Перыядычная сістэма элементаў
Перыядычная сістэма хімічных элементаў (табліца Мендзялеева) — класіфікацыя хімічных элементаў, якая ўстанаўлівае залежнасць розных уласцівасцей элементаў ад зарада атамнага ядра. Сістэма з’яўляецца графічным выразам перыядычнага закона, устаноўленага рускім хімікам Д. І. Мендзялеевым ў 1869 годзе. Яе першапачатковы варыянт быў распрацаваны Д. І. Мендзялеевым ў 1869—1871 гадах і ўстанаўліваў залежнасць уласцівасцей элементаў ад іх атамнай вагі (па-сучаснаму, ад атамнай масы). Усяго прапанавана некалькі соцень[1] варыянтаў малюнка перыядычнай сістэмы (аналітычных крывых, табліц, геаметрычных фігур і т. п.). У сучасным варыянце сістэмы мяркуецца звядзенне элементаў у двухмерную табліцу, у якой кожны слупок (група) вызначае асноўныя фізіка-хімічныя ўласцівасці, а радкі ўяўляюць сабой перыяды, у пэўнай меры падобныя адзін аднаму.
Гісторыя адкрыцця
правіцьК сярэдзіне XIX стагоддзя былі адкрыты 63 хімічныя элементы, і спробы знайсці заканамернасці ў гэтым наборы рабіліся неаднаразова. У 1829 годзе Дзёберэйнер апублікаваў знойдзены ім «закон трыяд»: атамныя вагі многіх элементаў блізкія да сярэдняга арыфметычнага двух іншых элементаў, блізкіх да зыходнага па хімічных уласцівасцях (стронцый, кальцый і барый; хлор, бром і ёд і інш.). Першую спробу размясціць элементы ў парадку ўзрастання атамных вагаў распачаў Аляксандр Эміль Шанкуртуа (1862), які размясціў элементы ўздоўж шрубавай лініі і адзначыў часты цыклічны паўтор хімічных уласцівасцей па вертыкалі. Абедзве названыя мадэлі не прыцягнулі ўвагі навуковай грамадскасці.
У 1866 годзе свой варыянт перыядычнай сістэмы прапанаваў хімік і музыкант Джон Аляксандр Ньюлендс, мадэль якога («закон актаў») вонкава трохі нагадвала Мендзялееўскую, але была скампраметавана настойлівымі спробамі аўтара знайсці ў табліцы містычную музычную гармонію. У гэтым жа дзесяцігоддзі з’явілася яшчэ некалькі спроб сістэматызацыі хімічных элементаў; бліжэй за ўсё да канчатковага варыянта падышоў Юліус Лотар Меер (1864). Д. І. Мендзялееў апублікаваў сваю першую схему перыядычнай табліцы ў 1869 годзе ў артыкуле «Суадносіны ўласцівасцей з атамнай вагой элементаў» (у часопісе Рускага хімічнага таварыства); яшчэ раней (люты 1869 года) навуковае паведамленне аб адкрыцці было ім разаслана вядучым хімікам свету. Днём адкрыцця перыядычнага закону лічыцца 1 сакавіка (17 лютага па старым стылі) 1869 года, у які Д. І. Мендзялееў скончыў працу над «Вопытам сістэмы элементаў, заснаванай на іх атамнай вазе і хімічным падабенстве»[2].
Паводле легенды, думка аб сістэме хімічных элементаў прыйшла да Мендзялеева ў сне, аднак вядома, што аднойчы на пытанне, як ён адкрыў перыядычную сістэму, вучоны адказаў: «Я над ёй, можа быць, дваццаць гадоў думаў, а вы думаеце: сядзеў і раптам… гатова».
Напісаўшы на картках асноўныя ўласцівасці кожнага элемента (іх у той час было вядома 63, з якіх адзін — дыдым Di — аказаўся ў далейшым сумессю двух зноў адкрытых элементаў празеадыму і неадыму), Мендзялееў пачынае шматразова перастаўляць гэтыя карткі, складаць з іх рады падобных па уласцівасцях элементаў, супастаўляць рады адзін з іншым[3]. Вынікам працы стаў адпраўлены ў 1869 годзе ў навуковыя ўстановы Расіі і іншых краін першы варыянт сістэмы («Вопыт сістэмы элементаў, заснаванай на іх атамнай вазе і хімічным падабенстве»), у якім элементы былі расстаўленыя па дзевятнаццаці гарызантальных радах (радах падобных элементаў, якія сталі правобразам груп сучаснай сістэмы) і па шасці вертыкальных слупках (правобразах будучых перыядаў). У 1870 годзе Мендзялееў у «Асновах хіміі» публікуе другі варыянт сістэмы («Натуральную сістэму элементаў»), які мае больш звыклы нам выгляд: гарызантальныя слупкі элементаў-аналагаў ператварыліся ў восем вертыкальна размешчаных груп; шэсць вертыкальных слупкоў першага варыянта ператварыліся ў перыяды, якія пачыналіся шчолачным металам і заканчваліся галагенам. Кожны перыяд быў разбіты на два рады; элементы розных уключаных у групу радоў утварылі падгрупы.
Сутнасць адкрыцця Мендзялеева заключалася ў тым, што з ростам атамнай масы хімічных элементаў іх уласцівасці мяняюцца не манатонна, а перыядычна. Пасля пэўнай колькасці розных па ўласцівасцях элементаў, размешчаных па ўзрастанні атамнай вагі, уласцівасці пачынаюць паўтарацца. Напрыклад, натрый падобны на калій, фтор падобны на хлор, а золата падобна на серабро і медзь. Зразумела, уласцівасці не паўтараюцца ў дакладнасці, да іх дадаюцца і змены. Адрозненнем працы Мендзялеева ад работ яго папярэднікаў было тое, што асноў для класіфікацыі элементаў у Мендзялеева была не адна, а дзве — атамная маса і хімічнае падабенства. Для таго, каб перыядычнасць цалкам выконвалася, Мендзялеевым былі зроблены вельмі смелыя крокі: ён выправіў атамныя масы некаторых элементаў (напрыклад, берылія, індыя, урану, торыя, цэрыя, тытана, ітрыя), некалькі элементаў размясціў у сваёй сістэме насуперак прынятым у той час уяўленням аб іх падабенстве з іншымі (напрыклад, талій, які лічыўся шчолачным металам, ён змясціў у трэцюю групу паводле яго фактычнай максімальнай валентнасці), пакінуў у табліцы пустыя клеткі, дзе павінны былі размясціцца пакуль не адкрытыя элементы. У 1871 годзе на аснове гэтых работ Мендзялееў сфармуляваў Перыядычны закон, форма якога з часам была некалькі ўдасканалена.
Навуковая дакладнасць перыядычнага закона атрымала пацвярджэнне вельмі скора: у 1875—1886 гадах былі адкрыты галій (экаалюміній), скандый (экабор) і германій (экасіліцый), для якіх Мендзялееў, карыстаючыся перыядычнай сістэмай, прадказаў не толькі магчымасць іх існавання, але і з дзіўнай дакладнасцю апісаў цэлы шэраг фізічных і хімічных уласцівасцей.
У пачатку XX стагоддзя з адкрыццём будовы атама было ўстаноўлена, што перыядычнасць змены ўласцівасцей элементаў вызначаецца не атамнай вагой, а зарадам ядра, роўным атамнаму нумару і ліку электронаў, размеркаванне якіх па электронных абалонках атама элемента вызначае яго хімічныя ўласцівасці.
Далейшае развіццё перыядычнай сістэмы звязана з запаўненнем пустых клетак табліцы, у якія змяшчаліся ўсё новыя і новыя элементы: высакародныя газы, прыродныя і штучна атрыманыя радыеактыўныя элементы. У 2010 годзе, з сінтэзам 117 элемента, сёмы перыяд перыядычнай сістэмы быў завершаны, праблема ніжняй мяжы табліцы Мендзялеева застаецца адной з найважнейшых у сучаснай тэарэтычнай хіміі. Змены ў перыядычную табліцу хімічных элементаў уносіліся ў 2011 годзе, тады ў яе дадалі элементы 114 і 116.
У пачатку 2016 года сёмы рад табліцы быў запоўнены цалкам. У новых элементаў, якія носяць нумары 113, 115, 117 і 118, пакуль няма пастаянных назваў. Навукоўцы прыдумаюць іх пазней. Усе чатыры элементыя належаць да звышцяжкіх. Першаадкрывальнікам элементаў 115, 117 і 118 прызнаная міжнародная даследчая група, якая складаецца з расійскіх і амерыканскіх навукоўцаў. Гэтая група таксама прэтэндавала на права лічыцца першаадкрывальнікам элемента 113, аднак у выніку эксперты замацавалі гэта адкрыццё за навукоўцамі з Японіі[4].
Структура перыядычнай сістэмы
правіцьНайбольш распаўсюджанымі з’яўляюцца 3 формы табліцы Мендзялеева: «кароткая» (кароткаперыядная), «доўгая» (доўгаперыядная) і «звышдоўгая». У «звышдоўгім» варыянце кожны перыяд займае роўна адзін радок. У «доўгім» варыянце лантаноіды і актыноіды вынесеныя з агульнай табліцы, робячы яе больш кампактнай. У «кароткай» форме запісы, у дадатак да гэтага, чацвёрты і наступныя перыяды займаюць па 2 радкі; сімвалы элементаў галоўных і пабочных падгруп выраўноўваюцца адносна розных старон клетак. Вадарод часам змяшчаюць у 7-ю («кароткая» форма) або 17-ю («доўгая» форма) групу табліцы[5][6].
Ніжэй прыведзены доўгі варыянт (доўгаперыядная форма), зацверджаны Міжнародным саюзам тэарэтычнай і прыкладной хіміі (IUPAC) у якасці асноўнага.
Табліца
правіць| Група → | 1 I A |
2 II A |
3 III B |
4 IV B |
5 V B |
6 VI B |
7 VII B |
8 VIII B |
9 VIII B |
10 VIII B |
11 I B |
12 II B |
13 III A |
14 IV A |
15 V A |
16 VI A |
17 VII A |
18 VIII A |
||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ↓ Перыяд | абалонка ↓ | |||||||||||||||||||
| 1 | 1 H |
2 He |
K | |||||||||||||||||
| 2 | 3 Li |
4 Be |
5 B |
6 C |
7 N |
8 O |
9 F |
10 Ne |
L | |||||||||||
| 3 | 11 Na |
12 Mg |
13 Al |
14 Si |
15 P |
16 S |
17 Cl |
18 Ar |
M | |||||||||||
| 4 | 19 K |
20 Ca |
21 Sc |
22 Ti |
23 V |
24 Cr |
25 Mn |
26 Fe |
27 Co |
28 Ni |
29 Cu |
30 Zn |
31 Ga |
32 Ge |
33 As |
34 Se |
35 Br |
36 Kr |
N | |
| 5 | 37 Rb |
38 Sr |
39 Y |
40 Zr |
41 Nb |
42 Mo |
43 Tc |
44 Ru |
45 Rh |
46 Pd |
47 Ag |
48 Cd |
49 In |
50 Sn |
51 Sb |
52 Te |
53 I |
54 Xe |
O | |
| 6 | 55 Cs |
56 Ba |
57 La |
* | 72 Hf |
73 Ta |
74 W |
75 Re |
76 Os |
77 Ir |
78 Pt |
79 Au |
80 Hg |
81 Tl |
82 Pb |
83 Bi |
84 Po |
85 At |
86 Rn |
P |
| 7 | 87 Fr |
88 Ra |
89 Ac |
** | 104 Rf |
105 Db |
106 Sg |
107 Bh |
108 Hs |
109 Mt |
110 Ds |
111 Rg |
112 Cn |
113 Nh |
114 Fl |
115 Mc |
116 Lv |
117 Ts |
118 Og |
Q |
| * Лантаноіды | 58 Ce |
59 Pr |
60 Nd |
61 Pm |
62 Sm |
63 Eu |
64 Gd |
65 Tb |
66 Dy |
67 Ho |
68 Er |
69 Tm |
70 Yb |
71 Lu |
||||||
| ** Актыноіды | 90 Th |
91 Pa |
92 U |
93 Np |
94 Pu |
95 Am |
96 Cm |
97 Bk |
98 Cf |
99 Es |
100 Fm |
101 Md |
102 No |
103 Lr |
||||||
| Легенда: | Натуральныя элементы | Шчолачныя металы | Шчолачназямельныя металы | Лантаноіды | Актыноіды | Пераходныя металы | ||||
| Штучныя элементы | Металы | Паўметалы | Галагены | Інертныя газы | Неметалы | |||||
Кароткая форма табліцы, якая змяшчае восем груп элементаў[7], была афіцыйна адменена ІЮПАК ў 1989 годзе. З сучаснай замежнай літаратуры кароткая форма выключана цалкам, замест яе выкарыстоўваецца доўгая форма. Такую сітуацыю некаторыя даследчыкі звязваюць у тым ліку з уяўнай рацыянальнай кампактнасцю кароткай формы табліцы, а таксама з інерцыяй, стэрэатыпным мысленнем і неўспрыманнем сучаснай (міжнароднай) інфармацыі[8].
У 1970 году Тэадор Сіборг прапанаваў пашыраную перыядычную табліцу элементаў. Нільсам Борам распрацоўвалася лесвічная (пірамідальная) форма перыядычнай сістэмы. Існуе і мноства іншых, такіх, што рэдка або зусім не выкарыстоўваюцца, але вельмі арыгінальных, спосабаў графічнага адлюстравання перыядычнага закона[9]. Сёння існуюць некалькі сотняў варыянтаў табліцы, пры гэтым навукоўцы прапануюць усё новыя варыянты[10].
Крыніцы
правіць- ↑ У кнізе В. М. Потапов, Г. Н. Хомченко, «Химия», М. 1982 (стр. 26) сцвярджаецца, што іх больш за 400.
- ↑ Периодический закон химических элементов // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 185. — ISBN 5-7155-0292-6.
- ↑ Периодический закон: предыстория, открытие, разработка(недаступная спасылка). Музей-архив Д.И. Менделеева. Архівавана з першакрыніцы 5 сакавіка 2016. Праверана 1 верасня 2012.
- ↑ http://nashaniva.by/?c=ar&i=162885
- ↑ Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1 1973, с. 29.
- ↑ Реми Г., Курс неорганической химии, т. 1 1963, с. 29.
- ↑ Пример короткой формы таблицы.
- ↑ Р. С. Сайфуллин, А. Р. Сайфуллин, «Новая таблица Менделеева», Химия и жизнь, 2003, № 12, стр. 14—17. (В виде PDF-файла(недаступная спасылка) — 6,0 МБ — на сайте «Единой Коллекции цифровых образовательных ресурсов… Архівавана 18 сакавіка 2016.».)
- ↑ Трифонов Д. Н.: Структура и границы периодич. систем. ~М.: 1969
- ↑ Химики предложили улучшить таблицу Менделеева(недаступная спасылка). Lenta.Ru (7 кастрычніка 2009). Архівавана з першакрыніцы 15 мая 2011. Праверана 7 кастрычніка 2009.
Літаратура
правіць- Некрасов Б.В. Основы общей химии. — 3-е изд. — М.: Химия, 1973. — Т. 1. — 656 с.
- Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1963. — Т. 1. — 920 с.