במחצית הראשונה של המאה ה-19, היו ניסיונות שונים לבצע שיטתיות של היסודות ולשלב מתכות במערכת המחזורית. בתקופה היסטורית זו נוצרה שיטת מחקר כמו ניתוח כימי.
מתולדות גילוי הטבלה המחזורית של היסודות
באמצעות טכניקה דומה לקביעת תכונות כימיות ספציפיות, מדענים של אותה תקופה ניסו לשלב יסודות לקבוצות, בהנחיית המאפיינים הכמותיים שלהם, כמו גם המשקל האטומי.
שימוש במשקל אטומי
אז, I. V. Dubereiner בשנת 1817 קבע שלסטרונציום יש משקל אטומי דומה לזה של בריום וסידן. הוא גם הצליח לגלות שיש די הרבה מהמשותף בין התכונות של בריום, סטרונציום וסידן. בהתבסס על תצפיות אלה, הכימאי המפורסם הרכיב את מה שנקרא שלישיית היסודות. חומרים אחרים שולבו לקבוצות דומות:
- גופרית, סלניום, טלוריום;
- כלור, ברום, יוד;
- ליתיום, נתרן, אשלגן.
סיווג לפי תכונות כימיות
L. גמלין בשנת 1843 הציע טבלה שבה הוא סידר דומהיסודות בסדר קפדני לפי תכונותיהם הכימיות. חנקן, מימן, חמצן הוא החשיב את היסודות העיקריים, הכימאי הזה הניח אותם מחוץ לשולחן שלו.
תחת חמצן הוא הציב טטראדים (4 סימנים כל אחד) ומחומשים (5 סימנים כל אחד) של היסודות. המתכות במערכת המחזורית הוצבו לפי הטרמינולוגיה של ברזליוס. כפי שהגה גמלין, כל היסודות נקבעו על ידי הפחתת תכונות האלקטרושליליות בתוך כל תת-קבוצה של המערכת המחזורית.
מיזוג רכיבים אנכית
Alexander Emile de Chancourtois בשנת 1863 שם את כל היסודות במשקלים אטומיים עולים על גליל, וחילק אותו למספר פסים אנכיים. כתוצאה מחלוקה זו, יסודות בעלי תכונות פיזיקליות וכימיות דומות ממוקמים על האנכים.
חוק האוקטבות
D. ניולנדס גילה בשנת 1864 דפוס מעניין למדי. כאשר היסודות הכימיים מסודרים בסדר עולה של משקלם האטומי, כל יסוד שמיני מראה קווי דמיון עם הראשון. Newlands כינה עובדה דומה חוק האוקטבות (שמונה צלילים).
המערכת התקופתית שלו הייתה מאוד שרירותית, אז הרעיון של מדען שומר מצוות נקרא גרסת ה"אוקטבה", וקשר אותו למוזיקה. זו הייתה גרסת ניולנדס שהייתה הכי קרובה למבנה ה-PS המודרני. אך לפי חוק האוקטבות הנזכר, רק 17 יסודות שמרו על תכונותיהם המחזוריות, בעוד ששאר הסימנים לא הראו חוקיות כזו.
שולחנות אודלינג
U. אודלינג הציג כמה גרסאות של טבלאות של אלמנטים בבת אחת. בראשוןגרסה, שנוצרה ב-1857, הוא הציע לחלק אותם ל-9 קבוצות. בשנת 1861, הכימאי ביצע כמה התאמות לגרסה המקורית של הטבלה, תוך קיבוץ שלטים בעלי תכונות כימיות דומות.
גרסה של הטבלה של אודלינג, שהוצעה ב-1868, הניחה סידור של 45 יסודות במשקלים אטומיים עולים. אגב, הטבלה הזו היא שהפכה מאוחר יותר לאב הטיפוס של המערכת המחזורית של D. I. Mendeleev.
Valency division
L. מאיר בשנת 1864 הציע טבלה שכללה 44 אלמנטים. הם הוצבו ב-6 עמודות, לפי ערכיות המימן. לשולחן היו שני חלקים בבת אחת. העיקרית איחדה שש קבוצות, כללה 28 סימנים במשקלים אטומיים עולים. במבנה שלו נראו מחומשים וטטרדים מסימנים הדומים לתכונות כימיות. מאיר הציב את הרכיבים הנותרים בטבלה השנייה.
תרומתו של D. I. Mendeleev ליצירת טבלת היסודות
המערכת המחזורית המודרנית של יסודות D. I. Mendeleev הופיעה על בסיס הטבלאות של מאייר שנערכו ב-1869. בגרסה השנייה, מאייר סידר את הסימנים ל-16 קבוצות, מיקם את היסודות בחומשים ובטטראדים, תוך התחשבות בתכונות כימיות ידועות. ובמקום ערכיות, הוא השתמש במספור פשוט לקבוצות. לא היו בו בורון, תוריום, מימן, ניוביום, אורניום.
מבנה המערכת המחזורית בצורה המובאת במהדורות מודרניות לא הופיע מיד. ניתן להבחיןשלושה שלבים עיקריים במהלכם נוצרה המערכת המחזורית:
- הגרסה הראשונה של הטבלה הוצגה על אבני בניין. התחקה האופי התקופתי של הקשר בין תכונות היסודות לערכי המשקל האטומי שלהם. מנדלייב הציע גרסה זו של סיווג הסימנים בשנים 1868-1869
- המדען נוטש את המערכת המקורית, מכיוון שהיא לא שיקפה את הקריטריונים שלפיהם אלמנטים ייכנסו לעמוד מסוים. הוא מציע להציב שלטים על פי הדמיון של תכונות כימיות (פברואר 1869)
- בשנת 1870, דמיטרי מנדלייב הציג את המערכת התקופתית המודרנית של יסודות לעולם המדעי.
גרסת הכימאי הרוסי לקחה בחשבון הן את מיקומן של מתכות במערכת המחזורית והן את התכונות של לא-מתכות. במהלך השנים שחלפו מאז המהדורה הראשונה של ההמצאה המבריקה של מנדלייב, הטבלה לא עברה שינויים גדולים. ובאותם מקומות שנותרו ריקים בתקופת דמיטרי איבנוביץ', הופיעו יסודות חדשים, שהתגלו לאחר מותו.
תכונות של הטבלה המחזורית
מדוע נחשב שהמערכת המתוארת היא תקופתית? זה נובע ממבנה הטבלה.
בסך הכל, הוא מכיל 8 קבוצות, ולכל אחת יש שתי תת-קבוצות: הראשית (הראשית) והמשנית. מסתבר שיש 16 תתי קבוצות בסך הכל. הן ממוקמות אנכית, כלומר מלמעלה למטה.
חוץ מזה, בטבלה יש גם שורות אופקיות הנקראות נקודות. יש להם גם את שלהםחלוקה נוספת לקטן ולגדול. המאפיין של המערכת המחזורית מרמז על התחשבות במיקום היסוד: קבוצתו, תת-הקבוצה והתקופה.
איך מאפיינים משתנים בתתי הקבוצות הראשיות
כל תת-הקבוצות הראשיות בטבלה המחזורית מתחילות באלמנטים של התקופה השנייה. עבור סימנים השייכים לאותה תת-קבוצה ראשית, מספר האלקטרונים החיצוניים זהה, אך המרחק בין האלקטרונים האחרונים לגרעין החיובי משתנה.
בנוסף, מתרחשת בהם מלמעלה עלייה במשקל האטומי (מסה אטומית יחסית) של היסוד. אינדיקטור זה הוא הגורם הקובע בזיהוי דפוסי שינויים במאפיינים בתוך תת-הקבוצות הראשיות.
מאחר והרדיוס (המרחק בין הגרעין החיובי לאלקטרונים השליליים החיצוניים) בתת-הקבוצה הראשית גדל, יורדות התכונות הלא מתכתיות (היכולת לקבל אלקטרונים במהלך טרנספורמציות כימיות). באשר לשינוי בתכונות המתכתיות (תרומת אלקטרונים לאטומים אחרים), הוא יגדל.
באמצעות המערכת המחזורית, ניתן להשוות בין המאפיינים של נציגים שונים של אותה תת-קבוצה ראשית. בזמן שבו יצר מנדלייב את המערכת המחזורית, עדיין לא היה מידע על מבנה החומר. מפתיעה היא העובדה שלאחר שעלתה התיאוריה של מבנה האטום, למדה בבתי ספר חינוכיים ובאוניברסיטאות כימיות מיוחדות ובזמן הנוכחי, היא אישרה את השערתו של מנדלייב, ולא הפריכה את הנחותיו על סידור האטומים בתוך הטבלה.
אלקטרוניטיביות בתת-הקבוצות העיקריות יורדות לתחתית, כלומר, ככל שהיסוד ממוקם נמוך יותר בקבוצה, יכולתו לצרף אטומים תהיה פחותה.
שינוי המאפיינים של אטומים בתת-קבוצות צדדיות
מכיוון שהמערכת של מנדלייב היא תקופתית, השינוי במאפיינים בתת-קבוצות כאלה מתרחש בסדר הפוך. תת-קבוצות כאלה כוללות אלמנטים החל מתקופה 4 (נציגי משפחות d ו-f). לתחתית בתת-קבוצות אלו, התכונות המתכתיות יורדות, אך מספר האלקטרונים החיצוניים זהה עבור כל הנציגים של תת-קבוצה אחת.
תכונות של מבנה התקופות ב-PS
כל תקופה חדשה, למעט הראשונה, בטבלה של הכימאי הרוסי מתחילה במתכת אלקלית פעילה. הבאות הן המתכות האמפוטריות, המציגות תכונות כפולות בטרנספורמציות כימיות. אז יש כמה אלמנטים עם תכונות לא מתכתיות. התקופה מסתיימת בגז אינרטי (לא מתכתי, מעשי, לא מראה פעילות כימית).
בהתחשב בעובדה שהמערכת היא תקופתית, חל שינוי בפעילות בתקופות. משמאל לימין, הפחתת הפעילות (תכונות מתכתיות) תפחת, פעילות החמצון (תכונות לא מתכתיות) תגבר. לפיכך, המתכות הבהירות ביותר בתקופה הן משמאל, ולא מתכות מימין.
בתקופות גדולות, המורכבות משתי שורות (4-7), מופיע גם תו מחזורי, אך בשל נוכחותם של נציגים ממשפחת d או f, יש הרבה יותר יסודות מתכתיים בשורה.
שמות של תת-קבוצות ראשיות
חלק מקבוצות היסודות הקיימות בטבלה המחזורית קיבל שמות משלו. נציגי הקבוצה הראשונה של תת-הקבוצה נקראים מתכות אלקליות. מתכות חייבות את השם הזה לפעילותן עם מים, וכתוצאה מכך להיווצרות של אלקליות קאוסטיות.
הקבוצה השנייה תת-קבוצה נחשבת למתכות אדמה אלקליין. בעת אינטראקציה עם מים, מתכות כאלה יוצרות תחמוצות, פעם קראו להן כדור הארץ. מאותו זמן הוקצה שם דומה לנציגי תת-קבוצה זו.
ללא-מתכות של תת-קבוצת החמצן נקראות כלקוגנים, ונציגי קבוצת 7 A נקראים הלוגנים. 8 תת-קבוצה נקראת גזים אינרטיים בגלל הפעילות הכימית המינימלית שלה.
PS בקורס בית הספר
לתלמידי בית ספר מוצעת בדרך כלל גרסה של הטבלה המחזורית, שבה מצוינות, בנוסף לקבוצות, גם תת-קבוצות, תקופות, נוסחאות של תרכובות נדיפות גבוהות יותר ותחמוצות גבוהות יותר. טריק כזה מאפשר לתלמידים לפתח מיומנויות בהרכבת תחמוצות גבוהות יותר. מספיק להחליף את הסימן של נציג תת-הקבוצה במקום האלמנט כדי לקבל את התחמוצת הגבוהה ביותר המוגמרת.
אם אתה מסתכל מקרוב על המראה הכללי של תרכובות מימן נדיפות, אתה יכול לראות שהן אופייניות רק לא-מתכות. יש מקפים בקבוצות 1-3, מכיוון שמתכות הן נציגות טיפוסיות של קבוצות אלה.
בנוסף, בחלק מספרי הלימוד בכימיה בבית הספר, כל סימן מציין את התפלגות האלקטרונים לאורךרמות אנרגיה. מידע זה לא היה קיים בתקופת עבודתו של מנדלייב, עובדות מדעיות דומות הופיעו הרבה יותר מאוחר.
ניתן לראות גם את הנוסחה של הרמה האלקטרונית החיצונית, לפיה קל לנחש לאיזו משפחה שייך האלמנט הזה. טיפים כאלה אינם מקובלים בפגישות בחינות, לכן, לבוגרי כיתות 9 ו-11, המחליטים להפגין את הידע הכימי שלהם ב-OGE או בבחינת המדינה המאוחדת, ניתנות גרסאות קלאסיות שחור-לבן של טבלאות מחזוריות שאינן מכילות מידע נוסף על מבנה האטום, הנוסחאות של תחמוצות גבוהות יותר, הרכב תרכובות מימן נדיפות.
החלטה כזו היא די הגיונית ומובנת, כי עבור אותם תלמידי בית ספר שהחליטו ללכת בעקבות מנדלייב ולומונוסוב, לא יהיה קשה להשתמש בגרסה הקלאסית של המערכת, הם פשוט לא צריכים הנחיות.
החוק המחזורי והמערכת של D. I. Mendeleev הם שמילאו את התפקיד החשוב ביותר בהתפתחות נוספת של התיאוריה האטומית והמולקולרית. לאחר יצירת המערכת, החלו מדענים להקדיש תשומת לב רבה יותר לחקר הרכב היסוד. הטבלה עזרה להבהיר קצת מידע על חומרים פשוטים, וכן על טבעם ותכונותיהם של היסודות שהם יוצרים.
מנדלייב עצמו הניח שבקרוב יתגלו יסודות חדשים, וסיפק את מיקומן של מתכות במערכת המחזורית. לאחר הופעתו של האחרון החל עידן חדש בכימיה. בנוסף, ניתנה התחלה רצינית להיווצרותם של מדעים קשורים רבים הקשורים למבנה האטוםטרנספורמציות של אלמנטים.
