlerdir. Periyodik tablonun kısa formunda lantan hücresinde bir takım lantan türleri yer almakta ve bu serinin şifresi tablonun alt kısmında verilmektedir.
Altıncı dönemin unsurlarının özelliği nedir? Osmiyum - iridyum - platin üçlüsünde, osmiyum için +8'in oksidasyon durumu bilinmektedir. Astatin oldukça belirgin bir metalik karaktere sahiptir. Radon muhtemelen tüm soy gazlar arasında en reaktif olanıdır. Ne yazık ki, oldukça radyoaktif olması nedeniyle kimyası çok az araştırılmıştır.
Yedinci dönem Fransa ile başlıyor.Altıncı gibi, aynı zamanda 32 element içermelidir, ancak bunlardan 21'i hala bilinmektedir, sırasıyla Fransiyum ve radyum, I a- ve I I a-alt gruplarının elemanlarıdır, aktinyum, III b-alt grubuna aittir. Yedinci dönemin daha sonraki inşası tartışmalıdır. En yaygın görüş, toryumdan lavrensiyuma kadar elementleri içeren ve lantanitlere benzeyen aktinit ailesidir. Bu element dizisinin kodunun çözülmesi de tablonun alt kısmında verilmiştir.
Mendeleev'in periyodik tablosunun alt gruplarında kimyasal elementlerin özellikleri nasıl değişiyor?
Bu değişimin ana modeli Z arttıkça elementlerin metalik karakterinin güçlenmesidir. Bu model özellikle IIIa-VIIa alt gruplarında açıkça ortaya çıkar. I A-III A alt gruplarının metalleri için kimyasal aktivitede bir artış gözlenir. IVA - VIIA alt gruplarının elementleri için Z arttıkça elementlerin kimyasal aktivitesinde bir zayıflama gözlenir. B-alt grubu elemanları için kimyasal aktivitedeki değişim daha karmaşıktır.
Periyodik sistemin teorisi 20'li yıllarda N. Bohr ve diğer bilim adamları tarafından geliştirildi.XX yüzyıl ve atomların elektronik konfigürasyonlarının oluşumuna yönelik gerçek bir şemaya dayanmaktadır. Bu teoriye göre Z arttıkça periyodik tablonun periyotlarında yer alan elementlerin atomlarındaki elektron kabuklarının ve alt kabuklarının doldurulması aşağıdaki sırayla gerçekleşir:
Dönem numaraları
1 2 3 4 5 6 7
1s2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p7s5f6d7p
Periyodik sistem teorisine dayanarak periyodun aşağıdaki tanımı verilebilir:periyot, değeri n olan bir elementle başlayan elementlerin koleksiyonudur. periyot numarasına eşit ve l=0 (s-elementleri) ve aynı n değerine sahip bir elemanla biten ve l = 1 (p-elementleri)). Bunun istisnası, yalnızca 1'lerin elemanlarını içeren ilk dönemdir. Periyodik sistem teorisine göre periyotlardaki elementlerin sayısı şöyledir: 2, 8, 8. 18, 18, 32...
B-alt grupları, daha önce eksik kalan kabukların tamamlandığı atomlardaki elemanları içerir. Bu nedenle birinci, ikinci ve üçüncü periyotlar b-alt gruplarının unsurlarını içermez.
Kimyasal elementlerin periyodik tablosunun yapısı, kimyasal elementlerin atomlarının yapısıyla yakından ilgilidir. Z arttıkça dış elektron kabuklarının benzer konfigürasyonları periyodik olarak tekrarlanır. Yani elementlerin kimyasal davranışlarının temel özelliklerini belirlerler. Bu özellikler, A-alt gruplarının elemanları (s- ve p-elementleri), b-alt gruplarının elemanları (geçiş d-elementleri) ve f-ailelerinin elemanları - lantanitler ve aktinitler için kendilerini farklı şekilde gösterir. Özel bir durum, ilk periyodun elementleri olan hidrojen ve helyum ile temsil edilir. Hidrojen oldukça reaktiftir çünkü tek b elektronu kolaylıkla uzaklaştırılabilir. Aynı zamanda, helyumun (1.) konfigürasyonu çok kararlıdır ve bu da onun kimyasal olarak tamamen etkisiz olduğunu belirler.
A alt gruplarının elemanları için dış elektron kabukları doldurulur (n, periyot numarasına eşit olacak şekilde); bu nedenle Z arttıkça bu elementlerin özellikleri gözle görülür şekilde değişir. Dolayısıyla ikinci periyotta lityum (2s konfigürasyonu) -. aktif metal, tek değerlik elektronunu kolayca kaybediyor; Berilyum (2s~) da bir metaldir ancak dış elektronlarının çekirdeğe daha sıkı bağlanması nedeniyle daha az aktiftir. Ayrıca borun (23"p) zayıf bir metalik karakteri vardır ve 2p alt kabuğunun oluşturulduğu ikinci periyodun sonraki tüm elemanları zaten metal değildir. Neonun dış elektron kabuğunun sekiz elektronlu konfigürasyonu (2s~p~) - inert bir gaz - çok dayanıklıdır.
İkinci periyodun elementlerinin kimyasal özellikleri, atomlarının en yakın inert gazın elektronik konfigürasyonunu (lityumdan karbona elementler için helyum konfigürasyonu veya karbondan florine kadar elementler için neon konfigürasyonu) elde etme arzusuyla açıklanır. Bu nedenle, örneğin oksijen, grup numarasına eşit daha yüksek bir oksidasyon durumu sergileyemez: ek elektronlar alarak neon konfigürasyonuna ulaşması daha kolaydır. Özelliklerdeki değişikliklerin aynı doğası, üçüncü periyodun elemanlarında ve sonraki tüm dönemlerin s ve p elemanlarında kendini gösterir. Aynı zamanda Z arttıkça A alt gruplarında dış elektronlar ile çekirdek arasındaki bağın kuvvetinin zayıflaması, karşılık gelen elementlerin özelliklerinde de kendini gösterir. Dolayısıyla, Z arttıkça s elementleri için kimyasal aktivitede gözle görülür bir artış olur ve p elementleri için metalik özelliklerde bir artış olur.
Geçiş d-elemanlarının atomlarında, daha önce tamamlanmamış olan, baş kuantum sayısı değerinde ve periyot sayısından bir eksik olan kabuklar tamamlanır. Birkaç istisna dışında, geçiş elementi atomlarının dış elektron kabuklarının konfigürasyonu ns'dir. Bu nedenle tüm d elementleri metaldir ve Z arttıkça 1 elementlerinin özelliklerinde meydana gelen değişikliklerin s ve p elementlerinde gördüğümüz kadar dramatik olmamasının nedeni budur. Daha yüksek oksidasyon durumlarında d-elementleri, periyodik tablodaki karşılık gelen grupların p-elementleriyle belirli bir benzerlik gösterir.
Üçlülerin (VIII b-alt grubu) elemanlarının özelliklerinin özellikleri, d-alt kabuklarının tamamlanmaya yakın olmasıyla açıklanmaktadır. Bu nedenle demir, kobalt, nikel ve platin metalleri kural olarak daha yüksek oksidasyon durumlarında bileşikler üretme eğiliminde değildir. Tek istisna RuO4 ve OsO4 oksitlerini veren rutenyum ve osmiyumdur. I ve II B alt gruplarının elemanları için d alt kabuğu aslında tamamlandı. Bu nedenle grup numarasına eşit oksidasyon durumları sergilerler.
Lantanitlerin ve aktinitlerin atomlarında (hepsi metaldir)daha önce tamamlanmamış elektron kabuklarının tamamlanması, ana kuantum numarasının değeri ve periyot numarasından iki birim daha az olmasıyla gerçekleşir. Bu elementlerin atomlarında dış elektron kabuğunun (ns2) konfigürasyonu değişmeden kalır. Aynı zamanda f elektronlarının kimyasal özellikler üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Lantanitlerin bu kadar benzer olmasının nedeni budur.
Aktinitler için durum çok daha karmaşıktır.Z = 90 - 95 nükleer yük aralığında, bd ve 5/ elektronları kimyasal etkileşimlerde yer alabilir. Aktinitlerin çok daha geniş bir oksidasyon durumu aralığı sergilediği sonucu çıkar. Örneğin neptunyum, plütonyum ve amerikyum için bu elementlerin yedi değerlik durumunda göründüğü bileşikler bilinmektedir. Yalnızca küriyum (Z = 96) ile başlayan elementler için üç değerlikli durum kararlı hale gelir. Bu nedenle, aktinitlerin özellikleri lantanitlerin özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır ve bu nedenle iki ailenin benzer olduğu düşünülemez.
Aktinit ailesi Z = 103 (lawrensiyum) elementiyle biter. Kurchatovyum (Z = 104) ve nilsboryumun (Z = 105) kimyasal özelliklerinin değerlendirilmesi, bu elementlerin sırasıyla hafniyum ve tantalın analogları olması gerektiğini göstermektedir. Bu nedenle bilim adamları, atomlardaki aktinit ailesinden sonra 6d alt kabuğunun sistematik dolmasının başladığına inanıyorlar.
Periyodik tablonun kapsadığı elementlerin nihai sayısı bilinmemektedir. Üst sınırı sorunu belki de periyodik tablonun ana gizemidir. Doğada keşfedilen en ağır element plütonyumdur (Z=94). Yapay nükleer füzyonun sınırına ulaşıldı - atom numarası 107 olan bir element. Soru hala açık: büyük atom numarasına sahip elementler elde etmek mümkün olacak mı, hangileri ve kaç tane? Bu henüz kesin olarak cevaplanamıyor.
Bilim insanları, bilgisayarda gerçekleştirilen karmaşık hesaplamaları kullanarak atomların yapısını belirlemeye ve bu tür "süper elementlerin" en önemli özelliklerini büyük seri numaralarına (Z = 172 ve hatta Z = 184) kadar değerlendirmeye çalıştı. Elde edilen sonuçlar oldukça beklenmedikti. Örneğin Z = 121 olan bir elementin atomunda 8p'lik bir elektronun ortaya çıkması beklenir; bu, Z = 119 ve 120 atomlarında 8s alt kabuğunun oluşumunun tamamlanmasından sonradır. Ancak p-elektronlarının s-elektronlarından sonra ortaya çıkışı yalnızca ikinci ve üçüncü periyotlardaki elementlerin atomlarında görülür. Hesaplamalar ayrıca, varsayımsal sekizinci periyodun elemanları için, elektron kabuklarının ve atomların alt kabuklarının doldurulmasının çok karmaşık ve benzersiz bir sırayla meydana geldiğini göstermektedir. Bu nedenle karşılık gelen elemanların özelliklerinin değerlendirilmesi çok zor bir problemdir. Görünüşe göre sekizinci periyot 50 element içermeli (Z = 119 - 168), ancak hesaplamalara göre Z = 164 olan elementte bitmeli, yani. 4 seri numarası daha önce. Ve "egzotik" dokuzuncu dönemin 8 elementten oluşması gerektiği ortaya çıktı. İşte onun “elektronik” girişi: 9s "Зр 9р". Yani ikinci ve üçüncü periyotlarda olduğu gibi sadece 8 element içerecektir.
Bilgisayar kullanılarak yapılan hesaplamaların ne kadar doğru olacağını söylemek zordur. Bununla birlikte, eğer onaylanırlarsa, periyodik element tablosunun ve yapısının altında yatan kalıpları ciddi şekilde yeniden gözden geçirmek gerekecektir.
Periyodik tablo, doğa bilimlerinin çeşitli alanlarının gelişiminde büyük bir rol oynamıştır ve oynamaya devam etmektedir.Atom-moleküler bilimin en önemli başarısıydı, modern “kimyasal element” kavramının ortaya çıkmasına ve basit maddeler ve bileşiklerle ilgili kavramların açıklığa kavuşturulmasına katkıda bulundu.
Periyodik sistemin ortaya çıkardığı desenlerAtomik yapı teorisinin gelişmesinde, izotopların keşfedilmesinde ve nükleer periyodiklik hakkındaki fikirlerin ortaya çıkmasında önemli bir etkisi oldu. Periyodik sistem, kimyada tahmin probleminin kesinlikle bilimsel bir formülasyonu ile ilişkilidir. Bu, bilinmeyen elementlerin varlığı ve özelliklerinin ve halihazırda keşfedilen elementlerin kimyasal davranışının yeni özelliklerinin tahmin edilmesinde ortaya çıktı. Günümüzde periyodik tablo, öncelikle inorganik olmak üzere kimyanın temelini temsil etmekte ve sorunun çözülmesine önemli ölçüde yardımcı olmaktadır. kimyasal sentezönceden belirlenmiş özelliklere sahip maddeler, yeni yarı iletken malzemelerin geliştirilmesi, çeşitli kimyasal işlemler için özel katalizörlerin seçimi vb. Son olarak periyodik tablo kimya öğretiminin temelini oluşturur.
Mendeleev'in periyodik yasası
Kimyasal elementlerin periyodik yasası, atom çekirdeklerinin yükleri arttıkça kimyasal elementlerin özelliklerindeki periyodik değişimi yansıtan temel bir doğa yasasıdır. 1 Mart'ta açıldı (17 Şubat, Eski Usul) 1869 D.I. Mendeleev. Bu gün, "Atom ağırlıklarına ve kimyasal benzerliklerine dayalı bir element sisteminin deneyimi" adlı bir tablo derledi. Periyodik yasanın son formülasyonu Mendeleev tarafından Temmuz 1871'de verildi. Şöyleydi:
« Elementlerin özellikleri ve dolayısıyla oluşturdukları basit ve karmaşık cisimlerin özellikleri periyodik olarak atom ağırlıklarına bağlıdır.
Mendeleev'in periyodik yasa formülasyonu bilimde 40 yıl sürdü küçük yaşında. Fizikteki olağanüstü başarılara, özellikle de atomun nükleer modelinin geliştirilmesine bağlı olarak revize edildi. Görünüşe göreatom nükleer yükü (Z) sayısal olarak eşittirseri numarasıPeriyodik tablodaki karşılık gelen elementin dağılımı ve atomların elektronik kabuklarının ve alt kabuklarının Z'ye bağlı olarak doldurulması, atomların benzer elektronik konfigürasyonlarının periyodik olarak tekrarlanacağı şekilde gerçekleşir (bkz. Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosu). Bu nedenle periyodik kanunun modern formülasyonu aşağıdaki gibidir:Elementlerin, basit maddelerin ve bunların bileşiklerinin özellikleri periyodik olarak atom çekirdeğinin yüklerine bağlıdır.
Hukuk gibi diğer temel doğa yasalarından farklı olarak evrensel yerçekimi veya kütle ve enerjinin denkliği kanunu, periyodik kanun herhangi bir biçimde yazılamaz. genel denklem veya formüller. Görsel yansıması elementlerin periyodik tablosudur. Ancak Mendeleev'in kendisi ve diğer bilim adamları, kimyasal elementlerin periyodik yasası için matematiksel bir denklem bulma girişimlerinde bulundular. Bu girişimler ancak atomun yapısı teorisinin gelişmesinden sonra başarı ile taçlandırıldı. Ancak bunlar yalnızca kabuklardaki ve alt kabuklardaki elektronların dağılım sırasının atom çekirdeğinin yüklerine niceliksel bağımlılığının kurulmasıyla ilgilidir.
Periyodik yasa tüm Evren için evrensel bir yasadır.Atomların olduğu her yerde gücü vardır. Ancak atomların yalnızca elektronik yapıları periyodik olarak değişmez. Atom çekirdeğinin yapısı ve özellikleri de kendine özgü bir periyodik yasaya tabidir. Nötron ve protonlardan oluşan çekirdeklerde, dolumu periyodik olan nötron ve proton kabukları vardır. Periyodik bir atom çekirdeği sistemi oluşturmaya yönelik bilinen girişimler bile vardır.
Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834 - 1907)
Rus bilim adamı kimyasal elementlerin periyodik yasasını keşfetti.
1955 yılında AmerikalıG. Seaborg liderliğindeki fizikçiler atom numarasına sahip bir kimyasal element sentezlediler101. Ona bir isim verdilermendelevyum- büyük Rus bilim adamının erdemlerinin tanınmasıyla.Mendeleev'in periyodik tablosu 100 yılı aşkın bir süredir yeni elementlerin keşfinin anahtarı olmuştur.
Periyodik yasa ve periyodik sistem, D. I. Mendeleev'in doğa biliminin gelişimine en önemli katkısı oldu. Ancak bunlar bilim insanının muazzam yaratıcı mirasının yalnızca bir kısmını oluşturuyor.Eserlerinin tam koleksiyonu - 25 ciltlik cilt, gerçek bir bilgi ansiklopedisi.
Mendeleev, izomorfizm hakkında dağınık bilgileri sisteme kazandırdı ve bu, jeokimyanın gelişmesinde rol oynadı. O açtı kritik sıcaklık Bir maddenin sıvı halde bulunamayacağı kaynama noktası, çözeltilerin hidrasyon teorisini geliştirdi ve bu nedenle haklı olarak olağanüstü bir fiziksel kimyacı olarak kabul edildi. Seyreltilmiş gazların özellikleri üzerine derinlemesine çalışmalar yaparak olağanüstü bir deneysel fizikçi olduğunu gösterdi. Mendeleev, hala taraftarları olan, petrolün inorganik kökenine dair bir teori önerdi; dumansız barut hazırlamak için bir süreç geliştirdi; havacılık, meteoroloji ve gelişmiş ölçüm teknikleri okudu. Ağırlıklar ve Ölçüler Ana Odası'nın yöneticisi olarak metrolojinin gelişimi için çok şey yaptı. Mendeleev bilimsel değerlerinden dolayı 50'den fazla akademi ve bilimsel derneğe üye seçildi farklı ülkeler barış. Bilim adamı, bilimsel faaliyetinde kendi deyimiyle "Anavatana ilk hizmetini" gördü.
İkinci hizmet ise öğretmenliktir. Mendeleev, yaşamı boyunca 8 baskısı yapılan ve birden fazla kez İngilizceye çevrilen "Kimyanın Temelleri" ders kitabının yazarıydı. yabancı diller. Mendeleev birçok yerde ders verdi eğitim kurumları St.Petersburg. Bilim insanı gerileme yıllarında şöyle yazmıştı: "Binlerce öğrencimden birçoğu artık her yerde öne çıkan kişiler ve onlarla tanıştığımda, her zaman içlerindeki iyi tohuma inandığımı ve sadece basit bir göreve hizmet etmediğimi duydum."
Sanayi ve tarım alanlarında “Anavatana üçüncü hizmet” çok yönlü ve faydalıydı. Burada Mendeleev, Rusya'nın gelişimini ve geleceğini önemseyen gerçek bir vatansever olduğunu gösterdi. Bobvovo'daki arazisinde "tahıl yetiştirme deneyleri" yaptı. Petrol üretim yöntemlerini ayrıntılı olarak inceledi ve bunların iyileştirilmesi için birçok değerli öneride bulundu. Fabrikaları ve fabrikaları, madenleri ve madenleri ziyaret ederek sürekli olarak sanayinin acil ihtiyaçlarını araştırdı. Mendeleev'in otoritesi o kadar yüksekti ki, karmaşık sorunları çözmek için sürekli olarak uzman olarak davet ediliyordu. ekonomik sorunlar. Ölümünden kısa bir süre önce, ülkenin üretici güçlerinin geliştirilmesine yönelik kapsamlı bir programın ana hatlarını çizdiği "Rusya Bilgisine Doğru" kitabını yayınladı.
“Halkın hasadı için bilimsel ekim filizlenecek” - Bu, bilim adamının tüm faaliyetlerinin sloganıydı.
Mendeleev bunlardan biriydi en kültürlü insanlar zamanının. Edebiyata ve sanata derinden ilgi duyuyordu ve farklı ülke ve halklardan sanatçıların resimlerinin reprodüksiyonlarından oluşan geniş bir koleksiyon topladı. Önde gelen kültürel şahsiyetlerin toplantıları sıklıkla dairesinde yapılıyordu.
Güvenlik soruları:
D. I. Mendeleev tarafından formüle edilen kimyasal elementlerin periyodik yasası hangi yılda keşfedildi?
Periyodiklik yasasının özü nedir? Başlıca özellikleri nelerdir?
Periyodik tablodaki periyot, grup, alt grup nedir?
Hangi alt gruplara ana, hangilerine ikincil denir?
Elementlerin metalik özellikleri bir grupta ve bir periyotta nasıl değişir?
Element atomlarının redoks özellikleri artan atom numarasıyla nasıl değişir?
Periyodik tablonun hangi gruplarında hidrojenle gaz halinde bileşikler oluşturan elementler bulunur? Hangileri asidiktir?
Periyodik tabloda bordan astatine doğru bir çizgi çizerseniz bu çizginin sol tarafında hangi özelliklere sahip elementler olacaktır?
Atomik yapıların kuantum mekaniksel teorisinin özü nedir?
D.I. Mendeleev'in periyodik yasasının modern formülasyonunu verin?
Periyodik tabloda, IV. periyotta, V. sırada yer alan ve oksijen bileşiğinde değerlik VI sergileyen bir element bulun. Hidrojen değeri nedir?
Edebiyat:
Gabrielyan O, S. Meslekler ve teknik uzmanlıklar için kimya: ders kitabı / O.S. Gabrielyan, I.G. Ostroumov. – M.: “Akademi” yayın merkezi, 2009. – 256 s.
Gabrielyan O, S. Kimya: öğrenciler için ders kitabı. ortalama prof. ders kitabı kuruluşlar / O.S. Gabrielyan, I.G. Ostroumov. – 6. baskı, silindi. – M.: “Akademi” yayın merkezi, 2009. – 336 s.
Birçok bilim adamı kimyasal elementleri sistematize etmek için girişimlerde bulundu. Ancak yalnızca 1869'da D.I. Mendeleev, bağlantıyı ve bağımlılığı kuran unsurların bir sınıflandırmasını oluşturmayı başardı. kimyasallar ve atom çekirdeğinin yükü.
Hikaye
Periyodik yasanın modern formülasyonu şu şekildedir: kimyasal elementlerin özellikleri, element bileşiklerinin formları ve özellikleri periyodik olarak element atomlarının çekirdeğinin yüküne bağlıdır.
Kanun keşfedildiğinde 63 kimyasal element biliniyordu. Ancak bu elementlerin birçoğunun atom kütleleri hatalı olarak belirlenmiştir.
1869'da D.I. Mendeleev yasasını elementlerin atom ağırlıklarına periyodik bağımlılık olarak formüle etti, çünkü 19. yüzyılda bilim henüz atomun yapısı hakkında bilgiye sahip değildi. Bununla birlikte, bilim adamının ustaca öngörüsü, elementlerin ve maddelerin özelliklerinin periyodikliğini belirleyen kalıpları tüm çağdaşlarından daha derinlemesine anlamasına izin verdi. Sadece atom kütlesindeki artışı değil, aynı zamanda maddelerin ve elementlerin zaten bilinen özelliklerini de hesaba kattı ve periyodiklik fikrini temel alarak bilinmeyen elementlerin ve maddelerin varlığını ve özelliklerini doğru bir şekilde tahmin edebildi. O zamanın bilimi, bir takım elementlerin atom kütlelerini düzeltmek ve sistemdeki elementleri doğru bir şekilde düzenleyerek boşlukları bırakarak yeniden düzenlemeler yapmaktı.
Pirinç. 1. D. I. Mendeleev.
Mendeleev'in periyodik tablo hakkında rüya gördüğüne dair bir efsane var. Ancak bu yalnızca güzel hikaye ki bu kanıtlanmış bir gerçek değildir.
Periyodik tablonun yapısı
D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerin periyodik tablosu, kendi yasasının grafik bir yansımasıdır. Elementler tabloda belirli bir kimyasal ve fiziksel anlama göre düzenlenmiştir. Bir elementin konumuna göre onun değerliliğini, elektron sayısını ve diğer birçok özelliğini belirleyebilirsiniz. Tablo yatay olarak büyük ve küçük periyotlara, dikey olarak ise gruplara ayrılmıştır.
Pirinç. 2. Periyodik tablo.
Alkali metalle başlayan ve metalik olmayan özelliklere sahip maddelerle biten 7 periyot vardır. 8 sütundan oluşan gruplar ise ana ve ikincil alt gruplara ayrılmıştır.
Bilimin daha da gelişmesi, elementlerin özelliklerinin belirli aralıklarla periyodik olarak tekrarlanmasının, özellikle 2. ve 3. küçük dönemlerde açıkça ortaya çıkmasının, tekrarlamayla açıklandığını gösterdi. elektronik yapı Reaksiyonlarda kimyasal bağların ve yeni maddelerin oluşması nedeniyle değerlik elektronlarının bulunduğu dış enerji seviyeleri. Bu nedenle her dikey sütun grubunda tekrar eden karakteristik özelliklere sahip öğeler bulunur. Bu, çok aktif alkali metallerin (grup I, ana alt grup) ve halojen olmayan metallerin (grup VII, ana alt grup) ailelerini içeren gruplarda açıkça ortaya çıkar. Periyot boyunca soldan sağa doğru elektron sayısı 1'den 8'e çıkarken elementlerin metalik özellikleri azalır. Bu nedenle, metalik özellikler dış seviyede ne kadar az elektron varsa o kadar belirgindir.
Pirinç. 3. Periyodik tabloda küçük ve büyük periyotlar.
İyonlaşma enerjisi, elektron ilgi enerjisi ve elektronegatiflik gibi atomik özellikler de periyodik olarak tekrarlanır. Bu miktarlar, bir atomun dış düzeyden bir elektron verme (iyonlaşma) veya başka birinin elektronunu dış düzeyde tutma (elektron ilgisi) yeteneği ile ilişkilidir. Alınan toplam derecelendirme: 117.
Periyodik sistem, kimyasal elementlerin periyodik yasasının grafik (tablo) bir ifadesi olan, doğal sınıflandırmaları olan düzenli bir kimyasal elementler kümesidir. Birçok yönden modern yapıya benzeyen yapısı, 1869-1871'de D. I. Mendeleev tarafından periyodik yasaya dayanarak geliştirildi.
Periyodik sistemin prototipi, 1 Mart 1869'da D. I. Mendeleev tarafından derlenen "Atom ağırlığına ve kimyasal benzerliğine dayalı bir element sistemi deneyimi" idi. İki buçuk yıl boyunca bilim adamı, sistemi sürekli olarak geliştirdi. “Bir Sistem Deneyimi”, elementlerin grup, dizi ve periyotları fikrini ortaya attı. Sonuç olarak periyodik tablonun yapısı büyük ölçüde modern hatlara kavuştu.
Bir elementin sistemdeki yerinin grup ve periyot sayılarına göre belirlenmesi kavramı, onun evrimi açısından önem kazanmıştır. Bu kavrama dayanarak Mendeleev, bazı elementlerin atom kütlelerini değiştirmenin gerekli olduğu sonucuna vardı: uranyum, indiyum, seryum ve uyduları. Bu periyodik tablonun ilk pratik uygulamasıydı. Mendeleev ayrıca ilk kez bilinmeyen bazı elementlerin varlığını ve özelliklerini de öngördü. Bilim adamı, eka-alüminyum (galyumun geleceği), eka-bor (skandiyum) ve eka-silikonun (germanyum) en önemli özelliklerini ayrıntılı olarak anlattı. Ek olarak, manganez (gelecekteki teknetyum ve renyum), tellür (polonyum), iyot (astatin), sezyum (Fransa), baryum (radyum), tantal (protaktinyum) analoglarının varlığını da öngördü. Bilim adamının bu elementlerle ilgili tahminleri genel nitelikteydi çünkü bu elementler periyodik tablonun az çalışılan alanlarında bulunuyordu.
Periyodik sistemin ilk versiyonları büyük ölçüde yalnızca ampirik bir genellemeyi temsil ediyordu. Sonuçta periyodik yasanın fiziksel anlamı belirsizdi; atom kütlelerindeki artışa bağlı olarak elementlerin özelliklerinde meydana gelen periyodik değişimin nedenlerine ilişkin bir açıklama yoktu. Bu bağlamda birçok sorun çözümsüz kaldı. Periyodik tablonun sınırları var mı? Mevcut elemanların tam sayısını belirlemek mümkün mü? Altıncı periyodun yapısı belirsizliğini korudu; nadir toprak elementlerinin tam miktarı neydi? Hidrojen ve lityum arasındaki elementlerin hala var olup olmadığı, ilk dönemin yapısının nasıl olduğu bilinmiyordu. Bu nedenle, periyodik yasanın fiziksel olarak doğrulanmasına ve periyodik sistem teorisinin gelişmesine kadar birçok kez ciddi zorluklar ortaya çıktı. 1894-1898'deki keşif beklenmedik bir şeydi. Periyodik tabloda yeri yokmuş gibi görünen beş inert gaz. Periyodik tablonun yapısına bağımsız bir sıfır grubunun dahil edilmesi fikri sayesinde bu zorluk ortadan kalktı. 19. ve 20. yüzyılların başında radyoelementlerin kitlesel keşfi. (1910'a gelindiğinde sayıları 40 civarındaydı) onları periyodik tabloya yerleştirme ihtiyacı ile mevcut yapısı arasında keskin bir çelişkiye yol açtı. Altıncı ve yedinci periyotta sadece 7 kontenjan boştu. Bu sorun, kaydırma kurallarının oluşturulması ve izotopların keşfedilmesiyle çözüldü.
Periyodik yasanın fiziksel anlamının ve periyodik sistemin yapısının açıklanamamasının temel nedenlerinden biri atomun nasıl bir yapıya sahip olduğunun bilinmemesiydi (bkz. Atom). Periyodik tablonun gelişimindeki en önemli kilometre taşı E. Rutherford (1911) tarafından atom modelinin oluşturulmasıydı. Hollandalı bilim adamı A. Van den Broek (1913), buna dayanarak, periyodik tablodaki bir elementin seri numarasının, atomunun çekirdeğinin (Z) yüküne sayısal olarak eşit olduğunu öne sürdü. Bu, İngiliz bilim adamı G. Moseley (1913) tarafından deneysel olarak doğrulandı. Periyodik yasa fiziksel bir gerekçe aldı: elementlerin özelliklerindeki değişikliklerin periyodikliği, atom kütlesine değil, elementin atomunun çekirdeğinin Z yüküne bağlı olarak dikkate alınmaya başlandı (bkz. Kimyasal elementlerin periyodik yasası).
Sonuç olarak periyodik tablonun yapısı önemli ölçüde güçlendirildi. Sistemin alt limiti belirlendi. Bu hidrojendir - minimum Z = 1 olan element. Hidrojen ve uranyum arasındaki elementlerin sayısını doğru bir şekilde tahmin etmek mümkün hale geldi. Periyodik tablodaki Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87 ile bilinmeyen elementlere karşılık gelen "boşluklar" belirlendi. Ancak nadir toprak elementlerinin tam sayısı ve en önemlisi bunların nedenleri hakkındaki sorular belirsizliğini korudu. Z'ye bağlı olarak elementlerin özelliklerindeki değişimlerin periyodikliği ortaya çıkmamıştır.
Periyodik sistemin yerleşik yapısına ve atom spektrumlarının incelenmesinin sonuçlarına dayanarak, Danimarkalı bilim adamı N. Bohr 1918-1921'de. atomlardaki elektronik kabukların ve alt kabukların yapım sırası hakkında fikirler geliştirdi. Bilim adamı, atomların dış kabuklarının benzer türdeki elektronik konfigürasyonlarının periyodik olarak tekrarlandığı sonucuna vardı. Böylece, kimyasal elementlerin özelliklerindeki değişimlerin periyodikliğinin, atomların elektronik kabukları ve alt kabuklarının yapısında periyodikliğin varlığıyla açıklandığı gösterilmiştir.
Periyodik tablo 100'den fazla elementi kapsar. Bunlardan tüm transuranik elementler (Z = 93-110) ve ayrıca Z = 43 (teknetyum), 61 (prometyum), 85 (astatin), 87 (fransiyum) elementleri yapay olarak elde edildi. Periyodik sistemin varlığının tüm tarihi boyunca, grafik gösteriminin çok sayıda (>500) çeşidi önerilmiştir; bunlar esas olarak tablolar biçiminde ve aynı zamanda çeşitli geometrik şekiller (uzaysal ve düzlemsel) biçimindedir. ), analitik eğriler (spiraller vb.), vb. En yaygın olanları kısa, yarı uzun, uzun ve merdiven tablo biçimleridir. Şu anda kısa form tercih ediliyor.
Periyodik tabloyu oluşturmanın temel prensibi, gruplara ve periyotlara bölünmesidir. Mendeleev'in element dizisi kavramı, fiziksel anlamdan yoksun olduğu için günümüzde kullanılmamaktadır. Gruplar sırasıyla ana (a) ve ikincil (b) alt gruplara ayrılır. Her alt grup elementler içerir - kimyasal analoglar. Çoğu gruptaki a- ve b-alt gruplarının elemanları, kural olarak grup numarasına eşit olan, esas olarak daha yüksek oksidasyon durumlarında birbirleriyle belirli bir benzerlik gösterir. Periyot, alkali metalle başlayan ve inert bir gazla biten elementlerin toplamıdır (ilk periyot özel bir durumdur). Her dönem kesin olarak tanımlanmış sayıda öğe içerir. Periyodik tablo sekiz grup ve yedi periyottan oluşur ve yedinci periyot henüz tamamlanmamıştır.
tuhaflık Birinci en önemli özelliği serbest formda yalnızca 2 gazlı element içermesidir: hidrojen ve helyum. Hidrojenin sistemdeki yeri belirsizdir. Alkali metaller ve halojenler için ortak özellikler gösterdiğinden, ya 1a- ya da Vlla-alt grubuna ya da aynı anda her ikisine de yerleştirilir ve alt gruplardan birinde sembol parantez içine alınır. Helyum, VIIIa alt grubunun ilk temsilcisidir. Uzun bir süre helyum ve tüm inert gazlar bağımsız bir sıfır grubuna ayrıldı. Bu pozisyon, kripton, ksenon ve radon kimyasal bileşiklerinin sentezinden sonra revizyon gerektirdi. Sonuç olarak, eski Grup VIII'in soy gazları ve elementleri (demir, kobalt, nikel ve platin metalleri) tek bir grupta birleştirildi.
Saniye periyodun 8 elementi vardır. Tek oksidasyon durumu +1 olan alkali metal lityum ile başlar. Sonra berilyum geliyor (metal, oksidasyon durumu +2). Bor zaten zayıf bir şekilde ifade edilen bir metalik karakter sergiler ve metal değildir (oksidasyon durumu +3). Borun yanında karbon, hem +4 hem de -4 oksidasyon durumlarını sergileyen tipik bir ametaldir. Azot, oksijen, flor ve neon metal değildir; nitrojen, grup numarasına karşılık gelen +5'lik en yüksek oksidasyon durumuna sahiptir. Oksijen ve flor en aktif ametaller arasındadır. İnert gaz neonu periyodu bitirir.
Üçüncü periyotta (sodyum - argon) da 8 element bulunur. Özelliklerindeki değişimin doğası büyük ölçüde ikinci periyodun elemanlarında gözlemlenene benzer. Ancak burada da bir özgüllük var. Bu nedenle magnezyum, berilyumdan farklı olarak boronla karşılaştırıldığında alüminyum gibi daha metaliktir. Silikon, fosfor, kükürt, klor, argon, hepsi tipik metal olmayan maddelerdir. Ve argon hariç hepsi grup numarasına eşit daha yüksek oksidasyon durumları sergiliyor.
Görüldüğü gibi her iki dönemde de Z arttıkça elementlerin metalik özelliklerinde belirgin bir zayıflama ve metalik olmayan özelliklerinde ise güçlenme meydana gelir. D.I. Mendeleev, ikinci ve üçüncü dönemlerin unsurlarını (kendi deyimiyle küçük) tipik olarak nitelendirdi. Küçük dönemlerin unsurları doğada en yaygın olanlar arasındadır. Karbon, nitrojen ve oksijen (hidrojenle birlikte) organojenlerdir, yani. organik maddenin ana elementleri.
Birinci - üçüncü periyotların tüm unsurları a-alt gruplara yerleştirilir.
Dördüncü periyodu (potasyum - kripton) 18 element içerir. Mendeleev'e göre bu ilk büyük dönemdir. Alkali metal potasyum ve alkalin toprak metal kalsiyumdan sonra, 10 sözde geçiş metalinden (skandiyum - çinko) oluşan bir dizi element gelir. Hepsi b-alt gruplarına dahildir. Demir, kobalt ve nikel dışında çoğu geçiş metali, grup numarasına eşit daha yüksek oksidasyon durumları sergiler. Galyumdan kriptona kadar elementler a-alt gruplarına aittir. Kripton için bir takım kimyasal bileşikler bilinmektedir.
Beşinci Dönem (rubidyum - ksenon) yapı olarak dördüncüye benzer. Ayrıca 10 geçiş metalinden (itriyum - kadmiyum) oluşan bir ek içerir. Bu dönemin unsurlarının kendine has özellikleri bulunmaktadır. Rutenyum - rodyum - paladyum üçlüsünde, rutenyum için +8 oksidasyon durumu sergileyen bileşikler bilinmektedir. a-alt gruplarının tüm elemanları, grup numarasına eşit daha yüksek oksidasyon durumları sergiler. Dördüncü ve beşinci periyotların elementlerinin Z arttıkça özelliklerinde meydana gelen değişikliklerin özellikleri, ikinci ve üçüncü periyotlara göre daha karmaşıktır.
Altıncı periyodu (sezyum – radon) 32 element içerir. Bu dönem, 10 geçiş metaline (lantan, hafniyum - cıva) ek olarak, seryumdan lutesyuma kadar 14 lantanitten oluşan bir set de içerir. Seryumdan lutesyuma kadar olan elementler kimyasal olarak çok benzerdir ve bu nedenle uzun zamandır nadir toprak elementleri ailesine dahil edilmişlerdir. Periyodik tablonun kısa formunda lantan hücresinde bir dizi lantanit yer alır ve bu serinin kod çözümü tablonun alt kısmında verilmiştir (bkz. Lantanitler).
Altıncı dönemin unsurlarının özelliği nedir? Osmiyum - iridyum - platin üçlüsünde, osmiyum için +8'in oksidasyon durumu bilinmektedir. Astatin oldukça belirgin bir metalik karaktere sahiptir. Radon tüm soy gazlar arasında en yüksek reaktiviteye sahiptir. Ne yazık ki, oldukça radyoaktif olması nedeniyle kimyası çok az araştırılmıştır (bkz. Radyoaktif elementler).
Yedinci Dönem Fransa'dan başlıyor. Altıncı gibi, o da 32 element içermelidir, ancak bunlardan 24'ü hala bilinmektedir, Fransiyum ve radyum sırasıyla Ia ve IIa alt gruplarının elementleridir, aktinyum ise IIIb alt grubuna aittir. Daha sonra toryumdan lavrensiyuma kadar elementleri içeren ve lantanitlere benzer şekilde yerleştirilen aktinit ailesi gelir. Bu element dizisinin kodunun çözülmesi de tablonun alt kısmında verilmiştir.
Şimdi kimyasal elementlerin özelliklerinin nasıl değiştiğini görelim. alt gruplar periyodik sistem. Bu değişimin ana modeli Z arttıkça elementlerin metalik karakterinin güçlenmesidir. Bu model özellikle IIIa-VIIa alt gruplarında açıkça ortaya çıkar. Ia-IIIa alt gruplarının metalleri için kimyasal aktivitede bir artış gözlenir. IVa-VIIa alt gruplarındaki elementler için Z arttıkça elementlerin kimyasal aktivitesinde bir zayıflama gözlenir. B-alt grubu elemanları için kimyasal aktivitedeki değişimin doğası daha karmaşıktır.
Periyodik sistemin teorisi 20'li yıllarda N. Bohr ve diğer bilim adamları tarafından geliştirildi. XX yüzyıl ve atomların elektronik konfigürasyonlarının oluşumuna yönelik gerçek bir şemaya dayanmaktadır (bkz. Atom). Bu teoriye göre Z arttıkça periyodik tablonun periyotlarında yer alan elementlerin atomlarındaki elektron kabuklarının ve alt kabuklarının doldurulması aşağıdaki sırayla gerçekleşir:
| Dönem numaraları | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1s | 2s2p | 3s3p | 4s3d4p | 5s4d5p | 6s4f5d6p | 7s5f6d7p |
Periyodik sistem teorisine dayanarak, bir periyodun şu tanımını verebiliriz: periyot, periyot numarasına eşit n değerine sahip bir element ile başlayan ve l = 0 (s-elementler) ile biten bir elementler kümesidir. n ve l = 1 değeriyle aynı olan bir elemanla (p-elemanları elemanları) (bkz. Atom). Bunun istisnası, yalnızca 1'lerin elemanlarını içeren ilk dönemdir. Periyodik sistem teorisine göre periyotlardaki elementlerin sayıları şöyledir: 2, 8, 8, 18, 18, 32...
Tabloda, her türden elementlerin sembolleri (s-, p-, d- ve f-elementleri) belirli bir renk arka planında gösterilmektedir: s-elementleri - kırmızı üzerinde, p-elementleri - turuncu üzerinde, d-elementleri - mavi renkte, f elemanları - yeşil renkte. Her hücre içerir seri numaraları ve elementlerin atomik kütlelerinin yanı sıra dış elektron kabuklarının elektronik konfigürasyonları.
Periyodik sistem teorisinden, a-alt gruplarının, periyot numarasına eşit n'ye ve l = 0 ve 1'e sahip elemanları içerdiği anlaşılmaktadır. b-alt grupları, daha önce tamamlanmış kabukları olan atomlardaki elemanları içermektedir. eksik oluşur. Bu nedenle birinci, ikinci ve üçüncü periyotlar b-alt gruplarının unsurlarını içermez.
Periyodik element tablosunun yapısı, kimyasal elementlerin atomlarının yapısıyla yakından ilgilidir. Z arttıkça dış elektron kabuklarının benzer konfigürasyonları periyodik olarak tekrarlanır. Yani elementlerin kimyasal davranışlarının temel özelliklerini belirlerler. Bu özellikler, a-alt gruplarının elemanları (s- ve p-elementleri), b-alt gruplarının elemanları (geçiş d-elementleri) ve f-ailelerinin elemanları - lantanitler ve aktinidler için kendilerini farklı şekilde gösterir. Özel bir durum, ilk periyodun elementleri olan hidrojen ve helyum ile temsil edilir. Hidrojen yüksek kimyasal aktiviteye sahiptir çünkü içindeki tek 1 elektronu kolaylıkla uzaklaştırılabilir. Aynı zamanda helyumun (1s 2) konfigürasyonu çok kararlıdır ve bu onun kimyasal hareketsizliğini belirler.
a-alt gruplarının elemanları için, atomların dış elektron kabukları doludur (n, periyot sayısına eşit olacak şekilde), dolayısıyla bu elemanların özellikleri, Z arttıkça belirgin şekilde değişir. Böylece, ikinci periyotta lityum (2s konfigürasyonu). ) tek değerlik elektronunu kolayca kaybeden aktif bir metaldir; Berilyum (2s 2) de bir metaldir ancak dış elektronlarının çekirdeğe daha sıkı bağlanması nedeniyle daha az aktiftir. Ayrıca borun (2s 2 p) zayıf bir metalik karakteri vardır ve 2p alt kabuğunun oluşturulduğu ikinci periyodun sonraki tüm elemanları zaten metal değildir. Bir inert gaz olan neon'un (2s 2 p 6) dış elektron kabuğunun sekiz elektronlu konfigürasyonu çok güçlüdür.
İkinci periyodun elementlerinin kimyasal özellikleri, atomlarının en yakın inert gazın elektronik konfigürasyonunu (lityumdan karbona elementler için helyum konfigürasyonu veya karbondan florine kadar elementler için neon konfigürasyonu) elde etme arzusuyla açıklanır. Bu nedenle, örneğin oksijen, grup numarasına eşit daha yüksek bir oksidasyon durumu sergileyemez: ek elektronlar alarak neon konfigürasyonuna ulaşması daha kolaydır. Özelliklerdeki değişikliklerin aynı doğası, üçüncü periyodun elemanlarında ve sonraki tüm dönemlerin s ve p elemanlarında kendini gösterir. Aynı zamanda, Z arttıkça a-alt gruplarında dış elektronlar ile çekirdek arasındaki bağın gücünün zayıflaması, karşılık gelen elemanların özelliklerinde kendini gösterir. Dolayısıyla, Z arttıkça s-elementleri için kimyasal aktivitede gözle görülür bir artış olur ve p-elementleri için metalik özelliklerde bir artış olur.
Geçiş d elementlerinin atomlarında, daha önce tamamlanmamış kabuklar, periyod numarasından bir eksik olan ana kuantum sayısı n'nin değeri ile tamamlanır. Birkaç istisna dışında, geçiş elementlerinin atomlarının dış elektron kabuklarının konfigürasyonu ns 2'dir. Bu nedenle tüm d elementleri metaldir ve bu nedenle Z arttıkça d elementlerinin özelliklerinde meydana gelen değişiklikler, s ve p elementlerinde gözlemlenenler kadar keskin değildir. Daha yüksek oksidasyon durumlarında d-elementleri, periyodik tablodaki karşılık gelen grupların p-elementleriyle belirli bir benzerlik gösterir.
Üçlülerin (VIIIb-alt grubu) elemanlarının özelliklerinin özellikleri, b-alt kabuklarının tamamlanmaya yakın olmasıyla açıklanmaktadır. Bu nedenle demir, kobalt, nikel ve platin metalleri kural olarak daha yüksek oksidasyon durumlarında bileşikler üretme eğiliminde değildir. Tek istisna RuO4 ve OsO4 oksitlerini veren rutenyum ve osmiyumdur. Ib ve IIb alt gruplarının elemanları için d-alt kabuğu aslında tamamlandı. Bu nedenle grup numarasına eşit oksidasyon durumları sergilerler.
Lantanit ve aktinit atomlarında (hepsi metaldir), daha önce tamamlanmamış elektron kabukları, ana kuantum sayısı n'nin periyot sayısından iki birim daha az olmasıyla tamamlanır. Bu elementlerin atomlarında, dış elektron kabuğunun (ns 2) konfigürasyonu değişmeden kalır ve üçüncü dış N-kabuğu 4f-elektronlarla doldurulur. Lantanitlerin bu kadar benzer olmasının nedeni budur.
Aktinitler için durum daha karmaşıktır. Z = 90-95 olan elementlerin atomlarında 6d ve 5f elektronları kimyasal etkileşimlerde yer alabilir. Bu nedenle aktinitlerin çok fazla daha fazla derece oksidasyon. Örneğin neptunyum, plütonyum ve amerikyum için bu elementlerin yedi değerlikli durumda göründüğü bileşikler bilinmektedir. Yalnızca küryum (Z = 96) ile başlayan elementler için üç değerlikli durum kararlı hale gelir, ancak bunun da kendine has özellikleri vardır. Bu nedenle, aktinitlerin özellikleri lantanitlerin özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır ve bu nedenle iki ailenin benzer olduğu düşünülemez.
Aktinit ailesi Z = 103 (lawrensiyum) elementiyle biter. Kurchatovyum (Z = 104) ve nilsboryumun (Z = 105) kimyasal özelliklerinin değerlendirilmesi, bu elementlerin sırasıyla hafniyum ve tantalın analogları olması gerektiğini göstermektedir. Bu nedenle bilim adamları, atomlardaki aktinit ailesinden sonra 6d alt kabuğunun sistematik dolmasının başladığına inanıyorlar. Z = 106-110 olan elementlerin kimyasal yapısı deneysel olarak değerlendirilmemiştir.
Periyodik tablonun kapsadığı elementlerin nihai sayısı bilinmemektedir. Üst sınırı sorunu belki de periyodik tablonun ana gizemidir. Doğada keşfedilen en ağır element plütonyumdur (Z=94). Yapay nükleer füzyonun sınırına ulaşıldı - atom numarası 110 olan bir element. Soru hala açık: Büyük atom numaralı elementleri, hangilerini ve kaç tane elde etmek mümkün olacak mı? Bu henüz kesin olarak cevaplanamıyor.
Bilim insanları, elektronik bilgisayarlarda gerçekleştirilen karmaşık hesaplamaları kullanarak atomların yapısını belirlemeye ve "süper elementlerin" en önemli özelliklerini büyük seri numaralarına (Z = 172 ve hatta Z = 184) kadar değerlendirmeye çalıştı. Elde edilen sonuçlar oldukça beklenmedikti. Örneğin Z = 121 olan bir elementin atomunda 8p'lik bir elektronun ortaya çıkması beklenir; bu, Z = 119 ve 120 atomlarında 8s alt kabuğunun oluşumunun tamamlanmasından sonradır. Ancak p-elektronlarının s-elektronlarından sonra ortaya çıkışı yalnızca ikinci ve üçüncü periyotlardaki elementlerin atomlarında görülür. Hesaplamalar ayrıca, varsayımsal sekizinci periyodun elemanlarında, elektron kabuklarının ve atomların alt kabuklarının doldurulmasının çok karmaşık ve benzersiz bir sırayla meydana geldiğini göstermektedir. Bu nedenle karşılık gelen elemanların özelliklerinin değerlendirilmesi çok zor bir problemdir. Görünüşe göre sekizinci periyot 50 element içermeli (Z = 119–168), ancak hesaplamalara göre Z = 164, yani 4 seri numarası daha erken olan elementte bitmeli. Ve "egzotik" dokuzuncu dönemin 8 elementten oluşması gerektiği ortaya çıktı. İşte onun “elektronik” girişi: 9s 2 8p 4 9p 2. Yani ikinci ve üçüncü periyotlarda olduğu gibi sadece 8 element içerecektir.
Bilgisayar kullanılarak yapılan hesaplamaların ne kadar doğru olacağını söylemek zordur. Bununla birlikte, eğer onaylanırlarsa, periyodik element tablosunun ve yapısının altında yatan kalıpları ciddi şekilde yeniden gözden geçirmek gerekecektir.
Periyodik tablo, doğa bilimlerinin çeşitli alanlarının gelişiminde büyük bir rol oynamıştır ve oynamaya devam etmektedir. Atom-moleküler bilimin en önemli başarısıydı, modern “kimyasal element” kavramının ortaya çıkmasına ve basit maddeler ve bileşiklerle ilgili kavramların açıklığa kavuşturulmasına katkıda bulundu.
Periyodik sistemin ortaya çıkardığı düzenlilikler, atomun yapısı teorisinin gelişmesinde, izotopların keşfedilmesinde ve nükleer periyodiklik ile ilgili fikirlerin ortaya çıkmasında önemli bir etkiye sahipti. Periyodik sistem, kimyada tahmin probleminin kesinlikle bilimsel bir formülasyonu ile ilişkilidir. Bu, bilinmeyen elementlerin varlığı ve özelliklerinin ve halihazırda keşfedilen elementlerin kimyasal davranışının yeni özelliklerinin tahmin edilmesinde ortaya çıktı. Günümüzde periyodik sistem, öncelikle inorganik olmak üzere kimyanın temelini temsil etmekte olup, önceden belirlenmiş özelliklere sahip maddelerin kimyasal sentezi sorununun çözülmesine, yeni yarı iletken malzemelerin geliştirilmesine, çeşitli kimyasal işlemler için özel katalizörlerin seçimine vb. Önemli ölçüde yardımcı olmaktadır. Ve son olarak Periyodik sistem kimya öğretiminin temelidir.
Kimyasal elementlerin periyodik tablosu (periyodik tablo)- elementlerin çeşitli özelliklerinin atom çekirdeğinin yüküne bağımlılığını belirleyen kimyasal elementlerin sınıflandırılması. Sistem, Rus kimyager D.I. Mendeleev tarafından 1869'da oluşturulan periyodik yasanın grafiksel bir ifadesidir. Orijinal versiyonu 1869-1871'de D.I. Mendeleev tarafından geliştirildi ve elementlerin özelliklerinin atom ağırlıklarına (modern anlamda atom kütlesine) bağımlılığını ortaya koydu. Toplamda, periyodik sistemi tasvir etmek için birkaç yüz seçenek (analitik eğriler, tablolar, geometrik şekiller vb.) önerilmiştir. İÇİNDE modern versiyon Sistem, elementlerin iki boyutlu bir tabloya indirgenmesini içerir; burada her sütun (grup) ana fiziksel ve kimyasal özellikleri tanımlar ve satırlar, belirli bir dereceye kadar birbirine benzer periyotları temsil eder.
D.I Mendeleev'in kimyasal elementlerin periyodik tablosu.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rus kimyager Mendeleev'in yaptığı keşif (açık ara) en çok rol oynadı önemli rol bilimin gelişmesinde, yani atom-moleküler bilimin gelişmesinde. Bu keşif, basit ve karmaşık konularda en anlaşılır ve öğrenmesi kolay fikirlerin elde edilmesini mümkün kıldı. kimyasal bileşikler. Ancak tablo sayesinde kullandığımız öğelerle ilgili kavramlara sahip oluyoruz. modern dünya. Yirminci yüzyılda, tablonun yaratıcısı tarafından gösterilen, uranyum ötesi elementlerin kimyasal özelliklerinin değerlendirilmesinde periyodik sistemin öngörücü rolü ortaya çıktı.
19. yüzyılda geliştirilen Mendeleev'in kimya biliminin yararına olan periyodik tablosu, 20. yüzyılda FİZİĞİn (atom fiziği ve atom çekirdeği) gelişimi için atom türlerinin hazır bir sistematizasyonunu sağladı. Yirminci yüzyılın başında, fizikçiler Araştırma yoluyla atom numarasının (atom numarası olarak da bilinir) aynı zamanda bu elementin atom çekirdeğinin elektrik yükünün bir ölçüsü olduğu tespit edilmiştir. Ve periyodun sayısı (yani yatay seri) atomun elektron kabuklarının sayısını belirler. Ayrıca tablonun dikey sıra numarasının, elementin dış kabuğunun kuantum yapısını belirlediği ortaya çıktı (dolayısıyla aynı sıradaki elementlerin benzer kimyasal özelliklere sahip olması zorunludur).
Rus bilim adamının keşfi dikkat çekti yeni dönem Dünya bilim tarihinde bu keşif sadece kimyada büyük bir sıçrama yapmayı mümkün kılmakla kalmadı, aynı zamanda bilimin diğer birçok alanı için de paha biçilemezdi. Periyodik tablo, elementler hakkında tutarlı bir bilgi sistemi sağladı; buna dayanarak bilimsel sonuçlar çıkarmak ve hatta bazı keşifleri tahmin etmek mümkün hale geldi.
Periyodik Tablo Periyodik tablonun özelliklerinden biri, grubun (tablodaki sütunun) dönemlere veya bloklara göre daha önemli periyodik eğilim ifadelerine sahip olmasıdır. Günümüzde kuantum mekaniği ve atom yapısı teorisi, elementlerin grup özünü, değerlik kabuklarının aynı elektronik konfigürasyonlarına sahip olmaları ve bunun sonucunda aynı sütunda yer alan elementlerin çok benzer (özdeş) özelliklere sahip olmasıyla açıklamaktadır. Benzer kimyasal özelliklere sahip elektronik konfigürasyon. Atom kütlesi arttıkça özelliklerde kararlı bir değişiklik yönünde açık bir eğilim vardır. Periyodik tablonun bazı alanlarında (örneğin D ve F bloklarında) yatay benzerliklerin dikey olanlardan daha belirgin olduğu unutulmamalıdır.
Periyodik tablo, aşağıdakilere göre 1'den 18'e kadar (soldan sağa) seri numaraları atanan grupları içerir. uluslararası sistem grupların adlandırılması. Geçmişte grupları tanımlamak için Romen rakamları kullanılıyordu. Amerika’da S ve P bloklarında yer alan grup için Romen rakamının ardından “A” harfi, D blokta yer alan gruplar için ise “B” harfi konulması uygulaması vardı. O dönemde kullanılan tanımlayıcılar şu şekildedir: ikincisi ile aynı, zamanımızdaki modern endekslerin sayısıdır (örneğin, IVB adı, zamanımızdaki 4. gruptaki öğelere karşılık gelir ve IVA, 14. öğe grubudur). İÇİNDE Avrupa ülkeleri O zamanlar benzer bir sistem kullanılıyordu, ancak burada “A” harfi 10'a kadar olan grupları ve “B” harfi - 10'dan sonra anlamına geliyordu. Ancak 8,9,10 numaralı gruplar üçlü bir grup olarak ID VIII'e sahipti. Bu grup isimleri 1988 kanununun yürürlüğe girmesinden sonra ortadan kalktı. yeni sistem Bugün hala kullanılan IUPAC notasyonu.
Birçok gruba bitkisel nitelikteki sistematik olmayan isimler verildi (örneğin, "toprak alkali metaller" veya "halojenler" ve diğer benzer isimler). 3'ten 14'e kadar olan gruplar, birbirlerine daha az benzemeleri ve dikey kalıplara daha az uymaları nedeniyle bu tür isimleri almadılar; genellikle sayıyla veya grubun ilk elementinin adıyla (titanyum) çağrıldılar; , kobalt vb.) .
Periyodik tablonun aynı grubuna ait kimyasal elementler elektronegatiflik, atom yarıçapı ve iyonlaşma enerjisinde belirli eğilimler gösterir. Bir grupta yukarıdan aşağıya doğru enerji seviyeleri doldukça atomun yarıçapı artar, elementin değerlik elektronları çekirdekten uzaklaşırken iyonlaşma enerjisi azalır ve atomdaki bağlar zayıflar, bu da atomun atomizasyonunu kolaylaştırır. elektronların uzaklaştırılması. Elektronegatiflik de azalır; bu, çekirdek ile değerlik elektronları arasındaki mesafenin artmasının bir sonucudur. Ancak bu modellerin istisnaları da vardır; örneğin, grup 11'de yukarıdan aşağıya doğru elektronegatiflik azalmak yerine artar. Periyodik tabloda “Periyot” adı verilen bir çizgi vardır.
Gruplar arasında, yatay yönlerin daha önemli olduğu gruplar vardır (dikey yönlerin daha önemli olduğu diğerlerinden farklı olarak), bu tür gruplar, lantanitlerin ve aktinitlerin iki önemli yatay diziyi oluşturduğu F bloğunu içerir.
Elementler atom yarıçapı, elektronegatiflik, iyonlaşma enerjisi ve elektron ilgi enerjisinde belirli modeller gösterir. Sonraki her element için yüklü parçacıkların sayısının artması ve elektronların çekirdeğe çekilmesi nedeniyle atom yarıçapı soldan sağa azalır, bununla birlikte iyonlaşma enerjisi artar ve atomdaki bağ arttıkça, Bir elektronu uzaklaştırmanın zorluğu artar. Tablonun sol tarafında yer alan metaller, daha düşük bir elektron ilgi enerjisi göstergesi ile karakterize edilir ve buna göre sağ tarafta, metal olmayanlar için (soy gazları saymazsak) elektron ilgi enerjisi göstergesi daha yüksektir.
Periyodik tablonun farklı bölgeleri, son elektronun atomun hangi kabuğunda bulunduğuna bağlı olarak ve elektron kabuğunun önemi göz önüne alındığında, genellikle bloklar halinde tanımlanır.
S bloğu ilk iki element grubunu (alkali ve alkali toprak metalleri, hidrojen ve helyum) içerir.
P bloğu, 13'ten 18'e kadar (IUPAC'a göre veya Amerika'da benimsenen sisteme göre - IIIA'dan VIIIA'ya kadar) son altı grubu içerir, bu blok aynı zamanda tüm metaloidleri de içerir.
Blok - D, gruplar 3 ila 12 (Amerika'da IUPAC veya IIIB ila IIB), bu blok tüm geçiş metallerini içerir.
Blok - F, genellikle periyodik tablonun dışında yer alır ve lantanitleri ve aktinitleri içerir.
Periyodik element tablosu D.I. Mendeleev, doğal, tablo halinde (veya başka bir grafik) ifadedir. Periyodik element tablosu 1869-1871'de D.I Mendeleev tarafından geliştirildi.
Periyodik element tablosunun tarihi. 19. yüzyılın 30'lu yıllarından itibaren İngiltere ve ABD'de çeşitli bilim adamları tarafından sistemleştirme girişimleri yapıldı. Mendeleev - I. Döbereiner, J. Dumas, Fransız kimyager A. Chancourtois, İngilizce. kimyagerler W. Odling, J. Newlands ve diğerleri, benzer kimyasal özelliklere sahip, sözde "doğal gruplar" (örneğin, Döbereiner'in "üçlüleri") olan element gruplarının varlığını tespit ettiler. Ancak bu bilim adamları gruplar içinde belirli kalıplar oluşturmaktan daha ileri gitmediler. 1864 yılında L. Meyer, verilere dayanarak çeşitli karakteristik element gruplarının oranını gösteren bir tablo önerdi. Meyer masasından teorik mesajlar vermedi.
Bilimsel periyodik element sisteminin prototipi, 1 Mart 1869'da Mendeleev tarafından derlenen “Kimyasal benzerliklerine dayalı bir element sistemi deneyimi” tablosuydu ( pirinç. 1). Sonraki iki yıl boyunca yazar bu tabloyu geliştirdi, elementlerin grupları, dizileri ve dönemleri hakkında fikirler ortaya koydu; Kendisine göre sırasıyla 7 ve 17 element içeren küçük ve büyük periyotların kapasitesini tahmin etmeye çalıştı. 1870'de sistemini doğal, 1871'de ise periyodik olarak adlandırdı. O zaman bile, elementlerin periyodik tablosunun yapısı büyük ölçüde modern ana hatlara kavuştu ( pirinç. 2).
Periyodik element tablosu, temel bir bilimsel genelleme olarak hemen kabul görmedi; durum ancak Ga, Sc, Ge'nin keşfinden ve Be'nin iki değerliliğinin kurulmasından sonra önemli ölçüde değişti (bu uzun zamandırüç değerlikli olarak kabul edilir). Bununla birlikte, periyodik element sistemi büyük ölçüde gerçeklerin ampirik bir genellemesini temsil ediyordu, çünkü periyodik yasanın fiziksel anlamı belirsizdi ve artışa bağlı olarak elementlerin özelliklerindeki periyodik değişimin nedenlerine dair bir açıklama yoktu. Bu nedenle periyodik yasanın fiziksel olarak kanıtlanmasına ve periyodik elementler sistemi teorisinin geliştirilmesine kadar birçok gerçek açıklanamadı. Dolayısıyla 19. yüzyılın sonundaki keşif beklenmedik bir gelişmeydi. periyodik element tablosunda yeri yokmuş gibi görünen; Bu zorluk, bağımsız bir sıfır grubunun (daha sonra VIIIa alt grubu) elemanlarının periyodik tabloya dahil edilmesi nedeniyle ortadan kaldırıldı. 20. yüzyılın başında birçok “radyo unsurunun” keşfi. periyodik element tablosuna yerleştirilme ihtiyacı ile yapısı arasında bir çelişkiye yol açtı (bu tür 30'dan fazla element için altıncı ve yedinci dönemlerde 7 "boş" yer vardı). Keşif sonucunda bu çelişki aşıldı. Son olarak elementlerin özelliklerini belirleyen bir parametre olan () değeri giderek anlamını yitirmiştir.
Periyodik yasanın ve periyodik elementler sisteminin fiziksel anlamını açıklamanın imkansızlığının ana nedenlerinden biri, bir yapı teorisinin olmayışıydı (bkz. Atom fiziği). Bu nedenle periyodik element sisteminin gelişimindeki en önemli kilometre taşı E. Rutherford (1911) tarafından önerilen gezegen modeliydi. Hollandalı bilim adamı A. van den Broek, buna dayanarak (1913), periyodik element tablosundaki (Z) bir elementin sayısal olarak çekirdeğin yüküne (temel yük birimleri cinsinden) eşit olduğunu öne sürdü. Bu, G. Moseley (1913-14, bkz. Moseley yasası) tarafından deneysel olarak doğrulanmıştır. Böylece elementlerin özelliklerindeki değişim sıklığının 'ye değil' e bağlı olduğunu tespit etmek mümkün oldu. Sonuç olarak periyodik element sisteminin alt sınırı bilimsel olarak belirlendi (minimum Z = 1 olan bir element olarak); ve arasındaki öğelerin sayısı doğru bir şekilde tahmin edilir. Periyodik element tablosundaki “boşlukların” Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87 ile bilinmeyen elementlere karşılık geldiği tespit edilmiştir.
Bununla birlikte, kesin sayı sorusu belirsiz kaldı ve (özellikle önemli olan), Z'ye bağlı olarak elementlerin özelliklerindeki periyodik değişimin nedenleri açıklanmadı. Bu nedenler, periyodik teorinin daha da geliştirilmesi sırasında bulundu. kuantum yapı kavramlarına dayanan elementler sistemi (daha fazla bakınız). Periyodik yasanın fiziksel olarak kanıtlanması ve izotoni olgusunun keşfi, “” (“”) kavramının bilimsel olarak tanımlanmasını mümkün kılmıştır. Ekteki periyodik tablo (bkz. hasta.) içerir modern anlamlar 1973 Uluslararası Tablosuna göre karbon ölçeğindeki elementler. En uzun ömürlü olanlar köşeli parantez içinde gösterilmiştir. En kararlı 99 Tc, 226 Ra, 231 Pa ve 237 Np yerine bunlar Uluslararası Komisyon tarafından kabul edildi (1969).
Periyodik element tablosunun yapısı. Modern (1975) elementlerin periyodik tablosu 106'yı kapsar; bunlardan transuranyumun tamamı (Z = 93-106) ve ayrıca Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) ve 87 (Fr) elementleri yapay olarak elde edildi. Periyodik element sisteminin tüm tarihi boyunca, grafik gösteriminin çok sayıda (birkaç yüz) çeşidi, esas olarak tablolar biçiminde önerilmiştir; Görüntüler ayrıca çeşitli geometrik şekiller (uzaysal ve düzlemsel), analitik eğriler (örneğin) vb. şeklinde de bilinir. En yaygın olanı periyodik element tablosunun üç biçimidir: kısa, Mendeleev tarafından önerilen ( pirinç. 2) ve evrensel olarak tanındı (içinde modern biçimüzerinde verilmiştir hasta.); uzun ( pirinç. 3); merdiven ( pirinç. 4). Uzun form da Mendeleev tarafından geliştirildi ve geliştirilmiş bir formda 1905'te A. Werner tarafından önerildi. Merdiven formu İngiliz bilim adamı T. Bailey (1882), Danimarkalı bilim adamı J. Thomsen (1895) tarafından önerilmiş ve N. (1921) tarafından geliştirilmiştir. Üç formun her birinin avantajları ve dezavantajları vardır. Periyodik element tablosunu oluşturmanın temel prensibi, hepsinin gruplara ve periyotlara bölünmesidir. Her grup sırasıyla ana (a) ve ikincil (b) alt gruplara ayrılır. Her alt grup benzer özelliklere sahip öğeler içerir. kimyasal özellikler. Her gruptaki a- ve b-alt gruplarının elemanları, kural olarak, kural olarak grup numarasına karşılık gelen daha yüksek olanlarda, birbirlerine belirli bir kimyasal benzerlik gösterir. Dönem, başlayan ve biten bir dizi öğedir (ilk dönem özel bir durumdur); her dönem kesinlikle içerir belli bir sayı unsurlar. Periyodik element tablosu 8 grup ve 7 periyottan oluşur (yedinci henüz tamamlanmamıştır).
İlk periyodun özelliği sadece 2 element içermesidir: H ve He. H'nin sistemdeki yeri belirsizdir: ortak özellikler gösterdiğinden ya Ia'ya ya da (tercihen) VIIa alt grubuna yerleştirilir. - VIIa alt grubunun ilk temsilcisi (ancak uzun bir süre Ne ve herkes bağımsız bir sıfır grupta birleştirildi).
İkinci periyot (Li - Ne) 8 element içerir. Tek olanı I'e eşit olan Terazi ile başlar. Sonra Be - , II gelir. Bir sonraki element B'nin metalik karakteri zayıf bir şekilde ifade edilir (III). Bunu takip eden C tipiktir ve pozitif veya negatif dört değerlikli olabilir. Aşağıdaki N, O, F ve Ne - ve yalnızca N için en yüksek V, grup numarasına karşılık gelir; yalnızca nadir durumlarda pozitif gösterir ve F VI için bilinmektedir. Dönem Ne ile bitiyor.
Üçüncü periyot (Na - Ar) ayrıca özelliklerindeki değişikliklerin doğası ikinci periyotta gözlemlenenlere büyük ölçüde benzeyen 8 element içerir. Bununla birlikte, Al'in özünde bulunmasına rağmen, Mg, Be'nin aksine, B'ye kıyasla Al gibi daha metaliktir. Si, P, S, Cl, Ar tipiktir ancak hepsi (Ar hariç) grup numarasına eşit daha yüksek değerler sergiler. Böylece her iki dönemde de Z arttıkça elementlerin metalik özelliğinde zayıflama, metalik olmayan karakterinde ise güçlenme gözlenmektedir. Mendeleev, ikinci ve üçüncü dönemlerin unsurlarını (kendi terminolojisine göre küçük) tipik olarak nitelendirdi. Doğada en yaygın olanları arasında yer almaları ve C, N ve O'nun H ile birlikte organik maddenin (organojenler) ana elementleri olması önemlidir. İlk üç periyodun tüm unsurları alt gruplara dahil edilmiştir a.
Modern terminolojiye göre (aşağıya bakınız), bu periyotların elemanları s-elementlerini (alkali ve alkalin toprak), Ia- ve IIa-alt gruplarının bileşenlerini (renk tablosunda kırmızıyla vurgulanmıştır) ve p-elementlerini ( B - Ne, At - Ar), IIIa - VIIIa alt gruplarına dahil edilmiştir (sembolleri turuncu renkle vurgulanmıştır). Küçük periyotlardaki elementler için, artışla birlikte ilk önce bir azalma gözlenir ve daha sonra dış kabuktaki sayı zaten önemli ölçüde arttığında, bunların karşılıklı itilmesi bir artışa yol açar. Alkali elementte bir sonraki maksimum değere bir sonraki periyodun başında ulaşılır. Yaklaşık olarak aynı model tipiktir.
Dördüncü periyot (K - Kr) 18 element içerir (Mendeleev'e göre ilk büyük periyot). K ve alkalin toprak Ca'dan (s-elementleri) sonra, karşılık gelen 6 grubun alt gruplarına dahil edilen, (Sc - Zn) veya d-elementleri (semboller mavi renkte verilmiştir) adı verilen bir dizi gelir. elementlerin periyodik tablosu. Çoğunluk (hepsi) grup sayısına eşit daha yüksek seviyeler sergiliyor. Bunun istisnası, son iki elementin maksimum pozitif üç değerlikli olduğu ve belirli koşullar altında VI'da bilindiği Fe - Co - Ni üçlüsüdür. Ga ile başlayan ve Kr (p-elementler) ile biten elementler a alt gruplarına aittir ve özelliklerindeki değişimin doğası, ikinci ve üçüncü periyotların elementleri için karşılık gelen Z aralıklarıyla aynıdır. Kr'nin (esas olarak F ile) oluşabildiği tespit edilmiştir, ancak VIII'in bunun için bilinmemektedir.
Beşinci periyot (Rb - Xe) dördüncü periyota benzer şekilde inşa edilmiştir; aynı zamanda 10 (Y - Cd) d elemanından oluşan bir ek parçaya sahiptir. Spesifik Özellikler dönem: 1) Ru - Rh - Pd üçlüsünde yalnızca VIII'i gösterir; 2) a alt gruplarının tüm elemanları, Xe dahil grup numarasına eşit daha yüksek değerler sergiler; 3) Zayıf metalik özelliklere sahibim. Bu nedenle dördüncü ve beşinci periyotlardaki elementler için Z arttıkça özelliklerdeki değişimin doğası daha karmaşıktır çünkü metalik özellikler geniş bir aralıkta korunur.
Altıncı periyot (Cs - Rn) 32 element içerir. 10 d elementine (La, Hf - Hg) ek olarak, Ce'den Lu'ya (siyah semboller) kadar 14 f elementinden oluşan bir set içerir. La'dan Lu'ya kadar olan elementler kimyasal olarak oldukça benzerdir. Periyodik tablonun kısa formunda elementler La'ya dahil edilir (III ağırlıklı oldukları için) ve tablonun alt kısmında ayrı bir satır olarak yazılır. Bu teknik biraz elverişsizdir çünkü 14 öğe tablonun dışında görünmektedir. Periyodik element sisteminin uzun ve merdiven formları böyle bir dezavantaja sahip değildir; bu, periyodik elementler sisteminin bütünsel yapısının arka planına karşı özgüllüğü iyi yansıtır. Dönemin özellikleri: 1) Os - Ir - Pt üçlüsünde yalnızca VIII'i gösterir; 2) At'nin (1'e kıyasla) daha belirgin bir metalik karakteri vardır; 3) Görünüşe göre Rn (çok az araştırılmıştır), en reaktif olanı olmalıdır.
Fr (Z = 87) ile başlayan yedinci periyot da 32 element içermelidir, bunlardan 20'si şu ana kadar bilinmektedir (Z = 106'ya kadar). Fr ve Ra, sırasıyla Ia- ve IIa-alt gruplarının elemanlarıdır (s-elementleri), Ac, IIIb-alt grubunun (d-elementi) elemanlarının bir analoğudur. Sonraki 14 element, f elementleri (Z'nin 90'dan 103'e kadar olduğu) aileyi oluşturur. Periyodik element tablosunun kısa formunda Ac'yi işgal ederler ve tablonun alt kısmında ayrı bir satır olarak yazılırlar, buna benzer, aksine önemli bir çeşitlilik ile karakterize edilirler. Bununla bağlantılı olarak seriler kimyasal olarak gözle görülür farklılıklar göstermektedir. Z = 104 ve Z = 105 olan elementlerin kimyasal yapısının incelenmesi, bu elementlerin sırasıyla analog ve yani d-element olduğunu ve IVb ve Vb alt gruplarına yerleştirilmesi gerektiğini göstermiştir. Z = 112'ye kadar olan sonraki elemanlar da b-alt gruplarının üyesi olmalıdır ve daha sonra (Z = 113-118) p-elementleri (IIIa - VIlla-alt grupları) görünecektir.
Periyodik element tablosu teorisi. Periyodik element sistemi teorisi, Z arttıkça elektronik kabukların (katmanlar, seviyeler) ve alt kabukların (kabuklar, alt seviyeler) spesifik yapım modelleri fikrine dayanmaktadır (bkz. Atom fiziği). Bu fikir, elementlerin periyodik tablosundaki özelliklerdeki değişimin doğası ve çalışmalarının sonuçları dikkate alınarak 1913-21'de geliştirildi. elektronik konfigürasyonların oluşumunun üç önemli özelliğini ortaya çıkardı: 1) elektronik kabukların doldurulması (ana kuantum sayısı n = 1 ve 2'nin değerlerine karşılık gelen kabuklar hariç) tam kapasitelerine kadar monoton olarak gerçekleşmez, ancak kesintiye uğrar kabuklarla ilgili agregaların ortaya çıkmasıyla büyük değerler N; 2) benzer türdeki elektronik konfigürasyonlar periyodik olarak tekrarlanır; 3) periyodik element sisteminin periyotlarının sınırları (birinci ve ikinci hariç), ardışık elektron kabuklarının sınırlarıyla örtüşmez.
Kabul edilen notasyonda atom fiziği Z arttıkça elektronik konfigürasyonların oluşumuna ilişkin gerçek şema şu şekilde olabilir: genel görünüm aşağıdaki gibi yazılmıştır:
Dikey çizgiler, periyodik element tablosunun periyotlarını ayırır (sayıları üstte sayılarla gösterilir); Belirli bir n ile kabukların yapımını tamamlayan alt kabuklar kalın harflerle vurgulanmıştır. Alt kabuk tanımlamalarının altında, ardışık olarak doldurulan alt kabukları karakterize eden ana (n) ve yörünge (l) kuantum sayılarının değerleri bulunur. Buna göre her bir elektron kabuğunun kapasitesi 2n 2, her bir alt kabuğun kapasitesi ise 2(2l+1)'dir. Yukarıdaki diyagramdan ardışık periyotların kapasiteleri kolaylıkla belirlenebilir: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32... Her periyot, içinde yeni bir n değeriyle göründüğü bir elementle başlar. Böylece, periyotlar, periyot numarasına eşit n değerine sahip bir elementle başlayan ve l = 0 (ns 1 -elemanlar) ile başlayan ve aynı n ve l = 1'e sahip bir elementle biten elementlerin koleksiyonları olarak karakterize edilebilir ( np 6 -elementler); bunun istisnası yalnızca ls öğelerini içeren ilk dönemdir. Bu durumda a-alt grupları, n'nin periyot numarasına eşit olduğu ve l = 0 veya 1 olan elemanları içerir, yani belirli bir n ile bir elektron kabuğunun yapısı meydana gelir. B-alt grupları, bitmemiş kalan kabukların tamamlanmasının meydana geldiği öğeleri içerir (içinde bu durumda n, dönem numarasından küçüktür ve l = 2 veya 3). Periyodik element sisteminin birinci - üçüncü periyotları yalnızca a-alt gruplarının elemanlarını içerir.
Elektronik konfigürasyonların oluşumu için verilen gerçek şema kusursuz değildir, çünkü bazı durumlarda art arda doldurulan alt kabuklar arasındaki net sınırlar ihlal edilir (örneğin, Cs ve Ba'daki 6s alt kabuğunu doldurduktan sonra, 4f değil, 5d elektron görünür; Gd'de 5d elektronu vardır vb.). Üstelik orijinal devre herhangi bir temel fiziksel kavramdan türetilemez; böyle bir sonuç, yapı probleminin uygulanması sayesinde mümkün oldu.
Harici elektronik kabukların konfigürasyon türleri (on hasta. konfigürasyonlar belirtilmiştir) elementlerin kimyasal davranışının ana özelliklerini belirler. Bu özellikler a-alt gruplarının (s- ve p-elementleri), b-alt gruplarının (d-elementleri) ve f-ailelerinin ( ve ) elemanlarına özgüdür. Birinci periyodun unsurları (H ve He) özel bir durumu temsil eder. Yüksek kimyasal atomiklik, tek bir ls elektronunun soyutlanmasının kolaylığı ile açıklanırken, (1s2) konfigürasyonu çok güçlüdür ve bu da onun kimyasal inertliğini belirler.
a-alt gruplarının elemanlarının dış elektron kabukları dolu olduğundan (n, periyot sayısına eşit olduğundan), Z arttıkça elemanların özellikleri belirgin şekilde değişir. Böylece, ikinci periyotta Li (konfigürasyon 2s 1) kimyasal olarak aktiftir. , kolaylıkla değerini kaybeder, bir Be (2s 2) - aynı zamanda, ancak daha az aktiftir. Bir sonraki element B'nin (2s 2 p) metalik karakteri zayıf bir şekilde ifade edilir ve 2p alt kabuğunun oluşturulduğu ikinci periyodun sonraki tüm elemanları daha dardır. Dış elektron kabuğu Ne'nin (2s 2 p 6) sekiz elektronlu konfigürasyonu son derece güçlüdür, bu nedenle - . Benzer nitelikteki özelliklerdeki değişiklikler üçüncü dönemin unsurlarında da görülmektedir. s ve p elemanları Ancak sonraki tüm dönemlerde, a-alt gruplarında Z arttıkça dış ve çekirdek arasındaki bağlantının zayıflaması, bunların özelliklerini belirli bir şekilde etkiler. Böylece, s elementlerinin kimyasal özelliklerinde gözle görülür bir artış olur, p elementlerinin ise metalik özelliklerinde bir artış olur. VIIIa alt grubunda, ns 2 np 6 konfigürasyonunun stabilitesi zayıflar, bunun sonucunda Kr (dördüncü periyot) zaten girme yeteneği kazanır. 4.-6. periyotların p elementlerinin özgüllüğü aynı zamanda önceki elektron kabuklarının oluşumunun meydana geldiği element kümeleriyle s elementlerinden ayrılmalarından da kaynaklanmaktadır.
B-alt gruplarının geçiş d elemanları için, n'li tamamlanmamış kabuklar, periyot sayısından bir eksik tamamlanır. Dış kabuklarının konfigürasyonu kural olarak ns 2'dir. Bu nedenle tüm d elemanları . D elementlerinin dış kabuğunun her periyotta benzer bir yapıya sahip olması, Z arttıkça d elementlerinin özelliklerinde meydana gelen değişimin keskin olmamasına ve sadece d'nin yüksek olduğu durumlarda net bir farkın bulunmasına yol açmaktadır. -elementler, periyodik periyottaki element sistemlerinin karşılık gelen gruplarının p-elementleriyle belirli bir benzerlik gösterir. VIIIb alt grubunun elemanlarının özgüllüğü, d-alt kabuklarının tamamlanmaya yakın olması ve bu nedenle bu elemanların (Ru ve Os hariç) daha yüksek değer sergileme eğiliminde olmamasıyla açıklanmaktadır. Ib alt grubunun elemanları için (Cu, Ag, Au), d-alt kabuğu aslında tamamlanmıştır, ancak henüz yeterince kararlı değildir; bu elemanlar ayrıca daha yüksek olanları da sergiler (Au durumunda III'e kadar).
Periyodik Element Tablosunun Anlamı. Elementlerin periyodik tablosu doğa bilimlerinin gelişiminde büyük bir rol oynamıştır ve oynamaya devam etmektedir. Bu, atom-moleküler bilimin en önemli başarısıydı; “” kavramının modern bir tanımını yapmayı ve bileşik kavramlarını açıklığa kavuşturmayı mümkün kıldı. Periyodik elementler sisteminin ortaya çıkardığı modeller, yapı teorisinin gelişiminde önemli bir etkiye sahip oldu ve izotoni olgusunun açıklanmasına katkıda bulundu. Periyodik element sistemi, hem bilinmeyen elementlerin varlığının hem de özelliklerinin tahmininde ve halihazırda keşfedilen kimyasal davranışın yeni özelliklerinin tahmininde kendini gösteren tahmin probleminin kesinlikle bilimsel bir formülasyonu ile ilişkilidir. unsurlar. Periyodik element tablosu temel olarak inorganiktir; önceden belirlenmiş özelliklere sahip sentez sorunlarının çözülmesine, yeni malzemelerin, özellikle yarı iletken olanların geliştirilmesine, çeşitli kimyasal işlemlere özel malzemelerin seçimine vb. önemli ölçüde yardımcı olur. Periyodik element tablosu da bilimsel temelöğretim
Yandı: Mendeleev D.I., Periyodik yasa. Temel makaleler, M., 1958; Kedrov B.M., Atomizmin üç yönü. Bölüm 3. Mendeleev Yasası, M., 1969; Rabinovich E., Tilo E., Periyodik element tablosu. Tarih ve teori, M.-L., 1933; Karapetyants M. Kh., Drakin S. I., Stroenie, M., 1967; Astakhov K.V., Mevcut durum D. I. Mendeleev'in periyodik sistemi, M., 1969; Kedrov B.M., Trifonov D.N., Periyodiklik yasası ve. Keşifler ve kronoloji, M., 1969; Periyodik Kanunun Yüz Yılı. Makale koleksiyonu, M., 1969; Periyodik Kanunun Yüz Yılı. Genel kurul raporları, M., 1971; Spronsen J. W. van, Kimyasal elementlerin periyodik sistemi. İlk yüzyılın tarihi, Amst.-L.-N.Y., 1969; Klechkovsky V.M., Atomik dağılım ve (n + l) gruplarının sıralı doldurulma kuralı, M., 1968; Trifonov D.N., Periyodikliğin niceliksel yorumlanması üzerine, M., 1971; Nekrasov B.V., Fundamentals, cilt 1-2, 3. baskı, M., 1973; Kedrov B.M., Trifonov D.N., O modern problemler Periyodik Sistem, M., 1974.
D. N. Trifonov.
Pirinç. 1. D. I. Mendeleev tarafından 1 Mart 1869'da derlenen, kimyasal benzerliklerine dayanan "Bir element sistemi deneyimi" tablosu.
Pirinç. 3. Periyodik element tablosunun uzun formu (modern versiyon).
Pirinç. 4. Periyodik element sisteminin merdiven formu (N., 1921'e göre).
Pirinç. 2. D. I. Mendeleev'in (kısa form) “Doğal element sistemi”, 1871'de Temellerin 1. baskısının 2. bölümünde yayınlandı.
D. I. Mendeleev'in periyodik tablosu.
