Formulacija svojstava periodičnog zakona Mendeljejeva. Otkriće periodičkog zakona kemijskih elemenata D.I. Mendeljejev. Neprocjenjiv doprinos razvoju kemije

Periodički zakon, jedan od temeljnih zakona prirodne znanosti, otkrio je veliki ruski znanstvenik D.I. Mendeleev 1869. U početku je zakon bio formuliran na sljedeći način: svojstva elemenata i njihovih spojeva su u periodičnoj ovisnosti o vrijednosti njihove atomske težine(prema modernim idejama - atomska masa).

Periodični zakon predstavljen je kao klasifikacija elemenata. Na temelju njega elementi su raspoređeni u prirodne skupine prema ukupnosti svojih svojstava. Ovom trenutku posvećena je posebna pozornost: vođeni svojstvima elemenata, D.I. U nizu slučajeva Mendeljejev je čak morao odstupiti od sekvencijalnog rasporeda elemenata u periodnom sustavu strogo prema porastu atomskih masa (atomskih "težina"), na primjer, 18 Ar (39,9) i 19 K (39,1) , 52 Te (127,6 ) i 53 1 (126,9).

U vrijeme Mendeljejeva nije bio poznat razlog periodičnosti svojstava elemenata. Međutim, otkrivač Periodnog zakona bio je siguran da razlog treba tražiti u strukturi materije.

Otkriće periodičkog zakona nije samo dalo temelje za kemijsku znanost, već je postavilo i zadatak razjašnjenja fizičkog uzroka periodičnosti. Kemijska i apsolutna većina fizikalnih svojstava elemenata periodična je funkcija neke neovisne, jedinstveno određene veličine, svojstvene svakom elementu i monotono se mijenja od elementa do elementa. Atomsku masu ("atomsku težinu") Mendeljejev je uzeo kao takvu vrijednost.

Tek kada se, zahvaljujući napretku fizike, o građi atoma znalo puno više nego u vrijeme otkrića i oblikovanja periodičnog zakona, postalo je jasno njegovo pravo značenje i uzroci periodičnosti. Od elementa do elementa, prema periodnom sustavu, mijenja se naboj jezgre atoma elementa koji je određen brojem protona. U periodnom sustavu taj se broj poklapa s rednim brojem elementa. Budući da je atom električki neutralan, naboj jezgre (u jedinicama naboja elektrona) jednak je broju elektrona u elektronskoj ljusci atoma. Povećanje atomskog broja elementa za jedan znači da je jedan proton dodan jezgri atoma, odnosno jedan elektron dodan elektronskoj ljusci. Budući da su svojstva elemenata, osobito kemijskih, određena uglavnom elektronima vanjskog kvantnog sloja, razlog periodičnosti svojstava je periodična priroda ispunjavanja prostora oko jezgre elektronima. Čimbenik koji određuje strukturu elektronskih ljuski atoma, a time i svojstva elemenata, je naboj jezgre atoma. Stoga je moderna formulacija periodičkog zakona sljedeća: svojstva elemenata i njihovih spojeva su u periodičnoj ovisnosti o naboju jezgre atoma elementa.

Atomska masa elementa određena je ukupnim brojem nukleona (protona i neutrona) u jezgrama izotopa tog elementa i izotopskim sastavom elementa. Promjena atomske mase uglavnom je proporcionalna naboju jezgre. Stoga Mendeljejevljeva formulacija periodnog zakona, uz nekoliko iznimaka, ispravno odražava raspored elemenata u periodnom sustavu, ali ne otkriva razlog periodičnosti.

Prema Paulijevom principu, broj mogućih elektroničkih stanja na kvantnim razinama i podrazinama ograničen je brojem kombinacija neponavljajućih skupova četiriju kvantnih brojeva. P, /, T I s, a to određuje kapacitet kvantnih razina i podrazina (vidi tablicu 2.1). Ako atom nije pobuđen, elektroni ispunjavaju takve orbitale, čija je energija minimalna.

Periodni sustav bio bi jednostavniji da je energija u višeelektronskim atomima, kao u atomu vodika, određena glavnim kvantnim brojem. Tada bi se, u skladu s kapacitetom kvantnih slojeva, periode sastojale od 2, 8, 18, 32, 50 itd. elemenata, a plemeniti plinovi sa završenom kvantnom razinom imali bi brojeve 2, 10, 28, 60, 110... Međutim, zbog međuelektroničke interakcije taj je niz narušen. Od razdoblja IV, punjenje novog kvantnog sloja, koji u periodnom sustavu odgovara početku novog razdoblja, počinje na nepotpunoj preliminarnoj trećoj kvantnoj razini, a od razdoblja VI - na nepotpunim IV i V kvantnim razinama itd. Dakle, plemeniti plinovi - elementi nakon kojih počinje izgradnja nove kvantne razine (i novog razdoblja) - sadrže samo 8 elektrona na vanjskom kvantnom sloju i imaju brojeve 2, 10, 18, 36, 54 i 86. Sukladno tome , razdoblja pokrivaju 2, 8, 8, 18, 18 i 32 elementa.

Periodični zakon nema definitivan matematički izraz. Predstavljen je u obliku periodnog sustava. Postoji nekoliko varijanti takve tablice, ali sve su prikazane u jednom ili drugom obliku kao strukturogrami strukture atoma bilo kojeg elementa. Postaje moguće utvrditi elektroničku strukturu bilo kojeg atoma ne samo na temelju poznatog slijeda podrazina punjenja ili pravila Klečkovskog, već i na temelju same tablice: položaj elementa u tablici jedinstveno odražava elektronički struktura njegovih atoma. Raspodjela elemenata po periodima i podskupinama točno odgovara raspodjeli elektrona atoma tih elemenata po razinama i podrazinama elektronske ljuske.

Periodički zakon Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva jedan je od temeljnih zakona prirode koji povezuje ovisnost svojstava kemijskih elemenata i jednostavnih tvari s njihovim atomskim masama. Trenutno je zakon pročišćen, a ovisnost svojstava objašnjava se nabojem atomske jezgre.

Zakon su otkrili ruski znanstvenici 1869. godine. Mendeljejev ga je predstavio znanstvenoj zajednici u izvješću na kongresu Ruskog kemijskog društva (izvješće je napravio drugi znanstvenik, budući da je Mendeljejev bio prisiljen hitno otići po uputama Slobodnog ekonomskog društva iz St. Petersburga). Iste godine objavljen je udžbenik "Osnove kemije", koji je napisao Dmitry Ivanovich za studente. U njemu je znanstvenik opisao svojstva popularnih spojeva, a također je pokušao dati logičnu sistematizaciju kemijskih elemenata. Također je po prvi put predstavljena tablica s periodički raspoređenim elementima kao grafička interpretacija periodičkog zakona. Svih sljedećih godina Mendeleev je poboljšao svoju tablicu, na primjer, dodao je stupac inertnih plinova, koji su otkriveni 25 godina kasnije.

Znanstvena zajednica nije odmah prihvatila ideje velikog ruskog kemičara, čak ni u Rusiji. Ali nakon otkrića tri nova elementa (galij 1875., skandij 1879. i germanij 1886.), koje je Mendeljejev predvidio i opisao u svom poznatom izvješću, priznat je periodički zakon.

• To je univerzalni zakon prirode.
• Tablica koja grafički prikazuje zakon uključuje ne samo sve poznate elemente, već i one koji se tek otkrivaju.
• Sva nova otkrića nisu utjecala na relevantnost zakona i tablice. Stol je poboljšan i promijenjen, ali njegova suština je ostala nepromijenjena.
• Omogućio je razjašnjenje atomskih težina i drugih karakteristika nekih elemenata, predviđanje postojanja novih elemenata.
• Kemičari su dobili pouzdane tragove o tome kako i gdje tražiti nove elemente. Osim toga, zakon dopušta, s visokim stupnjem vjerojatnosti, unaprijed odrediti svojstva još neotkrivenih elemenata.
• Odigrao je veliku ulogu u razvoju anorganske kemije u 19. stoljeću.

Povijest otkrića

Postoji lijepa legenda da je Mendeljejev u snu vidio svoju tablicu, a ujutro se probudio i zapisao je. Zapravo, to je samo mit. Sam znanstvenik je više puta rekao da je 20 godina svog života posvetio stvaranju i poboljšanju periodnog sustava elemenata.

Sve je počelo činjenicom da je Dmitrij Ivanovič odlučio napisati udžbenik anorganske kemije za studente, u kojem će sistematizirati sva znanja poznata u to vrijeme. I naravno, oslanjao se na postignuća i otkrića svojih prethodnika. Po prvi put pozornost na odnos atomskih težina i svojstava elemenata obratio je njemački kemičar Döbereiner, koji je njemu poznate elemente pokušao rastaviti na trijade sličnih svojstava i težina koje se pokoravaju određenom pravilu. U svakoj trojki, srednji element imao je težinu blizu aritmetičke sredine dva ekstremna elementa. Znanstvenik je tako uspio formirati pet grupa, na primjer, Li-Na-K; Cl–Br–I. Ali to nisu bili svi poznati elementi. Osim toga, trio elemenata očito nije iscrpio popis elemenata sličnih svojstava. Pokušali su pronaći zajednički obrazac kasnije Nijemci Gmelin i von Pettenkofer, Francuzi J. Dumas i de Chancourtua, Britanci Newlands i Odling. Najdalje je odmakao njemački znanstvenik Meyer, koji je 1864. sastavio tablicu vrlo sličnu periodnom sustavu, ali je sadržavala samo 28 elemenata, dok su već poznata 63.

Za razliku od svojih prethodnika, Mendeljejev je u tome uspio napraviti tablicu koja uključuje sve poznate elemente koji se nalaze u određenom sustavu. Istodobno je neke ćelije ostavio praznima, grubo izračunavši atomske težine nekih elemenata i opisujući njihova svojstva. Osim toga, ruski je znanstvenik imao hrabrosti i dalekovidnosti da zakon koji je otkrio proglasi univerzalnim zakonom prirode i nazvao ga je "periodični zakon". Rekavši "a", otišao je dalje i ispravio atomske težine elemenata koji nisu stali u tablicu. Nakon detaljnijeg ispitivanja pokazalo se da su njegovi ispravci bili točni, a otkriće hipotetskih elemenata koje je opisao bila je konačna potvrda istinitosti novog zakona: praksa je dokazala valjanost teorije.

Prva opcija Periodni sustav elemenata objavio je Dmitrij Ivanovič Mendeljejev 1869. godine i nazvan je "Iskustvo sustava elemenata".

DI. Mendeljejev je poredao 63 u to vrijeme poznata elementa uzlaznim redoslijedom njihovih atomskih masa i dobio prirodni niz kemijskih elemenata, u kojem je otkrio periodičko ponavljanje kemijskih svojstava. Ovaj niz kemijskih elemenata danas je poznat kao Periodni zakon (formulacija D.I. Mendeljejeva):

Svojstva jednostavnih tijela, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, u periodičnoj su ovisnosti o veličini atomskih težina elemenata.

Sadašnji tekst zakona glasi:

Svojstva kemijskih elemenata, jednostavnih tvari, kao i sastav i svojstva spojeva u periodičnoj su ovisnosti o vrijednostima naboja jezgri atoma.

Grafička slika periodični zakon je periodni sustav.

Ćelija svakog elementa označava njegove najvažnije karakteristike.

Periodni sustav elemenata sadrži skupine i razdoblja.

Skupina- stupac periodnog sustava u kojem se nalaze kemijski elementi koji imaju kemijsku sličnost zbog identične elektronske konfiguracije valentnog sloja.

Periodni sustav D.I. Mendeljejev sadrži osam grupa elemenata. Svaka grupa se sastoji od dvije podgrupe: glavni (a) i sporedni (b). Glavna podskupina sadrži s- I p- elementi, sa strane - d- elementi.

Imena grupa:

I-a Alkalijski metali.

II-a Zemnoalkalijski metali.

V-a Pniktogeni.

VI-a Halkogeni.

VII-a Halogeni.

VIII-a Plemeniti (inertni) plinovi.

Razdoblje je niz elemenata zapisanih kao niz, poredanih prema rastućim nabojima njihovih jezgri. Broj perioda odgovara broju elektronskih razina u atomu.

Razdoblje počinje s alkalnim metalom (ili vodikom), a završava s plemenitim plinom.

Moderni periodni sustav kemijskih elemenata Mendeljejeva.

SESIJA 5 10. razred(prva godina studija)

Periodni zakon i sustav kemijskih elemenata Plan d.I.Mendelejeva

1. Povijest otkrića periodičkog zakona i sustava kemijskih elemenata D. I. Mendelejeva.

2. Periodički zakon u formulaciji DIMendeljejeva.

3. Suvremena formulacija periodičkog zakona.

4. Vrijednost periodičkog zakona i sustava kemijskih elemenata DIMendelejeva.

5. Periodni sustav kemijskih elemenata – grafički prikaz periodnog zakona. Struktura periodnog sustava: periode, skupine, podskupine.

6. Ovisnost svojstava kemijskih elemenata o građi njihovih atoma.

1. ožujka (prema novom stilu) 1869. godine smatra se datumom otkrića jednog od najvažnijih zakona kemije - periodičkog zakona. Sredinom XIX stoljeća. Bila su poznata 63 kemijska elementa, pa je postojala potreba za njihovom klasifikacijom. Takvu klasifikaciju pokušali su učiniti mnogi znanstvenici (W. Odling i J. A. R. Newlands, J. B. A. Dumas i A. E. Chancourtua, I. V. Debereiner i L. Yu. Meyer), no tek je D. I. Mendeljejev uspio uočiti određeni obrazac, slažući elemenata redoslijedom povećanja njihove atomske mase. Ovaj obrazac ima periodičku prirodu, pa je Mendeljejev formulirao zakon koji je otkrio na sljedeći način: svojstva elemenata, kao i oblici i svojstva njihovih spojeva, u periodičnoj su ovisnosti o vrijednosti atomske mase elementa.

Ovu formulaciju potvrđuje prisutnost izotopa čija su kemijska svojstva ista, iako su atomske mase različite.

Periodni zakon jedan je od temeljnih zakona prirode i najvažniji zakon kemije. Otkrićem tog zakona započinje moderna etapa u razvoju kemijske znanosti. Iako je fizikalno značenje periodičkog zakona postalo jasno tek nakon stvaranja teorije o građi atoma, sama se ova teorija razvila na temelju periodičkog zakona i sustava kemijskih elemenata. Zakon pomaže znanstvenicima da stvaraju nove kemijske elemente i nove spojeve elemenata, da dobiju tvari sa željenim svojstvima. Mendeljejev je sam predvidio postojanje 12 tada još neotkrivenih elemenata i odredio njihov položaj u periodnom sustavu. Detaljno je opisao svojstva tri od ovih elemenata, a tijekom života znanstvenika ti su elementi otkriveni ("ekabor" - galij, "ekaaluminij" - skandij, "ekasilicij" - germanij). Osim toga, periodični zakon ima veliko filozofsko značenje, potvrđujući najopćenitije zakone razvoja prirode.

Grafički odraz periodičkog zakona je periodni sustav kemijskih elemenata Mendeljejeva. Postoji nekoliko oblika periodnog sustava (kratki, dugi, ljestvičasti (predlog N. Bor), spiralni). U Rusiji je kratki oblik najrašireniji. Suvremeni periodni sustav sadrži 110 do danas otkrivenih kemijskih elemenata, od kojih svaki zauzima određeno mjesto, ima svoj serijski broj i naziv. U tablici se razlikuju vodoravni redovi - razdoblja (1–3 su male, sastoje se od jednog reda; 4–6 su velike, sastoje se od dva reda; 7. razdoblje je nepotpuno). Osim razdoblja, razlikuju se okomiti redovi - skupine, od kojih je svaka podijeljena u dvije podskupine (glavna - a i sekundarna - b). Sekundarne podskupine sadrže elemente samo velikih perioda, svi pokazuju metalna svojstva. Elementi iste podskupine imaju istu strukturu vanjskih elektronskih ljuski, što određuje njihova slična kemijska svojstva.

Razdoblje- ovo je niz elemenata (od alkalijskog metala do inertnog plina), čiji atomi imaju isti broj energetskih razina, jednak broju razdoblja.

Glavna podskupina je okomiti niz elemenata čiji atomi imaju isti broj elektrona na vanjskoj energetskoj razini. Ovaj broj je jednak broju grupe (osim za vodik i helij).

Svi elementi u periodnom sustavu podijeljeni su u 4 elektroničke obitelji ( s-, str-, d-,f-elementi) ovisno o tome koja je podrazina u atomu elementa zadnja popunjena.

bočna podskupina je okomita linija d-elementi koji imaju isti ukupan broj elektrona po d-podrazina predvanjskog sloja i s- podrazina vanjskog sloja. Ovaj broj je obično jednak broju grupe.

Najvažnija svojstva kemijskih elemenata su metalnost i nemetalnost.

metalnost je sposobnost atoma kemijskog elementa da doniraju elektrone. Kvantitativna karakteristika metalnosti je energija ionizacije.

Energija ionizacije atoma- to je količina energije koja je potrebna da se elektron odvoji od atoma elementa, tj. da se atom pretvori u kation. Što je niža energija ionizacije, atom lakše otpusti elektron, to su metalna svojstva elementa jača.

nemetalnost je sposobnost atoma kemijskog elementa da vežu elektrone. Kvantitativna karakteristika nemetaličnosti je afinitet prema elektronu.

afinitet prema elektronu- to je energija koja se oslobađa kada se elektron veže za neutralni atom, tj. kada se atom pretvori u anion. Što je veći afinitet za elektron, atom lakše veže elektron, to su jača nemetalna svojstva elementa.

Univerzalna karakteristika metalnosti i nemetalnosti je elektronegativnost (EO) elementa.

EO elementa karakterizira sposobnost njegovih atoma da sebi privuku elektrone koji sudjeluju u stvaranju kemijskih veza s drugim atomima u molekuli.

Što je više metalnosti, to je manje EO.

Što je veća nemetaličnost, to je veći EO.

Pri određivanju vrijednosti relativne EC na Paulingovoj ljestvici, EC atoma litija uzeta je kao jedinica (EC(Li) = 1); najelektronegativniji element je fluor (EO(F) = 4).

U kratkim razdobljima od alkalnog metala do inertnog plina:

Povećava se naboj jezgri atoma;

Broj energetskih razina se ne mijenja;

Broj elektrona u vanjskoj razini raste od 1 do 8;

Radijus atoma se smanjuje;

Snaga veze između elektrona vanjskog sloja i jezgre raste;

Povećava se energija ionizacije;

Povećava se afinitet prema elektronu;

EO se povećava;

Metalnost elemenata se smanjuje;

Povećava se nemetalnost elemenata.

svi d-elementi ove periode su slični po svojim svojstvima - svi su metali, imaju malo različite atomske radijuse i EC vrijednosti, budući da sadrže isti broj elektrona na vanjskoj razini (npr. u 4. periodi - osim Cr i Cu).

U glavnim podskupinama odozgo prema dolje:

Broj energetskih razina u atomu raste;

Broj elektrona u vanjskoj razini je isti;

Povećava se radijus atoma;

Jačina veze između elektrona vanjske razine i jezgre opada;

Energija ionizacije se smanjuje;

Elektronski afinitet se smanjuje;

EO se smanjuje;

Povećava se metalnost elemenata;

Nemetalnost elemenata se smanjuje.