Зміст:

1 2.4: Таблиця Менделєєва
2 Techemy
3 Періодична система хімічних елементів – таблиця Менделєєва
- 3.1 Категорії

2.4: Таблиця Менделєєва

Відкриття стихій відбувалися протягом довгого часу. У міру зростання списку відомих елементів вчені намагалися розташувати їх виходячи з їх властивостей. Менделєєв розташував елементи в таблиці на основі атомних мас. Це призвело до того, що елементи, що мають схожі властивості, розміщені поруч один з одним в більшості випадків. У таблиці були навмисно залишені прогалини для елементів, які були передбачені на основі знань з періодичної таблиці, але ще не виявлені. Було мало винятків, де властивості елементів не узгоджувалися з групою, в яку вони були поміщені на основі їх атомних мас. Мозелі розробив метод вимірювання атомних номерів на основі рентгенівської спектроскопії. Розташування елементів на основі атомного номера замість атомних мас прибирало розбіжності в таблиці Менделєєва.

Сучасна періодична таблиця елементів

Сучасна періодична таблиця елементів розташовує елементи за зростаючим порядком атомного номера починаючи від атомного номера 1 для Н і закінчуючи атомним номером 118 для Ог, як показано на рис.2.4.1.
Елементи розташовані в горизонтальних рядках, які називаються періодами та вертикальними стовпцями, які називаються групами.

Періоди

Періодична таблиця має сім горизонтальних рядків, які називаються періодами. Періоди пронумеровані: 1 вгорі до 7 внизу.

1-й період має всього два елементи: водень в групі 1 і гелій в групі 18, з проміжком від групи 2 до групи 17.
2-й і 3-й періоди мають вісім елементів кожен, заповнюючи групи 1 і 2, а потім групи 13 до 18, залишаючи прогалину від групи 3 до групи 12.
Періоди 4-го і 5-го періодів мають вісімнадцять елементів, які заповнюються послідовно з групи 1 в групу 18.
Періоди 6-й і 7-й мають 32 елементи, кожен: перші два в групах 1 і 2, наступні чотирнадцять елементів в окремих рядках під таблицею. Ці два ряди по 14 елементів кожен називаються актинідами і лантаноїдами відповідно. Потім наступні шістнадцять елементів заповнюють групи 3 на 18.

Групи

Періодична таблиця має 18 вертикальних стовпців, які називаються групами або сімействами. Групи нумеруються, починаючи з 1 на крайньому лівому і проходячи до 18 в крайньому правому куті.

Лужні метали

1-ю групу називають лужними металами. До лужних металів відносяться літій (Li), натрій (Na), калій (K), рубідій (Rb), цезій (Cs) і францій (Fr), показаний на рис.2.4.2. Найбільш реактивними серед металів у таблиці Менделєєва є лужні метали. Вони енергійно реагують з водою, як показано на рис. 2.4.3.

Малюнок \(\PageIndex\) : Лужні метали зліва направо: літій, натрій, калій, рубідій та цезій. Джерело: Томіхандорф у німецькій Вікіпедії, Dnn87 Контактна адреса електронної пошти: [email protected] та http://images-of-elements.com/potassium.php.

Малюнок \(\PageIndex<3>\) : Калій вступає в реакцію з водою. Джерело: Озон Аврора/Філіп Еванс/CC BY-SA (https://creativecommons.org /ліцензії/by-sa/3.0)

Водень

Водень входить до групи 1, але не входить до лужноземельних металів. Водень є неметалом і має властивості, досить відмінні від лужних металів або будь-якої іншої групи елементів.

Лужноземельні метали

2-а група називається лужноземельними металами. До його складу входять берилій (Be), магній (Mg), кальцій (Ca), стронцій (Sr), барій (Ba) та радій (Ra). Вони є реактивними металами, але менш реактивними, ніж лужні метали. Лужноземельні метали надають характерний колір полум’я. Солі лужних металів використовують в рецептурі феєрверку для додання характерних кольорів феєрверку, як показано на рис.2.4.4.

Ілюстрація \(\PageIndex<4>\) : Новорічні пожежні роботи на набережній Аль-Маджаз, Шарджа, ОАЕ. Солі металів, включаючи лужні метали, використовуються для надання характерних кольорів у феєрверках. Джерело: Фаріз Сафарулла/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

перехідні метали

Групи 3 по 12 називаються перехідними металами. Вони включають дорогоцінні метали, такі як золото, срібло, платина та будівельні метали, такі як залізо. Деякі виробляють каталізатори і містяться в ферментах та інших біомолекулах, таких як гемоглобін та хлорофіл.

Група 13 до 16

Група 13 до групи 16 не має унікальної назви. Вони включають неметали вгорі та метали внизу кожної групи, які називаються пост-перехідними металами. Важливі неметали включають вуглець, азот, кисень, фосфор та сірку.

галогени

Елементи 17 групи називаються галогенами. До галогенів належать фтор (F), хлор (Cl), бром, йод (I) та астатін (At). Галогени є високореактивними неметалами. Хлор – газ, бром – рідкий, а йод твердий при кімнатній температурі, як показано на рис.2.4.5.

Малюнок \(\PageIndex<5>\) : Зліва направо: хлор, бром і йод. Джерело: В. Олен/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

благородні гази

Група 18 називається благородними газами. До них відносяться гелій (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) і радон (Rn). Вони є найменш реактивними з усіх елементів. Благородні гази використовуються для створення інертної атмосфери для хімічних реакцій. Благородні гази також використовуються в системі освітлення через їх хімічно інертної природи, як показано на рис. 2.4.6.

Малюнок \(\PageIndex<6>\) : Сяючі благородні гази в скляних флаконі з низьким тиском всередині. Живлення: 5 кВ, 20 мА, 25 кГц. Джерело: Нова робота Алхімік-HP (розмова) www.pse-mendelejew.de); оригінальні одиночні зображення: Jurii, http://images-of-elements.com./CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Метали, металоїди та неметали

Метали

Елементи в правому нижньому куті таблиці Менделєєва є металами, крім водню, який є неметалом. Метали мають загальні характеристики, серед яких:

вони блискучі,
тверда речовина при кімнатній температурі (крім ртуті, яка є рідкою),
ковкий (можна забивати в листи) і пластичний (можна втягувати в дроти),
хороші провідники тепла і електрики, а також
схильні втрачати електрони і утворювати іонні сполуки, коли вони реагують з неметалами.

Метали групи 1 називаються лужними металами; 2 групи називаються лужноземельними металами, групи 3 до групи 13 називаються перехідними металами, дворядні нижче перехідні метали в таблиці Менделєєва називаються лантаноїдами, а актиніди або внутрішні перехідні метали, і метали з групи 13 до 16 групи називаються пост-перехідними металами. Елементи, відмінні від перехідних або внутрішньо-перехідних металів, тобто елементи груп 1 і 2 і груп 13 – 18, в сукупності називаються основними груповими елементами або представницькими елементами.

Металоїди

Розподільна лінія між металами і неметалами являє собою лінію сходів, що починається від \(\ce\) і закінчується на \(\ce\) . Елементи на сходовій лінії являють собою металоїди крім алюмінію і полонію, які вважаються металами. Металоїди мають властивості між металами та неметалами; наприклад, вони мають помірну тепло- та електропровідність.

Неметали

Елементи у верхньому правому куті таблиці Менделєєва і водню називаються неметалами.

Неметали зазвичай мають властивості, протилежні металам, наприклад, вони, як правило, не блискучі, крихкі, якщо тверді, і погані провідники тепла і електроенергії.
Неметали, як правило, утворюють іонні сполуки, приймаючи електрони з металів і роблячи молекулярні сполуки, реагуючи один з одним.

Дві групи в неметалах також мають унікальні назви, тобто група 17 називається галогенами, а група 18 називається благородними газами.

Найбільш реактивні і нереактивні елементи

Як правило, лужні метали є найбільш реактивними, за ними йдуть лужноземельні метали, а галогени – найбільш реактивні неметали. Благородні гази – найменш реактивні неметали, також звані інертними газами.

На рис. 2.4.7 наведені приклади металу, металоїда і неметалу.

Малюнок \(\PageIndex<7>\) : Золотий самородок — метал, чистий кремній — металоїд, а сірка — неметал (зліва направо). Джерело: Золото: Роб Лавінський, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), Кремній: Енрікорос в англійській Вікіпедії/Громадське надбання, Сірка: Benjah-BMM27/Громадське надбання

Елементи, необхідні для життя

Елементи, які є основними складовими людини та інших живих організмів, є кисень, вуглець, водень, азот, сірка. Фосфор присутній в кістках, зубах та ДНК. Кальцій і магній є основними складовими кісток і зубів і виконують деякі інші функції організму. Катіони натрію і калію є основними електролітами в рідинях організму, а хлорид-аніон врівноважує заряд. Залізо присутній в гемоглобіні, який переносить кисень до клітин. Ці елементи необхідні для життя, і вони є макроелементами. Крім них, кілька інших елементів потрібні в невеликій кількості. Вони необхідні для життя і називаються мікроелементами. На рис. 2.4.8 показані макроелементи рожевого кольору і мікроелементи синього кольору в таблиці Менделєєва.

Малюнок \(\PageIndex\) : Таблиця елементів, важливих для життя людини. Рожеві елементи є важливими, які є макроелементами; сині елементи важливі, які є мікроелементами. Джерело: Tosaka/Громадське надбання

Фізико-хімічні стани елементів

Елементи в стані газів в умовах навколишнього середовища

Термін молекула зазвичай використовується для електрично нейтральної групи з двох або більше атомів, утримуваних разом хімічними зв’язками. У кінетичної молекулярної теорії газів молекула – це найменша частинка елемента або з’єднання зі стабільним і незалежним існуванням. Атоми благородних газів існують як самостійні види в газовій фазі при кімнатній температурі, тобто як моноатомні молекули типу He, Ne, Ar, Kr, Xe та Rn. Інші елементи, які є газами кімнатної температури або двоатомними молекулами, тобто H ₂_{, N 2}, O ₂, F ₂ і Cl ₂, називаються відповідно дигідрогеном, азотом, диоксигеном і дихлором. Зверніть увагу, що зазвичай префікс di не використовується для назви елемента, тобто їх зазвичай називають водень, азот, кисень, фтор і хлор відповідно. Одноатомні види цих елементів, тобто H, N, O, F і Cl, існують, але вони є дуже реактивними формами, званими вільними радикалами, і вони довго не виживають.

Елементи в рідкому стані в умовах навколишнього середовища

Два елементи існують у вигляді рідин при кімнатній температурі, тобто ртуть (Hg), метал та бром (Br ₂), не є металом, який існує як двоатомні молекули. Чотири елементи, францій, цезій, галій та рубідій, є твердими металами при 25 o С, але стають рідкими, коли температура трохи тепліша.

Елементи в твердотільному стані в умовах навколишнього середовища

Всі елементи, не згадані в попередніх двох розділах, тверді при кімнатній температурі. Вони можуть бути двоатомними або багатоатомними молекулами, наприклад, I ₂, O ₃, P ₄, S ₈, дійодом, озоном, тетрафосфором і октасіркою, з двома або трьома, чотирма і вісьмома атомами відповідно в молекулі.

Аллотропи

Різні форми одного і того ж елемента в одному фізичному стані називаються аллотропами.

Алотропи – це різні структурні модифікації елемента. Наприклад, вуглець існує в декількох аллотропних формах; дві з них показані на рис.2.4.9. Інший приклад – O _2, а O ₃ – газоподібні форми кисню.

Малюнок \(\PageIndex\) : Алмаз і графіт – це два аллотропа вуглецю: чисті форми одного і того ж елемента, що відрізняються за структурою. Джерело: Diamond_and_graphite.jpg: Користувач: Itub похідні роботи: Матеріалознавця/CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Елементи, які існують як гігантські молекули

Деякі елементи існують як гігантські молекули, тобто сукупність багатьох атомів, пов’язаних між собою за допомогою 3D-мережі зв’язків. Наприклад, вуглець – гігантська молекула в декількох аллотропних формах, включаючи алмаз, графіт, вуглецеві нанотрубки та фулерени. На рис. 2.4.9 показано склеювання в аллотропах алмазу і графіту. Весь шматок алмазу – це одна молекула з атомами вуглецю, з’єднаними між собою в тривимірну мережу зв’язків.

Метали також існують як сукупність багатьох атомів, пов’язаних між собою металевими зв’язками. Атоми металу існують у вигляді іонів +, розташованих у чітко визначеному тривимірному розташуванні, званому кристалічною решіткою, з деякими з найвіддаленіших електронів, що бродять навколо цілого шматка металу, утворюючи море електронів навколо атомів металу, як показано на рис. 2.4.10.

Елементи в гігантських молекулах і металах представлені символами елементів без будь-якого індексу, наприклад, C – вуглець, Fe – залізо, Au – золото тощо.

Малюнок \(\PageIndex\) : Іони металів у морі електронів. Джерело: Стівен Легг (Sjlegg) /Громадське надбання

Techemy

Твердотільні та електрохімічні сонячні батареї

Магніт подвоює вихід водню при електролізі води (відео)

Наногель регулює рівень цукру в крові

Коди біологічної регуляції

Твердий, рідкий, газоподібний

Таємниці хімічних перетворень

Періодична система хімічних елементів – таблиця Менделєєва

У 1869 р вчений Дмитро Іванович Менделєєв склав таблицю, що включає більшість відомих елементів. В таблиці елементи були згруповані в декількох горизонтальних рядах так, що вертикальні стовпці включали елементи, подібні за хімічним властивостям. Менделєєв назвав цю таблицю “Система елементів”. Проаналізувавши зміну фізико-хімічних властивостей в Системі елементів, Менделєєв сформулював фундаментальний закон природи – закон періодичності.

Періодичний закон Д.І. Менделєєва – властивості елементів перебувають у періодичній залежності від їх порядкового номера.

Як читається мідь у таблиці Менделєєва