> Periódusos rendszer

Jellemzők és szerkezet Mengyelejev kémiai elemek periódusos rendszere a: az elemek helyzete, eloszlási rendszere, az elem rendszáma.

Periódusos táblázat- a kémiai elemek elrendezése elektronikus konfigurációjuk és ismétlődő kémiai jellemzőik alapján.

Tanulási feladat

• Ismerje meg, hogyan helyezkednek el az elemek a periódusos rendszerben.

Főbb pontok

• A periódusos rendszer az elemek kémiai viselkedésének jellemzésének fő alapja.
• A táblázat csak azokat a kémiai elemeket tartalmazza, amelyek egyedi rendszámmal rendelkeznek (a protonok száma az atommagban).
• Az első táblázat közzétételének elsőbbsége Dmitrij Mengyelejev nevéhez fűződik.

Feltételek

• Az elem a legegyszerűbb vegyi anyagok bármelyike, amely nem bontható le kémiai reakcióval vagy kémiai anyaggal.
• A periódusos rendszer a kémiai elemek diagramja, amelyek atomszámuk szerint vannak elrendezve.
• Atomszám - a protonok számával megegyező szám, amely a kémiai tulajdonságokat jellemzi (Z).

A periódusos táblázat a kémiai elemek listája, amelyek atomszámuk, elektronikai konfigurációik és átfedő kémiai jellemzőik alapján vannak elrendezve. Az elemek a rendszám szerint, növekvő sorrendben jelennek meg. Hogyan néz ki a periódusos rendszer szerkezete? A táblázat szabványos formája egy 18 x 7-es rácsot tartalmaz, amely 4 téglalap alakú blokkra bontható: s a bal, p a jobb, d a középső és f az utolsó blokk. A táblázat sorai pontok. Az s-, d- és p- oszlopokat csoportoknak nevezzük, amelyek egy részének saját neve van (például halogének vagy nemesgázok).

A periódusos rendszer alkalmazkodik az ismétlődő trendekhez, így használható az elemek jellemzői közötti kapcsolatok megállapítására. Ez lehetővé teszi a még fel nem fedezett elemek előrejelzését is. Ennek eredményeként felhasználható a kémiai viselkedés elemzésére.

A periódusos rendszer szabványos formája, amelyben a színek az elemek különböző kategóriáit képviselik

A periódusos rendszer jellemzői

Elemezzük a kémiai elemek periódusos rendszerének tulajdonságait, jellemzőit! A periódusos rendszer minden változata csak kémiai elemeket tartalmaz. Mindegyiknek egyedi atomszáma van - az atommagban lévő protonok száma. Sok elemnek különböző számú neutronja van - izotópjai. Például a szénnek három természetben előforduló izotópja van. Minden atomja hat protonból áll, amelyek többsége hat neutronból és körülbelül 1-7 neutronból áll. A táblázatban az izotópokat soha nem osztjuk fel, mivel egy elem alá vannak csoportosítva. Ha az elemek nem tartalmaznak stabil izotópokat, akkor a legstabilabbhoz tartozó tömeggel vannak felruházva (zárójelben jelölve).

A tudósoknak sikerült kimutatniuk vagy szintetizálniuk az 1-től (hidrogén) 118-ig (oganesson) tartó atomszámok összes elemét. De még az utolsó elemen túl is folyamatosan jönnek létre újak. Még mindig vita folyik arról, hogy újakat kell-e felvenni a táblázatba.

Annak ellenére, hogy korábbi táblázatok is ismertek, az első kiadvány Dmitrij Mengyelejev verziója volt 1869-ben. Azért alkotta meg, hogy bizonyos elemek jellemzőiben időszakos trendeket mutasson. Sikerült megjósolnia a még nem találtak tulajdonságait is, amelyeket az utána lévő táblázatban rögzítettek. Az új elemek megjelenésével bővült és kiegészítették.

Mengyelejev periódusos táblázata (1869) az időszakokat függőlegesen, a csoportokat pedig vízszintesen jeleníti meg

Az elemek periódusos rendszerének megvilágításáról ismert

VAN HATÁR
PERIÓDUSOS TÁBLÁZAT
D.I.MENDELEJEV?

ÚJ TÉTELEK FELOLDÁSA

P A kémiai elemek rendszerezésének problémája a 19. század közepén keltett nagy figyelmet, amikor világossá vált, hogy a körülöttünk lévő anyagok sokfélesége viszonylag kis számú kémiai elem különböző kombinációinak eredménye.

Az elemek és vegyületeik káoszában a nagy orosz kémikus, D. I. Mengyelejev volt az első, aki rendet rakott az elemek saját periódusos rendszerének létrehozásával.

1869. március 1-jét tekintik a periodikus törvény felfedezésének napjának, amikor Mengyelejev tájékoztatta erről a tudományos közösséget. A tudós az akkor ismert 63 elemet úgy helyezte el a táblázatában, hogy ezeknek az elemeknek és vegyületeiknek fő tulajdonságai az atomtömegük növekedésével időszakosan változtak. Az elemtulajdonságok megfigyelt változásai a táblázat vízszintes és függőleges irányában szigorú szabályokat követtek. Például az Ia csoport elemeiben kimondott fémes (alap) karakter a táblázat vízszintes irányában csökkent, a függőleges mentén pedig az atomtömeg növekedésével nőtt.

A nyílt törvény alapján Mengyelejev megjósolta több, még fel nem fedezett elem tulajdonságait és helyét a periódusos rendszerben. Már 1875-ben felfedezték az "ekaaluminumot" (galliumot), négy évvel később - az "ekabort" (scandium), 1886-ban pedig az "ekasilicont" (germánium). A következő években a periódusos rendszer szolgált és szolgál még ma is útmutatóul az új elemek keresésében és tulajdonságaik előrejelzésében.

Arra a kérdésre azonban sem maga Mengyelejev, sem kortársai nem tudtak válaszolni, mi az oka az elemek tulajdonságainak periodicitásának, létezik-e és hol van a periódusos rendszer határa. Mengyelejev előre látta, hogy az elemek tulajdonságai és atomtömege közötti összefüggés oka maguknak az atomoknak a bonyolultságában rejlik.

Csak sok évvel a kémiai elemek periodikus rendszerének létrehozása után E. Rutherford, N. Bohr és más tudósok munkáiban igazolták az atom összetett szerkezetét. Az atomfizika későbbi eredményei lehetővé tették a kémiai elemek periódusos rendszerének sok homályos problémájának megoldását. Először is kiderült, hogy egy elem helyét a periódusos rendszerben nem az atomtömeg, hanem az atommag töltése határozza meg. Világossá vált az elemek és vegyületeik kémiai tulajdonságainak periodicitása.

Az atomot olyan rendszernek kezdték tekinteni, amelynek középpontjában egy pozitív töltésű atommag található, és körülötte negatív töltésű elektronok keringenek. Ebben az esetben az elektronok a körkörös térben csoportosulnak, és az elektronhéjak bizonyos pályái mentén mozognak.

Az atom összes elektronját általában számokkal és betűkkel jelölik. E megnevezés szerint a fő kvantumszámok 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 elektronhéjakra, a betűk pedig s, p, d, f, g– az egyes héjak alhéjaira (pályáira). Az első shell (a kerneltől számítva) csak s-elektronok, a másodiknak lehet s- És p- elektronok, a harmadik - s-, p- És d- elektronok, a negyedik - s-,
p-, d- És f- elektronok stb.

Mindegyik héj nagyon meghatározott számú elektront tud befogadni: az első - 2, a második - 8, a harmadik - 18, a negyedik és az ötödik - egyenként 32. Ez határozza meg az elemek számát a periódusos rendszer periódusaiban. Az elemek kémiai tulajdonságait az atomok külső és előkülső elektronhéjának szerkezete határozza meg, azaz. hány elektront tartalmaznak.

Az atommag pozitív töltésű részecskékből áll - protonokból és elektromosan semleges részecskékből - neutronokból, amelyeket gyakran egy szóval jelölnek - nukleonok. Egy elem sorszámát (a periódusos rendszerben elfoglalt helyét) az adott elem atommagjában lévő protonok száma határozza meg. Tömegszám DE elem atom egyenlő a protonok számának összegével Zés neutronok N a kernelben: A = Z + N. Ugyanazon elem atomjai, amelyekben az atommagban eltérő számú neutron található, az izotópjai.

Ugyanazon elem különböző izotópjainak kémiai tulajdonságai nem térnek el egymástól, míg a nukleáris tulajdonságok igen eltérőek. Ez elsősorban az izotópok stabilitásában (vagy instabilitásában) nyilvánul meg, ami alapvetően az atommagban lévő protonok és neutronok számának arányától függ. Az elemek fénystabil izotópjai általában azonos számú protont és neutront tartalmaznak. Az atommag töltésének, azaz a táblázatban szereplő elem sorszámának növekedésével ez az arány megváltozik. A stabil nehéz atommagok csaknem másfélszer több neutront tartalmaznak, mint a protonok.

Az atomi elektronokhoz hasonlóan a nukleonok is héjakat alkotnak. Az atommagban lévő részecskék számának növekedésével a proton- és neutronhéjak egymás után megtelnek. A teljesen kitöltött héjú magok a legstabilabbak. Például a Pb-208 ólomizotópot nagyon stabil nukleáris szerkezet jellemzi, amely protonhéjakat töltött meg. Z= 82) és neutronok ( N = 126).

Az ilyen töltött maghéjak hasonlóak az inert gázatomok töltött elektronhéjaihoz, amelyek külön csoportot képviselnek a periódusos rendszerben. A teljesen feltöltött proton- vagy neutronhéjú, stabil atommagok bizonyos "varázslatos" számú protont vagy neutront tartalmaznak: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. tulajdonságokkal, a nukleáris tulajdonságok periodicitása is velejáró . Az izotópmagokban található protonok és neutronok számának különféle kombinációi (páros-páros; páros-páratlan; páratlan-páros; páratlan-páratlan) közül azok az atommagok, amelyek páros számú protont és páros számú neutront tartalmaznak. amelyek a legstabilabbak.

A protonokat és neutronokat az atommagban tartó erők természete még mindig nem elég világos. Úgy gondolják, hogy a nukleonok között nagyon nagy gravitációs vonzási erők hatnak, amelyek hozzájárulnak az atommagok stabilitásának növekedéséhez.

NAK NEK a múlt század harmincas éveinek derekán a periódusos rendszer annyira fejlődött, hogy már 92 elem helyzetét mutatta. A 92-es sorozatszám alatt az urán szerepelt – az utolsó természetes nehézelem, amelyet a Földön találtak még 1789-ben. A táblázat 92 eleme közül csak a 43-as, 61-es, 85-ös és 87-es sorszámú elemeket nem azonosították pontosan a harmincas években. Később fedezték fel és tanulmányozták őket. A 61-es rendszámú ritkaföldfém elemet, a prométiumot kis mennyiségben találták az ércekben az urán spontán bomlásának termékeként. A hiányzó elemek atommagjainak elemzése kimutatta, hogy ezek mind radioaktívak, és rövid felezési idejük miatt nem létezhetnek a Földön érezhető koncentrációban.

Tekintettel arra, hogy a Földön talált utolsó nehéz elem a 92-es rendszámú elem volt, feltételezhető, hogy ez Mengyelejev periódusos rendszerének természetes határa. Az atomfizika vívmányai azonban jelezték azt az utat, amelyen keresztül kiderült, hogy át lehet lépni a természet által meghatározott periódusos rendszer határát.

Elemek b-vel ról ről Az uránnál nagyobb atomszámokat transzurániumnak nevezzük. Eredetük szerint ezek az elemek mesterségesek (szintetikusak). Ezeket a természetben található elemek magátalakítási reakcióival nyerik.

Az első, bár nem teljesen sikeres kísérletet a periódusos rendszer transzurán régiójának felfedezésére Enrico Fermi olasz fizikus tette Rómában nem sokkal azután, hogy a neutronok létezését bebizonyították. De csak 1940-1941-ben. Az első két transzurán elem, nevezetesen a neptunium (93-as rendszám) és a plutónium (94-es rendszámú) felfedezésében a Kaliforniai Egyetem Berkeley-i Egyetemének amerikai tudósai értek el sikert.

A transzurán elemek előállításának módszerei mögött többféle nukleáris reakció áll.

Az első típus a neutronfúzió. Ennél a módszernél a nehéz atomok neutronokkal besugárzott magjaiban az egyik neutron protonná alakul. A reakciót az úgynevezett elektronikus bomlás (--decay) kíséri - egy negatív töltésű részecske (elektron) hatalmas kinetikus energiával történő kialakulása és kilökődése az atommagból. A reakció akkor lehetséges, ha az atommagban túl sok neutron van.

Ennek ellentétes reakciója a proton átalakulása neutronná pozitív töltésű + -részecske (pozitron) kibocsátásával. Hasonló pozitron-bomlás (+ -bomlás) figyelhető meg, ha az atommagokban neutronhiány van, és ez a magtöltés csökkenéséhez vezet, pl. hogy egy elem rendszámát eggyel csökkentsük. Hasonló hatás érhető el, ha egy protont neutronná alakítanak át egy közeli orbitális elektron befogásával.

Az új transzurán elemeket először az uránból nyerték ki neutronfúzióval nukleáris reaktorokban (nukleáris bombarobbanások termékeként), majd később részecskegyorsítókkal - ciklotronokkal - szintetizálták.

A második típus a kezdeti elem ("cél") atommagjai és a bombázó részecskékként használt könnyű elemek (hidrogén-, hélium-, nitrogén-, oxigénizotópok és mások) atommagjai közötti reakciók. A "cél" és a "lövedék" magjában lévő protonok pozitív elektromos töltéssel rendelkeznek, és egymáshoz közeledve erős taszítást tapasztalnak. A taszító erők leküzdéséhez, az összetett mag kialakításához szükséges a „lövedék” atomjainak nagyon nagy mozgási energiával való ellátása. A bombázó részecskék ilyen hatalmas energiája raktározódik a ciklotronokban. A létrejövő köztes vegyületmag meglehetősen nagy energiafelesleggel rendelkezik, amelyet fel kell szabadítani az új mag stabilizálásához. A nehéz transzurán elemek esetében ezt a többletenergiát, amikor nem történik maghasadás, γ-sugarakat (nagy energiájú elektromágneses sugárzást) bocsátanak ki, és a gerjesztett atommagokból neutronokat "elpárologtatnak". Az új elem atommagjai radioaktívak. Arra törekednek, hogy nagyobb stabilitást érjenek el a belső szerkezet megváltoztatásával radioaktív elektronikus - -bomlás vagy -bomlás és spontán hasadás révén. Az ilyen magreakciók a 98-nál nagyobb sorozatszámú elemek legnehezebb atomjaiban rejlenek.

A radioaktív elemek atommagjainak spontán, spontán hasadásának reakcióját honfitársunk, G. N. Flerov és a cseh K. A. Petrzhak fedezte fel a Joint Institute for Nuclear Research (JINR, Dubna) urán-238-cal végzett kísérletei során. A sorozatszám növekedése a radioaktív elemek atommagjainak felezési idejének gyors csökkenéséhez vezet.

Ezzel összefüggésben a kiváló amerikai tudós, GT Seaborg, Nobel-díjas, kilenc transzuránelem felfedezésében részt vett, úgy vélte, hogy az új elemek felfedezése valószínűleg megközelítőleg a 110-es sorozatszámú elemnél fog véget érni (tulajdonságaiban hasonló, mint platina). Ez a periódusos rendszer határára vonatkozó elképzelés a múlt század 60-as éveiben fenntartással hangzott el: hacsak nem fedeznek fel új módszereket az elemek szintézisére és a legnehezebb elemek még ismeretlen stabilitási régióinak létezésére. E lehetőségek közül néhányat azonosítottak.

Az új elemek szintézisére szolgáló nukleáris reakciók harmadik típusa az átlagos atomtömegű, nagy energiájú ionok (kalcium, titán, króm, nikkel) mint bombázó részecskék és a stabil elemek (ólom, bizmut) atomjai közötti reakció. cél" a nehéz radioaktív izotópok helyett. A nehezebb elemek megszerzésének ezt a módját 1973-ban Yu.Ts. Oganesyan, a JINR kutatója javasolta, és sikeresen alkalmazták más országokban is. A javasolt szintézismódszer fő előnye az volt, hogy a "lövedék" és a "cél" magok fúziója során kevésbé "forró" vegyületmagok keletkeztek. Az összetett atommagok energiafeleslegének felszabadulása ebben az esetben lényegesen kisebb számú (négy-öt helyett egy vagy kettő) neutron „elpárolgása” következtében következett be.

Szokatlan magreakció a ritka Ca-48 izotóp ionjai között gyorsult fel egy ciklotronban
1979-ben Dubnában fedezték fel az U-400-at és a Cm-248 aktinoid elem atomjait, a curium-114-es elemet („ekaslead”). Megállapították, hogy ez a reakció „hideg” atommagot eredményez, amely nem „párolog el” ” egyetlen neutron , és az összes felesleges energiát egyetlen részecske viszi el. Ez azt jelenti, hogy új elemek szintézisére is lehet implementálni negyedik fajta magreakciók az átlagos tömegszámú atomok gyorsított ionjai és a nehéz transzurán elemek atomjai között.

BAN BEN A kémiai elemek periodikus rendszerének elméletének kidolgozását az 58–71. sorszámú lantanidok és a 90–103. sorszámú aktinidák elektronhéjainak kémiai tulajdonságainak és szerkezetének összehasonlítása játszotta. Kimutatták, hogy a lantanidok és aktinidák kémiai tulajdonságainak hasonlósága elektronszerkezetük hasonlóságából adódik. Mindkét elemcsoport példa egy belső átmeneti sorozatra szekvenciális kitöltéssel 4 f- vagy 5 f-elektronhéjak, ill. a külső kitöltése után s- És R-elektronikus pályák.

A 110-es vagy nagyobb periódusos rendszerben lévő atomszámú elemeket szupernehéznek nevezték. Ezeknek az elemeknek a felfedezése felé haladva egyre nehezebb és hosszabb lesz, mert. nem elég egy új elemet szintetizálni, azonosítani kell és be kell bizonyítani, hogy az új elemnek csak a benne rejlő tulajdonságai vannak. A nehézségeket az okozza, hogy az új elemek tulajdonságainak vizsgálatához kevés atom áll rendelkezésre. Általában nagyon rövid az az idő, ameddig egy új elemet lehet tanulmányozni, mielőtt a radioaktív bomlás bekövetkezne. Ezekben az esetekben még akkor is, ha egy új elemből csak egy atomot kaptunk, radioaktív nyomjelzők módszerét alkalmazzák annak kimutatására és egyes jellemzőinek előzetes tanulmányozására.

A 109-es elem, a meitnerium, a periódusos rendszer utolsó eleme, amely a legtöbb kémia tankönyvben megtalálható. A periódusos rendszernek a platinával azonos csoportjába tartozó 110-es elemet először Darmstadtban (Németország) 1994-ben szintetizálták egy erős nehézion-gyorsító segítségével a következő reakció szerint:

A keletkező izotóp felezési ideje rendkívül rövid. 2003 augusztusában a 42. IUPAC Közgyűlés és az IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) Tanácsa hivatalosan jóváhagyta a 110-es elem nevét és szimbólumát: darmstadtium, Ds.

Ugyanitt, Darmstadtban 1994-ben a 111-es elemet először egy 64 28 Ni-izotóp ionból álló nyalábbal 209 83 Bi atomon „célpontként” hozták létre. 2004-es határozatával az IUPAC elismerte a felfedezést, és jóváhagyta azt a javaslatot, hogy a 111-es elemet Rg néven nevezzék el a kiváló német fizikus, W.K. Roentgen tiszteletére, aki felfedezte. x-sugarak, melyeknek természetük bizonytalansága miatt adott ilyen nevet.

A JINR-től kapott információk szerint, a Nukleáris Reakciók Laboratóriumában. G. N. Flerova 110-118 sorszámú elemeket szintetizált (a 117-es elem kivételével).

A reakció szerinti szintézis eredményeként:

Darmstadtban 1996-ban az új 112-es elem több atomját nyerték, amely a -részecskék felszabadulásával bomlik. Ennek az izotópnak a felezési ideje mindössze 240 mikroszekundum volt. Kicsit később, a JINR-nél a 112-es elem új izotópjait keresték U-235 atomok Ca-48 ionokkal történő besugárzásával.

2004 februárjában tekintélyes tudományos folyóiratokban jelentek meg jelentések arról, hogy tudósaink a Lawrence Berkeley National Laboratory (USA) amerikai kutatóival együtt két új elemet fedeztek fel a 115-ös és 113-as számmal. A tudósok ezen csoportja kísérletekben júliusban kint – 2003 augusztusában az U-400 ciklotronnál gáztöltésű szeparátorral, az Am-243 atomok és a Ca-48 izotóp ionok reakciójában a 287 tömegszámú elem-115 izotóp 1 atomja. és 3 288 tömegszámú atomot szintetizáltak A -115 elem mind a négy atomja gyorsan lebomlott a -részecskék felszabadulásával és a 113-as elem 282 és 284 tömegszámú izotópjainak képződésével. felezési ideje körülbelül 0,48 s. A -részecskék kibocsátásával összeomlott, és 280 Rg röntgenizotóppá alakult.

2004 szeptemberében egy japán tudóscsoport a Fizikokémiai Kutatóintézetből, Kosuki Morita vezetésével. (Kosuke Morita) kijelentették, hogy a 113-as elemet a következő reakcióval szintetizálták:

A -részecskék felszabadulásával járó bomlása során a 274 Rg röntgenizotópot kaptuk. Mivel ez az első mesterséges elem, amelyet japán tudósok szereztek meg, úgy érezték, joguk van javaslatot tenni a "Japán" elnevezésére.

A 288-as tömegszámú elem-114 izotóp szokatlan szintézisét kúriumból már fentebb megjegyeztük. 1999-ben jelentés jelent meg a JINR-nél a 114-es elem ugyanazon izotópjának előállításáról, amelynek során 244 tömegű plutónium atomokat Ca-48 ionokkal bombáztak.

A 118-as és 116-os sorozatszámú elemek felfedezését a kalifornium Cf-249 és a curium Cm-245 izotópok Ca-48 nehézion-nyalábbal végzett nukleáris reakcióinak hosszú távú közös vizsgálata eredményeként jelentették be, amelyet orosz és Amerikai tudósok a 2002-2005 közötti időszakban. a JINR-nél. A 118-as elem a periódusos rendszer 7. periódusát zárja, tulajdonságaiban a radon nemesgáz analógja. A 116-os elemnek bizonyos közös tulajdonságokkal kell rendelkeznie a polóniummal.

A kialakult hagyomány szerint az új kémiai elemek felfedezését és azonosítását az IUPAC határozattal kell megerősíteni, de az elemek névjavaslatának joga a felfedezőket illeti meg. A periódusos rendszer a Föld térképéhez hasonlóan tükrözte azon területek, országok, városok és tudományos központok nevét, ahol az elemeket és vegyületeiket fedezték fel és tanulmányozták, megörökítette a híres tudósok nevét, akik nagyban hozzájárultak a periódusos rendszer fejlődéséhez. kémiai elemek. És nem véletlen, hogy a 101-es elemet D. I. Mengyelejevről nevezték el.

Annak a kérdésnek a megválaszolására, hogy hol haladhat át a periódusos rendszer határa, egy időben az atomok belső elektronjainak pozitív töltésű atommaghoz való vonzódásának elektrosztatikus erőit vizsgálták. Minél nagyobb az elem sorozatszáma, annál erősebben összenyomódik az atommag körüli elektron "bunda", annál erősebben vonzzák a belső elektronokat az atommaghoz. El kell jönnie egy pillanatnak, amikor az elektronokat elkezdi befogni az atommag. Az ilyen befogás és az atommag töltésének csökkenése következtében a nagyon nehéz elemek létezése lehetetlenné válik. Hasonló katasztrofális helyzet állhat elő, ha az elem sorszáma 170–180.

Ezt a hipotézist megcáfolták, és kimutatták, hogy az elektronhéjak szerkezetére vonatkozó elképzelések tekintetében nincsenek korlátozások a nagyon nehéz elemek létezésére. A korlátok maguk az atommagok instabilitásának következményei.

El kell azonban mondani, hogy az elemek élettartama a rendszám növekedésével szabálytalanul csökken. A szupernehéz elemek következő várható stabilitási tartománya az atommag zárt neutron- vagy protonhéjának megjelenése miatt egy 164 protonból és 308 neutronból álló, kétszeresen mágikus atommag közelében kell hogy legyen. Az ilyen elemek megnyitásának lehetősége még nem világos.

Így továbbra is fennáll az elemek periódusos rendszerének határának kérdése. Az elektronhéjak egy elem rendszámának növekedésével történő kitöltésére vonatkozó szabályok alapján a periódusos rendszer előrejelzett 8. periódusának szuperaktinoid elemeket kell tartalmaznia. A D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében számukra kijelölt hely a III. elemcsoportnak felel meg, hasonlóan a már ismert ritkaföldfém- és aktinid-transzurán elemekhez.

Hogyan kell használni a periódusos rendszert? Egy avatatlan ember számára a periódusos rendszer olvasása ugyanaz, mint a tündék ősi rúnáit nézni egy törpének. A periódusos rendszer pedig sokat elárul a világról.

Amellett, hogy a vizsgán szolgál, egyszerűen nélkülözhetetlen rengeteg kémiai és fizikai probléma megoldásához. De hogyan kell elolvasni? Szerencsére ma már mindenki megtanulhatja ezt a művészetet. Ebben a cikkben elmondjuk, hogyan lehet megérteni a periódusos rendszert.

A kémiai elemek periodikus rendszere (Mengyelejev táblázata) a kémiai elemek osztályozása, amely megállapítja az elemek különféle tulajdonságainak függőségét az atommag töltésétől.

A Táblázat keletkezésének története

Dmitrij Ivanovics Mengyelejev nem volt egyszerű vegyész, ha valaki úgy gondolja. Vegyész, fizikus, geológus, metrológus, ökológus, közgazdász, olajos, repülős, műszerkészítő és tanár volt. Élete során a tudósnak sok alapkutatást végzett a tudás különböző területein. Például széles körben úgy tartják, hogy Mengyelejev volt az, aki kiszámította a vodka ideális erősségét - 40 fokot.

Nem tudjuk, hogy Mengyelejev hogyan kezelte a vodkát, de az biztos, hogy a „Beszéd az alkohol és a víz kombinációjáról” témában írt disszertációjának semmi köze nem volt a vodkához, és 70 fokos alkoholkoncentrációt vett figyelembe. A tudós minden érdemével együtt a kémiai elemek periodikus törvényének felfedezése - a természet egyik alapvető törvénye - hozta meg számára a legszélesebb hírnevet.

Van egy legenda, amely szerint a tudós megálmodta a periódusos rendszert, ami után már csak a felmerült ötletet kellett véglegesítenie. De ha minden ilyen egyszerű lenne .. A periódusos rendszer létrehozásának ez a változata láthatóan nem más, mint egy legenda. Arra a kérdésre, hogyan nyitották ki az asztalt, maga Dmitrij Ivanovics válaszolt: Talán húsz éve gondolkodom rajta, és azt gondolod: leültem, és hirtelen… készen van.

A 19. század közepén egyidejűleg több tudós is próbálkozott az ismert kémiai elemek egyszerűsítésére (63 elemet ismertek). Például 1862-ben Alexandre Émile Chancourtois az elemeket egy spirál mentén helyezte el, és megjegyezte a kémiai tulajdonságok ciklikus ismétlődését.

John Alexander Newlands vegyész és zenész 1866-ban javasolta a periódusos rendszer verzióját. Érdekesség, hogy az elemek elrendezésében a tudós valami misztikus zenei harmóniát próbált felfedezni. Többek között volt Mengyelejev próbálkozása is, amelyet siker koronázott.

1869-ben adták ki a táblázat első sémáját, és 1869. március 1-jét tekintik a periodikus törvény felfedezésének napjának. Mengyelejev felfedezésének lényege az volt, hogy a növekvő atomtömegű elemek tulajdonságai nem monoton, hanem periodikusan változnak.

A táblázat első változata csak 63 elemet tartalmazott, de Mengyelejev számos nagyon nem szabványos döntést hozott. Így arra tippelt, hogy helyet hagy a táblázatban a még fel nem fedezett elemeknek, és néhány elem atomtömegét is megváltoztatta. A Mengyelejev által levezetett törvény alapvető helyességét nagyon hamar megerősítették, miután felfedezték a galliumot, a szkandiumot és a germániumot, amelyek létezését a tudósok előre jelezték.

Modern nézet a periódusos rendszerről

Az alábbiakban maga a táblázat látható.

Ma az atomtömeg (atomtömeg) helyett az atomszám (az atommagban lévő protonok száma) fogalmát használják az elemek rendezésére. A táblázat 120 elemet tartalmaz, amelyek balról jobbra vannak rendezve a rendszám (protonok száma) szerint növekvő sorrendben.

A táblázat oszlopai úgynevezett csoportok, a sorok pedig pontok. A táblázatban 18 csoport és 8 periódus található.

1. Az elemek fémes tulajdonságai balról jobbra haladva csökkennek, ellenkező irányban pedig növekednek.
2. Az atomok méretei csökkennek, ahogy balról jobbra mozognak a periódusok mentén.
3. A csoportban felülről lefelé haladva a redukáló fémes tulajdonságok nőnek.
4. Az oxidáló és nem fémes tulajdonságok balról jobbra haladva nőnek.

Mit tudhatunk meg az elemről a táblázatból? Vegyük például a táblázat harmadik elemét - a lítiumot, és nézzük meg részletesen.

Először magának az elemnek a szimbólumát és a nevét látjuk alatta. A bal felső sarokban az elem rendszáma található, abban a sorrendben, ahogyan az elem a táblázatban található. A rendszám, mint már említettük, megegyezik az atommagban lévő protonok számával. A pozitív protonok száma általában megegyezik az atomban lévő negatív elektronok számával (az izotópok kivételével).

Az atomtömeg a rendszám alatt van feltüntetve (a táblázat jelen változatában). Ha az atomtömeget a legközelebbi egész számra kerekítjük, akkor megkapjuk az úgynevezett tömegszámot. A tömegszám és az atomszám különbsége adja meg a neutronok számát az atommagban. Így a héliummagban a neutronok száma kettő, a lítiumban pedig négy.

Tehát a "Mengyelejev asztala a bábuknak" tanfolyamunk véget ért. Végezetül egy tematikus videó megtekintésére hívjuk Önt, és reméljük, hogy a Mengyelejev periódusos rendszerének használatának kérdése egyértelműbbé vált az Ön számára. Emlékeztetünk arra, hogy egy új tantárgy tanulása mindig eredményesebb, nem egyedül, hanem tapasztalt mentor segítségével. Éppen ezért soha ne feledkezz meg a diákszolgálatról, amely szívesen megosztja Önnel tudását, tapasztalatát.

A természetben sok ismétlődő sorozat létezik:

• évszakok;
• napszakok;
• a hét napjai…

A 19. század közepén D. I. Mengyelejev észrevette, hogy az elemek kémiai tulajdonságainak is van egy bizonyos sorrendje (azt mondják, ez az ötlet álomban támadt). A tudós csodás álmainak eredménye a kémiai elemek periódusos rendszere, amelyben D.I. Mengyelejev a kémiai elemeket az atomtömeg növekedésének sorrendjében rendezte. A modern táblázatban a kémiai elemek az elem rendszáma (az atommagban lévő protonok száma) szerint növekvő sorrendben vannak elrendezve.

A kémiai elem szimbóluma fölött az atomszám, alatta pedig az atomtömege (protonok és neutronok összege) látható. Figyeljük meg, hogy egyes elemek atomtömege nem egész szám! Emlékezz az izotópokra! Az atomtömeg egy elem összes izotópjának súlyozott átlaga, amely természetes körülmények között előfordul.

A táblázat alatt a lantanidok és aktinidák találhatók.

Fémek, nem fémek, metalloidok

A periódusos rendszerben a bórral (B) kezdődő és polóniummal (Po) végződő lépcsős átlótól balra találhatók (kivétel a germánium (Ge) és az antimon (Sb). Könnyen belátható, hogy a fémek A fémek fő tulajdonságai: szilárd (kivéve a higanyt); fényes; jó elektromos és hővezető; képlékeny; képlékeny; könnyen adnak elektronokat.

A lépcsős B-Po átlótól jobbra lévő elemeket hívjuk nem fémek. A nemfémek tulajdonságai közvetlenül ellentétesek a fémek tulajdonságaival: rossz hő- és elektromos vezetők; törékeny; nem kovácsolt; nem műanyag; általában elektronokat fogadnak el.

Metalloidok

A fémek és a nemfémek között vannak félfémek(metaloidok). Fémek és nemfémek tulajdonságai egyaránt jellemzik őket. A félfémek fő ipari alkalmazásukat a félvezetők gyártásában találták meg, amelyek nélkül elképzelhetetlen egy modern mikroáramkör vagy mikroprocesszor sem.

Időszakok és csoportok

Mint fentebb említettük, a periódusos rendszer hét periódusból áll. Minden periódusban az elemek rendszáma balról jobbra növekszik.

Az elemek tulajdonságai periódusokban egymás után változnak: tehát a harmadik periódus elején lévő nátrium (Na) és magnézium (Mg) elektronokat ad fel (Na lead egy elektront: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1; Mg két elektront ad fel: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2). De a periódus végén található klór (Cl) egy elemet vesz fel: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.

A csoportokban éppen ellenkezőleg, minden elem ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik. Például az IA(1) csoportban a lítiumtól (Li) a franciumig (Fr) minden elem egy elektront adományoz. És a VIIA(17) csoport minden eleme egy elemet vesz fel.

Egyes csoportok annyira fontosak, hogy különleges nevet kaptak. Ezeket a csoportokat az alábbiakban tárgyaljuk.

IA csoport (1). Ennek a csoportnak az elemeinek atomjai csak egy elektront tartalmaznak a külső elektronrétegben, így könnyen adnak egy elektront.

A legfontosabb alkálifémek a nátrium (Na) és a kálium (K), mivel fontos szerepet játszanak az emberi élet folyamatában, és a sók részét képezik.

Elektronikus konfigurációk:

• Li- 1s 2 2s 1;
• Na- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1;
• K- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

IIA csoport (2). E csoport elemeinek atomjai a külső elektronrétegben két elektront tartalmaznak, amelyek a kémiai reakciók során szintén feladnak. A legfontosabb elem a kalcium (Ca) - a csontok és a fogak alapja.

Elektronikus konfigurációk:

• Lenni- 1s 2 2s 2;
• mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2;
• kb- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

VIIA csoport (17). E csoport elemeinek atomjai általában egy-egy elektront kapnak, mert. a külső elektronikus rétegen öt-öt elem található, és egy elektron már csak hiányzik a "teljes halmazhoz".

Ennek a csoportnak a leghíresebb elemei a következők: klór (Cl) - a só és a fehérítő része; a jód (I) olyan elem, amely fontos szerepet játszik az emberi pajzsmirigy működésében.

Elektronikus konfiguráció:

• F- 1s 2 2s 2 2p 5;
• Cl- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5;
• Br- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

VIII(18) csoport. Ennek a csoportnak az elemeinek atomjai egy teljesen "karcolt" külső elektronréteggel rendelkeznek. Ezért „nem kell” elektronokat fogadniuk. És nem akarják odaadni őket. Ezért - ennek a csoportnak az elemei nagyon "nem szívesen" lépnek be kémiai reakciókba. Sokáig azt hitték, hogy egyáltalán nem reagálnak (inert az "inert", azaz "inaktív" elnevezés). Neil Barlett vegyész azonban felfedezte, hogy e gázok némelyike ​​bizonyos körülmények között még reagálhat más elemekkel.

Elektronikus konfigurációk:

• Ne- 1s 2 2s 2 2p 6;
• Ar- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6;
• kr- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Vérértékelemek csoportokban

Könnyen belátható, hogy az egyes csoportokon belül az elemek vegyértékelektronjaikban (a külső energiaszinten elhelyezkedő s és p pályák elektronjai) hasonlóak egymáshoz.

Az alkálifémek egy-egy vegyértékelektronnal rendelkeznek:

• Li- 1s 2 2s 1;
• Na- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1;
• K- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Az alkáliföldfémek 2 vegyértékelektronnal rendelkeznek:

• Lenni- 1s 2 2s 2;
• mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2;
• kb- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

A halogének 7 vegyértékelektronnal rendelkeznek:

• F- 1s 2 2s 2 2p 5;
• Cl- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5;
• Br- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

Az inert gázok 8 vegyértékelektronnal rendelkeznek:

• Ne- 1s 2 2s 2 2p 6;
• Ar- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6;
• kr- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

További információkért tekintse meg a Valencia cikket és a kémiai elemek atomjainak elektronikus konfigurációinak táblázatát periódusok szerint.

Most fordítsuk figyelmünket a szimbólumokkal ellátott csoportokban elhelyezkedő elemekre BAN BEN. A periódusos rendszer közepén helyezkednek el, és ún átmeneti fémek.

Ezen elemek megkülönböztető jellemzője az elektronok jelenléte a kitöltő atomokban d-pályák:

1. sc- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1;
2. Ti- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2

A főasztaltól különálló helyen találhatók lantanidokÉs aktinidák vannak az ún belső átmeneti fémek. Ezen elemek atomjaiban elektronok töltődnek ki f-pályák:

1. Ce- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 1 5d 1 6s 2;
2. Th- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4p 2 3d 10 4p 6 4d 10 5p 2 5p 6 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 6d 2 7s 2

Ebben a leckében megismerheti Mengyelejev periodikus törvényét, amely leírja az egyszerű testek tulajdonságainak változását, valamint az elemek vegyületeinek alakját és tulajdonságait, atomtömegük nagyságától függően. Fontolja meg, hogyan írható le egy kémiai elem a periódusos rendszerben elfoglalt helyével.

Téma: Periodikus törvény ésD. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere

Lecke: Egy elem leírása pozíció szerint D. I. Mengyelejev periodikus elemrendszerében

1869-ben D. I. Mengyelejev a kémiai elemekről felhalmozott adatok alapján megfogalmazta periodikus törvényét. Aztán így hangzott: "Az egyszerű testek tulajdonságai, valamint az elemek vegyületeinek formái és tulajdonságai periodikusan függenek az elemek atomtömegének nagyságától." Nagyon sokáig érthetetlen volt DIMengyelejev törvényének fizikai jelentése. Minden a helyére került az atom szerkezetének XX. századi felfedezése után.

A periodikus törvény modern megfogalmazása:"Az egyszerű anyagok tulajdonságai, valamint az elemek vegyületeinek formái és tulajdonságai periodikusan függenek az atommag töltésének nagyságától."

Az atommag töltése megegyezik az atommagban lévő protonok számával. A protonok számát az atomban lévő elektronok száma egyensúlyozza ki. Így az atom elektromosan semleges.

Az atommag töltése a periódusos rendszerben van az elem sorszáma.

Időszak száma mutatja az energiaszintek száma, amelyen az elektronok keringenek.

Csoportszám mutatja a vegyértékelektronok száma. A fő alcsoportok elemei esetében a vegyértékelektronok száma megegyezik a külső energiaszint elektronjainak számával. A vegyértékelektronok felelősek egy elem kémiai kötéseinek kialakításáért.

A 8. csoport kémiai elemei - az inert gázok 8 elektront tartalmaznak a külső elektronhéjon. Az ilyen elektronhéj energetikailag kedvező. Minden atom általában legfeljebb 8 elektronnal tölti meg a külső elektronhéját.

Egy atom milyen jellemzői változnak periodikusan a periódusos rendszerben?

A külső elektronikus vízmérték felépítése ismétlődik.

Az atom sugara periodikusan változik. Csoportban sugár növeli az időszak számának növekedésével, mivel az energiaszintek száma nő. Balról jobbra haladva az atommag növekedése megtörténik, de az atommaghoz való vonzódás nagyobb lesz, és ezáltal az atom sugara csökken.

Minden atom hajlamos az 1. csoport elemeinek utolsó energiaszintjét az utolsó réteg 1 elektronján teljesíteni. Ezért könnyebben adják el. A 7. csoport elemei pedig könnyebben vonzzák az oktetthez 1 hiányzó elektront. Egy csoportban az elektronok adományozási képessége felülről lefelé nő, mivel az atom sugara növekszik, és csökken az atommaghoz való vonzódás. A balról jobbra haladó időszakban az elektronok adományozási képessége csökken, mivel az atom sugara csökken.

Minél könnyebben ad le egy elem elektronokat a külső szintről, annál több fémes tulajdonsággal rendelkezik, oxidjai és hidroxidjai annál alaposabb tulajdonságokkal rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy a fémes tulajdonságok csoportokban felülről lefelé, periódusonként pedig jobbról balra nőnek. A nem fémes tulajdonságokkal ennek az ellenkezője igaz.

Rizs. 1. A magnézium helyzete a táblázatban

A csoportban a magnézium a berilliummal és a kalciummal szomszédos. 1. ábra. A csoportban a magnézium alacsonyabb, mint a berillium, de magasabb a kalciumnál. A magnézium több fémes tulajdonsággal rendelkezik, mint a berillium, de kevesebb, mint a kalcium. Oxidjainak és hidroxidjainak alapvető tulajdonságai is megváltoznak. Egy periódusban a nátrium balra, az alumínium pedig jobbra van a magnéziumtól. A nátrium több fémes tulajdonságot mutat, mint a magnézium, és a magnézium több, mint az alumínium. Így bármely elem csoportonként és periódusonként összehasonlítható szomszédaival.

A savas és nemfémes tulajdonságok az alap- és fémes tulajdonságokkal ellentétesen változnak.

A klór jellemzői a D. I. Mengyelejev periodikus rendszerében elfoglalt helye szerint.

Rizs. 4. A klór helyzete a táblázatban

. A 17-es sorszám értéke az atomban lévő protonok17 és elektronok17 számát jelzi. 4. ábra. A 35-ös atomtömeg segít a neutronok számának kiszámításában (35-17 = 18). A klór a harmadik periódusban van, ami azt jelenti, hogy az atomban az energiaszintek száma 3. A 7-A csoportba tartozik, a p-elemekhez tartozik. Ez nem fém. Hasonlítsa össze a klórt a szomszédaival csoportonként és időszakonként. A klór nem fémes tulajdonságai nagyobbak, mint a kéné, de kisebbek, mint az argoné. A klór ob-la-yes-kevésbé nem fémes-li-che-ski-mi tulajdonságokkal rendelkezik, mint a fluor és több, mint a bróm. Osszuk el az elektronokat az energiaszinteken, és írjuk fel az elektronikus képletet. Az elektronok általános eloszlása ​​így fog kinézni. Lásd az ábrát. öt

Rizs. 5. A klóratom elektronjainak energiaszintek szerinti megoszlása

Határozza meg a klór legmagasabb és legalacsonyabb oxidációs fokát! A legmagasabb oxidációs állapot +7, mivel az utolsó elektronrétegből 7 elektront tud adni. A legalacsonyabb oxidációs állapot -1, mivel a klórnak 1 elektronra van szüksége a befejezéshez. A legmagasabb oxid képlete a Cl 2 O 7 (savas oxid), a hidrogénvegyület HCl.

Az elektronok adományozása vagy megszerzése során egy atom szerzi meg feltételes töltés. Ezt a feltételes töltést ún .

- Egyszerű az anyagok oxidációs állapota egyenlő nulla.

Az elemek megjelenhetnek maximális oxidációs állapot és minimális. Maximális Egy elem oxidációs állapotát akkor mutatja meg visszaadja minden vegyértékelektronja a külső elektronszintről származik. Ha a vegyértékelektronok száma egyenlő a csoportszámmal, akkor a maximális oxidációs állapot egyenlő a csoportszámmal.

Rizs. 2. Az arzén helyzete a táblázatban

Minimális egy elem oxidációs állapota akkor jelenik meg, amikor az elfogadja minden lehetséges elektront az elektronréteg befejezéséhez.

Tekintsük a 33. számú elem példáján az oxidációs állapotok értékeit.

Ez az arzén As. Az ötödik fő alcsoportba tartozik. 2. ábra. Öt elektron van az utolsó elektronszintjén. Tehát, ha eladjuk őket, akkor az oxidációs állapota +5 lesz. Az elektronréteg befejeződése előtt az As atomból 3 elektron hiányzik. Vonzásukkal -3 oxidációs állapotú lesz.

A fémek és nemfémek elemeinek helyzete a D.I. periódusos rendszerében. Mengyelejev.

Rizs. 3. Fémek és nemfémek helyzete a táblázatban

BAN BEN mellékhatások alcsoportok mind fémek . Ha szellemileg végrehajtja átlós bórtól asztatinig , azután felett ez az átló a fő alcsoportokban lesz minden nemfémek , de lent ez az átló - minden fémek . 3. ábra.

1. No. 1-4 (125. o.) Rudzitis G.E. Szervetlen és szerves kémia. 8. évfolyam: tankönyv oktatási intézmények számára: alapfok / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. M.: Felvilágosodás. 2011 176 p.: ill.

2. Egy atom milyen jellemzői változnak a periodicitás függvényében?

3. Adja meg az oxigén kémiai elem leírását D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében elfoglalt helye szerint!