Периодическая таблица менделеева современная: Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева)

Периодическая система химических элементов. Большая российская энциклопедия

Научные законы, утверждения, уравнения

Области знаний:

Общие вопросы химии, Основные понятия и законы

Другие наименования:

Таблица Менделеева

Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов, упорядоченное множество химических элементов и их естественная классификация. Является табличным представлением периодического закона, открытого Д. И. Менделеевым. Прообразом периодической системы химических элементов служит таблица «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», составленная Менделеевым в 1869 г. По мере совершенствования этой таблицы Менделеев развил представления о периодах и группах элементов и о месте каждого элемента в системе. К 1871 г. в книгу «Основы химии» Менделеевым была включена «Естественная система элементов Д. Менделеева» – первая классическая короткая форма периодической системы химических элементов. Опираясь на неё, Менделеев выполнил впоследствии оправдавшийся прогноз существования и свойств неизвестных в то время элементов (Ga, Sc, Ge).

Таблица, составленная Дмитрием Менделеевым. 1869. БРЭ. Т. 25.Физический смысл периодичности в свойствах элементов стал ясен после появления планетарной модели атома (Э. Резерфорд, 1911), и было показано (А. ван ден Брук и Г. Мозли, 1913–1914), что порядковый номер элемента в периодической системе химических элементов равен положительному заряду (Z) ядра атома. Теория периодической системы в основном создана Н. Бором (1913–1921) на базе квантовой модели атома. Бор разработал схему построения электронных конфигураций атомов по мере возрастания Z, опирающуюся на определённую последовательность заполнения электронами оболочек и подоболочек в атомах с ростом числа

Z.

Современная периодическая система химических элементов включает более ста химических элементов. Наиболее тяжёлые элементы получены ядерным синтезом. Порядок заполнения электронами уровней в атомах определяется правилами, совокупность которых называют «принципом построения»: заполнение атомных орбиталей (АО) происходит в порядке увеличения энергии орбиталей: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 6d и т.

д.; согласно принципу Паули, каждая АО (характеризуется квантовыми числами n, l, m) может содержать не более 2 электронов; АО с одинаковыми l и n заполняются так, чтобы суммарный спин электронов был максимален (т. е. заполняется максимальное число АО с разными m по правилу Хунда).

Согласно (n+l)-правилу Клечковского, построение электронных конфигураций главным образом происходит в соответствии с последовательным увеличением суммы (n+l). При этом в пределах каждой такой суммы сначала заполняются подоболочки с бóльшими l и меньшими n, затем с меньшими l и бóльшими

n.

Опубликовано свыше 500 вариантов периодической системы химических элементов, что связано с попытками поиска решения некоторых частных проблем её структуры. Наиболее распространены две табличные формы: короткая и длинная (разрабатывалась Д. И. Менделеевым, усовершенствована в 1905 А. Вернером). В структуре периодической системы химических элементов выделяют периоды (горизонтальные ряды) и группы (вертикальные столбцы) элементов.

Короткая форма периодической системы химических элементов. Архив БРЭ.Современная форма периодической системы химических элементов (в 1989 ИЮПАК рекомендована длинная форма) состоит из 7 периодов (горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера) и 18 групп (вертикальных последовательностей элементов в соответствии с количеством валентных электронов), а короткая форма – из 8 групп. Число элементов в периодах, начиная со второго, попарно повторяется: 8, 8, 18, 18, 32, 32,… (первый период содержит два элемента). Номер группы элементов короткого варианта соответствует числу валентных электронов во внешней электронной оболочке атомов. В длиннопериодном варианте номер группы в бoльшей мере формален. Группы короткого варианта включают главную (а) и побочную (б) подгруппы, в каждой из которых содержатся элементы, сходные по химическим свойствам, их атомы характеризуются одинаковым строением внешних электронных оболочек. Элементы некоторых групп имеют собственные тривиальные названия: щелочные металлы (группа 1 длинной формы), щёлочноземельные металлы (группа 2), халькогены (группа 16), галогены (группа 17), благородные газы (группа 18).

В периодической системе химических элементов для каждого элемента указывается его символ, название, порядковый номер и значение относительной атомной массы.

Первый период содержит два элемента – Н и Не. Водород имеет некоторое сходство как со щелочными элементами, так и с галогенами. В связи с этим символ Н помещают либо в подгруппу Iа, либо в подгруппу VIIa короткого варианта, либо в обе одновременно.

Второй и третий периоды (Li – Ne; Na – Ar) содержат по 8 элементов, причём характер изменения химических свойств вертикальных аналогов во многом близок. Элементы первых трёх периодов относятся к главным подгруппам короткого варианта периодической системы химических элементов.

Элементы групп 1 и 2 длинной формы называются s-элементами, групп 13–18 – p-элементами, групп 3–12 – d-элементами; d-элементы (за исключением цинка, кадмия и ртути) называют также переходными элементами.

Четвёртый период (K – Kr) содержит 18 элементов. После K и Са (

s-элементы) следует ряд из десяти (Sc – Zn) 3d-элементов (побочные подгруппы короткого варианта периодической системы химических элементов). Переходные элементы проявляют высшие степени окисления, в основном равные номеру группы короткого варианта периодической системы химических элементов (исключая Co, Ni и Cu). Элементы от Ga до Kr относятся к главным подгруппам (р-элементы).

Пятый период (Rb – Xe) построен аналогично четвёртому; в нём также имеется «вставка» из десяти переходных 4d-элементов (Y – Cd). Особенности изменения свойств в этом периоде: в триаде Ru – Rh – Pd рутений проявляет максимальную степень окисления +8, родий +6, палладий +5; все элементы главных подгрупп, включая Хе, проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы.

Шестой период (Сs – Rn) содержит 32 элемента. В него, помимо десяти 5d-элементов (La, Hf – Hg), входит семейство из четырнадцати 4f-элементов – лантаноидов (лантанидов, Ln). В степени окисления +3, +4 они являются химическими аналогами актиноидов, в степени окисления +2 – щёлочноземельных элементов. Лантаноиды размещены в группе 3 длинной формы, клетка La, и для удобства вынесены под таблицу.

Особенностью элементов шестого периода является то, что в триаде Os – Ir – Pt два элемента – осмий и иридий – проявляют степень окисления +8, платина +6.

Седьмой период, подобно шестому, содержит 32 элемента. Актиний – аналог лантана. После Ас следует семейство из четырнадцати 5f-элементов – актиноидов (актинидов, An) (Z= 90–103). В периодической системе химических элементов их размещают в клетке Ас и, подобно Ln, записывают отдельной строкой под таблицей. Этот приём предполагает наличие существенного химического сходства элементов двух f-семейств. Именно на этом основывалась «актинидная концепция» Г. Сиборга (1944), сыгравшая ведущую роль при разработке методов разделения продуктов деления урана и поиске новых элементов. Однако эта концепция справедлива лишь для трёх- и четырёхвалентных An. Актиноиды же проявляют степени окисления от +2 до +7 (последняя характерна для Np, Pu, Am) и +8 (для плутония). Для наиболее тяжёлых An характерна стабилизация низших степеней окисления (+2 или даже +1 для Md).

Экспериментальные оценки химии элементов с Z=104 (резерфордий) и Z=105 (дубний) позволили заключить, что они являются аналогами соответственно Hf и Та, т. е. 6d-элементами (должны располагаться в IVб и Vб подгруппах короткой формы). Химическая идентификация элементов с

Z=106–118 не проводилась из-за слишком коротких «времён жизни» синтезированных изотопов, но в соответствии со структурой периодической системы можно считать, что элементы Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn относятся к 6d-элементам, элементы c Z=113–118 близки, соответственно, вертикальным аналогам. Это же следует из современных квантово-химических расчётов.

Памятник-таблица «Периодическая система элементов Д. И. Менделеева». Авторы: Владимир Фролов, Давид Кричевский.Периодическая система химических элементов является важным звеном эволюции атомно-молекулярного учения, способствует уточнению представлений о простых веществах и соединениях, оказала значительное влияние на разработку теории строения атомов.

С периодической системой связана постановка проблемы прогнозирования в химии, что проявилось в предсказании как существования неизвестных элементов и их свойств, так и особенностей химического поведения известных элементов. Периодическая система химических элементов – основа неорганической химии; служит задачам синтеза веществ с заранее заданными свойствами, создания новых материалов, в частности сверхпроводников и полупроводников, подбора специфических катализаторов для различных химических процессов и др. Периодическая система химических элементов – научная база преподавания общей и неорганической химии, а также некоторых разделов атомной физики.

Третьяков Юрий Дмитриевич, Киселев Юрий Михайлович. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2014.

Дата публикации:  1 августа 2022 г. в 14:10 (GMT+3)

Триумф русской химической науки – Проект «Юбилейный урок»

Содержание

• Предпосылки открытия Периодического закона Д. И. Менделеева
• Рукопись «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»
• Сон Менделеева
• История открытия благородных газов
• Нобелевская премия
• Периодическая система химических элементов
• Альтернативные периодические таблицы
• Интерактивная карта
• Рабочий лист № 1
• Рабочий лист № 2
• Интерактивные задания
• Ссылки
• Авторы-разработчики урока

Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева — основа современной химии. Они относятся к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально существующие в природе, и поэтому никогда не потеряют своего значения. Их открытие было подготовлено ходом истории развития химии, однако потребовалась гениальность Д. И. Менделеева, его дар научного предвидения, чтобы эти закономерности были сформулированы и графически представлены в виде таблицы.

Предпосылки открытия Периодического закона Д.

 И. Менделеева

«Закон триад»

 

Спираль Шанкуртуа

 

Таблица Мейера

 

«Закон октав»

 

История науки не знает другого подобного триумфа. Открыт новый закон природы. Вместо разрозненных, не связанных между собой веществ встала единая стойкая система, объединившая в одно целое все элементы Вселенной.

Ученый, творец, один из последних энциклопедистов в науке

«Будут появляться и умирать новые теории, блестящие обобщения. Новые представления будут сменять наши уже устаревшие понятия об атоме и электроне. Величайшие открытия и эксперименты будут сводить на нет прошлое и открывать на сегодня невероятные по новизне и широте горизонты, – все это будет приходить и уходить, но Периодический закон Д. И. Менделеева будет всегда жить и руководить исканиями».

А. Е. Ферсман

Д. И. Менделеев. Рукопись «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»

Этот небольшой листок обычной писчей бумаги относится к числу наиболее ценных документов в истории человечества. Ныне он хранится в Музее-архиве Д. И. Менделеева при Санкт-Петербургском университете. Учёный отпечатал в типографии оттиски «Опыта системы…» с заглавиями на русском и французском языках и разослал их своим отечественным и зарубежным коллегам.

Сон Менделеева

Многие слышали историю, что Д. И. Менделееву его таблица приснилась. Эта версия активно распространялась соратником Менделеева А. А. Иностранцевым в качестве забавной истории, которой он развлекал своих студентов. Он говорил, что Дмитрий Иванович лёг спать и во сне отчётливо увидел свою таблицу, в которой все химические элементы были расставлены в нужном порядке. Но реальные предпосылки для истории со сном всё же были: как уже упоминалось, Д. И. Менделеев работал над таблицей без сна и отдыха, и А. А. Иностранцев однажды застал его уставшим и вымотанным. Днём Менделеев решил немного передохнуть, а некоторое время спустя резко проснулся, сразу же взял листок бумаги и изобразил на нём уже готовую таблицу. Но сам учёный опровергал всю эту историю со сном, говоря: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Так что легенда о сне, может быть, и очень привлекательна, но создание таблицы стало возможным только благодаря упорному труду.

С открытием Периодического закона в химии стало возможным научное предвидение.

Ларс Фредерик Нильсон

открыл экабор (1875 г.)

 

Поль Эмиль Лекок де Буабодран

открыл экаалюминий (1879 г.)

 

Клеменс Александр Винклер

открыл экасилиций (1886 г.)

 

В 1900 году Д. И. Менделеев и шотландский химик Уильям Рамзай пришли к мнению, что в таблицу должны быть включены и элементы нулевой группы — до 1962 года они назывались инертными (после — благородными газами).

С 1890 года Рамзай начал серьезное изучение газов атмосферы. В 1894 году Уильям Рамзай встретился с Рэлеем для обсуждения проблем, связанных с различиями в массе азота, полученного из атмосферы разными способами. Ученые начали совместные исследования и в апреле 1894 года установили наличие в атмосфере нового газа — аргона. Первое публичное заявление о своём открытии Рамзай и Рэлей сделали 13 августа 1894 года в Оксфорде на заседании Британской ассоциации, однако научное сообщество критически отнеслось к их докладу. В течение полугода ученые дорабатывали и проверяли свои исследования и окончательно объявили об открытии аргона 31 января 1895 года в Лондонском университете на собрании Королевского общества, а 28 марта 1895 года вышла научная публикация «Аргон — новая составная часть атмосферы». Рамзай предсказал существование других инертных газов и вёл активную работу по их поиску и выделению. После блестящих экспериментов 16 марта 1900 г. в Лондоне произошла встреча Менделеева и Рамзая, на которой было официально решено включить в Периодическую систему новую группу химических элементов.

История открытия благородных газов

Нобелевская премия

Существовала вполне объективная составляющая, ограничивавшая возможность выдвижения Д.  И. Менделеева на Нобелевскую премию. Дело в том, что одним из главнейших требований в течение первых четырёх десятилетий функционирования нобелевских учреждений была непременная новизна открытия. Это требование, повторенное в уставе, предусмотрел сам Альфред Нобель в своём завещании. И оттого научный прорыв Д. И. Менделеева в создании Периодической системы элементов, датируемый 1869 годом, когда он опубликовал свой «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сродстве», никак не укладывался в прокрустово ложе строго выполнявшегося устава. Д. И. Менделеева выдвигали на Нобелевскую премию (которая, напомним, присуждается с 1901 г.) — в 1905, 1906 и 1907 годах. Читать далее

Список лауреатов Нобелевской премии с 1901 по 1907 год:

1. 1901 год — Якоб Хендрик Вант-Гофф «В знак признания огромной важности открытия законов химической динамики и осмотического давления в растворах».
2. 1902 год — Герман Эмиль Фишер «За эксперименты по синтезу веществ с сахаридными и пуриновыми группами».
3. 1903 год — Сванте Август Аррениус «Присуждена премия как факт признания особого значения его теории электролитической диссоциации для развития химии».
4. 1904 год — Уильям Рамзай «В знак признания открытия им в атмосфере различных инертных газов и определения их места в периодической системе».
5. 1905 год — Адольф фон Байер «За заслуги в развитии органической химии и химической промышленности благодаря работам по органическим красителям и гидроароматическим соединениям».
6. 1906 год — Анри Муассан «За получение элемента фтора и введение в лабораторную и промышленную практику электрической печи, названной его именем».

«Считают, что недоброжелателем Менделеева в Шведской королевской академии, повлиявшим на смену правил игры в ходе самой игры, был лауреат Нобелевской премии по химии 1903 года Сванте Аррениус. Менделеев критиковал некоторые положения его теории электролитической диссоциации, и Аррениус воспринял критику очень болезненно. Он не раз утверждал, что достижения Менделеева слишком стары для Нобелевской премии. Менделеева снова выдвинули на соискание Нобелевской премии 1907 года (русские учёные опять в этом не участвовали), но 2 февраля 1907 года Дмитрий Иванович скончался, а посмертно Нобелевской премией не награждают. Слабым утешением можно считать то, что список титулов, званий и наград, которых был удостоен Дмитрий Иванович, включает не менее сотни позиций». (Курамшин А. И. Нобелевские нелауреаты. Журнал «Химия и жизнь»)

Периодическая система химических элементов

Наиболее распространёнными являются три формы таблицы Д. И. Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В каждой из форм имеются свои преимущества и недостатки. Однако связь природы элемента со структурой электронной оболочки атомов наиболее полно и однозначно раскрывается длинной формой системы.

Альтернативные периодические таблицы

Альтернативные периодические таблицы часто разрабатываются для того, чтобы выделить или подчеркнуть различные химические или физические свойства элементов, которые не очевидны из традиционных периодических таблиц.

Известно свыше 400 вариантов таблиц Периодической системы, различающихся размещением отдельных групп элементов-аналогов, способом отображения Периодического закона. В некоторых из них группа инертных газов размещена в правой части (этими элементами заканчиваются периоды в системе), в других — в левой части (ими начинаются периоды), в третьих — в середине таблицы.
Есть таблицы, где элементы располагаются не в порядке заполнения электронных уровней в атомах, а в порядке последовательного расположения в левой части таблицы групп s- и р-элементов, в правой части — всех групп d-элементов, а затем f-элементов.

Известны варианты, в которых элементы первого периода расположены внизу таблицы, а над ними — элементы последующих периодов, что символизирует постепенное усложнение электронной оболочки атомов. Авторы ряда таблиц делят группы элементов на 3 или 4 подгруппы, внося в эти «дополнительные» подгруппы f-элементы.

Однако большинство этих таблиц, оттеняя периодичность изменения тех или иных свойств элементов и их соединений, ничего принципиально нового не вносят в конструкцию Периодической системы.

Периодическая система Теодора Бенфея

Химическая Галактика Филиппа Стюарта

Левосторонняя система Жанета

Спиральная диаграмма Кларка

Интерактивная карта

Рабочий лист № 1

Рабочий лист № 2

Интерактивные задания

Установите соответствие между автором и предложенной им классификацией химических элементов.

Александр Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа

Иоганн Вольфганг Дёберейнер

Джон Ньюлендс

Юлиус Лотар Мейер

Д. И. Менделеев

Таблица из 28 элементов, размещённых согласно их валентностям

«Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»

Химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс в виде спирали

«Закон октав»

«Закон триад»

Многие элементы, известные учёным, скорее всего, отсутствуют в природе — их возможно получить только с помощью синтеза.

Знаете, какой элемент стал первым искусственным химическим элементом?

Атомы с зарядами ядра +113, +115, +117 и +118 тоже были получены искусственно, с помощью бомбардировки тяжелых ядер ядрами других атомов.

Установите соответствие между химическим элементом и происхождением его названия.

113-й элемент – Нихоний (Nihonium), символ Nh

115-й элемент – Московий (Moscovium), символ Mc

117-й элемент – Теннессин (Tennessine), символ Ts

118-й элемент – Оганесон (Oganesson), символ Og

Получил свое название в честь американского штата

Получил свое название в честь Юрия Цолаковича Оганесяна, научного руководителя лаборатории ядерных реакций Объединённого института ядерных исследований

Первый из элементов, название которого связано с Японией

Получил свое название в честь Московской области

Расположите работы ученых по классификации химических элементов в хронологическом порядке.

1829

1862

1864

1866

1869

Ссылки

1. Голубева Р. М., Раткевич Е. Ю., Мансуров Г. Н. Длиннопериодный вариант таблицы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева
2. Динамическая таблица Д. И. Менделеева
3. Интерактивная онлайн-игра «Таблица Менделеева»
4. «Нобелиана» Дмитрия Менделеева

Авторы-разработчики урока

Д. В. Болотов, С. В. Наседкина, Н. Е. Савельева.

Техническая поддержка и реализация проекта в сети: сотрудники пресс-центра ГМЦ, г. Москва, 2019 г.

В 1933 году Джон Друри Кларк опубликовал спиральную диаграмму химических элементов. Этот дизайн был использован в 1949 году журналом Life. На обложке этого журнала была представлена красочная система элементов, в которой цвет использовался с целью демонстрации отношений между элементами. Например, фиолетовое окрашивание ячеек и штриховой стрелки использовано для объединения элементов VII-B группы (марганец, технеций, рений) с элементами VII-А группы (фтор, хлор, бром, иод, астат).

В периодической системе Теодора Бенфея (1960) элементы образуют двухмерную спираль, которая, раскручиваясь, опоясывает «острова» с переходными металлами, лантаноидами и актиноидами. В данной модели появляются ещё не открытые, но предсказанные g-элементы (с атомными числами от 121 до 138).

Спиральное представление таблицы Менделеева, предложенное профессором химии и дизайнером Филиппом Стюартом, имеет ряд преимуществ перед традиционным. Подложка в виде галактики напоминает о космическом происхождении необходимых для жизни элементов.

Левосторонняя система Жанета (1928) считается наиболее значительной альтернативой традиционному описанию Периодической системы. В ней элементы расположены согласно заполнению атомных орбиталей, и она часто используется физиками. Её современная версия, известная как ADOMAH Periodic Table (2006), удобна для написания электронной конфигурации атомов.

Иоганну Вольфгангу Дёберейнеру удалось установить первые закономерности в изменении свойств элементов. Он заметил, что если расположить три сходных по химическим свойствам элемента в порядке возрастания их атомных весов, то атомный вес второго (среднего) элемента будет равен среднему арифметическому атомных весов первого и третьего.
В 1817 году И. Дёберейнер установил такую закономерность для первой «триады» — щёлочноземельных металлов: кальция, стронция и бария.
В 1829 году, после того как Й. Я. Берцелиус подтвердил его данные, Дёберейнер распространил этот принцип на другие элементы, предложив ещё две триады (литий, натрий, калий и сера, селен, теллур).
В основу своей классификации, помимо атомных весов, он положил также аналогию свойств и характерных признаков элементов и их соединений. Работы И. Дёберейнера по систематизации элементов вначале не привлекли к себе внимания.
В 1840 году Л. Гмелин, расширив список элементов, показал, что характер их классификации по свойствам гораздо сложнее, чем разделение на триады.
Тем не менее закон триад Дёберейнера подготовил почву для систематизации элементов, завершившейся созданием Периодического закона.

Английский учёный Джон Александр Рейна Ньюлендс в 1866 году заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом.
Найденную закономерность Д. Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии.
Однако в одном и том же ряду часто оказывались и элементы совершенно непохожие.
В некоторых ячейках Д. Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента.

Юлиус Лотар Мейер внёс значительный вклад в систематизацию химических элементов. В 1864 году он опубликовал таблицу, содержавшую 28 элементов, размещённых в шесть столбцов согласно их валентностям. Ю. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов. В 1870 году он опубликовал ещё одну работу, содержавшую новую таблицу и график зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид. Предложенная Ю. Мейером в работе «Природа элементов как функция их атомного веса» таблица состояла из девяти вертикальных столбцов, сходные элементы располагались в горизонтальных рядах; некоторые ячейки таблицы Ю. Мейер оставил незаполненными. В 1882 году Лондонское королевское общество присудило золотые медали Дэви Д. И. Менделееву и Ю. Мейеру с формулировкой «За открытие периодических соотношений атомных весов».

Один из важных шагов к созданию Периодической системы — спираль Шанкуртуа. Она стала первой попыткой упорядочить в виде таблицы известное к тому времени множество химических элементов. Пытаясь, как и другие химики, найти основу для их классификации, французский учёный Александр Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа высказал предположение, что «свойства элементов являются функцией чисел». В 1862 году он предложил для систематизации химических элементов оригинальную пространственную схему. Шанкуртуа выдвинул идею спирального расположения элементов в зависимости от их атомных масс.
В своём сочинении «Земная спираль» он сгруппировал элементы по спирали вокруг цилиндра в порядке возрастания их масс. Оказалось, что через 16 единиц атомной массы появляются близкие по химическим свойствам элементы. В спирали Шанкуртуа они находятся на одной вертикальной линии, образующей цилиндр, на который «наворачивается» эта спираль. Однако идея расположения элементов на оси «земного винта» не привлекла внимания его современников. Не знал о ней и Д. И. Менделеев.

Самая примечательная работа Поля Эмиля Лекока де Буабодрана — это открытие галлия.
В 1875 году он получил несколько миллиграммов хлорида галлия, выделив его из образца минеральной руды, и нашёл, что это вещество дает новые спектроскопические линии. Он продолжал эксперименты, переработав несколько сот килограммов цинковой руды из Пиренеев, и в том же году выделил более 1 грамма чистого металла посредством электролиза раствора его гидроксида в гидроксиде калия.
Позже он приготовил 75 граммов галлия, используя более 4 тонн руды. Лекок де Буабодран вычислил атомную массу галлия — 69,86, весьма близкую к ныне принятой массе — 69,723. Существование галлия было предсказано в 1871 г. Д. И. Менделеевым, который назвал его «экаалюминием», и открытие де Буабодрана было подтверждением Периодического закона <br\>Д. И. Менделеева. Лекок де Буабодран внёс большой вклад в развитие Периодической системы элементов, предположив вскоре после открытия аргона, что тот является представителем новой, ранее непредусмотренной серии химических элементов, позже получившей известность как группа благородных газов.

В 1886 году выделил чистый элемент, германий, и опубликовал свои результаты. Триумф предсказательной силы открытия Д. И. Менделеева был настолько велик, что К. Винклер натолкнулся на неприятие со стороны некоторых химиков предложенного им названия «германий». Они стали обвинять К. Винклера в национализме и в присвоении открытия, которое сделал Д. И. Менделеев, уже давший элементу имя «экасилиций». Обескураженный К. Винклер обратился за советом к самому Дмитрию Ивановичу. Тот объяснил, что именно первооткрыватель нового элемента должен дать ему название. Позже Винклер писал: «Едва ли можно найти иное, более поразительное доказательство справедливости учения о периодичности, как во вновь открытом элементе. Это не просто подтверждение смелой теории, здесь мы видим очевидное расширение химического кругозора, мощный шаг в области познания».

В 1869 году в научные учреждения России и других стран поступил первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов).

В 1870 году Д. И. Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный для нас вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивавшиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.

Сущность открытия Д. И. Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения.

Отличием работы Д. И. Менделеева от работ его предшественников было то, что для классификации элементов у Дмитрия Ивановича была не одна, а две основы: атомная масса и химическое сходство. Для того чтобы периодичность полностью соблюдалась, им были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы.

В 1871 году на основе этих работ Д. И. Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.

Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Д. И. Менделеев, пользуясь Периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и — с поразительной точностью — целый ряд физических и химических свойств.

Основные работы Ларса Фредерика Нильсона связаны с изучением редких элементов. В 1879 году он открыл элемент скандий, атомная масса и свойства которого соответствовали предсказанному Д. И. Менделеевым «экабору» (1870). Это открытие, наряду с открытием галлия (П. Э. Лекок де Буабодран, 1875) и германия (К. А. Винклер, 1885), способствовало утверждению Периодического закона, сформулированного в 1869 году Д. И. Менделеевым.

1. Самая большая таблица Менделеева установлена на стенах химического факультета в Университете Мурсии в Испании. В общей сложности инсталляция занимает около 150 кв. м и состоит из 118 металлических квадратов размером 75 × 75 см. В Периодическую систему включены все известные на сегодняшний день химические элементы.

2. В 2006 году в административном центре города Чикаго из отдельных плакатов была собрана огромная таблица Менделеева, которая простиралась на восемь этажей.

3. В 2016 году в городе Сан-Антонио ученики более 100 школ собрались на стадионе и выложили громадную таблицу Менделеева из отдельных квадратных элементов размером 3,5 × 4,5 м. Общая площадь инсталляции составила 2000 кв. м.

4. В Санкт-Петербурге Периодическая таблица Менделеева была создана в 1935 году по адресу: Московский проспект, дом 19. Памятник представляет собой выполненную мозаикой на стене дома таблицу химических элементов, которая соответствовала её состоянию при жизни Менделеева и была приведена в последнем прижизненном восьмом издании, опубликованном в 1906 году. На ней элементы, открытые при жизни учёного, изображены красным цветом, а элементы, открытые с 1907 по 1934 год, — синим. Выполнен памятник в 1935 году по инициативе Сталина. Ранее, в 1932 году, здесь была установлена скульптура Дмитрия Ивановича Менделеева.

5. В городе Верхний Уфалей, расположенном в Челябинской области, есть памятник
Д.  И. Менделееву. Ученый заезжал в этот город в 1899 году и, осмотрев здешнее производство и разработки, воскликнул: «Да у вас тут вся моя таблица!». В честь этого в Верхнем Уфалее поставили памятник Менделееву на фоне его таблицы.

6. Памятник Менделееву и его таблице есть в Словакии. Находится он перед химическим факультетом Словацкого технологического университета в Братиславе.

В 2017 году памятник Менделееву украсил бульвар Менделеева в посёлке Мурино Ленинградской области. Памятник «Сон Менделеева» посвящен легенде о знаменитом сне ученого, в котором он увидел периодическую таблицу элементов. Футуристическая скульптура изображает химические элементы, над которыми парит фигура Дмитрия Менделеева.

• ← 250-летию со дня рождения И. А. Крылова
• «Если быть, то быть первым» →

Как понять современную периодическую таблицу

Если мы хотим понять современную периодическую таблицу, мы должны сначала понять материю.

Материя и современная таблица Менделеева

Все вокруг нас есть материя. Атомы составляют всю материю. Атом имеет центральное ядро, содержащее протоны и нейтроны. Отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг ядра.

Nasky/Shutterstock.com

Элементы — это вещества, состоящие из атомов одного типа. Каждый атом элемента имеет одинаковое количество протонов. Например, каждый атом углерода имеет шесть протонов. Каждый атом водорода имеет один протон.

Не каждое вещество является элементом. Например, вода не является элементом. Это соединение, потому что оно состоит из атомов водорода и кислорода. Другие соединения включают поваренную соль и сахар.

Ученые используют современную периодическую таблицу для систематизации всех известных элементов.

История современной периодической таблицы

Химики изучают окружающие их вещества на протяжении тысячелетий, но открыли первый элемент только в 1669 году, когда Хенниг Бранд выделил фосфор из мочи. Будучи алхимиком, Бранд искал способ сделать золото, используя различные творческие ресурсы.

В 1803 году английский химик Джон Дальтон создал первую периодическую таблицу, в которой систематизировались известные элементы. В его первой таблице было всего пять элементов. По мере того, как он узнавал о других элементах, он добавлял их в свою периодическую таблицу.

German Vizulis/Shutterstock.com

К 1820-м годам было открыто много новых элементов. Йонс Якоб Берцелиус, химик из Швеции, составил обновленную таблицу Менделеева. Он использовал сокращения для элементов, основанные на их латинских названиях. Мы и сегодня используем аббревиатуры Берцелиуса. Например, символ золота в периодической таблице — Au, потому что на латыни золото называется aurum.

Дмитрий Иванович Менделеев

К 1860 году было известно более 60 элементов. Русский профессор химии Дмитрий Иванович Менделеев писал учебник и хотел найти способ систематизировать все известные элементы для своих студентов. Он написал названия известных элементов на карточках и повесил карточки к себе на стену. Он потратил почти год на организацию и реорганизацию карт.

В конце концов, он решил расположить элементы в соответствии с атомным весом. Водород, самый легкий элемент, был первым. Когда он закончил, его таблица показала еще больше закономерностей. Например, металлы и неметаллы находились на противоположных сторонах стола. Он поместил элементы с похожими свойствами в столбцы, которые назвал группами. Менделееву нужно было оставить несколько пустых мест, чтобы его таблица работала, но он предсказал, что другие элементы заполнят пробелы. К 1875 году химики открыли еще три элемента. Каждый из них укладывается в таблицу Менделеева.

Сегодня мы все еще пользуемся периодической таблицей Менделеева. В настоящее время в периодической таблице насчитывается 118 элементов, но ученые считают, что есть еще много элементов, которые предстоит открыть.

Атомный номер и современная периодическая таблица

Humdan/Shutterstock.com

Периодическая таблица, которой мы пользуемся сегодня, организована по атомному номеру. Атомный номер элемента — это количество протонов в одном атоме. Например, водород имеет атомный номер 1, потому что каждый атом водорода имеет один протон.

В периодической таблице есть 7 строк, называемых периодами. Каждый период начинается с нового уровня энергии для электронов, вращающихся вокруг ядра в атомах.

Периодическая таблица также имеет 18 столбцов, называемых группами или семействами. Все элементы в группе имеют схожие свойства, потому что у них одинаковое количество электронов на самых внешних энергетических уровнях или оболочках. Например, и кислород, и сера имеют по шесть электронов на самых внешних энергетических уровнях или оболочках.

Карты Элементов

Каждый элемент периодической таблицы представлен карточкой, подобной той, что показана на этой странице. Карта делится информацией об элементе.

Верхнее число показывает количество протонов в атомах элемента. Например, углерод имеет шесть протонов. В нейтральном атоме количество протонов равно количеству электронов. Итак, углерод также имеет шесть электронов.

Большая буква C — это химический символ углерода. Ученые используют этот символ в химических уравнениях. Вы можете увидеть название углерода под химическим символом.

Нижнее число — это средняя атомная масса элемента. Хотя атомная масса всегда является целым числом, поскольку атомная масса равна количеству протонов и нейтронов в атоме, не все атомы имеют одинаковое количество нейтронов. У одних атомов углерода 6 нейтронов, у других 5 или 7. Атомы с разным числом нейтронов мы называем изотопами. Средняя атомная масса — это среднее значение всех изотопов, исходя из их распространенности в природе.

BigMouse/Shutterstock.com

Атомы и современная периодическая таблица

Атомы имеют центральное положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд +1, а нейтроны не имеют заряда. Отрицательно заряженные электроны окружают ядро ​​атома. Электроны имеют отрицательный заряд -1.

Электроны вращаются вокруг ядра на различных энергетических уровнях, называемых электронными оболочками. Мы обозначаем электронные оболочки числами, начиная с 1. Чем выше число, тем дальше от ядра находятся электроны и тем больше у них энергии.

Мы называем внешнюю оболочку электронов валентной оболочкой, а электроны внутри оболочки валентными электронами. Чтобы быть стабильными, атомы должны иметь полную валентную оболочку. Они будут отдавать или брать электроны от других атомов, чтобы заполнить свои валентные оболочки. Большинству элементов нужно 8 электронов, чтобы заполнить валентную оболочку их атомов, но элементам первых двух групп нужно только два электрона.

OSweetNature/Shutterstock.com

Группы в современной периодической таблице

Элементы в группах периодической таблицы имеют сходные свойства. Они взаимодействуют с другими элементами сходным образом, поскольку имеют одинаковое количество электронов на своих внешних оболочках.

Мы называем первую группу щелочными металлами. Эти элементы чрезвычайно реактивны, потому что у них только один электрон на внешней оболочке, поэтому они стремятся отдать его.

Мы называем вторую группу щелочноземельными металлами. Эти элементы также очень реактивны, потому что у них есть только два электрона на их внешних оболочках.

Группы с 3 по 12 — переходные металлы. Эти элементы заполняют свои две внешние оболочки немного не по порядку. В результате они делят электроны не так, как другие группы.

Группа 13 также известна как Группа 3А, потому что эти элементы имеют три электрона на своих валентных оболочках.

Элементы группы 14 или группы 4А имеют четыре электрона на своих валентных оболочках. Углерод, элемент 14-й группы, может делиться всеми четырьмя своими валентными электронами, образуя самые разные соединения.

Группы 15, 16 и 17 следуют той же схеме с пятью, шестью и семью электронами на валентных оболочках. Атомы из этих групп скорее присоединят электроны, чем отдадут их.

Группа 18 или Группа 8А — благородные газы. Все атомы этих элементов имеют полностью валентные оболочки, поэтому они не теряют и не приобретают электроны.

concept w/Shutterstock.com

Лантаниды и актиниды

Лантаниды и актиниды составляют два ряда элементов под остальной частью таблицы Менделеева. Эти элементы ведут себя иначе, чем другие переходные металлы, из-за того, как их электроны заполняют электронные оболочки.

Мы также называем лантаниды редкоземельными или внутренними переходными металлами. Все эти элементы мы находим в природе. Прометий — единственный радиоактивный лантанид.

С другой стороны, все актиноиды радиоактивны, включая уран и плутоний, которые используются в ядерных бомбах. Некоторые актиноиды мы находим в природе, но другие наблюдались только в лаборатории.

Понимание современной периодической таблицы является ключевым для любого студента-химика, потому что в таблице скрыто так много информации. Например, химики могут предсказать реакцию элементов на основе их положения на столе. Хотите узнать больше о современной периодической таблице? Тогда вам нужен мой блок цифровой науки с таблицей Менделеева. В нем есть вся информация в этом сообщении в блоге, а также изображения, ссылки на видео, задания, карточки и вопросы на понимание. Вы можете увидеть все страницы в блоке в видео ниже.

Как видите, этот блок цифровой науки поможет вам освоить основную информацию о современной таблице Менделеева. Вы можете щелкнуть изображение ниже, чтобы ознакомиться с ресурсом «Учителя платят учителям».

ВЫ ПРЕПОДАВАЕТЕ ДРУГУЮ НАУЧНУЮ ТЕМУ?

Я работаю над созданием большего количества научных разделов, чтобы каждый учитель естественных наук мог получить для своих учеников именно то, что ему нужно. Вы также можете прочитать о том, как я использую науку о мозге для преподавания других научных тем в моем блоге. Щелкните изображения ниже, чтобы узнать больше.

Политика таблицы Менделеева – кто получает признание и почему

Таблица Менделеева объединяет научные исследования, международную политику, поклонение героям, стремление к структуре и стремление к признанию.

Формально современная периодическая таблица представляет собой систематизированное расположение известных химических элементов. Таблица организована упорядоченно, что показывает периодическое появление элементов со схожими химическими свойствами. Элементы со схожими химическими свойствами располагаются один над другим в столбцах; спускаясь по каждому столбцу от одной строки к другой, атомы элементов становятся больше и тяжелее. Такие периодические изменения свойств элементов и есть то, что Дмитрий Менделеев (1834-1819 гг.)07) и другие ученые наблюдали и стремились обобщить в табличной и других формах.

Тем не менее, периодическая таблица не так объективна, как может показаться это базовое описание. И кто заслуживает похвалы за его создание, тоже не однозначно. Я химик-теоретик; Я применяю химические принципы и математику, чтобы отвечать на вопросы и решать проблемы в различных областях химии. Я также очарован историей науки и тем, как мы присваиваем себе заслуги и называем вещи в науке. Эти интересы в сочетании с моим химическим образованием с годами привели меня к пересечению политики и науки в появлении современной периодической таблицы.

Есть, например, националистические наклоны к периодической таблице. Два элемента (франций и галлий) названы в честь Франции и по одному в честь Японии (нихоний), Германии (германий) и Польши (полоний). Скандинавия получила скандий; элементы берклиум, дармштадтий и московиум дают трем городам место в таблице. Одна шведская деревня — Иттербю — заявила о правах на четыре элемента: эрбий, тербий, иттербий и иттрий. Ряд других мест и людей также зацепили свои маленькие прямоугольники на столе, и то, в некоторых случаях, только после серьезных споров.

Периодическая таблица элементов. Викисклад

Возвышение Менделеева

Дмитрия Ивановича Менделеева часто называют единственным создателем периодической таблицы. Википедия

Среди элементов, названных в честь людей, есть элемент номер 101, менделевий (Md), который чествует Менделеева. Сопротивляясь другим корыстным инстинктам, группа ученых из Беркли, открывших радиоактивный Md в 1955 решил наградить русского ученого Менделеева за его вклад в формулировку периодической таблицы. Однако в разгар холодной войны им пришлось убедить администрацию Эйзенхауэра позволить им уступить место за столом умершему русскому.

Почему же Менделеев? Он открыл периодическую таблицу? Едва ли.

Менделеев опубликовал в 1869 году статью, в которой известные тогда элементы были организованы авторитетным, логичным и систематическим образом, и он смело предсказал новые. За этой статьей в начале 1870-х годов последовали другие, которые улучшили первую и продемонстрировали ценность глубокого понимания периодичности в химии.

Периодическая таблица Менделеева, 1871 год.

Он, его документы и его таблица привлекли большое внимание и ускорили прогресс в нашем коллективном понимании элементов и их взаимоотношений друг с другом. Но вдохновение и данные, которые способствовали достижениям Менделеева, в огромной степени были обязаны его предшественникам и современникам, таким как Амедео Авогадро (1776–1856), Иоганн Вольфганг Доберейнер (1780–1849) и Станислао Канниццаро ​​(1826–1819).10).

Претенденты

Станислао Канниццаро.

В конце химического конгресса в Карлсруэ, Германия, в сентябре 1860 г. , например, среди участников был роздан решающий доклад Канниццаро ​​о весе атомов элементов. На этом собрании присутствовал Менделеев, и работа Канниццаро ​​помогла ему составить свою таблицу 1869 года из 63 известных элементов, которую он упорядочил в соответствии с наблюдаемыми химическими свойствами и присвоил атомный вес.

Работа Канниццаро ​​была настолько убедительна, что другой участник встречи в Карлсруэ, Й. Лотар Мейер, сообщил, что ему казалось, будто пелена спала с его глаз, когда он обрел новое понимание элементов.

Периодическая таблица Менделеева появилась примерно через девять лет после встречи в Карлсруэ (1869 г.), но к 1868 г. 1836-1923), например, уже предпринимались, хотя и технически несовершенные, заслуживающие доверия попытки периодической сборки элементов. Ньюлендс также предсказал существование других элементов.

Мейер, просвещенный Канниццаро, изобрел таблицы в 1860-х годах, до появления Менделеева. Но его грандиозная статья с описанием его таблицы, во многом похожая на таблицу Менделеева, была опубликована в 1870 году, через несколько месяцев после статьи Менделеева 1869 года. Как и ожидалось, между ними в конце концов вспыхнул медленно тлеющий спор о приоритете.

Впечатляющее несовершенство

Заслуживает ли Менделеев похвалы за составление превосходной таблицы для своего времени, за продвижение понимания ритмической связи свойств атомов, за подчеркивание силы этого понимания и за смелые предсказания, которые продвинули вперед химию? Действительно. Но у великих побед может быть не один герой, и появление нашей таблицы Менделеева — одна из таких побед.

Дж. Лотар Мейер также внес свой вклад в разработку периодической таблицы.

Работа Менделеева не была ни началом, ни концом составления схемы периодичности в химии. Он перепутал некоторые элементы, и его таблица была неполной, даже с его предсказаниями: например, группа так называемых благородных газов была открыта в 1890-х годах и не предвиделась в его работах. И современные студенты-химики могут легко обнаружить другие недостатки в его 1869 г. таблица также основана на нашем современном понимании природы элементов.

Короче говоря, вклад Менделеева был чрезвычайно впечатляющим, но также и несовершенным, и ценность вклада Мейера была уже достаточно ясна, чтобы побудить Лондонское Королевское общество наградить его и Менделеева престижной медалью Дэви в 1892 году «за открытие периодические соотношения атомных весов». Действительно, совместная награда была приведена в качестве доказательства того, что некоторые считали особенно ценным в таблице Менделеева то, как она вмещала (как и таблица Мейера) известные элементы, а не столько менделеевские предсказания новых элементов.

Не надеялось ли Королевское общество посредством совместного присуждения приглушить тревогу по поводу приоритета или кредита на все более незаменимый стол? Возможно. Но если таково было намерение, они потерпели неудачу. В науке, как и в политике, соблазн быть простым, а не точным может быть весьма сильным. Ученые до сих пор говорят: «Менделеев открыл периодическую таблицу».

Благородные намерения, политическое вмешательство

Что бы вы ни думали о роли Мейера и Менделеева в воплощении таблицы, история не обошлась с Мейером так хорошо, как могла бы. Например, можно спросить, неужели Альфред Нобель (1833–1896), который был современником Менделеева и Мейера (1830-1895), но никак не помог нашему пониманию периодичности, более заслуживает места в периодической таблице, чем Мейер, Ньюлендс или де Шанкуртуа.

На мой взгляд однозначно нет.

Несмотря на это, элемент 102 — нобеллий — был назван в честь Альфреда Нобеля, отчасти потому, что он умер достаточно богатым, чтобы профинансировать свое наследство миру в виде Нобелевских премий. Но здесь есть ирония. Нобель получил место в их периодической таблице, но ни Менделеев, ни Мейер, ни кто-либо другой не получили Нобелевской премии за демонстрацию периодичности или разработку периодической таблицы.

На самом деле Менделеев был девятью номинантами на Нобелевскую премию между 1905 и 1907 годами, но ни разу не выиграл. Некоторые утверждают, что ему было отказано, потому что шведский ученый Сванте Аррениус испытывал к нему сильную неприязнь. Менделеев подверг резкой критике теорию (не связанную с периодичностью, о том, как соли растворяются в воде), которую предложил Аррениус, и, хотя Аррениус не был членом комитета по присуждению награды, он был известен, влиятельн и высоко ценился своими коллегами по Нобелевской премии. отборочные комиссии. Но эта и другие предыстории Нобелевской премии — это отдельные политические дискуссии.

Политика, поклонение героям и борьба за признание часто ближе, чем хотелось бы, к научной практике. Место, где все они сходятся, находится в этом огромном списке химических элементов, известных человечеству.

Кто выиграл спор о приоритете? Класс минералов был назван в честь Мейера, но если наличие отдельной комнаты в периодической таблице является золотым стандартом для его отцов, то Менделевий ответил на вопрос.

Организация Объединенных Наций, ученые и люди, любящие науку, во всем мире отмечают периодическую таблицу в этом году за чудесное химическое благо, которое она предлагала и продолжает предлагать нам.