Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева и её значение для естествознания

Периодическая система Дмитрия  Ивановича Менделеева и её значение для  естествознания

 

Введение

 

Открытие Д.И.Менделеевым закономерностей  в строении материи оказалась  очень важной вехой в развитии мировой науки и мысли. Гипотеза о том, что все вещества во Вселенной состоят лишь из нескольких десятков химических элементов в 19 веке казалась совершенно невероятной, но она была доказана «Периодической системой элементов» Менделеева.

 

Открытие периодического закона и разработка периодической  системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX веке. Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок.

Периодическая система элементов

 

Д. И. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон.

Свойства простых  тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся  в периодической зависимости  от величины атомных весов элементов.

               Весь ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, Менделеев разбил на периоды, внутри которых свойства элементов изменяются последовательно, разместив периоды так, чтобы выделить сходные элементы.

Однако, несмотря на огромную значимость такого вывода, периодический закон и система Менделеева представляли лишь гениальное обобщение фактов, а их физический смысл долгое время оставался непонятным. Лишь в результате развития физики XX века — открытия электрона, радиоактивности, разработки теории строения атома — молодой, талантливый английский физик Г. Мозле установил, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу. Этим открытием Мозле подтвердил гениальную догадку Менделеева, который в трех местах периодической таблицы отошел от возрастающей последовательности атомных весов.

              Так, при ее составлении Менделеев  поставил ₂₇Со перед ₂₈Ni, ₅₂Ti перед ₅ J, ₁₈Аг перед ₁₉К, несмотря на то, что это противоречило формулировке периодического закона, то есть расположению элементов в порядке увеличения их атомных весов.

               Согласно закону Мозле заряды  ядер данных элементов соответствовали положению их в таблице.

 

В связи с открытием  закона Мозле современная формулировка периодического закона следующая: 

свойство элементов, а так же формы и свойства их соединений находятся  в периодической зависимости  от заряда ядра их атомов.

               Итак, главной характеристикой атома  является не атомная масса,  а величина положительного заряда ядра. Это более общая точная характеристика атома, а значит, и элемента. От величины положительного заряда ядра атома зависят все свойства Элемента и его положение в периодической системе. Таким образом, порядковый номер химического элемента численно совпадает с зарядом ядра его атома. Периодическая система элементов является графическим изображением периодического закона и отражает строение атомов элементов..

 

 В каждом  периоде с возрастанием порядкового  номера элементов металлические  свойства постепенно ослабевают и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом.

                В свете учения о строении  атома становится понятным разделение  всех элементов на семь периодов, сделанное Д. И. Менделеевым.  Номер периода соответствует  числу энергетических уровней атома, то есть положение элементов в периодической системе обусловлено строением их атомов. В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами, все элементы делят на четыре типа.

1.     s-элементы. Заполняется s-подуровень внешнего уровня (s¹ — s²). Сюда относятся первые два элемента каждого периода.

 

2.     р-элементы. Заполняется  р-подуровень внешнего уровня (р¹ -- p⁶)- Сюда относятся последние шесть элементов каждого периода, начиная со второго.

 

3.    d-элементы. Заполняется d-подуровень последнего уровня (d1 — d¹⁰), а на последнем (внешнем) уровне остается 1 или 2 электрона. К ним относятся элементы вставных декад (10) больших периодов, начиная с 4-го, расположенные между s- и p-элементами (их также называют переходными элементами).

                                        

4.  f-элементы. Заполняется f-подуровень глубинного (треть его снаружи) уровня (f¹ —f¹⁴), а строение внешнего электронного уровня остается неизменным. Это лантаноиды и актиноиды, находящиеся в шестом и седьмом периодах.

               Таким образом, число элементов в периодах (2-8-18-32) соответствует максимально возможному числу электронов на соответствующих энергетических уровнях: на первом — два, на втором — восемь, на третьем — восемнадцать, а на четвертом — тридцать два электрона. Деление групп на подгруппы (главную и побочную) основано на различии в заполнении электронами энергетических уровней.

 

 

по мере возрастания  заряда ядра атомов химических элементов периодически изменяется строение их электронных оболочек, что является причиной периодического изменения их свойств.

 

Структура периодической Системы Д. И. Менделеева.

 

Периодическая система  Д. И. Менделеева подразделяется на семь периодов – горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера, и восемь групп – последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сходными химическими свойствами.

               Первые три периода называются малыми, остальные – большими. Первый период включает два элемента, второй и третий периоды – по восемь, четвёртый и пятый – по восемнадцать, шестой – тридцать два, седьмой (незавершённый) – двадцать один элемент.

               Каждый период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом.

Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.

Малые периоды состоят  из одного ряда, большие – из двух рядов: чётного (верхнего) и нечётного (нижнего). В чётных рядах больших  периодов расположены металлы, и свойства элементов слева направо изменяются слабо. В нечётных рядах больших периодов свойства элементов изменяются слева направо, как у элементов 2 и 3 периодов.

                 В периодической системе для  каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и его относительная атомная масса. Координатами положения элемента в системе является номер периода и номер группы.

Элементы с порядковыми  номерами 58-71, именуемыми лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 - актиноиды – помещаются отдельно внизу таблицы.

              Группы элементов, обозначаемые  римскими цифрами, делятся на  главные и побочные подгруппы.  Главные подгруппы содержат 5 элементов  (или более). В побочные подгруппы  входят элементы периодов, начиная с четвёртого.

Химические свойства элементов обуславливаются строением  их атома, а точнее строением электронной  оболочки атомов.    Сопоставление  строения электронных оболочек с  положением элементов в периодической  системе позволяет установить ряд важных закономерностей:

 

1. Номер периода равен  общему числу энергетических  уровней, заполняемых электронами,  у атомов данного элемента.

 

2.   В малых периодах и  нечётных рядах больших периодов  с ростом положительного заряда  ядер возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне. С этим связано ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов слева направо.

               Номер группы, указывает число  электронов, которые могут участвовать  в образовании химических связей (валентных электронов).

В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов элементов усиливаются  их металлические и ослабляются  неметаллические свойства.

 

 

Заключение

 

 

Периодическая система Дмитрия  Ивановича Менделеева имела громадное  значение для естествознания и всей науки в целом. Она доказала, что человек способен проникнуть в тайны молекулярной структуры материи, а впоследствии – и в строении атомов. Благодаря успехам теоретической химии была совершена целая революция в промышленности, создано огромное количество новых материалов. Была наконец найдена взаимосвязь неорганической и органической химии – и в первой и во второй были обнаружены одни и те же химические элементы.