Современная трактовка таблицы Менделеева

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. Периодический закон Менделеева в свете строения атома 1.1 Принцип Баули. Правило Гунда 1.2Характеристики атома.Энергия ионизации атомов
1.3 О таблице Менделеева 1.4 Современная трактовка таблицы 1.5 Метод валентных связей 1.6 Метод молекулярных орбиталей 1.7 Сигма и П – связь 2. Получение сверхтяжелых изотопов легких элементов 2.2 Современная форма таблицы Менделеева 2.3 Сверх тяжелые элементы Список литературы ВВЕДЕНИЕ Периодическая система элементов (таблица Менделеева) — классификация химических элементов, позволяющая выявить зависимость их различных свойств от числа протонов в атомном ядре. Первоначально система разработана русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годы на основании открытого им в 1869 году периодического закона зависимости свойств элементов от атомной массы и является его графическим выражением. Всего предложено несколько сот вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двухмерную таблицу, в которой каждый столбец (число столбцов составляет 8) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определенной мере подобные друг другу. Изначальная работа была озаглавлена Менделеевым как «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». По легенде, мысль о такой системе пришла к нему во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, Менделеев ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Немец Л. Мейер в 1864 году на основании данных об атомных весах предложил таблицу, показывающую соотношение атомных весов для нескольких характерных групп элементов. Многие, особенно в Германии, считают и его первооткрывателем системы — в 1870 году он опубликовал свою таблицу элементов, разработанную, по всей видимости, независимо от Менделеева. Чтобы не путаться с авторскими правами, большинство школьников западного мира изучают эту систему просто как «периодическую систему элементов», без упоминания имени первооткрывателя. Сущность открытия заключалась в том, что с ростом атомного веса химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, неон похож на аргон, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Впоследствии стало ясно, что периодичность системы элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра или атомным номером, равным числу электронов в атоме, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента (атомным орбиталям) определяет его химические свойства. Еще немного позднее было установлено, что предложенная Д. И. Менделеевым система не является «системой» как таковой, поскольку она, по сути дела, является лишь мнемонической схемой, позволяющей в достаточно грубом виде представить себе взаимное расположение отнюдь не всех элементов. Для указания на ограниченность открытия Д. И. Менделева достаточно указать, что он практически до самой своей смерти отказывался признать наличие «инертных» газов, не вписывавшихся в логику его таблицы, а также никак не мог объяснить наличие изотопов. 1. Периодический закон Менделеева в свете строения атома. Квантово-молекулярная теория описывает положение атома в определённый момент, в определённой точке. Всё строится на основе этой теории. - уравнение Шрейденгера, где -энергия, -функция. При решении этого уравнения появляются константы – квантовые числа. s, p, d, f – состояния. 1.1 Принцип Баули. Правило Гунда. Квантовые числа: n, l, m, p. Если эти константы имеют реальные значения, то уравнение Шрейденгера имеет решение. Квантовые числа – это такие числа m, l, n, p, при которых уравнение Шрейденгера имеет решение. n – главное квантовое число, характеризует общий запас энергии электронов в атоме. l – побочное(обратимое), m – магнитное, p- спиновое n 1 2 3 4 5 6 7 K L M N O P Q Квантовые числа говорят о семи энергетических уровнях в атоме. Энергетические уровни в атоме делятся на подуровни. Число подуровней определяется номером уровня. k – p (один подуровень). l – s/p (два подуровня). m – s/p/d (три подуровня). n – s/p/d/f (четыре подуровня). Величина квантовых чисел говорит о семи энергетических уровнях в атоме. Энергетические уровни в атоме делятся на подуровни, число подурвней определяется номером уровня. n l m s F d p s 3 2 1 0 -3,-2,-1,0,1,2,3 - d p s 2 1 0 -2,-1,0,1,2, - P s 1 0 -1,0,1 - s 0 1 - характеризует форму электронного облака m – магнитное квантовое число, характеризующее ориентацию электронного сгустка. 8- p Максимальное значение m = 2l+1, m: -l, 0, +l. p – характеризует собственный момент вращения электронного сгустка h/2p.
Принцип Баули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырёх квантовых чисел. n, l, m, p n, I, m, p На р- подуровне в первом уровне может находиться 2 электрона с противоположными спинами. Распределение электронов по уровням и подуровням описывается с помощью электронных формул и энергетических ячеек.
Согласно органическому принципу Баули электронная конфигурация на последовательном уровне может накапливаться в электронах. H1 1s1 He2 1s2 Li3 1s22p1 C6 1s22p22p2 Правило Гунда: Суммарный спин электронов на подуровне должен быть максимален, т.е. электроны на подуровне стремятся занять максимальное число свободных квантовых состояний. Число неспор. электронов или свободных квантовых состояний определяется валентностью атома. В пределах электронного уровня электроны могут исходить с подуровня на подуровень. s2р2=s1р3. Валентность2 – валентность 4. Постулат Луи де Броля: он связал импульс движения материального объекта с длиной волны этого объекта через следующую величину. L = h/p = h/mv, p = mv. Функция не является квантовым числом, а содержит эти квантовые числа. Принцип неопределённости де Броля: если частица имеет макроскопические размеры, то длина волны для этой частицы сравнительно мала. m = 1г, v = 4 м/c, =10-21cм. В качестве валентных выступают S и р подуровни. 1.2 Характеристики атома. Энергия ионизации атомов. 1).Энергия, которую необходимо затратить, чтобы оторвать электрон от атома и переместить его на бесконечно далёкий от него уровень. Причём атом становится полностью заряженным. Эта энергия называется потенциалом ионизации. Li: 5,39 Эл. Вольт. Энергия отрыва одного электрона от атома Li –75,6 ЭВ, для второго атома Li – 122,4 ЭВ… Потенциал ионизации изменяется скачком 1. Электронные оболочки имеют ступенчатые (слоистые) строения. 2). Энергия сродства к электрону – изменение энергии атома при его присоединении к нейтральному атому с образованием отрицательного иона при 01К. А + е А-. Электрон занимает нижнюю орбиталь с соблюдением правила Гунда. Наиболее высокие энергии сродства у галогенов. Сумма всех энергий ионизации = Е полная. 3). Универсальная характеристика, объединяющая 1,2 электроотрицательность. - сумма энергии ионизации и энергии сродства. Чем больше электроотрицательность, тем легче атом превращается в заряженный ион. Электроотрицательность: Li =1, Na =0.9, K = 0.8, Cs = 0.7, Be = 1.5, Mg = 1.2, B = 2, F = 4, p = 2.5. Периодический закон Менделеева. Формулировка Менделеева. Свойства простых веществ, а также форма и свойства сложных элементов находятся в периодической зависимости от атомных весов этих элементов. Периодическая система – графическое отражение периодического закона. 1.3 О таблице Менделеева. 8 групп главных побочные – переходные элементы. 22 не Ме 11 не Ме – газы полупроводники элементарные В,С Р S Si As 6гр Se Ge Sb Te Sn Главный базовый полупроводник – Si(кремний) А3В5 GaP InP AlP Ga As InAs AlAs GaSb Isb AlSb AlN CaN 6эВ AlxGa1-xAs – инфракрасное излучение. InN HgGaTe PbTe CuTe CdTe 1.4 Современная трактовка таблицы: Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов и ядер, атомов, элементов Порядок заполнения электронных уровней и подуровней. Правило Клечковского В.М. Электрон заполнение. Подуровень должен иметь минимально избыточной энергией по отношению к подуровню энергии. Li 1822S1 Al18 1S22S22P63S23P63d0 K19 1S22S22P63S23P64S1 1. Правило Клечковского. Заполнение идет от n+1 меньших к n+l больших 4S 3d 4+0 2. Правило Если суммы n+l равны друг другу, то заполнение уровней и подуровней происходит в направлении главного квантового числа k 4p 3 4+1 3+2 => сначала , потом 4p Правило Клечковского. Если сумма n+l равных 3d 4p 5S 3+2 = 4+1 = 5+0 4S Явление правила проскока электронов. Cr24 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3d4
Валентность, как правило, определяется S и P электронами (… )

Схема заполнения уровней и подуровней по Клечковскому. 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3d10 4p6 – 5S2 – 4d10 - 5p6 –6S2 – 5d1 – 4f4 - 5d2-10 – 6p6 – 7s2 - 6d1 –5f14 - 6d2-10 – 7p6 Лантонойды и октенойды. Химическая связь и строение молекул. Химический процесс – процесс разрыва одних и образования других связей. Характеристикой свойств хим. Связи определяется химическое взаимодействие, т.е. форму движения молекул. Энергия молекул складывается из: движения электронов в поле ядер, колебания ядер около положения равновесия, вращение молекул вокруг центра масс. Основной вклад вносит движение электронов в поле ядер. Теория химической Связи строятся на решении квантовой задачи движение электронов в поле ядер. Несколько методов решения. Решение : различная притяженность для разных вычислений.
основные Метод валентных связей. Молекулярных орбиталей МВС (1) Полагается что каждая молекула состоит из атомов и для объяснения электронного строения применены атомные орбитали состав. ее атома. ММО(2) Рассматривается молекула как единое целое. Эффективность ММО 1.5 Метод валентных связей.
1. Химическая связь образуется парой электронов с противоположными спинами, которые локализованы между двумя атомами. 2. Число связей, образованным данным атомом равно числу неспаренных частиц (ЭЛ-В) в основном и неспаренном состоянии. Аддитивность ( ) энергии связи и других свойств является средством локализации пары электронов.
3. свойство молекул опр. свойства связи. 4. Направленность валентности определяется ортогональностью орбиталей (расположенностью). 5. Валентно насыщенные молекулы могут образовывать соединения за счет донорного акценторного взаимодействия (наличие валентной Атомной Орбитали и не поделенной пары электронов). Направленность спинов: Энергия связи. Под ней понимается та энергия, которая выделяется в результате взаимодействия данных атомов , участвующих в реакции. Если соединение двух атомов; m0- атомарная энергия обр. (тепловой эффект ), есть энергия связи Пример: 1.6 Метод молекулярных орбиталей: Характеристики: 1. Молекула рассматривается как целое, а не как совокупность сохраняющих индивидуальность атомов (индивидуальные характеристики). 1.2 Каждый электрон принадлежит целой молекуле и движется в поле ядер. 2. Состояние электрона в молекуле описывается молекулярной орбиталью, которая характерна набором квантовых чисел 2.1 Молекулярная орбиталь многоцентровая. 3.Каждой молекулярной орбитали соответствует своя энергия, которая потенциалу ионизации данной орбитали. Совокупность молекулярных орбиталей молекулы называют её эл конфигураций, в основе которой лежат два принципа: 1. Принцип наименьшей энергии.(электроны занимают орбиты с наименьшей энергией). 2. Принцип Паули.(на одной молекулярной орбитале не может быть больше двух электр с антипаралельными спинами). Движение электр в молекуле рассматривается как взаимодействие. Электронная энергия молекул есть сумма энергий орбиталей за вычетом суммы энергий межэлектродного отталкивания + сумма энергий отталкивания между ядрами. Направленность ковалентных связей. Виды ковалентных связей: 1. Ионная 2. Ковалентная 3. Металлическая 4. Водородная связь обусловлена силой Вандервальса, при взаимодействии атомы, которые вступают в связь, сильно отличны по электроотрицательности. K и F Na и Cl [Na+] + [Cl-] Na+Cl- Na – eNa+ Cl + eCl- Взаимодействие осуществляется за счёт сил электростатического взаимодействия. За счёт перераспределения электроны образуют те или иные связи. (2) Связь возникает между атомами, незначительно различными по энергии электроотрицательности. Практически отсутствует обмен Е, возникают общие электронные пары. Каждая пара находится на своей орбитали. Разновидностями является и связь. Ковалентная полярная связь: ковалентные связи в случае их полярности имеют определённые направленности и определённую форму молекулы. Пример: 1. неполярная ковалентная связь 2. - молекула воды 2Р – электрона и 2 S – элемента Этот L определяет отчасти сложные свойства воды 3. Гибридизация электронных облаков 4. (Образуется линейная структура) 1.7 Сигма и П – связь На примере этилена С2Н4 - связь, которая действует по кратчайшему расстоянию и связывает центры взаимодействия атомов. П – связь расположена в плоскости, перпендикулярной плоскости б б- более прочная, в отличии от П 2. Получение сверхтяжелых изотопов легких элементов Всем хорошо известны изотопы легких элементов, отличающиеся по составу ядра на один-два нейтрона: углерод-12 и -14, кислород-16 и -18, фосфор-31 и -32. Но что может произойти, если ввести 14 или даже 16 дополнительных нейтронов в ядро легкого атома?
Существует своего рода «нейтронный водораздел» ("neutron drip line"), лимитирующий количество нейтронов, способных быть стабильно связанными в составе томного ядра. Ядра легких элементов, богатые нейтронами, отличаются малыми временами жизни, однако играют существенную роль в процессах нуклеосинтеза, протекающих при термоядерном «горении» звезд. Изучение свойств таких ядер может позволить приблизиться к пониманию общей картины строения атомного ядра.
Исследователи из Лаборатории National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) Университета штата Мичиган отдалили нейтронный водораздел магния и алюминия, добавив к известным ранее изотопам этих элементов два новых, чрезвычайно богатых нейтронами: 40Mg и 42Al. Исследователи из NSCL под руководством Томаса Бауманна (Thomas Baumann) обстреливали лучом из ускоренных атомов 48Ca вольфрамовую мишень. При попадании атомов кальция-48 в вольфрамовую мишень 48Ca фрагментируется, теряя протоны и нейтроны, образуя при этом различные изотопы, в том числе и два впервые обнаруженных. Далее продукты столкновения разделялись с помощью магнитного поля и идентифицировались с помощью метода масс-спектрометрии. Существование относительно стабильного изотопа 40Mg ранее было предсказано, в то время как факт детектирования 42Al оказался сюрпризом. Дело в том, что заполнение оболочек ядра атома напоминает заполнение орбиталей электронами – ядро, содержащее четное количество спаренных протонов и нейтронов стабильнее аналогов с нечетным числом нуклонов. У изотопа 42Al в ядре содержится 29 нейтронов, вследствие чего физики-ядерщики предполагали, что изотоп с неспаренным нейтроном не может находиться даже поблизости с границей нейтронного водораздела, характерного для алюминия. 2.2 Современная форма таблицы Менделеева Доктор технических наук Р. Сайфуллин, кандидат химических наук А. Сайфуллин В этом году исполняется 170 лет со дня рождения выдающегося российского химика Дмитрия Ивановича Менделеева и 135 лет со дня создания им периодической системы элементов. За истекшее время таблица, наглядно демонстрирующая периодический закон, неоднократно дополнялась и расширялась. До последнего времени в научной и учебной литературе приводилась так называемая короткая форма таблицы. Современный, расширенный вариант таблицы Менделеева составлен авторами статьи на основании последних решений ИЮПАК — Международного союза теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry — IUPAC). Эта организация, созданная в 1919 году, кооpдиниpует исследования, требующие международного согласования, контроля и стандартизации, рекомендует и утверждает химическую терминологию, включая названия элементов. Россия, будучи полноправным членом союза, выполняет его решения и рекомендации. Новая форма таблицы была одобрена XVII Менделеевским съездом в сентябре 2003 года. В таблицу внесены самые последние характеристики всех известных на сегодняшний день элементов. Она будет полезна всем, кто изучает химию и физику или просто интересуется современной наукой. Из истории создания и развития периодической системы Первого марта 1869 года Д.И. Менделеев обнародовал периодический закон и его следствие — таблицу элементов. В 1870 году он назвал систему „естественной“, а спустя год — „периодической“. Таблица (далёкий прообраз современной), демонстрирующая закон, была представлена Менделеевым под названием „Опыт системы элементов, основанный на их же атомном весе и химическом сходстве“. Им же была дана формулировка закона: „Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, находятся в периодической зависимости от их же атомного веса“. Таблица состояла из шести вертикальных групп, предшественниц будущих периодов. По горизонтали прослеживались ещё не полные ряды элементов, прообразов будущих подгрупп (сегодня — групп) элементов. Она содержала 67 элементов (сейчас их около 120), в том числе три предсказанных, впоследствии открытых и названных „укрепителями периодического закона“. Естественно, первая таблица была несовершенной, и в последующие годы Менделеев многократно дополнял её и вносил в её структуру изменения. В момент представления первого варианта таблицы (март 1869 года) не были ещё известны благородные („инертные“) газы (Не, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) и отсутствовали сведения о внутреннем строении атомов. Лишь в двадцатых годах прошлого столетия, после революционных открытий в физике, применения рентгеновских лучей и обнаружения благородных газов, стало возможным дать современное определение закона о периодической зависимости свойств элементов от порядкового номера элемента, а не от атомного веса, как было вначале отмечено Д. Менделеевым. Иными словами, в трактовке закона понятие „атомный вес“ элемента было заменено словами „порядковый (или атомный) номер“, что отвечает числу протонов в ядре атома и, соответственно, числу электронов у нейтрального атома. Определение стало отвечать данным об электронном строении атома, диктующим периодическую повторяемость свойств атомов через 2 (s-элементы), 6 (р-элементы), 10 (d-элементы) и 14 (f-элементы) элементов. Эти цифры отвечают максимально возможному числу электронов на определённом энергетическом уровне атома. Они же соответствуют и числу возможных элементов в соответствующем периоде. На первом энергетическом уровне дозволено быть только двум электронам (на s-уровне). Они привели к наличию в первом периоде двух элементов: водорода и гелия. На втором энергетическом уровне восемь разных электронов отвечают появлению восьми новых элементов — от лития до неона. Аналогичная картина наблюдается и в третьем периоде. В нём, вместо ожидаемых восемнадцати, также восемь элементов — от натрия до аргона. Здесь произошла задержка с образованием десяти d-элементов из-за того, что 3d-электроны оказались на более высоком энергетическом уровне, чем 4s-электроны. По этой причине 3d-элементы (скандий, титан и др.) появляются лишь в четвёртом периоде после двух 4s-элементов (калий и кальций). Они предшествуют 4р-элементам (от галлия до криптона). Этим объясняется возникновение обобщающего термина — „переходные элементы“, „вставная декада“. В пятом периоде наблюдается аналогичная картина, в него с опозданием приходят 4d-элементы; они также оказываются переходными. Описанные естественные явления были одной из причин создания таблицы из восьми групп. Однако „запаздывают“ также по четырнадцать 4f- и 5f-элементов уже на два периода. Из-за их большего числа и расположения этих электронов в третьем снаружи слое (близость свойств) в обеих обсуждаемых здесь формах таблиц они выделены вне групп. Общее правило при образовании периодов системы — все они начинаются со щелочных металлов с первым ns1-электроном, образующим n-период (n — номер периода системы). Завершает каждый период „инертный“ газ с последним np6-электроном. Исключение — первый период системы, он находится всегда на особом положении. Таким образом, число элементов в семи известных периодах составляет 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. В соответствии с указанными числами будут наполняться элементами все периоды в порядке возрастания их порядковых номеров. При этом один и тот же элемент может оказаться в различных по номеру группах, что заметно при сравнении двух таблиц. Рассмотренные цифры позволяют создать таблицы, состоящие из 2, 8, 18 или 32 групп элементов в трёх вариантах — из (2+6), (2+6+10) или (2+6+10+14) групп. Исторически, как наиболее удобные, распространение получили в первую очередь таблицы, состоящие из 8 или 18 вертикальных групп:
а) Короткая форма таблицы. Она, к сожалению, до сих пор приводится в большинстве российских справочников и учебных пособий, хотя официально отменена ИЮПАК в 1989 году. Таблица состояла из VIII (+0) групп „типических“ элементов, подгрупп (иногда и рядов) и периодов элементов. В современной зарубежной литературе эта форма таблицы заменена длинной формой.
б) Длинная (реже называемая длиннопериодной или полудлинной) форма таблицы. Она была утверждена ИЮПАК в 1989 году, состоит из 18 групп, обозначенных арабскими (вместо римских) цифрами, и не содержит „типических“ элементов, подгрупп, рядов и семейств. Её упрощённые варианты появлялись гораздо раньше, но чаще всего с одним отличием — групп, обозначенных римскими цифрами, было восемь (с их растяжкой до восемнадцати за счёт приставок а и b и искусственным созданием триад элементов). в) Сверхдлинная (реже именуемая длинной) форма таблицы состояла бы из 32 групп элементов. Официально она вряд ли будет принята в предвидимом будущем, так как каждая из 14 дополнительных групп (сверх 18) содержала бы лишь два элемента (один лантаноид и один актиноид), близкие по свойствам ко всем остальным тринадцати элементам периода. Новая форма таблицы До 80–90-х годов прошлого века были распространены две первые формы таблицы. Первая архаичная короткая форма с „насильственной“ упаковкой элементов в восемь (I-VIII), иногда девять (+0) групп, подразделённых дополнительно ещё на ряды (8 или 10) и подгруппы, содержавшие два или три „типических“ элемента, предшествующих, в свою очередь, двум спорным по названиям (A, B или a, b, „главная“ или „побочная“). При выборе и утверждении длинного варианта таблицы были соблюдены „интересы“ большинства элементов и принцип „золотой середины“ без нарушения основы закона Менделеева периодичности в свойствах элементов. Сорок элементов (по 10 d-элементов в каждом из периодов с 4 по 7), относимые ранее к „переходным“, или „вставным“ (между s- и p-элементами), и называемые „побочными“, после 1989 года перестали быть таковыми. Они стали полноправными компонентами своих новых десяти групп. С официальным принятием новой формы таблицы исчезли, став лишними, надуманные или принятые вынужденно термины: „типические элементы“, „подгруппа“ (главная и побочная), „триада“, „ряды“, „семейства“ (железа или платиновых металлов). Все элементы одной группы (кроме водорода и гелия — они всегда на особом положении), расположенные вертикально в один ряд, имеют в принципе одинаковые две наружные (определяющие степень окисления) s- + p- или s- + d-орбитали электронов. Лантаноиды и актиноиды (f-элементы), как и раньше, остаются в третьей группе в соответствии с наличием в их же электронных орбиталях условно s2d1-электронов. Различия в электронной структуре атомов актиноидов здесь не обсуждаются. Длинная форма таблицы лишена несоответствий, недостатков и очевидных противоречий, присущих её короткой форме, заметных при первом же взгляде на свойства элементов, искусственно собранных в одну и ту же группу. Так, например, в I группу короткой таблицы попали и металлы Cu, Ag, Au, и противоположные по активности щелочные металлы Na, K, Rb, Cs. Несовместимость свойств „одногрупповых“ элементов прослеживается и по всем остальным группам. Обратим внимание лишь на бывшие конечные (VI-VIII) группы. Это — соседство в VI группе двух „типических“ элементов — O и S и их же аналогов Se, Te, Po с тугоплавкими металлами — Cr, Mo, W; в VII группе — элементов, отвечающих агрессивным летучим галогенам F, Cl, Br, I, с не менее тугоплавкими металлами Mn, Tc, Re. Максимально противоречива структура VIII группы. В неё включены подгруппа VIIIb с „триадой“ („семейство железа“ — Fe, Co, Ni) и „семейство платиновых металлов“ (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), куда, естественно, должны входить в виде трёх вертикальных рядов и только что полученные элементы 108–110, которые никогда не относились к платиновым. В эту же группу входит, противореча здравому смыслу, и подгруппа VIIIa, куда отнесены благородные газы (He, Ne и другие). С уверенностью можно утверждать, что исторически эти триады-семейства были „втиснуты“ в прокрустово ложе последней (VIII) группы вынужденно, вопреки логике, так как эта группа, согласно электронной структуре атомов, предназначена природой только для указанных газовых элементов. Причина образования такого „Ноева ковчега“ проста: четырём триадам из 3(4) декад в каждом периоде при компоновке таблицы из восьми групп не хватило места в её предшествующих семи группах. В официально принятой длинной форме таблицы понятия „семейство железа“ и „семейство платиновых металлов“ исчезают логически, так как к ним, согласно их свойствам, совместному распространению в природе, изоморфизму и последовательному изменению электронной структуры, можно было бы присоединить соседей по таблице и справа и слева. Иными словами, первое семейство можно расширить, например, до анадия и цинка включительно, а во второе поместить другие благородные металлы серебро, золото, ртуть; старые понятия надуманы искусственно, будучи привязаны к структуре бывшей VIII группы. В предложенную таблицу для каждого элемента введены также две альтернативные величины относительной электроотрицательности (ОЭО) атомов (их способности в молекуле притягивать электроны, участвующие в образовании химических связей) и основные физические параметры соответствующих простых веществ. Использовать значения ОЭО важно, в частности, для исключения и исправления устаревших ошибочных названий и написания химических формул бинарных соединений. Например, водородные соединения элементов второго периода Н4С, Н3N, H2О, НF согласно значениям ОЭО (для водорода около 2,0, для других элементов — от 2,5 для углерода до 4,0 для фтора) называются соответственно карбидом, нитридом, оксидом и фторидом водорода. В соответствии с этим приведённые написания формул аммиака и метана более справедливы, нежели традиционные (NH3 и СН4). Однако, несмотря на справедливое разрешение ИЮПАК давно назревшей проблемы и принятие новой системы во всём мире, её использование в российском образовании и науке неоправданно запаздывает. Вместе с тем есть и отрадные исключения из этого. Помимо ряда изданий нового варианта таблицы, предложенного авторами настоящей статьи, можно отметить публикации простых вариантов длинной формы таблицы рядом передовых российских издательств, а современной таблицы на двух языках в новом семитомном справочном издании. В отличие от российских, зарубежное образование и наука приняли к исполнению решение ИЮПАК 1989 года незамедлительно. Интернет также сообщает только о наличии длинной формы таблицы. Современный вариант периодической системы, первый в российских публикациях, был создан в 1999 году. Новая форма таблицы Менделеева учебно-справочного назначения отвечает международным стандартам. Кроме русских и латинских названий элементов в ней приводятся английские и американские формы их написания. Чтобы сохранить преемственность таблиц и упростить использование её длинной формы, новые номера групп в ней согласованы со старыми (римскими) номерами групп (I — VIII) и подгрупп (a, b), хотя зарубежные источники прежние обозначения уже не указывают. Упрощённые варианты рациональной длинной таблицы были распространены ещё задолго до 1989 года, в том числе в СССР, с одним отличием — номеров групп было восемь (они обозначались римскими цифрами), но они „растягивались“ до восемнадцати за счёт приставок а и b и искусственного создания триад элементов. В новой таблице приведены исправленные атомные массы элементов, утверждённые ИЮПАК в 1995 году, и новые названия десяти последних элементов, окончательно утверждённые, также этой организацией, в 1997-м. Аналоги такой системы, в основном англоязычные, широко распространены в зарубежной литературе.
2.3 Сверх тяжелые элементы. Российские ученые открыли 116-й элемент таблицы Менделлева (5.09.2000г | Русский Переплет) Около двух месяцев назад, 14 июня, в лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне начался эксперимент по синтезу нового, 116-го, элемента таблицы Менделеева. И 19 июля, в 1 час 21 минуту, было зарегистрировано событие, которое можно интерпретировать как распад ядра 116-го элемента.
"В нашем циклотроне У-400 мы бомбардировали мишени из кюрия-248 ионами кальция-48, разогнанными до скорости 0,1 от скорости света, - рассказывает научный руководитель лаборатории ядерных реакций, член-корреспондент РАН Юрий Оганесян. - При слиянии должен был образоваться стабильный элемент, который испытывает альфа-распад и тогда превращается в 114-й. Этот, в свою очередь, - в 112-й элемент, а потом в 110-й. И вот, 19 июля, мы такую цепочку распадов зарегистрировали". Время жизни 116-го элемента - 50 миллисекунд. Пока зафиксировано только одно такое событие, но эксперимент будет продолжаться до конца года. Однако важен не столько даже сам факт синтеза нового химического элемента. Уже 35 лет существует и развивается теоретическая гипотеза относительно того, что таблица Менделеева не кончается трансурановыми элементами. И это несмотря на то что по мере того, как мы идем ко все более тяжелым элементам, время их жизни резко уменьшается. Если уран, 92-й номер в таблице, живет миллиард лет, то 112- й элемент, который был синтезирован в Германии в 1995 г., живет 240 микросекунд! Но теория предсказывает, что если пойти еще дальше, ко все более тяжелым элементам, время их жизни начнет опять сильно возрастать. В таком случае правомерно поставить вопрос: где верхняя граница периодической системы? Когда в прошлом веке Дмитрий Иванович Менделеев сформулировал свой периодический закон, ему было известно 63 химических элемента. К 1940 г. была заполнена практически вся таблица Менделеева до номера 92 - урана - включительно. (Кроме элемента 61 - прометий, открытого в 1945 г.) Надо сказать, что уран - это своего рода Рубикон в таблице Менделеева: последний элемент, распространенный в естественном виде в земной коре. Все последующие 18 трансурановых элементов в буквальном смысле творение рук человеческих. В природе их практически нет. И чем дальше за уран, тем меньше время существования новых атомов вплоть до тысячных долей секунды. Но вот что удивительно. Теоретики предсказали, что около элемента с атомным номером 114 при числе нейтронов в ядре 182 должен существовать "остров стабильности". Время жизни этого гипотетического элемента оценивается в несколько миллионов лет. Нынешний эксперимент в Дубне стал очень важным тестом на правильность всей ядерной теории. "Честно сказать, больше всего нас интересует не синтез еще одного элемента. Ну, 116-й, ну еще один Ну и что? - комментирует результаты эксперимента Юрий Оганесян. - Если действительно правильно (а как будто это так), структура ядерной материи может так сильно менять свойства всей системы - ядра, атома, потом молекулы - то, вообще-то говоря, речь идет о совершенно необычном веществе, основу которого составляет очень тяжелое ядро". Впрочем, достигнуть пика - 114-го элемента со 182 нейтронами в ядре - невозможно. Никакие мыслимые на сегодня реакции синтеза не приводят к такому большому количеству нейтронов в ядре. В конце прошлого года в лаборатории ядерных реакций было синтезировано ядро 114-го элемента, но в него удалось "вбить" только 174 нейтрона. А в данной ситуации каждый нейтрон значит очень много. Так, прибавление всего шести нейтронов к ядру 112-го элемента со 165 нейтронами увеличивает время жизни нового изотопа в четыре млн. раз, и оно составляет минуты! Однако о приближении к вершине "острова стабильности" можно судить и по "отрогам". Полученное ядро элемента # 116 содержит 180 нейтронов. По словам Оганесяна, на "отрогах" время жизни нового элемента оказалось даже больше, чем предсказывает теория. И этот факт сам по себе еще требует объяснения. Как бы там ни было, но вершина "острова стабильности" уже оконтурена: 116-й - это как бы перелет через нее, а 112-й - недолет. "Надо пахать этот "остров стабильности", если не на вершине, то хотя бы на "отрогах" и полученные результаты экстраполировать на вершину, - уверен Юрий Оганесян. - И если только окажется, что на вершине время жизни ядра может исчисляться сотнями миллионов лет, то тогда надо ставить эксперимент по поиску сверхтяжелых элементов в земной коре". Практические следствия этой работы - самые фантастические. Например, если критическая масса урана составляет около 20 кг, то критическая масса сверхтяжелых элементов может быть всего несколько миллиграммов. Впрочем, это все пока только научная фантастика. Фактически же после синтеза нового элемента № 116 таблицы Менделеева можно говорить об открытии целого радиоактивного семейства сверхтяжелых элементов подобно тому, как мы знаем радиоактивное семейство урана и тория. Один из выводов проведенных экспериментов касается теории синтеза атомных ядер: похоже, что заселение сверхтяжелых элементов нейтронами происходит сверху, а не снизу, как мы привыкли для стабильных элементов таблицы Менделеева. Тогда возникает вопрос: а где тот первичный источник сверхтяжелых элементов? Может быть, на него могут претендовать так называемые нейтронные звезды? Ответов пока нет. Необходимо отметить и еще одну важную особенность эксперимента по синтезу нового элемента таблицы Менделеева: если можно так сказать, это чисто российский элемент. Чрезвычайно дорогой изотоп кальция-48 (один грамм стоит 250 тыс. долл.), по решению министра по атомной энергии РФ Евгения Адамова, для дубненских физиков наработали на комбинате "Электрохимприбор" города Лесной. Учитывая это обстоятельство, в лаборатории ядерных реакций разработали такую методику эксперимента, когда кальция-48 расходуется 0,3 мг в час. "Мы считаем одним из больших наших достижений, - подчеркивает Юрий Оганесян, - то, что это уникальное вещество нам удалось перевести в разряд рутинных. Это позволило нам вести эксперименты продолжительностью полгода. В США, например, попытались это сделать, но у них меньше 40 мг не получилось". Кюрий-248, тоже весьма экзотическое вещество, изготовили в НИИ атомных реакторов Димитровграда. А физики-теоретики уже обсуждают свойства элемента с порядковым номером 400 и числом нейтронов в ядре - 900! Эти гипотетические ядра должны иметь вид пузыря, так называемый bubble-nuclear - центр ядра пустой . Похоже, что ядерная материя действительно неисчерпаема в своих проявлениях. Ученые России и США получили 118-й элемент, самый тяжелый на Земле время публикации: 17 октября 2006 г., 13:57 Группа российских и американских ученых заявила в понедельник, что ею был получен самый тяжелый из когда-либо созданных в лаборатории элементов. Частица этого вещества, просуществовала менее одной тысячной доли секунды. Тем не менее, элемент будет поставлен в конец периодической системы Менделеева и заставит задуматься о необычных новых элементах, которые могут находиться следом за ним, пишет во вторник The New York Times.
Согласно существующему соглашению, элемент останется безымянным, пока его существование не будет подтверждено другими лабораториями. К настоящему моменту новое вещество известно как 118-й элемент - по числу протонов в ядре, которое больше, чем в любом другом существующем в природе или полученном в лаборатории элементе. Элемент 118 расположится сразу под радоном в подгруппе периодической таблицы, куда входят инертные газы. Российские ученые предлагают назвать новый элемент "Московий".
Полученные результаты были встречены другими специалистами в данной области радостно, но с осторожностью, особенно, учитывая непростую историю 118-го элемента, отмечает американское издание. Другая лаборатория, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (Калифорния), уже заявляла об открытии данного элемента в 1999 году, однако спустя два года отозвала свое заявление после того, как в ходе расследования было установлено, что один из ученых - доктор Виктор Нинов - сфабриковал данные. Позднее Нинов был уволен. Доктор Кен Муди, ведущий американский исследователь, принимавший участие в работе, заявил, что было сделано все возможное с целью уберечься от фальсификаций, анализ проводился независимо в России и в Соединенных Штатах. Отчет группы о предполагаемом открытии был принят престижным научным журналом Physical Review C, после того как другие специалисты высказали свое мнение, рассказал редактор журнала, доктор Джонатан Линэган. Однако происходящее связано не столько с опасениями подлога, сколько с обычной осторожностью ученых, которая заставляет некоторых из них воздерживаться от оценки. Российская лаборатория и ее сотрудники сообщили об открытии пяти элементов - 113-го, 114-го, 115-го, 116-го, а теперь и 118-го - но ни одно из этих открытий не подтверждено другими учеными, продолжает The New York Times. (Полный текст статьи на сайте InoPressa.ru.) "Следует быть чрезвычайно осторожным в отношении подобных радостных заявлений", - говорит доктор Витольд Назаревич, теоретик в области ядерной физики из Университета штата Теннеси, работающий в Окриджской национальной лаборатории. "Это происходит не из-за того, что кто-то что-то неправильно сделал. Дело в том, что имеют место очень тонкие измерения - на грани статистической погрешности", - пояснил Назаревич. Группа, получившая новый элемент, которая состоит из ученых Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и представителей Объединенного института ядерных исследований в российском городе Дубна, заявила о получении трех атомов нового элемента в течение полугода экспериментов по синтезу его из более легких элементов. Ученые также говорят, что полученные результаты дают надежду на приближение к давно предсказанному "острову стабильности", состоящему из еще более тяжелых элементов, время жизни которых дольше и которые, возможно, обладают новыми, необычными химическими свойствами. "Это существенно расширяет границы существующего материального мира", - сообщил в своем электронном письме доктор Юрий Оганесян. Он является директором Лаборатории ядерных реакций при институте им. Флерова в Дубне, где проводились эксперименты с использованием циклотрона - циклического ускорителя заряженных частиц. В свою очередь исследовательница из Ливермора, доктор Нэнси Дж. Стойер, сообщила, что, по расчетам группы, вероятность того, что полученные результаты являются последствием статистической ошибки, составляет одну стотысячную. "Мы более чем уверены", - подчеркнула Стойер. Другие ученые-экспериментаторы сообщили, что никаких явных несоответствий в работе нет. "Я полагаю, что имеющиеся у них доказательства убедительны, - сказал, в частности, доктор С. Конрад Гельбке, директор Национальной лаборатории Мичиганского университета, изучающей применение сверхпроводимости в ускорителях. - Все выглядит неплохо". Эксперименты, проводившиеся российскими учеными с помощью циклотрона, включали бомбардировку мишени из калифорния, содержащего 98 протонов, атомами кальция, содержащими 20 протонов. В результате этого, как надеялись ученые, частицы должны были слипнуться, словно комочки клейкой массы, объяснил еще один участник эксперимента из Ливермора, доктор Доун А. Шоунесси. В исключительно редких случаях они соединились. После 10 миллиардов бомбардировок детекторы обнаружили, что два набора протонов соединились, породив в результате 118-й элемент. Вес элемента определяется общим числом протонов, которые имеют положительные заряд, и нейтронов, не имеющих заряда, в ядре атома. По этому показателю новый элемент также является самым тяжелым из когда-либо созданных. Доктор Гельбке считает, что есть одна убедительная причина, по которой российская лаборатория опередила всех конкурентов в мире. По его словам, ученые данной лаборатории обладают высокой квалификацией в обращении с калифорнием, радиоактивным и опасным для несведущих элементом. "Лично я бы не стал с ним работать, - отметил доктор Гельбке. - Для большинства людей это довольно опасное вещество". Если полученные результаты будут признаны, то они станут еще одним шагом в достижении "острова стабильности", который, согласно предсказаниям теоретиков, составляет группа сверхтяжелых элементов периодической таблицы. Ядра имеют оболочечное строение, и наиболее стабильные атомы содержат так называемые "магические числа" протонов и нейтронов, которые составляют закрытую, или заполненную, оболочку. Числа 2, 8, 20, 28, 50 и 82 являются магическими как для протонов, так и для нейтронов. Самым высоким магическим числом для нейтронов является 126, так что обычный свинец, содержащий 82 протона и 126 нейтронов, является самым тяжелым из "дважды магических", то есть особо устойчивых, изотопов в периодической таблице. Однако теоретики предсказывает, что существуют и другие элементы с закрытой оболочкой, расположенные дальше всех известных на настоящий момент элементов, включая последний. "Это как Плам-Айленд у оконечности Лонг-Айленда, - пояснил главный редактор Physical Review доктор Мартин Блюм. - Вы идете туда, затем море, а потом Плам-Айленд". Предполагается, что следующее магическое число для нейтронов равняется 184, однако это пока невозможно подтвердить экспериментально. При этом среди ученых нет единого мнения по вопросу о следующем магическом числе для протонов. "Мне кажется, есть основания для ведения поисков в данном районе, - считает доктор Блюм. Российские ученые предлагают назвать новый элемент "Московий" Синтез 118-го сверхтяжелого элемента периодической таблицы Менделеева стал большим вкладом ученых России и США в фундаментальную науку, заявил во вторник ИТАР-ТАСС заместитель директора Объединенного института ядерных исследований в Дубне Михаил Иткис, комментируя открытие нового элемента. "Работа над синтезом 118-го элемента длилась несколько лет. Это не первое открытие, достаточно сказать, что в 1999-2005 годах ученые нашего института открыли с зарубежными коллегами пять новых химических элементов, включая 118-й", - отметил Иткис.
По его словам, открытие нового элемента стало возможным благодаря эксперименту на дубнинском ускорителе элементарных частиц в феврале-июне 2005 года. "О важности проведенных научных работ свидетельствует тот факт, что Госдепартамент США дал специальное разрешение на использование в эксперименте тяжелых изотопов тюрий и плутоний", - пояснил Иткис.
Российские ученые еще несколько лет назад, когда началась подготовка к экспериментам, предложили назвать его "Московий". Однако решать вопрос о названии нового элемента будет Международный союз по чистой и прикладной химии. СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ 1. Карпин. «Курс химии». 2. «Общая химия». Соколовская, изд. МГУ 1989г. 3. «Краткий курс физической химии». Кифеев.