ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Систематика химических элементов Периодическая система элементов Д. И. Менделеева из "Введение в общую химию" Современная систематика химических элементов создавалась в течение второй половины XIX и первой половины XX вв. на основе достижений химии и физики в исследовании закономерностей изменения природы элементов. Создание систематики химических элементов тесно связано с развитием представлений о строении атомов, силах взаимодействия и природе связи их друг с другом, а также с данными о явлениях, характеризующих эти взаимодействия и связи. [c.21] Достижения специальной систематики химических элементов к настоящему времени обязаны главным образом выдающимся трудам Д. И. Менделеева, открывшего периодический закон, Н. Бора, связавшего теорию строения атомов с периодической систематикой, и Г. Мозли, давшего экспериментальную основу для бесспорного порядкового расположения химических элементов. [c.21] Систематика химических элементов к настоящему времени приобрела стройность и составила одну из основ современного естествознания. Положенные в основу систематики химических элементов структурные, морфологические и феноменологические признаки согласованно дополняют друг друга. [c.21] В первой половине XIX в. выяснилось, что между химическими элементами существуют не только различия, но и сходства в свой ствах, позволяющих группировать элементы в естественные семейства. Первые естественные семейства включали в себя по три особенно сходных между собой элемента, а потому и получили название триад. Так, И. Доберейнер сгруппировал в такие триады 1) калий, рубидий и цезий 2). кальций, стронций и барий 3) серу, селен и теллур 4) хлор, бром и иод. При сравнении атбмных масс элементов каждой триады Доберейнер установил, что атомная масса промежуточного по химическим свойствам члена каждой триады является средним арифметическим из атомных масс крайних ее членов. Но лишь Д. И. Менделеев установил общий закон, охватывающий все стороны взаимосвязи между химическими элементами. [c.22] В отличие от предшественников Д. И. Менделеев исходил из убеждения, что между всеми химическими элементами должна существовать закономерная объединяющая их взаимосвязь. В основу систематики элементов он положил их атомную массу. Располагая элементы в ряд по величине их атомных масс и сопоставляя при этом свойства элементов, он в отличие от предшественников сопоставлял как раз свойства несходных элементов. Зная, что атомные веса несходственных элементов никак не были сравниваемы между собой , Менделеев понял, что как раз на несходственных элементах и обнаруживается закономерная зависимость свойств от изменений атомного веса . [c.22] Следует учесть, что, во-первых, во времена Менделеева было известно только 64 элемента (т. е. меньше двух третей от числа известных в настоящее время элементов), т. е. ряд элементов не мог быть полным во-вторых, не было уверенности в правильности определения атомных масс известных элементов. Все это создавало трудности для размещения элементов в непрерывном ряду. [c.22] Менделеев воспользовался тем, что тогда уже были известны группы химических элементов-аналогов, которые являются членами непрерьшного ряда элементов, расположенных по атомным массам. Это указывает на наличие закономерного изменения свойств химических элементов, повторяющееся в промежутках между элементами-аналогами. На основании этих соображений Менделеев в 1869 г. составил ряд химических элементов, оставляя в нем свободные места для неоткрытых в то время элементов и исправляя в некоторых случаях неправильно вычисленные атомные массы элементов. [c.22] Расположив все элементы, как известные, так и не известные в то время, в непрерывный ряд, он, по существу, придал каждому элементу порядковый номер. То, что этот номер имеет большее значение, чем атомная масса, скрыто подтверждалось тем фактом, что в менделеевском ряде элементов в трех местах нарушался принцип размещения элементов в порядке возрастания атомных масс. Несмотря на то что атомные массы аргона, кобальта и теллура больше, соответственно, чем калия, никеля и иода, Менделеев ставит в своем ряду аргон впереди калия, кобальт впереди никеля и теллур впереди иода. И хотя Менделеев полагал, что это нарушение объясняется недостаточно точным определением атомных масс указанных элементов, по существу он открыл более фундаментальную, чем атомная масса, величину, характеризующую химические элементы. Физический смысл этой величины — порядкового номера — удалось вскрыть лишь впоследствии. [c.23] Таким образом, к существу периодического закона относится то положение, что все свойства элементов и их соединений в конечном счете зависят от их порядкового номера. Атомные массы также являются функцией этого фундаментального числа. [c.23] В дальнейшем таблица Д. И. Менделеева подвергалась неоднократным исправлениям и дополнениям и в современном состоянии она имеет вид табл. 1.1. [c.23] Варианты таблиц периодической системы. Периодическая система элементов обычно изображается в виде таблицы, для оформления которой предложено несколько вариантов. Из всех вариантов наиболее известны и распространены три короткопериодная форма Менделеева, длиннопериодная форма Вернера (хотя она впервые была предложена также Менделеевым) и форма Томсена — Бора, с которой сходны таблицы Бейли и Некрасова. Остальные известные варианты, не имеющие юсобых преимуществ, не нашли достаточного распространения. [c.26] Основным недостатком этих трех глгвных вариантов периодической системы является отсутствие точного соответствия между изменением химического характера элементов и их расположением. Во всех трех вариантах предусматривается разделение элементов на три класса инертные, металлические и окислительные — с непрерывным переходом между двумя последними через промежуточные типы. Однако это разделение, если не считать только выделения инертных элементов, проведено крайне неясно, в основе его лежат весьма условные критерии и оно никак не оттенено какими-либо изобразительными средствами. Совершенно явно элементы разделены на группы лишь по признаку валентности. Однако, как это уже указано выше, в отдельных частных случаях действительная валентность элементов не совпадает с групповой, табличной. Все три варианта не отвечают также идее последовательности и непрерывности изменения качества атомов по мере их усложнения (т. е. возрастания порядкового номера), поскольку все они используют прямоугольную форму с обязательным помещением в конце горизонтальных рядов инертных элементов (или элементов железо-платинового семейства). [c.26] Преимуществом короткопериодной формы перед двумя другими вариантами является также то, что в ней вышеуказанное разделение элементов на металлические и неметаллические (только если исключить элементы побочных подгрупп) производится совершенно симметрично линией, идущей из верхнего левого угла в нижний правый. [c.27] Существенным недостатком короткопериодной формы является то, что в ней непоследовательно выглядит восьмая группа в ней находятся как металлы железо-платинового семейства, валентность которых не достигает восьми, так и инертные элементы (благородные газы) кроме того, эти металлы произвольно сгруппированы по три. [c.27] Длинная форма периодической системы подразделяется на семь рядов, которые совпадают с соответствующими периодами (см. табл. 1.2). [c.27] В больших периодах оказывается восемнадцать групп и элементы побочных подгрупп отделены от элементов соответствующих главных подгрупп. В этом заключаются как преимущество, так и недостаток длиннопериодной формы. Родство элементов побочных подгрупп с элементами соответствующих главных подгрупп в длиннопериодной форме устанавливается тем, что соответствующим подгруппам придаются одинаковые номера, только с разными индексами — главным А, а побочным В. Таким образом обозначаются шестнадцать групп, а группы кобальта и никеля или оставляют вообще без номера, или присоединяют их к группе железа, придавая всем трем группам номер VII IB. В длинно периодной форме, хотя и устраняются противоречия, связанные с совмещением элементов главных и побочных подгрупп, однако противоречия правилам изменений свойств элементов в некоторых рядах и группах остаются. Помимо этих противоречий, в длинной форме периодической системы отсутствует симметрия расположения элементов, особенно при разделении их на металлические и неметаллические, а также имеются разрывы в малых периодах, которые нарушают наши представления о непрерывности изменения свойств элементов. [c.27] Проблема размещения лантаноидов и актиноидов фактически не разрешена ни в одном из вариантов периодической системы. Все лантаноиды или заключены в одну клетку с лантаном, что не дает возможности наблюдать изменения внутри этой группы, или же расставлены в ряд, что делает и без того несимметричную таблицу еще более несимметричной и разорванной. Аналогично обстоит дело и с актиноидами. [c.30] Вернуться к основной статье