Другие формы таблицы менделеева



Варианты таблиц периодической системы Д. И. Менделеева

Известно свыше 400 вариантов таблиц периодической системы, различающихся размещением отдельных групп элементов-аналогов, способом отображения периодического закона. В некоторых из них группа «инертных» газов размещена в правой части (этими элементами заканчиваются периоды в системе), в других — в левой части (ими начинаются периоды), в третьих — в середине таблицы. Есть таблицы, где элементы располагаются не в порядке заполнения электронных уровней в атомах, а в порядке последовательного расположения в левой части таблицы групп s- и р-элементов, в правой части — всех групп d-элементов, а затем f-элементов. Известны варианты, в которых элементы первого периода расположены внизу таблицы, а над ними элементы последующих периодов, что символизирует постепенное усложнение электронной оболочки атомов. Авторы ряда таблиц делят группы элементов на 3 или 4 подгруппы, внося в эти «дополнительные» подгруппы f-элементы.

Однако большинство этих таблиц, оттеняя периодичность изменения тех или иных свойств элементов и их соединений, ничего принципиально нового не вносят в конструкцию периодической системы. Изменение свойств элементов связано со строением электронной оболочки атома, точнее, с емкостью электронных уровней, равной 8, 18 и 32. Отсюда, естественно вытекает три основных варианта клеточного изображения системы элементов, расположенных в порядке увеличения заряда ядра атома или числа электронов в его оболочке. Таблицы в зависимости от того, какой 8-, 18- или 32-элементный период положен в основу их построения, делятся на 8-, 18- и 32-клеточные.

Тридцатидвухклеточная таблица была нами уже рассмотрена (см. табл. 26) — это длиннопериодная таблица. Выше отмечались преимущества этой естественной формы таблицы. Конечно, эта форма отличается меньшей компактностью, чем другие формы таблицы, но считать это недостатком таблицы нет никаких оснований. Небольшое число ученых относят к недостаткам этой таблицы то, что «якобы» в ней разрывается связь между элементами-аналогами главной и побочной подгруппы. Такое мнение нельзя считать обоснованным, так как с точки зрения строения атома элементы-аналоги должны характеризоваться одинаковым значением конфигурационного индекса, что полностью осуществляется в этом варианте таблицы (исключениями являются конфигурационные индексы лантана и актиния, но это будет подробно обсуждено ниже).

Полудлинная таблица (табл. 33) — восемнадцатиклеточная. В такой таблице 14 f-элементов шестого периода — лантаноиды (занимающие места 58-71) и 14 f-элементов седьмого периода — актиноиды (занимающие места 90-103) помещены в отдельных строках под таблицей. Этим приемом авторы хотят придать таблице более компактную форму и сблизить элементы IIIB- и IVB-групп. Такая таблица как бы представляет собой классификацию s-, р- и d-элементов; f-элементы вынесены из общей таблицы и рассматриваются отдельно (семейства лантаноидов и актиноидов).

Таблица 33. Полудлинная таблица периодической системы элементов Д. И. Менделеева

В этой таблице имеются два разрыва в расположении элементов по порядковым номерам: после 57-го элемента помещен 72, а после 89-го — 104 элемент. Об указанном разрыве следует всегда помнить, так как он не позволяет логически использовать правило сдвига при рассмотрении процессов радиоактивного распада, приводящих к взаимному переходу ядер атомов от 57 к 58, от 71 к 72, от 89 к 90 и от 103 к 104 или обратно. В химическом аспекте эта таблица неудобна тем, что в ней трудно проследить причину различия свойств элементов с номерами 72-80 от свойств элементов 40-48, расположенных непосредственно друг под другом. При рассмотрении длиннопериодной таблицы (см. табл. 26) эти причины становятся наглядными. Атомы элементов 72-80, стоящие в периодической системе за лантаноидами, испытывают на себе влияние лантаноидного сжатия * , следствием которого является увеличение ионизационных потенциалов, ослабление восстановительных свойств элементов и резкое возрастание плотности элементарных веществ. Этим важным обстоятельством, раскрывающим природу d-элементов, как нам кажется, нельзя пренебрегать в угоду более компактной форме таблицы.

* ( Уменьшение радиуса атома за счет усиления притяжения внешних электронов с ростом заряда ядра, происходящее при застройке внутреннего f-подуровня.)

Восьмиклеточная таблица, короткая форма периодической системы чаще всего оформляется в следующих трех вариантах: 1) лантаноиды и актиноиды помещены в нижней части таблицы, все d-элементы внесены в группы s- и р-элементов группы разделены на главную и побочную подгруппы (табл. 34); 2) все элементы распределены по 9 группам, включая нулевую, состоящим из двух подгрупп, кроме VIII- и 0-групп (в последних по одной подгруппе); лантаноиды и актиноиды включены в VI и VII периоды (табл. 35) и 3) все f-элементы помещены внутри системы, семейство лантаноидов разделено на два «подсемейства» по семи элементов в каждом, с некоторым сдвигом клеток в сторону от основных клеток групп элементов; триады железа, рутения и осмия помещены в левой части таблицы без нумерации группы (табл. 36).

Таблица 34. Восьмиклеточная (короткая) таблица периодической системы элементов Д. И. Менделеева

Таблица 35. Девятиклеточная таблица периодической системы элементов Д. И. Менделеева с внесением лантаноидов в VI период и актиноидов в VII период

Таблица 36. Короткая таблица периодической системы элементов Д. И. Менделеева с вынесением триад железа, рутения и осмия в отдельную группу без нумерации

Все эти и другие подобные варианты восьмиклеточной таблицы отличаются компактностью, но в них в одни группы попадают s- и p-, s- и d-, p- и d-элементы, атомы которых различаются своей электронной конфигурацией и резко различаются значениями конфигурационных индексов.

Многоцветный вариант таблицы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, изданной в виде открытки, издательством «Химия» гораздо более нагляден. В ней s-элементы окрашены в красный цвет, p-элементы — в желтый, d-элементы — в синий и f-элементы — в черный. В I и II группах s-элементы образуют главные или А-подгруппы, d-элементы — побочные или В-подгруппы; в III-VIII периодах главные (А) подгруппы образованы р-элементами, а побочные (В) подгруппы d-элементами; f-элементы (лантаноиды и актиноиды) вынесены вниз таблицы, в отдельные строки. В этом варианте таблицы учтены все ранее рассмотренные доводы в пользу расположения отдельных элементов по группам в соответствии со строением их атомов и свойствами. Так, водород помещен в VIIA-группу (но поставлен в скобках и в группе IA, как бы напоминая о своем некотором сходстве с одновалентными металлами); Fe, Ru и Os размещены в VIIIB-группе, а Со, Ni, Rh, Pd и Ir, Pt выведены из нее; благородные газы помещены в VIIIA-группу и как бы завершают периоды в таблице.

Однако в этой таблице, как вообще во всех восьмиклеточных таблицах, упор делается на аналогию элементов по вертикали — сходство элементов по максимальной валентности, т. е. по свойству, которое, как показано было выше, изменяется далеко не закономерно. Например, достаточно сравнить все свойства и физико-химические характеристики хлора и марганца, чтобы убедиться в резком их различии (единственная аналогия — образование семивалентных соединений). По химической природе марганец более сходен со своими соседями по периоду, т. е. с хромом и железом, чем с хлором, и в этом случае аналогия по горизонтали доминирует над аналогией по вертикали.

В заключение можно сказать, что все три формы системы: длинная, полудлинная и короткая — могут быть использованы для отображения периодического закона. В каждой из форм имеются свои преимущества и недостатки. Однако связь природы элемента со структурой электронной оболочки атомов наиболее полно и однозначно раскрывается длинной формой системы. Изучение периодического изменения свойств элементов на основе электронных структур атомов принесло химической науке невиданное развитие, и не случайно академик Л. В. Писаржевский назвал данный этап в развитии химии электронным этапом.

В настоящее время опубликованы таблицы периодической системы, включающие «гипотетические» восьмой и девятый периоды (Сиборг, Таубе, Гольданский), в которых размещено по 50 элементов, т. е. на 18 элементов больше, чем в шестом и седьмом периодах. Восьмой период начинается элементом с порядковым номером 119 — экафранцием и заканчивается элементом с порядковым номером 168 — двирадоном. Двирадон по своей химической природе должен быть аналогом благородных газов. В девятом периоде первый элемент — двифранций имеет порядковый номер 169, а последний — трирадон, или эка-экарадон — 218. В последних двух периодах должны появиться новые типы элементов, относящиеся к g-элементам, так как у атомов 18-ти элементов каждого периода будет застраиваться g-подуровень (l = 4), максимальная емкость которого равна 18 [X_l = 2 (2·4 + 1) = 18]. Новые 5g-элементы, расположенные в 8-ом периоде, В. И. Гольданский предложил назвать октадеканидами.

Трудно сказать, когда будет осуществлен синтез неизвестных элементов (Z > 105), и вряд ли многие из них будут получены, так как ядра этих элементов крайне неустойчивы, но возможности синтеза 114- и 126-го элементов уже обсуждаются в литературе (см. ниже).

Источник

Периодическая система химических элементов: как это работает

Рассказываем, как устроена таблица Менделеева и как ею пользоваться.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907)

Выдающийся русский учёный, химик, физик и энергетик. Самым значимым его вкладом в науку стало открытие периодического закона, графическое выражение которого получило название Периодической системы химических элементов.

Периодический закон

К середине XIX века учёные располагали множеством сведений о физических и химических свойствах разных элементов и их соединений. Появилась необходимость упорядочить эти знания и представить их в наглядном виде. Исследователи из разных стран пытались создать классификацию, объединяя элементы по сходству состава и свойств веществ, которые они образуют. Однако ни одна из предложенных систем не охватывала все известные элементы.

Пытался решить эту задачу и молодой русский профессор Д.И. Менделеев. Он собирал и классифицировал информацию о свойствах элементов и их соединений, а затем уточнял её в ходе многочисленных экспериментов. Собрав данные, Дмитрий Иванович записал сведения о каждом элементе на карточки, раскладывал их на столе и многократно перемещал, пытаясь выстроить логическую систему. Долгие научные изыскания привели его к выводу, что свойства элементов и их соединений изменяются с возрастанием атомной массы, однако не монотонно, а периодически.

Так был открыт периодический закон, который учёный сформулировал следующим образом: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Своё открытие Менделеев совершил почти за 30 лет до того, как учёным удалось понять структуру атома. Открытия в области атомной физики позволили установить, что свойства элементов определяются не атомной массой, а зависят от количества электронов, содержащихся в нём. Поэтому современная формулировка закона звучит так:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов.

Этот принцип Менделеев проиллюстрировал в таблице, в которой были представлены все 63 известных на тот момент химических элемента. При её создании учёный предпринял ряд весьма смелых шагов.

Во-первых, многочисленные эксперименты позволили Менделееву сделать вывод, что атомные массы некоторых элементов ранее были вычислены неправильно, и он изменил их в соответствии со своей системой.

Во-вторых, в таблице были оставлены места для новых элементов, открытие которых учёный предсказал, подробно описав их свойства.

Мировое научное сообщество поначалу скептически отнеслось к открытию русского химика. Однако вскоре были открыты предсказанные им химические элементы: галлий, скандий и германий. Это разрушило сомнения в правильности системы Менделеева, которая навсегда изменила науку. Там, где раньше учёному требовалось провести ряд сложнейших (и даже не всегда возможных в реальности) опытов — теперь стало достаточно одного взгляда в таблицу.

Теперь расскажем, как устроена Периодическая таблица элементов Менделеева и как ею пользоваться.

Структура Периодической системы элементов

На настоящий момент Периодическая таблица Менделеева содержит 118 химических элементов. Каждый из них занимает своё место в зависимости от атомного числа. Оно показывает, сколько протонов содержит ядро атома элемента и сколько электронов в атоме находятся вокруг него. Атом каждого последующего элемента содержит на один протон больше, чем предыдущий.

Периоды — это строки таблицы. На данный момент их семь. У всех элементов одного периода одинаковое количество заполненных электронами энергетических уровней.

Группы — это столбцы. В группы в Периодической таблице объединяются элементы с одинаковым числом электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. В кратком варианте таблицы, используемой в школьных учебниках, элементы разделены на восемь групп. Каждая из них делится на главную (A) и побочную (B) подгруппы, которые объединяют элементы со сходными химическими свойствами.

Каждый элемент обозначается одной или двумя латинскими буквами. Порядковый номер элемента (число протонов в его ядре) обычно пишется в левом верхнем углу. Также в ячейке элемента указана его относительная атомная масса (сумма масс протонов и нейтронов). Это усреднённая величина, для расчёта которой используются атомные массы всех изотопов элемента с учётом их содержания в природе. Поэтому обычно она является дробным числом.

Чтобы узнать количество нейтронов в ядре элемента, необходимо вычесть его порядковый номер из относительной атомной массы (массового числа).

Свойства Периодической системы элементов

Расположение химических элементов в таблице Менделеева позволяет сопоставлять не только их атомные массы, но и химические свойства.

Вот как они изменяются в пределах группы (сверху вниз):

• Металлические свойства усиливаются, неметаллические ослабевают.
• Увеличивается атомный радиус.
• Усиливаются основные свойства гидроксидов и кислотные свойства водородных соединений неметаллов.

В пределах периодов (слева направо) свойства элементов меняются следующим образом:

• Металлические свойства ослабевают, неметаллические усиливаются.
• Уменьшается атомный радиус.
• Возрастает электроотрицательность.

Элементы Периодической таблицы Менделеева

По положению элемента в периоде можно определить его принадлежность к металлам или неметаллам. Металлы расположены в левом нижнем углу таблицы, неметаллы — в правом верхнем углу. Между ними находятся полуметаллы. Все периоды, кроме первого, начинается щелочным металлом. Каждый период заканчивается инертным газом.

Щелочные металлы

Первая группа главная подгруппа элементов (IA) — щелочные металлы. Это серебристые вещества (кроме цезия, он золотистый), настолько мягкие, что их можно резать ножом. Поскольку на их внешнем электронном слое находится только один электрон, они очень легко вступают в реакции. Плотность щелочных металлов меньше плотности воды, поэтому они в ней не тонут, а бурно реагируют с образованием щёлочи и водорода. Реакция идёт настолько энергично, что водород может даже загореться или взорваться. Эти металлы настолько активно реагируют с кислородом в воздухе, что их приходится хранить под слоем керосина (а литий — под слоем вазелина).

Учите химию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду CHEMISTRY892020 вы получите бесплатный недельный доступ к курсам химии за 8 класс и 9 класс.

Щелочноземельные металлы

Вторая группа главная подгруппа (IIА) представлена щелочноземельными металлами с двумя электронами на внешнем энергетическом уровне атома. Бериллий и магний часто не относят к щелочноземельным металлам. Они тоже имеют серебристый оттенок и легко взаимодействуют с другими элементами, хотя и не так охотно, как металлы из первой группы главной подгруппы. Температура плавления щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных. Ионы магния и кальция обусловливают жёсткость воды.

Лантаноиды и актиноиды

В третьей группе побочной подгруппе (IIIB) шестого и седьмого периодов находятся сразу несколько металлов, сходных по строению внешнего энергетического уровня и близких по химическим свойствам. У этих элементов электроны начинают заполнять третий по счёту от внешнего электронного слоя уровень. Это лантаноиды и актиноиды. Для удобства их помещают под основной таблицей.

‍Лантаноиды иногда называют «редкоземельными элементами», поскольку они были обнаружены в небольшом количестве в составе редких минералов и не образуют собственных руд.

‍Актиноиды имеют одно важное общее свойство — радиоактивность. Все они, кроме урана, практически не встречаются в природе и синтезируются искусственно.

Переходные металлы

Элементы побочных подгрупп, кроме лантаноидов и актиноидов, называют переходными металлами. Они вполне укладываются в привычные представления о металлах — твёрдые (за исключением жидкой ртути), плотные, обладают характерным блеском, хорошо проводят тепло и электричество. Валентные электроны их атомов находятся на внешнем и предвнешнем энергетических уровнях.

Неметаллы

Правый верхний угол таблицы до инертных газов занимают неметаллы. Неметаллы плохо проводят тепло и электричество и могут существовать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (как углерод или кремний), жидком (как бром) и газообразном (как кислород и азот). Водород может проявлять как металлические, так и неметаллические свойства, поэтому его относят как к первой, так и к седьмой группе Периодической системы.

Подгруппа углерода

Четвёртую группу главную подгруппу (IVА) называют подгруппой углерода. Углерод и кремний обладают всеми свойствами неметаллов, германий и олово занимают промежуточную позицию, а свинец имеет выраженные металлические свойства. Углерод образует несколько аллотропных модификаций — вариантов простых веществ, отличающихся по своему строению, а именно: графит, алмаз, фуллерит и другие.

Большинство элементов подгруппы углерода — полупроводники (проводят электричество за счёт примесей, но хуже, чем металлы). Графит, германий и кремний используют при изготовлении полупроводниковых элементов (транзисторы, диоды, процессоры и так далее).

Подгруппа азота

Пятую группу главную подгруппу (VA) называют пниктогенами или подгруппой азота. В ходе реакций эти элементы могут как отдавать электроны, так и принимать их, завершая внешний энергетический уровень.

Физические свойства элементов подгруппы азота различны. Азот является бесцветным газом. Фосфор, мягкое вещество, образует несколько вариантов аллотропных модификаций — белый, красный и чёрный фосфор. Мышьяк — твёрдый полуметалл, способный проводить электрический ток. Висмут — блестящий серебристо-белый металл с радужным отливом.

Азот — основное вещество в составе атмосферы нашей планеты. Некоторые элементы подгруппы азота токсичны для человека (фосфор, мышьяк, висмут). При этом азот и фосфор являются важными элементами почвенного питания растений, поэтому они входят в состав большинства удобрений. Азот и фосфор также участвуют в формировании важнейших молекул живых организмов — белков и нуклеиновых кислот.

Подгруппа кислорода

Халькогены или подгруппа кислорода — элементы шестой группы главной подгруппы (VIA). Для завершения внешнего электронного уровня атомам этих элементов не хватает лишь двух электронов, поэтому они проявляют сильные окислительные (неметаллические) свойства. Однако, по мере продвижения от кислорода к полонию они ослабевают.

Кислород образует две аллотропные модификации — кислород и озон — тот самый газ, который образует экран в атмосфере планеты, защищающий живые организмы от жёсткого космического излучения.

Кислород и сера легко образуют прочные соединения с металлами — оксиды и сульфиды. В виде этих соединений металлы часто входят в состав руд.

Галогены

Седьмая группа главная подгруппа (VIIA) представлена галогенами — неметаллами с семью электронами на внешнем электронном слое атома. Это сильнейшие окислители, легко вступающие в реакции. Галогены («рождающие соли») назвали так потому, что они реагируют со многими металлами с образованием солей. Например, хлор входит в состав обычной поваренной соли.

Самый активный из галогенов — фтор. Он способен разрушать даже молекулы воды, за что и получил своё грозное имя (слово «фтор» переводится на русский язык как «разрушительный»). А его «близкий родственник» — иод — используется в медицине в виде спиртового раствора для обработки ран.

Инертные газы

‍Инертные газы, расположенные в последней, восьмой группе главной подгруппе (VIIIA) — элементы с полностью заполненным внешним электронным уровнем. Они практически не способны участвовать в реакциях. Поэтому их иногда называют «благородными», проводя параллель с представителями высшего общества, которые брезгуют контактировать с посторонними.

У инертных газов есть удивительная способность: они светятся под действием электромагнитного излучения, поэтому используются для создания ламп. Так, неон используется для создания светящихся вывесок и реклам, а ксенон — в автомобильных фарах и фотовспышках.

Гелий обладает массой всего в два раза больше массы молекулы водорода, но, в отличие от последнего, не взрывоопасен и используется для заполнения воздушных шаров.

Источник

Другие формы таблицы менделеева

Наиболее распространёнными являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая», «длинная», «сверхдлинная».

В «короткой» форме записи четвертый и последующие периоды занимают по 2 строчки.

В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает одну строчку.

В качестве основного варианта IUPAC утвердил длинный вариант Периодической таблицы. Короткая форма таблицы, содержащая восемь групп элементов, официально отменена ИЮПАК еще в 1989 г.

Нильсом Бором разработана лестничная (пирамидальная) форма периодической системы.

Существует несколько сотен вариантов, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных, способов графического или табличного отображения Периодического закона, при этом учёные предлагают всё новые варианты.

Познакомиться с разнообразием Периодических таблиц химических элементов, собранных со всего мира, можно на выставке, посвященной открытию Международного года Периодической таблицы, проводимой под эгидой ЮНЕСКО и Правительства Российской Федерации, при поддержке Российской Академии Наук, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.

Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.).

Самая большая Периодическая таблица была установлена на стенах химического факультета в Университете Мурсии в Испании. В общей сложности она занимает в общей сложности 150 м 2 . Она состоит из 118 металлических квадратов размером 75×75 см. В неё включены все известные химические элементы, каждый из которых занимает отдельный квадрат.

В 2006 г. в Чикаго (США) временно была организована восьмиэтажная периодическая таблица выполненная с помощью плакатов.

Памятник Менделееву перед химическим факультетом Словацкого технологического университета в Братиславе:

В 2003 году студенты университета Уэйк Форест спроектировали стол и скамью для пикника в форме таблицы Менделеева.

На стене ВНИИ метрологии имени Д.И. Менделева в Санкт-Петербурге размещено мозаичное панно – Периодическая таблица химических элементов. В 1932 году рядом со зданием был установлен памятник великому русскому химику.

Источник

Периодическая система элементов

Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов (табли́ца Менделе́ева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от массового числа атомов (или их атомной массы). Всего предложено несколько сот [1] вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

Содержание

История открытия

К середине XIX века были открыты почти 60 химических элементов, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно. В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад»: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий, хлор, бром и йод и др.). Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Обе указанные модели не привлекли внимания научной общественности.

В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого («закон октав») внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864). Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира.

По легенде, мысль о системе химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Написав на карточках основные свойства каждого элемента (их в то время было известно 63, из которых один — дидим Di — оказался в дальнейшем смесью двух вновь открытых элементов, празеодима и неодима), Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.

Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов, несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которая со временем была несколько усовершенствована.

Научная достоверность Периодического закона получили подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, целый ряд физических и химических свойств.

В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу электронов, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента определяет его химические свойства.

Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались всё новые и новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы. Седьмой период периодической системы до сих пор не завершён, проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии.

Структура периодической системы

Распространённее других являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по 2 строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток.

Ниже приведён длинный вариант (длиннопериодная форма), утверждённый Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве основного.

Источник

Таблица Менделеева. Такая разная.

1 марта 1869 года Менделеев закончил свою работу «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Этот день считается днём открытия периодического закона элементов Д.М. Менделеева. «Открытие Д.И. Менделеева относится к фундаментальным законам мироздания, таким как закон всемирного тяготения Ньютона или теория относительности Эйнштейна, а Д.М. Менделеев стоит в одном ряду с именами этих великих физиков». Академик А.И. Русанов.
«Периодическая система как была, так и осталась в самых новейших решениях проблемы о веществе главной путеводной звездой». Проф. А. Н. Реформатский.

«Когда подходишь к оценке личностей, подобных Д. И. Менделееву, к анализу их научного творчества, невольно является желание отыскать в этом творчестве элементы, всего более отмеченные печатью гения. Из всех признаков, отличающих гениальность и ее проявление, два, кажется, являются наиболее показательными: это, во-первых, способность охватывать и объединять широкие области знания и, во-вторых, способность к резким скачкам мысли, к неожиданному сближению фактов и понятий, которые для обыкновенного смертного кажутся далеко стоящими друг от друга и ничем не связанными, по крайнем мере до того момента, когда такая связь будет обнаружена и доказана». Л. А. Чугаев, профессор химии.

Да и сам Менделеев понимал огромное значение открытого им закона для науки. И верил в его дальнейшее развитие. «По видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает». Д.И. Менделеев.

Первоначальный вид таблицы, написанный рукой Д.И. Менделеева.
Если бы все научные знания мира пропали бы, из-за какого либо катаклизма, то для возрождения цивилизации одним из главных законов стал бы периодический закон Д.И. Менделеева. Успехи атомной физики, включая ядерную энергетику и синтез искусственных элементов, стали возможными лишь благодаря Периодическому закону. В свою очередь, они расширили и углубили сущность закона Менделеева.

Периодический закон сыграл огромную роль в развитии химии и других естественных наук. Была открыта взаимная связь между всеми элементами, их физическими и химическими свойствами. Это поставило перед естествознанием научно-философскую проблемы огромной важности: эта взаимная связь должно получить объяснение.
Открытию периодического закона предшествовало 15 лет напряженной работы. Ко времени открытия периодического закона было известно 63 химических элемента, существовало около 50 различных классификаций. Большинство ученых сравнивали между собой только сходные по свойствам элементы, поэтому не смогли открыть закон. Менделеев же сравнивал между собой все, в том числе и несходные элементы. Менделеев выписал на карточки все известные сведения об открытых и изученных в то время химических элементах и их соединениях, расположил их в порядке возрастания их относительных атомных масс и всесторонне проанализировал всю эту совокупность, пытаясь найти в ней определенные закономерности. В результате напряженного творческого труда он обнаружил в этой цепочке отрезки, в которых свойства химических элементов и образованных ими веществ изменялись сходным образом – периодически – периоды. С развитием учения о строении электронной оболочки атомов стало ясно, почему свойства атомов показывают периодичность с возрастанием атомной массы. Атомы с одинаковой внешней сферой составляют одну группу. Атомы с одинаковым числом внешних сфер — составляют один ряд. Атомы с ядрами, имеющими одинаковые заряды, но разные массы, обладают одинаковыми химическими свойствами, но разными атомными весами и представляют собой изотопы одного и того же химического элемента. По существу свойства атомов отражают свойства внешних электронных оболочек, которые тесно связанны с законами квантовой физики.

Сама таблица Менделеева много раз трансформировалась, отображая разную информацию о свойствах атомов. Встречаются и курьёзные таблицы.

Источник