אלמנט שולחן Au. חוק תקופתי ד
גילוי הטבלה המחזורית מאת דמיטרי מנדלייב יסודות כימייםבמרץ 1869 הפך לפריצת דרך אמיתית בכימיה. המדען הרוסי הצליח ליצור שיטתיות של ידע על יסודות כימיים ולהציג אותם בצורה של טבלה, שתלמידי בית הספר עדיין נדרשים ללמוד בשיעורי כימיה. הטבלה המחזורית הפכה לבסיס להתפתחות המהירה של המתחם הזה ו מדע מעניין, וההיסטוריה של גילויו אפופה באגדות ובמיתוסים. לכל המתעניינים במדע, יהיה מעניין לדעת את האמת על האופן שבו גילה מנדלייב את טבלת היסודות המחזוריים.
היסטוריה של הטבלה המחזורית: איך הכל התחיל
ניסיונות לסווג ולבצע שיטתיות של יסודות כימיים ידועים נעשו הרבה לפני דמיטרי מנדלייב. מדענים מפורסמים כמו דוברינר, ניולנדס, מאייר ואחרים הציעו את מערכות היסודות שלהם. עם זאת, בשל מחסור בנתונים על יסודות כימיים ועל המסות האטומיות הנכונות שלהם, המערכות המוצעות לא היו אמינות לחלוטין.
ההיסטוריה של גילוי הטבלה המחזורית מתחילה בשנת 1869, כאשר מדען רוסי בפגישה של החברה הרוסית לכימיה סיפר לעמיתיו על גילויו. בטבלה שהציע המדען, יסודות כימיים היו מסודרים בהתאם לתכונותיהם, מובטחות על ידי גודל המשקל המולקולרי שלהם.
תכונה מעניינת של הטבלה המחזורית הייתה גם נוכחותם של תאים ריקים, שבעתיד היו מלאים ביסודות כימיים פתוחים שחזה המדען (גרמניום, גליום, סקנדיום). מאז גילוי הטבלה המחזורית בוצעו בה תוספות ותיקונים פעמים רבות. יחד עם הכימאי הסקוטי וויליאם רמזי, מנדלייב הוסיף לטבלה קבוצה של גזים אינרטים (קבוצה אפס).
לאחר מכן, ההיסטוריה של הטבלה המחזורית של מנדלייב הייתה קשורה ישירות לתגליות במדע אחר - פיזיקה. העבודה על טבלת היסודות התקופתיים נמשכת עד היום, ומדענים מודרניים מוסיפים יסודות כימיים חדשים ככל שהם מתגלים. קשה להפריז בחשיבותה של המערכת המחזורית של דמיטרי מנדלייב, שכן בזכותה:
- הידע על התכונות של יסודות כימיים שהתגלו כבר היה שיטתי;
- אפשר היה לחזות גילוי של יסודות כימיים חדשים;
- ענפים כמו פיזיקה אטומית ופיזיקה גרעינית החלו להתפתח;
ישנן אפשרויות רבות לתיאור יסודות כימיים על פי החוק המחזורי, אך האפשרות המפורסמת והנפוצה ביותר היא הטבלה המחזורית המוכרת לכולם.
מיתוסים ועובדות על יצירת הטבלה המחזורית
התפיסה השגויה הנפוצה ביותר בהיסטוריה של גילוי הטבלה המחזורית היא שהמדען ראה אותה בחלום. למעשה, דמיטרי מנדלייב עצמו הפריך את המיתוס הזה והצהיר שהוא מהרהר בחוק התקופתי במשך שנים רבות. כדי ליצור שיטתיות של היסודות הכימיים, הוא כתב כל אחד מהם בכרטיס נפרד ושילב אותם שוב ושוב זה בזה, וסידר אותם בשורות בהתאם לתכונות הדומות שלהם.
ניתן להסביר את המיתוס על החלום ה"נבואי" של המדען על ידי העובדה שמנדלייב עבד על שיטתיות של יסודות כימיים במשך ימים שלמים, כשהם מופרעים על ידי שינה קצרה. עם זאת, רק העבודה הקשה והכישרון הטבעי של המדען נתנו את התוצאה המיוחלת וסיפקו לדמיטרי מנדלייב תהילה עולמית.
תלמידים רבים בבית הספר, ולפעמים באוניברסיטה, נאלצים לשנן או לפחות לנווט באופן גס בטבלה המחזורית. כדי לעשות זאת, אדם חייב לא רק זכרון טוב, אבל גם לחשוב בהיגיון, לקשר אלמנטים לקבוצות וכיתות נפרדות. לימוד הטבלה הוא הקל ביותר עבור אותם אנשים אשר כל הזמן שומרים על המוח שלהם במצב טוב על ידי הדרכה ב-BrainApps.
כנראה שכולכם ראיתם את הטבלה המחזורית של היסודות. ייתכן שהיא עדיין רודפת אותך בחלומותיך, או אולי לעת עתה היא רק רקע חזותי המקשט את הקיר של כיתת בית הספר. עם זאת, יש באוסף האקראי לכאורה הזה של תאים הרבה יותר ממה שנראה לעין.
לטבלה המחזורית (או PT, כפי שנכנה אותה מעת לעת לאורך המאמר הזה), והאלמנטים המרכיבים אותה, יש תכונות שאולי מעולם לא ניחשתם. מיצירת טבלה ועד הוספת האלמנטים הסופיים אליה, הנה עשר עובדות שרוב האנשים לא יודעים.
10. מנדלייב קיבל עזרה
הטבלה המחזורית הייתה בשימוש מאז 1869, כאשר היא הורכבה על ידי צמח מגודל זקן עבהדימיטרי מנדלייב. רוב האנשים חושבים שמנדלייב היה היחיד שעבד על השולחן הזה, ובזכות זה הוא הפך לכימאי המבריק ביותר של המאה. עם זאת, מאמציו נעזרו בכמה מדענים אירופאים שתרמו תרומות חשובות להשלמת מערכת האלמנטים האדירה הזו.
מנדלייב ידוע כאבי הטבלה המחזורית, אך כשחיבר אותה, טרם התגלו כל מרכיבי הטבלה. איך זה הפך לאפשרי? מדענים מפורסמים בטירוף שלהם...
9. פריטים אחרונים שנוספו
תאמינו או לא, הטבלה המחזורית לא השתנתה הרבה מאז שנות ה-50. אולם ב-2 בדצמבר 2016 נוספו בבת אחת ארבעה יסודות חדשים: ניהוניום (יסוד מס' 113), מוסקוביום (יסוד מס' 115), טנסין (יסוד מס' 117) ואוגנסון (יסוד מס' 118). האלמנטים החדשים הללו קיבלו את שמם רק ביוני 2016, מכיוון שנדרשה בדיקה של חמישה חודשים לפני שהם נוספו רשמית ל-PT.
שלושה יסודות נקראו על שם הערים או המדינות שבהן הושגו, ואוגנסון נקרא על שם הפיזיקאי הגרעיני הרוסי יורי אוגאנסיאן על תרומתו להשגת יסוד זה.
8. איזו אות לא נמצאת בטבלה?
יש 26 אותיות באלפבית הלטיני, וכל אחת מהן חשובה. עם זאת, מנדלייב החליט שלא לשים לב לכך. תסתכל על הטבלה ותגיד לי איזו אות היא חסרת מזל? רמז: חפש לפי הסדר וכופף את האצבעות אחרי כל אות שתמצא. כתוצאה מכך, תמצא את האות ה"חסרה" (אם יש לך את כל עשר האצבעות על הידיים). ניחשתם נכון? זוהי האות מספר 10, האות "J".
הם אומרים ש"אחד" הוא מספר האנשים הבודדים. אז אולי כדאי שנקרא לאות "J" אות הרווקים? אבל כאן עובדה מהנה: רוב הבנים שנולדו בארצות הברית בשנת 2000 קיבלו שמות המתחילים באות זו. לפיכך, מכתב זה לא נותר ללא תשומת לב ראויה.
7. אלמנטים מסונתזים
כפי שאתה אולי כבר יודע, ישנם כיום 118 יסודות בטבלה המחזורית. האם אתה יכול לנחש כמה מתוך 118 האלמנטים הללו הושגו במעבדה? מתוך כל הרשימה הכללית, ניתן למצוא רק 90 אלמנטים בתנאים טבעיים.
האם אתה חושב ש-28 אלמנטים שנוצרו באופן מלאכותי זה הרבה? ובכן, רק קבל את המילה שלי על זה. הם מסונתזים מאז 1937, ומדענים ממשיכים לעשות זאת גם היום. אתה יכול למצוא את כל האלמנטים האלה בטבלה. תסתכל על היסודות 95 עד 118, כל היסודות האלה לא נמצאים על הפלנטה שלנו וסונתזו במעבדות. אותו הדבר חל על אלמנטים שמספרם 43, 61, 85 ו-87.
6. אלמנט 137
באמצע המאה ה-20, מדען מפורסם בשם ריצ'רד פיינמן אמר הצהרה קולנית למדי שהדהימה את כל העולם המדעי של הפלנטה שלנו. לדבריו, אם אי פעם נגלה את יסוד 137, לא נוכל לקבוע את מספר הפרוטונים והנייטרונים שבו. המספר 1/137 בולט מכיוון שהוא הערך של קבוע המבנה העדין, המתאר את ההסתברות שאלקטרון יספוג או יפלוט פוטון. תיאורטית, לאלמנט מס' 137 צריכים להיות 137 אלקטרונים וסיכוי של 100 אחוז לקלוט פוטון. האלקטרונים שלו יסתובבו במהירות האור. אפילו יותר מדהים, האלקטרונים של יסוד 139 חייבים להסתובב מהר יותר ממהירות האור כדי להתקיים.
כבר נמאס לכם מהפיסיקה? אולי יעניין אותך לדעת שהמספר 137 מפגיש שלושה תחומים חשובים בפיזיקה: תורת מהירות האור, מכניקת הקוונטים ואלקטרומגנטיות. מאז תחילת המאה ה-19, הפיזיקאים שיערו שהמספר 137 יכול להיות הבסיס לתיאוריה מאוחדת גדולה שתכלול את כל שלושת התחומים הנ"ל. יש להודות שזה נשמע מדהים כמו אגדות העב"מים ומשולש ברמודה.
5. מה אתה יכול להגיד על השמות?
כמעט לכל שמות היסודות יש משמעות כלשהי, אם כי היא לא ברורה מיד. השמות של אלמנטים חדשים אינם ניתנים באופן שרירותי. הייתי שם רק למרכיב עם המילה הראשונה שעלתה במוחי. לדוגמה, "kerflump". לא רע לדעתי.
בדרך כלל, שמות אלמנטים נכנסים לאחת מחמש קטגוריות עיקריות. הראשון הוא שמות של מדענים מפורסמים, הגרסה הקלאסית היא איינשטיין. בנוסף, ניתן לתת שמות של יסודות על סמך המקומות שבהם הם תועדו לראשונה, כגון גרמניום, אמריקיום, גליום וכו'. שמות פלנטריים משמשים כאפשרות נוספת. היסוד אורניום התגלה לראשונה זמן קצר לאחר גילוי כוכב הלכת אורנוס. ליסודות יכולים להיות שמות הקשורים למיתולוגיה, למשל יש טיטניום, על שם הטיטאנים היווניים הקדומים, ותוריום, על שם אל הרעם הנורדי (או כוכב "נוקם", תלוי מה אתם מעדיפים).
ולבסוף, ישנם שמות המתארים את תכונות היסודות. ארגון בא מהמילה היוונית "ארגוס", שפירושה "עצלן" או "איטי". השם מרמז שהגז הזה אינו פעיל. ברום הוא יסוד נוסף ששמו בא ממילה יוונית. "ברומוס" פירושו "סירחון", וזה די מתאר את ריח הברום.
4. האם יצירת הטבלה הייתה "רגע אאוריקה"?
אם אתה אוהב משחקי קלפים, אז עובדה זו היא בשבילך. מנדלייב היה צריך איכשהו להזמין את כל האלמנטים ולמצוא מערכת לזה. באופן טבעי, כדי ליצור טבלת קטגוריות, הוא פנה לסוליטר (נו, מה עוד?) מנדלייב רשם את המשקל האטומי של כל יסוד על קלף נפרד, ואז החל לפרוס את משחק הסוליטר המתקדם שלו. הוא סידר את היסודות לפי תכונותיהם הספציפיות ולאחר מכן סידר אותם בכל טור לפי משקלם האטומי.
אנשים רבים לא יכולים לשחק סוליטר רגיל, אז משחק סוליטר זה מרשים. מה יקרה אחר כך? כנראה שמישהו, בעזרת שחמט, יעשה מהפכה באסטרופיזיקה או יצור רקטה שמסוגלת להגיע לפאתי הגלקסיה. נראה שלא יהיה שום דבר יוצא דופן בזה, בהתחשב בכך שמנדלייב הצליח להשיג תוצאה גאונית כזו רק עם חפיסת קלפים רגילים.
3. גזים אצילים חסרי מזל
זוכרים איך סיווגנו את הארגון כיסוד העצל והאיטי ביותר בהיסטוריה של היקום שלנו? נראה שמנדלייב התגבר על אותם רגשות. כאשר הארגון הטהור הושג לראשונה ב-1894, הוא לא התאים לאף אחת מעמודות הטבלה, ולכן במקום לחפש פתרון, המדען החליט פשוט להכחיש את קיומו.
אפילו יותר בולט, ארגון לא היה המרכיב היחיד שסבל בתחילה את הגורל הזה. בנוסף לארגון, חמישה אלמנטים נוספים נותרו לא מסווגים. זה השפיע על ראדון, ניאון, קריפטון, הליום וקסנון - וכולם הכחישו את קיומם פשוט כי מנדלייב לא מצא להם מקום בטבלה. לאחר מספר שנים של סידור מחדש וסיווג מחדש, לבסוף האלמנטים הללו (הנקראים גזים אצילים) התמזל מזלם להצטרף למועדון הראוי של אלה שהוכרו כקיימים בפועל.
2. אהבה אטומית
עצה לכל אלה שמחשיבים את עצמם רומנטיקנים. קחו עותק נייר של הטבלה המחזורית וגזרו את כל העמודות האמצעיות המסובכות והיחסית מיותרות כך שתישארו עם 8 טורים (תהיה לכם צורה "קצרה" של הטבלה). קפלו אותו באמצע קבוצה IV - ותגלו אילו יסודות יכולים ליצור תרכובות זה עם זה.
אלמנטים ש"מתנשקים" כשהם מקופלים מסוגלים ליצור תרכובות יציבות. לאלמנטים אלה יש מבנים אלקטרוניים משלימים והם ישלבו זה עם זה. ואם זה לא אהבת אמת, כמו רומיאו ויוליה או שרק ופיונה - אז אני לא יודע מהי אהבה.
1. חוקי פחמן
קרבון מנסה להיות במרכז המשחק. אתה חושב שאתה יודע הכל על פחמן, אבל אתה לא יודע; זה הרבה יותר חשוב ממה שאתה מבין. הידעתם שהוא קיים ביותר ממחצית מכל התרכובות המוכרות? ומה לגבי העובדה ש-20 אחוז ממשקל כל היצורים החיים הוא פחמן? זה באמת מוזר, אבל תתאמץ: כל אטום פחמן בגופך היה פעם חלק מסיעה פחמן דו חמצניבאווירה. פחמן הוא לא רק אלמנט העל של הפלנטה שלנו, הוא האלמנט הרביעי בשכיחותו ביקום כולו.
אם הטבלה המחזורית היא כמו מסיבה, אז הפחמן הוא המארח העיקרי. ונראה שהוא היחיד שיודע לארגן הכל נכון. ובכן, בין היתר, זהו המרכיב העיקרי של כל היהלומים, כך שלמרות כל החודרניות שלו, הוא גם נוצץ!
המערכת המחזורית של יסודות כימיים היא סיווג של יסודות כימיים שנוצרו על ידי D.I. Mendeleev על בסיס החוק התקופתי שהתגלה על ידו ב-1869.
ד"י מנדלייב
על פי הניסוח המודרני של חוק זה, בסדרה רציפה של יסודות המסודרים בסדר גודל הולך וגדל של המטען החיובי של גרעיני האטומים שלהם, יסודות בעלי תכונות דומות חוזרים מעת לעת.
הטבלה המחזורית של יסודות כימיים, המוצגת בצורת טבלה, מורכבת מתקופות, סדרות וקבוצות.
בתחילת כל תקופה (למעט הראשונה), ליסוד יש תכונות מתכתיות מובהקות (מתכת אלקלית).
סמלים לטבלת הצבעים: 1 - סימן כימי של היסוד; 2 - שם; 3 - מסה אטומית (משקל אטומי); 4 - מספר סידורי; 5 - התפלגות אלקטרונים על פני שכבות.
ככל שהמספר האטומי של יסוד גדל, שווה למטען החיובי של גרעין האטום שלו, התכונות המתכתיות נחלשות בהדרגה והתכונות הלא מתכתיות עולות. היסוד הלפני אחרון בכל תקופה הוא יסוד בעל תכונות לא מתכתיות בולטות (), והאחרון הוא גז אינרטי. בתקופה I ישנם 2 יסודות, ב-II ו-III - 8 יסודות, ב-IV ו-V - 18, ב-VI - 32 וב-VII (תקופה לא הושלמה) - 17 יסודות.
שלוש התקופות הראשונות נקראות תקופות קטנות, כל אחת מהן מורכבת משורה אופקית אחת; השאר - בתקופות גדולות, שכל אחת מהן (פרט לתקופה השביעית) מורכבת משתי שורות אופקיות - זוגיות (עליון) ואי זוגי (תחתונה). בשורות זוגיות תקופות ארוכותרק מתכות נמצאות. המאפיינים של היסודות בסדרות אלה משתנות מעט עם הגדלת מספר הסידור. המאפיינים של אלמנטים בשורות אי-זוגיות של תקופות גדולות משתנות. בתקופה VI, אחרי הלנתנום 14 יסודות, דומים מאוד בתכונות הכימיות. אלמנטים אלה, הנקראים lanthanides, מפורטים בנפרד מתחת לטבלה הראשית. האקטינידים, היסודות הבאים לאחר האקטיניום, מוצגים באופן דומה בטבלה.
הטבלה כוללת תשע קבוצות אנכיות. מספר הקבוצה, למעט חריגים נדירים, שווה לערכיות החיובית הגבוהה ביותר של היסודות של קבוצה זו. כל קבוצה, למעט האפס והשמינית, מחולקת לתת-קבוצות. - ראשי (ממוקם מימין) ומשני. בתתי הקבוצות העיקריות, ככל שהמספר האטומי עולה, התכונות המתכתיות של היסודות מתחזקות והתכונות הלא מתכתיות נחלשות.
לפיכך, כימי וסדרה תכונות גשמיותאלמנטים נקבעים על פי השטח התפוס האלמנט הזהבטבלה המחזורית.
יסודות ביוגנים, כלומר יסודות המרכיבים אורגניזמים ומבצעים בהם תפקיד מסוים תפקיד ביולוגי, לכבוש חלק עליוןטבלאות מחזוריות. תאים התפוסים על ידי אלמנטים המרכיבים את עיקר החומר החי (יותר מ-99%), נצבעים בכחול, ב צבע ורוד- תאים תפוסים על ידי מיקרואלמנטים (ראה).
הטבלה המחזורית של יסודות כימיים היא ההישג הגדול ביותר של מדע הטבע המודרני וביטוי חי של חוקי הטבע הדיאלקטיים הכלליים ביותר.
ראה גם, משקל אטומי.
המערכת המחזורית של יסודות כימיים היא סיווג טבעי של יסודות כימיים שנוצרו על ידי D.I. Mendeleev על בסיס החוק התקופתי שהתגלה על ידו ב-1869.
בניסוח המקורי שלו, החוק התקופתי של D.I. מנדלייב קבע: התכונות של יסודות כימיים, כמו גם הצורות והתכונות של התרכובות שלהם, תלויות מעת לעת במשקל האטומי של היסודות. לאחר מכן, עם התפתחות הדוקטרינה של מבנה האטום, הוכח כי יותר תיאור מדוייקכל יסוד אינו המשקל האטומי (ראה), אלא הערך של המטען החיובי של גרעין האטום של היסוד, שווה למספר הסידורי (אטומי) של יסוד זה במערכת המחזורית של D.I. מנדלייב. מספר המטענים החיוביים על גרעין האטום שווה למספר האלקטרונים המקיפים את גרעין האטום, שכן האטומים בכללותו הם ניטרליים מבחינה חשמלית. לאור נתונים אלו, החוק התקופתי מנוסח כך: תכונות היסודות הכימיים, כמו גם הצורות והתכונות של תרכובותיהם, תלויות מעת לעת בגודל המטען החיובי של גרעיני האטומים שלהם. משמעות הדבר היא שבסדרה רציפה של יסודות המסודרים לפי סדר הגדלת המטענים החיוביים של גרעיני האטומים שלהם, יסודות בעלי תכונות דומות יחזרו על עצמן מעת לעת.
הצורה הטבלה של הטבלה המחזורית של יסודות כימיים מוצגת בה צורה מודרנית. הוא מורכב מתקופות, סדרות וקבוצות. תקופה מייצגת סדרה אופקית רצופה של יסודות המסודרים לפי סדר הגדלת המטען החיובי של גרעיני האטומים שלהם.
בתחילת כל תקופה (חוץ מהראשונה) יש יסוד בעל תכונות מתכתיות בולטות (מתכת אלקלית). לאחר מכן, ככל שהמספר הסידורי עולה, התכונות המתכתיות של היסודות נחלשות בהדרגה והתכונות הלא מתכתיות גדלות. היסוד הלפני אחרון בכל תקופה הוא יסוד בעל תכונות לא מתכתיות בולטות (הלוגן), והאחרון הוא גז אינרטי. התקופה הראשונה מורכבת משני יסודות, תפקידם של מתכת אלקלית והלוגן כאן הוא בו זמנית על ידי מימן. תקופות II ו-III כוללות 8 יסודות כל אחד, הנקראים טיפוסיים על ידי מנדלייב. תקופות IV ו-V מכילות 18 יסודות כל אחת, VI-32. התקופה השביעית טרם הושלמה והיא מתחדשת באלמנטים שנוצרו באופן מלאכותי; נכון לעכשיו ישנם 17 אלמנטים בתקופה זו. תקופות I, II ו-III נקראות קטנות, כל אחת מהן מורכבת משורה אופקית אחת, IV-VII הן גדולות: הן (למעט VII) כוללות שתי שורות אופקיות - זוגיות (עליון) ואי-זוגיות (תחתונה). בשורות שוות של תקופות גדולות יש רק מתכות, והשינוי בתכונות היסודות בשורה משמאל לימין בא לידי ביטוי חלש.
בסדרות אי-זוגיות של תקופות גדולות, התכונות של היסודות בסדרה משתנות באותו אופן כמו התכונות של יסודות טיפוסיים. בשורה הזוגית של התקופה VI, לאחר הלנתנום, ישנם 14 יסודות [הנקראים לנתאנידים (ראה), לנתנידים, יסודות אדמה נדירים], הדומים בתכונות הכימיות ללנתנום וזה לזה. רשימה שלהם ניתנת בנפרד מתחת לטבלה.
היסודות הבאים לאקטיניום - אקטינידים (אקטינידים) - מפורטים בנפרד ומופיעים מתחת לטבלה.
בטבלה המחזורית של יסודות כימיים, תשע קבוצות ממוקמות בצורה אנכית. מספר הקבוצה שווה לערכיות החיובית הגבוהה ביותר (ראה) של היסודות של קבוצה זו. יוצאי הדופן הם פלואור (יכול להיות רק חד ערכי שלילי) וברום (לא יכול להיות חצי ערכי); בנוסף, נחושת, כסף, זהב יכולים להראות ערכיות גדולה מ-+1 (Cu-1 ו-2, Ag ו-Au-1 ו-3), ומהיסודות מקבוצה VIII, רק לאוסמיום ולרותניום יש ערכיות של +8 . כל קבוצה, למעט השמינית והאפס, מחולקת לשתי תת-קבוצות: הראשית (ממוקמת מימין) והמשנית. תת הקבוצות העיקריות כוללות יסודות אופייניים ואלמנטים של תקופות ארוכות, תת הקבוצות המשניות כוללות רק יסודות של תקופות ארוכות ויותר מכך, מתכות.
מבחינת תכונות כימיות, היסודות של כל תת-קבוצה של קבוצה נתונה שונים זה מזה באופן משמעותי, ורק הערכיות החיובית הגבוהה ביותר זהה עבור כל היסודות של קבוצה נתונה. בתתי הקבוצות העיקריות, מלמעלה למטה, מתחזקות התכונות המתכתיות של היסודות ונחלשות אלו הלא מתכתיות (לדוגמה, פרנציום הוא היסוד בעל התכונות המתכתיות הבולטות ביותר, והפלואור אינו מתכתי). לפיכך, מקומו של יסוד במערכת המחזורית של מנדלייב (מספר סידורי) קובע את תכונותיו, שהן הממוצע של המאפיינים של יסודות שכנים אנכית ואופקית.
לקבוצות מסוימות של אלמנטים יש שמות מיוחדים. לפיכך, היסודות של תת הקבוצות העיקריות של קבוצה I נקראים מתכות אלקליות, קבוצה II - מתכות אדמה אלקליין, קבוצה VII - הלוגנים, יסודות הממוקמים מאחורי אורניום - טרנסאורניום. אלמנטים המרכיבים אורגניזמים לוקחים חלק בתהליכים מטבוליים ויש להם ביטוי בולט תפקיד ביולוגי, נקראים יסודות ביוגניים. כולם תופסים את החלק העליון של השולחן של D.I. מנדלייב. אלה הם בעיקר O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg ו-Fe, המהווים את עיקר החומר החי (יותר מ-99%). המקומות שבהם מרכיבים יסודות אלה בטבלה המחזורית הם בצבע תכלת. יסודות ביוגנים, שיש מעט מאוד מהם בגוף (מ-10 -3 עד 10 -14%), נקראים מיקרו-אלמנטים (ראה). בתאים של המערכת המחזורית, מוכתמים פנימה צהוב, ממוקמים מיקרו-אלמנטים, שחשיבותם החיונית עבור בני אדם הוכחה.
על פי תורת המבנה האטומי (ראה אטום), התכונות הכימיות של יסודות תלויות בעיקר במספר האלקטרונים במעטפת האלקטרונים החיצונית. השינוי התקופתי במאפיינים של יסודות בעלי עלייה במטען החיובי של גרעיני אטום מוסבר על ידי חזרה תקופתית על מבנה מעטפת האלקטרונים החיצונית (רמת האנרגיה) של האטומים.
בתקופות קטנות, עם עלייה במטען החיובי של הגרעין, מספר האלקטרונים בקליפה החיצונית גדל מ-1 ל-2 בתקופה I ומ-1 ל-8 בתקופות II ו-III. מכאן השינוי בתכונות היסודות בתקופה ממתכת אלקלית לגז אינרטי. מעטפת האלקטרונים החיצונית, המכילה 8 אלקטרונים, מלאה ויציבה מבחינה אנרגטית (יסודות מקבוצה אפס אינרטים מבחינה כימית).
בתקופות ארוכות בשורות זוגיות, ככל שהמטען החיובי של הגרעינים גדל, מספר האלקטרונים בקליפה החיצונית נשאר קבוע (1 או 2) והקליפה החיצונית השנייה מתמלאת באלקטרונים. מכאן השינוי האיטי במאפיינים של אלמנטים בשורות זוגיות. בסדרה האי-זוגית של תקופות גדולות, ככל שמטען הגרעינים גדל, הקליפה החיצונית מתמלאת באלקטרונים (מ-1 עד 8) ותכונות היסודות משתנות באותו אופן כמו אלו של יסודות טיפוסיים.
מספר קליפות האלקטרונים באטום שווה למספר התקופה. לאטומים של יסודות של תת הקבוצות העיקריות יש מספר אלקטרונים בקליפות החיצוניות שלהם השווה למספר הקבוצה. אטומים של יסודות של תת-קבוצות צדדיות מכילים אלקטרונים אחד או שניים בקליפות החיצוניות שלהם. זה מסביר את ההבדל במאפיינים של האלמנטים של תת הקבוצות הראשיות והמשניות. מספר הקבוצה מציין את המספר האפשרי של אלקטרונים שיכולים להשתתף ביצירת קשרים כימיים (ערכיות) (ראה מולקולה), לכן אלקטרונים כאלה נקראים ערכיות. עבור אלמנטים של תת-קבוצות צד, לא רק האלקטרונים של הקליפות החיצוניות הם ערכיות, אלא גם אלה של הלפני אחרון. המספר והמבנה של קליפות אלקטרונים מצוינים בטבלה המחזורית המצורפת של יסודות כימיים.
החוק המחזורי של D. I. Mendeleev והמערכת המבוססת עליו יש באופן בלעדי חשיבות רבהבמדע ובפרקטיקה. החוק המחזורי והמערכת היו הבסיס לגילוי יסודות כימיים חדשים, הגדרה מדויקתמשקלם האטומי, התפתחות תורת מבנה האטומים, קביעת חוקים גיאוכימיים של התפלגות יסודות בקרום כדור הארץ והתפתחות רעיונות מודרנייםעל חומר חי, שהרכבו והדפוסים הקשורים אליו תואמים את המערכת המחזורית. הפעילות הביולוגית של יסודות ותכולתם בגוף נקבעים במידה רבה גם על פי המקום שהם תופסים בטבלה המחזורית של מנדלייב. כך, עם עלייה במספר הסידורי במספר קבוצות, עולה הרעילות של יסודות ותכולתם בגוף יורדת. החוק המחזורי הוא ביטוי ברור לחוקים הדיאלקטיים הכלליים ביותר של התפתחות הטבע.
חלקים מסווגים של הטבלה המחזורית 15 ביוני 2018
רבים שמעו על דמיטרי איבנוביץ' מנדלייב ועל "החוק התקופתי של שינויים במאפיינים של יסודות כימיים בקבוצות ובסדרות" שגילה במאה ה-19 (1869) (שם המחבר לטבלה הוא "מערכת תקופתית של יסודות ב קבוצות וסדרות").
גילוי טבלת היסודות הכימיים התקופתיים היה אחד מאבני הדרך החשובות בהיסטוריה של התפתחות הכימיה כמדע. מגלה הטבלה היה המדען הרוסי דמיטרי מנדלייב. מדען יוצא דופן עם השקפה מדעית רחבה הצליח לשלב את כל הרעיונות על טבעם של יסודות כימיים למושג קוהרנטי אחד.
היסטוריית פתיחת טבלה
עד אמצע המאה ה-19 התגלו 63 יסודות כימיים, ומדענים ברחבי העולם עשו שוב ושוב ניסיונות לשלב את כל היסודות הקיימים למושג אחד. הוצע למקם את היסודות לפי סדר המסה האטומית הגדלה ולחלק אותם לקבוצות לפי דמיון תכונות כימיות.
בשנת 1863 הציע הכימאי והמוזיקאי ג'ון אלכסנדר ניולנד את התיאוריה שלו, שהציע פריסה של יסודות כימיים דומה לזה שהתגלה על ידי מנדלייב, אך עבודתו של המדען לא נלקחה ברצינות על ידי הקהילה המדעית בשל העובדה שהכותב נסחף. על ידי החיפוש אחר הרמוניה והחיבור של מוזיקה עם כימיה.
בשנת 1869, מנדלייב פרסם את תרשים הטבלה המחזורית שלו בכתב העת של החברה הרוסית לכימיה ושלח הודעה על התגלית למובילים מדעני העולם. לאחר מכן, הכימאי חידד ושיפר שוב ושוב את התוכנית עד שרכשה את המראה הרגיל שלה.
המהות של הגילוי של מנדלייב היא שעם הגדלת המסה האטומית, התכונות הכימיות של יסודות משתנות לא באופן מונוטוני, אלא מעת לעת. לאחר מספר מסוים של אלמנטים בעלי מאפיינים שונים, המאפיינים מתחילים לחזור על עצמם. לפיכך, אשלגן דומה לנתרן, פלואור דומה לכלור, וזהב דומה לכסף ונחושת.
ב-1871, מנדלייב שילב סוף סוף את הרעיונות לתוך החוק התקופתי. מדענים חזו גילוי של כמה יסודות כימיים חדשים ותיארו את תכונותיהם הכימיות. לאחר מכן, חישוביו של הכימאי אושרו לחלוטין - גליום, סקנדיום וגרמניום התאימו במלואם לתכונות שמנדלייב ייחס להם.
אבל לא הכל כל כך פשוט ויש כמה דברים שאנחנו לא יודעים.
מעטים יודעים ש-D.I. מנדלייב היה אחד המדענים הרוסים המפורסמים בעולם של סוף המאה ה-19, אשר הגן במדע העולמי על רעיון האתר כישות מהותית אוניברסלית, אשר נתן לו משמעות מדעית ויישומית בסיסית בחשיפת סודות הקיום וכדי לשפר את החיים הכלכליים של אנשים.
יש דעה כי הטבלה המחזורית של יסודות כימיים הנלמדת רשמית בבתי ספר ובאוניברסיטאות היא זיוף. מנדלייב עצמו, בעבודתו שכותרתה "ניסיון להבנה כימית של האתר העולמי", נתן טבלה מעט שונה.
הפעם האחרונה שבה פורסמה הטבלה המחזורית האמיתית בצורה לא מעוותת הייתה בשנת 1906 בסנט פטרסבורג (ספר הלימוד "יסודות הכימיה", מהדורה VIII).
ההבדלים נראים לעין: קבוצת האפס הועברה ל-8, והיסוד הקל יותר ממימן, שאיתו אמורה להתחיל הטבלה ואשר נקרא בדרך כלל ניוטוניום (אתר), נשלל לחלוטין.
אותו שולחן מונצח על ידי החבר "עריץ הדמים". סטלין בסנט פטרבורג, שדרות מוסקובסקי. 19. VNIIM im. D.I. Mendeleeva (מכון המחקר הכל-רוסי למטרולוגיה)
טבלת האנדרטה של הטבלה המחזורית של יסודות כימיים מאת D.I. Mendeleev נעשתה עם פסיפסים בהנחייתו של פרופסור האקדמיה לאמנויות V.A. Frolov (תכנון אדריכלי של קריצ'בסקי). האנדרטה מבוססת על טבלה מהמהדורה ה-8 האחרונה (1906) של D.I. Mendeleev's Fundamentals of Chemistry. אלמנטים שהתגלו במהלך חייו של D.I. מנדלייב מסומנים באדום. יסודות שהתגלו מ-1907 עד 1934 , מסומן בכחול.
למה ואיך קרה שהם משקרים לנו בצורה כל כך חוצפה וגלוי?
מקומו ותפקידו של האתר העולמי בטבלה האמיתית של ד"י מנדלייב
רבים שמעו על דמיטרי איבנוביץ' מנדלייב ועל "החוק התקופתי של שינויים במאפיינים של יסודות כימיים בקבוצות ובסדרות" שגילה במאה ה-19 (1869) (שם המחבר לטבלה הוא "מערכת תקופתית של יסודות ב קבוצות וסדרות").
רבים גם שמעו ש-D.I. מנדלייב היה המארגן והמנהיג הקבוע (1869-1905) של האגודה המדעית הציבורית הרוסית בשם "החברה הרוסית לכימיקלים" (מאז 1872 - "החברה הרוסית לפיזיקו-כימיים"), שלאורך כל קיומה פרסמה את כתב העת הידוע בעולם ZhRFKhO, עד עד לחיסול האגודה וגם כתב העת שלה על ידי האקדמיה למדעים של ברית המועצות ב-1930.
אבל מעטים יודעים ש-D.I. מנדלייב היה אחד המדענים הרוסים האחרונים המפורסמים בעולם של סוף המאה ה-19, שהגן במדע העולמי על רעיון האתר כישות מהותית אוניברסלית, שהעניק לו משמעות מדעית ויישומית בסיסית בגילוי סודות להיות ולשפר את החיים הכלכליים של אנשים.
יש עוד פחות שיודעים שאחרי מותו הפתאומי (!!?) של ד.י. מנדלייב (27/01/1907), שהוכר אז כמדען מצטיין על ידי כל הקהילות המדעיות ברחבי העולם מלבד האקדמיה למדעים של סנט פטרבורג, שלו. התגלית העיקרית הייתה "חוק תקופתי" - זויפה בכוונה ובאופן נרחב על ידי המדע האקדמי העולמי.
ויש מעט מאוד היודעים שכל האמור לעיל קשור יחד בחוט של שירות הקרבנות הנציגים הטובים ביותרונושאי המחשבה הגופנית הרוסית האלמותית לטובת העמים, לתועלת הציבור, למרות הגל ההולך וגדל של חוסר אחריות בשכבות הגבוהות ביותר של החברה של אותה תקופה.
בעיקרו של דבר, עבודת הגמר הנוכחית מוקדשת לפיתוח מקיף של התזה האחרונה, מכיוון שבמדע האמיתי, כל הזנחה של גורמים חיוניים מובילה תמיד לתוצאות שגויות.
אלמנטים של קבוצת האפס מתחילים כל שורה של אלמנטים אחרים, הממוקמים בצד שמאל של הטבלה, "... שהיא תוצאה הגיונית בהחלט של הבנת החוק המחזורי" - מנדלייב.
מקום חשוב במיוחד ואף בלעדי במובן של החוק המחזורי שייך ליסוד "x" - "ניוטוניום" - לאתר העולמי. והאלמנט המיוחד הזה צריך להיות ממוקם ממש בתחילת הטבלה כולה, במה שנקרא "קבוצת האפס של שורת האפס". יתרה מכך, בהיותו יסוד יוצר מערכת (ליתר דיוק, מהות יוצר מערכת) של כל מרכיבי הטבלה המחזורית, האתר העולמי הוא הטיעון המהותי של כל מגוון היסודות של הטבלה המחזורית. הטבלה עצמה, בהקשר זה, פועלת כפונקציה סגורה של הטיעון הזה בדיוק.
מקורות:
המערכת המחזורית היא קבוצה מסודרת של יסודות כימיים, הסיווג הטבעי שלהם, שהוא ביטוי גרפי (טבלאי) של החוק המחזורי של יסודות כימיים. המבנה שלו, במובנים רבים דומה לזה המודרני, פותח על ידי D.I. Mendeleev על בסיס החוק התקופתי בשנים 1869–1871.
אב הטיפוס של המערכת המחזורית היה "החוויה של מערכת יסודות המבוססת על המשקל האטומי והדמיון הכימי שלהם", שנערך על ידי D.I. Mendeleev ב-1 במרץ 1869. במהלך שנתיים וחצי, המדען שיפר ללא הרף את "חוויה של מערכת", הציג את הרעיון של קבוצות, סדרות ותקופות של אלמנטים. כתוצאה מכך, מבנה הטבלה המחזורית רכש בעיקר קווי מתאר מודרניים.
הרעיון של מקומו של יסוד במערכת, שנקבע על פי מספרי הקבוצה והתקופה, הפך חשוב לאבולוציה שלו. בהתבסס על תפיסה זו, מנדלייב הגיע למסקנה כי יש צורך לשנות את המסות האטומיות של כמה יסודות: אורניום, אינדיום, צריום ולוויינים שלו. זה היה הראשון שימוש מעשימערכת תקופתית. מנדלייב גם חזה לראשונה את קיומם ותכונותיהם של כמה יסודות לא ידועים. המדען תיאר בפירוט המאפיינים החשובים ביותראקאלומיניום (גליום עתידי), אקבורון (סקנדיום) ואקסיליקון (גרמניום). בנוסף, הוא חזה את קיומם של אנלוגים של מנגן (טכנציום ורניום עתידי), טלוריום (פולוניום), יוד (סטטין), צסיום (צרפת), בריום (רדיום), טנטלום (פרוטקטיניום). תחזיותיו של המדען לגבי אלמנטים אלה היו אופי כללי, שכן יסודות אלה היו ממוקמים באזורים שנחקרו מעט בטבלה המחזורית.
הגרסאות הראשונות של המערכת המחזורית ייצגו במידה רבה הכללה אמפירית בלבד. אחרי הכל, המשמעות הפיזיקלית של החוק המחזורי לא הייתה ברורה, לא היה הסבר לסיבות לשינוי התקופתי בתכונות היסודות בהתאם לעלייה במסה האטומית. בהקשר זה, בעיות רבות נותרו ללא פתרון. האם יש גבולות של הטבלה המחזורית? האם ניתן לקבוע את המספר המדויק של האלמנטים הקיימים? מבנה התקופה השישית נותר לא ברור - מה הייתה הכמות המדויקת של יסודות אדמה נדירים? לא היה ידוע אם יסודות בין מימן לליתיום עדיין קיימים, מה היה המבנה של התקופה הראשונה. לכן, ממש עד הביסוס הפיזי של החוק התקופתי והתפתחות תורת המערכת התקופתית, התעוררו קשיים חמורים יותר מפעם אחת. הגילוי בשנים 1894–1898 היה בלתי צפוי. חמישה גזים אינרטיים שנראה שאין להם מקום בטבלה המחזורית. קושי זה בוטל הודות לרעיון של הכללת קבוצת אפס עצמאית במבנה הטבלה המחזורית. גילוי המוני של יסודות רדיו בתחילת המאות ה-19 וה-20. (בשנת 1910 מספרם היה כ-40) הוביל לסתירה חריפה בין הצורך למקם אותם בטבלה המחזורית לבין המבנה הקיים שלה. היו רק 7 משרות פנויות עבורם בתקופות השישית והשביעית. בעיה זו נפתרה על ידי קביעת כללי משמרת וגילוי איזוטופים.
אחת הסיבות העיקריות לחוסר האפשרות להסביר את המשמעות הפיזיקלית של החוק המחזורי ומבנה המערכת המחזורית הייתה שלא ידוע כיצד בנוי האטום (ראה אטום). אבן הדרך החשובה ביותר בהתפתחות הטבלה המחזורית הייתה יצירת המודל האטומי על ידי E. Rutherford (1911). על בסיסו, המדען ההולנדי A. Van den Broek (1913) הציע כי המספר הסידורי של יסוד בטבלה המחזורית שווה מספרית למטען של גרעין האטום שלו (Z). זה אושר בניסוי על ידי המדען האנגלי G. Moseley (1913). החוק התקופתי קיבל הצדקה פיזיקלית: המחזוריות של שינויים בתכונות היסודות החלה להיחשב בהתאם ל-Z - מטען של גרעין האטום של היסוד, ולא במסה האטומית (ראה חוק תקופתי של יסודות כימיים).
כתוצאה מכך, מבנה הטבלה המחזורית התחזק משמעותית. הגבול התחתון של המערכת נקבע. זהו מימן - היסוד עם מינימום Z = 1. אפשר להעריך במדויק את מספר היסודות בין מימן לאורניום. זוהו "פערים" בטבלה המחזורית, התואמים ליסודות לא ידועים עם Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. עם זאת, שאלות לגבי המספר המדויק של יסודות כדור הארץ הנדירים נותרו לא ברורות, והכי חשוב, הסיבות לכך המחזוריות של שינויים בתכונות היסודות לא התגלתה בהתאם ל-Z.
בהתבסס על המבנה המבוסס של המערכת המחזורית ותוצאות חקר הספקטרום האטומי, המדען הדני N. Bohr בשנים 1918–1921. פיתח רעיונות לגבי רצף הבנייה של קונכיות אלקטרוניות ותתי קונכיות באטומים. המדען הגיע למסקנה שסוגים דומים של תצורות אלקטרוניות של הקליפות החיצוניות של אטומים חוזרים על עצמם מעת לעת. לפיכך, הוכח כי המחזוריות של שינויים במאפיינים של יסודות כימיים מוסברת על ידי קיומה של מחזוריות בבניית קונכיות אלקטרוניות ותתי קונכיות של אטומים.
הטבלה המחזורית מכסה יותר מ-100 יסודות. מתוכם, כל יסודות הטרנסאורניום (Z = 93–110), וכן יסודות עם Z = 43 (טכנציום), 61 (פרומתיום), 85 (סטטין), 87 (צרפת) הושגו באופן מלאכותי. לאורך ההיסטוריה של קיומה של המערכת המחזורית, רבים מאוד מספר גדול של(>500) גרסאות של הייצוג הגרפי שלה, בעיקר בצורת טבלאות, כמו גם בצורה של צורות גיאומטריות(מרחבי ומישוריים), עקומות אנליטיות (ספירלות וכו') וכו'. הנפוצות ביותר הן צורות קצרות, ארוכות למחצה, ארוכות וסולם של טבלאות. נכון לעכשיו ניתנת עדיפות ל צורה קצרה.
העיקרון הבסיסי של בניית הטבלה המחזורית הוא חלוקתה לקבוצות ותקופות. תפיסת סדרת האלמנטים של מנדלייב אינה משמשת כיום, מכיוון שהיא חסרה משמעות פיזית. הקבוצות, בתורן, מחולקות לתת-קבוצות עיקריות (א) ומשניות (ב). כל תת-קבוצה מכילה יסודות - אנלוגים כימיים. גם אלמנטים של תת-הקבוצות a ו-b ברוב הקבוצות מראים דמיון מסוים זה עם זה, בעיקר במצבי חמצון גבוהים יותר, אשר, ככלל, שווים למספר הקבוצה. תקופה היא אוסף של יסודות שמתחיל במתכת אלקלית ומסתיים בגז אינרטי (מקרה מיוחד הוא התקופה הראשונה). כל תקופה מכילה מספר מוגדר של אלמנטים. הטבלה המחזורית מורכבת משמונה קבוצות ושבע תקופות, כאשר התקופה השביעית טרם הושלמה.
מוּזָרוּת ראשוןהתקופה היא שהוא מכיל רק 2 יסודות גזיים בצורה חופשית: מימן והליום. מקומו של המימן במערכת אינו ברור. מכיוון שהוא מציג תכונות משותפות למתכות אלקליות ולהלוגנים, הוא ממוקם בתת-הקבוצה 1a, או בתת-הקבוצה של Vlla, או בשתיהן בו-זמנית, תוך שהוא סוגר את הסמל בסוגריים באחת מתתי הקבוצות. הליום הוא הנציג הראשון של תת-קבוצת VIIIa. במשך זמן רבהליום וכל הגזים האינרטיים הופרדו לקבוצת אפס נפרדת. הוראה זו דרשה עדכון לאחר סינתזה תרכובות כימיותקריפטון, קסנון ורדון. כתוצאה מכך שולבו הגזים והיסודות האצילים של הקבוצה VIII לשעבר (ברזל, קובלט, ניקל ומתכות פלטינה) בתוך קבוצה אחת.
שְׁנִיָההתקופה מכילה 8 אלמנטים. זה מתחיל במתכת האלקלית ליתיום, שמצב החמצון היחיד שלה הוא +1. לאחר מכן מגיע בריליום (מתכת, מצב חמצון +2). בורון כבר מפגין אופי מתכתי בעל ביטוי חלש והוא לא מתכת (מצב חמצון +3). לצד בורון, פחמן הוא לא מתכת טיפוסית שמציגה מצבי חמצון +4 ו-4. חנקן, חמצן, פלואור וניאון כולם אינם מתכות, כאשר לחנקן יש את מצב החמצון הגבוה ביותר של +5 המתאים למספר הקבוצה. חמצן ופלואור הם מהלא-מתכות הפעילות ביותר. ניאון הגז האינרטי מסיים את התקופה.
שְׁלִישִׁיתקופה (נתרן - ארגון) מכילה גם 8 יסודות. אופי השינוי בתכונותיהם דומה במידה רבה לזה שנצפה עבור אלמנטים מהתקופה השנייה. אבל יש כאן גם איזושהי ספציפיות. לפיכך, מגנזיום, בניגוד לבריליום, הוא מתכתי יותר, וכך גם האלומיניום בהשוואה לבורון. סיליקון, זרחן, גופרית, כלור, ארגון הם כולם לא-מתכות אופייניות. וכולם, למעט ארגון, מציגים מצבי חמצון גבוהים יותר השווים למספר הקבוצה.
כפי שאנו יכולים לראות, בשתי התקופות, ככל ש-Z עולה, ישנה היחלשות ברורה של המתכתי וחיזוק התכונות הלא-מתכתיות של היסודות. D.I. מנדלייב כינה את האלמנטים של התקופה השנייה והשלישית (במילים שלו, קטנות) אופייניים. אלמנטים של תקופות קטנות הם מהנפוצים ביותר בטבע. פחמן, חנקן וחמצן (יחד עם מימן) הם אורגניים, כלומר היסודות העיקריים של החומר האורגני.
כל האלמנטים של התקופה הראשונה - השלישית ממוקמים בקבוצות משנה.
רביעיתקופה (אשלגן - קריפטון) מכיל 18 יסודות. לפי מנדלייב, זו התקופה הגדולה הראשונה. אחרי המתכת האלקלית אשלגן ומתכת האדמה האלקליין סידן מגיעה סדרה של יסודות המורכבת מ-10 מתכות מעבר כביכול (סקנדיום - אבץ). כולם נכללים בתת-קבוצות b. רוב מתכות המעבר מציגות מצבי חמצון גבוהים יותר השווים למספר הקבוצה, מלבד ברזל, קובלט וניקל. היסודות, מגאליום ועד קריפטון, שייכים לתת-הקבוצות. מספר תרכובות כימיות ידועות בקריפטון.
חמישיהתקופה (רובידיום - קסנון) דומה במבנה לרביעית. הוא מכיל גם אינסרט של 10 מתכות מעבר (איטריום - קדמיום). לאלמנטים של תקופה זו יש מאפיינים משלהם. בטריאדה רותניום - רודיום - פלדיום, ידועות תרכובות לרותניום שבהן הוא מציג מצב חמצון של +8. כל האלמנטים של תת-קבוצות a מציגים מצבי חמצון גבוהים יותר השווים למספר הקבוצה. המאפיינים של שינויים במאפיינים של אלמנטים מהתקופה הרביעית והחמישית ככל ש-Z עולה מורכבות יותר בהשוואה לתקופה השנייה והשלישית.
שִׁשִׁיתתקופה (צזיום - ראדון) כוללת 32 יסודות. תקופה זו, בנוסף ל-10 מתכות מעבר (לנתנום, הפניום - כספית), מכילה גם קבוצה של 14 לנתאנידים - מצריום ללוטטיום. יסודות מצריום ללוטטיום דומים מאוד מבחינה כימית, ומסיבה זו הם נכללים זה מכבר במשפחת יסודות האדמה הנדירים. בצורה הקצרה של הטבלה המחזורית, סדרה של לנתנידים כלולה בתא הלנתנום, והפענוח של סדרה זו ניתן בתחתית הטבלה (ראה לנתנידים).
מהי הספציפיות של מרכיבי התקופה השישית? בטריאדה אוסמיום - אירידיום - פלטינה, מצב החמצון של +8 ידוע לאוסמיום. לאסטטין יש אופי מתכתי בולט למדי. לראדון יש את התגובתיות הגדולה ביותר מבין כל הגזים האצילים. למרבה הצער, בשל העובדה שהוא רדיואקטיבי מאוד, הכימיה שלו נחקרה מעט (ראה יסודות רדיואקטיביים).
שְׁבִיעִיתהתקופה מתחילה מצרפת. כמו השישי, גם הוא צריך להכיל 32 יסודות, אך 24 מהם עדיין ידועים. פרנציום ורדיום הם בהתאמה יסודות של תת-הקבוצות Ia ו-IIa, אקטיניום שייך לתת-הקבוצה IIIb. לאחר מכן מגיעה משפחת האקטינידים, הכוללת יסודות מתוריום ועד לורנציום וממוקמת בדומה ללנתאנידים. הפענוח של סדרת אלמנטים זו ניתן גם בתחתית הטבלה.
עכשיו בואו נראה כיצד התכונות של יסודות כימיים משתנות תת קבוצותמערכת תקופתית. התבנית העיקרית של שינוי זה היא התחזקות האופי המתכתי של היסודות ככל שגדל Z. תבנית זו באה לידי ביטוי בבירור במיוחד בתתי הקבוצות IIIa–VIIa. עבור מתכות של תת-קבוצות Ia-IIIa, נצפית עלייה בפעילות הכימית. עבור יסודות של תת-קבוצות IVa-VIIa, כאשר Z עולה, נצפית היחלשות של הפעילות הכימית של היסודות. עבור יסודות תת-קבוצה b, אופי השינוי בפעילות הכימית מורכבת יותר.
התיאוריה של המערכת המחזורית פותחה על ידי N. Bohr ומדענים אחרים בשנות ה-20. המאה העשרים ומבוססת על סכמה אמיתית ליצירת תצורות אלקטרוניות של אטומים (ראה אטום). לפי תיאוריה זו, ככל ש-Z גדל, מילוי קליפות אלקטרונים ותת-קליפות באטומים של יסודות הכלולים בתקופות הטבלה המחזורית מתרחש ברצף הבא:
| מספרי תקופה | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 שניות | 2s2p | 3s3p | 4s3d4p | 5s4d5p | 6s4f5d6p | 7s5f6d7p |
בהתבסס על התיאוריה של המערכת המחזורית, נוכל לתת את ההגדרה הבאה של תקופה: תקופה היא קבוצה של יסודות שמתחילה ביסוד בעל ערך n שווה למספר התקופה ו-l = 0 (יס-יסודות) ומסתיים עם אלמנט בעל אותו ערך n ו-l = 1 (אלמנטים p-אלמנטים) (ראה Atom). היוצא מן הכלל הוא התקופה הראשונה, המכילה רק אלמנטים של 1s. מתורת המערכת המחזורית, מספר היסודות בתקופות: 2, 8, 8, 18, 18, 32...
בטבלה, הסמלים של אלמנטים מכל סוג (אלמנטים s-, p-, d- ו-f) מתוארים על רקע צבעוני ספציפי: רכיבי s - על אדום, אלמנטים p - על כתום, אלמנטים d - על כחול, F-אלמנטים - על ירוק. כל תא מציג את המספרים האטומיים והמסה האטומית של היסודות, כמו גם את התצורות האלקטרוניות של קליפות האלקטרונים החיצוניות.
מהתיאוריה של המערכת המחזורית עולה שתת-הקבוצות כוללות יסודות עם n שווה למספר התקופה, ו-l = 0 ו-1. תת-הקבוצות b כוללות את אותם יסודות שבאטומים שלהם השלמה של קליפות שנשארו קודם לכן. לא שלם מתרחש. לכן התקופה הראשונה, השנייה והשלישית אינן מכילות אלמנטים של תת-קבוצות b.
מבנה הטבלה המחזורית של היסודות קשור קשר הדוק למבנה האטומים של יסודות כימיים. ככל ש-Z גדל, סוגים דומים של תצורה של קליפות האלקטרונים החיצוניות חוזרים מדי פעם. כלומר, הם קובעים את התכונות העיקריות של ההתנהגות הכימית של יסודות. תכונות אלו באות לידי ביטוי באופן שונה עבור אלמנטים של תת-קבוצות a (יסודות s ו-p), עבור יסודות של תת-קבוצות b (יסודות d-מעבר) ואלמנטים של משפחות f - לנתאנידים ואקטינידים. מקרה מיוחדמייצגים את היסודות של התקופה הראשונה - מימן והליום. מימן מאופיין בפעילות כימית גבוהה מכיוון שהאלקטרון היחיד שלו מוסר בקלות. יחד עם זאת, התצורה של הליום (1s 2) יציבה מאוד, מה שקובע את חוסר הפעילות הכימית שלו.
עבור יסודות של תת-קבוצות a, קליפות האלקטרונים החיצוניות של האטומים מתמלאות (כאשר n שווה למספר התקופה), כך שתכונות היסודות הללו משתנות באופן ניכר ככל ש-Z עולה. לכן, בתקופה השנייה, ליתיום (תצורת 2s) ) היא מתכת פעילה המאבדת בקלות את אלקטרון הערכיות היחיד שלה; בריליום (2s 2) היא גם מתכת, אך פחות פעילה בשל העובדה שהאלקטרונים החיצוניים שלה קשורים בצורה הדוקה יותר לגרעין. יתר על כן, לבורון (2s 2 p) יש אופי מתכתי בעל ביטוי חלש, וכל האלמנטים הבאים של התקופה השנייה, שבה בנויה תת-המעטפת 2p, כבר אינם מתכות. תצורת שמונה האלקטרונים של מעטפת האלקטרונים החיצונית של ניאון (2s 2 p 6) - גז אינרטי - חזקה מאוד.
התכונות הכימיות של יסודות מהתקופה השנייה מוסברות על ידי הרצון של האטומים שלהם לרכוש את התצורה האלקטרונית של הגז האינרטי הקרוב ביותר (תצורת הליום עבור יסודות מליתיום לפחמן או תצורת ניאון עבור יסודות מפחמן לפלואור). זו הסיבה, למשל, שחמצן אינו יכול להציג מצב חמצון גבוה יותר השווה למספר הקבוצה שלו: קל לו יותר להשיג את תצורת הניאון על ידי רכישת אלקטרונים נוספים. אותו אופי של שינויים בתכונות מתבטא ביסודות התקופה השלישית וביסודות s-ו-p של כל התקופות הבאות. יחד עם זאת, היחלשות חוזק הקשר בין האלקטרונים החיצוניים לגרעין בתת-קבוצות a ככל ש-Z גדל מתבטאת בתכונות היסודות המקבילים. לפיכך, עבור יסודות s יש עלייה ניכרת בפעילות הכימית ככל ש-Z עולה, ועבור יסודות p יש עלייה בתכונות מתכתיות.
באטומים של יסודות מעבר d-, קונכיות שלא היו שלמות בעבר מושלמות עם הערך של המספר הקוונטי הראשי n, אחד פחות ממספר התקופה. למעט חריגים בודדים, התצורה של קליפות האלקטרונים החיצוניות של האטומים של יסודות המעבר היא ns 2. לכן, כל יסודות ה-D הם מתכות, וזו הסיבה שהשינויים במאפיינים של יסודות ה-D ככל ש-Z גדל אינם דרמטיים כמו אלה שנצפו עבור יסודות s ו-p. במצבי חמצון גבוהים יותר, יסודות d מראים דמיון מסוים עם יסודות p של הקבוצות המתאימות בטבלה המחזורית.
המוזרויות של המאפיינים של יסודות השלשות (VIIIb-תת-קבוצה) מוסברים על ידי העובדה ש-b-subhells קרובים להשלמה. זו הסיבה שמתכות ברזל, קובלט, ניקל ופלטינה בדרך כלל אינן נוטות ליצור תרכובות תארים גבוהים יותרחִמצוּן. יוצאי הדופן היחידים הם רותניום ואוסמיום, שנותנים את התחמוצות RuO 4 ו- OsO 4 . עבור אלמנטים של תת-קבוצות Ib ו-IIb, תת-ה-d-shell למעשה הושלם. לכן, הם מציגים מצבי חמצון השווים למספר הקבוצה.
באטומים של lanthanides ו-actinides (כולם מתכות), קונכיות אלקטרונים לא שלמות בעבר מושלמות כאשר הערך של המספר הקוונטי הראשי n הוא שתי יחידות פחות ממספר התקופה. באטומים של יסודות אלה, התצורה של מעטפת האלקטרונים החיצונית (ns 2) נשארת ללא שינוי, וקליפת ה-N החיצונית השלישית מלאה באלקטרונים 4f. זו הסיבה שהלנתאנידים כל כך דומים.
עבור אקטינידים המצב מורכב יותר. באטומים של יסודות עם Z = 90-95, האלקטרונים 6d ו-5f יכולים לקחת חלק באינטראקציות כימיות. לכן, לאקטינידים יש הרבה יותר מצבי חמצון. לדוגמה, עבור נפטון, פלוטוניום ואמריציום, ידועות תרכובות שבהן היסודות הללו מופיעים במצב הפטולנטי. רק עבור יסודות, החל מקוריום (Z = 96), המצב הטריוולנטי הופך ליציב, אבל יש לזה גם מאפיינים משלו. לפיכך, תכונות האקטינידים שונות באופן משמעותי מתכונות הלנתנידים, ולכן לא ניתן לראות בשתי המשפחות דומות.
משפחת האקטינידים מסתיימת ביסוד עם Z = 103 (לורנסיום). הערכה של המאפיינים הכימיים של kurchatovium (Z = 104) ו- nilsborium (Z = 105) מראה כי יסודות אלה צריכים להיות אנלוגים של הפניום וטנטלום, בהתאמה. לכן, מדענים מאמינים שאחרי משפחת האקטינידים באטומים, מתחילה המילוי השיטתי של תת-המעטפת ה-6d. הטבע הכימי של יסודות עם Z = 106-110 לא הוערך בניסוי.
מספר סופי של אלמנטים המכסה טבלה מחזורית, לא ידוע. בעיית הגבול העליון שלו היא אולי התעלומה העיקרית של הטבלה המחזורית. היסוד הכבד ביותר שהתגלה בטבע הוא פלוטוניום (Z = 94). הגבול של היתוך גרעיני מלאכותי הושג - יסוד עם מספר אטומי 110. השאלה נותרת פתוחה: האם ניתן יהיה להשיג יסודות בעלי מספר אטומי גדול, אילו וכמה? לא ניתן עדיין לענות על כך בוודאות.
באמצעות חישובים מורכבים שבוצעו במחשבים אלקטרוניים, מדענים ניסו לקבוע את מבנה האטומים ולהעריך את התכונות החשובות ביותר של "יסודות-על", עד למספרים סידוריים עצומים (Z = 172 ואפילו Z = 184). התוצאות שהתקבלו היו די בלתי צפויות. לדוגמה, באטום של יסוד עם Z = 121, צפוי להופיע אלקטרון 8p; זה לאחר שהיווצרות תת-המעטפת של 8s הושלמה באטומים עם Z = 119 ו-120. אבל הופעת האלקטרונים ה-p אחרי האלקטרונים ה-s נצפית רק באטומים של יסודות מהתקופה השנייה והשלישית. חישובים מראים גם שביסודות של התקופה השמינית ההיפותטית, מילוי קונכיות האלקטרונים ותת-קליפות האטומים מתרחש ברצף מורכב וייחודי מאוד. לכן, הערכת המאפיינים של האלמנטים המתאימים היא בעיה קשה מאוד. נראה שהתקופה השמינית צריכה להכיל 50 אלמנטים (Z = 119-168), אבל, לפי חישובים, היא צריכה להסתיים ביסוד עם Z = 164, כלומר 4 מספרים סידוריים קודם לכן. והתקופה התשיעית ה"אקזוטית", מסתבר, צריכה להיות מורכבת מ-8 אלמנטים. הנה הערך ה"אלקטרוני" שלו: 9s 2 8p 4 9p 2. במילים אחרות, הוא יכיל רק 8 אלמנטים, כמו התקופה השנייה והשלישית.
קשה לומר עד כמה יהיו החישובים שנעשו באמצעות מחשב נכונים. עם זאת, אם הם אושרו, אז יהיה צורך לשקול מחדש ברצינות את הדפוסים העומדים בבסיס הטבלה המחזורית של האלמנטים והמבנה שלה.
הטבלה המחזורית שיחקה וממשיכה לשחק תפקיד עצום בפיתוח תחומים שוניםמדעי הטבע. זה היה ההישג החשוב ביותר של מדע האטום-מולקולרי ותרם להופעתה קונספט מודרני"יסוד כימי" והבהרת המושגים של חומרים ותרכובות פשוטות.
לסדירות שחשפה המערכת המחזורית הייתה השפעה משמעותית על התפתחות תורת המבנה האטומי, גילוי האיזוטופים והופעתם של רעיונות לגבי מחזוריות גרעינית. המערכת המחזורית קשורה לניסוח מדעי למהדרין של בעיית החיזוי בכימיה. זה בא לידי ביטוי בחיזוי של קיומם ותכונותיהם של יסודות לא ידועים ותכונות חדשות של ההתנהגות הכימית של יסודות שכבר התגלו. בימינו, המערכת המחזורית מייצגת את הבסיס של הכימיה, בעיקרה האנאורגנית, המסייעת באופן משמעותי בפתרון בעיית הסינתזה הכימית של חומרים בעלי תכונות קבועות מראש, פיתוח חומרים מוליכים למחצה חדשים, בחירת זרזים ספציפיים לתהליכים כימיים שונים ועוד. , המערכת המחזורית היא הבסיס להוראת כימיה.
