Периодическая система и периодический закон Д.И.Менделеева

Томский Государственный  Университет

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему:

Периодическая система и  периодический закон Д.И.Менделеева

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Тё Анастасия  Вадимовна

08002 группа(б)

Проверил:

Цыро Лариса Васильевна

 

 

 

 

ТОМСК

2012

Содержание:

1. Введение
2. История открытия
3. Структура периодической системы
4. Значение периодической системы
5. Развитие периодического закона  в XX веке
6. Периодические свойства химических элементов
1. Проявления периодического закона в отношении энергии ионизации
2. Проявления периодического закона в отношении энергии сродства к электрону
3. Проявления периодического закона в отношении электроотрицательности
4. Проявление периодического закона в отношении атомных и ионных радиусов
5. Проявление периодического закона в отношении энергии атомизации
6. Проявления периодического закона в отношении степени окисления
7. Проявления периодического закона в отношении окислительного потенциала
7. Внутренняя и вторичная периодичность
1. s- и р-элементы
2. d-Элементы
8. Периодический закон – основа химической систематики
9. Парадигма Бора
10. Диадная модель
11. Выводы
12. Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

Парадигма (от греч. Paradeigma – пример, образец)  
исходная концептуальная схема, модель постановки 
проблем и их решения, господствующих в течение опре- 
деленного исторического периода в научном сообществе 
Новый энциклопедический словарь  
 
В природе глубоко скрыто еще много тайн,  
и чтобы их открыть, нужно идти к цели без  
предубеждения, потому что такая обобщающая  
классификация, какой является система периодов,  
может представлять известную опасность,  
создавая ложное мнение, что «все совершенно ясно»  
В. Клемм

 

 

 

1.Введение

Поиски основы естественной классификации химических элементов  и их систематизации начались задолго  до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели, которые первыми работали в этой области, были вызваны недостаточностью экспериментальных данных: в начале XIX в. число известных химических элементов было ещё слишком невелико, а принятые значения атомных масс многих элементов неточны.

Периодическая система элементов  является графичес¬ким (табличным) изображением периодического закона.

Прообразом периодической  системы был «Опыт сис¬темы элементов, основанный на их «атомном весе и хими¬ческом  сходстве», составленный Д.И. Менделеевым 1 марта 1869 г. Это так называемый вариант  длинной формы системы элементов, в нем периоды располагались  одной строкой.

Короткая форма периодической  системы была опубли¬кована Д.И. Менделеевым в декабре 1870г. В этом варианте периоды разбиваются на ряды, а группы — на подгруппы (главные  и побочные).

Основным недостатком  короткой формы было сочета¬ние в  одной группе несходных элементов. Недостатком длинной формы —  растянутость, некомпактность.

Короткий вариант периодической системы (см. таблиццу) подразделяется на семь периодов — горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по воз-растанию порядкового номера, и восемь групп — вертикальных последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сход¬ными химическими свойствами.

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

Каждый период (исключая первый) начинается ще¬лочным металлом и заканчивается благородным  газом.

Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.

Малые периоды состоят  из одного ряда, большие — из двух рядов: четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших  периодов расположены металлы и  свойства элементов слева направо  изменяются слабо. В нечетных рядах  больших периодов свойства элементов  изменяются слева направо, как у  элементов 2 и 3 периодов.

В периодической системе  любой формы для каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и значение относительной атомной массы. Координатами положения элемента в системе  яв¬ляется номер периода и  номер группы.

Элементы с порядковыми  номерами 58—71, именуе¬мые 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 четверто¬го.

VIII группа кроме подгруппы  гелия содержит «триады»

.элементов, составляющих  семейства железа (Fe — Со —  Ni) ж платиновых металлов (Ru —Rh —  Pd, Os — Ir — Pt). В диадах элементов  наблюдается горизонтальная аналогия. В некоторых вариантах таблицы  под каждой группой расположены  формулы высших оксидов элементов,  они ^относятся к элементам  главных и побочных подгрупп (исключая  элементы, не проявляющие степень  окисления, равную номеру группы; гелий, неон, аргон не образуют  кислородных соединений). Элементы  главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют водородные соединения, формулы которых также приведены  внизу таблицы.

Дальнейшее развитие науки  показало, что химические свойства элементов обусловлены строением  их атома, а точнее, строением электронной  оболочки атомов.

Периодический закон Д.И. Менделеева в настоящее время  формулируется так:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической  зависимости от заряда ядер атомов этих элементов.

 

 

2. История открытия

К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно. В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад»: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий;хлор, бром и иод и др.). Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил элементы вдольвинтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Обе указанные модели не привлекли внимания научной общественности.

В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого («закон октав») внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864). Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира.

По легенде, мысль о системе  химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды  на вопрос, как он открыл периодическую  систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Написав на карточках основные свойства каждого элемента (их в то время  было известно 63, из которых один — дидим Di — оказался в дальнейшем смесью двух вновь открытых элементов празеодима и неодима), Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами группсовременной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиесящелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.

Сущность открытия Менделеева заключалась  в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.

Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень  скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, целый ряд физических и химических свойств.

В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу электронов, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента определяет его химические свойства.

Дальнейшее развитие периодической  системы связано с заполнением  пустых клеток таблицы, в которые  помещались всё новые и новые  элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы. В 2010 году, с синтезом 117 элемента, седьмой период периодической системы был завершён, проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии

 

 

 

 

3.Структура периодической  системы

Наиболее распространёнными являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по 2 строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток.

Ниже приведён длинный вариант (длиннопериодная форма), утверждённый Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве основного.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Периодическая система  элементов

Группа →  Период ↓

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

1  H

2  He

2

3  Li

4  Be

5  B

6  C

7  N

8  O

9  F

10  Ne

3

11  Na

12  Mg

13  Al

14  Si

15  P

16  S

17  Cl

18  Ar

4

19  K

20  Ca

21  Sc

22  Ti

23  V

24  Cr

25  Mn

26  Fe

27  Co

28  Ni

29  Cu

30  Zn

31  Ga

32  Ge

33  As

34  Se

35  Br

36  Kr

5

37  Rb

38  Sr

39  Y

40  Zr

41  Nb

42  Mo

43  Tc

44  Ru

45  Rh

46  Pd

47  Ag

48  Cd

49  In

50  Sn

51  Sb

52  Te

53  I

54  Xe

6

55  Cs

56  Ba

*

72  Hf

73  Ta

74  W

75  Re

76  Os

77  Ir

78  Pt

79  Au

80  Hg

81  Tl

82  Pb

83  Bi

84  Po

85  At

86  Rn

7

87  Fr

88  Ra

**

104  Rf

105  Db

106  Sg

107  Bh

108  Hs

109  Mt

110  Ds

111  Rg

112  Cn

113  Uut

114  Uuq

115  Uup

116  Uuh

117  Uus

118  Uuo

Лантаноиды *

57  La

58  Ce

59  Pr

60  Nd

61  Pm

62  Sm

63  Eu

64  Gd

65  Tb

66  Dy

67  Ho

68  Er

69  Tm

70  Yb

71  Lu

Актиноиды **

89  Ac

90  Th

91  Pa

92  U

93  Np

94  Pu

95  Am

96  Cm

97  Bk

98  Cf

99  Es

100  Fm

101  Md

102  No

103  Lr