19. gadsimta pirmajā pusē bija dažādi mēģinājumi sistematizēt elementus un apvienot metālus periodiskā sistēmā. Šajā vēstures periodā radās tāda pētniecības metode kā ķīmiskā analīze.
No elementu periodiskās tabulas atklāšanas vēstures
Izmantojot līdzīgu paņēmienu specifisku ķīmisko īpašību noteikšanai, tā laika zinātnieki mēģināja apvienot elementus grupās, vadoties pēc to kvantitatīvām īpašībām, kā arī atomu svara.
Izmantojot atomsvaru
Tātad, I. V. Dubereiners 1817. gadā noteica, ka stroncija atomsvars ir līdzīgs bārijam un kalcijam. Viņam arī izdevās noskaidrot, ka starp bārija, stroncija un kalcija īpašībām ir diezgan daudz kopīga. Pamatojoties uz šiem novērojumiem, slavenais ķīmiķis sastādīja tā saukto elementu triādi. Citas vielas tika apvienotas līdzīgās grupās:
- sērs, selēns, telūrs;
- hlors, broms, jods;
- litijs, nātrijs, kālijs.
Klasifikācija pēc ķīmiskajām īpašībām
L. Gmelins 1843. gadā ierosināja tabulu, kurā viņš sakārtoja līdzīguelementi stingrā secībā atbilstoši to ķīmiskajām īpašībām. Slāpekli, ūdeņradi, skābekli viņš uzskatīja par galvenajiem elementiem, šis ķīmiķis tos novietoja ārpus sava galda.
Zem skābekļa viņš novietoja elementu tetrades (katra 4 zīmes) un pentades (katra 5 zīmes). Metāli periodiskajā sistēmā tika ievietoti saskaņā ar Berzēliusa terminoloģiju. Kā izdomāja Gmelins, visi elementi tika noteikti, samazinot elektronegativitātes īpašības katrā periodiskās sistēmas apakšgrupā.
Apvienot elementus vertikāli
Aleksandrs Emīls de Šankurtuā 1863. gadā visus elementus uzlika augošā atomsvarā uz cilindra, sadalot to vairākās vertikālās svītrās. Šī dalījuma rezultātā elementi ar līdzīgām fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām atrodas uz vertikālēm.
Oktāvu likums
D. Ņūlends 1864. gadā atklāja diezgan interesantu modeli. Ja ķīmiskie elementi ir sakārtoti augošā secībā pēc to atomu svara, katrs astotais elements parāda līdzību ar pirmo. Ņūlends līdzīgu faktu nosauca par oktāvu likumu (astoņas notis).
Viņa periodiskā sistēma bija ļoti patvaļīga, tāpēc vērīga zinātnieka ideju sauca par "oktāvas" versiju, saistot to ar mūziku. Tā bija Newlands versija, kas bija vistuvāk mūsdienu PS struktūrai. Bet saskaņā ar minēto oktāvu likumu tikai 17 elementi saglabāja savas periodiskās īpašības, savukārt pārējās zīmes neuzrādīja šādu regularitāti.
Odling tabulas
U. Odling iepazīstināja ar vairākiem elementu tabulu variantiem vienlaikus. Pirmajā1857. gadā izveidotajā versijā viņš ierosināja tos sadalīt 9 grupās. 1861. gadā ķīmiķis veica dažus pielāgojumus tabulas sākotnējā versijā, grupējot zīmes ar līdzīgām ķīmiskajām īpašībām.
Odlinga tabulas variantā, kas ierosināts 1868. gadā, tika pieņemts 45 elementu izvietojums augošā atomu svarā. Starp citu, tieši šī tabula vēlāk kļuva par D. I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas prototipu.
Valency Division
L. Meyer 1864. gadā ierosināja tabulu, kurā bija 44 elementi. Tie tika ievietoti 6 kolonnās atbilstoši ūdeņraža valencei. Galdam bija divas daļas uzreiz. Galvenā apvienoja sešas grupas, kas ietvēra 28 zīmes augošā atomsvarā. Tās struktūrā pentādes un tetrādes bija redzamas no pazīmēm, kas līdzīgas ķīmiskajām īpašībām. Meyer ievietoja atlikušos elementus otrajā tabulā.
D. I. Mendeļejeva ieguldījums elementu tabulas izveidē
Mūsdienu periodiskā D. I. Mendeļejeva elementu sistēma parādījās, pamatojoties uz Maijera tabulām, kas sastādītas 1869. gadā. Otrajā variantā Majers zīmes sakārtoja 16 grupās, elementus ievietoja pentādos un tetrādos, ņemot vērā zināmās ķīmiskās īpašības. Un valences vietā viņš grupām izmantoja vienkāršu numerāciju. Tajā nebija bora, torija, ūdeņraža, niobija, urāna.
Periodiskās sistēmas struktūra tādā formā, kāda ir mūsdienu izdevumos, neparādījās uzreiz. Var atšķirttrīs galvenie posmi, kuru laikā tika izveidota periodiskā sistēma:
- Pirmā tabulas versija tika prezentēta uz blokiem. Tika izsekots periodiskums attiecībām starp elementu īpašībām un to atomu svara vērtībām. Mendeļejevs ierosināja šo zīmju klasifikācijas versiju 1868.-1869. gadā
- Zinātnieks atsakās no sākotnējās sistēmas, jo tā neatspoguļoja kritērijus, pēc kuriem elementi nonāks noteiktā kolonnā. Viņš ierosina izvietot zīmes atbilstoši ķīmisko īpašību līdzībai (1869. gada februāris)
- 1870. gadā Dmitrijs Mendeļejevs zinātniskajā pasaulē iepazīstināja ar moderno periodisko elementu sistēmu.
Krievu ķīmiķa versijā tika ņemts vērā gan metālu stāvoklis periodiskajā sistēmā, gan nemetālu īpašības. Gadu laikā, kas pagājuši kopš Mendeļejeva izcilā izgudrojuma pirmā izdevuma, tabula nav piedzīvojusi nekādas būtiskas izmaiņas. Un tajās vietās, kas Dmitrija Ivanoviča laikā palika tukšas, parādījās jauni elementi, kas tika atklāti pēc viņa nāves.
Periodiskās tabulas iezīmes
Kāpēc tiek uzskatīts, ka aprakstītā sistēma ir periodiska? Tas ir saistīts ar tabulas struktūru.
Kopā tajā ir 8 grupas, un katrai ir divas apakšgrupas: galvenā (galvenā) un sekundārā. Izrādās, ka kopā ir 16 apakšgrupas. Tās atrodas vertikāli, tas ir, no augšas uz leju.
Turklāt tabulā ir arī horizontālas rindas, ko sauc par punktiem. Viņiem ir arī savspapildu iedalījums mazos un lielos. Periodiskās sistēmas raksturlielums nozīmē elementa atrašanās vietas ievērošanu: tā grupu, apakšgrupu un periodu.
Kā mainās īpašības galvenajās apakšgrupās
Visas galvenās periodiskās tabulas apakšgrupas sākas ar otrā perioda elementiem. Pazīmēm, kas pieder vienai galvenajai apakšgrupai, ārējo elektronu skaits ir vienāds, bet attālums starp pēdējiem elektroniem un pozitīvo kodolu ir atšķirīgs.
Turklāt tajos no augšas notiek elementa atommasas (relatīvās atommasas) pieaugums. Tieši šis rādītājs ir noteicošais faktors, lai identificētu īpašību izmaiņu modeļus galvenajās apakšgrupās.
Tā kā rādiuss (attālums starp pozitīvo kodolu un ārējiem negatīvajiem elektroniem) galvenajā apakšgrupā palielinās, nemetāliskās īpašības (spēja pieņemt elektronus ķīmisko pārvērtību laikā) samazinās. Kas attiecas uz metālisko īpašību izmaiņām (nododot elektronus citiem atomiem), tas palielināsies.
Izmantojot periodisko sistēmu, var salīdzināt vienas un tās pašas galvenās apakšgrupas dažādu pārstāvju īpašības. Laikā, kad Mendeļejevs izveidoja periodisko sistēmu, vēl nebija informācijas par matērijas uzbūvi. Pārsteidzošs ir fakts, ka pēc atoma uzbūves teorijas rašanās, studēšanas izglītības skolās un specializētās ķīmijas universitātēs un šobrīd tā apstiprināja Mendeļejeva hipotēzi un neatspēkoja viņa pieņēmumus par atomu izvietojumu tabulā.
Elektronegativitāte iekšāgalvenās apakšgrupas samazinās līdz apakšai, tas ir, jo zemāk elements atrodas grupā, jo mazāka būs tā spēja piesaistīt atomus.
Atomu īpašību maiņa sānu apakšgrupās
Tā kā Mendeļejeva sistēma ir periodiska, tad īpašību izmaiņas šādās apakšgrupās notiek apgrieztā secībā. Šādās apakšgrupās ietilpst elementi, sākot no 4. perioda (d un f ģimeņu pārstāvji). Šajās apakšgrupās metāliskās īpašības samazinās, bet ārējo elektronu skaits ir vienāds visiem vienas apakšgrupas pārstāvjiem.
Periodu struktūras iezīmes PS
Katrs jauns periods, izņemot pirmo, krievu ķīmiķa tabulā sākas ar aktīvo sārmu metālu. Nākamie ir amfoteriskie metāli, kuriem ir divas īpašības ķīmiskās pārvērtībās. Tad ir vairāki elementi ar nemetāliskām īpašībām. Periods beidzas ar inertu gāzi (nemetāla, praktiska, bez ķīmiskas aktivitātes).
Ņemot vērā, ka sistēma ir periodiska, notiek aktivitātes izmaiņas periodos. No kreisās uz labo pusi samazināsies reducējošā aktivitāte (metāla īpašības), palielināsies oksidējošā aktivitāte (nemetāla īpašības). Tādējādi spilgtākie metāli šajā periodā atrodas kreisajā pusē, bet nemetāli - labajā pusē.
Lielajos periodos, kas sastāv no divām rindām (4-7), parādās arī periodisks raksturs, taču, pateicoties d vai f dzimtas pārstāvju klātbūtnei, rindā ir daudz vairāk metālisku elementu.
Galveno apakšgrupu nosaukumi
Daļa no periodiskajā tabulā esošajām elementu grupām ir saņēmusi savus nosaukumus. Apakšgrupas pirmās A grupas pārstāvjus sauc par sārmu metāliem. Metāli ir ieguvuši šo nosaukumu, pateicoties to darbībai ar ūdeni, kā rezultātā veidojas kodīgi sārmi.
Otrā A grupas apakšgrupa tiek uzskatīta par sārmzemju metāliem. Mijiedarbojoties ar ūdeni, šādi metāli veido oksīdus, tos kādreiz sauca par zemēm. Tieši no tā laika šīs apakšgrupas pārstāvjiem tika piešķirts līdzīgs nosaukums.
Skābekļa apakšgrupas nemetālus sauc par halkogēniem, bet 7 A grupas pārstāvjus sauc par halogēniem. 8 Apakšgrupu sauc par inertajām gāzēm tās minimālās ķīmiskās aktivitātes dēļ.
PS skolas kursā
Skolēniem parasti tiek piedāvāts periodiskās tabulas variants, kurā bez grupām, apakšgrupām, periodiem norādītas arī augstāku gaistošo savienojumu un augstāko oksīdu formulas. Šāds triks ļauj skolēniem attīstīt prasmes augstāku oksīdu apkopošanā. Pietiek elementa vietā aizvietot apakšgrupas pārstāvja zīmi, lai iegūtu gatavo augstāko oksīdu.
Ja paskatās uz gaistošo ūdeņraža savienojumu vispārējo izskatu, var redzēt, ka tie ir raksturīgi tikai nemetāliem. 1-3 grupās ir domuzīmes, jo metāli ir tipiski šo grupu pārstāvji.
Turklāt dažās skolu ķīmijas mācību grāmatās katra zīme norāda elektronu sadalījumu garenerģijas līmeņi. Mendeļejeva darbības laikā šī informācija nepastāvēja, līdzīgi zinātniski fakti parādījās daudz vēlāk.
Var redzēt arī ārējā elektroniskā līmeņa formulu, pēc kuras viegli uzminēt, kurai saimei šis elements pieder. Eksāmenu sesijās šādi padomi ir nepieņemami, tāpēc 9. un 11. klases absolventiem, kuri nolemj demonstrēt savas ķīmijas zināšanas OGE vai Vienotajā valsts eksāmenā, tiek izsniegtas klasiskās melnb altās periodisko tabulu versijas, kas nesatur papildu informāciju par atoma uzbūve, augstāko oksīdu formulas, gaistošo ūdeņraža savienojumu sastāvs.
Šāds lēmums ir diezgan loģisks un saprotams, jo tiem skolēniem, kuri nolēma iet Mendeļejeva un Lomonosova pēdās, izmantot klasisko sistēmas versiju nebūs grūti, viņiem vienkārši nav vajadzīgas uzvednes.
Periodiskajam likumam un D. I. Mendeļejeva sistēmai bija vissvarīgākā loma atomu un molekulu teorijas tālākajā attīstībā. Pēc sistēmas izveides zinātnieki sāka pievērst lielāku uzmanību elementa sastāva izpētei. Tabula palīdzēja noskaidrot informāciju par vienkāršām vielām, kā arī par to veidojošo elementu raksturu un īpašībām.
Mendeļejevs pats pieņēma, ka drīz tiks atklāti jauni elementi, un paredzēja metālu stāvokli periodiskajā sistēmā. Pēc pēdējās parādīšanās ķīmijā sākās jauns laikmets. Turklāt nopietns sākums tika dots daudzu radniecīgu zinātņu veidošanai, kas ir saistītas ar atoma uzbūvi unelementu transformācijas.
