V prvi polovici 19. stoletja so bili različni poskusi sistematizacije elementov in združevanja kovin v periodnem sistemu. V tem zgodovinskem obdobju se je pojavila taka raziskovalna metoda, kot je kemična analiza.
Iz zgodovine odkritja periodnega sistema elementov
S podobno tehniko za določanje specifičnih kemijskih lastnosti so znanstveniki tistega časa poskušali združiti elemente v skupine, pri čemer so jih vodile njihove kvantitativne značilnosti, pa tudi atomska teža.
Uporaba atomske teže
Torej je I. V. Dubereiner leta 1817 ugotovil, da ima stroncij atomsko maso, podobno atomski masi barija in kalcija. Uspelo mu je tudi ugotoviti, da je med lastnostmi barija, stroncija in kalcija precej skupnega. Na podlagi teh opažanj je slavni kemik sestavil tako imenovano triado elementov. Druge snovi so bile združene v podobne skupine:
- žveplo, selen, telur;
- klor, brom, jod;
- litij, natrij, kalij.
Razvrstitev po kemijskih lastnostih
L. Gmelin je leta 1843 predlagal mizo, v kateri je razporedil podobnoelemente v strogem vrstnem redu glede na njihove kemijske lastnosti. Dušik, vodik, kisik je imel za glavne elemente, ta kemik jih je postavil izven svoje mize.
Pod kisik je postavil tetrade (po 4 znake) in pentade (vsaka po 5 znakov) elementov. Kovine v periodnem sistemu so bile postavljene po Berzeliusovi terminologiji. Kot je zamislil Gmelin, so bili vsi elementi določeni z zmanjševanjem lastnosti elektronegativnosti znotraj vsake podskupine periodnega sistema.
Združi elemente navpično
Alexander Emile de Chancourtois je leta 1863 vse elemente postavil v naraščajočih atomskih uteži na valj in ga razdelil na več navpičnih črt. Zaradi te delitve se elementi s podobnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi nahajajo na navpičnicah.
Zakon oktav
D. Newlands je leta 1864 odkril precej zanimiv vzorec. Ko so kemični elementi razporejeni v naraščajočem vrstnem redu glede na njihovo atomsko maso, je vsak osmi element podoben prvemu. Newlands je podobno dejstvo imenoval zakon oktav (osem not).
Njegov periodični sistem je bil zelo poljuben, zato so idejo opazovalnega znanstvenika poimenovali "oktavna" različica, ki jo je povezovala z glasbo. Prav različica Newlands je bila najbližja sodobni strukturi PS. Toda po omenjenem zakonu oktav je le 17 elementov ohranilo svoje periodične lastnosti, medtem ko ostali znaki niso kazali takšne pravilnosti.
Odling mize
U. Odling je predstavil več variant tabel elementov hkrati. V prvirazličico, ustvarjeno leta 1857, je predlagal, da bi jih razdelili v 9 skupin. Leta 1861 je kemik naredil nekaj prilagoditev prvotne različice tabele in združil znake s podobnimi kemičnimi lastnostmi.
Različica Odlingove tabele, predlagana leta 1868, je predpostavljala razporeditev 45 elementov v naraščajočih atomskih utežh. Mimogrede, prav ta tabela je kasneje postala prototip periodičnega sistema D. I. Mendelejeva.
Valentna delitev
L. Meyer je leta 1864 predlagal tabelo, ki je vključevala 44 elementov. Postavljeni so bili v 6 stolpcev, glede na valenco vodika. Miza je imela dva dela hkrati. Glavna je združevala šest skupin, vključevala je 28 znakov v naraščajočih atomskih utežh. V njegovi strukturi so bile pentade in tetrade vidne iz znakov, podobnih kemičnim lastnostim. Meyer je preostale elemente postavil v drugo tabelo.
Prispevek D. I. Mendelejeva k ustvarjanju tabele elementov
Sodobni periodični sistem elementov D. I. Mendelejeva se je pojavil na podlagi Mayerjevih tabel, sestavljenih leta 1869. V drugi različici je Mayer znake razporedil v 16 skupin, elemente postavil v pentade in tetrade, pri čemer je upošteval znane kemijske lastnosti. In namesto valence je za skupine uporabil preprosto številčenje. V njej ni bilo bora, torija, vodika, niobija, urana.
Struktura periodičnega sistema v obliki, ki je predstavljena v sodobnih izdajah, se ni pojavila takoj. Lahko se razlikujetri glavne stopnje, v katerih je bil ustvarjen periodični sistem:
- Prva različica tabele je bila predstavljena na gradnikih. Izsledili smo periodično naravo razmerja med lastnostmi elementov in vrednostmi njihove atomske teže. Mendelejev je predlagal to različico klasifikacije znakov v letih 1868-1869
- Znanstvenik opusti prvotni sistem, saj ni odražal meril, po katerih bi elementi spadali v določen stolpec. Predlaga postavitev znakov glede na podobnost kemičnih lastnosti (februar 1869)
- Leta 1870 je Dmitrij Mendeljejev znanstvenemu svetu predstavil sodobni periodični sistem elementov.
Različica ruskega kemika je upoštevala tako položaj kovin v periodnem sistemu kot lastnosti nekovin. V letih, ki so minila od prve izdaje Mendelejevega briljantnega izuma, tabela ni doživela večjih sprememb. In na tistih mestih, ki so ostala prazna v času Dmitrija Ivanoviča, so se pojavili novi elementi, odkriti po njegovi smrti.
Značilnosti periodične tabele
Zakaj velja, da je opisani sistem periodičen? To je posledica strukture tabele.
Skupaj vsebuje 8 skupin, vsaka pa ima dve podskupini: glavno (glavno) in sekundarno. Izkazalo se je, da je skupno 16 podskupin, ki se nahajajo navpično, torej od zgoraj navzdol.
Poleg tega ima tabela tudi vodoravne vrstice, imenovane pike. Imajo tudi svojedodatna delitev na male in velike. Značilnost periodičnega sistema pomeni upoštevanje lokacije elementa: njegove skupine, podskupine in obdobja.
Kako se lastnosti spreminjajo v glavnih podskupinah
Vse glavne podskupine v periodnem sistemu se začnejo z elementi drugega obdobja. Za znake, ki pripadajo isti glavni podskupini, je število zunanjih elektronov enako, vendar se razdalja med zadnjimi elektroni in pozitivnim jedrom razlikuje.
Poleg tega se v njih od zgoraj pojavi povečanje atomske teže (relativne atomske mase) elementa. Prav ta kazalnik je odločilni dejavnik pri prepoznavanju vzorcev sprememb lastnosti znotraj glavnih podskupin.
Ker se polmer (razdalja med pozitivnim jedrom in zunanjimi negativnimi elektroni) v glavni podskupini poveča, se nekovinske lastnosti (zmožnost sprejemanja elektronov med kemičnimi transformacijami) zmanjšajo. Kar se tiče spremembe kovinskih lastnosti (darovanje elektronov drugim atomom), se bo povečala.
Z uporabo periodičnega sistema lahko primerjate lastnosti različnih predstavnikov iste glavne podskupine. V času, ko je Mendelejev ustvaril periodični sistem, še ni bilo informacij o strukturi snovi. Presenetljivo je dejstvo, da je potem, ko se je pojavila teorija strukture atoma, študirala v izobraževalnih šolah in specializiranih kemijskih univerzah, in da je trenutno potrdila Mendelejevovo hipotezo in ni ovrgla njegovih domnev o razporeditvi atomov znotraj tabele.
Elektronegativnost vglavne podskupine se zmanjšajo na dno, to pomeni, nižje kot se element nahaja v skupini, manjša bo njegova sposobnost vezanja atomov.
Spreminjanje lastnosti atomov v stranskih podskupinah
Ker je Mendelejev sistem periodičen, se spremembe lastnosti v takih podskupinah dogajajo v obratnem vrstnem redu. Takšne podskupine vključujejo elemente iz obdobja 4 (predstavniki d in f družin). Na dno v teh podskupinah se kovinske lastnosti zmanjšajo, vendar je število zunanjih elektronov enako za vse predstavnike ene podskupine.
Značilnosti strukture obdobij v PS
Vsako novo obdobje, razen prvega, se v tabeli ruskega kemika začne z aktivno alkalijsko kovino. Naslednje so amfoterne kovine, ki kažejo dvojne lastnosti pri kemičnih transformacijah. Nato obstaja več elementov z nekovinskimi lastnostmi. Obdobje se konča z inertnim plinom (nekovinski, praktičen, ne kaže kemične aktivnosti).
Glede na to, da je sistem periodičen, pride do spremembe dejavnosti v obdobjih. Od leve proti desni se bo zmanjšala redukcijska aktivnost (kovinske lastnosti), oksidacijska aktivnost (nekovinske lastnosti) pa se bo povečala. Tako so najsvetlejše kovine v obdobju na levi, nekovine pa na desni.
V velikih obdobjih, sestavljenih iz dveh vrstic (4-7), se pojavi tudi periodični znak, vendar je zaradi prisotnosti predstavnikov družine d ali f v vrsti veliko več kovinskih elementov.
Imena glavnih podskupin
Del skupin elementov, prisotnih v periodnem sistemu, je dobil svoja imena. Predstavniki prve skupine A podskupine se imenujejo alkalijske kovine. Kovine imajo to ime po svoji aktivnosti z vodo, ki povzroči nastanek jedkih alkalij.
Druga skupina A podskupina se šteje za zemeljskoalkalijske kovine. Pri interakciji z vodo takšne kovine tvorijo okside, nekoč so jih imenovali zemlje. Od takrat je bilo podobno ime dodeljeno tudi predstavnikom te podskupine.
Nekovine kisikove podskupine imenujemo halkogeni, predstavniki skupine 7 A pa halogeni. 8 Podskupina se imenuje inertni plini zaradi minimalne kemične aktivnosti.
PS v šolskem tečaju
Za šolarje je običajno na voljo različica periodnega sistema, v kateri so poleg skupin, podskupin, obdobij navedene tudi formule višje hlapnih spojin in višjih oksidov. Takšen trik omogoča študentom, da razvijejo veščine sestavljanja višjih oksidov. Dovolj je, da namesto elementa zamenjamo znak predstavnika podskupine, da dobimo končni najvišji oksid.
Če natančno pogledate splošni videz hlapnih vodikovih spojin, lahko vidite, da so značilne le za nekovine. V skupinah 1-3 so črtice, saj so kovine tipični predstavniki teh skupin.
Poleg tega v nekaterih šolskih učbenikih za kemijo vsak znak označuje porazdelitev elektronov vzdolžravni energije. Te informacije v obdobju Mendelejevega dela niso obstajale, podobna znanstvena dejstva so se pojavila veliko pozneje.
Ogledate si lahko tudi formulo zunanje elektronske ravni, po kateri je enostavno uganiti, kateri družini pripada ta element. Takšni nasveti so na izpitih nesprejemljivi, zato maturantom 9. in 11. razreda, ki se odločijo za izkazovanje kemijskega znanja na OGE ali enotnem državnem izpitu, dobijo klasične črno-bele različice periodnih tabel, ki ne vsebujejo dodatnih informacij o zgradba atoma, formule višjih oksidov, sestava hlapnih vodikovih spojin.
Takšna odločitev je povsem logična in razumljiva, saj za tiste šolarje, ki so se odločili slediti stopinjam Mendelejeva in Lomonosova, ne bo težko uporabiti klasične različice sistema, preprosto ne potrebujejo navodil.
Prednostni zakon in sistem D. I. Mendelejeva sta odigrala najpomembnejšo vlogo pri nadaljnjem razvoju atomske in molekularne teorije. Po ustvarjanju sistema so znanstveniki začeli posvečati več pozornosti preučevanju sestave elementa. Tabela je pomagala razjasniti nekaj informacij o preprostih snoveh, pa tudi o naravi in lastnostih elementov, ki jih tvorijo.
Mendelejev je sam domneval, da bodo kmalu odkriti novi elementi, in predvidel položaj kovin v periodnem sistemu. Po pojavu slednjega se je začelo novo obdobje v kemiji. Poleg tega je bil resen začetek oblikovanja številnih sorodnih znanosti, ki so povezane s strukturo atoma intransformacije elementov.
