Таблица Менделеева — Arc.Ask3.Ru

Периодическая таблица Менделеева История и структура периодической таблицы Периодическая таблица Менделеева была создана Дмитрием Менделеевым в 1869 году.   Таблица упорядочивает […]

Периодическая таблица Менделеева

  • История и структура периодической таблицы

    • Периодическая таблица Менделеева была создана Дмитрием Менделеевым в 1869 году.  
    • Таблица упорядочивает химические элементы по атомным номерам и группам.  
    • Элементы одной группы имеют сходные химические характеристики.  
  • Периодический закон и его развитие

    • Периодический закон гласит, что свойства элементов повторяются с увеличением атомного номера.  
    • В начале 20 века атомные номера и квантовая механика помогли прояснить структуру атома.  
    • В 1945 году Гленн Т. Сиборг открыл, что актиниды являются элементами f-блока.  
  • Современные представления и открытия

    • К 2010 году было известно 118 элементов, заполнивших первые семь строк таблицы.  
    • Новые открытия позволяют расширять таблицу, но неизвестно, сколько еще элементов возможно.  
    • Продолжается дискуссия о правильном расположении элементов в таблице.  
  • Структура элементов

    • Каждый элемент имеет уникальный атомный номер, определяющий его класс.  
    • Изотопы элементов группируются под одним элементом, но не разделяются в таблице.  
    • Элементы со сходными химическими свойствами обычно попадают в одну группу.  
  • Названия и номера групп

    • Группы нумеруются от 1 до 18, игнорируя f-блоки.  
    • Группы могут быть названы по первому элементу, например, «скандиевая группа».  
    • В 1988 году была введена новая система наименований ИЮПАК.  
  • Формы представления информации

    • Периодическая таблица обычно представлена с вырезанными элементами f-блока для экономии места.  
    • Это сокращает количество столбцов элементов с 32 до 18.  
  • Формы периодической таблицы Менделеева

    • Существуют две формы периодической таблицы Менделеева: с f-образным блоком и без него.  
    • Форма с f-образным блоком называется 32-столбцовой или удлиненной.  
    • Форма без f-образного блока называется 18-столбцовой или средне-длинной.  
    • Обе формы представляют одну и ту же таблицу, но с разными редакционными решениями.  
  • Электронные конфигурации

    • Периодическая таблица Менделеева описывает периодический закон.  
    • Элементы расположены в соответствии с их электронными конфигурациями.  
    • Электроны подчиняются принципу исключения Паули и заполняют орбитали в соответствии с принципом Ауфбау.  
  • Порядок заполнения подоболочек

    • Правило Маделунга определяет последовательность заполнения подоболочек.  
    • Электроны заполняют орбитали в порядке возрастания n + ∞.  
    • Каждая строка таблицы начинается с заполнения новой s-орбитали.  
  • Заполнение оболочек

    • Водород имеет конфигурацию 1s1.  
    • Гелий добавляет второй электрон, заполняя первую оболочку.  
    • Литий заполняет вторую оболочку, его валентный электрон находится на 2s-орбитали.  
    • Бор заполняет 2p-орбитали, углерод — вторую 2p-орбиталь, азот — все три 2p-орбитали.  
    • Кислород, фтор и неон заполняют 2p-орбитали, завершая вторую оболочку.  
    • Натрий заполняет третью оболочку, магний завершает 3s-орбиталь.  
    • Алюминий, кремний, фосфор, сера, хлор и аргон заполняют 3p-орбитали.  
  • Группы и блоки

    • Элементы в одном столбце имеют одинаковое количество валентных электронов.  
    • Гелий обычно помещается в группу неона и аргона.  
    • Элементы в s-блоке заполняют s-орбитали, в p-блоке — p-орбитали.  
  • Заполнение 4s и 3d-оболочек

    • Калий и кальций заполняют 4s-оболочку.  
    • Скандий заполняет 3d-оболочку, которая становится следующей по величине энергии.  
    • 4s- и 3d-оболочки конкурируют за заполнение электронами.  
    • Энергетический порядок 3d и 4s изменяется вдоль ряда.  
    • Хром и медь имеют аномальные конфигурации из-за нарушения правила Маделунга.  
  • Аномалии в периодической таблице

    • Аномалии в периодической таблице не имеют химического значения.  
    • Различные конфигурации близки по энергии, что нарушает баланс.  
    • Периодическая таблица игнорирует аномалии и рассматривает идеализированные конфигурации.  
  • Заполнение орбиталей

    • Цинк заполняет 3d-орбитали, галлий и криптон заполняют 4p-орбитали.  
    • Начиная с галлия, 3d-орбитали становятся частью ядра.  
    • Элементы s- и p-блоков заполняют внешние оболочки, d-блоки заполняют внутренние оболочки.  
  • Заполнение 5s, 4d и 5p орбиталей

    • 5s-орбитали заполняют рубидий и стронций.  
    • 4d-орбитали заполняют иттрий и кадмий.  
    • 5p-орбитали заполняют индий и ксенон.  
  • Заполнение 6s, 4f и 5d орбиталей

    • 6s-орбитали заполняют цезий и барий.  
    • 4f-орбитали заполняют лантан и иттербий.  
    • 5d-орбитали заполняют лютеций и таллий.  
  • Заполнение 7s, 5f, 6d и 7p орбиталей

    • 7s-орбитали заполняют франций и радий.  
    • 5f-орбитали заполняют актиний и нобелий.  
    • 6d-орбитали заполняют лоуренсий и коперниций.  
    • 7p-орбитали заполняют нихоний и оганессон.  
  • Завершение периодической таблицы

    • Современная периодическая таблица заполнена до отказа.  
    • Все семь строк заполнены до отказа.  
  • Электронная конфигурация

    • Элементы основной группы имеют правильные конфигурации.  
    • Переходные и внутренние переходные элементы демонстрируют нерегулярности.  
    • Для последних десяти элементов экспериментальные данные отсутствуют.  
  • Дискуссии о водороде и гелии

    • Водород обычно помещается в группу 1, гелий — в группу 18.  
    • Водород имеет свойства, соответствующие как щелочным металлам, так и галогенам.  
    • Гелий обычно помещают в группу 18, но некоторые химики предлагают его перевод в группу 2.  
  • Аномалии первого ряда

    • Первая орбиталь любого типа мала, что делает первый ряд элементов маленьким.  
    • Гелий проявляет аномалии, если его поместить в группу 2, а не в группу 18.  
    • Соотношение между гелием и бериллием напоминает соотношение между водородом и литием.  
  • Перемещение гелия в группу 2

    • Гелий становится первым элементом группы 2, а неон — первым элементом группы 18.  
    • Гелий отнесен к 18-й группе из-за его чрезвычайной инертности.  
  • Группа 3

    • f-блок сдвинут на один элемент вправо, лантан и актиний в группе 3.  
    • Современные измерения подтверждают форму с лютецием и лоуренсием в группе 3.  
    • Лантан и актиний не могут быть элементами f-блока из-за их валентных f-орбиталей.  
  • Периодические тенденции

    • Элементы с похожими внешними электронными конфигурациями реагируют аналогично.  
    • Периодические рецидивы были замечены задолго до разработки теории.  
  • Атомный радиус

    • Атомные радиусы зависят от размеров их самых удаленных орбиталей.  
    • Радиусы уменьшаются при движении слева направо и увеличиваются при движении вниз по колонне.  
    • Первый ряд каждого блока аномально мал из-за каиносимметрии.  
  • Переходные элементы

    • Внутренняя оболочка заполняется, но размер атома определяется внешними электронами.  
    • Атомы 4p и 5d меньше, чем ожидалось, из-за неполного экранирования заряда ядра.  
    • Четно-нечетная разница между периодами приводит к вторичной периодичности.  
  • Релятивистские эффекты

    • Тяжелые элементы приобретают иные свойства по сравнению с их более легкими гомологами.  
  • Спин-орбитальное взаимодействие

    • Расщепляет p-подоболочку на релятивистски стабилизированную и дестабилизированную  
    • Объясняет, почему золото и ртуть имеют разные свойства  
    • Ожидается усиление релятивистских эффектов в конце седьмого периода  
  • Электронные конфигурации и химия

    • Точные конфигурации известны до элемента 108  
    • Экспериментальная химия за пределами 108 проведена для 112-114 элементов  
    • Химическая характеристика тяжелых элементов остается предметом исследований  
  • Атомные и ионные радиусы

    • Уменьшаются слева направо и снизу вверх  
    • Ионы с одинаковой электронной конфигурацией уменьшаются с увеличением атомного номера  
    • Ионы одного элемента уменьшаются по мере удаления электронов  
  • Энергия ионизации

    • Зависит от радиуса атома  
    • Минимизируется в водороде и щелочных металлах  
    • Возрастает до инертных газов  
    • Исключения: кислород, где межэлектронное отталкивание облегчает удаление электрона  
  • Сродство к электрону

    • Противоположно энергии ионизации  
    • Увеличивается снизу вверх и слева направо  
    • Исключения: благородные газы, которые не имеют сродства к электрону  
  • Валентность и степени окисления

    • Определяется количеством атомов водорода или кислорода, которые могут соединиться  
    • Валентности элементов основной группы связаны с номером группы  
    • Валентности высших оксидов увеличиваются с формулами M2O, MO, M2O3 и т.д.  
    • Степени окисления определяются формальным зарядом элемента в соединении  
  • Объяснение валентности

    • Зависит от количества валентных электронов  
    • В d- и f-блоках теоретический максимум валентных электронов недостижим  
    • Энергия гидратации влияет на образование соединений  
  • Степени окисления переходных металлов

    • Общие степени окисления почти всегда не ниже +2  
    • Лантаноиды и поздние актиноиды обычно имеют стабильную степень окисления +3  
    • Наивысшая формальная степень окисления увеличивается с +3 до +7 или +8, затем уменьшается до +2  
  • Химическое поведение элементов

    • Элементы одной группы имеют сходное химическое поведение  
    • Водород имеет один валентный электрон, но его поведение отличается от щелочных металлов  
  • Стабильные элементы группы 14

    • Включают неметалл (углерод), два полупроводника (кремний и германий) и два металла (олово и свинец)  
    • Имеют четыре валентных электрона, что приводит к сходству максимальной и минимальной степеней окисления  
  • Электроотрицательность

    • Атомы могут образовывать ковалентные связи, разделяя электроны парами  
    • Электроотрицательность зависит от способности ядра притягивать электроны  
    • Щелочные и щелочноземельные металлы наиболее электроположительные, халькогены, галогены и благородные газы наиболее электроотрицательные  
  • Металличность

    • Простые вещества, состоящие из более электроотрицательных атомов, образуют ковалентные связи  
    • Благородные газы остаются в виде отдельных атомов  
    • Металлы образуют «море» электронов, удерживающее ионы вместе  
    • Металличность можно предсказать по электронным свойствам  
  • Элементы группы 14

    • Углерод образует ковалентные связи, но не является металлом  
    • Кремний и германий являются полупроводниками, олово и свинец — металлами  
    • С повышением температуры неметаллы приобретают полупроводниковые свойства  
  • Элементы групп 15-17

    • Легкие элементы образуют ковалентные молекулы, тяжелые — длинные цепочки или слоистые структуры  
    • Ширина запрещенной зоны уменьшается с увеличением атомного радиуса  
    • Черный фосфор, черный мышьяк, серый селен, теллур и йод являются полупроводниками, серый мышьяк, сурьма и висмут — полуметаллами, полоний и астатин — металлами  
  • Разделительная линия между металлами и неметаллами

    • Проходит примерно по диагонали сверху вниз слева направо  
    • Металлов значительно больше, чем неметаллов  
    • Элементы вблизи границы трудно классифицировать, их называют полуметаллами или металлоидами  
  • Классификация элементов

    • Металлы блестящие, плотные, проводят электричество и тепло.  
    • Неметаллы образуют ковалентные кристаллы, тусклые, плохо проводят электричество.  
    • Металлоиды занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами.  
  • Периодичность и взаимосвязи

    • Элементы в периодической таблице Менделеева связаны диагонально и по группам.  
    • Существуют вторичные и третичные отношения между элементами с одинаковым числом валентных электронов.  
    • Физические и химические свойства элементов периодически изменяются.  
  • Классификация элементов

    • Группы элементов обозначаются по их номеру или первому элементу.  
    • Лантаноиды и актиноиды включают элементы La–Lu и Ac–Lr соответственно.  
    • Трансактиниды — это короткоживущие элементы после актинидов.  
  • История

    • Ранняя история классификации элементов.  
    • Современные классификации и терминология.  
  • Ранние попытки классификации элементов

    • Иоганн Вольфганг Деберейнер в 1829 году предложил триады элементов.  
    • Джон Ньюлэндс в 1863 году опубликовал статью о периодичности элементов.  
    • Лотар Мейер в 1864 году предложил раннюю версию периодической таблицы.  
  • Прорыв Менделеева

    • Дмитрий Менделеев в 1869 году создал периодическую таблицу, охватывающую большинство известных элементов.  
    • В 1871 году он предсказал свойства трех неизвестных элементов.  
    • В 1875 году Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл галлий, подтвердив предсказание Менделеева.  
  • Развитие периодической таблицы

    • В 1879 году Ларс Фредрик Нильсон открыл скандий, подтвердив предсказание Менделеева.  
    • В 1886 году Клеменс Винклер открыл германий, подтвердив предсказание Менделеева.  
    • В конце XIX века были открыты благородные газы, подтвердив периодический закон.  
  • Проблемы с лантаноидами

    • В 1902 году Богуслав Браунер предложил объединить лантаноиды в одну группу.  
    • В 1913 году Антониус ван ден Брук предположил, что ядерный заряд определяет расположение элементов.  
  • Атомный номер и электронная таблица

    • Эрнест Резерфорд ввел термин «атомный номер» в 1914 году.  
    • Генри Мозли подтвердил предположение ван ден Брука в 1914 году.  
    • Манне Зигбан установил атомный номер урана.  
  • Изотопы и электронные оболочки

    • Фредерик Содди ввел термин «изотоп» в 1913 году.  
    • Нильс Бор предложил электронные оболочки в 1913 году.  
  • Теория Бора и её развитие

    • Бор объяснил, что максимальное количество электронов в оболочке равно восьми.  
    • Коссель расширил теорию, предложив, что электроны должны быть помещены в концентрические оболочки.  
    • Ленгмюр постулировал существование орбиталей, каждая из которых могла содержать только два электрона.  
    • Бери предположил, что восемь и восемнадцать электронов образуют стабильные конфигурации.  
  • Квантовая теория и её влияние

    • Паули расширил схему Бора, включив четыре квантовых числа.  
    • Хунд пришел к конфигурациям, близким к современным.  
    • Принцип Ауфбау был эмпирически обнаружен Маделунгом в 1926 году.  
  • Классификация элементов

    • Бор использовал форму Томсена в своей Нобелевской лекции.  
    • Ханд предположил, что лантаноиды имеют конфигурацию [Xe]4f0−145d16s2.  
    • Ландау и Лифшиц отметили, что лютеций правильно рассматривать как элемент d-блока.  
    • ИЮПАК подтвердил состав группы 3 в 1988 году.  
  • Синтетические элементы

    • Технеций был первым элементом, синтезированным искусственно в 1937 году.  
    • Элементы 61, 85 и 87 также были получены искусственно.  
    • Элементы за пределами урана были открыты искусственным путем, начиная с нептуния в 1940 году.  
    • Сиборг назвал элементы, начиная с актиния, актинидами.  
  • Споры о названиях элементов

    • В 1960-х и 1970-х годах возникли разногласия по поводу элементов со 102 по 106.  
    • ИЮПАК сначала придерживался нейтрального подхода, но из-за холодной войны консенсус не был достигнут.  
  • История открытия элементов

    • В 1985 году создана Рабочая группа по трансфермию для установления критериев открытия элементов.  
    • В 1991 году опубликованы критерии, в 1997 году элементы получили окончательные названия.  
    • В 2016 году все элементы до 118 были официально добавлены в таблицу.  
  • Методы открытия элементов

    • Юрий Оганесян разработал методы для открытия элементов со 107 по 118.  
    • Оганесян возглавлял команды для открытия элементов со 114 по 118.  
    • Самый тяжелый элемент, оганессон, назван в честь Оганесяна.  
  • Будущее периодической таблицы

    • Элементы 113-118 завершили седьмую строку таблицы.  
    • Будущие элементы должны начинаться с восьмого ряда.  
    • Попытки синтезировать элементы 119-120 продолжаются.  
  • Проблемы с восьмым периодом

    • Восьмой период должен начинаться с двух восьмерок, но энергетические перекрытия усложняют структуру.  
    • Элементы с 121 по 156 не подходят к предыдущим группам.  
    • Элементы 157-172 могут быть химически аналогичны группам 3-18.  
  • Ядерная стабильность и ограничения

    • Ядерная стабильность ограничивает количество возможных элементов.  
    • Сверхтяжелые нуклиды могут быть нестабильными.  
    • Возможно, периодическая таблица заканчивается на элементе 120.  
  • Технологические и химические сложности

    • Производство элементов 119-120 возможно, но элементы за пределами этого требуют новых технологий.  
    • Экспериментальная химическая характеристика элементов 119-120 сложна.  
  • Альтернативные периодические таблицы Менделеева

    • Существует множество различных форм периодической таблицы Менделеева.  
    • Эдвард Дж. Мазурс собрал около 700 версий таблицы за 100 лет.  
    • Многие формы сохраняют прямоугольную структуру, включая таблицу с левой ступенью и модернизированную форму с 8 столбцами.  
    • Другие форматы включают спирали, круги и треугольники.  
  • Цели альтернативных таблиц

    • Альтернативные таблицы разрабатываются для выделения химических или физических свойств элементов.  
    • Некоторые таблицы ориентированы на химию или физику с обеих сторон.  
    • Стандартная форма остается наиболее распространенной.  
  • Вопросы и обсуждения

    • Существует ли оптимальная или окончательная форма таблицы?  
    • Нет единодушных ответов на эти вопросы.  
    • Таблица Джанет с левым шагом обсуждается как кандидат на оптимальную форму.  
  • Аргументы в пользу таблицы Джанет

    • Таблица Джанет проясняет природу гелия как элемента s-типа.  
    • Она увеличивает регулярность за счет повторения длин периодов.  
    • Упорядочивает триады атомных номеров и тенденцию аномалий первого ряда.  
  • Критика и возражения

    • Расположение гелия поверх щелочноземельных металлов может рассматриваться как недостаток.  
    • Скерри возражает, ссылаясь на аномалию первого ряда и связь таблицы с квантовой механикой.  
  • Дополнительные ресурсы

    • Периодическая таблица представлена в цифровых коллекциях Института истории науки.  
    • Доступны интерактивные макеты и базы данных периодических таблиц.  
    • Эрик Скерри специализируется на истории и философии периодической таблицы.  

Полный текст статьи:

Таблица Менделеева — Arc.Ask3.Ru

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх