Періодична таблиця елементів історії, структури, елементів

The Періодична система елементів є інструментом, який дозволяє проконсультуватися з хімічними властивостями 118 елементів, відомих досі. Важливо при виконанні стехіометричних розрахунків прогнозувати фізичні властивості елемента, класифікувати їх і знаходити між ними періодичні властивості..

Атоми стають більш важкими, оскільки їхні ядра додають протони та нейтрони, які також повинні супроводжуватися новими електронами; інакше, електронейтральність неможлива. Таким чином, деякі атоми дуже легкі, як водень, а інші - надважкі, подібні оганесону.

Кому зобов'язане таке серце в хімії? Вченому Дмитру Менделєєву, який у 1869 році (майже 150 років тому) опублікував, після десятиліття теоретичних досліджень і експериментів, першу періодичну таблицю з метою організувати 62 відомі на той час елементи..

Для цього Менделєєв заснований на хімічних властивостях, в той час як паралельно Лотар Мейєр опублікував іншу періодичну таблицю, організовану за фізичними властивостями елементів \ t.

Спочатку в таблиці містилися "порожні простори", елементи яких не були відомі з тих років. Однак Менделєєв зміг передбачити з помітною точністю кілька своїх властивостей. Деякими з цих елементів були: германій (який він називав ека-кремній) і галій (ека-алюміній).

Перші періодичні таблиці упорядковували елементи відповідно до їх атомних мас. Таке розташування дозволило побачити певну періодичність (повторення і подібність) хімічних властивостей елементів; тим не менш, елементи переходу не погодилися з цим порядком, ні з благородними газами.

З цієї причини необхідно було замовити елементи з урахуванням атомного номера (кількості протонів) замість атомної маси. Звідси, поряд з наполегливою працею та внесками багатьох авторів, періодична таблиця Менделєєва була вдосконалена і завершена..

Індекс

• 1 Історія періодичної таблиці
  • 1.1 Елементи
  • 1.2 Симбологія
  • 1.3 Еволюція схеми
  • 1.4 Гвинт завіси від Chancourtois (1862)
  • 1,5 Октави Ньюлендс (1865)
  • 1.6 Таблиця Менделева (1869)
  • 1.7 Періодична таблиця Мозелі (поточна періодична таблиця) - 1913 рік
• 2 Як це організовано? (Структура та організація)
  • 2.1 Періоди
  • 2.2 Групи
  • 2.3 Число протонів проти валентних електронів
• 3 Елементи періодичної таблиці
  • 3.1 Блок s
  • 3.2 Блок p
  • 3.3 Представницькі елементи
  • 3.4 Перехідні метали
  • 3.5 Метали внутрішнього переходу
  • 3.6 Метали та неметали
  • 3.7 Металеві сім'ї
  • 3.8 Металоїди
  • 3.9 Гази
• 4 Використання та застосування
  • 4.1 Прогнозування формул оксидів
  • 4.2 Valencias елементів
  • 4.3 Цифрові періодичні таблиці
• 5 Важливість періодичної таблиці
• 6 Посилання

Історія періодичної таблиці

Елементи

Використання елементів як основи для опису навколишнього середовища (точніше, до природи) використовувалося з часів античності. Проте на той час вони називалися фазами і станами матерії, а не способом, яким робиться посилання з середньовіччя..

Стародавні греки мали переконання, що планета, яку ми населяли, утворилася з чотирьох основних елементів: вогню, землі, води і повітря.

З іншого боку, у стародавньому Китаї кількість елементів становила п'ять, і, на відміну від греків, вони виключали повітря і включали метал і дерево.

Перше наукове відкриття було зроблено в 1669 році німецькою маркою Хеннінг, яка виявила фосфор; з цієї дати були записані всі наступні елементи.

Варто зазначити, що деякі елементи, такі як золото і мідь, вже були відомі до фосфору; різниця в тому, що вони ніколи не були зареєстровані.

Симбологія

Алхіміки (попередники нинішніх хіміків) давали імена елементам по відношенню до сузір'їв, їх першовідкривачам і місцям, де вони були виявлені.

У 1808 році Дальтон запропонував серію малюнків (символів) для представлення елементів. Потім цю систему позначень замінили на систему Джонса Берцеліуса (використовувану до теперішньої дати), оскільки модель Дальтона ускладнилася, коли з'явилися нові елементи..

Еволюція схеми

Перші спроби створити карту для організації інформації про хімічні елементи відбувалися в ХІХ столітті з тріадами Döbereiner (1817).

Протягом багатьох років були знайдені нові елементи, що призвели до нових організаційних моделей до тих пір, поки не буде застосовано той, який зараз використовується.

Шнур тенлурний (1862)

Олександр Еміль Бігуєр де Шанкурту розробив паперову спіраль, де він показав спіральну графіку (телуричний гвинт).

У цій системі елементи упорядковуються все більшою мірою по відношенню до їх атомних ваг. Подібні елементи вирівнюються вертикально.

Октави Ньюлендса (1865)

Продовжуючи роботу Döbereiner, британський Джон Олександр королева Newlands наказав хімічні елементи в зростаючому порядку щодо атомних ваг, відзначивши, що кожні сім елементів мають схожість в їх властивості (водень не включений) \ t.

Таблиця Менделева (1869)

Менделев наказав хімічним елементам збільшувати порядок по відношенню до атомної ваги, розміщуючи в тій же колоні тих, чиї властивості були подібними. Він залишив прогалини у своїй моделі періодичної таблиці, що передбачає появу нових елементів у майбутньому (окрім прогнозування властивостей, які він повинен мати).

Благородні гази не перераховані в таблиці Мендельява, оскільки їх ще не було виявлено. Крім того, Менделів не розглядав водень.

Періодична таблиця Мозлі (поточна періодична таблиця) - 1913

Генрі Гвін Джефріс Мозлі запропонував замовити хімічні елементи періодичної таблиці за їх атомним номером; тобто на основі їх кількості протонів.

Мозелі проголосив «Періодичний закон» 1913 року: «Коли елементи наводяться в порядку їх атомних чисел, їх фізичні та хімічні властивості показують періодичні тенденції».

Таким чином, кожен горизонтальний рядок або період показує тип відносини, і кожен стовпець або група показує інше.

Як це організовано? (Структура та організація)

Можна спостерігати, що торт періодичної таблиці має декілька кольорів. Кожен колір асоціює елементи з подібними хімічними властивостями. Є оранжеві, жовті, сині, фіолетові колони; зелені квадрати і діагональ зеленого яблука.

Зауважимо, що квадрати середніх стовпчиків сірі, тому всі ці елементи повинні мати щось спільне, а це те, що вони є перехідними металами з напівповними орбіталями..

Таким же чином, елементи фіолетових квадратів, хоча вони йдуть від газоподібних речовин, з червонуватої рідини і навіть твердого чорного (йод) і сріблясто-сірого кольору (астат), є їхніми хімічними властивостями, які роблять їх союзниками. Ці властивості регулюються електронними структурами їх атомів.

Організація і структура періодичної таблиці не є довільною, а підкоряється ряду періодичних властивостей і шаблонів значень, визначених для елементів. Наприклад, якщо металічний символ зменшується зліва направо від таблиці, не можна очікувати металевого елемента у верхньому правому куті.

Періоди

Елементи розташовані в рядках або періодах залежно від енергетичного рівня їх орбіталей. До періоду 4, коли елементам вдалося збільшити порядок атомної маси, було встановлено, що на кожні вісім з них хімічні властивості повторюються (закон октав, Джон Ньюлендс).

Перехідні метали були вбудовані з іншими неметалевими елементами, такими як сірка і фосфор. З цієї причини вступ квантової фізики та електронних конфігурацій у розуміння сучасних періодичних таблиць був життєво важливим..

Орбіталі енергетичного шару заповнюються електронами (і ядрами протонів і нейтронів), коли вона рухається по періоду. Цей енергетичний шар йде рука об руку з розміром або атомним радіусом; отже, елементи верхнього періоду є меншими, ніж ті, що наведені нижче.

H і He знаходяться в першому (періодному) енергетичному рівні; перший ряд сірих квадратів, у четвертий період; і ряд помаранчевих квадратів, у шостому періоді. Зауважимо, що хоча останній, здається, перебуває в передбачуваному дев'ятому періоді, він фактично належить до шостого, відразу після жовтої коробки Ба.

Групи

Проходячи через період, ми знаходимо, що маса, кількість протонів і електронів збільшуються. У тій же колонці або групі, хоча маса і протони змінюються, кількість електрони валентного шару це те ж саме.

Наприклад, у першій колонці або групі H має один електрон в 1s орбіталі¹, так само, як Li (2s¹), натрію (3с¹), калію (4s¹) і так далі до франка (7s¹). Це число 1 означає, що ці елементи ледь володіють валентним електроном, і тому належать до групи 1 (IA). Кожен елемент знаходиться в різних періодах.

Не рахуючи водню, зеленого ящика, елементи, розташовані під ним, є помаранчевими і називаються лужними металами. Ще одним вікном праворуч у будь-який період є група або стовпець 2; тобто його елементи мають два валентні електрони.

Але рухаючись на один крок далі вправо, без знання d орбіталей, ви потрапляєте в групу борів (B) або групу 13 (IIIA); замість групи 3 (IIIB) або скандію (Sc). З урахуванням заповнення d-орбіталей починають покриватися періоди сірих квадратів: перехідні метали.

Число протонів проти валентних електронів

При вивченні періодичної таблиці може виникнути плутанина між атомним номером Z або числом загальних протонів в ядрі, а також кількістю валентних електронів. Наприклад, вуглець має Z = 6, тобто має шість протонів і, отже, шість електронів (інакше він не може бути атомом з нейтральним зарядом).

Але, з тих шести електронів, чотири з Валенсії. З цієї причини його електронна конфігурація [He] 2s²2p². [Він] позначає два електрони 1s² Закритого шару, і теоретично не беруть участь у формуванні хімічних зв'язків.

Також, оскільки вуглець має чотири валентні електрони, "зручно" розташовується в групі 14 (IVA) періодичної таблиці.

Елементи нижче вуглецю (Si, Ge, Sn, Pb і Fl) мають більш високі атомні числа (і атомні маси); але всі мають спільні чотири валентні електрони. Це є ключем до розуміння того, чому один елемент належить до однієї групи, а не до іншої.

Елементи періодичної таблиці

Блок s

Як тільки було пояснено, групи 1 і 2 характеризуються наявністю одного або двох електронів у s орбіталях. Ці орбіталі мають сферичну геометрію, і як ви спускаєтеся через будь-яку з цих груп, елементи набувають шари, які збільшують розмір їхніх атомів..

Представляючи сильні тенденції в їх хімічних властивостях і способи реагування, ці елементи організовані як блок. Тому до цього блоку належать лужні та лужноземельні метали. Електронна конфігурація елементів цього блоку ns (1s, 2s і т.д.).

Хоча елемент гелію знаходиться у верхньому правому куті таблиці, його електронна конфігурація становить 1s² і тому належить до цього блоку.

Блок p

На відміну від блоку s, елементи цього блоку повністю заповнили орбіталі, тоді як їх p-орбіталі продовжують наповнюватися електронами. Електронні конфігурації елементів, що належать цьому блоку, мають тип ns²np^1-6 (p орбіталі можуть мати один або до шести електронів для заповнення).

Отже, в якій частині періодичної таблиці є цей блок? Праворуч: зелені, пурпурні та сині квадрати; неметалеві елементи і важкі метали, такі як вісмут (Bi) і свинець (Pb).

Починаючи з бору, з електронною конфігурацією ns²np¹, вуглець з вашого права додає ще один електрон: 2s²2p². Далі, електронні конфігурації інших елементів періоду 2 блоку p складають: 2s²2p³ (азот), 2s²2p⁴ (кисень), 2s²2p⁵ (фтор) і 2s²2p⁶ (неон).

Якщо ви спуститеся до нижчих періодів, у вас буде енергетичний рівень 3: 3s²3п^1-6, і так далі до кінця блоку p.

Зауважимо, що найважливішим для цього блоку є те, що з періоду 4 його елементи повністю заповнили орбіталі (сині коробки праворуч). Підсумовуючи: блок s розташований ліворуч від періодичної таблиці, а блок p - праворуч.

Представничі елементи

Які репрезентативні елементи? Це ті, які, з одного боку, легко втрачають електрони, або з іншого, вони отримують їх для завершення валентного октету. Іншими словами: це елементи блоків s і p.

Їхні групи відрізнялися від інших літерою А в кінці. Таким чином, існувало вісім груп: від IA до VIIIA. Але в даний час система нумерації, що використовується в сучасних періодичних таблицях, є арабською, від 1 до 18, включаючи перехідні метали.

З цієї причини борова група може бути IIIA, або 13 (3 + 10); вуглецева група, ПДВ або 14; і благородних газів, останній праворуч від таблиці, VIIIA або 18.

Перехідні метали

Перехідними металами є всі елементи сірих квадратів. Протягом усіх своїх періодів вони заповнюють свої орбіталі d, які є п'ятьма, і тому можуть мати десять електронів. Оскільки вони повинні мати десять електронів, щоб заповнити ці орбіталі, то повинні бути десять груп або стовпців.

Кожна з цих груп у старій системі нумерації була позначена римськими цифрами і літерою В в кінці. Перша група - скандій - IIIB (3), залізо, кобальт і нікель VIIIB, які мають дуже подібну реактивність (8, 9 і 10), а цинк IIB (12).

Як видно, набагато легше розпізнавати групи по арабським цифрам, ніж за допомогою римських цифр.

Внутрішні перехідні метали

З періоду 6 періодичної таблиці, f орбіталі починають бути енергетично доступними. Вони повинні бути заповнені спочатку, ніж d орбіталі; і, отже, його елементи, як правило, розташовані окремо, щоб не подовжувати стіл занадто багато.

Останні два періоди, помаранчевий і сірий, є внутрішніми перехідними металами, також званих лантаноїдами (рідкісноземельними) і актинідами. Є сім f орбіталей, які потребують чотирнадцять електронів, щоб заповнити, і тому, повинно бути чотирнадцять груп.

Якщо ці групи буде додано до періодичної таблиці, то їх буде 32 (18 + 14), і буде "витягнута" версія:

Світло-рожевий рядок відповідає лантаноїдам, тоді як темно-рожевий рядок відповідає актиноидам. Лантан, La з Z = 57, актиній, Ac з Z = 89, і весь блок f належать до однієї групи скандію. Чому? Оскільки скандій має орбітальний й ін¹, яка присутня в інших лантаноидах і актиноидах.

La та Ac мають 5d валентні конфігурації¹6s² і 6d¹7s². Коли вона рухається вправо через обидві рядки, орбіталі 4f та 5f починають заповнюватися. Після того, як повний, ви досягаєте елементів Lutecio, Lu, і laurencio, Lr.

Метали та неметали

Залишаючи позаду торт періодичної таблиці, зручніше вдаватися до такої верхніх зображень, навіть у її подовженому вигляді. На даний момент переважною більшістю згаданих елементів є метали.

При кімнатній температурі всі метали являють собою тверді речовини (крім ртуті, яка є рідкою) сріблясто-сірого кольору (за винятком міді і золота). Крім того, вони, як правило, тверді і яскраві; хоча ті, що в блоці, м'які і тендітні. Ці елементи характеризуються здатністю втрачати електрони і утворювати М-катіони⁺.

У випадку лантаноїдів вони втрачають три 5d електрони¹6s² стати тривалентними катіонами М³⁺ (як Ла³⁺). Церій, з іншого боку, здатний втратити чотири електрона (Ce⁴⁺).

З іншого боку, неметалеві елементи складають найменшу частину періодичної таблиці. Це гази або тверді речовини з ковалентно пов'язаними атомами (такими як сірка і фосфор). Всі вони розташовані в блоці p; точніше, у верхній частині останнього, тоді спуск до нижчих періодів збільшує металевий характер (Bi, Pb, Po).

Крім того, неметали замість втрати електронів виграють їх. Таким чином, вони утворюють X аніони^- з різними негативними зарядами: -1 для галогенів (група 17) і -2 для халькогенів (група 16, кисень).

Сімейства металів

В межах металів існує внутрішня класифікація для диференціації між ними:

-Метали групи 1 є лужними

-Група 2, лужноземельних металів (р-н Бекамбара)

-Група 3 (IIIB) Родина скандію. Ця сім'я відповідає скандію, голові групи, ітрію Y, лантану, актинію і всім лантаноїдам і актиноидам.

-Група 4 (IVB), сімейство титанів: Ti, Zr (цирконій), Hf (гафній) і Rf (rutherfordio). Скільки у них валентних електронів? Відповідь у вашій групі.

-Група 5 (VB), сім'я ванадій. Група 6 (VIB), сім'я хрому. І так далі до родини цинку, група 12 (IIB).

Металоїди

Металевий характер збільшується справа наліво, а зверху вниз. Але яка межа між цими двома типами хімічних елементів? Цей кордон складається з елементів, відомих як металоїди, які мають характеристики як металів, так і неметалів.

Металоїди можна побачити в періодичній таблиці в «сходах», що починається з бору, і закінчується в радіоактивному елементі. Ці елементи:

-B: бор

-Кремній: Так

-Ge: германій

-Як: миш'як

-Sb: сурма

-Te: Телур

-At: astatine

Кожен з цих семи елементів має проміжні властивості, які змінюються залежно від хімічного середовища або температури. Одним з таких властивостей є напівпровідник, тобто металоїди - напівпровідники.

Гази

У земних умовах газоподібними елементами є такі нелегкі метали, як азот, кисень і фтор. Також до цієї класифікації потрапляють хлор, водень і благородні гази. З усіх них найбільш емблематичними є благородні гази, завдяки їхній низькій тенденції реагувати і вести себе як вільні атоми.

Останній у групі 18 періодичної таблиці і є:

-Геліо, Він

-Neon, Ne

-Аргон, ар

-криптон, Кр

-Ксенон, Xe

-Radon, Rn

-І найостанніший з усіх, синтетичний оганесон, Ог.

Всі благородні гази мають спільну валентну конфігурацію ns²np⁶; тобто, вони завершили октет сховища.

Стани агрегації елементів при інших температурах

Елементи знаходяться в твердому, рідкому або газоподібному стані в залежності від температури і сили їх взаємодій. Якщо температура Землі охолоджувалася до досягнення абсолютного нуля (0К), то всі елементи замерзнуть; за винятком гелію, який конденсується.

При цій екстремальній температурі решта газів буде у вигляді льоду.

На іншій крайності, якщо температура була близько 6000К, "всі" елементи були б в газоподібному стані. За цих умов можна спостерігати буквально хмари золота, срібла, свинцю та інших металів.

Використання та застосування

Тільки періодична таблиця завжди була і буде, буде інструментом для консалтингу символів, атомних мас, структур та інших властивостей елементів. Це дуже корисно при виконанні стехіометричних розрахунків, які є порядком дня у багатьох завданнях всередині і поза лабораторією.

Не тільки це, але і періодична таблиця дозволяє зіставляти елементи однієї групи або періоду. Отже, можна передбачити, якими будуть певні сполуки елементів.

Прогнозування формул оксидів

Наприклад, для оксидів лужних металів, маючи єдиний валентний електрон і, отже, валентність +1, формула їх оксидів має бути типу М.₂Це перевіряється з оксидом водню, водою, Н₂Також з оксидами натрію Na₂О, і калію, К₂O.

Для інших груп їх оксиди повинні мати загальну формулу М₂O_n, де n дорівнює номеру групи (якщо елемент з блоку p, n-10 обчислюється). Таким чином, вуглець, який належить до групи 14, утворює СО₂ (C₂O₄/ 2); Сірка, з групи 16, SO₃ (S₂O₆/ 2); азот, з групи 15, N₂O₅.

Однак це не стосується перехідних металів. Це пояснюється тим, що, хоча залізо належить до групи 8, воно не може втратити 8 електронів, а 2 або 3. Тому замість запам'ятовування формул важливіше звернути увагу на валентності кожного елемента..

Валенсії елементів

Періодичні таблиці (деякі) показують можливі валентності для кожного елемента. Знаючи це, можна заздалегідь оцінити номенклатуру сполуки та її хімічну формулу. Валентності, як згадано вище, пов'язані з номером групи; хоча це не стосується всіх груп.

Валентності більше залежать від електронної структури атомів, і які електрони дійсно можуть втрачати або вигравати.

Знаючи кількість валентних електронів, можна також почати з структури Льюїса сполуки з цієї інформації. Періодична таблиця дозволяє студентам і професіоналам малювати структури і створювати місце для обстеження можливих геометрій і молекулярних структур.

Періодичні цифрові таблиці

На сьогоднішній день технологія дозволила періодичним таблицям бути більш універсальними і надавати більше інформації, доступній кожному. Деякі з них приносять вражаючі ілюстрації кожного елементу, а також короткий виклад основних його вказівок.

Спосіб взаємодії з ними прискорює їх розуміння та вивчення. Періодична таблиця повинна бути інструментом, приємним для очей, легким для вивчення, і найбільш ефективним методом для знання його хімічних елементів є пересування від періодів до груп.

Важливість періодичної таблиці

В даний час таблиця Менделєєва є найважливішим організаційним інструментом хімії завдяки деталізованим співвідношенням її елементів. Його використання є важливим для студентів і викладачів, а також дослідників і багатьох професіоналів, присвячених галузі хімії і техніки.

Просто подивіться на періодичну таблицю, ви отримуєте величезну кількість та інформацію швидко і ефективно, наприклад:

- Літій (Li), берилій (Be) і бор (B) проводять електроенергію.

- Літій - лужний метал, берилій - лужноземельний метал, а бор - неметал.

- Літій є найкращим провідником трьох названих, за ним слідують берилій і, нарешті, бор (напівпровідник).

Таким чином, локалізуючи ці елементи в періодичній таблиці, можна миттєво зробити висновок про їх схильність до електропровідності.

Список літератури

1. Scerri, E. (2007). Періодична таблиця: її історія та її значення. Оксфорд Нью-Йорк: Оксфордський університет.
2. Scerri, E. (2011). Періодична таблиця: дуже короткий вступ. Оксфорд Нью-Йорк: Оксфордський університет.
3. Moore, J. (2003). Хімія для чайників. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley Pub.
4. Venable, F.P ... (1896). Розробка періодичного закону. Easton, штат Пенсільванія: Хімічна видавнича компанія.
5. Ball, P. (2002). Інгредієнти: екскурсія елементами. Оксфорд Нью-Йорк: Оксфордський університет.
6. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія (8-е изд.). CENGAGE Навчання.
7. Королівське хімічне товариство. (2018). Періодична таблиця. Отримано з: rsc.org
8. Річард С. Банки. (Січень 2001 року). Періодична таблиця. Отримано з: chemistry.boisestate.edu
9. Physics 2000. (s.f.). Походження періодичної таблиці. Отримано з: physics.bk.psu.edu
10. Король К. і Назаревич В. (7 червня 2018). Чи є кінець періодичній таблиці? Отримано з: msutoday.msu.edu
11. Д-р Дуг Стюарт. (2018). Періодична таблиця. Отримано з: chemicool.com
12. Мендес А. (16 квітня 2010 року). Менделєєва таблиця Менделєєва. Отримано з: quimica.laguia2000.com