Тема 2: периодический закон и периодическая система химических элементов д.И. Менделеева

 

1. Открытие периодического закона Д.И. Менделеева.

2. Конструкция периодической системы (период, группа, подгруппа).

 

Открытие периодического закона Д.И. Менделеева

Днем открытия периодического закона Д.И. Менделеева считается 1 марта 1869г, хотя путь к этому открытию лежал через долгие годы. Теперь имя Менделеева навечно вошло в список имен величайших ученых мира, а его открытие стало основой современной химии.

В основу классификации химических элементов Д.И. Менделеев положил два основных свойства, известные в то время: 1) атомная масса; 2) химические свойства. Работа по систематике известных элементов (известно их было тогда 63) состояла в том, что Д.И. Менделеев располагал элементы по увеличению их атомных масс с учетом их коренных свойств. Он обнаружил, что элементы сходные в химическом отношении встречаются через определенные интервалы и что, таким образом, в ряду элементов многие их свойства периодически повторяются. Была установлена зависимость свойств элементов от атомных масс.

Эта закономерность получила свое выражение в периодическом законе: свойства простых тел, а так же формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов (масс) элементов.

Закон является новым мощным инструментом в изучении элементов. Он дал возможность заранее определить свойства еще не открытых элементов. Так им были описаны свойства неизвестных в то время элементов под № 21, 31, 32 (он оставил пустые клетки). При жизни Д.И. Менделеева эти три элемента были открыты: в 1875г. открыт ₃₁ Ga (Лекок де Буабодран), 1879 г. – ₂₁Sc (Нильсон и Клеве), 1886 г. – ₃₂Ge (Винклер) и помещены в периодическую систему. Эти три элемента Д.И. Менделеев назвал «укрепителями» периодического закона. Он писал: «Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а обещаются только дальнейшая надстройка и развитие». Располагая элементы по возрастанию атомной массы, Д.И. Менделеев в трёх случаях отказался от этого принципа. Так ₁₈Ar(А=39,948) стоит до ₁₉K(A=39,098); ₂₇Со(А=58,933) находится до ₂₈Ni(A=58,70); ₅₂Te(127,60) до₅₃I(A=126,904). Таким образом, он не придавал исключительного значения атомной массе, а устанавливал место элемента в таблице, учитывая всю совокупность свойств элементов. Развитие теории строения атома показало, что размещение элементов Д.И. Менделеевым в периодической системе совершенно правильное и соответствует строению атомов.

В настоящее время открыто 114 элементов. Есть ли границы периодической системы? Наука отвечает: не может быть резко очерченных границ – ни начала, ни конца периодической системы. Так, в 1953 г. был открыт позитроний (Ps), масса которого почти в 1000 раз меньше атома водорода. Он открывает менделеевскую систему элементов.

Позитроний можно представить в виде электрона и позитрона. Позитрон – частица, по массе близкая к электрону, но имеющая положительный заряд. Позитроний (Ps) – движущийся вокруг общего центра тяжести электрон и позитрон. Позитроний состоит из электронно-позитронной  оболочки и не имеет ядра, но имеет короткое время жизни: около 10^-7 – 10^-10 сек. и исчезает с испусканием фотонов. Позитроний открывает периодическую систему элементов, он является сильным восстановителем и может участвовать в химических реакциях, как восстановитель. Например он восстанавливает ионы: Fe³⁺ до Fe²⁺

 

Открытие позитрония поставило вопрос о существовании совершенно иного материального мира, построенного из антиатомов. Действительно, позитроний находится на границе между атомами – состоящими из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, иантиатомами – системами из отрицательно заряженных ядер и положительно заряженных позитронов:

 

 

Антиатомы существуют, некоторые из них (антиатомы водорода, гелия) изучены экспериментально. Поэтому нельзя говорить о начале периодической системы, т.к. таблица относительно позитрония может повторить в мире антиатомов структуру периодической системы Д.И. Менделеева.

Происходит развитие системы химических элементов в области тяжелых элементов: уже открыт 114 элемент. Возможно, возникнут новые закономерности, дополняющие (но не нарушающие) закон Д.И. Менделеева.

Естественный конец периодической системы определяется порядковым номером элемента, для которого среднее время жизни атомного ядра становится меньше 1*10^-15сек. Для элементов с порядковыми номерами 108-114 это время около 1*10^-12сек. Развитие теории атомных ядер позволило считать, что при больших порядковых номерах могут существовать так называемые «острова стабильности», т.е. отдельные атомы с большим временем жизни.

 

в начало

 

Конструкция периодической системы (период, группа, подгруппа).

Выражением периодического закона является периодическая система химических элементов. Периодическая система – графическое изображение периодического закона. В 1869 г. Менделеев дал набросок таблицы – длинную форму, а в 1870 г. он предложил короткую форму. В современный вариант короткой формы внесены некоторые существенные изменения (благородные газы перенесены из нулевой группы в восьмую группу). В настоящее время известно несколько сот вариантов периодической системы элементов (более 400) и все они в своей основе содержат предложенный Менделеевым принцип построения.

Периодическая система состоит из 7 периодов и 8 групп.

Период – горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра атомов, начинающиеся с типичного металла(щелочного), проходящего через амфотерный элемент и заканчивающийся неметаллом(благородные газы). Номер периода показывает число энергетических уровней. Периоды бывают малые и большие.

 

Таблица