ПЕРИОДИЧНА ТАБЛИЦА С ЕЛЕМЕНТИ: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, ЕЛЕМЕНТИ - ХИМИЯ - 2026

В периодичната таблица на елементите е инструмент, който позволява на консултации химичните свойства на 118-елементи, известни досега. От съществено значение е при извършване на стехиометрични изчисления, прогнозиране на физическите свойства на даден елемент, класифицирането им и намиране на 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 - супер тежки, като оганезон.

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

За да направи това, Менделеев разчита на химичните свойства, докато паралелно Лотар Майер публикува друга периодична таблица, която е организирана според физичните свойства на елементите.

Първоначално таблицата съдържаше „празни места“, елементите на които не бяха известни през онези години. Менделеев обаче успя да предвиди няколко от свойствата му със значителна точност. Някои от тези елементи бяха: германий (който той нарече ека-силиций) и галий (ека-алуминий).

Първите периодични таблици подреждат елементите според техните атомни маси. Това подреждане разкри известна периодичност (повторение и сходство) в химичните свойства на елементите; обаче преходните елементи не бяха съгласни с този ред и нито благородните газове.

Поради тази причина беше необходимо да се поръчат елементите, като се има предвид атомното число (брой протони), вместо атомната маса. Оттук, заедно с упорития труд и приноса на много автори, периодичната таблица на Менделеев беше усъвършенствана и попълнена.

История на периодичната таблица

елементи

Използването на елементи като основа за описание на околната среда (по-точно природата) се използва от древни времена. По онова време обаче те са били посочени като фази и състояния на материята, а не по начина, по който са посочени от Средновековието.

Древните гърци са вярвали, че планетата, която обитаваме, е съставена от четирите основни елемента: огън, земя, вода и въздух.

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

Първото научно откритие е направено през 1669 г. от германския марка Хенинг, който открива фосфор; към тази дата всички последващи елементи са записани.

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

тълкуване на символите

Алхимиците (предшественици на днешните химици) са дали имена на елементите във връзка със съзвездията, техните откриватели и местата, където са били открити.

През 1808 г. Далтън предлага серия от рисунки (символи), които да представят елементите. По-късно тази система на нотиране е заменена от тази на Йон Берцелиус (използвана досега), тъй като моделът на Далтън се усложнява, тъй като се появяват нови елементи.

Еволюция на схемата

Първите опити за създаване на карта, която да организира информацията за химичните елементи, се случват през 19 век с триадите на Дьобереней (1817 г.).

С течение на годините бяха открити нови елементи, пораждащи нови организационни модели, докато достигнат този, който се използва в момента.

Телурски винт на Chancourtois (1862)

Александре-Емиле Бегуер дьо Шанкуруа проектира хартиена спирала, показваща графика на спирали (телуричен винт).

В тази система елементите се подреждат във все по-голям ред по отношение на атомните им тегла. Подобни елементи са подравнени вертикално.

Октави от Нюландс (1865)

Продължавайки с работата на Döbereiner, британецът Джон Александър Рейна Нюландс подреди химическите елементи в нарастващ ред по отношение на атомните тегла, отбелязвайки, че всеки седем елемента имат сходства в свойствата си (водородът не е включен).

Менделеевската маса (1869)

Менделеев подреди химическите елементи в нарастващ ред по отношение на атомното тегло, поставяйки в една и съща колона тези, чиито свойства бяха подобни. Той остави пропуски в модела си на периодичната таблица, предвиждайки появата на нови елементи в бъдеще (в допълнение към прогнозирането на свойствата, които трябва да има).

Благородните газове не се появяват в таблицата на Менделеев, тъй като те все още не са били открити. Освен това Менделеев не е взел предвид водорода.

Периодичната таблица на Мозели (текуща периодична таблица) - 1913 г.

Хенри Гуин Джефрис Мозели предложи да поръча химическите елементи на периодичната таблица според техния атомен номер; тоест въз основа на техния брой протони.

През 1913 г. Мозели обявява "Периодичния закон": "Когато елементите са подредени в съответствие с атомните им числа, техните физични и химични свойства показват периодични тенденции."

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

Как се организира? (Структура и организация)

Вижда се, че пастелът на периодичната таблица има няколко цвята. Всеки цвят асоциира елементи с подобни химични свойства. Има оранжеви, жълти, сини, лилави колони; зелени квадратчета и диагонал на ябълка.

Обърнете внимание, че клетките в средните колони са сивкави на цвят, така че всички тези елементи трябва да имат нещо общо, което е, че те са преходни метали с полу-пълни d орбитали.

По същия начин елементите на лилавите квадрати, въпреки че преминават от газообразни вещества, от червеникава течност до твърда черно-лилава (йод) и сребристосива (астатин), именно техните химични свойства ги правят конгенери. Тези свойства се управляват от електронните структури на неговите атоми.

Организацията и структурата на периодичната таблица не е произволна, но се подчинява на серия от периодични свойства и модели на стойности, определени за елементите. Например, ако металическият знак намалява отляво надясно в таблицата, 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 успяват взаимно да увеличават реда на атомната маса, беше установено, че за всеки осем от тях химичните свойства се повтарят (законът на октавите на Джон Нюландс).

Преходните метали са отливани с други неметални елементи, като сяра и фосфор. Поради тази причина въвеждането на квантовата физика и електронните конфигурации е било жизненоважно за разбирането на съвременните периодични таблици.

Орбиталите на енергийна обвивка се запълват с електрони (и ядра на протони и неутрони), докато се движи през период. Този енергиен слой върви ръка за ръка с размера или атомния радиус; следователно елементите в горните периоди са по-малки от тези по-долу.

Н и Той са в първо (период) енергийно ниво; първият ред сивкави квадратчета, през четвъртия период; и ред оранжеви квадратчета, в шести период. Обърнете внимание, че макар последният да изглежда в деветия период, той всъщност принадлежи към шестия, точно след жълтото поле за Ба.

Групи

Преминавайки период, се установява, че масата, броят на протоните и електроните се увеличават. В една и съща колона или група, въпреки че масата и протоните варират, броят на електроните във валентната обвивка е един и същ.

Например, в първата колона или група, H има единичен електрон в орбиталата 1s ¹, както и Li (2s ¹), натрий (3s ¹), калий (4s ¹) и така нататък до francium (7s ¹). Това число 1 означава, че тези елементи почти нямат валентен електрон и следователно принадлежат към група 1 (IA). Всеки артикул е в различни периоди.

Без да броим водорода със зелена кутия, елементите под него са оранжеви и се наричат ​​алкални метали. Още едно поле вдясно за всеки период е групата или колоната 2; тоест неговите елементи имат два валентни електрона.

Но когато се придвижвате с една стъпка по-надясно, без знанието на d орбиталите, човек стига до групата на борите (B) или група 13 (IIIA); вместо група 3 (IIIB) или скандий (Sc). Имайки предвид запълването на d орбиталите, човек започва да преминава през периодите на сивкавите квадрати: преходните метали.

Протонни числа срещу валентни електрони

При изучаване на периодичната таблица може да възникне объркване между атомното число Z или броя на общите протони в ядрото и броя на валентните електрони. Например, въглеродът има Z = 6, тоест има шест протона и следователно шест електрона (в противен случай не може да бъде неутрално зареден атом).

Но от тези шест електрона четири са с валентност. Поради тази причина неговата електронна конфигурация е 2s ² 2p ². означава двете 1S ² електрони от затворен корпус, и теоретично не участват в образуването на химически връзки.

Освен това, 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 те имат общо четирите валентни електрона. Това е ключово за разбирането защо даден елемент принадлежи към една група, а не към друга.

Елементи на периодичната таблица

Блок s

Както просто обяснихме, Групи 1 и 2 се характеризират с това, че имат един или два електрона в s орбитали. Тези орбитали са с сферична геометрия и когато човек се спуска през някоя от тези групи, елементите придобиват слоеве, които увеличават размера на своите атоми.

Тъй като те имат силни тенденции в своите химични свойства и начини на реакция, тези елементи са организирани като блокчейн. Следователно, алкалните метали и алкалоземните метали принадлежат към този блок. Електронната конфигурация на елементите на този блок е ns (1s, 2s и т.н.).

Въпреки че елементът хелий е в горния десен ъгъл на таблицата, неговата електронна конфигурация е 1s ² и следователно принадлежи към този блок.

Блокиране на стр

За разлика от s блока, елементите на този блок са напълно запълни s орбитали, докато техните p орбитали продължават да бъдат изпълнени с електрони. Електронните конфигурации на елементите, принадлежащи към този блок, са от тип ns ² np ^1-6 (p орбиталите могат да имат един или до шест електрона за запълване).

И така, къде в периодичната таблица се намира този блок? Вдясно: зелените, лилавите и сините квадратчета; тоест неметални елементи и тежки метали, като бисмут (Bi) и олово (Pb).

Започвайки от бор, с електронна конфигурация ns ² np ¹, въглеродът вдясно добавя още един електрон: 2s ² 2p ². На следващо място, електронните конфигурации на другите елементи от период 2 на блок p са: 2s ² 2p ³ (азот), 2s ² 2p ⁴ (кислород), 2s ² 2p ⁵ (флуор) и 2s ² 2p ⁶ (неон).

Ако слезете към по-ниските периоди, ще имате енергийно ниво 3: 3s ² 3p ^1-6 и така нататък до края на блок p.

Обърнете внимание, че най-важното за този блок е, че към период 4 неговите елементи са изцяло запълнили d орбитали (сини полета вдясно). Накратко: блок s е отляво на периодичната таблица, а блок p - отдясно.

Представителни елементи

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

Техните групи бяха разграничени 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 преходните метали.

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

Преходни метали

Преходните метали са всички елементи на сивкавите квадрати. По време на периодите им се запълват d орбитали, които са пет и следователно могат да имат десет електрона. Тъй като те трябва да имат десет електрона, за да запълнят тези орбитали, тогава трябва да има десет групи или колони.

Всяка от тези групи в старата система на номериране беше обозначена с римски цифри и буква В в края. Първата група, тази на скандия, е IIIB (3), тази на желязото, кобалта и никела VIIIB за това, че имат много сходна реактивност (8, 9 и 10) и тази на цинк IIB (12).

Както се вижда, много по-лесно е да разпознаем групи по арабски числа, отколкото чрез използване на римски цифри.

Вътрешни преходни метали

Към период 6 от периодичната таблица f орбиталите стават енергийно достъпни. Те трябва да бъдат попълнени първо от d орбиталите; и затова елементите му обикновено се поставят разделени, за да не се направи масата твърде дълга.

Последните два периода, оранжев и сив, са вътрешните преходни метали, наричани още лантаниди (редкоземни) и актиниди. Има седем f орбитали, които се нуждаят от четиринадесет електрона, за 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 „дълга“ версия:

Източник: От Sandbh, от Wikimedia Commons

Светло розовият ред съответства на лантаноидите, докато тъмно розовият ред съответства на актиноидите. Лантан, La със Z = 57, актиний, Ac със Z = 89 и целият f блок принадлежат към същата група като скандиум. Защо? Тъй като скандиумът има ^първа орбитала, която присъства в останалите лантаноиди и актиноиди.

La и Ac имат валентни конфигурации 5d ¹ 6s ² и 6d ¹ 7s ². Докато се движите вдясно през двата реда, орбиталите 4f и 5f започват да се запълват. След като сте напълнени, стигате до елементите лутеций, Lu и laurencio, Lr.

Метали и неметали

Оставяйки зад тортата на периодичната таблица, е по-удобно да използвате този в горното изображение, дори в издължения му вид. В момента по-голямата част от споменатите елементи са метали.

При стайна температура всички метали са твърди вещества (с изключение на живак, който е течен) със сребристо-сив цвят (с изключение на мед и злато). Също така те обикновено са твърди и лъскави; въпреки че тези на блок s са меки и крехки. Тези елементи се характеризират с лекотата си да губят електрони и да образуват М ⁺ катиони.

В случай на лантаноиди те губят трите електрона 5d ¹ 6s ^{2, за} да се превърнат в тривалентни M ³⁺ катиони (като La ³⁺). Цериумът от своя страна е способен да загуби четири електрона (Ce ⁴⁺).

От друга страна неметалните елементи съставляват най-малката част от периодичната таблица. Те представляват газове или твърди частици с ковалентно свързани атоми (като сяра и фосфор). Всички са разположени в блок p; по-точно, в горната му част, тъй като спускането към долните периоди увеличава металния характер (Bi, Pb, Po).

Също така, неметалите вместо да губите електрони, вие ги печелите. По този начин те образуват аниони X ^- с различни отрицателни заряди: -1 за халогени (група 17) и -2 за халкогени (група 16, тази на кислорода).

Метални семейства

В металите има вътрешна класификация, която ги разграничава един от друг:

-Металите от група 1 са алкални

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

-Странда от семейство 3 (IIIB). Това семейство е съставено от скандий, ръководител на групата, от итрий Y, лантан, актиний и всички лантаноиди и актиноиди.

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

-Група 5 (VB), семейство ванадий. Група 6 (VIB), семейство на хром. И така нататък към семейството на цинк, група 12 (IIB).

металоиди

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

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

-В: бор

-Силикон: Да

-Ге: германий

-Както: арсен

-Sb: антимон

-Те: телур

-Ат: астатин

Всеки от тези седем елемента проявява междинни свойства, които варират в зависимост от химическата среда или температурата. Едно от тези свойства е полупроводността, тоест металоидите са полупроводници.

Газове

В земни условия газообразните елементи са онези леки неметали като азот, кислород и флуор. Също така хлорът, водородът и благородните газове попадат в тази класификация. От всички тях най-емблематичните са благородните газове, поради тяхната ниска склонност да реагират и да се държат като свободни атоми.

Последните се намират в група 18 на периодичната таблица и са:

-Хелио, Той

-Неон, Не

-Аргон, Ар

-криптон, Кр

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-И най-новото от всички, синтетичният благороден газ оганезон, Ог.

Всички благородни газове имат общо валентната конфигурация ns ² np ⁶; тоест те имат целия валентен октет.

Състояние на агрегиране на елементи при други температури

Елементите са в твърдо, течно или газообразно състояние в зависимост от температурата и силата на взаимодействията им. Ако температурата на Земята се охлади до около нула (0K), тогава всички елементи биха замръзнали; с изключение на хелий, който би кондензирал.

При тази екстремна температура останалите газове биха били под формата на лед.

От друга страна, ако температурата беше приблизително 6000K, "всички" елементи биха били в газообразно състояние. При тези условия бихте могли буквално да видите облаци от злато, сребро, олово и други метали.

Употреби и приложения

Периодичната таблица сама по себе си винаги е била и винаги ще бъде инструмент за консултиране на символите, атомните маси, структури и други свойства на елементите. Изключително полезен е при извършване на стехиометрични изчисления, които са ред на деня в много задачи вътре и извън лабораторията.

Не само това, но и периодичната таблица ви позволява да сравнявате елементите от една и съща група или период. По този начин човек може да предвиди какви ще са определени съединения на елементите.

Прогнозиране на оксидни формули

Например, за оксидите на алкални метали, тъй като те имат единичен валентен електрон и следователно валентност +1, формулата на техните оксиди се очаква да бъде от типа M ₂ O. Това се проверява с оксида от водород, вода, H ₂ O. Също така с оксиди на натрий, натриев ₂ О и калиев, К ₂ О.

За останалите групи техните оксиди трябва да имат общата формула M ₂ O _n, където n е равно на номера на групата (ако елементът е от блок p, изчислете n-10). По този начин въглеродът, който принадлежи към група 14, образува CO ₂ (C ₂ O _4/2); сяра, от група 16, SO ₃ (S ₂ O _6/2); и азот, от група 15, N ₂ O ₅.

Това обаче не се отнася за преходните метали. Това е така, защото желязото, въпреки че принадлежи към група 8, не може да загуби 8 електрона, но 2 или 3. Следователно, вместо да запаметяваме формулите, е по-важно да обърнете внимание на валентностите на всеки елемент.

Валентности на стихиите

Периодичните таблици (някои) показват възможните валентности за всеки елемент. Като знаем това, номенклатурата на дадено съединение и неговата химическа формула могат да бъдат оценени предварително. Както беше споменато по-горе, Валенс е свързан с номера на групата; въпреки че не важи за всички групи.

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

Като знаете броя на валентните електрони, можете също да започнете със структурата на Люис на съединение от тази информация. Следователно периодичната таблица позволява на студентите и специалистите да скицират структури и да направят място за проучване на възможните геометрии и молекулярни структури.

Цифрови периодични таблици

Днес технологията позволи периодичните таблици да бъдат по-универсални и да предоставят повече информация на разположение на всички. Няколко от тях носят поразителни илюстрации на всеки елемент, както и кратко резюме на основните му приложения.

Начинът, по който взаимодействате с тях, ускорява тяхното разбиране и изучаване. Периодичната таблица трябва да бъде приятен за окото инструмент, лесен за изследване, а най-ефективният метод за познаване на неговите химични елементи е преминаването през нея от периоди в групи.

Значение на периодичната таблица

Днес периодичната таблица е най-важният организиращ инструмент в химията поради детайлните връзки на нейните елементи. Използването му е от съществено значение както за студенти и преподаватели, така и за изследователи и много специалисти, посветени на отрасъла на химията и инженерството.

Само като разгледате 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, берилият е алкалоземен метал, а борът е неметал.

- Литият е най-добрият проводник на трите имена, следван от берилий и, накрая, бор (полупроводник).

По този начин, като се локализират тези елементи в периодичната таблица, тяхната склонност към електрическа проводимост може да бъде незабавно заключена.

Препратки

1. Scerri, E. (2007). Периодичната таблица: нейната история и нейното значение. Оксфорд Ню Йорк: Oxford University Press.
2. Scerri, E. (2011). Периодичната таблица: много кратко въведение. Оксфорд Ню Йорк: Oxford University Press.
3. Moore, J. (2003). Химия за манекени. Ню Йорк, Ню Йорк: Wiley Pub.
4. Venable, FP. (1896). Развитието на периодичния закон. Истън, Пенсилвания: Химическа издателска компания.
5. Бал, П. (2002). Съставките: екскурзоводско обслужване на елементите. Оксфорд Ню Йорк: Oxford University Press.
6. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
7. Кралско химическо дружество. (2018). Периодичната таблица. Възстановено от: rsc.org
8. Ричард К. Бенкс. (Януари 2001 г.). Периодичната таблица. Възстановена от: chemistry.boisestate.edu
9. Физика 2000. (второ). Произходът на периодичната таблица. Възстановено от: physics.bk.psu.edu
10. King K. & Nazarewicz W. (7 юни 2018 г.). Има ли край на периодичната таблица? Възстановено от: msutoday.msu.edu
11. Д-р Дъг Стюарт. (2018). Периодичната таблица. Възстановено от: chemicool.com
12. Мендес А. (16 април 2010 г.). Периодичната таблица на Менделеев. Възстановено от: quimica.laguia2000.com