Как расположены металлы в периодической таблице менделеева почему чем


§39. Характеристика металлов | 9 класс

1. Как расположены металлы в периодической таблице Д. И. Менделеева? Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов?
Металлы преимущественно располагаются в левой и нижней части периодической таблицы, т.е. в основном в I-III группах. И на внешнем энергетическом уровне у металлов обычно находится от одного до трех электронов (хотя возможны исключения: у сурьмы и висмута 5 электронов, у полония 6).

2. Чем по строению и свойствам кристаллические решетки металлов отличаются от ионных и атомных кристаллических решеток?
В узлах металлической кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы и атомы, между которыми передвигаются электроны, а в молекулярной и атомной кристаллической решетке в узлах расположены молекулы и атомы соответственно.

3. Каковы общие физические свойства металлов? Объясните эти свойства, основываясь на представлениях о металлической связи.

4. Почему некоторые металлы пластичные (например, медь), а другие – хрупкие (например, сурьма)?
У сурьмы 5 электронов на внешнем энергетическом уровне, у меди 1. С увеличением числа электронов, обеспечивается прочность отдельных слоев ионов, препятствующих их свободному скольжению, уменьшая пластичность.

5. При «растворении» в соляной кислоте 12,9 г сплава, состоящего из меди и цинка, получили 2,24 л водорода (н.у.). Вычислите массовые доли (в процентах) цинка и меди в этом сплаве.

6. Медно-алюминиевый сплав обработали 60 г соляной кислоты (массовая доля HCl – 10%). Вычислите массу и объем выделившегося газа (н.у.).

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки
1) 2е, 1е

2. Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки
4) 2е, 8е, 18е, 8е, 2е

3. Хорошо проводит электрический ток твердое вещество, имеющее кристаллическую решетку
3) металлическу


Периодическая таблица

Периодическая таблица

«Если все элементы расположены в порядке их атомного веса, получается периодическое повторение свойств. Это выражается законом периодичности».
Дмитрий Менделеев, Основы химии, Vol. 2, 1902, П. Ф. Кольер, стр. 17. "У нас есть доказательство того, что в атоме есть фундаментальная величина, которая постепенно увеличивается по мере перехода от одного элемента к другому. Этой величиной может быть только заряд центрального положительного ядра, существование которого мы уже имеем определенное доказательство."
Генри Мозли, Philosophical Magazine, Vol. 26, 1913, стр. 1030. «Химический состав атома зависит только от количества электронов, которое равно количеству протонов и называется атомным номером. Химия - это просто числа, идея, которая понравилась бы Пифагору. Если вы атом с одним протоном, вы водород; два, гелий; ..... "
Карл Саган, Космос, 1980, Рэндом Хаус, стр. 223. Фото: НАСА.

Электронные оболочки


Атом лития имеет два электрона, вращающихся на внутренней оболочке, и только один электрон, вращающийся на его внешней оболочке.Внешняя оболочка неполная, а значит, нестабильная. Атомы Li легко отдают один электрон с образованием положительно заряженных ионов Li + . Эти ионы имеют ту же стабильную электронную конфигурацию, что и благородный газ гелий.

Все атомы группы 1 могут потерять один электрон с образованием положительно заряженных ионов. Например, атомы калия делают это, образуя ионы с одним и тем же электроном. конфигурация как благородный газ аргон.

Атомы группы 2 теряют два электрона, образуя положительно заряженные ионы. Например, атомы магния образуют ионы Mg 2+ .Они имеют ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ неон.

Большинство элементов в группе 3 теряют три электрона с образованием ионов 3+. Однако бор мало склонен к образованию ионов. Он получает структуру благородного газа, разделяя электроны с другими атомами. Это называется ковалентным связыванием.

Элементам групп 15, 16 и 17 легче получить электроны, чем потерять их. Например, атомы кислорода получают два электрона с образованием ионов O 2-. Они имеют ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ неон.

Элементы в группе 14 могут потерять четыре или получить четыре электрона, чтобы получить структуру благородного газа. Фактически, если они собираются образовывать ионы, элементы группы 14 образуют положительные ионы. Углерод и кремний образуют ковалентные связи. Все миллионы органических соединений углерода основаны на общих электронах в ковалентных связях.

Многие элементы могут образовывать ковалентные связи в зависимости от обстоятельств. Например, связь в воде H 2 0 в основном ковалентна; и в то время как хлор ионно связан с натрием в хлориде натрия, он связывается с углеродом ковалентно в четыреххлористом углероде.

Автор: Дуг Стюарт

Периодическая таблица, которую мы используем сегодня, основана на таблице, разработанной и опубликованной Дмитрием Менделеевым в 1869 году.

Менделеев обнаружил, что может расположить 65 элементов, известных на тот момент, в сетке или таблице так, чтобы каждый элемент имел:

1. Более высокий атомный вес, чем тот, что слева. Например, магний (атомный вес 24,3) помещен справа от натрия (атомный вес 23,0):

Менделеев понял, что стол перед ним лежит в самом сердце химии.Более того, Менделеев увидел, что его таблица неполная - были места, где должны были быть элементы, но их никто не обнаружил.

Точно так же, как можно сказать, что Адамс и Леверье открыли планету Нептун на бумаге, Менделеев можно было сказать, что он открыл германий на бумаге. Он назвал этот новый элемент эка-кремний , после наблюдения зазора в периодической таблице между кремнием и оловом:

Аналогичным образом Менделеев открыл на бумаге галлий ( eka - алюминий) и скандий ( eka - бор), потому что он предсказал их существование и их свойства еще до их фактических открытий.

Хотя Менделеев совершил решающий прорыв, он почти не продвинулся дальше. Оглядываясь назад, мы знаем, что периодическая таблица Менделеева была основана на ложных рассуждениях. Менделеев ошибочно полагал, что химические свойства определяются атомным весом. Конечно, это было совершенно разумно, если принять во внимание научное знание 1869 года.

В 1869 году сам электрон не был открыт - это произошло 27 лет спустя, в 1896 году.

Фактически, потребовалось 44 года, чтобы найти правильное объяснение закономерностей в периодической таблице Менделеева.


Объяснение найдено

Объяснение было дано в 1913 году Генри Мозли, который стрелял электронами по атомам, что привело к испусканию рентгеновских лучей. Мозли обнаружил, что каждый элемент, который он изучал, излучает рентгеновские лучи с уникальной частотой.

Когда он посмотрел на частоты, излучаемые рядом элементов, он обнаружил закономерность, которая лучше всего объяснялась, если положительный заряд в ядре увеличивался ровно на одну единицу от элемента к элементу.

График, обобщающий результаты Мозли

Другими словами, Мозли обнаружил, что элементы отличаются друг от друга, потому что их атомы имеют разное количество протонов.Он обнаружил, что положение элементов в периодической таблице лучше предсказывается их атомным номером , чем их атомным весом. (Атомный номер элемента равен количеству протонов и, следовательно, электронов в одном из его атомов.)

Открытие Мозли прояснило проблемы кобальт-никелевого и аргонно-калиевого.

При рассмотрении проблемы аргона и калия было известно, что аргон имеет более высокий атомный вес, чем калий. Согласно рассуждению Менделеева, аргон следует поместить после калия в периодической таблице.Но делать это не имело смысла с точки зрения химических свойств.

Работа Мозли показала, что атомный номер аргона равен 18, а калия - 19. Поэтому аргон следует поставить перед калием в периодической таблице на основе атомных номеров. Химики всего мира вздохнули с облегчением, потому что это согласуется с наблюдаемыми химическими свойствами этих элементов.

Мозли также подражал достижению Менделеева открытия новых элементов на бумаге, обнаружив четыре атомных номера без совпадающих элементов.Он предсказал существование элементов с атомными номерами 43, 61, 72 и 75. Эти элементы действительно были обнаружены; мы теперь называем их технецием, прометием, гафнием и рением.

Сегодня химические элементы по-прежнему расположены в порядке возрастания атомного номера (Z), если смотреть на периодическую таблицу слева направо. Мы называем горизонтальные ряды периодами . Например, вот Период 4:

.

Мы называем вертикальные ряды группами .

Например, вот группа 2:

Мы также теперь знаем, что химический состав элемента определяется тем, как расположены его электроны - его электронная конфигурация .

Электроны в атомах можно представить как занимающие слои или оболочки, окружающие атомное ядро. Это показано на схеме атома лития в левой части этой страницы. Мы представляем электроны в виде маленьких планет, вращающихся вокруг солнечного ядра, в котором расположены протоны и нейтроны. Это называется боровским представлением атома. На самом деле это приблизительное значение, но это хорошая отправная точка для понимания химических свойств элементов.

Если мы исключим элементы переходных металлов, мы можем сказать, что атомы, которые занимают одну и ту же группу периодической таблицы, имеют одинаковое количество внешних электронов.Например, все элементы в группе 2, показанные слева, имеют два внешних электрона.

Эти внешние электроны называются валентными электронами .

Валентные электроны

Именно валентные электроны вызывают химическую реактивность.

Все элементы в группе 1 имеют один валентный электрон; Группа 2 - два валентных электрона; Группа 13 - три валентных электрона; Группа 14 - четыре валентных электрона; Группа 15 - пять валентных электронов; Группа 16 - шесть валентных электронов; Группа 17, семь валентных электронов; и Группа 18 - восемь валентных электронов, кроме гелия, у которого их два.

Группа 18 - это группа инертных газов, группа инертных элементов. Нежелание благородных газов вступать в химическую реакцию - это ключ, который открывает нам понимание того, почему другие элементы действительно реагируют.


Инертные частицы: если атом имеет электронную конфигурацию благородного газа, он будет химически неактивным или будет реагировать с трудом.

Реактивные частицы: если атом не имеет той же электронной конфигурации, что и благородный газ, он будет иметь тенденцию реагировать, чтобы достичь этого.

Благородные газы неактивны, потому что их внешние электронные оболочки заполнены. Полная оболочка внешних электронов - особенно стабильное устройство. Это означает, что атомы благородных газов не получают и не теряют электроны легко; они реагируют с другими атомами с большим трудом или не реагируют вовсе.

Другие атомы теряют электроны, приобретают электроны или делятся электронами, чтобы достичь той же электронной конфигурации, что и благородный газ - при этом они образуют химические связи и производят новые вещества.

Атом натрия реагирует с атомом хлора с образованием хлорида натрия

Например, на диаграмме выше атом натрия теряет свой единственный валентный электрон в пользу атома хлора. Когда атом теряет или приобретает один или несколько электронов, его уже нельзя описать как атом - он называется ионом .

Все ионы заряжены положительно или отрицательно.

Поскольку наш атом натрия потерял отрицательно заряженный электрон, он становится положительно заряженным ионом натрия: Na + .Этот ион натрия, у которого на один электрон меньше, чем у атома натрия, имеет ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ неон, и химически устойчив.

Атом хлора, который начинается с семи валентных электронов, получает один электрон и становится отрицательно заряженным ионом хлора: Cl - . Этот ион имеет ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ аргон, и термо

.

От Левкиппа до Дмитрия Менделеева: История Периодической таблицы

2019 год был объявлен Генеральной Ассамблеей ООН Международным годом Периодической таблицы химических элементов Менделеева. Открытие таблицы Менделеева в 1869 году стало крупным прорывом в области химии. Его публикация положила начало быстрому развитию этой сложной, но чрезвычайно интересной науки, а история ее изобретения полна мифов и легенд.По одной из них, ученый увидел стол во сне. В своей открытой лекции в Менделеев-центре Евгений Калинин, преподаватель Санкт-Петербургского государственного университета, рассказал о пути, пройденном человечеством к открытию периодической таблицы химических элементов. ITMO.NEWS публикует основные моменты лекции.

Древние философы

Наука химия основана на представлении об атоме, мельчайшем кусочке материи; каждое твердое тело, жидкость, газ и плазма состоят из атомов.Именно на атомном уровне мы изучаем такие фундаментальные свойства каждого химического элемента, как атомный вес, атомный номер, электронная структура, количество электронов, степень окисления, валентность и так далее.

Левкипп (V век до н.э.) был первым греческим философом, который обратился к атомизму, идее о том, что все состоит из различных нетленных, неделимых частиц. Эта идея была развита учеником Левкиппа Демокритом (ок. 470 - ок. 360 до н. Э.), Который первым использовал термин «атом», происходящий от древнегреческого прилагательного atomos , означающего «неделимый». .Теория Демокрита, согласно которой материя состоит из крошечных невидимых неразрушимых частиц, была тогда названа атомной теорией .

Евгений Калинин

Согласно Демокриту, атомы каждого элемента всегда были и всегда будут в движении, и существует бесконечное количество атомов, которые различаются по форме и размеру. Хотя атомная теория Демокрита сегодня широко признана, так было не всегда. Для большинства греческих древних философов, в том числе Аристотеля , концепция частицы, которую нельзя разделить на более мелкие, казалась невероятной, поэтому эта теория была на время забыта, чтобы возродиться снова во время Эпикура (ок. .342-270 до н.э.), который использовал его в своих трудах.

Пневмохимия

Среди первых ученых, которые начали использовать точные измерения для описания изменений в материи, был Роберт Бойль (1627-1691), ирландский натурфилософ и химик, наиболее известный благодаря закону Бойля, который описывает обратно пропорциональную зависимость между абсолютными величинами. давление и объем газа в замкнутой системе.

Роберт Бойл. Предоставлено: scholast.ru

Эксперименты Бойля привлекли внимание многих европейских атомщиков.Среди них был Джон Далтон (1766-1844), английский химик, физик и метеоролог. Он обнаружил, что два элемента могут быть объединены в разные комбинации, каждый из которых образует новое химическое соединение. Например, углерод и кислород образуют два соединения, а именно диоксид углерода и монооксид углерода: на три атома углерода приходится восемь атомов кислорода в диоксиде углерода, а в оксиде углерода - три атома углерода и четыре атома кислорода.

В 1803 году, в результате своей работы над относительными весами, Дальтон сформулировал закон множественных пропорций, который гласил, что элементы объединяются, образуя различные соединения.Следовательно, этот закон лег в основу современной атомной теории.

Чтобы вычислить относительный атомный вес, Дальтон создал свою первую таблицу относительных атомных весов, содержащую шесть элементов. В 1808 году Дальтон опубликовал свою работу «Новая система химической философии», в которой изложил свою атомную теорию и концепцию относительного атомного веса.

Джон Далтон. Кредит: kpi.ua

Химическая символика Далтона

Именно Дальтон разработал то, что мы считаем первой попыткой изобрести символы для атомов и молекул.Он создал ряд химических символов для известных элементов того времени: например, он использовал круг для атома кислорода, круг с точкой внутри для атома водорода и так далее. Поскольку количество знаков было ограничено, он начал использовать отдельные буквы для некоторых элементов. Во-первых, он использовал S для серы и P для фосфора. Его атомные символы были заменены символами Йона Якоба Берцелиуса (1779-1848), выдающегося шведского химика, который составил свою собственную таблицу относительных атомных масс в 1828 году.

Октавный закон Ньюлендса

В 1864 году британский химик Джон Александр Рейна Ньюленд s (1837-1898) разделил все известные химические элементы, начиная с водорода и кончая торием, на семь групп по восемь штук, которые он сравнил с октавами музыки. В таблице Ньюлендса элементы упорядочены по атомному весу. Группы были показаны движущимися по таблице с точками вниз, в отличие от современной формы периодической таблицы.

Дмитрий Менделеев

Менделеев открыл периодический закон химических элементов, когда в 1867–1868 годах работал над «Основами химии». Во введении к первому изданию своей работы Менделеев подкрепляет свои выводы перечислением концепций, на которых он основывал свою теорию.

Периодическая таблица Менделеева

была дополнительно уточнена в 1871 году. Что действительно необычно в этой работе, так это то, что ученый предсказал существование определенных элементов, неизвестных в то время .Учитывая, что в одном столбце должны быть элементы с одинаковым числом валентности, он намеренно оставил в своей таблице пробелы для еще не обнаруженных элементов. Он даже назвал эти элементы эка-алюминием, эка-бором и эка-кремнием (из-за их близости к алюминию, бору и кремнию в периодической таблице).

Хотя не все поддержали точку зрения Менделеева, в следующие пятнадцать лет были открыты три новых элемента: галлий (1875, Поль-Эмиль Лекок де Буабодран ), скандий (1879, Ларс Фредрик Нильсон ) и германий (1886, ). Клеменс Винклер ).Свойства этих элементов были на удивление похожими на описанные Дмитрием Менделеевым ранее, что не оставляло сомнений в важности этого изобретения.

.

Великая карта истории науки

Периодическая таблица - это, проще говоря, метод организации всех элементов, известных науке в настоящее время, на основе их размеров, электронных конфигураций и химических свойств.

Вопреки распространенному мнению, Дмитрий Менделеев, которого часто называют «отцом» периодической таблицы Менделеева, не был первым, кто ее создал. Его нынешняя форма, по сути, является кульминацией работы многих ученых на протяжении веков.

В следующей статье мы кратко познакомимся с основными событиями в истории, которые повлияли на создание современной таблицы Менделеева.

Поскольку эта статья больше посвящена истории таблицы, чем объясняет ее научные аспекты, вы можете посмотреть это видео, чтобы получить представление о периодичности элементов.

Не было бы периодической таблицы без элементов

До того, как была предпринята какая-либо фактическая попытка упорядочить элементы, начинающим «организаторам» нужно было выяснить, что они организуют и сколько их.

Металлы, такие как золото, олово, медь, свинец, ртуть и серебро, были известны с древних времен, но потребовалось время Возрождения, чтобы сделать первое настоящее научное открытие веществ, которые мы теперь называем элементами.

Широко признано, что первым научно идентифицированным технически изолированным элементом был фосфор. Это открытие было сделано Хеннингом Брэндом в период с по 17 век и год, вскоре последуют и другие.

Хеннинг был обанкротившимся немецким торговцем, которому удалось изолировать элемент, пытаясь создать легендарный Философский камень. В то время многие люди экспериментировали с алхимией с конечной целью превратить неблагородные металлы в золото.

Он будет держать свое открытие при себе до 1680 , пока Роберт Бойль «заново откроет» элемент и не представит его научному миру.

Бойль ранее предлагал определение для этих новых «элементов» как: -

«те примитивные и простые Тела, из которых, как говорят, состоят смешанные тела, и в которые они в конечном итоге распадаются».

В течение следующих нескольких сотен лет химики-первопроходцы накопят большой объем знаний о свойствах элементов и их соединений.

К 1869 году было найдено в общей сложности 63 элемента . Ученые начали замечать некоторые закономерности в свойствах этих элементов.

Итак, методы классификации этих элементов начали всерьез.

«Элементарный трактат химии» Лавуазье заложил основу

В 1789 Антуан-Лоран де Лавуазье написал и опубликовал свой новаторский Traité Élémentaire de Chimie ( Элементарный трактат химии ). Позже это было переведено на английский Робертом Керром.

Оригинал и перевод считаются первым настоящим учебником химии.В своей основополагающей работе Лавуазье определил элемент как вещество, которое не может быть разложено на более простое вещество с помощью химической реакции.

Это определение использовалось бы более века до открытия субатомных частиц.

Книга Лавуазье содержала исчерпывающий список этих «простых веществ», которые легли бы в основу нашего современного списка элементов.

В его списке элементы были разделены на металлические и неметаллические. Его системе сопротивлялись его сверстники, но она была быстро принята следующим поколением ученых.Система Лавуазье со временем окажется неадекватной, поскольку она использовала только эти две классификации.

Закон триад приближает нас на один шаг.

Когда первые химики начали экспериментировать и делать записи свойств элементов, вскоре были сделаны некоторые интересные наблюдения.

Уильям Праут, английский врач и химик, сделал важное наблюдение, что атомный вес, по-видимому, кратен весу водорода в 1815 . Позже эта гипотеза станет известна как гипотеза Праута и проложит путь для дальнейших исследований атомного веса и атомной теории.

Несколько лет спустя произошло одно крупное продвижение к периодической таблице Менделеева.

Иоганн Доберейнер в работе 1817 вскоре заметил, что атомный вес стронция находится где-то посередине между кальцием и барием.

Как выяснилось, эти элементы также имели схожие химические свойства.

Чуть позже, в 1829 , он разработал свой «Закон триад». Он заметил, что такие группы элементов, как хлор, бром и йод (так называемая галогеновая триада, образующая соль) и литий, натрий и калий (так называемая триада щелочных [образующих] металлов), обладают сходными химическими свойствами.

Иоганн отметил, что средний элемент в этих «Триадах» имел свойства, которые были средними по сравнению с двумя другими при упорядочении по атомному весу. Он считал, что это может быть просто универсальный закон природы.

Он определил их как «химически аналогичные элементы, расположенные в порядке возрастания их атомных весов, образующие хорошо выраженные группы из трех, называемые Триадами, в которых атомный вес среднего элемента обычно равен среднему арифметическому атомного веса каждого элемента. два других элемента в триаде."

Этот закон стал очень популярен среди его коллег в то время. Между 1829 и 1858 годами многие известные ученые вскоре обнаружили, что химические связи этих триад действительно выходят за их пределы.

В этот период: -

-Фтор был добавлено к группе галогенов,

-Кислород, Сера, Селен и Теллур были сгруппированы вместе,

-Азот, Фосфор, Мышьяк, Сурьма и Висмут были также сгруппированы вместе.

Казалось бы, большие успехи были сделаны, но были проблема.Точные значения серьезно затрудняли исследования в этой области, а некоторые из них не всегда были доступны.

Первая попытка Шанкуртуа составить таблицу Менделеева

Французский геолог Александр-Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа широко известен как первый человек, который действительно заметил периодичность элементов. По этой причине составленную им таблицу, построенную на основе этого наблюдения, вероятно, следует признать самой первой периодической таблицей элементов.

Он отметил, что элементы демонстрируют аналогичные свойства при упорядочении по атомному весу.Его Vis Tellunque (Теллурическая спираль), таким образом, был опубликован в 1862 . Название происходит от элемента Теллур, который упал в центре его диаграммы.

Его «стол» расположил элементы по спирали внутри цилиндра в порядке их атомного веса. Этот цилиндр был сконструирован таким образом, чтобы на нем можно было записать 16 единиц массы за один оборот. Таким образом, тесно связанные элементы выстраиваются вертикально.

Это привело его к предположению, что «свойства элементов - это свойства чисел».Он будет первым, кто осознает, что свойства элементов, похоже, повторяются каждые семь элементов.

Используя свою диаграмму, он даже предсказал стехиометрию некоторых оксидов металлов. К несчастью для Шанкуртуа, он включил в свою карту ионы и соединения, а также некоторую геологическую, а не химическую терминологию.

По этой причине его идея в то время так и не реализовалась. Его работа была реализована только после того, как Менделеев опубликовал свой стол несколько лет спустя.

Оригинальный V Шанкуртуа - это Tellurique . Источник: Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois / Wikimedia Commons

От триад к октавам с Джоном Ньюлендсом

Следующее крупное развитие современной периодической таблицы произошло в 1863 с Законом октав Джона Ньюлендса .

Джон, английский химик, опубликовал свою статью, в которой 62 установленных элемента классифицируются по 11 группам. Эта группировка, как и его предшественники, была основана на их сходных физических свойствах.Он также отметил, что атомные веса многих пар схожих элементов, казалось, изменились на кратные 8.

В 1864-5 он пошел дальше и опубликовал свою собственную версию периодической таблицы, одновременно предлагая свой Закон октав. Закон Джона гласил, что любой данный элемент демонстрирует поведение, подобное восьми элементам, следующим за ним в таблице.

Таким образом, в его таблице существующие элементы разбиты на 8 групп. Таблица Джона также была первой, в которой отображался атомный номер каждого элемента.

Закон октав Ньюленда был встречен некоторыми насмешками со стороны его сверстников, отчасти из-за ссылки закона на музыкальную шкалу. Его ситуация не улучшилась, когда Химическое общество также не смогло напечатать его лекцию от 1 марта 1866 года по этой теме.

К сожалению, его проницательность была оценена только спустя пять лет после того, как таблица Менделеева была напечатана тем же Химическим обществом. Также потребовалось бы еще 50 лет или около того, чтобы значение периодичности восьми было заново открыто, когда были изобретены Теория Валентности Бонда (1916) и Октетная теория химической связи (1919) .

Позже он будет награжден голубой мемориальной доской в ​​ 2008 на своем старом месте жительства Королевским химическим обществом. Возможно, маленьким утешением является то, что он при жизни официально ввел термин «периодический» в химический лексикон.

Место рождения Джона Ньюлендса в Лондоне с его почетной голубой табличкой. Источник: Kafuffle / Wikimedia Commons

Кто был «отцом» периодической таблицы Менделеева?

Что касается периодической таблицы, то только русский химик Дмитрий Менделеев сформулировал ту, с которой мы знакомы сегодня.По крайней мере, так гласит обычная история.

На самом деле, есть некоторые разногласия относительно того, кто на самом деле заслуживает почетного титула «Отец Периодической таблицы». Для некоторых это был явно Менделеев, но есть и те, кто утверждает, что, по крайней мере, такое же признание должно получить немец Лотар Мейер. Оба эти человека создали очень похожие таблицы более или менее в одно и то же время.

Мейер опубликовал свой учебник 1864, , Современные теории химии, с сокращенной версией периодической таблицы в нем.Он состоял только из примерно половины известных тогда элементов, перечисленных в порядке их валентности.

Он также, в силу этого заказа, продемонстрировал периодическое изменение балансовой стоимости по мере увеличения веса. Он никогда не мог предсказать новые элементы, используя свою таблицу, в отличие от Менделеева.

Он подробно остановился на этом в 1868 , который он передал коллеге на проверку перед публикацией. К сожалению для Мейера, Менделеев опубликовал свою более полную таблицу в 1869 за полный год, прежде чем он наконец появился в печати в 1870 .

Таблица Менделеева в конечном итоге выиграет над таблицей Мейера. Но, что наиболее важно, система Менделеева могла удовлетворительно предсказывать качества неизвестных элементов. Уже по одной этой причине ему больше доверяют как «отцу» периодической таблицы Менделеева по сравнению с Мейером.

Лотар Мейер, 11 января 1883 г. Источник: Юлиус Вильгельм Хорнунг / Wikimedia Commons

Менделеев: бесспорный «отец» периодической таблицы Менделеева

Дмитрий Менделеев, русский химик, первым создал такую ​​же таблицу Менделеева. к тому, с которым большинство из нас знакомо сегодня.Как и другие до него, он расположил элементы по атомной массе.

Он, как говорят, изобрел свой стол, играя в «химический пасьянс» во время долгих путешествий на поезде. Каждая карта представляла собой единый элемент с различными фактами и цифрами, такими как химический символ, атомный вес и другие химические и физические свойства.

Когда Менделеев расположил карты на столе в порядке возрастания атомного веса, стало совершенно ясно, что сгруппированы элементы с похожими свойствами.Так родился его теперь знаменитый стол.

Вдохновленный этим, Менделеев опубликовал свою основополагающую работу «О взаимосвязи свойств элементов с их атомным весом» в 1869 .

В этой публикации он сделал следующие наблюдения: -

- Элементы демонстрируют периодичность свойств при упорядочении по атомной массе,

- Элементы со схожими химическими свойствами имеют атомную массу аналогичного значения или регулярно увеличиваются,

- Порядок по весу также соответствует их так называемой валентности,

-Элементы, которые широко распространены, имеют тенденцию быть более мелкими атомами,

-Величина атомного веса определяет характер элемента, так же, как величина молекулы определяет характер составного тела,

-Есть некоторые, еще неоткрытые элементы,

-Атомный вес некоторых элементов кажется неправильным и должен быть изменен e.г. Теллериум должен быть между 123 и 126 (а не 128, как было тогда),

. По их атомным массам вы можете сделать некоторые прогнозы о химических свойствах элементов.

Огромным преимуществом его таблицы по сравнению со своими предшественниками было то, что она выявила закономерности в элементах в небольших единицах, таких как триады, а также в более крупных вертикальных, горизонтальных и диагональных отношениях между ними. К сожалению, он проиграл одним голосом и получил Нобелевскую премию за свой вклад в химию.

Однако его стол не без проблем. Хотя он оставил пробелы для еще не найденных элементов, он полностью не смог предсказать существование благородных газов. Впрочем, следует отметить, что позже Уильям Рэмси не испытывал проблем с их приспособлением.

Водород также оказался проблематичным. Он может быть помещен либо в группы щелочных металлов, либо в галогены, либо полностью отдельно в верхней части таблицы.

Другие группы, такие как лантаноиды, было очень трудно поместить в существующий формат таблицы.Полоний и радий, обнаруженные Марией Кюри в 1898 , также не поместились в таблице.

Периодическая таблица элементов Менделеева, 1871 г. Источник: NikNaks / Wikimedia Commons

Таблица Менделеева даже предсказывала новые элементы

Еще одним великим открытием, которое сделал Менделеев, было его наблюдение о том, что ранее определенные атомные веса не всегда были точными. Его таблица иногда требовала, чтобы он переупорядочил элементы, что, по-видимому, нарушало предпосылку последующего увеличения атомных весов.

Хорошим примером был бериллий. В то время его атомный вес был принят равным 14, но что-то казалось неправильным, его химические свойства не соответствовали общей картине.

Он определил, что у него должна быть атомная масса больше, чем 9. Он также поместил его в Группу 2 выше магния, химические свойства которого были более похожи, чем его предыдущее положение над азотом.

Таким образом, он обнаружил, что 17 элементов необходимо переместить на новые позиции из исходных, если просто упорядочить их по атомному весу.Даже после того, как было показано, что он прав в отношении многих из этих элементов, после переоценки их веса некоторые из них нужно было разместить на столе вне порядка веса, например, Аргон.

Как только все известные элементы были собраны таким образом, появились некоторые явные зазоры. В них, как понял Менделеев, были места для еще неоткрытых элементов.

Некоторые из них, которые он назвал эка-алюминием, эка-бором и эка-кремнием, позже будут называться галлием, скандием и германием. Они вполне соответствовали его предсказаниям.

Даже сегодня новые элементы находят и добавляют в периодическую таблицу.

Всего Менделеев смог предсказать будущее открытие 10 новых элементов. Семь из них в конечном итоге были обнаружены, но три атомных веса, 45, 146 и 175, либо не существуют, либо еще не обнаружены.

Интересно, что другой человек, Уильям Одлинг, нарисовал в 1864 таблицу, аналогичную таблице Менделеева. Ему удалось преодолеть проблему теллура и йода и успешно распределить таллий, свинец, ртуть и платину в нужные группы, чего Менделеев не смог сделать с первой попытки.

Одлинг так и не получил признания за свою работу, потому что он был секретарем Лондонского химического общества, что привело к обвинениям в плагиате. Кроме того, он сыграл важную роль в дискредитации более ранней периодической таблицы Ньюлендса.

Беспокойные благородные газы возбуждают дело, и приказы Мозли по атомному номеру

Лорд Рэлей в 1895 обнаружил и сообщил, что он обнаружил новый газообразный элемент, который казался химически инертным.Он назывался «Аргон» и логически не вписывался в существующую таблицу Менделеева.

Три года спустя Уильям Рэмси предположил, что, возможно, аргон следует поместить между хлором и калием в семье с гелием. И это несмотря на то, что аргон имеет атомный вес больше, чем калий.

Рэмси назвал группу «нулевой», так как у них была нулевая валентность, отсюда их инертность. Он также точно предсказал будущее открытие элемента, который мы теперь называем Неоном.

Сегодня мы называем их благородными газами.Работа Рэмси была дополнительно поддержана новаторской работой Генри Мозли.

Его работа с использованием рентгеновских лучей для изучения атомной структуры привела бы к более точному расположению элементов в таблице. К сожалению, позже Генри погиб, сражаясь на далеких пляжах полуострова Галлиполи (Гелиболу по-турецки) в 1915 году.

По сей день элементы упорядочены по атомному номеру (количеству протонов в ядре). а не атомный вес благодаря работе Мозли.Это также устранило множество предполагаемых «проблем» с упорядоченными элементами по атомному весу, к большому облегчению химиков.

Газоразрядная трубка, заполненная аргоном, образующая атомный символ аргона. Источник: Pslawinski / Wikimedia Commons

Актиниды и лантаноиды добавлены в периодическую таблицу

Последние значительные изменения в периодической таблице элементов были внесены Гленном Т. Сиборгом. Это произошло во время его исследований в Манхэттенском проекте в 1943 .

У него возникли некоторые трудности с выделением элементов Америций и Кюрий, и он задумался, могут ли они принадлежать к другой серии, нежели размещенная в настоящее время. Он, вопреки советам коллег, решил предложить изменение таблицы Менделеева, добавив ряд актинидов.

Он также посредством своих исследований обнаружил все трансурановые элементы от 94 до 102.

Эти новые элементы необходимо было вписать в существующую таблицу, поэтому он изменил ее конфигурацию, поместив ряд актинидов ниже ряда элементов лантанидов.Практика, широко принятая сегодня и представленная в современных периодических таблицах.

Он (и его коллеги) также смогли идентифицировать более 100 изотопов других элементов на столе. Они также смогли теоретизировать ряд сверхтяжелых элементов от 104 до 121 (в настоящее время в основном идентифицированные) и суперактинидный ряд элементов от 122 до 153.

За это он был удостоен Нобелевской премии по физике. Элемент 106, Сиборгий (Sg) также был назван в его честь.

Как мы видим, периодическая таблица Менделеева, которую обычно приписывают Дмитрию Менделееву, на самом деле является кульминацией столетий последовательных экспериментов и открытий.Несмотря на это, было бы неправильно лишать его почетного звания «отца» стола.

Хотя технически он не был первым, таблица Менделеева была первой лучшей попыткой систематизировать известные элементы. Он также смог сделать некоторые прогнозы, которые со временем оправдались.

Итак, современная таблица Менделеева представляет собой объединенное знание великих научных умов, происхождение которых почти так же старо, как сама химия.

.

Как элементы сгруппированы в Периодической таблице?

В конце 19 века русский химик Дмитрий Менделеев опубликовал свою первую попытку сгруппировать химические элементы по их атомному весу. В то время было известно только около 60 элементов, но Менделеев понял, что, когда элементы были организованы по весу, определенные типы элементов возникали через равные промежутки времени или периоды.

Сегодня, 150 лет спустя, химики официально признают 118 элементов (после добавления четырех новичков в 2016 году) и до сих пор используют периодическую таблицу элементов Менделеева для их организации.Таблица начинается с простейшего атома, водорода, а затем упорядочиваются остальные элементы по атомному номеру, который представляет собой количество протонов, содержащихся в каждом. За некоторыми исключениями порядок элементов соответствует возрастанию массы каждого атома.

В таблице семь строк и 18 столбцов. Каждая строка представляет один период; номер периода элемента показывает, сколько из его энергетических уровней содержат электроны. Натрий, например, находится в третьем периоде, что означает, что атом натрия обычно имеет электроны на первых трех энергетических уровнях.Двигаясь вниз по таблице, периоды становятся длиннее, потому что для заполнения более крупных и сложных внешних уровней требуется больше электронов.

Столбцы таблицы представляют группы или семейства элементов. Элементы в группе часто выглядят и ведут себя одинаково, потому что у них одинаковое количество электронов во внешней оболочке - лице, которое они показывают миру. Элементы группы 18, например, в крайней правой части таблицы, имеют полностью сплошные внешние оболочки и редко участвуют в химических реакциях.

Элементы обычно классифицируются как металлические или неметаллические, но разделительная линия между ними нечеткая. Металлические элементы обычно являются хорошими проводниками электричества и тепла. Подгруппы металлов основаны на схожих характеристиках и химических свойствах этих коллекций. Согласно данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, в нашем описании периодической таблицы элементов используются общепринятые группы элементов.

Щелочные металлы: Щелочные металлы составляют большую часть группы 1, первого столбца таблицы.Эти блестящие и достаточно мягкие, чтобы разрезать ножом, эти металлы начинаются с лития (Li) и заканчиваются францием (Fr). Они также чрезвычайно реактивны и воспламеняются или даже взрываются при контакте с водой, поэтому химики хранят их в маслах или инертных газах. Водород с одним электроном также находится в группе 1, но газ считается неметаллом.

Щелочноземельные металлы: Щелочноземельные металлы составляют 2-ю группу периодической таблицы, от бериллия (Be) до радия (Ra).Каждый из этих элементов имеет два электрона на внешнем энергетическом уровне, что делает щелочноземельные земли достаточно реактивными, поэтому их редко можно найти в природе в одиночку. Но они не так реактивны, как щелочные металлы. Их химические реакции обычно протекают медленнее и выделяют меньше тепла по сравнению с щелочными металлами.

Lanthanides: Третья группа слишком длинна, чтобы поместиться в третий столбец, поэтому она вырывается и переворачивается боком, чтобы стать верхней строкой острова, который плавает в нижней части таблицы.Это лантаноиды, элементы с 57 по 71 - от лантана (La) до лютеция (Lu). Элементы этой группы имеют серебристо-белый цвет и тускнеют при контакте с воздухом.

Актиниды: Актиниды выстилают нижний ряд острова и включают элементы от 89, актиний (Ac) до 103, лоуренсий (Lr). Из этих элементов только торий (Th) и уран (U) встречаются на Земле в значительных количествах. Все радиоактивны. Актиниды и лантаноиды вместе образуют группу, называемую внутренними переходными металлами.

Переходные металлы: Возвращаясь к основной части таблицы, остатки групп с 3 по 12 представляют остальные переходные металлы. Твердые, но пластичные, блестящие и обладающие хорошей проводимостью, эти элементы - это то, о чем вы обычно думаете, когда слышите слово «металл». Здесь живут многие из лучших хитов металлического мира, включая золото, серебро, железо и платину.

Металлы после перехода: В преддверии перехода в мир неметаллов общие характеристики не разделены четко по вертикальным групповым линиям.Постпереходными металлами являются алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl), олово (Sn), свинец (Pb) и висмут (Bi), и они охватывают группы с 13 по 17. Эти элементы обладают некоторыми из классических характеристик переходных металлов, но они, как правило, более мягкие и проводят хуже, чем другие переходные металлы. Во многих таблицах Менделеева жирным шрифтом будет выделена линия «лестницы» под диагональю, соединяющей бор с астатом. Постпереходные металлы расположены в нижнем левом углу этой линии.

Металлоиды: Металлоиды - это бор (B), кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), сурьма (Sb), теллур (Te) и полоний (Po). Они образуют лестницу, символизирующую постепенный переход от металлов к неметаллам. Эти элементы иногда ведут себя как полупроводники (B, Si, Ge), а не как проводники. Металлоиды также называют «полуметаллами» или «бедными металлами».

Неметаллы: Все остальное в правом верхнем углу лестницы - плюс водород (H), скрученный назад в Группе 1 - является неметаллом.К ним относятся углерод (C), азот (N), фосфор (P), кислород (O), сера (S) и селен (Se).

Галогены: Четыре верхних элемента Группы 17, от фтора (F) до астата (At), представляют собой одно из двух подмножеств неметаллов. Галогены довольно химически активны и имеют тенденцию образовывать пары со щелочными металлами с образованием различных типов солей. Например, поваренная соль на вашей кухне - это союз щелочного металла натрия и галогенового хлора.

Благородные газы: Бесцветные, без запаха и почти полностью инертные, инертные или инертные газы завершают таблицу в Группе 18.Многие химики ожидают, что оганессон, один из четырех недавно названных элементов, будет обладать этими характеристиками; однако, поскольку этот элемент имеет период полураспада в миллисекундах, никто не смог проверить его напрямую. Оганессон завершает седьмой период периодической таблицы, поэтому, если кому-то удастся синтезировать элемент 119 (а гонка за это уже ведется), он перейдет в цикл, чтобы начать восьмую строку в столбце щелочного металла.

Из-за цикличности, создаваемой периодичностью, дающей название таблице, некоторые химики предпочитают визуализировать таблицу Менделеева в виде круга.

Дополнительные ресурсы :

.

Смотрите также