Четвертий елемент Менделєєва таблиці. Речовини, що утворюються елементами: прості

Знаючи формулювання періодичного закону та використовуючи періодичну систему елементів Д. І. Менделєєва, можна дати характеристику будь-якому хімічному елементу та його сполукам. Таку характеристику хімічного елемента зручно складати за планом.

I. Символ хімічного елемента та його назва.

ІІ. Положення хімічного елемента у періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва:

1. порядковий номер;
2. номер періоду;
3. номер групи;
4. підгрупа (головна чи побічна).

ІІІ. Будова атома хімічного елемента:

1. заряд ядра атома;
2. відносна атомна маса хімічного елемента;
3. кількість протонів;
4. кількість електронів;
5. число нейтронів;
6. число електронних рівнів у атомі.

IV. Електронна та електронно-графічна формули атома, його валентні електрони.

V. Тип хімічного елемента (метал або неметал, s-, p-, d-або f-елемент).

VI. Формули вищого оксиду та гідроксиду хімічного елемента, характеристика їх властивостей (основні, кислотні чи амфотерні).

VII. Порівняння металевих або неметалічних властивостей хімічного елемента з властивостями елементів-сусідів за періодом та підгрупою.

VIII. Максимальний та мінімальний ступінь окислення атома.

Наприклад, надамо характеристику хімічного елемента з порядковим номером 15 та його сполук за положенням у періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва та будовою атома.

I. Знаходимо в таблиці Д. І. Менделєєва клітину з номером хімічного елемента, записуємо його символ та назву.

Хімічний елемент номер 15 – Фосфор. Його символ Р.

ІІ. Охарактеризуємо положення елемента таблиці Д. І. Менделєєва (номер періоду, групи, тип підгрупи).

Фосфор знаходиться у головній підгрупі V групи, у 3-му періоді.

ІІІ. Надамо загальну характеристику складу атома хімічного елемента (заряд ядра, атомна маса, кількість протонів, нейтронів, електронів та електронних рівнів).

Заряд ядра атома фосфору дорівнює +15. Відносна атомна маса фосфору дорівнює 31. Ядро атома містить 15 протонів та 16 нейтронів (31 - 15 = 16). Атом фосфору має три енергетичні рівні, на яких знаходяться 15 електронів.

IV. Складаємо електронну та електронно-графічну формули атома, відзначаємо його валентні електрони.

Електронна формула атома фосфору: 15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .

Електронно-графічна формула зовнішнього рівня атома фосфору: на третьому енергетичному рівні на 3s-підрівні знаходяться два електрони (в одній клітці записуються дві стрілки, що мають протилежний напрямок), на три р-підрівні знаходяться три електрони (у кожній з трьох клітин записуються по одній стрілці, що мають однаковий напрямок).

Валентними електронами є електрони зовнішнього рівня, тобто. 3s2 3p3 електрони.

V. Визначаємо тип хімічного елемента (метал чи неметал, s-, p-, d-або f-елемент).

Фосфор – неметал. Оскільки останнім підрівнем в атомі фосфору, який заповнюється електронами, є p-підрівень, Фосфор відноситься до сімейства p-елементів.

VI. Складаємо формули вищого оксиду та гідроксиду фосфору та характеризуємо їх властивості (основні, кислотні або амфотерні).

Вищий оксид фосфору P 2 O 5 виявляє властивості кислотного оксиду. Гідроксид, що відповідає вищому оксиду, H 3 PO 4 виявляє властивості кислоти. Підтвердимо зазначені властивості рівняннями відповіді хімічних реакцій:

P 2 O 5 + 3 Na 2 O = 2Na 3 PO 4

H 3 PO 4 + 3NaOH = Na 3 PO 4 + 3H 2 O

VII. Порівняємо неметалеві властивості фосфору з властивостями елементів-сусідів за періодом та підгрупою.

Сусідом фосфору підгрупою є азот. Сусідами фосфору за періодом є кремній та сірка. Неметалічні властивості атомів хімічних елементів основних підгруп зі зростанням порядкового номера зростають у періодах і знижуються у групах. Тому неметалеві властивості фосфору більш виражені, ніж кремнію і менш виражені, ніж азоту і сірки.

VIII. Визначаємо максимальний та мінімальний ступінь окислення атома фосфору.

Максимальний позитивний рівень окислення для хімічних елементів основних підгруп дорівнює номеру групи. Фосфор перебуває у головній підгрупі п'ятої групи, тому максимальна ступінь окислення фосфору +5.

Мінімальний ступінь окислення для неметалів у більшості випадків дорівнює різниці між номером групи та числом вісім. Так, мінімальний рівень окислення фосфору -3.

Таблиця Менделєєва є одним із найбільших відкриттів людства, що дозволило впорядкувати знання про навколишній світ і відкрити нові хімічні елементи. Вона є необхідною для школярів, а також для всіх, хто цікавиться хімією. Крім того, дана схема є незамінною і в інших галузях науки.

Ця схема містить усі відомі людині елементи, причому вони групуються залежно від атомної маси та порядкового номера. Ці показники впливають властивості елементів. Всього в короткому варіанті таблиці є 8 груп, елементи, що входять в одну групу, мають дуже подібні властивості. Перша група містить водень, літій, калій, мідь, латинську вимову російською якою купрум. А також аргентум — срібло, цезій, золото — аурум і францій. У другій групі розташовані берилій, магній, кальцій, цинк, за ними йдуть стронцій, кадмій, барій, закінчується група ртуттю та радієм.

До складу третьої групи увійшли бір, алюміній, скандій, галій, потім йдуть ітрій, індій, лантан, завершується група талієм та актинієм. Четверта група починається з вуглецю, кремнію, титану, продовжується германієм, цирконієм, оловом і завершується гафнієм, свинцем та резерфордієм. У п'ятій групі є такі елементи, як азот, фосфор, ванадій, нижче розташовані миш'як, ніобій, сурма, потім йдуть тантал вісмут і завершує групу дубній. Шоста починається з кисню, за яким лежать сірка, хром, селен, потім ідуть молібден, телур, далі вольфрам, полоній та сиборгій.

У сьомій групі перший елемент - фтор, потім слідує хлор, марганець, бром, технецій, за ним знаходиться йод, потім реній, астат і борій. Остання група є найчисленнішою. До неї входять такі гази, як гелій, неон, аргон, криптон, ксенон та радон. Також до цієї групи ставляться метали залізо, кобальт, нікель, родій, паладій, рутеній, осмій, іридій, платина. Далі йдуть ханний та мейтнерій. Окремо розташовані елементи, що утворюють ряд актиноїдів та ряд лантаноїдів. Вони мають подібні властивості з лантаном і актинієм.

Дана схема включає всі види елементів, які діляться на 2 великі групи – метали та неметали, що мають різні властивості. Як визначити приналежність елемента до тієї чи іншої групи допоможе умовна лінія, яку необхідно провести від бору до астату. Слід пам'ятати, що таку лінію можна провести лише у повній версії таблиці. Всі елементи, які знаходяться вище цієї лінії, і розташовуються в головних підгрупах, вважаються неметалами. А які нижчі, у головних підгрупах – металами. Також металами є речовини, що у побічних підгрупах. Існують спеціальні картинки та фото, на яких можна детально ознайомитись із положенням цих елементів. Варто зазначити, що ті елементи, які знаходяться на цій лінії, виявляють однаково властивості і металів, і неметалів.

Окремий список складають і амфотерні елементи, які мають подвійні властивості і можуть утворювати в результаті реакцій 2 виду сполук. При цьому у них виявляються однаково як основні, так і кислотні властивості. Переважання тих чи інших властивостей залежить від умов реакції та речовин, з якими амфотерний елемент реагує.

Варто зазначити, що дана схема у традиційному виконанні гарної якості є кольоровою. При цьому різними кольорами для зручності орієнтування позначаються головні та побічні підгрупи. А також елементи групуються в залежності від схожості їх властивостей.
Проте нині поруч із кольорової схемою дуже поширеною є періодична таблиця Менделєєва чорно біла. Такий її вигляд використовується для чорно-білого друку. Незважаючи на складність, працювати з нею так само зручно, якщо врахувати деякі нюанси. Так, відрізнити головну підгрупу від побічної у разі можна за відмінностями у відтінках, які добре помітні. До того ж, у кольоровому варіанті елементи з наявністю електронів на різних шарах позначаються. різними кольорами.
Варто зазначити, що в одноколірному виконанні орієнтуватися за схемою не дуже складно. Для цього буде достатньо інформації, вказаної в кожній окремій клітині елемента.

Єге сьогодні є основним видом випробування після закінчення школи, а отже, підготовці до нього необхідно приділяти особливу увагу. Тому при виборі підсумкового іспиту з хімії, необхідно звернути увагу на матеріали, які можуть допомогти у його здаванні. Як правило, школярам на іспиті дозволено користуватися деякими таблицями, зокрема, таблицею Менделєєва у високій якості. Тому, щоб вона принесла на випробуваннях лише користь, слід заздалегідь приділити увагу її будову та вивченню властивостей елементів, а також їх послідовності. Необхідно навчитися, так само користуватись і чорно-білою версією таблиці, щоб на іспиті не зіткнутися з деякими труднощами.

Крім основної таблиці, що характеризує властивості елементів та його залежність від атомної маси, існують й інші схеми, які можуть допомогти при вивченні хімії. Наприклад, існують таблиці розчинності та електронегативності речовин. По першій можна визначити, наскільки розчинна та чи інша сполука у воді при звичайній температурі. У цьому горизонталі розташовуються аніони – негативно заряджені іони, а, по вертикалі – катіони, тобто позитивно заряджені іони. Щоб дізнатися ступінь розчинностітого чи іншого з'єднання, необхідно за таблицею знайти його складові. І на місці їхнього перетину буде потрібне позначення.

Якщо це буква "р", то речовина повністю розчинна у воді в нормальних умовах. За наявності літери "м" - речовина малорозчинна, а за наявності літери "н" - вона майже не розчиняється. Якщо стоїть знак «+», з'єднання не утворює осад і без залишку реагує з розчинником. Якщо є знак «-», це означає, що такої речовини не існує. Іноді так само в таблиці можна побачити знак "?", Тоді це означає, що ступінь розчинності цієї сполуки достеменно не відома. Електронегативність елементівможе змінюватись від 1 до 8, для визначення цього параметра так само існує спеціальна таблиця.

Ще одна корисна таблиця – низка активності металів. У ньому розташовуються всі метали зі збільшенням ступеня електрохімічного потенціалу. Починається ряд напруги металів з літію, що закінчується золотом. Вважається, що ліворуч займає місце у цьому ряду метал, тим більше активний у хімічних реакціях. Таким чином, найактивнішим металомвважається метал лужного типу літій. У списку елементів ближче до кінця також є водень. Вважається, що метали, які після нього, є практично неактивними. Серед них такі елементи, як мідь, ртуть, срібло, платина та золото.

Таблиця Менделєєва картинки у високій якості

Дана схема є одним із найбільших досягнень у галузі хімії. При цьому існує чимало видів цієї таблиці- Короткий варіант, довгий, а також наддовгий. Найпоширенішою є коротка таблиця, також часто зустрічається і довга версія схеми. Варто зазначити, що коротка версія схеми нині не рекомендується ІЮПАК для використання.
Усього було розроблено більше сотні видів таблиці, що відрізняються уявленням, формою та графічним уявленням. Вони використовують у різних галузях науки, або зовсім не застосовуються. Нині нові зміни схеми продовжують розроблятися дослідниками. Як основний варіант використовується або коротка, або довга схема у відмінній якості.

ПЕРІОДИЧНА ТАБЛИЦЯ МЕНДЕЛЄЄВА

Побудова періодичної таблиці хімічних елементів Менделєєва відповідає характерним періодам теорії чисел та ортогональних базисів. Доповнення матриць Адамара матрицями парних та непарних порядків створює структурний базис вкладених матричних елементів: матриць першого (Odin), другого (Euler), третього (Mersenne), четвертого (Hadamard) та п'ятого (Fermat) порядків.

Нескладно помітити, що поряд kматриць Адамара відповідають інертні елементи з атомною масою, кратною чотирьом: гелій 4, неон 20, аргон 40 (39948) і т.п., але також і основи життя і цифрової техніки: вуглець 12, кисень 16, кремній 28, германій 28.

Таке враження, що з матрицями Мерсенна порядку 4 k-1, Навпаки, пов'язане все активне, отруйне, руйнівне і роз'їдає. Але це також радіоактивні елементи – джерела енергії та свинець 207 (кінцевий продукт, отруйні солі). Фтор, це, звичайно, 19. Порядкам матриць Мерсенна відповідає послідовність радіоактивних елементів, яка називається рядом актинія: уран 235, плутоній 239 (ізотоп, який є потужнішим джерелом атомної енергії, ніж уран) і т.п. Це також лужні метали літій 7, 23 натрій і калій 39.

Галій – атомна вага 68

Порядків 4 k-2 матриць Ейлера (здвоєний Мерсен) відповідає азот 14 (основа атмосфери). Кухонна сіль утворена двома "мерсенноподібними" атомами натрію 23 і хлору 35, разом це поєднання характерне якраз для матриць Ейлера. Більш масивний хлор з вагою 35.4 трохи не добирає до адамарової розмірності 36. Кристали кухонної солі: куб (! тобто характер смирний, адамаров) і октаедр (зухваліший, це безсумнівний Ейлер).

В атомній фізиці перехід залізо 56 – нікель 59, це межа між елементами, що дають енергію при синтезі більшого ядра (воднева бомба) та розпаді (уранова). Порядок 58 відомий тим, що для нього немає не тільки аналогів матриць Адамара у вигляді матриць Белевича з нулями на діагоналі, для нього немає і багатьох зважених матриць – найближча ортогональна W(58,53) має 5 нулів у кожному стовпці та рядку (глибокий розрив ).

У ряді, що відповідає матрицям Ферма та їх заміщенням порядків 4 k+1, стоїть волею долі фермій 257. Нічого не скажеш, точне влучення. Тут же золото 197. Мідь 64 (63547) і срібло 108 (107868), символи електроніки, недотягують, як видно, до золота і відповідають скромнішим матрицям Адамара. Мідь, що з її недалеко пішов від 63 атомною вагою, хімічно активна - її зелені оксиди добре відомі.

Кристали бору під сильним збільшенням

З золотим перетиномпов'язаний бор - атомна маса серед усіх інших елементів найбільш близька до 10 (точніше 10.8, близькість атомної ваги до непарних чисел теж позначається). Бор – досить складний елемент. Бор грає заплутану роль історії самої життя. Будова каркаса у його структурах набагато складніша, ніж у алмазі. Унікальний тип хімічного зв'язку, який дозволяє бору поглинати будь-яку домішку, дуже погано вивчений, хоча за дослідження, пов'язані з ним, багато вчених вже отримали Нобелівські премії. Форма кристала бору - ікосаедр, п'ять трикутників утворюють вершину.

Загадка платини. П'ятий елемент, безперечно, благородні метали, такі, як золото. Надбудова над адамаровою розмірністю 4 k, на 1 велику.

Стабільний ізотоп уран 238

Згадаймо, все ж таки, що числа Ферма зустрічаються рідко (найближче – 257). Кристали самородного золота мають форму, близьку до куба, а й пентаграма просверкує. Його найближчий сусід, платина, шляхетний метал, віддалений від золота 197 за атомною вагою менше, ніж на 4. Платина має атомну вагу не 193, а дещо підвищену, 194 (порядок матриць Ейлера). Дрібниця, але це переносить її в стан дещо агресивніших елементів. Варто згадати, у зв'язку з тим, що при її інертності (розчиняється, хіба, в царській горілці), платину використовують як активний каталізатор хімічних процесів.

Губчаста платина при кімнатній температурі спалахує водень. Характер у платини зовсім не мирний, смирніше поводиться іридій 192 (суміш ізотопів 191 і 193). Це, швидше, мідь, але з вагою та характером золота.

Між неоном 20 і 23 натрієм немає елемента з атомною вагою 22. Звичайно, атомні ваги - інтегральна характеристика. Але серед ізотопів, у свою чергу, теж спостерігається цікава кореляція властивостей із властивостями чисел та відповідних їм матриць ортогональних базисів. Як ядерне паливо найбільше застосування має ізотоп уран 235 (порядок матриць Мерсенна), в якому можлива ланцюгова ядерна реакція, що самопідтримується. У природі цей елемент поширений у стабільній формі уран 238 (порядок матриць Ейлера). Елемент із атомною вагою 13 відсутній. Що стосується хаосу, то обмежена кількість стійких елементів таблиці Менделєєва і складність знаходження рівневих матриць високих порядків зважаючи на помічений у матриць тринадцятого порядку бар'єру корелюють.

Ізотопи хімічних елементів, острівець стабільності

115 елемент таблиці Менделєєва - московський (moscovium) - надважкий синтетичний елемент із символом Mc та атомним номером 115. Він був уперше отриманий у 2003 році спільною командою російських та американських учених в Об'єднаному інституті ядерних досліджень (ОІЯД) у Дубні, Росія. У грудні 2015 року визнаний одним із чотирьох нових елементів Об'єднаною робочою групою міжнародних наукових організацій IUPAC/IUPAP. 28 листопада 2016 року його було офіційно названо на честь Московського регіону, в якому знаходиться ОІЯД.

Характеристика

115 Елемент таблиці Менделєєва є надзвичайно радіоактивною речовиною: його найбільш стабільний відомий ізотоп, moscovium-290 має період напіврозпаду всього 0,8 секунди. Вчені відносять московський до неперехідних металів, за низкою показників схожим з вісмутом. У періодичній таблиці відноситься до трансактінідним елементам p-блоку 7-го періоду і поміщений в групу 15 як найважчий пніктоген (елемент підгрупи азоту), хоча і не підтверджено, що він поводиться як більш важкий гомолог вісмуту.

Згідно з розрахунками, елемент має деякі властивості, схожі з більш легкими гомологами: азотом, фосфором, миш'яком, сурмою і вісмутом. При цьому демонструє кілька суттєвих відмінностей від них. На сьогоднішній день синтезовано близько 100 атомів московія, які мають масові числа від 287 до 290.

Фізичні властивості

Валентні електрони 115 елемента таблиці Менделєєва московія діляться на три підболочки: 7s (два електрони), 7p 1/2 (два електрони) і 7p 3/2 (один електрон). Перші два з них релятивістські стабілізуються і, отже, поводяться, як інертні гази, а останні релятивістські дестабілізуються і можуть легко брати участь у хімічних взаємодіях. Отже, первинний потенціал іонізації московія має становити близько 5,58 эВ. Згідно з розрахунками, московіум повинен бути щільним металом через його високу атомну вагу з щільністю близько 13,5 г/см 3 .

Очікувані розрахункові характеристики:

• Фаза: тверда.
• Температура плавлення: 400 ° С (670 ° К, 750 ° F).
• Точка кипіння: 1100 ° С (1400 ° К, 2000 ° F).
• Питома теплота плавлення: 5,90-5,98 кДж/моль.
• Питома теплота пароутворення та конденсації: 138 кДж/моль.

Хімічні властивості

115-й елемент таблиці Менделєєва стоїть третім у ряді хімічних елементів 7p і є найважчим членом групи 15 у періодичній таблиці, розташовуючись нижче вісмуту. Хімічна взаємодія московія у водному розчині обумовлена ​​характеристиками іонів Mc+ та Mc3+. Перші, імовірно, легко гідролізуються та утворюють іонний зв'язок з галогенами, ціанідами та аміаком. Гідроксид московія (I) (McOH), карбонат (Mc 2 CO 3 ), оксалат (Mc 2 C 2 O 4 ) та фторид (McF) повинні розчинятися у воді. Сульфід (Мс 2 S) має бути нерозчинним. Хлорид (McCl), бромід (McBr), йодид (McI) та тіоціанат (McSCN) – слаборозчинні сполуки.

Фторид московія (III) (McF 3) і тіозонід (McS 3), ймовірно, нерозчинні у воді (аналогічно відповідним сполукам вісмуту). У той час, як хлорид (III) (McCl 3), бромід (McBr 3) та йодид (McI 3) повинні бути легко розчиняються та легко гідролізовані з утворенням оксогалогенідів, таких як McOCl та McOBr (також аналогічно вісмуту). Оксиди московія (I) і (III) мають схожими станами окислення, та його відносна стабільність значною мірою залежить від цього, з якими елементами вони взаємодіють.

Невизначеність

Внаслідок того, що 115 елемент таблиці Менделєєва синтезується одиничними експериментально, його точні характеристики проблематично. Вченим доводиться орієнтуватися на теоретичні розрахунки і порівнювати з більш стабільними елементами, схожими на властивості.

У 2011 році були проведені експерименти зі створення ізотопів ніхонію, флеровію та московію в реакціях між «прискорювачами» (кальцієм-48) та «мішенями» (америцієм-243 та плутонієм-244) для дослідження їх властивостей. Однак «мішені» включали домішки свинцю та вісмуту і, отже, були отримані в реакціях перенесення нуклонів деякі ізотопи вісмуту та полонію, що ускладнило проведення експерименту. Тим часом отримані дані допоможуть у майбутньому вченим детальніше досліджувати важкі гомологи вісмуту та полонію, такі як moscovium та livermorium.

Відкриття

Першим успішним синтезом 115 елемента таблиці Менделєєва була спільна робота російських та американських учених у серпні 2003 року в ОІЯД у Дубні. До команди на чолі з фізиком-ядерником Юрієм Оганесяном, окрім вітчизняних фахівців, увійшли колеги з Ліверморської національної лабораторії Лоуренса. Дослідники 2 лютого 2004 року опублікували у виданні Physical Review інформацію, що вони бомбардували америцій-243 іонами кальцію-48 на циклотроні У-400 і отримали чотири атоми нової речовини (одне ядро ​​287 Mc і три ядра 288 Mc). Ці атоми згасають (розпадаються) за рахунок емісії альфа-часток до елемента ніхонію приблизно за 100 мілісекунд. Два важчі ізотопи московія, 289 Mc і 290 Mc, були виявлені в 2009-2010 роках.

Спочатку IUPAC не могла затвердити відкриття нового елемента. Потрібно було підтвердження з інших джерел. Протягом наступних кількох років було проведено ще одну оцінку пізніших експериментів, і ще раз висунуто заяву дубненської команди про відкриття 115-го елементу.

У серпні 2013 року група дослідників з Університету Лунда та Інституту важких іонів у Дармштадті (Німеччина) оголосили, що вони повторили експеримент 2004 року, підтвердивши результати, отримані у Дубні. Ще одне підтвердження було опубліковано командою вчених, які працювали у Берклі у 2015 році. У грудні 2015 року спільна робоча група IUPAC/IUPAP визнала виявлення цього елемента та віддала пріоритет у відкритті російсько-американській команді дослідників.

Назва

115 елемент таблиці Менделєєва 1979 року згідно з рекомендацією IUPAC було вирішено назвати «унунпенцій» та позначати відповідним символом UUP. Незважаючи на те, що ця назва з того часу широко використовувалася щодо невідкритого (але теоретично передбаченого) елемента, у співтоваристві фізиків воно не прижилося. Найчастіше речовину так і називали – елемент №115 або E115.

30 грудня 2015 року виявлення нового елемента було визнано Міжнародною спілкою чистої та прикладної хімії. Згідно з новими правилами, першовідкривачі мають право запропонувати власну назву нової речовини. Спочатку передбачалося назвати 115 елемент таблиці Менделєєва «Лангевіній» на честь фізика Поля Ланжевена. Пізніше команда вчених із Дубни, як випадок, запропонувала найменування «московий» на честь Московської області, де і було здійснено відкриття. У червні 2016 року IUPAC схвалив ініціативу і 28 листопада 2016 року офіційно затвердив назву «moscovium».

Хімічний елемент - це збірний термін, що описує сукупність атомів простої речовини, тобто такої, яка не може бути поділена на будь-які простіші (за структурою їх молекул) складові. Уявіть собі, що ви отримуєте шматок чистого заліза з проханням поділити його на гіпотетичні складові за допомогою будь-якого пристрою чи методу, колись винайденого хіміками. Однак ви нічого не зможете зробити, ніколи залізо не розділиться на щось простіше. Проста речовина - заліза - відповідає хімічний елемент Fe.

Теоретичне визначення

Зазначений вище експериментальний факт можна пояснити з допомогою такого визначення: хімічний елемент - це абстрактна сукупність атомів (не молекул!) відповідного простого речовини, т. е. атомів однієї й тієї виду. Якби існував спосіб дивитися на кожен із окремих атомів у шматку чистого заліза, згаданого вище, то всі вони були б однаковими - атомами заліза. На противагу цьому, хімічна сполука, наприклад, оксид заліза, завжди містить щонайменше два різні види атомів: атоми заліза та атоми кисню.

Терміни, які слід знати

Атомна маса: маса протонів, нейтронів та електронів, що складають атом хімічного елемента.

Атомний номер: число протонів у ядрі атома елемента

Хімічний символ: літера або пара латинських літер, що являють собою позначення даного елемента.

Сполука хімічна: речовина, яка складається з двох або більше хімічних елементів, з'єднаних один з одним у певній пропорції

Метал: елемент, який втрачає електрони у хімічних реакціях з іншими елементами.

Металоїд: елемент, який іноді реагує як метал, а іноді і як неметал.

Неметал: елемент, який прагне отримати електрони у хімічних реакціях з іншими елементами.

Періодична система хімічних елементів: система класифікації хімічних елементів відповідно до їх атомних номерів.

Синтетичний елемент: той, що отриманий штучно в лабораторії, і, як правило, не зустрічається в природі

Природні та синтетичні елементи

Дев'яносто два хімічні елементи зустрічаються у природі Землі. Інші були отримані штучно в лабораторіях. Синтетичний хімічний елемент - це, як правило, продукт ядерних реакцій у прискорювачах частинок (пристроях, що використовуються для збільшення швидкості субатомних частинок, таких як електрони та протони) або ядерних реакторах (пристроях, що використовуються для управління енергією, що виділяється при ядерних реакціях). Першим отриманим синтетичним елементом з атомним номером 43 став технецій, виявлений в 1937 італійськими фізиками К. Перр'є та Е. Сегре. Крім технеція та прометія, всі синтетичні елементи мають ядра більші, ніж у урану. Останній синтетичний хімічний елемент, що отримав свою назву - це ліверморій (116), а перед ним був флеровий (114).

Два десятки поширених та важливих елементів

* Якщо величина не вказана, то елемент становить менше ніж 0,1 відсотка.

Великий вибух як причина утворення матерії

Який хімічний елемент був найпершим у Всесвіті? Вчені вважають, що відповідь на це питання лежить у зірках та у процесах, за допомогою яких формуються зірки. Всесвіт, як вважають, виник у якийсь момент часу від 12 до 15 мільярдів років тому. До цього моменту нічого сущого, окрім енергії, не мислиться. Але щось сталося, що перетворило цю енергію на величезний вибух (так званий Великий вибух). У наступні секунди після Великого вибуху почала формуватись матерія.

Першими найпростішими формами матерії, що з'явилися, були протони і електрони. Деякі їх об'єднуються в атоми водню. Останній складається з одного протону та одного електрона; це найпростіший атом, який може існувати.

Повільно протягом тривалих періодів часу атоми водню стали збиратися разом у певних областях простору, утворюючи щільні хмари. Водень у цих хмарах стягувався у компактні утворення гравітаційними силами. Зрештою ці хмари водню стали досить щільними, щоб сформувати зірки.

Зірки як хімічні реактори нових елементів

Зірка – просто маса речовини, яка генерує енергію ядерних реакцій. Найбільш поширена з цих реакцій є комбінацією чотирьох атомів водню, що утворюють один атом гелію. Як тільки зірки почали формуватися, то гелій став другим елементом, що з'явився у Всесвіті.

Коли зірки стають старшими, вони переходять від воднево-гелієвих ядерних реакцій на інші їх типи. Вони атоми гелію утворюють атоми вуглецю. Пізніше атоми вуглецю утворюють кисень, неон, натрій та магній. Ще пізніше неон і кисень поєднуються один з одним з утворенням магнію. Оскільки ці реакції продовжуються, то дедалі більше хімічних елементів утворюються.

Перші системи хімічних елементів

Понад 200 років тому хіміки почали шукати способи їхньої класифікації. У середині ХІХ століття були відомі близько 50 хімічних елементів. Одне з питань, яке прагнули вирішити хіміки. зводився до наступного: хімічний елемент - це повністю відмінна від будь-якого іншого елемента речовина? Або деякі елементи, пов'язані з іншими певною мірою? Чи є загальний закон, який їх об'єднує?

Хіміки пропонували різноманітні системи хімічних елементів. Так, наприклад, англійський хімік Вільям Праут у 1815 р. припустив, що атомні маси всіх елементів кратні масі атома водню, якщо прийняти її рівною одиниці, тобто вони мають бути цілими числами. У той час атомні маси багатьох елементів вже були обчислені Дж. Дальтон по відношенню до маси водню. Однак якщо для вуглецю, азоту, кисню це приблизно так, то хлор з масою 35,5 в цю схему не вписувався.

Німецький хімік Йоганн Вольфганг Доберайнер (1780 - 1849) показав у 1829 році, що три елементи з так званої групи галогенів (хлор, бром та йод) можуть класифікуватися за їхніми відносними атомними масами. Атомна вага брому (79,9) виявилася майже точно середньою з атомних ваг хлору (35,5) та йоду (127), а саме 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (близько до 79,9). Це був перший підхід до побудови однієї із груп хімічних елементів. Доберайнер виявив ще дві такі тріади елементів, але сформулювати загальний періодичний закон йому не вдалося.

Як виникла періодична система хімічних елементів

Більшість ранніх класифікаційних схем було дуже успішними. Потім, близько 1869 року, двома хіміками було зроблено майже одне відкриття і майже одночасно. Російський хімік Дмитро Менделєєв (1834-1907) та німецький хімік Юліус Лотар Мейєр (1830-1895) запропонували організувати елементи, що мають аналогічні фізичні та хімічні властивості, у впорядковану систему груп, рядів та періодів. При цьому Менделєєв і Мейєр вказували, що властивості хімічних елементів періодично повторюються залежно від їхньої атомної ваги.

Сьогодні Менделєєв, як правило, вважається першовідкривачем періодичного закону, тому що він зробив один крок, який Мейєр не зробив. Коли всі елементи були у періодичної таблиці, у ній з'явилися деякі прогалини. Менделєєв передбачив, що це місця для елементів, які ще не знайшли.

Однак він пішов ще далі. Менделєєв передбачив властивості цих ще відкритих елементів. Він знав, де вони розташовані в періодичній таблиці, тому міг прогнозувати їх властивості. Примітно, що кожен передбачений хімічний елемент Менделєєва, майбутні галій, скандій та германій, були виявлені через десять років після опублікування ним періодичного закону.

Коротка форма періодичної таблиці

Були спроби підрахувати, скільки варіантів графічного зображення періодичної системи пропонувалося різними вченими. Виявилося, більше 500. Причому 80% загального числа варіантів - це таблиці, а решта - геометричні фігури, математичні криві і т. д. У результаті практичне застосування знайшли чотири види таблиць: коротка, напівдовга, довга та сходова (пірамідальна). Остання була запропонована великим фізиком М. Бором.

На малюнку нижче показано коротку форму.

У ній хімічні елементи розташовані за зростанням їх атомних номерів зліва направо та зверху донизу. Так, перший хімічний елемент періодичної таблиці водень має атомний номер 1 тому, що ядра атомів водню містить один і лише один протон. Аналогічно і кисень має атомний номер 8, оскільки ядра всіх атомів кисню містять 8 протонів (див. малюнок нижче).

Головні структурні фрагменти періодичної системи - періоди та групи елементів. У шести періодах всі клітини заповнені, сьомий ще не завершений (елементи 113, 115, 117 і 118 хоч і синтезовані в лабораторіях, проте офіційно не зареєстровані і не мають назв).

Групи поділяються на головні (A) та побічні (B) підгрупи. Елементи перших трьох періодів, що містять по одному рядку-рядку, входять виключно в A-підгрупи. Інші чотири періоди включають по два ряди-рядки.

Хімічні елементи у одній групі, зазвичай, мають схожі хімічні характеристики. Так, першу групу складають лужні метали, другу – лужноземельні. Елементи, що знаходяться в одному періоді, мають властивості, що повільно змінюються від лужного металу до благородного газу. Малюнок нижче показує, як одне з властивостей - атомний радіус - змінюється окремих елементів у таблиці.

Довгоперіодна форма періодичної таблиці

Вона показана на малюнку нижче і ділиться у двох напрямках, рядками та стовпцями. Є сім рядків-періодів, як і в короткій формі, і 18 стовпців, які називають групами або сім'ями. По суті, збільшення числа груп з 8 у короткій формі до 18 у довгій отримано шляхом розміщення всіх елементів у періодах, починаючи з 4-го, не в два, а в один рядок.

Дві різні системи нумерації використовуються для груп, як показано у верхній частині таблиці. Система на основі римських цифр (IA, IIA, IIB, IVB тощо) традиційно була популярна в США. Інша система (1, 2, 3, 4 тощо) традиційно використовується в Європі, а кілька років тому була рекомендована для використання в США.

Вигляд періодичних таблиць на рисунках вище трохи вводить в оману, як і будь-якої такої опублікованої таблиці. Причиною цього є те, що дві групи елементів, показаних у нижній частині таблиць, насправді мають бути розташовані всередині них. Лантаноїди, наприклад, належать до періоду 6 між барієм (56) та гафнієм (72). Крім того, актиноїди належать періоду 7 між радієм (88) та резерфордієм (104). Якби вони були вставлені в таблицю, вона стала б занадто широкою, щоб поміститися на аркуші паперу або настінній діаграмі. Тому ці елементи прийнято розміщувати в нижній частині таблиці.