Периодична таблица на елементите: история, структура, елементи

Периодичната таблица на елементите е инструмент, който позволява да се консултират химичните свойства на 118-те елемента, известни досега. Важно е при извършване на стехиометрични изчисления да се предскажат физическите свойства на даден елемент, да се класифицират и да се намерят периодични свойства сред всички тях.

Атомите стават по-тежки, тъй като техните ядра добавят протони и неутрони, които също трябва да бъдат придружени от нови електрони; в противен случай електронейтралността не би била възможна. По този начин някои атоми са много леки, като водород, а други - свръх тежки, като оганесон.

Кой дължи такова сърце в химията? За учения Дмитрий Менделеев, който през 1869 г. (преди почти 150 години) публикува, след десетилетие на теоретични изследвания и експерименти, първата периодична таблица в опит да организира 62-те елемента, известни по това време.

За това Менделеев се основава на химични свойства, докато паралелно Лотар Мейер публикува друга периодична таблица, организирана според физическите свойства на елементите.

Първоначално таблицата съдържаше "празни пространства", чиито елементи не бяха известни за тези години. Въпреки това, Менделеев успява да предскаже със значителна точност няколко от своите свойства. Някои от тези елементи са: германий (който той нарича ека-силикон) и галий (ека-алуминий).

Първите периодични таблици нареждаха елементите според техните атомни маси. Тази подредба позволява да се види някаква периодичност (повторение и сходство) в химичните свойства на елементите; въпреки това елементите на прехода не са съгласни с този ред, нито с благородните газове.

Поради тази причина е необходимо да се поръчат елементите, като се вземе предвид атомния номер (брой протони), вместо атомната маса. Оттук, заедно с упоритата работа и приноса на много автори, периодичната таблица на Менделеев беше усъвършенствана и завършена.

История на периодичната таблица

елементи

Използването на елементи като основа за описване на околната среда (по-точно на природата) се използва от античността. Но по онова време те са били наричани фази и състояния на материята, а не начинът, по който се прави позоваване от Средновековието.

Древните гърци са имали убеждението, че планетата, в която живеем, е съставена от четирите основни елемента: fier, ti erra, gua и aire.

От друга страна, в древен Китай броят на елементите е пет и, за разлика от гърците, те изключват въздуха и включват метал и дърво.

Първото научно откритие е направено през 1669 г. от германската марка Хенинг Бранд, която е открила фосфора; от тази дата бяха записани всички последващи елементи.

Заслужава да се отбележи, че някои елементи като злато и мед вече са били известни преди фосфора; разликата е, че те никога не са били регистрирани.

тълкуване на символите

Алхимиците (предшественици на настоящите химици) дават имена на елементите по отношение на съзвездията, на откривателите им и на местата, където са били открити.

През 1808 г. Далтън предлага серия от рисунки (символи), които да представят елементите. След това, тази система на нотация е заменена с тази на Джон Берцелиус (използвана досега), тъй като моделът на Далтън става по-сложен, когато се появяват нови елементи.

Еволюция на схемата

Първите опити да се създаде карта, която организира информацията за химичните елементи, се е случила през XIX век с Триадата на Döbereiner (1817).

През годините бяха открити нови елементи, които доведоха до нови организационни модели до достигането на използвания понастоящем.

Винтове тенлурични (1862)

Alexandré-Émile Béguyer de Chancourtois проектира хартиена спирала, където показва спирална графика (телуричен винт).

В тази система елементите са подредени по нарастващ начин по отношение на техните атомни тегла. Подобни елементи са подравнени вертикално.

Октави на Нюландс (1865)

Продължавайки работата на Döbereiner, британският Джон Александър Куинс Нюландс нарежда химическите елементи във все по-голям порядък по отношение на атомните тежести, отбелязвайки, че всеки седем елемента имат сходства в техните свойства (водород не е включен).

Таблица на Менделей (1869)

Менделийв нарежда химическите елементи в нарастващ ред по отношение на атомното тегло, поставяйки в същата колона онези, чиито свойства са подобни. От кухините в неговия модел на периодична таблица, предвиждаща появата на нови елементи в бъдеще (в допълнение към прогнозиране на свойствата, които трябва да имат).

Благородните газове не са изброени в таблицата на Менделев, тъй като те все още не са били открити. В допълнение, Менделеев не разглежда водород.

Периодичната таблица на Мозли (текуща периодична таблица) - 1913

Хенри Гуин Джефрис Моули предложи да се наредят химическите елементи на периодичната таблица според техния атомен номер; тоест според броя на протоните.

Moseley обявява "Периодичния закон" през 1913 г .: "Когато елементите са поставени по ред на техните атомни номера, техните физически и химически свойства показват периодични тенденции."

По този начин всеки хоризонтален ред или период показва тип връзка, а всяка колона или група показва друг.

Как е организирана? (Структура и организация)

Може да се отбележи, че тортата на периодичната таблица има няколко цвята. Всеки цвят свързва елементи с подобни химически свойства. Има оранжеви, жълти, сини, лилави колони; зелени квадрати и зелена ябълка.

Забележете, че квадратите в средните колони са сиви на цвят, така че всички тези елементи трябва да имат нещо общо, което е, че те са преходни метали с полу-пълни орбитали.

По същия начин, елементите на лилавите квадрати, въпреки че идват от газообразни вещества, от червеникава течност и дори от черно (йодно) и сребристо сиво (астатина), са техните химични свойства, които ги правят конгенери. Тези свойства се управляват от електронните структури на техните атоми.

Организацията и структурата на периодичната таблица не е произволна, а се подчинява на редица периодични свойства и модели на стойности, определени за елементите. Например, ако металическият знак намалява отляво надясно на масата, не може да се очаква метален елемент в горния десен ъгъл.

периоди

Елементите са подредени в редове или периоди в зависимост от енергийното ниво на техните орбитали. Преди период 4, когато елементите са успели да увеличат порядъка на атомната маса, беше установено, че за всеки осем от тях химичните свойства са били повтаряни (закон на октавите, John Newlands).

Преходните метали са вградени с други неметални елементи, като сяра и фосфор. По тази причина навлизането на квантовата физика и на електронните конфигурации за разбирането на съвременните периодични таблици е от жизненоважно значение.

Орбиталите на енергийния слой са пълни с електрони (и ядрата на протоните и неутроните), докато се движат по време. Този енергиен слой върви ръка за ръка с размера или атомния радиус; следователно елементите на по-високите периоди са по-малки от тези, които са по-долу.

Н и Той са на първо енергийно ниво; първия ред от сивите квадрати, в четвъртия период; и реда от оранжеви квадрати, в шестия период. Трябва да се отбележи, че макар последният да изглежда в предполагаемия девети период, той всъщност принадлежи на шестата, точно след жълтия квадрат на Ва.

групи

Преминавайки през период, откриваме, че масата, броят на протоните и електроните се увеличават. В същата колона или група, макар масата и протоните да варират, броят на електроните в валентната обвивка е същият.

Например, в първата колона или група, Н има един електрон в 1s1 орбитала, както и Li (2s1), натрий (3s1), калий (4s1) и т.н. до франциума (7s1). Това число 1 означава, че тези елементи почти не притежават валентен електрон и следователно принадлежат към група 1 (IA). Всеки елемент е в различни периоди.

Без да се брои водородът, зелената кутия, елементите под него са оранжеви кутии и се наричат ​​алкални метали. Още една клетка отдясно във всеки период е групата или колоната 2; неговите елементи имат два валентни електрона.

Но придвижвайки се една стъпка напред надясно, без знанието на d орбиталите, стигате до борната група (В) или група 13 (IIIA); вместо група 3 (IIIB) или скандий (Sc). Като се вземе предвид запълването на d орбиталите, периодите на сивите квадрати започват да преминават: преходните метали.

Брой протони срещу валентни електрони

При изучаването на периодичната таблица може да възникне объркване между атомния номер Z или броя на общите протони в ядрото и количеството валентни електрони. Например, въглеродът има Z = 6, т.е. има шест протони и следователно шест електрона (в противен случай не може да бъде атом с неутрален заряд).

Но от тези шест електрона четири са валентност . Поради тази причина неговата електронна конфигурация е [He] 2s22p2. [Той] означава двата електрона 1s2 на затворения слой и теоретично те не участват в образуването на химични връзки.

Също така, тъй като въглеродът има четири валентни електрона, "удобно" се намира в група 14 (IVA) на периодичната таблица.

Елементите под въглерода (Si, Ge, Sn, Pb и Fl) имат по-високи атомни числа (и атомни маси); но всички имат общо четири валентни електрона. Това е ключът към разбирането защо един елемент принадлежи към една група, а не към друга.

Елементи на периодичната таблица

Блок s

Както току-що беше обяснено, групи 1 и 2 се характеризират с наличието на един или два електрона в s орбитали. Тези орбитали са със сферична геометрия и докато слизате през някоя от тези групи, елементите придобиват слоеве, които увеличават размера на техните атоми.

Чрез представяне на силни тенденции в химичните им свойства и начините на реакция, тези елементи са организирани като блок. Следователно, алкални метали и алкалоземни метали принадлежат към този блок. Електронната конфигурация на елементите на този блок е ns (1s, 2s и т.н.).

Въпреки че хелиевият елемент е в горния десен ъгъл на таблицата, неговата електронна конфигурация е 1s2 и следователно принадлежи към този блок.

Блок p

За разлика от блок s, елементите на този блок са напълно запълнени орбитали, докато техните р-орбитали продължават да се запълват с електрони. Електронните конфигурации на елементите, принадлежащи към този блок, са от тип ns2np1-6 (р орбиталите могат да имат един или до шест електрона, за да запълнят).

И така, в каква част от периодичната таблица е този блок? Отдясно: зелени, лилави и сини квадрати; неметални елементи и тежки метали, като бисмут (Bi) и олово (Pb).

Започвайки с бор, с електронна конфигурация ns2np1, въглеродът вдясно добавя друг електрон: 2s22p2. След това, електронните конфигурации на другите елементи от период 2 на блок p са: 2s22p3 (азот), 2s22p4 (кислород), 2s22p5 (флуор) и 2s22p6 (неон).

Ако стигнете до по-ниските периоди, ще имате енергийно ниво 3: 3s23p1-6 и така нататък до края на блок p.

Обърнете внимание, че най-важното за този блок е, че от период 4, неговите елементи са напълно запълнили орбитали (сини кутии отдясно). Накратко: блок s е вляво от периодичната таблица и блок p отдясно.

Представителни елементи

Какви са представителните елементи? Те са тези, които от една страна лесно губят електрони, или от друга, получават ги, за да завършат валентния октет. С други думи: те са елементите на блоковете s и p.

Техните групи се различават от останалите с буква А в края. Така имаше осем групи: от IA до VIIIA. Но в момента системата за номериране, използвана в съвременните периодични таблици, е арабска, от 1 до 18, включително преходни метали.

Поради тази причина борната група може да бъде IIIA или 13 (3 + 10); въглеродната група, ДДС или 14; и този на благородните газове, последният отдясно на таблицата, VIIIA или 18.

Преходни метали

Преходните метали са всички елементи на сивите квадрати. По време на своите периоди те запълват своите орбитали d, които са пет и следователно могат да имат десет електрона. Тъй като те трябва да имат десет електрона, за да запълнят такива орбитали, тогава трябва да има десет групи или колони.

Всяка от тези групи в старата система за номериране е обозначена с римски цифри и буква В в края. Първата група, тази на скандий, е IIIB (3), желязо, кобалт и никел VIIIB за много подобни реакции (8, 9 и 10) и цинк IIB (12).

Както може да се види, много по-лесно е групите да се разпознават по арабски цифри, отколкото с помощта на римски цифри.

Вътрешни преходни метали

От период 6 на периодичната таблица, f орбиталите започват да бъдат енергийно достъпни. Те трябва да се запълнят първо от d орбиталите; и следователно неговите елементи обикновено се раздалечават така, че да не се удължава твърде много на масата.

Последните два периода, оранжеви и сиви, са вътрешните преходни метали, наричани още лантаниди (редкоземни) и актиниди. Има седем f орбитали, които се нуждаят от четиринадесет електрона, които да запълнят, и следователно трябва да има четиринадесет групи.

Ако тези групи се добавят към периодичната таблица, ще има общо 32 (18 + 14) и ще има "продълговата" версия:

Светлият розов ред съответства на лантаноидите, докато тъмният розов ред съответства на актиноидите. Лантанът, La с Z = 57, актиний, Ac със Z = 89 и всички блокове f принадлежат към една и съща група скандий. Защо? Защото скандийът има nd1 орбитала, която присъства в останалите лантаноиди и актиноиди.

La и Ac имат валентни конфигурации 5d16s2 и 6d17s2. Когато се премества надясно през двата реда, орбиталите 4f и 5f започват да се запълват. Веднъж пълни, стигате до елементите Lutecio, Lu и laurencio, Lr.

Метали и неметали

Оставяйки зад тортата на периодичната таблица, е по-удобно да се прибегне до тази на горния образ, дори в издължената му форма. В момента огромното мнозинство от споменатите елементи са метали.

При стайна температура всички метали са твърди вещества (с изключение на живак, което е течно), сиво сребро (с изключение на мед и злато). Също така те обикновено са твърди и ярки; въпреки че тези в блока са меки и крехки. Тези елементи се характеризират със способността си да губят електрони и да образуват М + катиони.

В случая с лантаноидите те губят трите 5d16s2 електрона, за да станат тривалентни катиони M3 + (като La3 +). Церий, от друга страна, е способен да загуби четири електрона (Ce4 +).

От друга страна, неметалните елементи съставляват най-малката част от периодичната таблица. Те са газове или твърди вещества с ковалентно свързани атоми (като сяра и фосфор). Всички те са разположени в блок p; по-точно в горната част на последната, след това спускането до по-ниските периоди увеличава металния характер (Bi, Pb, Po).

В допълнение, неметалите, вместо да губят електрони, ги печели. Така те образуват X-аниони с различни отрицателни заряди: -1 за халогени (група 17) и -2 за халкогени (група 16, тази на кислорода).

Метални семейства

В рамките на металите съществува вътрешна класификация за разграничаване между тях:

- Металите от група 1 са алкални

-Група 2, алкалоземни метали (г-н Бекамбара)

- Група 3 (IIIB) Скандиево семейство. Това семейство е съобразено със скандия, главата на групата, на итрий Y, на лантана, актиния и всички лантаноиди и актиноиди.

-Група 4 (IVB), титаново семейство: Ti, Zr (цирконий), Hf (хафний) и Rf (rutherfordio). Колко валентни електрона имат? Отговорът е във вашата група.

Група 5 (VB), семейство ванадий. Група 6 (VIB), семейство хром. И така до семейството цинк, група 12 (IIB).

неметал

Металният характер се увеличава от дясно на ляво и отгоре надолу. Но каква е границата между тези два вида химични елементи? Тази граница е съставена от елементи, известни като металоиди, които имат характеристики както на метали, така и на неметали.

Металоидите могат да се видят в периодичната таблица в "стълбището", която започва с бор и завършва в радиоактивен елемент astatine. Тези елементи са:

-B: бор

-Силико: Да

- Ге: германий

- Като: арсен

-Sb: антимон

- Телур

-Ат: astatine

Всеки от тези седем елемента показва междинни свойства, които варират в зависимост от химическата среда или температура. Едно от тези свойства е полупроводниковата, т.е. металоидите са полупроводници.

газове

В земни условия газообразните елементи са тези нелеки метали, като азот, кислород и флуор. Освен това хлор, водород и благородни газове попадат в тази класификация. От всички тях най-емблематичните са благородните газове, поради ниската им склонност да реагират и се държат като свободни атоми.

Последната е в група 18 на периодичната таблица и са:

-Хелио, Той

-Неон, Не

- Аргон, Ar

-криптон, Кр

-Xenon, Xe

-Radón, Rn

- И най-новото от всички, синтетичните оганесон, Og.

Всички благородни газове имат общо валентната конфигурация ns2np6; т.е. те са завършили валентния октет.

Състояния на агрегиране на елементите при други температури

Елементите са в твърдо, течно или газообразно състояние в зависимост от температурата и силата на техните взаимодействия. Ако температурата на Земята се охлади до достигане на абсолютната нула (0K), тогава всички елементи ще замръзнат; с изключение на хелий, който би кондензирал.

При тази екстремална температура останалите газове ще бъдат под формата на лед.

В другата крайност, ако температурата беше около 6000K, "всички" елементи биха били в газообразно състояние. При тези условия буквално могат да се наблюдават облаци от злато, сребро, олово и други метали.

Употреби и приложения

Периодичната таблица винаги е била и ще бъде инструмент за справяне със символите, атомните маси, структури и други свойства на елементите. Той е много полезен при извършване на стехиометрични изчисления, които са ред на деня в много задачи вътре и извън лабораторията.

Не само това, но и периодичната таблица позволява да се сравнят елементите на една и съща група или период. По този начин може да се предскаже как ще бъдат определени съединения на елементите.

Прогнозиране на формулите на оксидите

Например, за оксидите на алкалните метали, като имат един валентен електрон и следователно валентност от +1, се очаква формулата на техните оксиди да бъде от типа М ₂ О. Това се проверява с оксида. на водород, вода, Н 2О. Също с оксидите на натрий, Na20 и калий, К2О.

За другите групи техните оксиди трябва да имат обща формула M ₂ O _n, където n е равна на номера на групата (ако елементът е от блок p, се изчислява n-10). Така, въглеродът, който принадлежи към група 14, образува СО2 ( _С204 / ₂ ); сяра, група 16, S03 ( _S2O6 / ₂ ); и азот от група 15, N ₂ O ₅ .

Това обаче не се отнася за преходните метали. Това е така, защото, въпреки че желязото принадлежи към група 8, то не може да загуби 8 електрона, а 2 или 3. Следователно, вместо да запомня формулите, по-важно е да се внимава за валенциите на всеки елемент.

Валенсията на елементите

Периодичните таблици (някои) показват възможните валенции за всеки елемент. Знаейки това, може предварително да се прецени номенклатурата на съединението и неговата химична формула. Валенциите, както е споменато по-горе, са свързани с номера на групата; въпреки че не се прилага за всички групи.

Валенциите зависят повече от електронната структура на атомите и кои електрони могат наистина да загубят или да спечелят.

Познавайки броя на валентните електрони, може също да започнем с структурата на Люис на съединението от тази информация. Периодичната таблица позволява на учениците и специалистите да скицират структури и да направят път за изследване на възможните геометрии и молекулярни структури.

Периодични цифрови таблици

В днешно време технологията позволява на периодичните таблици да бъдат по-гъвкави и да предоставят повече информация, достъпна за всички. Някои от тях носят впечатляващи илюстрации на всеки елемент, както и кратко резюме на основните им употреби.

Начинът, по който тя взаимодейства с тях, ускорява тяхното разбиране и изучаване. Периодичната таблица трябва да бъде инструмент, който е приятен за окото, лесен за изследване и най-ефективният метод за познаване на химичните му елементи е да се пътува от периоди до групи.

Значение на периодичната таблица

Понастоящем периодичната таблица е най-важният организационен инструмент на химията, дължащ се на подробните връзки на нейните елементи. Използването му е от съществено значение за студенти и учители, както и за изследователи и много специалисти, посветени на областта на химията и инженерството.

Просто погледнете периодичната таблица, получавате огромно количество и информация бързо и ефективно, като например:

- Литий (Li), берилий (Be) и бор (B) провеждат електричество.

- Литият е алкален метал, берилийът е алкалоземен метал, а борът е неметален.

- Литийът е най-добрият проводник на трите наименования, следвани от берилий и накрая бор (полупроводник).

По този начин, чрез локализирането на тези елементи в периодичната таблица, може незабавно да се заключи тяхната склонност към електрическа проводимост.