Στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα, έγιναν διάφορες προσπάθειες συστηματοποίησης των στοιχείων και συνδυασμού μετάλλων στο περιοδικό σύστημα. Ήταν κατά τη διάρκεια αυτής της ιστορικής περιόδου που προέκυψε μια τέτοια ερευνητική μέθοδος όπως η χημική ανάλυση.
Από την ιστορία της ανακάλυψης του Περιοδικού Πίνακα Στοιχείων
Χρησιμοποιώντας μια παρόμοια τεχνική για τον προσδιορισμό συγκεκριμένων χημικών ιδιοτήτων, οι επιστήμονες εκείνης της εποχής προσπάθησαν να συνδυάσουν στοιχεία σε ομάδες, με γνώμονα τα ποσοτικά χαρακτηριστικά τους, καθώς και το ατομικό τους βάρος.
Χρήση ατομικού βάρους
Έτσι, ο I. V. Dubereiner το 1817 προσδιόρισε ότι το στρόντιο έχει ατομικό βάρος παρόμοιο με αυτό του βαρίου και του ασβεστίου. Κατάφερε επίσης να ανακαλύψει ότι υπάρχουν πολλά κοινά μεταξύ των ιδιοτήτων του βαρίου, του στροντίου και του ασβεστίου. Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, ο διάσημος χημικός συνέταξε τη λεγόμενη τριάδα στοιχείων. Άλλες ουσίες συνδυάστηκαν σε παρόμοιες ομάδες:
- θείο, σελήνιο, τελλούριο;
- χλώριο, βρώμιο, ιώδιο;
- λίθιο, νάτριο, κάλιο.
Ταξινόμηση κατά χημικές ιδιότητες
L. Ο Gmelin το 1843 πρότεινε έναν πίνακα στον οποίο τακτοποίησε παρόμοιοστοιχεία σε αυστηρή σειρά ανάλογα με τις χημικές τους ιδιότητες. Άζωτο, υδρογόνο, οξυγόνο θεωρούσε τα κύρια στοιχεία, αυτός ο χημικός τα τοποθέτησε έξω από το τραπέζι του.
Κάτω από το οξυγόνο τοποθέτησε τετράδες (4 σημεία το καθένα) και πεντάδες (5 σημεία το καθένα) των στοιχείων. Τα μέταλλα στο περιοδικό σύστημα τοποθετήθηκαν σύμφωνα με την ορολογία του Berzelius. Όπως επινοήθηκε από τον Gmelin, όλα τα στοιχεία προσδιορίστηκαν με μείωση των ιδιοτήτων ηλεκτραρνητικότητας σε κάθε υποομάδα του περιοδικού συστήματος.
Συγχώνευση στοιχείων κάθετα
Ο Alexander Emile de Chancourtois το 1863 έβαλε όλα τα στοιχεία σε αύξοντα ατομικά βάρη σε έναν κύλινδρο, χωρίζοντάς τον σε πολλές κάθετες λωρίδες. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαίρεσης, στοιχεία με παρόμοιες φυσικές και χημικές ιδιότητες βρίσκονται στις κάθετες.
Νόμος των οκτάβων
Δ. Ο Newlands ανακάλυψε το 1864 ένα αρκετά ενδιαφέρον μοτίβο. Όταν τα χημικά στοιχεία είναι διατεταγμένα σε αύξουσα σειρά του ατομικού τους βάρους, κάθε όγδοο στοιχείο παρουσιάζει ομοιότητες με το πρώτο. Ο Newlands ονόμασε ένα παρόμοιο γεγονός νόμο των οκτάβων (οκτώ νότες).
Το περιοδικό του σύστημα ήταν πολύ αυθαίρετο, έτσι η ιδέα ενός παρατηρητικού επιστήμονα ονομάστηκε εκδοχή «οκτάβα», συνδέοντάς τη με τη μουσική. Ήταν η έκδοση Newlands που ήταν πιο κοντά στη σύγχρονη δομή PS. Αλλά σύμφωνα με τον αναφερόμενο νόμο των οκτάβων, μόνο 17 στοιχεία διατήρησαν τις περιοδικές ιδιότητές τους, ενώ τα υπόλοιπα ζώδια δεν έδειχναν τέτοια κανονικότητα.
Τραπέζι για λουλούδια
U. Η Odling παρουσίασε πολλές παραλλαγές πινάκων στοιχείων ταυτόχρονα. Κατά την πρώτηέκδοση, που δημιουργήθηκε το 1857, πρότεινε να τα χωρίσει σε 9 ομάδες. Το 1861, ο χημικός έκανε κάποιες προσαρμογές στην αρχική έκδοση του πίνακα, ομαδοποιώντας πινακίδες με παρόμοιες χημικές ιδιότητες.
Μια παραλλαγή του πίνακα του Odling, που προτάθηκε το 1868, υπέθεσε τη διάταξη 45 στοιχείων σε αύξοντα ατομικά βάρη. Παρεμπιπτόντως, ήταν αυτός ο πίνακας που αργότερα έγινε το πρωτότυπο του περιοδικού συστήματος του D. I. Mendeleev.
Διαίρεση σθένους
L. Ο Meyer το 1864 πρότεινε έναν πίνακα που περιελάμβανε 44 στοιχεία. Τοποθετήθηκαν σε 6 στήλες, σύμφωνα με το σθένος του υδρογόνου. Το τραπέζι είχε δύο μέρη ταυτόχρονα. Η κύρια ένωσε έξι ομάδες, περιλάμβανε 28 ζώδια σε αύξοντα ατομικά βάρη. Στη δομή του, οι πεντάδες και οι τετράδες φάνηκαν από σημάδια παρόμοια με χημικές ιδιότητες. Ο Meyer τοποθέτησε τα υπόλοιπα στοιχεία στον δεύτερο πίνακα.
Η συμβολή του D. I. Mendeleev στη δημιουργία του πίνακα των στοιχείων
Το σύγχρονο περιοδικό σύστημα στοιχείων του D. I. Mendeleev εμφανίστηκε με βάση τους πίνακες του Mayer που καταρτίστηκαν το 1869. Στη δεύτερη εκδοχή, ο Mayer τακτοποίησε τις πινακίδες σε 16 ομάδες, τοποθέτησε τα στοιχεία σε πεντάδες και τετράδες, λαμβάνοντας υπόψη τις γνωστές χημικές ιδιότητες. Και αντί για σθένος, χρησιμοποίησε μια απλή αρίθμηση για τις ομάδες. Δεν υπήρχε βόριο, θόριο, υδρογόνο, νιόβιο, ουράνιο σε αυτό.
Η δομή του περιοδικού συστήματος με τη μορφή που παρουσιάζεται στις σύγχρονες εκδόσεις δεν εμφανίστηκε αμέσως. Μπορεί να διακριθείτρία κύρια στάδια κατά τα οποία δημιουργήθηκε το περιοδικό σύστημα:
- Η πρώτη έκδοση του πίνακα παρουσιάστηκε σε δομικά στοιχεία. Παρατηρήθηκε η περιοδική φύση της σχέσης μεταξύ των ιδιοτήτων των στοιχείων και των τιμών των ατομικών βαρών τους. Ο Mendeleev πρότεινε αυτήν την εκδοχή της ταξινόμησης των ζωδίων το 1868-1869
- Ο επιστήμονας εγκαταλείπει το αρχικό σύστημα, καθώς δεν αντικατόπτριζε τα κριτήρια με τα οποία τα στοιχεία θα έπεφταν σε μια συγκεκριμένη στήλη. Προτείνει να τοποθετηθούν πινακίδες σύμφωνα με την ομοιότητα των χημικών ιδιοτήτων (Φεβρουάριος 1869)
- Το 1870, ο Ντμίτρι Μεντελέεφ εισήγαγε το σύγχρονο περιοδικό σύστημα στοιχείων στον επιστημονικό κόσμο.
Η έκδοση του Ρώσου χημικού έλαβε υπόψη τόσο τη θέση των μετάλλων στο περιοδικό σύστημα όσο και τις ιδιότητες των μη μετάλλων. Με τα χρόνια που πέρασαν από την πρώτη έκδοση της λαμπρής εφεύρεσης του Mendeleev, ο πίνακας δεν έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές. Και σε εκείνα τα μέρη που έμειναν άδεια την εποχή του Ντμίτρι Ιβάνοβιτς, εμφανίστηκαν νέα στοιχεία που ανακαλύφθηκαν μετά τον θάνατό του.
Χαρακτηριστικά του περιοδικού πίνακα
Γιατί θεωρείται ότι το περιγραφόμενο σύστημα είναι περιοδικό; Αυτό οφείλεται στη δομή του πίνακα.
Συνολικά, περιέχει 8 ομάδες και η καθεμία έχει δύο υποομάδες: την κύρια (κύρια) και τη δευτερεύουσα. Αποδεικνύεται ότι υπάρχουν συνολικά 16 υποομάδες. Βρίσκονται κάθετα, δηλαδή από πάνω προς τα κάτω.
Εξάλλου, ο πίνακας έχει επίσης οριζόντιες σειρές που ονομάζονται τελείες. Έχουν και τα δικά τουςπρόσθετη διαίρεση σε μικρά και μεγάλα. Το χαρακτηριστικό του περιοδικού συστήματος συνεπάγεται ότι λαμβάνεται υπόψη η θέση του στοιχείου: η ομάδα, η υποομάδα και η περίοδος του.
Πώς αλλάζουν οι ιδιότητες στις κύριες υποομάδες
Όλες οι κύριες υποομάδες στον περιοδικό πίνακα ξεκινούν με στοιχεία της δεύτερης περιόδου. Για ζώδια που ανήκουν στην ίδια κύρια υποομάδα, ο αριθμός των εξωτερικών ηλεκτρονίων είναι ο ίδιος, αλλά η απόσταση μεταξύ των τελευταίων ηλεκτρονίων και του θετικού πυρήνα ποικίλλει.
Επιπλέον, μια αύξηση στο ατομικό βάρος (σχετική ατομική μάζα) του στοιχείου συμβαίνει σε αυτά από πάνω. Είναι αυτός ο δείκτης που είναι ο καθοριστικός παράγοντας για τον προσδιορισμό προτύπων αλλαγών στις ιδιότητες στις κύριες υποομάδες.
Δεδομένου ότι η ακτίνα (η απόσταση μεταξύ του θετικού πυρήνα και των εξωτερικών αρνητικών ηλεκτρονίων) στην κύρια υποομάδα αυξάνεται, οι μη μεταλλικές ιδιότητες (η ικανότητα αποδοχής ηλεκτρονίων κατά τους χημικούς μετασχηματισμούς) μειώνονται. Όσο για την αλλαγή στις μεταλλικές ιδιότητες (δωρεά ηλεκτρονίων σε άλλα άτομα), θα αυξηθεί.
Χρησιμοποιώντας το περιοδικό σύστημα, μπορείτε να συγκρίνετε τις ιδιότητες διαφορετικών εκπροσώπων της ίδιας κύριας υποομάδας. Την εποχή που ο Mendeleev δημιούργησε το περιοδικό σύστημα, δεν υπήρχαν ακόμη πληροφορίες για τη δομή της ύλης. Εκπληκτικό είναι το γεγονός ότι αφού προέκυψε η θεωρία της δομής του ατόμου, που μελετήθηκε σε εκπαιδευτικά σχολεία και εξειδικευμένα χημικά πανεπιστήμια και επί του παρόντος, επιβεβαίωσε την υπόθεση του Mendeleev και δεν διέψευσε τις υποθέσεις του για τη διάταξη των ατόμων μέσα στον πίνακα.
Ηλεκτραρνητικότητα σεοι κύριες υποομάδες μειώνονται προς τα κάτω, δηλαδή όσο χαμηλότερα βρίσκεται το στοιχείο στην ομάδα, τόσο μικρότερη θα είναι η ικανότητά του να προσκολλά άτομα.
Αλλαγή των ιδιοτήτων των ατόμων σε πλευρικές υποομάδες
Δεδομένου ότι το σύστημα του Mendeleev είναι περιοδικό, η αλλαγή στις ιδιότητες σε τέτοιες υποομάδες συμβαίνει με αντίστροφη σειρά. Τέτοιες υποομάδες περιλαμβάνουν στοιχεία που ξεκινούν από την περίοδο 4 (εκπρόσωποι των οικογενειών d και f). Μέχρι το κάτω μέρος σε αυτές τις υποομάδες, οι μεταλλικές ιδιότητες μειώνονται, αλλά ο αριθμός των εξωτερικών ηλεκτρονίων είναι ίδιος για όλους τους εκπροσώπους μιας υποομάδας.
Χαρακτηριστικά της δομής των περιόδων σε PS
Κάθε νέα περίοδος, με εξαίρεση την πρώτη, στον πίνακα του Ρώσου χημικού ξεκινά με ένα ενεργό αλκαλιμέταλλο. Ακολουθούν τα αμφοτερικά μέταλλα, τα οποία παρουσιάζουν διπλές ιδιότητες στους χημικούς μετασχηματισμούς. Στη συνέχεια, υπάρχουν αρκετά στοιχεία με μη μεταλλικές ιδιότητες. Η περίοδος τελειώνει με ένα αδρανές αέριο (μη μεταλλικό, πρακτικό, χωρίς χημική δραστηριότητα).
Δεδομένου ότι το σύστημα είναι περιοδικό, υπάρχει μια αλλαγή στη δραστηριότητα σε περιόδους. Από αριστερά προς τα δεξιά, η αναγωγική δραστηριότητα (μεταλλικές ιδιότητες) θα μειωθεί, η οξειδωτική δραστηριότητα (μη μεταλλικές ιδιότητες) θα αυξηθεί. Έτσι, τα φωτεινότερα μέταλλα της περιόδου βρίσκονται στα αριστερά και τα αμέταλλα στα δεξιά.
Σε μεγάλες περιόδους, που αποτελούνται από δύο σειρές (4-7), εμφανίζεται και ένας περιοδικός χαρακτήρας, αλλά λόγω της παρουσίας εκπροσώπων της οικογένειας d ή f, υπάρχουν πολύ περισσότερα μεταλλικά στοιχεία στη σειρά.
Ονόματα των κύριων υποομάδων
Μέρος των ομάδων στοιχείων που υπάρχουν στον περιοδικό πίνακα έχει λάβει τα δικά του ονόματα. Οι εκπρόσωποι της πρώτης ομάδας Α της υποομάδας ονομάζονται αλκαλιμέταλλα. Τα μέταλλα οφείλουν αυτό το όνομα στη δράση τους με το νερό, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό καυστικών αλκαλίων.
Η δεύτερη υποομάδα της ομάδας Α θεωρείται μέταλλα αλκαλικών γαιών. Όταν αλληλεπιδρούν με το νερό, τέτοια μέταλλα σχηματίζουν οξείδια, κάποτε ονομάζονταν γαίες. Ήταν από τότε που ένα παρόμοιο όνομα αποδόθηκε στους εκπροσώπους αυτής της υποομάδας.
Μετάλλια της υποομάδας του οξυγόνου ονομάζονται χαλκογόνα και οι εκπρόσωποι της ομάδας 7 Α ονομάζονται αλογόνα. 8 Μια υποομάδα ονομάζεται αδρανή αέρια λόγω της ελάχιστης χημικής της δραστηριότητας.
PS στο σχολικό μάθημα
Για τους μαθητές, συνήθως προσφέρεται μια παραλλαγή του περιοδικού πίνακα, στην οποία, εκτός από ομάδες, υποομάδες, περιόδους, υποδεικνύονται και οι τύποι υψηλότερων πτητικών ενώσεων και υψηλότερων οξειδίων. Ένα τέτοιο τέχνασμα επιτρέπει στους μαθητές να αναπτύξουν δεξιότητες στη σύνταξη ανώτερων οξειδίων. Αρκεί να αντικαταστήσετε το σύμβολο του αντιπροσώπου της υποομάδας αντί για το στοιχείο για να λάβετε το τελικό υψηλότερο οξείδιο.
Αν κοιτάξετε προσεκτικά τη γενική εμφάνιση των πτητικών ενώσεων υδρογόνου, μπορείτε να δείτε ότι είναι χαρακτηριστικό μόνο των μη μετάλλων. Υπάρχουν παύλες στις ομάδες 1-3, καθώς τα μέταλλα είναι τυπικοί εκπρόσωποι αυτών των ομάδων.
Επιπλέον, σε ορισμένα σχολικά εγχειρίδια χημείας, κάθε σημάδι υποδεικνύει την κατανομή των ηλεκτρονίων κατά μήκοςενεργειακά επίπεδα. Αυτές οι πληροφορίες δεν υπήρχαν κατά την περίοδο της εργασίας του Mendeleev, παρόμοια επιστημονικά στοιχεία εμφανίστηκαν πολύ αργότερα.
Μπορείτε επίσης να δείτε τον τύπο του εξωτερικού ηλεκτρονικού επιπέδου, με τον οποίο είναι εύκολο να μαντέψετε σε ποια οικογένεια ανήκει αυτό το στοιχείο. Τέτοιες συμβουλές είναι απαράδεκτες στις εξεταστικές συνεδρίες, επομένως, οι απόφοιτοι των τάξεων 9 και 11, που αποφασίζουν να επιδείξουν τις χημικές τους γνώσεις στο OGE ή στην Ενιαία Κρατική Εξέταση, λαμβάνουν κλασικές ασπρόμαυρες εκδόσεις περιοδικών πινάκων που δεν περιέχουν πρόσθετες πληροφορίες για η δομή του ατόμου, οι τύποι των ανώτερων οξειδίων, η σύνθεση των πτητικών ενώσεων υδρογόνου.
Μια τέτοια απόφαση είναι αρκετά λογική και κατανοητή, γιατί για εκείνους τους μαθητές που αποφάσισαν να ακολουθήσουν τα βήματα του Mendeleev και του Lomonosov, δεν θα είναι δύσκολο να χρησιμοποιήσουν την κλασική έκδοση του συστήματος, απλά δεν χρειάζονται προτροπές.
Ήταν ο περιοδικός νόμος και το σύστημα του D. I. Mendeleev που έπαιξαν τον σημαντικότερο ρόλο στην περαιτέρω ανάπτυξη της ατομικής και μοριακής θεωρίας. Μετά τη δημιουργία του συστήματος, οι επιστήμονες άρχισαν να δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στη μελέτη της σύστασης του στοιχείου. Ο πίνακας βοήθησε να διευκρινιστούν ορισμένες πληροφορίες σχετικά με απλές ουσίες, καθώς και σχετικά με τη φύση και τις ιδιότητες των στοιχείων που σχηματίζουν.
Ο ίδιος ο Mendeleev υπέθεσε ότι σύντομα θα ανακαλυφθούν νέα στοιχεία και προέβλεπε τη θέση των μετάλλων στο περιοδικό σύστημα. Ήταν μετά την εμφάνιση του τελευταίου που ξεκίνησε μια νέα εποχή στη χημεία. Επιπλέον, δόθηκε μια σοβαρή αρχή στον σχηματισμό πολλών σχετικών επιστημών που σχετίζονται με τη δομή του ατόμου καιμετασχηματισμοί στοιχείων.
