ПЕРІОДИЧНА ТАБЛИЦЯ ЕЛЕМЕНТІВ: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, ЕЛЕМЕНТИ - ХІМІЯ - 2025

Періодична таблиця елементів являє собою інструмент , який дозволяє консультування хімічних властивостей 118 елементів , відомих до цих пір. Це важливо при виконанні стехіометричних обчислень, прогнозуванні фізичних властивостей елемента, класифікації їх та знаходженні періодичних властивостей серед них.

Атоми стають важчими, оскільки їх ядра додають протони та нейтрони, які також повинні супроводжуватися новими електронами; інакше електронейтральність не була б можливою. Таким чином, одні атоми дуже легкі, як водень, а інші - надважкі, як оганезон.

Кому належить таке серце в хімії? Вченому Дмитру Менделєєву, який у 1869 р. (Майже 150 років тому) опублікував після десятиліття теоретичних досліджень та експериментів першу періодичну таблицю в спробі організувати 62 відомі на той час елементи.

Для цього Менделєєв спирався на хімічні властивості, тоді як паралельно Лотар Мейєр опублікував ще одну періодичну таблицю, яка була організована відповідно до фізичних властивостей елементів.

Спочатку таблиця містила «порожні місця», елементи яких не були відомі в ті роки. Однак Менделєєв зміг передбачити кілька його властивостей із помітною точністю. Деякі з цих елементів були: германій (який він назвав ека-кремній) і галієм (ека-алюміній).

Перші періодичні таблиці впорядковували елементи відповідно до їх атомних мас. Це впорядкування виявило певну періодичність (повторення та подібність) у хімічних властивостях елементів; однак перехідні елементи не погодилися з цим порядком, а також шляхетні гази.

З цієї причини потрібно було замовити елементи, що враховують атомне число (кількість протонів), а не атомну масу. Звідси, поряд із наполегливою працею та внесками багатьох авторів, періодична таблиця Менделєєва була доопрацьована та заповнена.

Історія періодичної таблиці

Елементи

Використання елементів як основи для опису навколишнього середовища (точніше, природи) використовується з давніх часів. Однак у той час їх називали фазами та станами матерії, а не тим, як їх називають із середньовіччя.

У стародавніх греків було вірування, що планету, яку ми населяємо, склали чотири основні елементи: вогонь, земля, вода та повітря.

З іншого боку, у Стародавньому Китаї кількість елементів становила п’ять, і на відміну від греків, вони виключали повітря і включали метал і дерево.

Перше наукове відкриття було зроблене в 1669 році німецьким Брендом Хеннінг, який виявив фосфор; станом на цю дату всі наступні позиції були записані.

Варто уточнити, що деякі елементи, такі як золото і мідь, були вже відомі до фосфору; Різниця полягає в тому, що вони ніколи не були зареєстровані.

Символіка

Алхіміки (провісники сьогоднішніх хіміків) давали назви елементам стосовно сузір’їв, їх відкривачів та місць, де вони були виявлені.

У 1808 році Далтон запропонував серію малюнків (символів) для зображення елементів. Пізніше ця система позначень була замінена системою Джона Берцеліуса (раніше вона використовувалася), оскільки модель Далтона ускладнювалася в міру появи нових елементів.

Еволюція схеми

Перші спроби створити карту, яка б організувала інформацію про хімічні елементи, відбулися в 19 столітті з тріадами Доберенейра (1817).

З роками були знайдені нові елементи, що породили нові організаційні моделі до досягнення тієї, що використовується зараз.

Телуричний гвинт Шанкуру (1862)

Олександр-Еміль Бегуйєр де Шанкуруа сконструював паперову спіраль із графіком спіралей (телуричний гвинт).

У цій системі елементи впорядковуються в порядку зростання щодо їх атомної ваги. Подібні елементи вертикально вирівняні.

Октави Ньюленду (1865)

Продовжуючи роботу Деберайнера, британець Джон Олександр Рейна Ньюлендс організував хімічні елементи в порядку порядку щодо атомних ваг, зазначивши, що кожні сім елементів мають схожість за своїми властивостями (водень не включається).

Стіл Менделєєва (1869)

Менделєєв розташовував хімічні елементи в порядку порядку щодо атомної ваги, розміщуючи в цій же колонці ті, властивості яких були аналогічні. Він залишив прогалини у своїй моделі періодичної таблиці, передчуваючи появу нових елементів у майбутньому (крім прогнозування властивостей, які вона повинна мати).

Благородні гази не з'являються в таблиці Менделєєва, оскільки вони ще не були виявлені. Крім того, Менделєєв не розглядав водень.

Періодична таблиця Мозелі (поточна періодична таблиця) - 1913 рік

Генрі Гвін Джеффріс Мозелі запропонував замовити хімічні елементи періодичної таблиці відповідно до їх атомного номера; тобто виходячи з їх кількості протонів.

У 1913 р. Мозелі виголосив "Закон періодичності": "Коли елементи розташовуються в порядку їх атомних чисел, їх фізичні та хімічні властивості демонструють періодичні тенденції".

Таким чином, кожен горизонтальний рядок або період показує один тип відносин, а кожен стовпець або група показує інший.

Як це організовано? (Структура та організація)

Видно, що пастель періодичної таблиці має кілька кольорів. Кожен колір асоціює елементи з подібними хімічними властивостями. Є помаранчеві, жовті, сині, фіолетові стовпчики; зелені квадрати, а яблуко зелена діагональ.

Зауважте, що клітини в середніх стовпцях мають сіруватий колір, тому всі ці елементи повинні мати щось спільне, тобто це перехідні метали з напівповними d орбіталями.

Таким же чином, елементи фіолетових квадратів, хоча вони йдуть від газоподібних речовин, від червонуватої рідини до твердої чорно-фіолетової (йоду) та сріблясто-сірої (астатин), саме їх хімічні властивості роблять їх конгенераторами. Ці властивості регулюються електронними структурами його атомів.

Організація та структура періодичної таблиці не є довільною, але підпорядковується ряду періодичних властивостей та шаблонів значень, визначених для елементів. Наприклад, якщо металевий символ зменшується зліва направо таблиці, металевий елемент у правому верхньому куті очікувати не можна.

Періоди

Елементи розташовані рядками або періодами залежно від рівня енергії їх орбіталей. До періоду 4, коли елементи домоглися один одного в збільшенні порядку атомної маси, було встановлено, що для кожного восьмого з них хімічні властивості повторювалися (закон октав Джона Ньюленда).

Перехідні метали відливали з іншими неметалічними елементами, такими як сірка та фосфор. З цієї причини введення квантової фізики та електронних конфігурацій було життєво важливим для розуміння сучасних періодичних таблиць.

Орбіталі енергетичної оболонки заповнюються електронами (і ядрами протонів і нейтронів), коли вона рухається через період. Цей енергетичний шар йде рука об руку з розміром або атомним радіусом; отже, пункти у верхніх періодах менші, ніж нижче.

Н і Він знаходяться в енергетичному рівні першого (періоду); перший ряд сіруватих квадратів, у четвертому періоді; і ряд помаранчевих квадратів, у шостому періоді. Зауважимо, що, хоча, здається, останній дев'ятий період, він насправді належить до шостого, одразу після жовтого поля для Ба.

Групи

Проходячи через період, з’ясовується, що маса, кількість протонів та електронів збільшуються. У тому ж стовпчику чи групі, хоча маса та протони різняться, кількість електронів у валентній оболонці однакова.

Наприклад, у першому стовпчику або групі Н має поодинокий електрон в орбіталі 1s ¹ , як і Li (2s ¹ ), натрій (3s ¹ ), калій (4s ¹ ) і так далі до отримання кальцію (7с ¹ ). Це число 1 позначає, що ці елементи навряд чи мають валентний електрон, і тому належать до групи 1 (ІА). Кожен предмет знаходиться в різні періоди.

Не рахуючи водню з зеленою коробкою, елементи під ним мають помаранчеву коробку і називаються лужними металами. Ще одне поле праворуч у будь-який період - це група або стовпець 2; тобто його елементи мають два валентні електрони.

Але, рухаючись на крок далі вправо, без відома d орбіталей, ви потрапляєте до групи борів (В) або групи 13 (ІІІА); замість групи 3 (IIIB) або скандію (Sc). Враховуючи заповнення d орбіталей, починає проходити періоди сіруватих квадратів: перехідні метали.

Число протонів проти валентних електронів

При вивченні періодичної таблиці може виникнути плутанина між атомним числом Z або кількістю загальних протонів у ядрі та кількістю валентних електронів. Наприклад, вуглець має Z = 6, тобто він має шість протонів і, отже, шість електронів (інакше він не міг бути атомно зарядженим атомом).

Але з цих шести електронів чотири мають валентність . З цієї причини його електронна конфігурація дорівнює 2s ² 2p ² . позначає два електрони 1s ² замкнутої оболонки, і теоретично вони не беруть участі у формуванні хімічних зв’язків.

Крім того, оскільки вуглець має чотири валентні електрони, "зручно" він розташований у групі 14 (IVA) періодичної таблиці.

Елементи нижче вуглецю (Si, Ge, Sn, Pb і Fl) мають більш високі атомні числа (і атомні маси); але всі вони мають чотири валентних електрона. Це є ключовим для розуміння того, чому предмет належить до однієї групи, а не до іншої.

Елементи періодичної таблиці

Блок s

Як тільки було пояснено, для груп 1 і 2 характерно наявність одного або двох електронів на s орбіталях. Ці орбіталі мають сферичну геометрію, і коли спускається через будь-яку з цих груп, елементи набувають шари, які збільшують розмір атомів.

Оскільки вони мають сильні тенденції у своїх хімічних властивостях та способах реакції, ці елементи організовані як блок s. Тому лужні метали та лужноземельні метали належать до цього блоку. Електронна конфігурація елементів цього блоку - ns (1s, 2s тощо).

Хоча елемент гелій знаходиться у правому верхньому куті таблиці, його електронна конфігурація дорівнює 1s ² і тому належить до цього блоку.

Блок p

На відміну від s блоку, елементи цього блоку повністю заповнюють s орбіталі, тоді як їх p орбіталі продовжують заповнюватися електронами. Електронні конфігурації елементів, що належать до цього блоку, мають тип ns ² np ^1-6 (p орбіталі можуть мати один або до шести електронів для заповнення).

То де в періодичній таблиці знаходиться цей блок? Праворуч: зелені, фіолетові та сині квадрати; тобто неметалічні елементи та важкі метали, такі як вісмут (Bi) та свинець (Pb).

Починаючи з бору, з електронною конфігурацією ns ² np ¹ , вуглець праворуч додає ще один електрон: 2s ² 2p ² . Далі, електронними конфігураціями інших елементів періоду 2 блоку p є: 2s ² 2p ³ (азот), 2s ² 2p ⁴ (кисень), 2s ² 2p ⁵ (фтор) та 2s ² 2p ⁶ (неонові).

Якщо ви спуститеся на нижчі періоди, у вас буде рівень енергії 3: 3s ² 3p ^1-6 і так далі до кінця блоку p.

Зауважимо, що найважливішим у цьому блоці є те, що станом на 4 період, його елементи повністю заповнюють d орбіталі (сині поля праворуч). Якщо коротко: блок s знаходиться зліва від періодичної таблиці, а блок p - праворуч.

Представницькі елементи

Які репрезентативні елементи? Це ті, які, з одного боку, легко втрачають електрони або, з іншого, отримують їх, щоб завершити валентний октет. Іншими словами: вони є елементами блоків s та p.

Їхні групи відрізнялися від інших буквою А наприкінці. Таким чином, було вісім груп: від IA до VIIIA. Але в даний час система нумерації, яка використовується в сучасних періодичних таблицях, є арабською мовою, від 1 до 18, включаючи перехідні метали.

З цієї причини група бору може бути IIIA, або 13 (3 + 10); вуглецева група, ПДВ або 14; і благородних газів, останній праворуч від столу, VIIIA або 18.

Перехідні метали

Перехідні метали - це всі елементи сіруватих квадратів. Протягом періодів їх орбіталі d заповнюються, яких п'ять і тому можуть мати десять електронів. Оскільки для заповнення цих орбіталей у них повинно бути десять електронів, то повинно бути десять груп або стовпців.

Кожну з цих груп у старій системі числення позначали римськими цифрами та літерою В на кінці. Перша група скандію була IIIB (3), залізом, кобальтом і нікелем VIIIB за дуже подібними реакційними реакціями (8, 9 і 10), а також цинка IIB (12).

Як видно, розпізнати групи за арабськими числами набагато простіше, ніж за допомогою римських цифр.

Внутрішні перехідні метали

З 6 періоду періодичної таблиці f орбіталі стають енергетично доступними. Вони повинні бути заповнені першими, ніж d орбіталі; і тому його елементи зазвичай розміщують окремо, щоб не зробити стіл занадто довгим.

Останні два періоди, помаранчевий та сірий, - це внутрішні перехідні метали, які також називаються лантанідами (рідкісними землями) та актиніди. Існує сім f орбіталей, для заповнення яких потрібно чотирнадцять електронів, і тому повинно бути чотирнадцять груп.

Якщо ці групи додати до періодичної таблиці, їх буде 32 (18 + 14), і буде "довга" версія:

Джерело: За Sandbh, з Вікісховища

Світло-рожевий ряд відповідає лантаноїдам, тоді як темно-рожевий ряд відповідає актиноїдам. Лантан, La зі Z = 57, актиній, Ас із Z = 89, і весь блок f належать до тієї ж групи, що і скандій. Чому? Оскільки у скандію є орбітал ^1- го , який присутній у решті лантаноїдів та актиноїдів.

La і Ac мають валентні конфігурації 5d ¹ 6s ² і 6d ¹ 7s ² . Коли ви рухаєтеся вправо через обидва ряди, орбіталі 4f і 5f починають заповнюватися. Після заповнення ви потрапляєте до елементів лютеція, Lu та laurencio, Lr.

Метали та неметали

Залишаючи позаду пирога періодичної таблиці, зручніше вдатися до того, що знаходиться на верхньому зображенні, навіть у його витягнутому вигляді. На даний момент переважна більшість згаданих елементів - це метали.

При кімнатній температурі всі метали - це тверді речовини (крім ртуті, яка є рідкою) із сріблясто-сірим кольором (крім міді та золота). Також вони зазвичай тверді і блискучі; хоча ті з блоків s м'які і тендітні. Ці елементи характеризуються легкістю втрати електронів та утворенням катіонів М ⁺ .

У випадку з лантаноїдами вони втрачають три електрони 5d ¹ 6s ^2, щоб вони стали тривалентними катіонами M ³⁺ (наприклад, La ³⁺ ). Церій, зі свого боку, здатний втратити чотири електрони (Ce ⁴⁺ ).

З іншого боку, неметалічні елементи складають найменшу частину періодичної таблиці. Вони являють собою гази або тверді речовини з ковалентно пов'язаними атомами (наприклад, сірка та фосфор). Усі розташовані в блоці p; точніше, у верхній його частині, оскільки спуск до нижніх періодів посилює металевий характер (Bi, Pb, Po).

Також неметали замість того, щоб втратити електрони, ви їх отримуєте. Таким чином, вони утворюють аніони X ^- з різними негативними зарядами: -1 для галогенів (група 17) і -2 для халькогенів (група 16 - кисню).

Металеві сім'ї

Всередині металів існує внутрішня класифікація, що дозволяє їх відрізняти один від одного:

-Метали групи 1 - лужні

-Група 2, лужноземельні метали (містер Бекамбара)

-Сімейство скандіїв групи 3 (IIIB). Цю родину складають скандій, голова групи, ітрій Y, лантан, актиній та всі лантаноїди та актиноїди.

-Група 4 (IVB), сімейство титанових: Ti, Zr (цирконій), Hf (гафній) і Rf (рутерфордій). Скільки у них валентних електронів? Відповідь у вашій групі.

-Група 5 (VB), сімейство ванадію. 6 група (VIB), сімейство хромових. І так далі до сімейства цинку, група 12 (IIB).

Металоїди

Металевий персонаж посилюється справа наліво і зверху вниз. Але яка межа між цими двома типами хімічних елементів? Цей кордон складається з елементів, відомих як металоїди, які мають характеристики як металів, так і неметалів.

Металоїди можна побачити на періодичній таблиці в «драбині», що починається з бору, а закінчується радіоактивним елементом астатином. Такими елементами є:

-В: бор

-Силікон: Так

-Ге: германій

-Як: миш’як

-Sb: сурма

-Те: телур

-В астатині

Кожен із цих семи елементів має проміжні властивості, які змінюються залежно від хімічного середовища чи температури. Однією з таких властивостей є напівпровідність, тобто металоїди - це напівпровідники.

Гази

У наземних умовах газоподібними елементами є ті легкі неметали, як азот, кисень та фтор. Також хлор, водень та благородні гази потрапляють до цієї класифікації. З усіх них найбільш емблематичними є благородні гази, через їх низьку схильність до реакції та поведінки як вільних атомів.

Останні зустрічаються у групі 18 періодичної таблиці і складають:

-Хеліо, Він

-Неон, Не

-Аргон, Ар

-криптон, Кр

-Ксенон, Ксе

-Радон, Рн

-І найновіший з усіх, оганезон синтетичного благородного газу, Ог.

Усі благородні гази мають спільну валентну конфігурацію ns ² np ⁶ ; тобто вони мають весь валентний октет.

Стани агрегації елементів при інших температурах

Елементи знаходяться в твердому, рідкому або газоподібному стані залежно від температури та сили їх взаємодії. Якщо температура Землі охолоне до приблизно абсолютного нуля (0К), то всі елементи замерзнуть; крім гелію, який би конденсувався.

При цій екстремальній температурі решта газів знаходилася б у формі льоду.

З іншого боку, якби температура була приблизно 6000 К, "усі" елементи були б у газоподібному стані. За цих умов ви могли буквально побачити хмари золота, срібла, свинцю та інших металів.

Використання та застосування

Періодична таблиця сама по собі завжди була і завжди буде інструментом для консультацій із символами, атомними масами, структурами та іншими властивостями елементів. Це надзвичайно корисно при виконанні стехіометричних обчислень, які є порядком дня у багатьох завданнях всередині і поза лабораторією.

Мало того, але і періодична таблиця дозволяє порівнювати елементи однієї групи або періоду. Таким чином, можна передбачити, якими будуть певні сполуки елементів.

Прогнозування оксидних формул

Наприклад, для оксидів лужних металів, оскільки вони мають поодинокий валентний електрон, а отже, валентність +1, формула їх оксидів очікується типу M ₂ O. Це підтверджується оксидом водню, води, H ₂ O. Також з оксидами натрію, Na ₂ O та калію, K ₂ O.

Для інших груп їх оксиди повинні мати загальну формулу M ₂ O _n , де n дорівнює номеру групи (якщо елемент є з блоку p, обчисліть n-10). Таким чином, вуглець, який належить до групи 14, утворює CO ₂ (C ₂ O _4/2 ); сірка, з групи 16, SO ₃ (S ₂ O _6/2 ); і азот, з групи 15, N ₂ O ₅ .

Однак це не стосується перехідних металів. Це тому, що залізо, хоча воно належить до групи 8, не може втратити 8 електронів, а 2 або 3. Тому замість запам'ятовування формул важливіше звернути увагу на валентності кожного елемента.

Валенті стихій

Періодичні таблиці (деякі) показують можливі валентності для кожного елемента. Знаючи це, номенклатуру сполуки та її хімічну формулу можна оцінити заздалегідь. Валентності, як було сказано вище, пов'язані з номером групи; хоча це стосується не всіх груп.

Валентності більше залежать від електронної будови атомів, і які електрони вони можуть насправді набрати або втратити.

Знаючи кількість валентних електронів, ви також можете почати зі структури Льюїса сполуки з цієї інформації. Отже, періодична таблиця дозволяє студентам та професіоналам промальовувати структури та зробити можливість зондування можливих геометрій та молекулярних структур.

Цифрові періодичні таблиці

Сьогодні технологія дозволила періодичним таблицям бути більш універсальними та надавати більше інформації, доступної для всіх. Деякі з них містять яскраві ілюстрації кожного елемента, а також короткий підсумок основних його використання.

Те, як ви взаємодієте з ними, прискорює їх розуміння та вивчення. Періодична таблиця повинна бути приємним для очей інструментом, легким для вивчення, а найефективнішим методом пізнання його хімічних елементів є перехід через неї від періодів до груп.

Важливість періодичної таблиці

На сьогодні періодична таблиця є найважливішим організуючим інструментом у хімії завдяки детальним співвідношенням її елементів. Його використання є важливим як для студентів та викладачів, так і для дослідників та багатьох фахівців, присвячених галузі хімії та техніки.

Просто переглядаючи періодичну таблицю, ви отримуєте величезну кількість та інформацію швидко та ефективно, наприклад:

- Літій (Li), берилій (Be) і бор (B) проводять електрику.

- Літій - лужний метал, берилій - лужноземельний метал, а бор - неметал.

- Літій - найкращий провідник із трьох названих, за ними - берилій та, нарешті, бор (напівпровідник).

Таким чином, розміщуючи ці елементи в періодичній таблиці, миттєво можна зробити висновок про їх схильність до електропровідності.

Список літератури

1. Scerri, E. (2007). Періодична таблиця: її історія та її значення. Оксфорд Нью-Йорк: Оксфордський університетський прес.
2. Scerri, E. (2011). Періодична таблиця: дуже короткий вступ. Оксфорд Нью-Йорк: Оксфордський університетський прес.
3. Мур, Дж. (2003). Хімія для манекенів. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Паб Віллі.
4. Venable, FP. (1896). Розвиток періодичного закону. Істон, Пенсильванія: Хімічна видавнича компанія.
5. Бал, П. (2002). Інгредієнти: екскурсія по елементах. Оксфорд Нью-Йорк: Оксфордський університетський прес.
6. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
7. Королівське хімічне товариство. (2018). Періодична таблиця. Відновлено: rsc.org
8. Річард К. Бенкс. (Січень 2001 р.). Періодична таблиця. Відновлено з: chemistry.boisestate.edu
9. Фізика 2000. (другий). Походження періодичної таблиці. Відновлено з: physics.bk.psu.edu
10. King K. & Nazarewicz W. (7 червня 2018 р.). Чи закінчується періодична таблиця? Відновлено з: msutoday.msu.edu
11. Доктор Дуг Стюарт. (2018). Періодична таблиця. Відновлено з: chemicool.com
12. Мендес А. (16 квітня 2010 р.). Періодична таблиця Менделєєва. Відновлено з: quimica.laguia2000.com