Любой, кто ходил в школу, помнит, что одним из обязательных для изучения предметов была химия. Она могла нравиться, а могла и не нравиться – это не важно. И вполне вероятно, что многие знания по этой дисциплине уже забыты и в жизни не применяются. Однако таблицу химических элементов Д. И. Менделеева наверняка помнит каждый. Для многих она так и осталась разноцветной таблицей, где в каждый квадратик вписаны определённые буквы, обозначающие названия химических элементов. Но здесь мы не будем говорить о химии как таковой, и описывать сотни химических реакций и процессов, а расскажем о том, как вообще появилась таблица Менделеева – эта история будет интересна любому человеку, да и вообще всем тем, кто охоч до интересной и полезной информации.
В далёком 1668 году выдающимся ирландским химиком, физиком и богословом Робертом Бойлем была опубликована книга, в которой было развенчано немало мифов об алхимии, и в которой он рассуждал о необходимости поиска неразложимых химических элементов. Учёный также привёл их список, состоящий всего из 15 элементов, но допускал мысль о том, что могут быть ещё элементы. Это стало отправной точкой не только в поиске новых элементов, но и в их систематизации.
Сто лет спустя французским химиком Антуаном Лавуазье был составлен новый перечень, в который входили уже 35 элементов. 23 из них позже были признаны неразложимыми. Но поиск новых элементов продолжался учёными по всему миру. И главную роль в этом процессе сыграл знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев – он впервые выдвинул гипотезу о том, что между атомной массой элементов и их расположением в системе может быть взаимосвязь.
Благодаря кропотливому труду и сопоставлению химических элементов Менделеев смог обнаружить связь между элементами, в которой они могут быть одним целым, а их свойства являются не чем-то само собой разумеющимся, а представляют собой периодически повторяющееся явление. В итоге, в феврале 1869 года Менделеев сформулировал первый периодический закон, а уже в марте его доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» был представлен на рассмотрение Русского химического общества историком химии Н. А. Меншуткиным. Затем в том же году публикация Менделеева была напечатана в журнале «Zeitschrift fur Chemie» в Германии, а в 1871 году новую обширную публикацию учёного, посвящённую его открытию, опубликовал другой немецкий журнал «Annalen der Chemie».
Основная идея к 1869 году уже была сформирована Менделеевым, причём за довольно короткое время, но оформить её в какую-либо упорядоченную систему, наглядно отображающую, что к чему, он долго не мог. В одном из разговоров со своим соратником А. А. Иностранцевым он даже сказал, что в голове у него уже всё сложилось, но вот привести всё к таблице он не может. После этого, согласно данным биографов Менделеева, он приступил к кропотливой работе над своей таблицей, которая продолжалась трое суток без перерывов на сон. Перебирались всевозможные способы организации элементов в таблицу, а работа была осложнена ещё и тем, что в тот период наука знала ещё не обо всех химических элементах. Но, несмотря на это, таблица всё же была создана, а элементы систематизированы.
Многие слышали историю, что Д. И. Менделееву его таблица приснилась. Эта версия активно распространялась вышеупомянутым соратником Менделеева А. А. Иностранцевым в качестве забавной истории, которой он развлекал своих студентов. Он говорил, что Дмитрий Иванович лёг спать и во сне отчётливо увидел свою таблицу, в которой все химические элементы были расставлены в нужном порядке. После этого студенты даже шутили, что таким же способом была открыта 40° водка. Но реальные предпосылки для истории со сном всё же были: как уже упоминалось, Менделеев работал над таблицей без сна и отдыха, и Иностранцев однажды застал его уставшим и вымотанным. Днём Менделеев решил немного передохнуть, а некоторое время спустя, резко проснулся, сразу же взял листок бумаги и изобразил на нём уже готовую таблицу. Но сам учёный опровергал всю эту историю со сном, говоря: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Так что легенда о сне может быть и очень привлекательна, но создание таблицы стало возможным только благодаря упорному труду.
В период с 1869 по 1871 годы Менделеев развивал идеи периодичности, к которым склонялось научное сообщество. И одним из важных этапов данного процесса стало понимание того, что любой элемент в системе должно располагать, исходя из совокупности его свойств в сравнении со свойствами остальных элементов. Основываясь на этом, а также опираясь на результаты исследований в изменении стеклообразующих оксидов, химику удалось внести поправки в значения атомных масс некоторых элементов, среди которых были уран, индий, бериллий и другие.
Пустые клетки, остававшиеся в таблице, Менделеев, конечно же, хотел скорее заполнить, и в 1870 году предсказал, что в скором времени будут открыты неизвестные науке химические элементы, атомные массы и свойства которых он сумел вычислить. Первыми из них стали галлий (открыт в 1875 году), скандий (открыт в 1879 году) и германий (открыт в 1885 году). Затем прогнозы продолжили реализовываться, и были открыты ещё восемь новых элементов, среди которых: полоний (1898 год), рений (1925 год), технеций (1937 год), франций (1939 год) и астат (1942-1943 годы). Кстати, в 1900 году Д. И. Менделеев и шотландский химик Уильям Рамзай пришли к мнению, что в таблицу должны быть включены и элементы нулевой группы – до 1962 года они назывались инертными, а после – благородными газами.
Химические элементы в таблице Д. И. Менделеева расположены по рядам, в соответствии с возрастанием их массы, а длина рядов подобрана так, чтобы находящиеся в них элементы имели схожие свойства. Например, благородные газы, такие как радон, ксенон, криптон, аргон, неон и гелий с трудом вступают в реакции с другими элементами, а также имеют низкую химическую активность, из-за чего расположены в крайнем правом столбце. А элементы левого столбца (калий, натрий, литий и т.д.) отлично реагируют с прочими элементами, а сами реакции носят взрывной характер. Говоря проще, внутри каждого столбца элементы имеют подобные свойства, варьирующиеся при переходе от одного столбца к другому. Все элементы, вплоть до №92 встречаются в природе, а с №93 начинаются искусственные элементы, которые могут быть созданы лишь в лабораторных условиях.
В своём первоначальном варианте периодическая система понималась только как отражение существующего в природе порядка, и никаких объяснений, почему всё должно обстоять именно так, не было. И лишь когда появилась квантовая механика, истинный смысл порядка элементов в таблице стал понятен.
Говоря о том, какие уроки творческого процесса можно извлечь из всей истории создания периодической таблицы Д. И. Менделеева, можно привести в пример идеи английского исследователя в области творческого мышления Грэма Уоллеса и французского учёного Анри Пуанкаре. Приведём их вкратце.
Согласно исследованиям Пуанкаре (1908 год) и Грэма Уоллеса (1926 год), существует четыре основных стадии творческого мышления:
Как мы видим, в процессе создания своей таблицы Менделеев интуитивно следовал именно этим четырём этапам. Насколько это эффективно, можно судить по результатам, т.е. по тому, что таблица была создана. А учитывая, что её создание стало огромным шагом вперёд не только для химической науки, но и для всего человечества, приведённые выше четыре этапа могут быть применимы как к реализации небольших проектов, так и к осуществлению глобальных замыслов. Главное помнить, что ни одно открытие, ни одно решение задачи не могут быть найдены сами по себе, как бы ни хотели мы увидеть их во сне и сколько бы ни спали. Чтобы что-то получилось, не важно, создание это таблицы химических элементов или разработка нового маркетинг-плана, нужно обладать определёнными знаниями и навыками, а также умело использовать свои потенциал и упорно работать.
Мы желаем вам успехов в ваших начинаниях и успешной реализации задуманного!
Периодический закон Д.И. Менделеева и периодическая система химических элементов имеет большое значение в развитии химии. Окунемся в 1871 год, когда профессор химии Д.И. Менделеев, методом многочисленных проб и ошибок, пришел к выводу, что «… свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Периодичность изменения свойств элементов возникает вследствие периодического повторения электронной конфигурации внешнего электронного слоя с увеличением заряда ядра.
«свойства химических элементов (т.е. свойства и форма образуемых ими соединений) находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов химических элементов».
Преподавая химию, Менделеев понимал, что запоминание индивидуальных свойств каждого элемента, вызывает у студентов трудности. Он стал искать пути создания системного метода, чтобы облегчить запоминание свойств элементов. В результате появилась естественная таблица , позже она стала называться периодической .
Наша современная таблица очень похожа на менделеевскую. Рассмотрим ее подробнее.
Периодическая таблица Менделеева состоит из 8 групп и 7 периодов.
Вертикальные столбцы таблицы называют группами . Элементы, внутри каждой группы, обладают сходными химическими и физическими свойствами. Это объясняется тем, что элементы одной группы имеют сходные электронные конфигурации внешнего слоя, число электронов на котором равно номеру группы. При этом группа разделяется на главные и побочные подгруппы .
В Главные подгруппы входят элементы, у которых валентные электроны располагаются на внешних ns- и np- подуровнях. В Побочные подгруппы входят элементы, у которых валентные электроны располагаются на внешнем ns- подуровне и внутреннем (n — 1) d- подуровне (или (n — 2) f- подуровне).
Все элементы в периодической таблице , в зависимости от того, на каком подуровне (s-, p-, d- или f-) находятся валентные электроны классифицируются на: s- элементы (элементы главной подгруппы I и II групп), p- элементы (элементы главных подгрупп III — VII групп), d- элементы (элементы побочных подгрупп), f- элементы (лантаноиды, актиноиды).
Высшая валентность элемента (за исключением O, F, элементов подгруппы меди и восьмой группы) равна номеру группы, в которой он находится.
Для элементов главных и побочных подгрупп одинаковыми являются формулы высших оксидов (и их гидратов). В главных подгруппах состав водородных соединений являются одинаковыми, для элементов, находящихся в этой группе. Твердые гидриды образуют элементы главных подгрупп I — III групп, а IV — VII групп образуют а газообразные водородные соединения. Водородные соединения типа ЭН 4 – нейтральнее соединения, ЭН 3 – основания, Н 2 Э и НЭ — кислоты.
Горизонтальные ряды таблицы называют периодами . Элементы в периодах отличаются между собой, но общее у них то, что последние электроны находятся на одном энергетическом уровне (главное квантовое число n — одинаково).
Первый период отличается от других тем, что там находятся всего 2 элемента: водород H и гелий He.
Во втором периоде находятся 8 элементов (Li - Ne). Литий Li – щелочной металл начинает период, а замыкает его благородный газ неон Ne.
В третьем периоде, также как и во втором находятся 8 элементов (Na - Ar). Начинает период щелочной металл натрий Na, а замыкает его благородный газ аргон Ar.
В четвёртом периоде находятся 18 элементов (K - Kr) – Менделеев его обозначил как первый большой период. Начинается он также с щелочного металла Калий, а заканчивается инертным газом криптон Kr. В состав больших периодов входят переходные элементы (Sc - Zn) — d- элементы.
В пятом периоде, аналогично четвертому находятся 18 элементов (Rb - Xe) и структура его сходна с четвёртым. Начинается он также с щелочного металла рубидий Rb, а заканчивается инертным газом ксенон Xe. В состав больших периодов входят переходные элементы (Y - Cd) — d- элементы.
Шестой период состоит из 32 элементов (Cs - Rn). Кроме 10 d -элементов (La, Hf - Hg) в нем находится ряд из 14 f -элементов(лантаноиды)- Ce — Lu
Седьмой период не закончен. Он начинается с Франций Fr, можно предположить, что он будет содержать, также как и шестой период, 32 элемента, которые уже найдены (до элемента с Z = 118).
Если посмотреть на периодическую таблицу Менделеева и провести воображаемую черту, начинающуюся у бора и заканчивающуюся между полонием и астатом, то все металлы будут находиться слева от черты, а неметаллы – справа. Элементы, непосредственно прилегающие к этой линии будут обладать свойствами как металлов, так и неметаллов. Их называют металлоидами или полуметаллами. Это бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур и полоний.
Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Существует четыре основных периодических закономерности:
Правило октета
утверждает, что все элементы стремятся приобрести или потерять электрон, чтобы иметь восьмиэлектронную конфигурацию ближайшего благородного газа. Т.к. внешние s- и p-орбитали благородных газов полностью заполнены, то они являются самыми стабильными элементами.
Энергия ионизации
– это количество энергии, необходимое для отрыва электрона от атома. Согласно правилу октета, при движении по периодической таблице слева направо для отрыва электрона требуется больше энергии. Поэтому элементы с левой стороны таблицы стремятся потерять электрон, а с правой стороны – его приобрести. Самая высокая энергия ионизации у инертных газов. Энергия ионизации уменьшается при движении вниз по группе, т.к. у электронов низких энергетических уровней есть способность отталкивать электроны с более высоких энергетических уровней. Это явление названо эффектом экранирования
. Благодаря этому эффекту внешние электроны мене прочно связаны с ядром. Двигаясь по периоду энергия ионизации плавно увеличивается слева направо.
Сродство к электрону – изменение энергии при приобретении дополнительного электрона атомом вещества в газообразном состоянии. При движении по группе вниз сродство к электрону становится менее отрицательным вследствие эффекта экранирования.
Электроотрицательность — мера того, насколько сильно стремится притягивать к себе электроны связанного с ним другого атома. Электроотрицательность увеличивается при движении в периодической таблице слева направо и снизу вверх. При этом надо помнить, что благородные газы не имеют электроотрицательности. Таким образом, самый электроотрицательный элемент – фтор.
На основании этих понятий, рассмотрим как меняются свойства атомов и их соединений в таблице Менделеева.
Итак, в периодической зависимости находятся такие свойства атома, которые связанны с его электронной конфигурацией: атомный радиус, энергия ионизации, электроотрицательность.
Рассмотрим изменение свойств атомов и их соединений в зависимости от положения в периодической системе химических элементов .
Неметалличность атома увеличивается при движении в периодической таблице слева направо и снизу вверх . В связи с этим основные свойства оксидов уменьшаются, а кислотные свойства увеличиваются в том же порядке — при движении слева направо и снизу вверх. При этом кислотные свойства оксидов тем сильнее, чем больше степень окисления образующего его элемента
По периоду слева направо основные свойства гидроксидов ослабевают,по главным подгруппам сверху вниз сила оснований увеличивается. При этом, если металл может образовать несколько гидроксидов, то с увеличением степени окисления металла, основные свойства гидроксидов ослабевают.
По периоду слева направо увеличивается сила кислородосодержащих кислот. При движении сверху вниз в пределах одной группы сила кислородосодержащих кислот уменьшается. При этом сила кислоты увеличивается с увеличением степени окисления образующего кислоту элемента.
По периоду слева направо увеличивается сила бескислородных кислот. При движении сверху вниз в пределах одной группы сила бескислородных кислот увеличивается.
Категории ,Инструкция
Периодическая система представляет собой многоэтажный «дом», в котором располагается большое количество квартир. Каждый «жилец» или в своей собственной квартире под определенным номером, который является постоянным. Помимо этого элемент имеет «фамилию» или название, например кислород, бор или азот. Кроме этих данных в каждой «квартире» или указана такая информация, как относительная атомная масса, которая может иметь точные или округленные значения.
Как в любом доме, здесь имеются «подъезды», а именно группы. Причем в группах элементы располагаются слева и справа, образуя . В зависимости от того, с какой стороны их больше, та называется главной. Другая подгруппа, соответственно, будет побочной. Также в таблице имеются «этажи» или периоды. Причем периоды могут быть как большими (состоят из двух рядов) так и малыми (имеют только один ряд).
По таблице можно показать строение атома элемента, каждый из которых имеет положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а также вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Число протонов и электронов численно совпадает и определяется в таблице по порядковому номеру элемента. Например, химический элемент сера имеет №16, следовательно, будет иметь 16 протонов и 16 электронов.
Чтобы определить количество нейтронов (нейтральных частиц, также расположенных в ядре) вычтите из относительной атомной массы элемента его порядковый номер. Например, железо имеет относительную атомную массу равную 56 и порядковый номер 26. Следовательно, 56 – 26 = 30 протонов у железа.
Электроны находятся на разном расстоянии от ядра, образуя электронные уровни. Чтобы определить число электронных (или энергетических) уровней, нужно посмотреть на номер периода, в котором располагается элемент. Например, находится в 3 периоде, следовательно, у него будет 3 уровня.
По номеру группы (но только для главной подгруппы) можно определить высшую валентность. Например, элементы первой группы главной подгруппы (литий, натрий, калий и т.д.) имеют валентность 1. Соответственно, элементы второй группы (бериллий, кальций и т.д.) будут иметь валентность равную 2.
Также по таблице можно проанализировать свойства элементов. Слева направо металлические , а неметаллические усиливаются. Это хорошо видно на примере 2 периода: начинается щелочным металлом , затем щелочноземельный металл магний, после него элемент алюминий, затем неметаллы кремний, фосфор, сера и заканчивается период газообразными веществами – хлором и аргоном. В следующем периоде наблюдается аналогичная зависимость.
Сверху вниз также наблюдается закономерность – металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. То есть, например, цезий гораздо активнее по сравнению с натрием.
Для удобства лучше использовать цветной вариант таблицы.
Открытие периодического закона и создание упорядоченной системы химических элементов Д.И. Менделеевым стали апогеем развития химии в XIX веке. Ученым был обобщен и систематизирован обширный материал знаний о свойствах элементов.
Инструкция
В XIX веке не было никаких представлений о строении атома. Открытие Д.И. Менделеева являлось лишь обобщением опытных фактов, но их физический смысл долгое время оставался непонятным. Когда появились первые данные о строении ядра и распределении электронов в атомах, это взглянуть на закон и систему элементов по-новому. Таблица Д.И. Менделеева дает возможность наглядно проследить свойств элементов, встречающихся в .
Каждому элементу в таблице присвоен определенный порядковый номер (H - 1, Li - 2, Be - 3 и т.д.). Этот номер соответствует ядра (количеству протонов в ядре) и числу электронов, вращающихся вокруг ядра. Число протонов, таким образом, равно числу электронов, и это говорит о том, что в обычных условиях атом электрически .
Деление на семь периодов происходит по числу энергетических уровней атома. Атомы первого периода имеют одноуровневую электронную оболочку, второго - двухуровневую, третьего - трехуровневую и т.д. При заполнении нового энергетического уровня начинается новый период.
Первые элементы всякого периода характеризуются атомами, имеющими по одному электрону на внешнем уровне, - это атомы щелочных металлов. Заканчиваются периоды атомами благородных газов, имеющими полностью заполненный электронами внешний энергетический уровень: в первом периоде инертные газы имеют 2 электрона, в последующих - 8. Именно по причине похожего строения электронных оболочек группы элементов имеют сходные физико- .
В таблице Д.И. Менделеева присутствует 8 главных подгрупп. Такое их количество обусловлено максимально возможным числом электронов на энергетическом уровне.
Внизу периодической системы выделены лантаноиды и актиноиды в качестве самостоятельных рядов.
С помощью таблицы Д.И. Менделеева можно пронаблюдать периодичность следующих свойств элементов: радиуса атома, объема атома; потенциала ионизации; силы сродства с электроном; электроотрицательности атома; ; физических свойств потенциальных соединений.
Четко прослеживаемая периодичность расположения элементов в таблице Д.И. Менделеева рационально объясняется последовательным характером заполнения электронами энергетических уровней.
Источники:
Периодический закон, являющийся основой современной химии и объясняющий закономерности изменения свойств химических элементов, был открыт Д.И. Менделеевым в 1869 году. Физический смысл этого закона вскрывается при изучении сложного строения атома.
В XIX веке считалось, что атомная масса является главной характеристикой элемента, поэтому для классификации веществ использовали именно ее. Сейчас атомы определяют и идентифицируют по величине заряда их ядра (числу и порядковому номеру в таблице Менделеева). Впрочем, атомная масса элементов за некоторыми исключениями (например, атомная масса меньше атомной массы аргона) увеличивается соразмерно их заряду ядра.
При увеличении атомной массы наблюдается периодическое изменение свойств элементов и их соединений. Это металличность и неметалличность атомов, атомный радиус , потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, степени окисления, соединений (температуры кипения, плавления, плотность), их основность, амфотерность или кислотность.
Таблица Менделеева графически выражает открытый им закон. В современной периодической системе содержится 112 химических элементов (последние – Мейтнерий, Дармштадтий, Рентгений и Коперниций). По последним данным, открыты и следующие 8 элементов (до 120 включительно), но не все из них получили свои названия, и эти элементы пока еще мало в каких печатных изданиях присутствуют.
Каждый элемент занимает определенную клетку в периодической системе и имеет свой порядковый номер, соответствующий заряду ядра его атома.
Структура периодической системы представлена семью периодами, десятью рядами и восемью группами. Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом. Исключения составляют первый период, начинающийся водородом, и седьмой незавершенный период.
Периоды делятся на малые и большие. Малые периоды (первый, второй, третий) состоят из одного горизонтального ряда, большие (четвертый, пятый, шестой) – из двух горизонтальных рядов. Верхние ряды в больших периодах называются четными, нижние – нечетными.
В шестом периоде таблицы после (порядковый номер 57) находятся 14 элементов, похожих по свойствам на лантан, – лантаноидов. Они вынесены в нижнюю часть таблицы отдельной строкой. То же самое относится и к актиноидам, расположенным после актиния (с номером 89) и во многом повторяющим его свойства.
Четные ряды больших периодов (4, 6, 8, 10) заполнены только металлами.
Элементы в группах проявляют одинаковую высшую в оксидах и других соединениях, и эта валентность соответствует номеру группы. Главные вмещают в себя элементы малых и больших периодов, – только больших. Сверху вниз усиливаются, неметаллические – ослабевают. Все атомы побочных подгрупп – металлы.
Химический элемент селен относится к VI группе периодической системы Менделеева, он является халькогеном. Природный селен состоит из шести стабильных изотопов. Известно также 16 радиоактивных изотопов селена.
Инструкция
Селен считается очень редким и рассеянным элементом, в биосфере он энергично мигрирует, образуя более 50 минералов. Самые известные из них: берцелианит, науманнит, самородный селен и халькоменит.
Селен содержится в вулканической сере, галените, пирите, висмутине и других сульфидах. Его добывают из свинцовых, медных, никелевых и других руд, в которых он находится в рассеянном состоянии.
В тканях большинства живых существ содержится от 0,001 до 1 мг/кг , некоторые растения, морские организмы и грибы его концентрируют. Для ряда растений селен является необходимым элементом. Потребность человека и животных в составляет 50-100 мкг/кг пищи, этот элемент обладает антиоксидантными свойствами, влияет на множество ферментативных реакций и повышает восприимчивость сетчатки глаза к свету.
Селен может существовать в различных аллотропических модификациях: аморфной (стекловидный, порошкообразный и коллоидный селен), а также кристаллической. При восстановлении селена из раствора селенистой кислоты или быстрым охлаждением его паров получают красный порошкообразный и коллоидный селен.
При нагревании любой модификации этого химического элемента выше 220°С и последующем охлаждении образуется стекловидный селен, он хрупок и обладает стеклянным блеском.
Наиболее устойчив термически гексагональный серый селен, решетка которого построена из расположенных параллельно друг другу спиральных цепочек атомов. Его получают при помощи нагревания других форм селена до плавления и медленным охлаждением до 180-210°С. Внутри цепей гексагонального селена атомы связаны ковалентно.
Селен устойчив на воздухе, на него не действуют: кислород, вода, разбавленная серная и соляная кислоты, однако он хорошо растворяется в азотной кислоте. Взаимодействуя с металлами, селен образует селениды. Известно множество комплексных соединений селена, все они ядовиты.
Получают селен из отходов бумажного или производства, методом электролитического рафинирования меди. В шламах этот элемент присутствует вместе с тяжелыми и металлами, серой и теллуром. Для его извлечения шламы фильтруют, затем нагревают с концентрированной серной кислотой или подвергают окислительному обжигу при температуре 700°С.
Селен используется при производстве выпрямительных полупроводниковых диодов и другой преобразовательной техники. В металлургии с его помощью придают стали мелкозернистую структуру, а также улучшают ее механические свойства. В химической промышленности селен применяется в качестве катализатора.
Источники:
Кальций представляет собой химический элемент, относящийся ко второй подгруппе периодической таблицы с символическим обозначением Ca и атомной массой в 40,078 г/моль. Он представляет собой довольно мягкий и химически активный щелочноземельный металл с серебристым цветом.
Инструкция
С латинского языка « » переводится как «известь» или «мягкий камень», а своим открытием он обязан англичанину Хэмфри Дэви, который в 1808 году смог выделить кальций электролитическим методом. Ученый тогда взял смесь влажной гашеной извести, «приправленную» оксидом ртути, и подверг ее процессу электролиза на платиновой пластине, фигурирующей в эксперименте в качестве анода. Катодом же выступала проволока, которую химик погрузил в жидкую ртуть. Интересно и то, что такие соединения кальция, как известняк, мрамор и гипс, а также известь, были известны человечеству за много столетий до эксперимента Дэви, в течение которых ученые полагали некоторые из них простыми и самостоятельными телами. Только в 1789 году француз Лавуазье опубликовал труд, в котором он предположил, что известь, кремнезий, барит и глинозем являются сложными веществами.
Кальций обладает высокой степенью химической активности, в силу чего в чистом виде в природе практически не встречается. Но ученые подсчитали, что на долю этого элемента приходятся около 3,38% от общей массы всей земной коры, что делает кальций пятым по распространенности после кислорода, кремний, алюминия и железа. Есть этот элемент в морской воде – около 400 мг на один литр. Входит кальций и в состав силикатов различных горных пород (к примеру, гранит и гнейсы). Много его в полевом шпате, меле и известняках, состоящих из минерала кальцита с формулой СаСО3. Кристаллическая форма кальция – это мрамор. В общей же сложности путем миграции этого элемента в земной коре он образует 385 минералов.
К физическим свойствам кальция относится его способность проявлять ценные полупроводниковые способности, хотя он и не становится полупроводником и металлом в традиционном смысле этого слова. Меняется данная ситуация при постепенном повышении давления, когда кальцию сообщается металлическое состояние и способности проявления сверхпроводящих свойств. Легко взаимодействует кальций с кислородом, влагой воздуха и углекислым газом, в силу чего в лабораториях для работы этот химический элемент хранят в плотно закрытых и химик Джон Александр Ньюленд – однако научное сообщество проигнорировало его достижение. Предложение Ньюленда не приняли всерьез из-за его поисков гармонии и связи между музыкой и химией.
Дмитрий Менделеев впервые опубликовал свою периодическую таблицу в 1869 году на страницах журнала Русского химического общества. Также ученый разослал извещения о своем открытии всем ведущим мировым химикам, после чего он неоднократно улучшал и дорабатывал таблицу, пока она не стала такой, какой ее знают сегодня. Суть открытия Дмитрия Менделеева заключалась в периодическом, а не монотонном изменении химических свойств элементов с ростом атомной массы. Окончательное объединение теории в периодический закон произошло в 1871 году.
Наиболее распространенной легендой является открытие таблицы Менделеевым во сне. Сам ученый неоднократно осмеивал данный миф, утверждая, что он придумывал таблицу на протяжении многих лет. По другой легенде Дмитрий Менделеев водку – она появилась после защиты ученым диссертации «Рассуждение о соединении спирта с водою».
Менделеева до сих пор многие считают первооткрывателем , который сам любил творить под водно-спиртовым раствором. Современники ученого часто посмеивались над лабораторией Менделеева, которую тот оборудовал в дупле гигантского дуба.
Отдельным поводом для шуток по слухам являлась страсть Дмитрия Менделеева к плетению чемоданов, которым ученый занимался, проживая в Симферополе. В дальнейшем он мастерил из картона для нужд своей лаборатории, за что его язвительно называли мастером чемоданных дел.
Таблица Менделеева, кроме упорядочивания химических элементов в единую систему, дала возможность предсказать открытие многих новых элементов. Однако в то же время некоторые из них ученые признали несуществующими, поскольку они были несовместимы с концепцией . Наиболее известной историей на тот момент являлось открытие таких новых элементов, как короний и небулий.
На данное время, в официально содержится 118 химических . Из них 94 обнаружены в природе, остальные 24 получены искусственно в результате ядерных реакций. Из всех химических в природе найдено 88; такие элементы, как технеций Tc , прометий Pm , астат At и франций Fr , а также все элементы, следующие за ураном U, впервые получены искусственно. В обычных условиях соответствующие простые вещества для 11 элементов являются газами, для 2 – жидкостями, для остальных элементов – твёрдыми телами.
Дмитрий Иванович Менделеев
– русский учёный-энциклопедист, общественный деятель. Химик, физикохимик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, педагог, воздухоплаватель, приборостроитель. Профессор Санкт-Петербургского университета; член-корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт-Петербургской Академии наук. Среди наиболее известных открытий – периодический закон химических элементов, один из фундаментальных законов мироздания, неотъемлемый для всего естествознания.
Периодическая система химических элементов – 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 их атомного веса. Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы. В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу. К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно. Распространённее других являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая», «длинная» и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. Периодическая система Д.И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитии атомно-молекулярного учения.
Периодическая система химических элементов - это классификация химических элементов, созданная Д. И. Менделеевым на основе открытого им в 1869 г. периодического закона.
Д. И. Менделеев
Согласно современной формулировке этого закона, в непрерывном ряду элементов, расположенных в порядке возрастания величины положительного заряда ядер их атомов, периодически повторяются элементы со сходными свойствами.
Периодическая система химических элементов, представленная в виде таблицы, состоит из периодов, рядов и групп.
В начале каждого периода (за исключением первого) находится элементе ярко выраженными металлическими свойствами (щелочной металл).
Условные обозначения к цветной таблице: 1 - химический знак элемента; 2 - название; 3 - атомная масса (атомный вес); 4 - порядковый номер; 5 - распределение электронов по слоям.
По мере возрастания порядкового номера элемента, равного величине положительного заряда ядра его атома, постепенно ослабевают металлические и нарастают неметаллические свойства. Предпоследним элементом в каждом периоде является элемент с ярко выраженными неметаллическими свойствами (), а последним - инертный газ. В I периоде находятся 2 элемента, во II и III - по 8 элементов, в IV и V - по 18, в VI - 32 и в VII (не завершенном периоде) - 17 элементов.
Первые три периода называют малыми периодами, каждый из них состоит из одного горизонтального ряда; остальные - большими периодами, каждый из которых (исключая VII период) состоит из двух горизонтальных рядов - четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших периодов находятся только металлы. Свойства элементов в этих рядах с возрастанием порядкового номера изменяются слабо. Свойства элементов в нечетных рядах больших периодов меняются. В VI периоде за лантаном следуют 14 элементов, весьма сходных по химическим свойствам. Эти элементы, называемые лантаноидами, приведены отдельно под основной таблицей. Аналогично представлены в таблице и актиноиды - элементы, следующие за актинием.
В таблице имеется девять вертикальных групп. Номер группы, за редким исключением, равен высшей положительной валентности элементов данной группы. Каждая группа, исключая нулевую и восьмую, подразделяется на подгруппы. - главную (расположена правее) и побочную. В главных подгруппах с увеличением порядкового номера усиливаются металлические и ослабевают неметаллические свойства элементов.
Таким образом, химические и ряд физических свойств элементов определяются местом, которое занимает данный элемент в периодической системе.
Биогенные элементы, т. е. элементы, входящие в состав организмов и выполняющие в нем определенную биологическую роль, занимают верхнюю часть таблицы Менделеева. В голубой цвет окрашены клетки, занимаемые элементами, составляющими основную массу (более 99%) живого вещества, в розовый цвет - клетки, занимаемые микроэлементами (см.).
Периодическая система химических элементов является крупнейшим достижением современного естествознания и ярким выражением наиболее общих диалектических законов природы.
См. также , Атомный вес.
Периодическая система химических элементов - естественная классификация химических элементов, созданная Д. И. Менделеевым на основе открытого им в 1869 г. периодического закона.
В первоначальной формулировке периодический закон Д. И. Менделеева утверждал: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. В дальнейшем с развитием учения о строении атома было показано, что более точной характеристикой каждого элемента является не атомный вес (см.), а величина положительного заряда ядра атома элемента, равная порядковому (атомному) номеру этого элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Число положительных зарядов ядра атома равно числу электронов, окружающих ядро атома, поскольку атомы в целом электронейтральны. В свете этих данных периодический закон формулируется так: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины положительного заряда ядер их атомов. Это значит, что в непрерывном ряду элементов, расположенных в порядке возрастания положительных зарядов ядер их атомов, будут периодически повторяться элементы со сходными свойствами.
Табличная форма периодической системы химических элементов представлена в ее современном виде. Она состоит из периодов, рядов и групп. Период представляет последовательный горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания положительного заряда ядер их атомов.
В начале каждого периода (за исключением первого) находится элемент с ярко выраженными металлическими свойствами (щелочной металл). Затем по мере увеличения порядкового номера постепенно ослабевают металлические и нарастают неметаллические свойства элементов. Предпоследним элементом в каждом периоде является элемент с ярко выраженными неметаллическими свойствами (галоген), а последним - инертный газ. I период состоит из двух элементов, роль щелочного металла и галогена здесь одновременно выполняет водород. II и III периоды включают по 8 элементов, названных Менделеевым типическими. IV и V периоды насчитывают по 18 элементов, VI-32. VII период еще не завершен и пополняется искусственно создаваемыми элементами; в настоящее время в этом периоде насчитывается 17 элементов. I, II и III периоды называют малыми, каждый из них состоит из одного горизонтального ряда, IV-VII- большими: они (за исключением VII) включают два горизонтальных ряда - четный (верхний) и нечетный (нижний). В четных рядах больших периодов находятся только металлы, и изменение свойств элементов в ряду слева направо выражено слабо.
В нечетных рядах больших периодов свойства элементов в ряду изменяются так же, как свойства типических элементов. В четном ряду VI периода после лантана следует 14 элементов [называемых лантанидами (см.), лантаноидами, редкоземельными элементами], сходных по химическим свойствам с лантаном и между собой. Перечень их приводится отдельно под таблицей.
Отдельно выписаны и приведены под таблицей элементы, следующие за актинием- актиниды (актиноиды).
В периодической системе химических элементов по вертикалям расположено девять групп. Номер группы равен высшей положительной валентности (см.) элементов этой группы. Исключение составляют фтор (бывает только отрицательно одновалентным) и бром (не бывает семивалентным); кроме того, медь, серебро, золото могут проявлять валентность больше +1 (Cu-1 и 2, Ag и Au-1 и 3), а из элементов VIII группы валентностью +8 обладают только осмий и рутений. Каждая группа, за исключением восьмой и нулевой, делится на две подгруппы: главную (расположена правее) и побочную. В главные подгруппы входят типические элементы и элементы больших периодов, в побочные - только элементы больших периодов и притом металлы.
По химическим свойствам элементы каждой подгруппы данной группы значительно отличаются друг от друга и только высшая положительная валентность одинакова для всех элементов данной группы. В главных подгруппах сверху вниз усиливаются металлические свойства элементов и ослабевают неметаллические (так, франций является элементом с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами, а фтор - неметаллическими). Таким образом, место элемента в периодической системе Менделеева (порядковый номер) определяет его свойства, которые представляют собой среднее из свойств соседних элементов по вертикали и горизонтали.
Некоторые группы элементов носят особые названия. Так, элементы главных подгрупп I группы называют щелочными металлами, II группы - щелочноземельными металлами, VII группы - галогенами, элементы, расположенные за ураном,- трансурановыми. Элементы, которые входят в состав организмов, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают явно выраженной биологической ролью, называют биогенными элементами. Все они занимают верхнюю часть таблицы Д. И. Менделеева. Это в первую очередь О, С, Н, N, Са, Р, К, S, Na, Cl, Mg и Fe, составляющие основную массу живого вещества (более 99%). Места, занимаемые этими элементами в периодической системе, окрашены в светло-голубой цвет. Биогенные элементы, которых в организме очень мало (от 10 -3 до 10 -14 %), называют микроэлементами (см.). В клетках периодической системы, окрашенных в желтый цвет, помещены микроэлементы, жизненно важное значение которых для человека доказано.
Согласно теории строения атомов (см. Атом) химические свойства элементов зависят в основном от числа электронов на внешней электронной оболочке. Периодическое изменение свойств элементов с увеличением положительного заряда атомных ядер объясняется периодическим повторением строения наружной электронной оболочки (энергетического уровня) атомов.
В малых периодах с увеличением положительного заряда ядра возрастает число электронов на внешней оболочке от 1 до 2 в I периоде и от 1 до 8 во II и III периодах. Отсюда изменение свойств элементов в периоде от щелочного металла до инертного газа. Внешняя электронная оболочка, содержащая 8 электронов, является завершенной и энергетически устойчивой (элементы нулевой группы химически инертны).
В больших периодах в четных рядах с ростом положительного заряда ядер число электронов на внешней оболочке остается постоянным (1 или 2) и идет заполнение электронами второй снаружи оболочки. Отсюда медленное изменение свойств элементов в четных рядах. В нечетных рядах больших периодов с увеличением заряда ядер идет заполнение электронами внешней оболочки (от 1 до 8) и свойства элементов изменяются так, как и у типических элементов.
Число электронных оболочек в атоме равно номеру периода. Атомы элементов главных подгрупп имеют на внешних оболочках число электронов, равное номеру группы. Атомы элементов побочных подгрупп содержат на внешних оболочках один или два электрона. Этим объясняется различие в свойствах элементов главной и побочной подгрупп. Номер группы указывает возможное число электронов, которые могут участвовать в образовании химических (валентных) связей (см. Молекула), поэтому такие электроны называют валентными. У элементов побочных подгрупп валентными являются не только электроны внешних оболочек, но и предпоследних. Число и строение электронных оболочек указано в прилагаемой периодической системе химических элементов.
Периодический закон Д. И. Менделеева и основанная на нем система имеют исключительно большое значение в науке и практике. Периодический закон и система явились основой для открытия новых химических элементов, точного определения их атомных весов, развития учения о строении атомов, установления геохимических законов распределения элементов в земной коре и развития современных представлений о живом веществе, состав которого и связанные с ним закономерности находятся в соответствии с периодической системой. Биологическая активность элементов и их содержание в организме также во многом определяются местом, которое они занимают в периодической системе Менделеева. Так, с увеличением порядкового номера в ряде групп возрастает токсичность элементов и уменьшается их содержание в организме. Периодический закон является ярким выражением наиболее общих диалектических законов развития природы.
