Министерство образования, науки и молодежной политики Республики Тыва
МОУ школа-гимназия №5 г. Кызыла
Реферат
на тему
«Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева»
Выполнил учащийся 8 «И» класса
Покоянов Марк
Кызыл
2008
Периодический законД.И. Менделеева
Ксередине XIXвека было открыто 63 химических элемента, у большинства которых былиизучены химические и физические свойства.
Предпринималосьбольшое число попыток систематизировать известные элементы ипостроить их классификацию. В результате были установлены группы химическихэлементов, сходных по свойствам, таких, как, например, щелочные металлы Li, Na, K, (Rb, Cs, Frбыли открыты значительно позднее),галогены F, Cl, Br,I, At.
Галогены («рождающие соль») – это элементы, укоторых наиболее ярко выражены свойства неметаллов (появление кислотных свойству соединений галогенов).
Ниодна из попыток классифицировать химические элементы не выявила основнойзакономерности в их расположении и, следовательно, не могла привести к созданиюестественной системы, охватывающей всехимические элементы и отражающие природу их сходства и различия. Решение этойзадачи оказалось доступно лишь нашему соотечественнику, сибиряку, Д.И.Менделееву.
Д.И.Менделеев исходил из убеждения, что в основу классификации должна быть положенафундаментальная количественнаяхарактеристика элементов – атомная масса, от которой «должны находитьсяв зависимости все остальные свойства». Но найти эту зависимость было крайнетрудно, поскольку а) далеко не все химические элементы были известны, б)атомные массы некоторых химических элементов были установлены не точно и ихформальное сопоставление приводило к недоразумениям.
Д.И.Менделеев сопоставил между собой несходные элементы, расположив все известныеэлементы в порядке возрастания атомных масс. Приведем последовательность первыхчетырнадцати элементов: Li– Be– Br– C– N– O– F_ Na– Mg– Al– Si– P– S– Cl… и было подмечено, что при переходе от лития Liк фтору Fпроисходит закономерное ослаблениеметаллических свойств элементов и усиление неметаллических с одновременнымувеличением валентности. Переход отфтора Fк следующему по значению атомной массы к элементу натрию Naсопровождается скачкообразнымизменением свойств и валентности. Причем натрий Naво многом повторяет свойствалития Liбудучи типичным одновалентным металломхотя и более активным. Следующий за натрием магний Mgво многом сходит с бериллием Be(оба двухвалентны, проявляетметаллические свойства, но химическая активность обоих выражена слабее, чем упары литий – натрий). Алюминий Al, следующий за магнием, напоминаетбор B(валентностьравна трем). Как близкие родственники похожи друг на друга кремний Siи углерод C, фосфор Fи азот N, сера Sи кислород O, хлор Clи фтор F.
Припереходе к следующему за хлором Clв последовательности увеличения атомной массы элементу калию Kопять происходит скачок в изменениивалентности и химических свойств.
Калий,подобно литию и натрию открывает ряд элементов (третий по счету), представителикоторого показывают глубокую аналогию с элементами первых двух рядов.
И так, в естественном ряду элементов,расположенных в порядке возрастания атомной массы, и химические свойстваизменяются не монотонно, а периодически, то есть сходные в химическом отношенииэлементы встречаются в естественном ряду через правильные интервалы и,следовательно, повторяются периодически.
Этозамечательная закономерность, обнаруженная Д.И. Менделеевым и названная им закономпериодичности, была сформулирована следующим образом: «Свойства простыхтел, а также формы и свойства соединений находятся в периодической зависимостиот величины атомных весов элементов».
Открытыйзакон периодичности Д.И. Менделеев использовал для создания периодической системы элементов.
18февраля 1869 года Д.И. Менделеевым был составлен первый удачный вариант таблицыхимических элементов.
Но настоящийтриумф периодической системы Д.И. Менделеева был связан с открытиемпредсказанных им химических элементов. После этого периодический закон получилвсемирное признание, а периодическая система стала неотъемлемой частью любогоучебника химии.
Внастоящее время существует несколько графических построений периодическойсистемы.
Рис.4.: Лестничнаяформа таблицы Д.И. Менделеева.
Рис.5.: Длинная форма таблицы Д.И. Менделеева.
Наиболеераспространенный вариант таблицы «Периодическая система элементов Д.И.Менделеева» — короткопериодный.
Этатаблица состоит из десяти горизонтальных рядов (семь периодов, периоды с четвертогопо шестой состоят из двух рядов) и из восьми вертикальных столбцов, называемых группами.
Впервом (горизонтальном) ряду два элемента – водород Hи гелий He.
Второйи третий ряды образуют периоды по восемь элементов. Причемкаждый из периодов начинается щелочным металлом (литий Li, натрий Na) и заканчивается инертным газом(неон Ne, аргон Ar).
Четвертыйряд также начинается щелочным металлом (калием K), но, в отличии от предыдущих рядов,он не заканчивается инертным газом. В пятом ряду продолжается последовательноеизменение свойств элементов начавшееся в четвертом ряду так, что эти два рядаобразуют один так называемый большой период из 18 элементов. Каки предыдущие два периода, этот период начинается щелочным металлом (калием K) и заканчивается инертным газом(криптоном Kr)
Одинбольшой период (из 18 элементов) составляют и последующие два ряда – шестой и седьмой (от рубидия Rbдо ксенона Xe).
Ввосьмом ряду, который начинается щелочным металлом цезием Cs, дополнительное осложнение связано стем, что после лантана Laидут 14 элементов, чрезвычайно сходные с ним по свойствам.Эти элементы называются лантаноидами. В приведенной таблицеони размещены в виде отдельного ряда (второй ряд снизу таблицы), хотя подразумевается, что все они находятся в той же клетке таблицы Д.И. Менделеева, что и лантан La. Таким образом, восьмой и девятыйряды образуют большой период, содержащий 32 элемента (от цезия Csдо радона Rn).
Наконец,десятый ряд элементов составляет незавершенный седьмой период. Он содержит лишь 21 элемент, из которых 14 очень сходны по своим свойствам с актинием Ac. Они выделены в отдельный ряд актиноидов,хотя на самом деле они должны размещаться в той же ячейке таблицы Д.И.Менделеева, что и актиний Ac. Отсутствие химических элементов, завершающих 10 ряд, даетоснование предполагать, что далеко не все химические элементы открыты, что иподтверждается на практике.
Такаяструктура периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева являетсяотражением их фундаментальных свойств,связанных с особенностями строения их атомов.
Ввертикальных столбцах таблицы – группах, — располагаются элементы,обладающие одинаковой валентностью в высших солеобразующих оксидах (высшиеокислы приведены в четвертой снизу таблицы строке). Валентность указана римскойцифрой (как номер группы элементов).
Каждаягруппа химических элементов разделена на две подгруппы, одна изкоторых (главная) включает элементы малых периодов и четных рядовбольших периодов. А другая подгруппа (побочная) образована элементаминечетных рядов больших периодов.
Различиемежду главными побочными подгруппами ярко проявляются в крайних группах таблицы(прежде всего в группах Iи VII).
Такглавная подгруппа Iгруппывключает очень активные щелочные металлы, которые энергично разлагают воду (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr).
Побочнаяподгруппа Iгруппы состоит из меди Cu, серебра Ag, золота Au, малоактивных в химических отношениях.
Вгруппе VIIглавную подгруппу составляют активные неметаллы фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат At. У элементов побочной подгруппы VIIгруппы – марганец Mn, технеций Tc, рений Reи, возможно, борий Bh– преобладают металлическиесвойства.
VIIIгруппа элементов занимает особое положение. Она состоит изосновной подгруппы благородных(инертных) газов гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn; и побочной подгруппы, включающей 9 элементов (по горизонтали), разделенных на три триады очень сходных друг с другом элементов:Fe– Co– Ni; Ru– Rh– Pd; Os– Ir– Pt. (О мейтнерии Mtсведения не найдены).
Уэлементов главных подгрупп при увеличении атомной массы наблюдается усилениеметаллических свойств и ослаблениенеметаллических.
****
Согласноформулировке закона Д.И. Менделеева периодичность изменения свойств касается нетолько химических элементов, но и образуемых ими простых и сложных веществ.
Периодичностьизменения свойств обнаружена для молярных объемов, температур плавления икипения, для магнитных и электрическихсвойств, характеризующих простые и сложные вещества.
ОткрытиеД.И. Менделеева обогатило человеческое знание одной из фундаментальныхзакономерностей природы: закон о переходе количества в качество.
Предсказываясвойства неизвестных химических элементов, Д.И. Менделеев использовал правилозвездности, которое вытекает из периодического закона.
Всоответствии с этим правилом свойства любого химического элемента находятся взакономерной связи со свойством соседних элементов, расположенных погоризонтали (справа, слева), по вертикали (над и под) и диагоналям.
Например,соседями химического элемента магния являются
1) погоризонтали (справа, слева) натрий Na и алюминий Al;
2) повертикали (над и под) находятся бериллий Be (над) и кальций Ca (под);
3) подиагонали (из левого угла вверху в нижний угол справа внизу) находятся литий Liи скандий Sc; по другой диагонали – калий K и бор B.
В1875 году французский химик П. Лекок де Буабодран, исследуя цинковые руды,открыл новый элемент – галлий, и опубликовал его физические характеристики.Каково же было его удивление, когда он получил письмо от Д.И. Менделеева,который указывал, что плотность нового элемента должна быть не 4,7 г/см3 ,а 5,9 - 6,0 г/см3 . Повторныеизмерения плотности очищенного от примесей галлия дали значение 5,904 г/см3. (Современное значение 5,907 г/см3 ).
В1879 году шведский ученый Л. Нильсон открыл предсказанный Д.И. Менделеевымэкабор, назвав его скандием.
В 1886году немецкий химик К. Винклер открыл элемент, также предсказанный Д.И.Менделеевым, экасилиций и назвал его германий.
Послеэтого пустые ячейки периодической таблицы системы Д.И. Менделеева сталистремительно заполняться.
Использованная литература:
1. ХомченкоИ.Г. Общая химия: Учебник. – М.: ООО «Издательство Новая Волна», 1998, — 464 с.
2. Химия:Справочные материалы: Книга для учащихся/ Ю.Д.Третьяков, Н.Н. Олейников, Я.А.Кеслер и др.; Под редакцией Ю.Д.Третьякова. – 3-е издание, переработанное. -М.: Просвещение, 1993. – 287 с., с4 л. ил.
3. Энциклопедическийсловарь юного физика/составитель В.А. Чуянов.- М.: Педагогика, 1984. – 352 с. сил.