Главные и побочные подгруппы таблицы менделеева это

Главные и побочные подгруппы таблицы менделеева это

Содержание

1. Второй и третий ряд
2. Валентность элементов
3. Различие между главной и побочной подгруппами
4. История создания таблицы Менделеевым

Периодическая система элементов

Ряды элементов, в пре­делах которых свойства изменяются последовательно, как, на­пример, ряд из восьми элементов от лития до неона или от на­трия до аргона, Менделеев назвал периодами. Если мы напишем эти два периода один под другим так, чтобы под литием нахо­дился натрий, а под неоном — аргон, то получим следующее рас­положение элементов:

Li Be В С N О F Ne Na Mg Al Si Р S ClAr

При таком расположении в вертикальные столбики попадают элементы, сходные по своим свойствам и обладающие одинаковой валентностью, например литий и натрий, бериллий и маг­ний и т. д.

Разделив все элементы на периоды и располагая один период под другим так, чтобы сходные по свойствам и типу образуемых соединений элементы приходились друг под другом, Менделеев составил таблицу, названную им периодической систе­мой элементов по группам и рядам. Эта таблица в современном ее виде, дополненная открытыми уже после Мен­делеева элементами. Она состоит из десяти горизонтальных рядов и девяти вертикальных столбцов или групп, в которых один под другим размещены сходные между собой элементы.

Обратим вначале внимание на расположение элементов в го­ризонтальных рядах. В первом ряду стоят только два элемента — водород в начале ряда и гелий в конце его. Эти два крайних эле­мента и составляют первый период, в котором как бы отсутствуют все промежуточные члены.

Второй и третий ряд

Второй и третий ряды состоят из рассмотренных уже нами элементов и образуют два периода по восьми элементов в каж­дом. Оба периода начинаются со щелочного металла и заканчи­ваются инертным газом. Все три периода называются малыми периодами.Четвертый ряд также начинается со щелочного металла калия.

Судя по тому, как изменялись свойства в двух предыдущих рядах, можно было бы ожидать, что и здесь они будут изменяться в той же последовательности и седьмым эле­ментом в ряду будет опять галоген, а восьмым — инертный газ. Однако этого не наблюдается. Вместо галогена на седьмом ме­сте находится марганец, имеющий очень мало общего с галоге­нами.

Это — металл, правда, переходного характера, образующий как основные, так и кислотные окислы, из которых высший Mn 2O 7 аналогичен окислу хлора Cl 2O 7. После марганца в том же ряду стоят еще три элемента — железо, кобальт и никель, очень сходные друг с другом, но не имеющие ничего общего с инертными газами. И только следующий, пятый ряд, начинающийся с меди, заканчивается, наконец, инертным газом криптоном. Шестой ряд снова начинается со щелочного металла руби­дия и т. д.

Таким образом, у элементов, следующих за аргоном, более или менее полное повторение свойств наблюдается только через 18 элементов, а не через восемь, как было во втором и третьем рядах. Эти 18 элементов образуют так называемый большой период, состоящий из двух рядов.

Один большой период составляют и следующие два ряда, шестой и седьмой. Этот период начинается щелочным металлом рубидием и заканчивается инертным газом ксеноном.

В восьмом ряду появляется новое осложнение. Здесь после лантана идут 14 элементов, называемых металлами ред­ких земель или лантанидами , которые встречаются в очень небольших количествах и чрезвычайно сходны с ланта­ном и между собой. Ввиду этого сходства, обусловленного осо­бенностью строения их атомов , лантаниды помещают теперь вне общей таблицы, отмечая лишь в клетке для лантана их положение в системе.

Так как следующий за ксеноном инертный газ радон нахо­дится только в конце девятого ряда, то восьмой и девятый ряды тоже образуют один большой период, охватывающий 32 элемента.

В больших периодах не все свойства элементов изменяются так последовательно, как во втором и третьем периодах. Здесь-наблюдается еще некоторая периодичность в изменении свойств внутри самих периодов.

Так, например, валентность вначале равномерно растет при переходе от одного элемента к другому, но затем, достигнув максимума в середине периода, сразу падает до единицы, после чего опять возрастает до семи к концу пе­риода. В связи с этим большие периоды разделены каждый на две части (два ряда), образующие как бы самостоятельные пе­риоды.

Десятый ряд содержит 15 элементов, из которых первый и по­следние девять получены лишь сравнительно недавно искусствен­ным путем. Последние девять элементов, а также предшествую­щие им уран, протактиний и торий, очень сходны по строению их атомов с актинием, поэтому их под названием актиниды помещают вне общей таблицы, подобно лантанидам.

Итак, десять горизонтальных рядов таблицы образуют три малых, три больших и один незаконченный период. Первый пе­риод начинается с водорода, остальные с одного из, щелоч­ных металлов. Каждый период заканчивается инертным газом.

В вертикальных столбцах таблицы, или в группах, распола­гаются элементы, обладающие сходными свойствами. Поэтому каждая вертикальная группа представляет собой как бы есте­ственное семейство элементов. Всего в таблице таких групп де­вять. Номера групп отмечены вверху римской цифрой. Внизу таблицы помещены типы высших солеобразующих окислов, ха­рактерных для каждой группы.

Валентность элементов

В первой группе находятся элементы, образующие окислы типа R 2O,во второй — типа RO, в третьей — типа R 2O 3 и т. д. Таким образом, наибольшая валентность элементов каждой группы в их кислородных соединениях, за немногими исключе­ниями, соответствует номеру группы.

Валентность по водороду также может характеризовать группу. Элементы первой, второй и третьей групп почти исклю­чительно металлы, которые или не образуют соединений с водо­родом, или образуют соединения, представляющие собой твердые вещества, разлагаемые водой. Металлоиды же, находящиеся в четвертой, пятой, шестой и седьмой группах, дают характерные газообразные водородные соединения, типы которых при­ведены внизу таблицы.

Мы видим, что в то время как валент­ность металлоидов по кислороду непрерывно возрастает, валент­ность по водороду, равная в четвертой группе четырем, наоборот, убывает, причем сумма обеих валентностей (по кислороду и во­дороду) остается равной восьми. Последнее обстоятельство дает возможность определить одну валентность по другой. Так, на­пример, помня, что азот трехвалентен по водороду (NH 3), мы находим, что наибольшая его валентность по кислороду равна пяти (8 — 3 = 5).

Сравнивая элементы, принадлежащие к одной и той же группе, нетрудно заметить, что, начиная с четвертого горизон­тального ряда, каждый элемент обнаруживает наибольшее сход­ство не с элементом, расположенным непосредственно под или над ним, а с элементами, отделенными от него одной клеткой.

На­пример, в седьмой группе бром не примыкает непосредственно к хлору и иоду, а отделен от каждого из них одним элементом; находящиеся в шестой группе сходные элементы — селен и тел­лур разделены молибденом, имеющим с ними мало общего; нахо­дящийся в первой группе калий обнаруживает большое сходство с рубидием, стоящим в шестом ряду, но мало похож на распо­ложенную непосредственно под ним медь, и т. д.

Это обстоятельство связано с тем, что с четвертого ряда начинаются большие периоды, состоящие каждый из двух рядов — четного и нечетного, расположенных один над другим. Поэтому в каждую группу попадает один элемент из первой половины периода (четный ряд) и один из второй (нечетный ряд).

Так как в пределах периода металлические свойства ослабевают в на­правлении слева направо, то понятно, что у элементов четных рядов они выражены, в общем, сильнее, чем у элементов нечет­ных рядов. Чтобы отметить такое различие между рядами, эле­менты четных рядов больших периодов сдвинуты в таблице не­сколько влево, а элементы нечетных рядов — вправо.

Таким образом, начиная с четвертого ряда каждую группу периодической системы, кроме восьмой и нулевой, можно раз­бить на две подгруппы: «четную», состоящую из элементов чет­ных рядов больших периодов, и «нечетную», образованную эле­ментами нечетных рядов. Что же касается элементов второго и третьего периодов, которые Менделеев назвал типическими, то в одних грушах они ближе примыкают по своим свойствам к элементам четных рядов, в других — к элементам нечетных рядов.

Поэтому типические элементы обычно объединяют со сходными с ними элементами четных или нечетных рядов в одну главнуюподгруппу, являющуюся более характерной для дан­ной группы; в таком случае другая подгруппа называется побочной. В связи с этим типические элементы первой и второй групп сдвинуты в таблице влево, а остальных групп — вправо.

Различие между главной и побочной подгруппами

Различие между главной и побочной подгруппами наиболее ярко проявляется в крайних группах таблицы (не считая восьмой и нулевой). Так, в первой группе главную подгруппу образуют элементы четных рядов больших периодов — калий, рубидий, цезий и франций, к которым примыкают и элементы второго и третьего рядов—литий и натрий.

Все они обладают резко выра­женными металлическими свойствами, энергично разлагают воду,, образуя сильные щелочи. Побочную подгруппу составляют медь, серебро и золото, обнаруживающие мало сходства с элементами главной подгруппы. Наоборот, в седьмой группе главную под­группу составляют металлоиды — фтор, хлор, бром и иод, в по­бочной же находятся элементы четных рядов — марганец, технеций и рений, у которых преобладают металлические свой­ства.

В главных подгруппах можно хорошо проследить, как с уве­личением атомного веса усиливаются металлические свойства элементов.

Восьмая группа элементов занимает особое положение в пе­риодической системе. Она содержит всего девять элементов, при­чем в одном горизонтальном ряду помещаются сразу три довольно сходных между собой элемента. Эти «триады» составляют переходы от конца одного горизонтального ряда к началу другого в каждом большом периоде. Элементы восьмой группы должны были бы иметь наибольшую валентность по кислороду, равную восьми. Однако до сих пор лишь для немногих из них по­лучены высшие окислы типа RO 4.

История создания таблицы Менделеевым

Первоначально таблица Менделеева содержала всего восемь групп, так как инертные газы аргон, гелий и др. в то время были еще неизвестны. Впоследствии, когда были открыты инертные газы, пришлось отвести для них новую группу.

Менделеев поме­стил их впереди первой группы и дал новой группе название нулевой,которое, кроме порядкового значения, указывает еще на особый химический характер группы: члены ее не всту­пают в соединения с другими элементами, т. е. обладают как бы нулевой валентностью. Однако в настоящее время по причине, о которой мы скажем позже, нулевую группу обычно помещают в таблице в последней графе справа.

Следует отметить, что еще в 1883 г. за 11 лет до открытия первого из инертных газов — аргона — русский революционер-ученый Н. А. Морозов, заключенный царским правительством за участие в революционном движении в Шлиссельбургскую кре­пость, предсказал существование инертных газов, вычислил теоретически их атомные веса и точно определил место инертных газов в периодической системе. Но об этом замечательном пред­видении Морозова стало известно только после его освобождения из крепости в 1905 г. и появления в печати его трудов, написанных в одиночном заключении.

При построении периодической системы Менделеев руковод­ствовался принципом расположения элементов по возрастающим атомным весам. Однако, как видно из таблицы, в трех случаях этот принцип оказался нарушенным.

Так, аргон (ат. вес 39,944) стоит впереди калия (ат. вес. 39,100), хотя его атомный вес больше, чем калия, кобальт (ат. вес 58,94) находится впереди никеля (ат. вес 58,71) и теллур (ат. вес 127,61) —впереди иода (ат. вес 126,91). Здесь Менделеев отступил от принятого им по­рядка, исходя из свойств этих элементов, требовавших именно такой последовательности их расположения. Таким образом, он не придавал решающего значения атомному весу и при уста­новлении места элемента в таблице руководствовался всей сово­купностью его индивидуальных свойств.

Позднейшие исследования показали, что произведенное Мен­делеевым размещение элементов в периодической системе является совершенно правильным и соответствует строению ато­мов.

Итак, в периодической системе свойства элементов, их атом­ные веса, валентность, химический характер и т. д. изменяются в известной последовательности как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Место элемента в таблице опреде­ляется, следовательно, его свойствами, и, наоборот, каждое место занимает элемент, обладающий совершенно определенной сово­купностью свойств. Поэтому, зная положение элемента в таб­лице, можно довольно точно указать его свойства.

Положим, например, что нам нужно определить свойства элемента, занимающего место в третьем горизонтальном ряду между магнием и кремнием.

Уже из того, что этот элемент на­ходится в третьей группе, следует, что он образует окисел типа R 2O 3, т. е. что этот элемент трехвалентен. Далее, так как слева от него во второй группе стоит типичный металл магний, а справа в четвертой группе — слабый металлоид кремний, то вероятнее всего описываемый элемент будет тоже металлом, но менее типичным, чем магний.

Это заключение подтверждается еще тем, что одним местом выше в той же группе стоит бор, обладающий очень слабо выраженными металлическими свой­ствами, а ниже — скандий, имеющий уже вполне ясные металлические свойства. Итак, исследуемый нами элемент — металл.

Следовательно, с водородом он или совсем не соединяется, или образует твердое соединение; окисел его, как окисел элемента, переходного от металла магния к металлоиду кремнию, должен иметь слабо выраженные основные свойства или быть амфотерным, т. е. образующим соли и с кислотами и со щелочами. Таковы действительно свойства элемента алюминия, занимающего выбранное нами место.

Атомный вес алюминия также легко может быть вычислен на основании его положения в таблице как среднее арифметиче­ское из атомных весов его соседей.

Следует заметить, что не только химические свойства элемен­тов, но и очень многие физические свойства простых веществ-изменяются периодически, если рассматривать их как функции атомного веса. Периодичность в изменении физических свойств-простых веществ особенно ярко выявляется при сопоставлении атомных объемов простых веществ, т. е. объемов, занимаемых грамматомами элементов в твердом или жидком состоянии.

Изображенная на рис. 2 кривая атомных объемов иллюстрирует ход изменения этих величин с возрастанием атомного веса. Выс­шие точки кривой заняты щелочными металлами, которые обла­дают наибольшими атомными объемами.

Так же периодически изменяются удельные веса, температуры плавления и кипения и другие физические константы простых веществ.

Статья на тему Периодическая система элементов

Источник



Периодический закон

Периодический закон был открыт Д.И. Менделеевым в 1868 году. Его современная формулировка: свойства химических элементов и образуемых ими соединений (простых и сложных) находятся в периодической зависимости от величины заряда атомного ядра.

Периодический закон лежит в основе современного учения о строении вещества. Периодическая система Д.И. Менделеева является наглядным отражением периодического закона.

В периодической таблице элементы расположены в порядке увеличения атомного заряда, группируются в «строки и столбцы» — периоды и группы.

Период — ряд горизонтально расположенных химических элементов. 1, 2 и 3 периоды называются малыми, они состоят из одного ряда элементов. 4, 5, 6 — называются большими периодами, они состоят из двух рядов химических элементов.

Группой называют вертикальный ряд химических элементов в периодической таблице. Элементы собраны в группы на основе степени окисления в высшем оксиде. Каждая из восьми групп состоит из главной подгруппы (а) и побочной подгруппы (б).

Периодическая таблица Д.И. Менделеева содержит колоссальное число ответов на самые разные вопросы. При умелом ее использовании вы сможете предполагать строение и свойства веществ, успешно писать химические реакции и решать задачи.

Радиус атома

Радиусом атома называют расстояние между атомным ядром и самой дальней электронной орбиталью. Это не четкая, а условная граница, которая говорит о наиболее вероятном месте нахождения электрона.

В периоде радиус атома уменьшается с увеличением порядкового номера элементов («→» слева направо). Это связано с тем, что с увеличением номера группы увеличивается число электронов на внешнем уровне. Запомните, что для элементов главных подгрупп номер группы равен числу электронов на внешнем уровне.

С увеличением числа электронов они становятся более скученными, так как притягиваются друг к другу сильнее: это и есть причина маленького радиуса атома.

Чем меньше электронов, тем больше у них свободы и больше радиус атома, поэтому радиус увеличивается в периоде «←» справа налево.

В группе радиус атома увеличивается с увеличением заряда атомных ядер — сверху вниз «↓». Чем больше период, тем больше электронных орбиталей вокруг атома, соответственно, и больше его радиус.

С уменьшением заряда атома в группе радиус атома уменьшается — снизу вверх «↑». Это связано с уменьшением количества электронных орбиталей вокруг атома. Для примера возьмем атомы бора и алюминия, элементов, расположенных в одной группе.

Период, группа и электронная конфигурация

Обратите внимание еще раз на важную деталь: элементы, находящиеся в одной группе (главной подгруппе!), имеют сходную конфигурацию внешнего уровня. Так у бора на внешнем уровне расположены 3 электрона, у алюминия — тоже 3. Оба они в III группе.

Такая закономерность иногда может сильно облегчить жизнь, однако у элементов побочных подгрупп она отсутствует — там нужно считать электроны «вручную», располагая их на электронных орбиталях.

Раз уж мы повели речь об электронных конфигурациях, давайте запишем их для бора и алюминия, чтобы лучше представлять их внешний уровень и увидеть то самое «сходство»:

• B₅ — 1s 2 2s 2 2p 1
• Al₁₃ — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

Общую электронную конфигурацию для элементов III группы главной подгруппы можно записать ns 2 np 1 . Это будет работать для бора, внешний уровень которого 2s 2 2p 1 , алюминия — 3s 2 3p 1 , галия — 4s 2 4p 1 , индия — 5s 2 5p 1 и таллия — 6s 2 6p 1 . За «n» мы принимаем номер периода.

Правило составления электронной конфигурации, которое вы только что увидели, универсально. Если вы имеете дело с элементом главной подгруппы, то увидев номер группы вы знаете, сколько электронов у него на внешнем уровне. Посмотрев на период, знаете номер его внешнего уровня.

Вам остается только распределить известное число электронов по s и p ячейкам, а затем подставить номер периода — и вот быстро получена конфигурация внешнего уровня. Предлагаю посмотреть на примере ниже 🙂

Очень надеюсь, что теперь вы знаете: только глядя на положение элемента в периодической таблице, на группу и период, в которых он расположен, вы уже можете составить конфигурацию его внешнего уровня. Безусловно, это для элементов главных подгрупп. Повторюсь: у побочных — только «вручную».

Длина связи

Длина связи — расстояние между атомами химически связанных элементов. Очевидно, что понятия длины связи и атомного радиуса взаимосвязаны напрямую. Чем больше радиус атома, тем больше длина связи.

Убедимся в этом на наглядном примере, сравнив длину связей в четырех веществах: HF, HCl, HBr, HI.

Чем больше радиусы атомов, которые образуют химическую связь, тем больше между ними и длина связи. Радиус атома водорода неизменен во всех трех веществах, а в ряду F → Cl → Br → I происходит увеличение радиуса атома. Наибольшим радиусом обладает йод, поэтому самая длинная связь в молекуле HI.

Металлические и неметаллические свойства

В периоде с увеличением заряда атома металлические свойства ослабевают, неметаллические — усиливаются (слева направо «→»). В группе с увеличением заряда атома металлические свойства усиливаются, а неметаллические — ослабевают (сверху вниз «↓»).

Сравним металлические и неметаллические свойства Rb, Na, Al, S. Натрий, алюминий и сера находятся в одном периоде. Металлические свойства возрастают S → Al → Na. Натрий и рубидий находятся в одной группе, металлические свойства возрастают Na → Rb.

Таким образом, самые сильные металлические свойства проявляет рубидий, но с другой стороны — у него самые слабые неметаллические свойства. Сера обладает самыми слабыми металлическими свойствами, но, если посмотреть по-другому, сера — самый сильный неметалл.

Распределение металлов и неметаллов в периодической таблице также является наглядным отображением этого правила. Если провести условную линию, проходящую от бора до астата, то справа окажутся неметаллы, а слева — металлы.

Основные и кислотные свойства

Основные свойства в периоде с увеличением заряда атома уменьшаются, кислотные — возрастают. В группе с увеличением заряда атома основные свойства усиливаются, а кислотные — ослабевают.

Кислотные и основные свойства противопоставлены друг другу, как противопоставлены металлические и неметаллические. Где первые усиливаются, вторые — убывают. Все аналогично, поэтому смело ассоциируйте одни с другими, так будет гораздо легче запомнить.

Замечу, что здесь есть одно важное исключение. Как и в общем случае: исключения только подтверждают правила. В ряду галогенводородных кислот HF → HCl → HBr → HI происходит усиление кислотных свойств (а не ослабление, как должно быть по логике нашего правила).

Это можно объяснить в темах диссоциации и химических связей. Когда мы дойдем до соответствующей темы, я напомню про HF и водородные связи между молекулами, которые делают эту кислоту самой слабой. Сейчас воспринимайте это как исключение: HF — самая слабая из этих кислот, а HI — самая сильная.

Восстановительные и окислительные свойства

Восстановительные свойства в периоде с увеличением заряда атома ослабевают, окислительные — усиливаются. В группе с увеличением заряда атома восстановительные свойства усиливаются, а окислительные — ослабевают.

Ассоциируйте восстановительные свойства с металлическими и основными, а окислительные — с неметаллическими и кислотными. Так гораздо проще запомнить 😉

Электроотрицательность (ЭО), энергия связи, ионизации и сродства к электрону

Электроотрицательность — способность атома, связанного с другими, приобретать отрицательный заряд (притягивать к себе электроны). Мы уже касались ее в статье, посвященной степени окисления. Это важное свойство, ведь более ЭО-ый атом притягивает к себе электроны и уходит в отрицательную степень окисления со знаком минус «-«.

Все перечисленные в подзаголовке свойства вместе с ЭО усиливаются в периоде с увеличением заряда атома, в группе с увеличением заряда атома они ослабевают. Таким образом, самый электроотрицательный элемент расположен справа вверху таблицы Д.И. Менделеева — это фтор.

Для примера сравним ЭО-ость атомов Te, In, Al, P. Индий расположен в одной группе с алюминием, ЭО-ость In → Al возрастает (снизу вверх). Алюминий расположен в одном периоде с серой, ЭО-ость возрастает Al → S (слева направо). Сравнивая серу и теллур, мы видим, что сера расположена в группе выше теллура, значит и ее электроотрицательность тоже выше.

Энергия связи (а также ее прочность) возрастают с увеличением электроотрицательности атомов, образующих данную связь. Чем сильнее атом тянет на себя электроны (чем больше он ЭО-ый), тем прочнее получается связь, которую он образует.

Понятию ЭО-ости «синонимичны» также понятия сродства к электрону — энергии, выделяющейся при присоединении электрона к атому, и энергии ионизации — количеству энергии, которое необходимо для отщепления электрона от атома. И то, и другое возрастают с увеличением электроотрицательности.

Продемонстрирую на примере. Сравним энергию связи в трех молекулах: H₂O, H₂S, H₂Se.

Высшие оксиды и летучие водородные соединения (ЛВС)

В периодической таблице Д.И. Менделеева ниже 7 периода находится строка, в которой для каждой группы указаны соответствующие высшие оксиды, ниже строка с летучими водородными соединениями.

Для элементов главных подгрупп начиная с IV группы (в большинстве случае) максимальная степень окисления (СО) определяется по номеру группы. К примеру, для серы (в VI группе) максимальная СО = +6, которую она проявляет в соединениях: H₂SO₄, SO₃.

В таблице видно, что для VIa группы формула высшего оксида RO₃, а, к примеру, для IIIa группы — R₂O₃. Напишем высшие оксиды для веществ из VIa : SO₃, SeO₃, TeO₃ и IIIa группы: B₂O₃, Al₂O₃, Ga₂O₃.

На экзамене строка с готовыми «высшими» оксидами, как в таблице наверху, может отсутствовать. Считаю важным подготовить вас к этому. Предположим, что эта строчка внезапно исчезла из таблицы, и вам нужно записать высшие оксиды для фосфора и углерода.

С летучими водородными соединениями (ЛВС) ситуация аналогичная: их может не быть в периодической таблице Д.И. Менделеева, которая попадется на экзамене. Я расскажу вам, как легко их запомнить.

ЛВС характерны для IV, V, VI и VII группы. Элементы этих групп более электроотрицательны, чем водород, поэтому ходят в «-» отрицательную СО. Минимальная степень окисления для элементов главных подгрупп, начиная с IV группы, может быть рассчитана так: номер группы — 8.

Например, для углерода минимальная СО = 4-8 = -4; для азота 5-8 = -3; для кислорода 6-8 = -2; для фтора 7-8 = -1. Для того, чтобы запомнить ЛВС, вы должны ассоциировать IV, V, VI и VII группы с хорошо известными вам веществами: метаном, аммиаком, водой и фтороводородом.

Так как общее строение ЛВС в пределах одной группы сходно, то, вспомнив например H₂O для кислорода в VI группе, вы легко найдете формулы других ЛВС VI группы: серы — H₂S, H₂Se, H₂Te, H₂Po.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА

Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории. Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная. Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.

На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом. Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу. Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме. Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.

В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.

Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).

The YouTube ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.

Периодический закон

Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.

Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.

Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).

Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.

Группы и периоды Периодической системы

Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.

Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.

Свойства таблицы Менделеева

Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

• усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
• возрастает атомный радиус;
• возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
• электроотрицательность падает.

Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇, RO₄, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).

Оксиды состава R₂O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇ проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH₄, RH₃, RH₂, RH.

Соединения RH₄ имеют нейтральный характер; RH₃ — слабоосновный; RH₂ — слабокислый; RH — сильнокислый характер.

Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:

• электроотрицательность возрастает;
• металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
• атомный радиус падает.

Элементы таблицы Менделеева

Щелочные и щелочноземельные элементы

К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию. Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами. По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.

Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды

Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы. Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов. Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.

Галогены и благородные газы

Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы. Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке. В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е. ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.

Переходные металлы

Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.

Металлоиды

Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.

Постпереходными металлами

Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску. В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке. Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.

Неметаллы

Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).

А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.

Отлично, первый шаг на пути к знаниям сделан. Теперь вы более-менее ориентируетесь в таблице Менделеева и это вам очень даже пригодится, ведь Периодическая система Менделеева является фундаментом, на котором стоит эта удивительная наука.

Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке

Источник

Периодическая система элементов

Содержание

1. Второй и третий ряд
2. Валентность элементов
3. Различие между главной и побочной подгруппами
4. История создания таблицы Менделеевым

Периодическая система элементов

Ряды элементов, в пре­делах которых свойства изменяются последовательно, как, на­пример, ряд из восьми элементов от лития до неона или от на­трия до аргона, Менделеев назвал периодами. Если мы напишем эти два периода один под другим так, чтобы под литием нахо­дился натрий, а под неоном — аргон, то получим следующее рас­положение элементов:

Li Be В С N О F Ne Na Mg Al Si Р S ClAr

При таком расположении в вертикальные столбики попадают элементы, сходные по своим свойствам и обладающие одинаковой валентностью, например литий и натрий, бериллий и маг­ний и т. д.

Разделив все элементы на периоды и располагая один период под другим так, чтобы сходные по свойствам и типу образуемых соединений элементы приходились друг под другом, Менделеев составил таблицу, названную им периодической систе­мой элементов по группам и рядам. Эта таблица в современном ее виде, дополненная открытыми уже после Мен­делеева элементами. Она состоит из десяти горизонтальных рядов и девяти вертикальных столбцов или групп, в которых один под другим размещены сходные между собой элементы.

Обратим вначале внимание на расположение элементов в го­ризонтальных рядах. В первом ряду стоят только два элемента — водород в начале ряда и гелий в конце его. Эти два крайних эле­мента и составляют первый период, в котором как бы отсутствуют все промежуточные члены.

Второй и третий ряд

Второй и третий ряды состоят из рассмотренных уже нами элементов и образуют два периода по восьми элементов в каж­дом. Оба периода начинаются со щелочного металла и заканчи­ваются инертным газом. Все три периода называются малыми периодами.Четвертый ряд также начинается со щелочного металла калия.

Судя по тому, как изменялись свойства в двух предыдущих рядах, можно было бы ожидать, что и здесь они будут изменяться в той же последовательности и седьмым эле­ментом в ряду будет опять галоген, а восьмым — инертный газ. Однако этого не наблюдается. Вместо галогена на седьмом ме­сте находится марганец, имеющий очень мало общего с галоге­нами.

Это — металл, правда, переходного характера, образующий как основные, так и кислотные окислы, из которых высший Mn 2O 7 аналогичен окислу хлора Cl 2O 7. После марганца в том же ряду стоят еще три элемента — железо, кобальт и никель, очень сходные друг с другом, но не имеющие ничего общего с инертными газами. И только следующий, пятый ряд, начинающийся с меди, заканчивается, наконец, инертным газом криптоном. Шестой ряд снова начинается со щелочного металла руби­дия и т. д.

Таким образом, у элементов, следующих за аргоном, более или менее полное повторение свойств наблюдается только через 18 элементов, а не через восемь, как было во втором и третьем рядах. Эти 18 элементов образуют так называемый большой период, состоящий из двух рядов.

Один большой период составляют и следующие два ряда, шестой и седьмой. Этот период начинается щелочным металлом рубидием и заканчивается инертным газом ксеноном.

В восьмом ряду появляется новое осложнение. Здесь после лантана идут 14 элементов, называемых металлами ред­ких земель или лантанидами , которые встречаются в очень небольших количествах и чрезвычайно сходны с ланта­ном и между собой. Ввиду этого сходства, обусловленного осо­бенностью строения их атомов , лантаниды помещают теперь вне общей таблицы, отмечая лишь в клетке для лантана их положение в системе.

Так как следующий за ксеноном инертный газ радон нахо­дится только в конце девятого ряда, то восьмой и девятый ряды тоже образуют один большой период, охватывающий 32 элемента.

В больших периодах не все свойства элементов изменяются так последовательно, как во втором и третьем периодах. Здесь-наблюдается еще некоторая периодичность в изменении свойств внутри самих периодов.

Так, например, валентность вначале равномерно растет при переходе от одного элемента к другому, но затем, достигнув максимума в середине периода, сразу падает до единицы, после чего опять возрастает до семи к концу пе­риода. В связи с этим большие периоды разделены каждый на две части (два ряда), образующие как бы самостоятельные пе­риоды.

Десятый ряд содержит 15 элементов, из которых первый и по­следние девять получены лишь сравнительно недавно искусствен­ным путем. Последние девять элементов, а также предшествую­щие им уран, протактиний и торий, очень сходны по строению их атомов с актинием, поэтому их под названием актиниды помещают вне общей таблицы, подобно лантанидам.

Итак, десять горизонтальных рядов таблицы образуют три малых, три больших и один незаконченный период. Первый пе­риод начинается с водорода, остальные с одного из, щелоч­ных металлов. Каждый период заканчивается инертным газом.

В вертикальных столбцах таблицы, или в группах, распола­гаются элементы, обладающие сходными свойствами. Поэтому каждая вертикальная группа представляет собой как бы есте­ственное семейство элементов. Всего в таблице таких групп де­вять. Номера групп отмечены вверху римской цифрой. Внизу таблицы помещены типы высших солеобразующих окислов, ха­рактерных для каждой группы.

Валентность элементов

В первой группе находятся элементы, образующие окислы типа R 2O,во второй — типа RO, в третьей — типа R 2O 3 и т. д. Таким образом, наибольшая валентность элементов каждой группы в их кислородных соединениях, за немногими исключе­ниями, соответствует номеру группы.

Валентность по водороду также может характеризовать группу. Элементы первой, второй и третьей групп почти исклю­чительно металлы, которые или не образуют соединений с водо­родом, или образуют соединения, представляющие собой твердые вещества, разлагаемые водой. Металлоиды же, находящиеся в четвертой, пятой, шестой и седьмой группах, дают характерные газообразные водородные соединения, типы которых при­ведены внизу таблицы.

Мы видим, что в то время как валент­ность металлоидов по кислороду непрерывно возрастает, валент­ность по водороду, равная в четвертой группе четырем, наоборот, убывает, причем сумма обеих валентностей (по кислороду и во­дороду) остается равной восьми. Последнее обстоятельство дает возможность определить одну валентность по другой. Так, на­пример, помня, что азот трехвалентен по водороду (NH 3), мы находим, что наибольшая его валентность по кислороду равна пяти (8 — 3 = 5).

Сравнивая элементы, принадлежащие к одной и той же группе, нетрудно заметить, что, начиная с четвертого горизон­тального ряда, каждый элемент обнаруживает наибольшее сход­ство не с элементом, расположенным непосредственно под или над ним, а с элементами, отделенными от него одной клеткой.

На­пример, в седьмой группе бром не примыкает непосредственно к хлору и иоду, а отделен от каждого из них одним элементом; находящиеся в шестой группе сходные элементы — селен и тел­лур разделены молибденом, имеющим с ними мало общего; нахо­дящийся в первой группе калий обнаруживает большое сходство с рубидием, стоящим в шестом ряду, но мало похож на распо­ложенную непосредственно под ним медь, и т. д.

Это обстоятельство связано с тем, что с четвертого ряда начинаются большие периоды, состоящие каждый из двух рядов — четного и нечетного, расположенных один над другим. Поэтому в каждую группу попадает один элемент из первой половины периода (четный ряд) и один из второй (нечетный ряд).

Так как в пределах периода металлические свойства ослабевают в на­правлении слева направо, то понятно, что у элементов четных рядов они выражены, в общем, сильнее, чем у элементов нечет­ных рядов. Чтобы отметить такое различие между рядами, эле­менты четных рядов больших периодов сдвинуты в таблице не­сколько влево, а элементы нечетных рядов — вправо.

Таким образом, начиная с четвертого ряда каждую группу периодической системы, кроме восьмой и нулевой, можно раз­бить на две подгруппы: «четную», состоящую из элементов чет­ных рядов больших периодов, и «нечетную», образованную эле­ментами нечетных рядов. Что же касается элементов второго и третьего периодов, которые Менделеев назвал типическими, то в одних грушах они ближе примыкают по своим свойствам к элементам четных рядов, в других — к элементам нечетных рядов.

Поэтому типические элементы обычно объединяют со сходными с ними элементами четных или нечетных рядов в одну главнуюподгруппу, являющуюся более характерной для дан­ной группы; в таком случае другая подгруппа называется побочной. В связи с этим типические элементы первой и второй групп сдвинуты в таблице влево, а остальных групп — вправо.

Различие между главной и побочной подгруппами

Различие между главной и побочной подгруппами наиболее ярко проявляется в крайних группах таблицы (не считая восьмой и нулевой). Так, в первой группе главную подгруппу образуют элементы четных рядов больших периодов — калий, рубидий, цезий и франций, к которым примыкают и элементы второго и третьего рядов—литий и натрий.

Все они обладают резко выра­женными металлическими свойствами, энергично разлагают воду,, образуя сильные щелочи. Побочную подгруппу составляют медь, серебро и золото, обнаруживающие мало сходства с элементами главной подгруппы. Наоборот, в седьмой группе главную под­группу составляют металлоиды — фтор, хлор, бром и иод, в по­бочной же находятся элементы четных рядов — марганец, технеций и рений, у которых преобладают металлические свой­ства.

В главных подгруппах можно хорошо проследить, как с уве­личением атомного веса усиливаются металлические свойства элементов.

Восьмая группа элементов занимает особое положение в пе­риодической системе. Она содержит всего девять элементов, при­чем в одном горизонтальном ряду помещаются сразу три довольно сходных между собой элемента. Эти «триады» составляют переходы от конца одного горизонтального ряда к началу другого в каждом большом периоде. Элементы восьмой группы должны были бы иметь наибольшую валентность по кислороду, равную восьми. Однако до сих пор лишь для немногих из них по­лучены высшие окислы типа RO 4.

История создания таблицы Менделеевым

Первоначально таблица Менделеева содержала всего восемь групп, так как инертные газы аргон, гелий и др. в то время были еще неизвестны. Впоследствии, когда были открыты инертные газы, пришлось отвести для них новую группу.

Менделеев поме­стил их впереди первой группы и дал новой группе название нулевой,которое, кроме порядкового значения, указывает еще на особый химический характер группы: члены ее не всту­пают в соединения с другими элементами, т. е. обладают как бы нулевой валентностью. Однако в настоящее время по причине, о которой мы скажем позже, нулевую группу обычно помещают в таблице в последней графе справа.

Следует отметить, что еще в 1883 г. за 11 лет до открытия первого из инертных газов — аргона — русский революционер-ученый Н. А. Морозов, заключенный царским правительством за участие в революционном движении в Шлиссельбургскую кре­пость, предсказал существование инертных газов, вычислил теоретически их атомные веса и точно определил место инертных газов в периодической системе. Но об этом замечательном пред­видении Морозова стало известно только после его освобождения из крепости в 1905 г. и появления в печати его трудов, написанных в одиночном заключении.

При построении периодической системы Менделеев руковод­ствовался принципом расположения элементов по возрастающим атомным весам. Однако, как видно из таблицы, в трех случаях этот принцип оказался нарушенным.

Так, аргон (ат. вес 39,944) стоит впереди калия (ат. вес. 39,100), хотя его атомный вес больше, чем калия, кобальт (ат. вес 58,94) находится впереди никеля (ат. вес 58,71) и теллур (ат. вес 127,61) —впереди иода (ат. вес 126,91). Здесь Менделеев отступил от принятого им по­рядка, исходя из свойств этих элементов, требовавших именно такой последовательности их расположения. Таким образом, он не придавал решающего значения атомному весу и при уста­новлении места элемента в таблице руководствовался всей сово­купностью его индивидуальных свойств.

Позднейшие исследования показали, что произведенное Мен­делеевым размещение элементов в периодической системе является совершенно правильным и соответствует строению ато­мов.

Итак, в периодической системе свойства элементов, их атом­ные веса, валентность, химический характер и т. д. изменяются в известной последовательности как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Место элемента в таблице опреде­ляется, следовательно, его свойствами, и, наоборот, каждое место занимает элемент, обладающий совершенно определенной сово­купностью свойств. Поэтому, зная положение элемента в таб­лице, можно довольно точно указать его свойства.

Положим, например, что нам нужно определить свойства элемента, занимающего место в третьем горизонтальном ряду между магнием и кремнием.

Уже из того, что этот элемент на­ходится в третьей группе, следует, что он образует окисел типа R 2O 3, т. е. что этот элемент трехвалентен. Далее, так как слева от него во второй группе стоит типичный металл магний, а справа в четвертой группе — слабый металлоид кремний, то вероятнее всего описываемый элемент будет тоже металлом, но менее типичным, чем магний.

Это заключение подтверждается еще тем, что одним местом выше в той же группе стоит бор, обладающий очень слабо выраженными металлическими свой­ствами, а ниже — скандий, имеющий уже вполне ясные металлические свойства. Итак, исследуемый нами элемент — металл.

Следовательно, с водородом он или совсем не соединяется, или образует твердое соединение; окисел его, как окисел элемента, переходного от металла магния к металлоиду кремнию, должен иметь слабо выраженные основные свойства или быть амфотерным, т. е. образующим соли и с кислотами и со щелочами. Таковы действительно свойства элемента алюминия, занимающего выбранное нами место.

Атомный вес алюминия также легко может быть вычислен на основании его положения в таблице как среднее арифметиче­ское из атомных весов его соседей.

Следует заметить, что не только химические свойства элемен­тов, но и очень многие физические свойства простых веществ-изменяются периодически, если рассматривать их как функции атомного веса. Периодичность в изменении физических свойств-простых веществ особенно ярко выявляется при сопоставлении атомных объемов простых веществ, т. е. объемов, занимаемых грамматомами элементов в твердом или жидком состоянии.

Изображенная на рис. 2 кривая атомных объемов иллюстрирует ход изменения этих величин с возрастанием атомного веса. Выс­шие точки кривой заняты щелочными металлами, которые обла­дают наибольшими атомными объемами.

Так же периодически изменяются удельные веса, температуры плавления и кипения и другие физические константы простых веществ.

Статья на тему Периодическая система элементов

Источник