Удивительная структура периодической системы химических элементов

Каждый из нас слышал о периодической системе химических элементов. Но мало кто задумывается о том, насколько гениальной является структура этой системы, созданной 150 лет назад.

История создания периодической системы

Периодическая система химических элементов была создана русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году. К этому времени уже предпринимались попытки систематизировать элементы по сходству их свойств, однако ни одна из предложенных систем не охватывала все известные элементы.

Структура периодической системы Менделеева стала прорывом в понимании внутренних закономерностей, связывающих разные химические элементы. Ученый не только классифицировал уже открытые элементы, но и предсказал существование еще неизвестных, оставив для них пустые места в таблице. Вскоре предсказанные им элементы действительно были открыты.

Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете, сел и вдруг — готово!

Так Менделеев отзывался о долгой работе над созданием своей системы. Хотя существует легенда, будто таблица явилась ему во сне, сам ученый это отрицал.

Периодический закон и его формулировки

Основой построения периодической системы послужил открытый Менделеевым периодический закон. Первоначально в 1869 году он сформулировал его так:

Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса.

Позже, по мере развития науки об атоме, формулировка была уточнена:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов.

Суть этого фундаментального закона состоит в том, что свойства элементов и образуемых ими веществ периодически повторяются с ростом заряда атомных ядер. Это определяется структурой электронных оболочек атомов.

К периодически изменяющимся характеристикам элементов относятся:

• металлические и неметаллические свойства
• атомные и ионные радиусы
• электроотрицательность
• энергия ионизации
• химическая активность

Знание этого закона позволяет предсказывать свойства еще не открытых элементов по их положению в периодической системе. Например, в свое время Менделеев предсказал существование элементов экасилиция и экаалюминия, заполнив ими пустые места под номерами 72 и 32.

Строение периодической таблицы

Структура периодической системы химических элементов представлена в виде таблицы, где каждому элементу соответствует своя ячейка. Горизонтальные ряды называются периодами, а вертикальные столбцы — группами.

Всего в современной таблице насчитывается 7 периодов и 8 групп. Кроме того, группы делятся на главные и побочные подгруппы:

Особняком в нижней части таблицы расположены две серии элементов — лантаноиды и актиноиды. Их отделяют от основной части для компактности.

Положение элемента в таблице определяется зарядом его атомного ядра (порядковым номером). Сами элементы обозначаются химическими символами (буквами). В ячейке также указывают относительную атомную массу.

Расположение по периодам и группам задает определенные закономерности в изменении свойств. Так, металлические свойства элементов усиливаются при движении сверху вниз по группам и ослабевают слева направо по периодам. Электроотрицательность, наоборот, возрастает слева направо.

Зная структуру периодической системы, можно делать обоснованные предсказания о свойствах различных элементов и их соединений. Это ключевое отличие таблицы Менделеева от предшествующих попыток классификации.

Основные группы химических элементов

В периодической системе выделяют несколько групп элементов со сходными химическими свойствами.

Щелочные металлы

К щелочным металлам относят литий, натрий, калий и другие элементы первой главной подгруппы. Это очень активные металлы серебристого цвета, которые хранят под слоем керосина или минеральных масел, поскольку на воздухе они быстро окисляются.

Щелочноземельные металлы

Сюда входят бериллий, магний, кальций, стронций и барий. Это металлы второй главной подгруппы, также склонные к окислению. Они обладают высокой химической активностью, хотя и уступают щелочным металлам.

Переходные металлы

Это металлы побочных подгрупп периодической системы со второго по восьмой столбцы. К ним относятся железо, никель, медь, цинк, ртуть и другие. Их называют переходными, потому что по свойствам они занимают промежуточное положение между типичными металлами и неметаллами.

Неметаллы

Неметаллы располагаются в правом верхнем углу таблицы. К их числу относятся водород, кислород, азот, все галогены и инертные газы. Неметаллы плохо проводят тепло и электричество. Они могут находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Инертные газы

Это элементы последней, восьмой группы периодической системы. Их внешний электронный слой полностью заполнен, поэтому они практически не вступают в реакции с другими веществами, отсюда их название. К инертным газам относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон.

Значение периодической системы

Периодический закон и таблица химических элементов Д.И. Менделеева оказали огромное влияние на развитие всей науки. Благодаря пониманию внутренних периодических закономерностей стало возможным систематизировать обширные знания по неорганической химии.