Звездная периодичность в таблице менделеева – Как научиться читать таблицу химических элементов Д.И. Менделеева 🚩 железо в таблице менделеева 🚩 Естественные науки

Космическая таблица Менделеева: kiri2ll

Кирилл Размыслович (kiri2ll) wrote,
Кирилл Размыслович
kiri2ll
Во вчерашнем APOD была опубликована интересная картинка, посвященная источникам вероятного происхождения различных химических элементов. Думаю, она заслуживает того, чтобы про нее рассказали подробнее.
Когда наша Вселенная только образовалась, в ней присутствовали лишь водород, гелий и немного лития. Все остальные элементы были синтезированы уже позже в ходе звездной эволюции. Когда зажглись первые звезды, в них начались термоядерные реакции, в ходе которых водород превращался в гелий. Дальше все зависело от массы. Если звезда имела массу больше 0,4 — 0,5 солнечных, то после того, как весь водород превращался в гелий, ее ядро сжималось, температура в нем повышалась и начиналась реакция синтеза углерода из гелия.
Чем большей была масса ядра — тем дальше заходил процесс синтеза. Углерод превращался в кислород, кислород — в кремний, кремний — в железо. Но на железе реакция останавливалась, ибо дальнейший синтез становился энергетически невыгодным. В результате, ядро коллапсировало и происходила вспышка сверхновой, во время которой образовывались многие тяжелые элементы. Взрыв разбрасывал эти элементы по всей галактике, они становились частью газопылевых облаков, из которых затем формировалось новое поколение звезд. Этот процесс имел огромное значение. Без тяжелых элементов было бы невозможно существование каменных планет, а следовательно и Земли.Но не все элементы требуют сверхновых. Благодаря медленному захвату нейтронов ядрами элементов в оболочках гигантских звезд могут например синтезироваться свинец и стронций. Также из диаграммы можно увидеть, что происхождение нескольких легких элементов связано с космическими лучами. Ну а некоторые элементы в принципе не появляются естественным путем и могут создаваться лишь в лабораториях.
Отдельно стоит сказать про такие элементы, как платина, золото и т.д. Согласно популярной теории, источник их происхождения — недра нейтронные звезды. Иногда такие объекты сталкиваются/сливаются. Это приводит к образованию короткого гамма-всплеска — самого яркого события во Вселенной, когда за несколько секунд выделяется столько энергии, сколько Солнце излучает за все время своей жизни. При столкновении образуется черная дыра, но к счастью для нас часть вещества нейтронных звезд выбрасывается в окружающее пространство. В этой материи начинают идти многочисленные ядерные реакции, создающие сверхтяжелые атомы, а за счёт распада последних — просто тяжёлые, вроде того же золота.
Так что, значительная часть атомов, из которых состою я, вы и все люди на Земле синтезированы звездами и некогда были их частью — и скорее всего не один раз. Солнце, например, является звездой т.н. третьего поколения. Это значит, что оно образовалось из вещества оставшегося от первичных звезд, появившихся сразу после Большого взрыва и состоявших только из водорода и гелия, а также вещества второго поколения звезд, уже имевших в своем составе некоторые тяжелые элементы.Так что оглянитесь по сторонам  и представьте что все, что вы видите, когда-то находилось внутри огромного плазменного шара, а затем было выброшено в космос в результате звездного коллапса. Ну а у тех, кто носит золотые украшения, появится дополнительный повод для гордости. Все таки приятно иметь вещицу, которая появилась благодаря тому, что объект, размером с город но при этом весящий как Солнце, столкнулся с другим таким же объектом, породив невообразимый космический фейерверк.

  • Станция BepiColombo проверила ионные двигатели

    2 декабря станция BepiColombo осуществила первый успешный маневр с использованием двух из четырех ионных двигателей, установленных на перелетном…

  • Китай запустил станцию к обратной стороне Луны

    Вечером 7 декабря с китайского космодрома Сичан была запущена ракета Long March 3B. Она вывела в космос автоматическую станцию «Чанъэ-4».…

  • «Чанъэ-4» готова отправиться на обратную сторону Луны

    Сегодня вечером с космодрома Сичан на юго-западе Китая будет запущена ракета Long March 3B. Она отправит к Луне автоматическую станцию…

  • Remove all links in selection

    Remove all links in selection

    {{ bubble.options.editMode ? ‘Save’ : ‘Insert’ }}

    {{ bubble.options.editMode ? ‘Save’ : ‘Insert’ }}

Photo

Hint http://pics.livejournal.com/igrick/pic/000r1edq

kiri2ll.livejournal.com

Есть ли конец периодической таблицы Менделеева?

В следующем году исполнится 150 лет со дня открытия периодической таблицы, созданной Дмитрием Менделеевым. Соответственно, Организация Объединенных Наций провозгласила 2019 год Международным годом периодической таблицы химических элементов (IYPT 2019).

В 150 лет таблица все еще растет. В 2016 году к ней были добавлены четыре новых элемента: нихоний, московий, теннессин и оганесон. Их атомные числа — количество протонов в ядре, определяющее их химические свойства и место в периодической таблице, — 113, 115, 117 и 118 соответственно.

Для подтверждения этих последних четырех элементов потребовалось десятилетие и всемирное усилие исследователей. И теперь ученые задаются вопросом: как далеко может зайти таблица?

Все элементы с более чем 104 протонами обозначены как «сверхтяжелые» и являются частью обширной, совершенно неизвестной области, которую ученые пытаются раскрыть. Прогнозируется, что атомы с до 172 протонами могут физически образовывать ядро, связанное ядерной силой. Эта сила препятствует ее распаду, но только на несколько долей секунды.

Эти лабораторные ядра очень неустойчивы и спонтанно распадаются вскоре после их образования. Для тех элементов, кто тяжелее, чем oganesson, это может быть настолько быстро, что будет мешать им иметь достаточно времени для привлечения и захвата электрона для образования атома. Они проведут всю свою жизнь как конгрегации протонов и нейтронов.

Если это так, это вызов тому, как ученые сегодня определяют и понимают «атомы». Они больше не могут быть описаны как центральное ядро ​​с электронами, вращающимися вокруг него подобно планетам, вращающимся вокруг Солнца. Что касается того, могут ли эти ядра образоваться вообще, это все еще загадка.

Ученые медленно, но верно двигаются в направлении описка, синтезируя элемент за элементом, не зная, как они будут выглядеть, или когда наступит конец. Поиск элемента 119 продолжается в нескольких лабораториях, в основном в Объединенном институте ядерных исследований в России, в GSI в Германии и RIKEN в Японии.

«Ядерная теория не обладает способностью надежно прогнозировать оптимальные условия, необходимые для их синтеза, поэтому вы должны делать догадки и эксперименты по слиянию, пока не найдете что-то. Таким образом, вы можете работать годами», — сказал Назаревич.

Если элемент 119 будет подтвержден, он добавит восьмой период к периодической таблице.  Витольд Назаревич говорит, что открытие может быть не слишком далеким: «Вскоре. Может быть, или через два-три года. Мы не знаем точно, сейчас эксперименты продолжаются».

Остается еще один интересный вопрос. Могут ли сверхтяжелые ядра находиться в космосе? Считается, что они могут быть созданы при слияниях нейтронных звезд, — это звездное столкновение настолько мощное, что оно буквально встряхивает саму ткань Вселенной.

В таких звездных средах, где нейтроны находятся в изобилии, ядро ​​может сливаться со все большим количеством нейтронов, чтобы образовать более тяжелый изотоп. Он имел бы такое же число протонов и, следовательно, был бы одним и тем же элементом, но тяжелее. Проблема здесь в том, что тяжелые ядра настолько неустойчивы, что они исчезают задолго до добавления большего количества нейтронов и образования этих сверхтяжелых ядер.

Все это мешает процессу их производства в звездах. Надежда состоит в том, что благодаря передовым симуляторам ученые смогут «увидеть» эти неуловимые ядра через наблюдаемые закономерности синтезированных элементов.


Witold Nazarewicz, The limits of nuclear mass and charge, Nature Physics (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0163-3 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

ab-news.ru

Возникновение химических элементов в звёздах

Подробно:


© Знания-сила

Вступление

В XVII в. благодаря трудам Кеплера и Ньютона была выяснена механика движения планет и звёзд. После того как этот рубеж остался позади, мифотворческие концепции происхождения энергии Солнца и звёзд уже не могли восприниматься всерьёз, и хорошо, казалось бы, но изученное астроно́мами небо вдруг покрылось вопросительными знаками. Для проникновения в недра звёзд учёные располагали единственным орудием — «аналитической бурово́й машиной» собственного мозга, по выражению английского астрофизика Артура Стэнли Э́ддингтона (1882-1944).

Эддингтон первым выдвинул идею о возможности «перекачки» звёздной массы в энергию через термоядерные реакции синтеза гелия и водорода (1920 г.). Он писал: «Внутренние области звезды представляют собой смесь из атомов, электронов и волн эфира (так учёный называет электромагнитные волны). Мы должны призвать на помощь новейшие достижения атомной физики для того́, чтобы понять законы этого хаоса. Мы начали исследовать внутреннее строение звезды; вскоре мы обнаружили, что исследуем внутреннее строение атома». И далее: «…необходимая энергия может освободиться при перегруппировке протонов и электронов в атомных я́драх (превращение элементов) и гораздо бо́льшая энергия — при их аннигиляции… Тот или другой процесс может быть использован для получения солнечного тепла…».

О каких же этапах звёздных биографий может рассказать современная наука?

Сразу оговоримся: существующие представления о происхождении и развитии звёзд, несмотря на широкое признание, пока не вступили в права незы́блемой теории. Много сложных вопросов ещё ждут ответа. Однако эти представления, по-видимому, достаточно правильно обрисо́вывают контуры звёздной эволюции. Бытие звезды начинается с огромного холодного облака газа, состоящего в основном из водорода. Под действием сил тяготения оно постепенно сжима́ется. Потенциальная гравитационная энергия частичек газа переходит в кинетическую, т.е. тепловую, около половины которой расходуется на излучение. Остальная идёт на разогрев образующегося в центре плотного сгустка — ядра́. Когда температура и давление в ядре возрастают настолько, что становятся возможными термоядерные реакции, начинается самый долгий этап эволюции звезды — термоядерный. Часть энергии, выделяющейся в её ядре при синтезе гелия из водорода, уно́сится в мировое пространство всепроника́ющими нейтрино, а основная доля переносится к поверхности светила γ-квантами и частицами сильно ионизованного газа. Этот истекающий от центра поток энергии противостоит давлению внешних слоёв и препятствует дальнейшему сжатию. Такое равновесное состояние звезды с массой, вдвое превышающей массу Солнца, длится почти 10 млрд. лет.

После того как большая часть водорода в ядре вы́горела, энергии для поддержания равновесия уже не хватает. «Термоядерный реактор» звезды постепенно переходит на новый режим. Звезда сжима́ется, давление и температура в её центре возрастают, и примерно при 100 млн. градусов в реакции наряду́ с протонами вступают я́дра гелия. Синтезируются более тяжёлые элементы — углерод, азот, кислород, а от центра звезды к поверхности, подобно одному из кругов, разбега́ющихся по воде от брошенного камня, движется слой, в котором продолжает сгорать водород.

Со временем исчерпываются и ресурсы гелия. Звезда ещё сильнее сжима́ется, температура в её центре повышается до 600 млн. градусов. Теперь в реакциях участвуют ядра с Z > 2. А к периферии движется слой сгорающего гелия.

Шаг за шагом вещество в ядре занимает всё новые клетки в таблице Менделеева и при 4 млрд. градусов «добирается» наконец до желе́за и элементов, близких к нему по массе ядра́. У этих элементов максимальный дефект масс, т.е. энергия связи в я́драх наибольшая, и они представляют собой «шлак» «термоядерных звёздных реакторов»: никакие ядерные реакции более не способны извлечь из них энергию. А раз так, невозможно и дальнейшее выделение энергии за счёт реакций синтеза — термоядерный период звезды закончился. Дальнейший ход эволюции вновь определяется гравитационными силами, сжима́ющими звезду. Начинается её гибель.

Как именно будет умирать звезда, зависит от её массы. Например, звёздам с массой, превышающей две солнечные, уготован самый драматический конец. Силы тяготения оказываются настолько мощными, что осколки раздавленных атомов — электроны и я́дра — образуют как бы два растворённых друг в друге газа — электронный и ядерный. Хотя ход эволюции таких звёзд на стадиях, следующих за выгора́нием лёгких элементов, не может считаться точно установленным, тем не менее существующая теория признаётся большинством астрофизиков. Своим успехом эта теория прежде всего обязана тому, что предлагаемый ею механизм образования химических элементов и предска́зываемая распространённость элементов во Вселенной хорошо согласуются с данными наблюдений.

Итак, массивная звезда исчерпа́ла все запасы ядерного горючего. Последовательно нагрева́ясь до нескольких миллиардов градусов, она обратила основную часть вещества в ядерную золу́ — элементы группы желе́за с атомными массами от 50 до 65 (от вана́дия до цинка). Дальнейшее сжатие звезды приводит к нарушению стабильности образовавшихся я́дер, которые начинают разрушаться. Их осколки — alfa-частицы, протоны и нейтроны — вступают в реакции с я́драми группы желе́за и соединяются с ними. Образуются более тяжёлые элементы, тоже вступающие в реакции, — заполняются следующие клетки периодической таблицы. Из-за чрезвычайно высоких температур эти процессы протекают очень быстро — в течение нескольких тысячелетий.

«Тяжёлая» область таблицы Менделеева

При делении я́дер группы желе́за, как и при слиянии с ними нуклонов и лёгких я́дер (в реакциях синтеза, приводящих к заполнению «тяжёлой» области таблицы Менделеева), энергия не выделяется, а, наоборот, поглощается. В результате сжатие звезды всё убыстряется. Электронный газ более не способен противостоять давлению газа ядерного. Наступает коллапс — за несколько секунд ядро звезды претерпевает катастрофическое сжатие: оболочка звезды обрушивается, «взрывается внутрь». Плотность вещества увеличивается настолько, что даже нейтри́но не могут покинуть звезду. Однако «пленение» мощного нейтринного потока, уносящего большую часть энергии коллапси́рующего ядра звезды, не длится долго. Рано или поздно импульс «запертых» нейтри́но сообщается оболочке, и она сбрасывается, увеличивая в миллиарды раз свечение звезды.

Астрофизики считают, что именно так вспыхивают сверхновые звёзды. Гигантские взрывы, сопровождающие эти события, выбрасывают в межзвёздное пространство значительную часть вещества звезды: до 90% её массы.

Крабовидная туманность, например, представляет собой взорва́вшуюся и расширя́ющуюся оболочку одной из самых ярких сверхновых. Вспышка её произошла, как свидетельствуют звёздные летописи китайских и японских астрономов, в 1054 г. и была необычайно яркой: звезду видели даже днём в течение 23 суток. Измерения скорости расширения Крабовидной туманности показали, что за девять веков она могла достигнуть своих нынешних размеров, т. е. подтвердили дату её рождения. Однако гораздо более весомое доказательство правильности изложенной модели и основанных на ней теоретических предсказаний мощности нейтринного потока было получено 23 февраля 1987 г. Тогда астрофизики зарегистрировали нейтринный импульс, которым сопровождалось рождение сверхновой в Большом Магеллановом Облаке.

При изучении звёздных спектров в них обнаружили линии тяжёлых элементов, на основании чего немецкий астроном Ва́льтер Бааде (1893—1960 г.) пришёл к выводу, что Солнце и большинство звёзд представляют собой по крайней мере второе поколение звёздного населения. Материалом для этого второго поколения послужили межзвёздный газ и космическая пыль, в которую превратилось вещество сверхновых более раннего поколения, рассеянное их взрывами.

Не могут ли во взрывах звёзд рождаться я́дра сверхтяжёлых элементов? Ряд теоретиков такую возможность допускают.

znaniya-sila.narod.ru

Периодическая таблица

Физика > Периодическая таблица

 

Периодическая таблица – расположение химических элементов, основываясь на их электронных конфигурациях и повторяющихся химических характеристиках.

Задача обучения

  • Разобраться в том, как в периодической таблице располагаются химические элементы.

Основные пункты

  • Периодическая таблица – главная база для характеристики химического поведения элементов.
  • Таблица вмещает лишь те химические элементы, что обладают уникальным атомным номером (количество протонов в ядре).
  • Первенство публикации первой таблицы присваивается Дмитрию Менделееву.

Термины

  • Элемент – любое из простейших химических веществ, которые нельзя разложить в химической реакции или химическим средством.
  • Периодическая таблица – диаграмма химических элементов, расположенных в соответствии с их атомными числами.
  • Атомный номер – число, равное количеству протонов, характеризующее химические свойства (Z).

Периодическая таблица – перечень химических элементов, расположенных на основе их атомных чисел, электронных конфигураций и дублирующийся химических характеристик. Элементы представлены в соответствии с атомными числами в порядке увеличения. Стандартная форма таблицы вмещает сетку 18 х 7. Ее можно деконструировать в 4 прямоугольных блока: s – влево, p – вправо, d – посередине и f – ниже последнего. Строки таблицы – периоды. Столбцы s-, d- и p- именуют группами, некоторые из которых обладают собственными названиями (например, галогены или благородные газы).

Периодическая таблица вмещает повторяющиеся тенденции, поэтому ее можно использовать для установления соотношений между характеристиками элементов. Это позволяет также прогнозировать еще необнаруженные элементы. В итоге, с ее помощью можно анализировать химическое поведение.

Стандартная форма периодической таблицы, в которой цвета отображают различные категории элементов

Особенности периодической таблицы

Все разновидности периодической таблицы вмещают исключительно химические элементы. Каждый обладает уникальным атомным числом – количество протонов в ядре. Многие элементы располагают различным количеством нейтронов – изотопы. К примеру, в углероде есть три естественных изотопа. Все его атомы обладают шестью протонами, большинство из которых обладают шестью нейтронами и примерно 1% – 7 нейтронов. В таблице изотопы никогда не делят, так как группируются под одним элементом. Если элементы лишены стабильных изотопов, то наделены массой, принадлежащей наиболее стабильным (указаны в скобках).

Ученым удалось обнаружить или синтезировать все элементы атомных чисел от 1 (водород) до 118 (оганесон). Но и за пределами последнего элемента продолжают создание новых. Все еще ведутся споры о том, нужно ли добавлять новые в таблицу.

Несмотря на то, что известны и более ранние таблицы, первой публикацией стал вариант Дмитрия Менделеева в 1869 году. Он создал ее для того, чтобы показать периодические тенденции характеристик некоторых элементов. Он также сумел предсказать свойства еще не найденных, которые записали в таблицу уже после него. С появлением новых элементов ее расширяли и дополняли.

Периодическая таблица Менделеева (1869 год) отображает периоды по вертикали, а группы – по горизонтали

Известен за то, что осветил периодическую таблицу элементов


v-kosmose.com

Периодическая система Д. И. Менделеева » HimEge.ru

Периодическая система элементов состоит из вертикальных рядов (групп) и горизонтальных рядов (периодов). Для лучшего понимания принципов объединения элементов в группы и периоды, рассмотрим электронное строение атомов нескольких элементов, скажем, первой, четвертой и седьмой групп.

Из приведенных выше электронных конфигураций видно, что внешние (самые высо­кие по энергии) электронные оболочки атомов одной группы заполнены электронами одинаково. К одной группе принадлежат элементы, расположенные в одном вертикальном столбце таблицы.  Элементы IVA груп­пы периодической системы имеет два электрона на s-орбитали и два электрона на р-орбиталях.  Конфи­гурация внешней электронной оболочки атомов фтора F, хлора Сl и бро­ма Вг также одинакова (два s- и пять р-электронов). И эти элементы от­носятся к одной группе (VIIA). Атомы элементов одной группы имеют одинаковое строение внешней электронной оболочки. Именно поэтому такие элементы имеют сходные химические свойства. Химические свой­ства каждого элемента определяются электронным строением атомов этого элемента. Это основополагающий принцип современной химии. Именно он лежит в основе периодической системы.

Номер группы периодической системы соответствует числу электро­нов на внешней электронной оболочке атомов элементов этой группы. Номер периода (горизонтального ряда периодической таблицы) совпа­дает с номером высшей занятой электронной орбитали. Например, нат­рий и хлор — оба элементы 3-го периода и у обоих типов атомов высший, заполненный электронами,уровень — третий.

Строго говоря, число электронов на внешней электронной оболочке определяет номер группы только для так называемых непереходных элементов, расположенных в группах с буквенным индексом А.

Электронное строение атомов определяет химические и физи­ческие свойства элементов. А т.к электронное строение атомов повторяется через период, то и свойства элементов также повторяются периодически.

Периодический закон Д. И. Менделеева имеет следующую формулировку: «свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов».

Размеры атомов

Нам следует остановиться еще на двух видах информации, получае­мой из периодической системы. Первый из них — вопрос о размере (радиусе) атомов. Если двигаться вниз в пределах данной группы, переход к каждому следующему элементу означает заполнение электронами следующего, все более высокого уровня. В группе IA внешний электрон атома натрия находится на Зs-орбитали, калия — на 4s-орбитали, руби­дия — 5s-орбитали и т. д. Поскольку 4s-орбиталь больше по размеру, чем Зs-орбиталь, атом калия имеет большие размеры, чем атом натрия. По этой же причине в каждой группе размеры атомов возрастают сверху вниз.

При движении направо по периоду атомные массы возрастают, но размеры атомов, как правило, уменьшаются. Во 2-м периоде, например, атом неона Ne имеет меньший размер, чем атом фтора, который, в свою очередь, меньше атома кислорода.

Электроотрицательность

Другая тенденция, выявляемая с помощью периодической таблицы,— закономерное изменение злектроотрицательности элементов, т. е. отно­сительной способности атомов притягивать электроны, образующие свя­зи с другими атомами. Например, атомы инертных газов не склонны приобретать или терять электроны, тогда как атомы металлов легко от­дают электроны, а атомы неметаллов охотно их принимают. Электро­отрицательность (способность притягивать, приобретать электроны) возрастает слева направо в пределах периода и снизу вверх в пределах группы. Последняя группа (инертные газы) выпадает из этих законо­мерностей.

Фтор F, расположенный в правом верхнем углу периодической сис­темы, — наиболее электроотрицательный элемент, а франций Fr, находя­щийся в левом нижнем углу, наименее электроотрицателен. Изменение электроотрицательности также показано стрелками на рисунке.Пользуясь этой закономерностью, можно, например, утверждать, что кислород более электроотрицательный элемент, чем углерод или сера. Это значит, что атомы кислорода сильнее притягивают к себе электроны, чем атомы углерода и серы.

Первая и широко известная шкала относительных атомных электроотрицательностей Полинга охватывает значения от 0,7 для атомов франция до 4,0 для атомов фтора.

Электронное строение инертных газов

Элементы последней группы периодической системы называются инертными (благородными) газами. В атомах этих элементов, кроме гелия Не, на внешней электронной оболочке имеется восемь электронов. Инертные газы не вступают в химические реакции и не образуют ника­ких соединений с другими элементами (кроме очень немногих исключе­ний). Это связано с тем, что конфигурация из восьми электронов на внешней электронной оболочке чрезвычайно стабильна.

Атомы других элементов образуют химические связи таким образом, чтобы на их внеш­ней оболочке оказалось восемь электронов. Это положение часто назы­вают правилом октета.

 

himege.ru

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *