19. sajandi esimesel poolel tehti erinevaid katseid süstematiseerida elemente ja kombineerida metalle perioodilisussüsteemis. Just sel ajalooperioodil tekkis selline uurimismeetod nagu keemiline analüüs.
Elementide perioodilise tabeli avastamise ajaloost
Kasutades sarnast tehnikat spetsiifiliste keemiliste omaduste määramiseks, püüdsid tolleaegsed teadlased elemente rühmadesse kombineerida, lähtudes nende kvantitatiivsetest omadustest ja aatommassist.
Aatommassi kasutamine
Nii tegi I. V. Dubereiner 1817. aastal kindlaks, et strontsiumi aatommass on sarnane baariumi ja k altsiumi aatommassiga. Samuti õnnestus tal välja selgitada, et baariumi, strontsiumi ja k altsiumi omaduste vahel on üsna palju ühist. Nende tähelepanekute põhjal koostas kuulus keemik nn elementide triaadi. Teised ained ühendati sarnastesse rühmadesse:
- väävel, seleen, telluur;
- kloor, broom, jood;
- liitium, naatrium, kaalium.
Keemiliste omaduste järgi klassifikatsioon
L. Gmelin pakkus 1843. aastal välja tabeli, milles ta korraldas sarnasedelemendid ranges järjekorras vastav alt nende keemilistele omadustele. Lämmastikku, vesinikku ja hapnikku pidas ta põhielementideks, see keemik paigutas need oma lauast väljapoole.
Hapniku alla asetas ta elementide tetrad (igaüks 4 märki) ja pentad (igaüks 5 märki). Perioodilise süsteemi metallid paigutati Berzeliuse terminoloogia järgi. Gmelini idee kohaselt määrati kõik elemendid elektronegatiivsuse omaduste vähendamise teel perioodilise süsteemi igas alamrühmas.
Liida elemendid vertikaalselt
Alexander Emile de Chancourtois pani 1863. aastal kõik elemendid kasvavate aatomkaaludega silindrile, jagades selle mitmeks vertikaalseks triibuks. Selle jaotuse tulemusena paiknevad vertikaalidel sarnaste füüsikaliste ja keemiliste omadustega elemendid.
oktaavide seadus
D. Newlands avastas 1864. aastal üsna huvitava mustri. Kui keemilised elemendid on järjestatud nende aatommassi järgi kasvavas järjekorras, on iga kaheksas element sarnasusi esimesega. Newlands nimetas sarnast fakti oktaavide (kaheksa noodi) seaduseks.
Tema perioodiline süsteem oli väga meelevaldne, seetõttu nimetati tähelepaneliku teadlase ideed "oktaavi" versiooniks, seostades seda muusikaga. Just Newlandsi versioon oli tänapäevasele PS-struktuurile kõige lähemal. Kuid nimetatud oktaaviseaduse kohaselt säilitasid ainult 17 elementi oma perioodilised omadused, samas kui ülejäänud märgid sellist regulaarsust ei näidanud.
Vastumiste tabelid
U. Odling esitas korraga mitu elementide tabeli varianti. Esimesel1857. aastal loodud versioonis tegi ta ettepaneku jagada need 9 rühma. 1861. aastal muutis keemik tabeli algset versiooni, rühmitades sarnaste keemiliste omadustega märgid.
Odlingi tabeli variant, mis pakuti välja 1868. aastal, eeldas 45 elemendi paigutust kasvavas aatommassis. Muide, just see tabel sai hiljem D. I. Mendelejevi perioodilise süsteemi prototüübiks.
Valency Division
L. Meyer pakkus 1864. aastal välja tabeli, mis sisaldas 44 elementi. Need paigutati vesiniku valentsi järgi 6 kolonni. Laual oli korraga kaks osa. Peamine ühendas kuut rühma, mis sisaldas 28 kasvavat aatomkaalu märki. Selle struktuuris nähti keemiliste omadustega sarnastest märkidest pentade ja tetrade. Meyer paigutas ülejäänud elemendid teise tabelisse.
D. I. Mendelejevi panus elementide tabeli loomisse
D. I. Mendelejevi kaasaegne perioodiline elementide süsteem tekkis Mayeri 1869. aastal koostatud tabelite põhjal. Teises versioonis paigutas Mayer märgid 16 rühma, paigutas elemendid teadaolevaid keemilisi omadusi arvesse võttes pentaadidesse ja tetraadidesse. Ja valentsi asemel kasutas ta rühmade jaoks lihtsat numeratsiooni. Selles ei olnud boori, tooriumi, vesinikku, nioobiumi ega uraani.
Perioodilise süsteemi struktuur tänapäevastes väljaannetes esitatud kujul ei ilmnenud kohe. Saab eristadakolm peamist etappi, mille jooksul perioodiline süsteem loodi:
- Tabeli esimene versioon esitati ehitusplokkidel. Jälgiti elementide omaduste ja nende aatommasside väärtuste vahelise seose perioodilisust. Mendelejev pakkus selle märkide klassifikatsiooni versiooni välja aastatel 1868-1869
- Teadlane loobub algsest süsteemist, kuna see ei kajastanud kriteeriume, mille alusel elemendid teatud veergu langevad. Ta teeb ettepaneku paigutada sildid vastav alt keemiliste omaduste sarnasusele (veebruar 1869)
- 1870. aastal tutvustas Dmitri Mendelejev teadusmaailmale kaasaegset perioodilist elementide süsteemi.
Vene keemiku versioon võttis arvesse nii metallide positsiooni perioodilisuse süsteemis kui ka mittemetallide omadusi. Mendelejevi hiilgava leiutise esimesest väljaandest möödunud aastate jooksul pole tabel suuri muudatusi läbi teinud. Ja nendesse kohtadesse, mis Dmitri Ivanovitši ajal tühjaks jäid, ilmusid uued elemendid, mis avastati pärast tema surma.
Periooditabeli omadused
Miks peetakse kirjeldatud süsteemi perioodiliseks? See on tingitud tabeli struktuurist.
Kokku sisaldab see 8 rühma ja igaühel on kaks alarühma: peamine (peamine) ja sekundaarne. Selgub, et alarühmi on kokku 16. Need asuvad vertikaalselt, st ül alt alla.
Pealegi on tabelis ka horisontaalsed read, mida nimetatakse punktideks. Neil on ka omatäiendav jaotus väikesteks ja suurteks. Perioodilise süsteemi omadus eeldab elemendi asukoha arvestamist: selle rühma, alamrühma ja perioodi.
Kuidas muutuvad omadused põhialarühmades
Kõik perioodilisuse tabeli peamised alarühmad algavad teise perioodi elementidega. Samasse põhialarühma kuuluvate märkide puhul on väliste elektronide arv sama, kuid viimaste elektronide ja positiivse tuuma vaheline kaugus on erinev.
Lisaks toimub neis ül altpoolt elemendi aatommassi (suhtelise aatommassi) suurenemine. Just see indikaator on määrav tegur omaduste muutuste mustrite tuvastamisel peamistes alarühmades.
Kuna põhialarühma raadius (positiivse tuuma ja väliste negatiivsete elektronide vaheline kaugus) suureneb, vähenevad mittemetallilised omadused (võime elektrone vastu võtta keemiliste transformatsioonide käigus). Mis puutub metalliliste omaduste muutumisse (elektronide loovutamine teistele aatomitele), siis see suureneb.
Perioodilise süsteemi abil saate võrrelda sama põhialarühma erinevate esindajate omadusi. Ajal, mil Mendelejev lõi perioodilise süsteemi, polnud veel teavet aine struktuuri kohta. Üllatav on asjaolu, et pärast aatomi ehituse teooria tekkimist, õppimist hariduskoolides ja keemia erialaülikoolides ja praegu kinnitas see Mendelejevi hüpoteesi ega lükanud ümber tema oletusi aatomite paigutuse kohta tabeli sees.
Elektronegatiivsus sissepõhialarühmad vähenevad põhja, st mida madalamal element rühmas asub, seda väiksem on selle võime aatomeid siduda.
Aatomite omaduste muutmine kõrvalalarühmades
Kuna Mendelejevi süsteem on perioodiline, toimub omaduste muutus sellistes alarühmades vastupidises järjekorras. Sellised alarühmad hõlmavad elemente alates perioodist 4 (d ja f perekonna esindajad). Nendes alarühmades vähenevad metallilised omadused, kuid väliselektronide arv on ühe alarühma kõigi esindajate jaoks sama.
Perioodide struktuuri tunnused PS-is
Iga uus periood, välja arvatud esimene, algab vene keemiku tabelis aktiivse leelismetalliga. Järgmised on amfoteersed metallid, millel on keemilistes muundumistes kahesugused omadused. Siis on mitu mittemetalliliste omadustega elementi. Periood lõpeb inertgaasiga (mittemetalliline, praktiline, ei näita keemilist aktiivsust).
Arvestades, et süsteem on perioodiline, toimub aktiivsus perioodide lõikes. Vasakult paremale redutseeriv aktiivsus (metallilised omadused) väheneb, oksüdeeriv aktiivsus (mittemetallilised omadused) suureneb. Seega on selle perioodi heledaimad metallid vasakul ja mittemetallid paremal.
Suurtel perioodidel, mis koosnevad kahest reast (4-7), ilmub ka perioodiline märk, kuid d või f perekonna esindajate olemasolu tõttu on reas palju rohkem metallilisi elemente.
Peamiste alarühmade nimed
Osa perioodilisuse tabeli elementide rühmadest on saanud oma nimed. Alarühma esimese rühma A esindajaid nimetatakse leelismetallideks. Metallid võlgnevad selle nime nende aktiivsusele veega, mille tulemusena moodustuvad söövitavad leelised.
Teist rühma A alarühma peetakse leelismuldmetallideks. Veega suheldes moodustavad sellised metallid oksiide, neid nimetati kunagi muldadeks. Sellest ajast alates omistati selle alagrupi esindajatele sarnane nimi.
Hapniku alarühma mittemetalle nimetatakse kalkogeenideks ja 7 A rühma esindajaid halogeenideks. 8 Alarühma nimetatakse inertgaasideks selle minimaalse keemilise aktiivsuse tõttu.
PS koolikursusel
Koolilastele pakutakse tavaliselt perioodilisuse tabeli varianti, milles lisaks rühmadele, alarühmadele, perioodidele on märgitud ka kõrgema lenduvate ühendite ja kõrgemate oksiidide valemid. Selline nipp võimaldab õpilastel arendada oskusi kõrgemate oksiidide koostamisel. Piisab, kui asendada elemendi asemel alarühma esindaja märk, et saada valmis kõrgeim oksiid.
Kui vaatate tähelepanelikult lenduvate vesinikuühendite üldist välimust, näete, et need on iseloomulikud ainult mittemetallidele. Rühmades 1–3 on kriipsud, kuna metallid on nende rühmade tüüpilised esindajad.
Lisaks näitab mõnes kooli keemiaõpikus iga märk elektronide jaotumist möödaenergiatasemed. Seda teavet Mendelejevi töö ajal ei eksisteerinud, sarnased teaduslikud faktid ilmusid palju hiljem.
Näete ka välise elektroonilise nivoo valemit, mille järgi on lihtne ära arvata, millisesse perekonda see element kuulub. Sellised näpunäited on eksamisessioonidel vastuvõetamatud, seetõttu antakse 9. ja 11. klassi lõpetajatele, kes otsustavad näidata oma keemiaalaseid teadmisi OGE-l või ühtsel riigieksamil, perioodiliste tabelite klassikalised mustvalged versioonid, mis ei sisalda lisateavet aatomi struktuur, kõrgemate oksiidide valemid, lenduvate vesinikuühendite koostis.
Selline otsus on üsna loogiline ja arusaadav, sest nende kooliõpilaste jaoks, kes otsustasid Mendelejevi ja Lomonossovi jälgedes käia, ei ole süsteemi klassikalise versiooni kasutamine keeruline, nad lihts alt ei vaja viipasid.
Aatomi- ja molekulaarteooria edasiarendamisel mängis kõige olulisemat rolli perioodiline seadus ja D. I. Mendelejevi süsteem. Pärast süsteemi loomist hakkasid teadlased rohkem tähelepanu pöörama elemendi koostise uurimisele. Tabel aitas selgitada teavet lihtsate ainete ning nendest moodustatavate elementide olemuse ja omaduste kohta.
Mendelejev ise eeldas, et peagi avastatakse uusi elemente, ja nägi ette metallide positsiooni perioodilisuse süsteemis. Just pärast viimase ilmumist algas keemias uus ajastu. Lisaks anti tõsine algus paljude seotud teaduste kujunemisele, mis on seotud aatomi ehituse jaelementide teisendused.
