Периодическая таблица Менделеева - как правильно пользоваться и читать

Область применения данной классификации – не только химия или иные точные и естественные науки. Полезна она будет и простому обывателю для тренировки памяти или приспособлению к большим и сложным формулировкам и документам. С должным усердием и прилежанием в изучении таблицы, она станет легко понимаемым справочным материалом.

Периодическая таблица Менделеева

До Дмитрия Ивановича собрать элементы в один список пытались многие умы Европы. С начала XIX века они предприняли множество попыток сопоставления веществ. 

В 1869 г. свой первый план представляет и Менделеев, через 2 года – завершает доработку и издает последний вариант таблицы.

Основная идея группировки – периодичность. Расположив элементы в порядке увеличения атомной массы, он заметил, что время от времени их свойства повторяются. 

Ко 2-й половине XIX века миру было известно намного меньше веществ, чем сегодня, так что химик оставил пустые места в своей таблице, предполагая открытие новых элементов, и даже сумел заранее определить свойства открытых впоследствии галлия Ga 31 и германия Ge 32.

С каждым последующим номером элемента возрастает его атомная масса, заряд ядра, уровень электронов (количество элементов и их связей), показатели активности повторяются в зависимости от периода.

Формулировка периодического закона химических элементов

Русский ученый составлял наброски таблицы около 20 лет, пытаясь подобрать верную закономерность в их размещении. Отметив концепцию цикличности, он превратил её в периодический закон, изложив свое понимание правила:

«Свойства элементов, как и формируемых ими простых и сложных веществ, предполагают периодическую зависимость от их атомного веса».

Развитие науки в течение 20-го столетия несколько видоизменило закон: на смену термину «атомный вес» пришел «заряд ядра атома», вместо «простых и сложных веществ» - «веществ и соединений», к элементам добавилось определение «химическим».

Как читать таблицу Дмитрия Ивановича Менделеева

Ячейки химической базы данных разбиты в группы последовательностей по горизонтали и вертикали. Элементы имеют краткое обозначение из 1-3 букв (для формул и вычислений).

Группы

Представлены в виде столбцов таблицы. В системе старого образца их 8.

В настоящий же момент выделено 18.

Распределяют элементы в группы по однотипности: по строению атома они подобны друг другу. Также у представителей одного столбца схожая формула высшего оксида.

Традиционные типы столбцов делятся на подкатегории: А (с яркими признаками группы) и В (переходные металлы). Принадлежность зависит от положения символа (слева для A или справа для B):

Периоды

Горизонтальные цепочки в таблице, в которых элементы расположены по росту порядкового номера. В линии слева направо увеличиваются заряды ядра атомов.

Периодов всего 7:

• 1-й период содержит лишь гелий He² и водород H¹;

• 2 и 3 содержат по 8 компонентов;

• 4-й и 5-й содержат 18 единиц каждый;

• 6-й период вмещает 32 элемента;

• 7-й хранит 31 единицу и продолжает дополняться.

Физический смысл порядкового номера

Порядковый номер химического элемента также показывает, сколько в составе ядра атома протонов и сколько электронов вращается вокруг него.

Свойства таблицы Менделеева

Химические элементы оцениваются по множеству параметров. Один из основных – окислительно-восстановительные свойства. 

С убыванием в периоде и возрастанием в группе (стремление к левому нижнему углу) проявляются металлические характеристики, обратное направление в правый верхний угол увеличивает окислительные неметаллические качества.

Элементы таблицы Менделеева

Объекты в периодической системе делятся между двумя «полюсами полярности» - металлами и неметаллами. Первая категория также делится на подсистемы: легкие, переходные, щелочные и иные типы.

Также есть класс «металлоподобных» полупроводников с неопределенным статусом. Отдельно располагаются благородные газы, не подверженные реакциям.

Часть элементов с номером более 100 открыта сравнительно недавно, их принадлежность к каким-либо группам только предположительна.

Щелочные и щелочноземельные элементы

Представители 1 (IA) и 2 (IIA) групп таблицы Менделеева - металлы со слабой устойчивостью и высокой степенью растворимости:

Щелочные металлы имеют серебристый отблеск, хорошо разламываются и режутся. Из всех размещенных в таблице металлов активнее других вступают в реакцию с молекулами других веществ, отдавая единственный свободный электрон. При контакте с водой создают гидроксиды – щелочи:

2Na + 2H₂0 = 2NaOH + H₂

Щелочноземельные металлы более твердые и тугоплавкие, с бледно-серым оттенком. В их список входят:

Большая часть из них способна создавать щелочь, но не так легко расстается с двумя незанятыми электронами. Другие металлы они замещают, но перед щелочными бессильны и вытесняются ими из молекул.

Лантаноиды и актиноиды

Прежде получили название редкоземельных металлов из-за малого количества месторождений и трудностей в выводе чистого металла из соединений. Им соответствует 3 (III B) группа, хотя это иногда оспаривается.

В рамках семейства лантаноиды («скрытые») имеют схожую форму атома и внешние признаки, но различаются свойствами. Поодиночке почти не встречаются.

Актиноиды, помимо общих черт, радиоактивны. В природе, кроме, урана U 92, почти не встречаются, создаются искусственно.

Для удобства обе группы элементов выведены в 2 строки под общей таблицей.

Галогены и благородные газы

17 (VII A) группа состоит из галогенов:

В противоположность щелочам, эти неметаллы – самые сильные окислители, активно принимающие 8-й электрон к имеющимся семи для заполнения внешней оболочки.

Самый реактивный – фтор F 9 (способен разрушать молекулы воды):

2F₂ + 2H₂O = 4HF + O₂

3F₂ + 3H₂O = OF₂ + 4HF + H₂O₂

С ростом периода свойства элементов слабеют.

Все галогены токсичны, опасны для жизни, поражают дыхательные пути.

В последней, VIII A или 18 группе, находятся инертные газы:

Их внешний уровень электронов равен 8 (полностью заполнен), отчего они не способны вступать в реакцию с другими атомами. Крайне редко создают непрочные молекулы, распадающиеся при нагревании.

Переходные металлы

Представлены всеми подгруппами в традиционной системе или занимают с 3 по 12 столбцы в современных таблицах. Большинство обладает металлическим блеском, по цвету и состоянию различаются (большинство – твердые, но есть исключения, например, жидкая ртуть).

Могут отдавать разное количество электронов с нескольких оболочек для создания вещества (например, титан Ti 22 и железо Fe 26 способны отдавать от 2 до 4, медь Cu 29 – от 1 до 2, цинк Zn 30 – только 2, золото Au 79 и серебро Ag 47 практически не вступают в реакцию).

Металлоиды

Располагаются на стыке посреди легких металлов и неметаллов, в диагонали с 13 по 17 группах. В своем большинстве – полупроводники (хуже металлов проводят электрический ток). 

Часть из них – металлы внешне, неметаллы по активности, часть – наоборот. Бор B 5, к примеру, является неметаллом с полупроводниковыми качествами.

Постпереходные металлы

Они же «легкие». От переходных аналогов отличаются меньшей твердостью и весом. Имеют иные температуры плавления и кипения. Для соединений отдают электроны только с внешней оболочки. Превосходят полуметаллы по восстановительности. Легкий металл выглядит как вещество с матовым оттенком вместо блеска.

Размещаются после переходных металлов под полупроводниками (в 13-17 столбцах или IIIA – VIIA). Алюминий Al 13 носит неопределенный статус (иногда причисляется к металлоидам).

Неметаллы

Располагаются в правом верхнем углу между полуметаллами и инертными газами (начала 13-17 групп). Имеют больше электронов на внешней оболочке, стремятся присоединить к себе еще больше (в противоположность металлам), чтобы набрать полный уровень электронов.

Могут находиться:

• в виде газа (кислород O 8, азот N 7);

• жидкости (бром Br 35);

• в твердом (углерод C 6, кремний Si 14) состоянии.

Интересное положение занимает водород H 1. Его причисляют то к 1, то к 17 группе: он, будучи неметаллом, может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства.

Значение для мировой науки

В начале восьмидесятых годов из Германии поступали сообщения о новых, искусственно созданных химических веществах. К 1996 году полдюжины новых элементов были созданы в институте по исследованию тяжёлых ионов в немецком городе Дармштадте.

Эксперименты были сложными и дорогими. Образцы неделями бомбардировали ионами. Для непосвященного выход нового элемента кажется крайне низким. Таблица постоянно расширяется. Последний элемент теннессин открыт в 2010 году, а всего открыто 118 частиц.

Значение таблицы Д. Менделеева для мировой науки:

• она явилась наиболее важным этапом в развитии атомно-молекулярного учения;
• с её помощью стало возможным предсказание ранее неизвестных химических элементов;
• частицы, обнаруженные позже, точно стали на свободные места таблицы, предсказанные Менделеевым;
• таблица помогла составить понятие о химическом элементе в современном понимании;
• таблица дала возможность систематизировать типы атомов, для вновь созданных разделов физики (атомной физики и физики ядра).

Вначале периодическую систему пополняли новыми частицами химики, а сейчас эту задачу выполняют физики. Периодическая система элементов, созданная Дмитрием Менделеевым больше века назад, оказалось настолько универсальной, что каждое новое открытие только подтверждает ее верность.

Заключение

При детальном рассмотрении таблица Менделеева уже не кажется столь огромной. Главные моменты в пользовании – отследить группу и период элемента, после чего будет несложно определить его свойства и показатели.

Различные картинки в 8 или 18 столбцов не будут поводом для замешательства: семейства и категории выделяются разными цветами (полуметаллы – двухцветные). Ученики найдут решение задач, а любители головоломок получат новый способ тренировки мышления. Ячейка с нужными обозначениями найдется без особых препятствий.