Периодический закон Д. И. Менделеева

Предпосылки открытия периодического закона

По мере открытия новых химических элементов учёные пытались их разделить на группы по общим признакам.

Деление элементов на металлы и неметаллы

Такое разделение основывалось на различиях в свойствах простых веществ и соединений.

 

Металлы:

• имеют характерный металлический блеск;
• хорошо проводят электрический ток и тепло;
• пластичны;
• все (кроме ртути) при обычных условиях твёрдые;
• взаимодействуют с неметаллами;
• взаимодействуют с кислотами и солями;
• не образуют газообразных соединений с водородом;
• их оксиды и гидроксиды имеют основный характер.

Неметаллы:

• как правило, не имеют металлического блеска;
• как правило, не проводят электрический ток и тепло;
• могут быть твёрдыми, жидкими, газообразными;
• вступают в реакции с металлами;
• образуют летучие соединения с водородом;
• их оксиды и гидроксиды имеют кислотный характер.

Но классификация элементов на металлы и неметаллы оказалась недостаточной, когда были изучены свойства таких элементов, как цинк и алюминий. Как известно, соединения этих элементов амфотерны, то есть проявляют и кислотные, и основные свойства. Значит, им характерны свойства и металлов, и неметаллов; это переходные элементы.

Естественные семейства элементов

Были обнаружены группы элементов, близких по свойствам. Среди металлов выделялись своей активность щелочные металлы, а среди неметаллов — галогены.

Щелочные металлы (литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs):

• мягкие, легко режутся ножом;
• легкоплавкие;
• имеют металлический блеск;
• проводят электрический ток и тепло;
• реагируют с водой с образованием щёлочи и водорода.

2Li + 2H 2 O = 2LiOH + H 2↑,

2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2↑.

• образуют оксиды с похожими свойствами;

Na 2 O + H 2 O = 2NaOH,

K 2 O + H 2 O = 2KOH.

• их гидроксиды растворяются в воде (щёлочи).

 

Галогены (фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I):

• образуют двухатомные молекулы;
• летучие, имеют запах;
• активно реагируют с металлами с образованием похожих по составу солей.

2Na + Cl 2= 2NaCl,

2Na + Br 2= 2NaBr.

• реагируют с водородом с образованием газообразных соединений;

H 2+ F 2= 2HF,

H 2+ I 2= 2HI.

• водные растворы водородных соединений — кислоты.

Попытки систематизации химических элементов

• В 1817 году немецкий химик И. В. Дёберейнер выделил триады элементов со сходными свойствами: кальций, стронций, барий; литий, натрий, калий; сера, селен, теллур.
• В 1863 году французскому химику де Шанкуртуа удалось обнаружить повторяемость свойств химических элементов. Он расположил известные к тому времени элементы в порядке возрастания их атомных масс, а полученный ряд нанёс на поверхность цилиндра по спирали.
• В 1864 году англичанин Д. Ньюлендс пришёл к выводу о повторяемости свойств химических элементов («закон октав»).

Периодический закон Д. И. Менделеева

Периодический закон сформулирован Д. И. Менделеевым в 1869 году. К этому времени было известно 63 химических элемента. В качестве основного свойства элементов Менделеев выбрал относительную атомную массу. Учитывал также состав, физические и химические свойства образованных элементом простых и сложных веществ.

 

Расположив все известные химические элементы в порядке возрастания атомных масс, Менделеев обнаружил, что свойства повторяются через определённое число элементов.

 

Повторим действия Менделеева с учётом того факта, что благородные газы в его время ещё не были известны. Расположим элементы по возрастанию атомной массы (вторая строчка таблицы), укажем металлические и неметаллические свойства, формулы и свойства высших оксидов и гидроксидов, а также формулы газообразных водородных соединений.

 

 

 

Если внимательно проанализировать полученные последовательности, то можно увидеть повторяемость металлических и неметаллических свойств, состава и свойств соединений. Через семь элементов от щелочного металла лития в ряду располагается щелочной металл натрий, а через семь элементов от галогена фтора — галоген хлор. Через семь элементов появляются одинаковые формулы оксидов и водородных соединений, так как повторяются значения валентностей в соединениях с кислородом и водородом. Можем составить их общие формулы.

 

Формулы высших оксидов: R 2 O, RO, R 2 O 3, RO 2, R 2 O 5, RO 3, R 2 O 7.

 

Летучие водородные соединения (для неметаллов): RH 4, RH 3, RH 2, RH.

 

Таким образом Менделеев установил периодичность изменения свойств с возрастанием атомной массы. В статье «Периодическая закономерность химических элементов» Д. И. Менделеев дал следующую формулировку периодического закона:

«Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от атомного веса».

В переводе на современный научный язык это звучит так:

«Свойства простых веществ, а также состав и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс».

Все элементы Менделеев разделил на периоды.

Период — ряд элементов, расположенных в порядке возрастания относительной атомной массы, начинающийся щелочным металлом и заканчивающийся галогеном и инертным газом.

В периоде:

• постепенно ослабляются металлические свойства простых веществ и усиливаются неметаллические;
• высшая валентность элементов по кислороду возрастает от I (у щелочных металлов) до VII (у галогенов);
• валентность элементов неметаллов в летучих водородных соединениях уменьшается от IV до I (у галогенов);
• свойства высших оксидов и гидроксидов постепенно изменяются от основных через амфотерные до кислотных.

 

Периодический закон получил дальнейшее развитие после изучения физиками строения атома. Оказалось, что главной характеристикой химического элемента является не относительная атомная масса, а заряд ядра атома. Современная формулировка периодического закона несколько изменена:

«Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер».