1800-luvun ensimmäisellä puoliskolla jaksollisen järjestelmän alkuaineita ja metalleja yritettiin systematisoida ja yhdistää. Tänä historiallisena ajanjaksona syntyi sellainen tutkimusmenetelmä kuin kemiallinen analyysi.
Alkuaineiden jaksollisen järjestelmän löytämisen historiasta
Käyttäen samanlaista tekniikkaa tiettyjen kemiallisten ominaisuuksien määrittämiseen tuon ajan tiedemiehet yrittivät yhdistää alkuaineita ryhmiin niiden määrällisten ominaisuuksien ja atomipainon ohjaamana.
Käyttäen atomipainoa
Joten I. V. Dubereiner vuonna 1817 päätti, että strontiumilla on samanlainen atomipaino kuin bariumilla ja kalsiumilla. Hän onnistui myös havaitsemaan, että bariumin, strontiumin ja kalsiumin ominaisuuksien välillä on melko paljon yhteistä. Näiden havaintojen perusteella kuuluisa kemisti kokosi niin sanotun alkuaineiden triadin. Muut aineet yhdistettiin samanlaisiin ryhmiin:
- rikki, seleeni, telluuri;
- kloori, bromi, jodi;
- litium, natrium, kalium.
Luokittelu kemiallisten ominaisuuksien mukaan
L. Gmelin ehdotti vuonna 1843 taulukkoa, johon hän järjesti samanlaisiaelementtejä tiukassa järjestyksessä niiden kemiallisten ominaisuuksien mukaan. Hän piti typpeä, vetyä ja happea pääalkuaineina, tämä kemisti asetti ne pöytänsä ulkopuolelle.
Hän laittoi hapen alle elementtien tetradit (kukin 4 merkkiä) ja pentadit (kukin 5 merkkiä). Periodisen järjestelmän metallit sijoitettiin Berzeliuksen terminologian mukaan. Gmelinin käsityksen mukaan kaikki alkuaineet määritettiin pienentämällä elektronegatiivisuuden ominaisuuksia jaksollisen järjestelmän kussakin alaryhmässä.
Yhdistä elementit pystysuunnassa
Alexander Emile de Chancourtois asetti vuonna 1863 kaikki alkuaineet nousevina atomipainoina sylinterin päälle jakaen sen useisiin pystysuoraan raitaan. Tämän jaon seurauksena pystysuoraan sijoittuu elementtejä, joilla on samanlaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
Oktaavien laki
D. Newlands löysi vuonna 1864 melko mielenkiintoisen kuvion. Kun kemialliset alkuaineet on järjestetty niiden atomipainojen nousevaan järjestykseen, joka kahdeksas alkuaine on yhtäläisyyksiä ensimmäisen kanssa. Newlands kutsui samanlaista tosiasiaa oktaavien (kahdeksan sävelen) laiksi.
Hänen jaksollinen järjestelmänsä oli hyvin mieliv altainen, joten tarkkaavaisen tiedemiehen ideaa kutsuttiin "oktaaviversioksi", joka yhdistettiin musiikkiin. Se oli Newlands-versio, joka oli lähinnä modernia PS-rakennetta. Mutta mainitun oktaavin lain mukaan vain 17 elementtiä säilytti jaksolliset ominaisuutensa, kun taas muut merkit eivät osoittaneet tällaista säännöllisyyttä.
Odling-taulukot
U. Odling esitteli useita elementtitaulukoiden muunnelmia kerralla. EnsimmäisessäVuonna 1857 luodussa versiossa hän ehdotti niiden jakamista 9 ryhmään. Vuonna 1861 kemisti teki joitain muutoksia taulukon alkuperäiseen versioon ja ryhmitteli merkit, joilla oli samanlaiset kemialliset ominaisuudet.
Vuonna 1868 ehdotettu muunnelma Odlingin taulukosta, jossa oletettiin 45 elementin järjestystä nousevien atomipainojen mukaan. Muuten, tästä taulukosta tuli myöhemmin D. I. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän prototyyppi.
Valency-jaosto
L. Meyer ehdotti vuonna 1864 taulukkoa, joka sisälsi 44 elementtiä. Ne asetettiin 6 pylvääseen vetyvalenssin mukaan. Pöydässä oli kaksi osaa kerralla. Pääasiallinen yhdisti kuusi ryhmää, sisältäen 28 merkkiä nousevina atomipainoina. Sen rakenteessa pentadeja ja tetradeja nähtiin kemiallisia ominaisuuksia vastaavista merkeistä. Meyer sijoitti loput elementit toiseen taulukkoon.
D. I. Mendelejevin panos elementtitaulukon luomiseen
D. I. Mendelejevin nykyaikainen jaksollinen elementtijärjestelmä syntyi Mayerin vuonna 1869 laadittujen taulukoiden perusteella. Toisessa versiossa Mayer järjesti merkit 16 ryhmään, sijoitti elementit pentadeihin ja tetradeihin ottaen huomioon tunnetut kemialliset ominaisuudet. Ja valenssin sijaan hän käytti ryhmille yksinkertaista numerointia. Siinä ei ollut booria, toriumia, vetyä, niobiumia, uraania.
Jaksottaisen järjestelmän rakenne siinä muodossa kuin nykyaikaisissa painoksissa esitetään, ei ilmestynyt heti. Voidaan erottaakolme päävaihetta, joiden aikana jaksollinen järjestelmä luotiin:
- Taulukon ensimmäinen versio esiteltiin rakennuspalikoilla. Alkuaineiden ominaisuuksien ja niiden atomipainojen arvojen välisen suhteen jaksollinen luonne jäljitettiin. Mendelejev ehdotti tätä versiota merkkien luokittelusta vuosina 1868-1869
- Tutkija hylkää alkuperäisen järjestelmän, koska se ei vastannut kriteerejä, joiden mukaan elementit putosivat tiettyyn sarakkeeseen. Hän ehdottaa kylttien sijoittamista kemiallisten ominaisuuksien samank altaisuuden mukaan (helmikuu 1869)
- Vuonna 1870 Dmitri Mendelejev esitteli tieteelliseen maailmaan modernin jaksollisen elementtijärjestelmän.
Venäläisen kemistin versio otti huomioon sekä metallien sijainnin jaksollisessa järjestelmässä että ei-metallien ominaisuudet. Mendelejevin loistavan keksinnön ensimmäisestä painoksesta kuluneiden vuosien aikana taulukko ei ole kokenut suuria muutoksia. Ja paikkoihin, jotka jäivät tyhjiksi Dmitri Ivanovitšin aikana, ilmestyi uusia elementtejä, jotka löydettiin hänen kuolemansa jälkeen.
Jaksollisen taulukon ominaisuudet
Miksi kuvatun järjestelmän katsotaan olevan jaksollinen? Tämä johtuu taulukon rakenteesta.
Yhteensä se sisältää 8 ryhmää, ja jokaisessa on kaksi alaryhmää: pää (pää) ja toissijainen. Osoittautuu, että alaryhmiä on yhteensä 16. Ne sijaitsevat pystysuunnassa, eli ylhäältä alas.
Lisäksi taulukossa on myös vaakasuuntaisia rivejä, joita kutsutaan pisteiksi. Heillä on myös omansalisäjako pieniin ja suuriin. Jaksollisen järjestelmän ominaisuus edellyttää elementin sijainnin huomioon ottamista: sen ryhmää, alaryhmää ja jaksoa.
Kuinka ominaisuudet muuttuvat pääalaryhmissä
Kaikki jaksollisen taulukon pääalaryhmät alkavat toisen jakson elementeillä. Samaan pääalaryhmään kuuluvilla merkeillä ulkoisten elektronien lukumäärä on sama, mutta viimeisten elektronien ja positiivisen ytimen välinen etäisyys vaihtelee.
Lisäksi niissä tapahtuu alkuaineen atomipainon (suhteellisen atomimassan) kasvu ylhäältäpäin. Tämä indikaattori on määräävä tekijä pääalaryhmien ominaisuuksien muutosmallien tunnistamisessa.
Koska säde (positiivisen ytimen ja ulompien negatiivisten elektronien välinen etäisyys) pääalaryhmässä kasvaa, ei-metalliset ominaisuudet (kyky vastaanottaa elektroneja kemiallisten muutosten aikana) heikkenee. Mitä tulee metallien ominaisuuksien muutokseen (elektronien luovuttaminen muille atomeille), se kasvaa.
Jaksottaisen järjestelmän avulla voit verrata saman pääalaryhmän eri edustajien ominaisuuksia. Kun Mendelejev loi jaksollisen järjestelmän, aineen rakenteesta ei vielä ollut tietoa. Yllättävää on se, että atomin rakenteen teorian syntymisen jälkeen, oppilaitoksissa ja kemian erikoisyliopistoissa opiskelun jälkeen se vahvisti Mendelejevin hypoteesin, eikä kumonnut hänen oletuksiaan atomien sijoittumisesta taulukon sisällä.
Elektronegatiivisuus sisäänpääalaryhmät laskevat alas, eli mitä alempana elementti sijaitsee ryhmässä, sitä vähemmän sen kyky kiinnittää atomeja on.
Atomien ominaisuuksien muuttaminen sivualaryhmissä
Koska Mendelejevin järjestelmä on jaksollinen, ominaisuuksien muutos tällaisissa alaryhmissä tapahtuu käänteisessä järjestyksessä. Tällaisia alaryhmiä ovat jaksosta 4 alkaen elementit (d- ja f-perheiden edustajat). Alimmalle näissä alaryhmissä metalliset ominaisuudet heikkenevät, mutta ulkoisten elektronien määrä on sama kaikille alaryhmän edustajille.
PS:n jaksorakenteen ominaisuudet
Jokainen uusi kausi, ensimmäistä lukuun ottamatta, alkaa venäläisen kemistin taulukossa aktiivisella alkalimetallilla. Seuraavaksi ovat amfoteeriset metallit, joilla on kaksi ominaisuuksia kemiallisissa muutoksissa. Sitten on useita elementtejä, joilla on ei-metallisia ominaisuuksia. Jakso päättyy inerttiin kaasuun (ei-metallinen, käytännöllinen, ei kemiallista aktiivisuutta).
Koska järjestelmä on jaksollinen, jaksoissa tapahtuu muutoksia. Vasemm alta oikealle pelkistävä aktiivisuus (metalliominaisuudet) vähenee, hapettava aktiivisuus (ei-metalliset ominaisuudet) lisääntyy. Siten ajanjakson kirkkaimmat metallit ovat vasemmalla ja epämetallit oikealla.
Kahdesta rivistä (4-7) koostuvissa suurissa jaksoissa esiintyy myös jaksollinen merkki, mutta d- tai f-perheen edustajien vuoksi rivissä on paljon enemmän metallisia elementtejä.
Pääalaryhmien nimet
Osa jaksollisen taulukon elementtiryhmistä on saanut omat nimensä. Alaryhmän ensimmäisen ryhmän A edustajia kutsutaan alkalimetalleiksi. Metallit ovat tämän nimen velkaa niiden aktiivisuudelle veden kanssa, mikä johtaa syövyttävien alkalien muodostumiseen.
Toisen ryhmän A alaryhmää pidetään maa-alkalimetalleina. Vuorovaikutuksessa veden kanssa tällaiset metallit muodostavat oksideja, joita kutsuttiin kerran maadoiksi. Siitä lähtien samanlainen nimi annettiin tämän alaryhmän edustajille.
Happialaryhmän epämetalleja kutsutaan kalkogeeneiksi, ja ryhmän 7 A edustajia kutsutaan halogeeneiksi. 8 Alaryhmää kutsutaan inertiksi kaasuksi sen minimaalisen kemiallisen aktiivisuuden vuoksi.
PS koulukurssilla
Koulolaisille tarjotaan yleensä jaksollisen taulukon muunnelma, jossa ryhmien, alaryhmien, jaksojen lisäksi on ilmoitettu myös korkeampien haihtuvien yhdisteiden ja korkeampien oksidien kaavat. Tällaisen tempun avulla opiskelijat voivat kehittää taitojaan korkeampien oksidien kokoamiseen. Riittää, kun korvaa alaryhmän edustajan merkki alkion sijaan, jotta saadaan lopullinen korkein oksidi.
Jos tarkastelet tarkkaan haihtuvien vetyyhdisteiden yleisilmettä, voit nähdä, että ne ovat ominaisia vain ei-metalleille. Ryhmissä 1-3 on viivoja, koska metallit ovat tyypillisiä näiden ryhmien edustajia.
Lisäksi joissakin koulun kemian oppikirjoissa jokainen merkki osoittaa elektronien jakautumisenenergiatasot. Tätä tietoa ei ollut olemassa Mendelejevin työn aikana, samanlaiset tieteelliset tosiasiat ilmestyivät paljon myöhemmin.
Näet myös ulkoisen elektronisen tason kaavan, jonka avulla on helppo arvata mihin perheeseen tämä elementti kuuluu. Tällaisia vihjeitä ei voida hyväksyä koeistunnoissa, joten luokilla 9 ja 11 valmistuneille, jotka päättävät osoittaa kemian tietonsa OGE:ssä tai Unified State Examinationissa, annetaan klassisia mustavalkoisia jaksotaulukoita, jotka eivät sisällä lisätietoja kokeesta. atomin rakenne, korkeampien oksidien kaavat, haihtuvien vetyyhdisteiden koostumus.
Tällainen päätös on varsin looginen ja ymmärrettävä, koska niille koululaisille, jotka päättivät seurata Mendelejevin ja Lomonosovin jalanjälkiä, ei ole vaikeaa käyttää järjestelmän klassista versiota, he eivät yksinkertaisesti tarvitse kehotteita.
Jaksottaisella lailla ja D. I. Mendelejevin järjestelmällä oli tärkein rooli atomi- ja molekyyliteorian jatkokehityksessä. Järjestelmän luomisen jälkeen tutkijat alkoivat kiinnittää enemmän huomiota elementin koostumuksen tutkimukseen. Taulukko auttoi selventämään tietoja yksinkertaisista aineista sekä niiden muodostamien alkuaineiden luonteesta ja ominaisuuksista.
Mendelejev itse oletti, että uusia alkuaineita löydettäisiin pian, ja varmisti metallien sijainnin jaksollisessa järjestelmässä. Jälkimmäisen ilmestymisen jälkeen kemiassa alkoi uusi aikakausi. Lisäksi annettiin vakava alku monien toisiinsa liittyvien tieteiden muodostumiselle, jotka liittyvät atomin rakenteeseen jaelementtien muunnokset.
