A 19. század első felében különféle kísérletek történtek az elemek rendszerezésére és a fémek periódusos rendszerben való kombinálására. Ebben a történelmi időszakban jelent meg egy olyan kutatási módszer, mint a kémiai elemzés.
Az elemek periódusos rendszerének felfedezésének történetéből
Hasonló technikát alkalmazva meghatározott kémiai tulajdonságok meghatározására, az akkori tudósok megpróbálták csoportokba foglalni az elemeket, mennyiségi jellemzőik, valamint atomsúlyuk alapján.
Atomtömeg használata
Így I. V. Dubereiner 1817-ben megállapította, hogy a stroncium atomtömege hasonló a báriuméhoz és a kalciuméhoz. Azt is sikerült kiderítenie, hogy a bárium, a stroncium és a kalcium tulajdonságai között elég sok közös van. E megfigyelések alapján a híres kémikus összeállította az úgynevezett elemhármast. Más anyagokat hasonló csoportokba vontunk:
- kén, szelén, tellúr;
- klór, bróm, jód;
- lítium, nátrium, kálium.
Osztályozás kémiai tulajdonságok szerint
L. Gmelin 1843-ban javasolt egy táblázatot, amelyben hasonlókat rendezett elaz elemeket kémiai tulajdonságaik szerint szigorú sorrendben. A nitrogént, a hidrogént, az oxigént tartotta a fő elemeknek, ez a vegyész az asztalán kívülre helyezte őket.
Oxigén alá helyezte az elemek tetradjait (mindegyik 4 jele) és pentadjait (mindegyik 5 jele). A fémek a periódusos rendszerben Berzelius terminológiája szerint kerültek elhelyezésre. Gmelin elképzelése szerint az összes elemet a periódusos rendszer egyes alcsoportjain belüli elektronegativitási tulajdonságok csökkentésével határozták meg.
Elemek függőleges egyesítése
Alexander Emile de Chancourtois 1863-ban az összes elemet növekvő atomsúlyban egy hengerre helyezte, és több függőleges csíkra osztotta. Ennek a felosztásnak köszönhetően a függőlegeseken hasonló fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező elemek helyezkednek el.
Oktávok törvénye
D. Newlands 1864-ben egy meglehetősen érdekes mintát fedezett fel. Ha a kémiai elemeket atomtömegük szerint növekvő sorrendbe rendezzük, minden nyolcadik elem hasonlóságot mutat az elsővel. Newlands egy hasonló tényt az oktáv (nyolc hang) törvényének nevezte.
Periodikus rendszere nagyon önkényes volt, ezért egy figyelmes tudós ötletét "oktávos" változatnak nevezték, és a zenével társították. A modern PS-struktúrához a Newlands verzió állt a legközelebb. De az említett oktávtörvény szerint csak 17 elem őrizte meg periodikus tulajdonságait, míg a többi jel nem mutat ilyen szabályosságot.
Odling táblázatok
U. Odling az elemtáblázatok több változatát mutatta be egyszerre. Az elsőbenAz 1857-ben létrehozott változat 9 csoportra való felosztását javasolta. 1861-ben a vegyész végzett néhány módosítást a táblázat eredeti változatán, csoportosítva a hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkező jeleket.
Odling táblázatának egy 1868-ban javasolt változata 45 elem növekvő atomtömegű elrendezését feltételezte. Egyébként ez a táblázat lett később D. I. Mengyelejev periodikus rendszerének prototípusa.
Valency divízió
L. Meyer 1864-ben egy 44 elemet tartalmazó táblázatot javasolt. A hidrogén vegyértéke szerint 6 oszlopba helyeztük őket. Az asztal két részből állt egyszerre. A fő hat csoportot egyesített, 28 jelet tartalmazott növekvő atomtömegben. Szerkezetében a kémiai tulajdonságokhoz hasonló jelekből pentádok és tetradok látszottak. Meyer a fennmaradó elemeket a második táblázatba helyezte.
D. I. Mengyelejev hozzájárulása az elemtáblázat létrehozásához
D. I. Mengyelejev modern periodikus elemrendszere Mayer 1869-ben összeállított táblázatai alapján jelent meg. A második változatban Mayer 16 csoportba rendezte a jeleket, az elemeket pentadokba és tetrádokba helyezte, figyelembe véve az ismert kémiai tulajdonságokat. Valencia helyett pedig egyszerű számozást alkalmazott a csoportokhoz. Nem volt benne bór, tórium, hidrogén, nióbium, urán.
A periódusos rendszer szerkezete a modern kiadásokban bemutatott formában nem jelent meg azonnal. Meg lehet különböztetnihárom fő szakasz, amely során az időszakos rendszer létrejött:
- A táblázat első változatát építőkockákon mutatták be. Nyomon követték az elemek tulajdonságai és atomtömegük értéke közötti kapcsolat periodikus jellegét. Mengyelejev javasolta a jelek osztályozásának ezt a változatát 1868-1869-ben
- A tudós feladja az eredeti rendszert, mivel az nem tükrözte azokat a kritériumokat, amelyek alapján az elemek egy bizonyos oszlopba kerülnek. A kémiai tulajdonságok hasonlósága szerinti táblák elhelyezését javasolja (1869. február)
- 1870-ben Dmitrij Mengyelejev bemutatta a tudományos világnak az elemek modern periodikus rendszerét.
Az orosz kémikus változata figyelembe vette mind a fémek helyzetét a periódusos rendszerben, mind a nemfémek tulajdonságait. Mengyelejev zseniális találmányának első kiadása óta eltelt évek során a táblázat nem változott jelentős mértékben. És azokon a helyeken, amelyek Dmitrij Ivanovics idejében üresen maradtak, új elemek jelentek meg, amelyeket a halála után fedeztek fel.
A periódusos rendszer jellemzői
Miért tekintik a leírt rendszert periodikusnak? Ez a táblázat szerkezetének köszönhető.
Összesen 8 csoportot tartalmaz, és mindegyiknek két alcsoportja van: a fő (fő) és a másodlagos. Kiderült, hogy összesen 16 alcsoport van, amelyek függőlegesen, azaz felülről lefelé helyezkednek el.
Emellett a táblázat vízszintes sorokat is tartalmaz, amelyeket pontoknak nevezünk. Nekik is megvan a maguktovábbi felosztás kicsikre és nagyokra. A periódusos rendszer jellemzője azt jelenti, hogy figyelembe kell venni az elem helyét: csoportját, alcsoportját és periódusát.
Hogyan változnak a tulajdonságok a fő alcsoportokban
A periódusos rendszer összes fő alcsoportja a második periódus elemeivel kezdődik. Az azonos fő alcsoportba tartozó jeleknél a külső elektronok száma azonos, de az utolsó elektronok és a pozitív atommag távolsága változó.
Ráadásul felülről megnő bennük az elem atomtömege (relatív atomtömege). Ez a mutató a meghatározó tényező a tulajdonságok változási mintáinak azonosításában a fő alcsoportokon belül.
Mivel a fő alcsoportban a sugár (a pozitív mag és a külső negatív elektronok közötti távolság) növekszik, a nemfémes tulajdonságok (a kémiai átalakulások során az elektronok befogadási képessége) csökkennek. Ami a fémes tulajdonságok változását illeti (elektronok adományozása más atomoknak), ez növekedni fog.
A periodikus rendszer használatával összehasonlíthatja ugyanazon fő alcsoport különböző képviselőinek tulajdonságait. Abban az időben, amikor Mengyelejev létrehozta a periodikus rendszert, még nem volt információ az anyag szerkezetéről. Meglepő az a tény, hogy miután az atom szerkezetének elmélete megjelent, oktatási iskolákban és kémiai szakegyetemeken tanult, és jelenleg is, megerősítette Mengyelejev hipotézisét, és nem cáfolta meg az atomok táblázaton belüli elrendezésére vonatkozó feltételezéseit.
Elektronegativitás bea fő alcsoportok lefelé csökkennek, vagyis minél lejjebb helyezkedik el az elem a csoportban, annál kisebb lesz az atomhoz kötő képessége.
Az atomok tulajdonságainak megváltoztatása az oldalsó alcsoportokban
Mivel Mengyelejev rendszere periodikus, az ilyen alcsoportokban a tulajdonságok változása fordított sorrendben történik. Ilyen alcsoportokba tartoznak a 4. periódustól kezdődő elemek (d és f családok képviselői). Ezekben az alcsoportokban a fémes tulajdonságok lefelé csökkennek, de a külső elektronok száma egy alcsoport minden képviselőjénél azonos.
A pontok szerkezetének jellemzői a PS-ben
Minden új időszak, az első kivételével, az orosz kémikus táblázatában aktív alkálifémmel kezdődik. Ezután következnek az amfoter fémek, amelyek a kémiai átalakulások során kettős tulajdonságot mutatnak. Aztán van néhány nem fémes tulajdonságú elem. Az időszak egy inert gázzal zárul (nem fém, praktikus, nem mutat kémiai aktivitást).
Tekintettel arra, hogy a rendszer időszakos, az időszakokban változás tapasztalható. Balról jobbra a redukáló aktivitás (fémes tulajdonságok) csökken, az oxidáló aktivitás (nem fémes tulajdonságok) nő. Így a korszak legfényesebb fémei a bal oldalon, a nemfémek a jobb oldalon találhatók.
A két sorból álló nagy periódusokban (4-7) megjelenik a periodikus karakter is, de a d vagy f család képviselőinek jelenléte miatt sokkal több a fémes elem a sorban.
A fő alcsoportok nevei
A periódusos rendszerben szereplő elemcsoportok egy része saját nevet kapott. Az alcsoport első A csoportjának képviselőit alkálifémeknek nevezzük. A fémek ezt a nevet a vízzel való aktivitásuknak köszönhetik, ami maró lúgok képződését eredményezi.
A második A csoport alcsoportja az alkáliföldfémek. Vízzel való kölcsönhatás során az ilyen fémek oxidokat képeznek, ezeket egykor földeknek nevezték. Ettől az időtől kaptak hasonló nevet ennek az alcsoportnak a képviselői.
Az oxigén alcsoportba tartozó nemfémeket kalkogéneknek, a 7 A csoport képviselőit pedig halogéneknek nevezzük. 8 Egy alcsoportot inert gázoknak nevezünk minimális kémiai aktivitása miatt.
PS az iskolai tanfolyamon
Az iskolások számára általában a periódusos rendszer egy változatát kínálják, amelyben a csoportok, alcsoportok, periódusok mellett a magasabb illékony vegyületek és a magasabb oxidok képlete is feltüntetésre kerül. Egy ilyen trükk lehetővé teszi a diákoknak, hogy készségeket fejlesszenek a magasabb oxidok összeállításában. Elég, ha az elem helyett az alcsoport képviselőjének előjelét helyettesítjük, hogy a kész legmagasabb oxidot kapjuk.
Ha alaposan megnézi az illékony hidrogénvegyületek általános megjelenését, láthatja, hogy csak a nemfémekre jellemzőek. Az 1-3 csoportban kötőjelek vannak, mivel a fémek tipikus képviselői ezeknek a csoportoknak.
Emellett egyes iskolai kémia tankönyvekben minden jel az elektronok eloszlását jelzienergiaszintek. Ez az információ Mengyelejev munkásságának időszakában nem létezett, hasonló tudományos tények jóval később jelentek meg.
Lásd a külső elektronikus szintező képletét is, amely alapján könnyen kitalálható, melyik családba tartozik ez az elem. Az ilyen tippek elfogadhatatlanok a vizsgaidőszakon, ezért a 9. és 11. évfolyamos végzettek, akik úgy döntenek, hogy az OGE-n vagy az Egységes Államvizsgán bizonyítják kémiai ismereteiket, megkapják a periódusos táblák klasszikus fekete-fehér változatát, amely nem tartalmaz további információkat az atom szerkezete, a magasabb oxidok képlete, az illékony hidrogénvegyületek összetétele.
Egy ilyen döntés logikus és érthető, mert azoknak az iskolásoknak, akik úgy döntöttek Mengyelejev és Lomonoszov nyomdokaiba lépnek, nem lesz nehéz a rendszer klasszikus verzióját használni, egyszerűen nincs szükségük felszólításra..
Az atom- és molekulaelmélet továbbfejlesztésében a periódusos törvény és D. I. Mengyelejev rendszere játszotta a legfontosabb szerepet. A rendszer létrehozása után a tudósok nagyobb figyelmet kezdtek fordítani az elem összetételének tanulmányozására. A táblázat segített tisztázni néhány információt az egyszerű anyagokról, valamint az általuk alkotott elemek természetéről és tulajdonságairól.
Mengyelejev feltételezte, hogy hamarosan új elemeket fedeznek fel, és meghatározta a fémek helyzetét a periódusos rendszerben. Ez utóbbi megjelenése után új korszak kezdődött a kémiában. Emellett komoly indítást kapott számos rokon tudomány kialakulása, amelyek az atom szerkezetével, illelemek transzformációi.
