Періодична система елементів і історія її створення

МІНІСТЕРСТВООСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

МІНІСТЕРСТВОАГЕНТСТВО ПО ОСВІТІ

Санкт-ПетербурзькийДЕРЖАВНИЙ

УНІВЕРСИТЕТСЕРВІСУ І ЕКОНОМІКИ

РЕФЕРАТ

Дисципліна:Природознавство.

Тема:Періодична система елементів і історія її створення.

Бологоє. 2007

Зміст

Введення

Історія відкриття періодичногозакону і періодичної системи Принципи побудови періодичної системи

Опис періодичної системи

Висновок

Список використаної літератури

Додаток

Введення

У своєму рефераті я вирішиларозповісти про Періодичний закон і Періодичній системі Д.І. Менделєєва.Чому я вибрала саме цю тему?

На мій погляд, данатема досить цікава, до того ж у школі я дуже любила хімію, і, можливо,саме це і послужило основним моментом при виборі теми для реферату.

Що ж такеПеріодична система, і яка її практична і наукова значимість?

Періодична системаелементів Д.І. Менделєєва - природна система хімічних елементів,створена Д.І. Менделєєвим на основі відкритого ним періодичного закону у 1869 р. Менделєєв вперше сформулював сутність періодичного закону. А в 1871 р. запропонував більш розгорнуту його формулювання:

Фізичні та хімічнівластивості елементів, які проявляються у властивостях простих і складних тіл, нимиосвічених, стоять у періодичній залежності.

Сучасна, більш точнаі глибока формулювання періодичного закону відображає періодичнузалежність властивостей елементів від числа електронів в атомі, що визначається зарядоматомного ядра; це число дорівнює порядковому (атомному) номеру елемента в системіМенделєєва. Оскільки, однак, атомні ваги елементів, як правило, зростаютьв тій же послідовності, що і заряди атомних ядер, сучасна табличнаформа періодичної системи принципово збігається з менделєєвської.Періодична система відображає об'єктивно існуючий взаємозв'язок міжхімічними елементами. Тому вона і була названа Менделєєвим В«природноюВ»системою елементів.

Періодичний закон немає рівних в історії науки. Замість розрізнених, не пов'язаних між собоюречовин перед наукою постала єдина струнка система, що об'єднала в одне цілевсі хімічні елементи.

Менделєєв вказав шляхспрямованого пошуку в хімії майбутнього. Багато вчених грунтувалися на Періодичномузаконі, пророкуючи і описуючи невідомі хімічні елементи та їх властивості.

Закон Менделєєва надаввеличезний вплив на розвиток знань про будову атома, про природу речовин.

періодичний закон Менделєєва

Історія відкриттяперіодичного закону і періодичної системи

Перші спробикласифікації елементів відносяться до кінця 18-початку 19 ст. Особливо ж багатийроботами в цій області 19 століття, що пов'язано з відкриттям і дослідженням багатьохнових елементів. Спочатку класифікацію засновували лише на різковиражених фізичних або хімічних властивостях. Так, в кінці 18-початку 19 ст.виникло поділ елементів на метали і неметали (А. Лавуазьє, Я. Берцеліус).На початку 19 ст. з розвитком ідей хімічної атомістики і методів хімічногоаналізу, з'явилися перші спроби систематизації елементів по їх атомним вагам,визнаним основною кількісною характеристикою елемента.

У 1864 р. Лотар Мейєр виклав у монографії В«Сучасні теорії хімії та їх значення для хімічної статистикиВ»наявні літературні дані з питання про співвідношення атомних вагспоріднених елементів і навів таблицю, де показав такі співвідношення длядекількох характерних груп. Небудь теоретичних узагальнень зі своєїтаблиці Мейєр не вивів. Таким чином, ні в одній з робіт по класифікаціїхімічних елементів, що передували працям Менделєєва, не була виявленавзаємозв'язок усіх хімічних елементів. Разом з тим роботи попередниківпідготували грунт для відкриття Менделєєва. Важливою подією, що підготували цевідкриття, був міжнародний хімічний з'їзд в м. Карлеруе (1860), де булирозмежовані поняття В«атомна вагаВ» і В«хімічний еквівалентВ», досінерідко змішуються. Це дозволило створити єдину систему атомних ваг, ірозгляд співвідношень між атомними вагами елементів отримало міцнуоснову.

Менделєєв відкривперіодичний закон в 1869 р. Це відкриття було підготовлено і попередньої15-річній науковою діяльністю самого Менделєєва, який знайшов окремі важливіспіввідношення у властивостях елементів; безпосереднім ж приводом до пошуківпослужило складання систематичного курсу хімії, названого згодомВ«Основи хіміїВ». Як і його попередники, Менделєєв в якості основноїхарактеристики, однозначно визначає хімічний елемент, вибрав атомну вагу.Але, на відміну від них. Менделєєв керувався твердою впевненістю віснування загального закону природи, що визначає властивості і відмінності міжвсіма елементами. І шукав закономірності в зміні атомних ваг не тільки ухімічно подібних елементів, всередині однієї природної групи, але і міжнесхожі елементами. Зіставивши такі вкрай протилежні в хімічномувідношенні, але близькі за атомним вагам їх членів групи, як лужні метали тагалогени, і написав першу під другими, Менделєєв розташував під і над ними іінші групи подібних елементів у порядку зміни атомних ваг. Виявилося.Що члени цих природних груп утворять загальний закономірний ряд, причомухімічні властивості елементів періодично повторюються.

При розміщенні елементівв періодичній системі Менделєєв керувався не тільки правиломпоступового зростання атомної ваги. Але і принципом періодичності хімічнихвластивостей; серед останніх в якості безпосереднього і основного критерію вінвибрав форми кисневих і водневих з'єднань елементів, що відповідають їхвищої валентності. Дотримання правил періодичності дозволило Менделєєву вдекількох місцях системи правильно розташувати елементи не в порядкузростання атомних вагів, а з порушенням цього порядку, як вимагалихімічні аналогією (Co-Ni, Te-J), а длядеяких елементів змінити загальноприйняті в той час атомні ваги навіть в 1,5-2рази (Be, In, Ce, U та ін.) Одночасно Менделєєвпередбачив багато невідомі тоді елементи, для яких у періодичнійсистемі виявилися незаповнені місця, а для трьох з них - так зв. екаалюмінієм,екабора і екасіцілія, докладно описав очікувані властивості. Незабаром ці елементибули відкриті: аналог алюмінію - галій, Лекок де Буабодраном в 1875, аналогбору - скандій, Л. Нільсоном в 1879; аналог кремнію - германій, А. Винклером в1886. Вражаючий збіг їх властивостей з передбаченнями Менделєєва привернулоувагу вчених усього світу; періодичний закон отримав загальне визнання іліг в основу всього подальшого розвитку хімії. Над уточненням і розвиткомсвоєї системи Менделєєв працював ок.40 років. Але особливо великих успіхів досягласистема Менделєєва після його смерті, з відкриттям самої причини періодичності,укладеної в складному будову атомів.

Принципи побудовиперіодичної системи

Кожен електрон в атомі,відповідно до квантовою механікою, характеризується чотирма квантовимичислами: головним квантовим числом n, що приймає значення n = 1,2,3,4..., Азимутним l, приймаючимзначення l = 0,1,2 ..., n-1, магнітним m,мають (2l +1) значень, і спінові ms, які приймають значення +1/2 і -1/2.Стан з l = 0,1,2,3,4 ... прийнято позначатибуквами s, p, d, j, g - і відповідно називати s-, p-, d-, j-, g-...станами. Електрони з даними nутворюють електронний шар, який складається з n оболонок з l = 0,1,2... N-1 і містить 2n в квадраті електронів. Звідсиотримуємо наступний розподіл електронів по верствам і оболонкам.

Таблиця 1. Розподілелектронів по верствам і оболонкам.

n 1 2 3 4 ...... l 0 0 1 0 ... 1 2 0 1 2 3 ...... Позначення шарів і оболонок 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ....... Число електронів в шарі 2 2 +6 = 8 2 +6 +10 = 18 2 +6 +10 +14 = 32 ......

Звідси видно, щомаксимально можливе число електронів в першому шарі (n = 1) дорівнює 2 (1s-стану);у другому шарі - 8 (2s-і 2p-стани), у третьому і в четвертомушарах - відповідно 18 і 32 електрона. Тим самим встановлюється зв'язок міжшаруватим розташуванням електронів в атомі і періодичною системою: періодитаблиці Менделєєва містять 2, 8, 18 і 32 елемента. Залишається з'ясувати, чому втаблиці Менделєєва зустрічаються по два рази періоди з 8 і 18 елементів. Цепояснюється тим, що в таблиці 1 вказано можливе максимальне числоелектронів в різних шарах, в дійсності ж електрони в атомахрозташовуються в тих станах (з числа можливих), які відповідаютьнайменшої енергії. Енергія електрона на орбіті тим вище, чим більше n, а при даному n тим вище, чим більше l. Тому послідовністьенергетичних рівнів окремих станів електрона не завжди збігається зпослідовністю головних квантових чисел n.

У табл.2 (див. Додаток)представлена ​​схема заповнення електронних оболонок послідовно для всіхелементів періодичної системи за окремими періодами. Перший період міститьлише два елементи, що відповідає максимальному числу електронів в 1s-стані першого шару. Починаючи з Li йде поступове заповнення другогошару аж до Ne (Z = 10). З одинадцятого електрона Na починається заповнення третього шару- Третього періоду системи Менделєєва. В елементах, наступних за Na, йде послідовне заповненняелектронами станів 3s і 3p третього шару. У Ar вісім електронів складаютьсиметричну групу і обумовлюють подібність його фізико-хімічних властивостей знеоном. Цим завершується третій період, що містить, як і другий, 8 елементів.19-й елемент До починає новий, четвертий, шар і четвертий період таблиці.Однак число вільних місць третього шару далеко не вичерпано. Після Ar залишаються ще вільними 10 місць 3d-стану. Тут впершепослідовний порядок заповнення порушується через енергетичнихміркувань. Стан 4sвиявляється енергетично більш вигідним, ніж стан 3d. Але починаючи з Sc і аж до Ni знову стає енергетично більш вигідним заповненнястану 3d. Всі місця цього стану у Ni виявляються заповненими і з Cu починається нормальне заповненнястану 4s четвертого шару. Ця обставинаобумовлює деяку схожість міді з лужними металами. Kr з вісьмома електронами в цьому шарі,закінчує четвертий період, виявляється подібним з Ne і Ar. Зподальшого за Kr 37-го елемента Rb починається забудова п'ятого шару, хоча в четвертому шарі щезалишаються 24 вільних місця - 10 місць в стані 4d і 14 місць в стані 4f. Тут, як і у К, стан 5s виявляється енергетично більш вигідним. Добудовачетвертого шару поновлюється з Y,починаючи з якого йде заповнення 4d-оболонки. Стану 4f залишаються незаповненимиаж до 58-го елементу. Лише з Се вони починають заповнюватися. Забудова 4f-стану охоплює 14 елементів,утворюють своєрідну групу лантанідів, дуже схожих між собою за своїмифізико-хімічними властивостями. Така ж група елементів з добудовувати 5f-станами, звана актинідії,починається з Th (Z = 90).

Таким чином, коженперіод (крім першого) починається зі лужного металу з одним валентним електрономі кінчається інертним газом з вісьмома валентними електронами, утворюютьзамкнуту оболонку. Другий і третій періоди, де нормально забудовуються s-і p-стани, містять у відповідності з цим по 8 елементів.Періоди ж четвертий і п'ятий, в які вклинюються групи елементів здобудовуються d-станами,містять по 18 елементів. Нарешті, останній повний період - шостий - містить32 елементи, тому в ньому з'являється нова група з 14 елементів здобудовувати 4j-станами. Тимсамим вся складна періодичність, відкрита Менделєєвим, повністю пояснюєтьсярозташуванням електронів по групах, що характеризується певними квантовимичислами.

Цікаво відзначити, що72-й елемент в той час, коли Н.Бор будував табл.2, не був відкритий. Було неясно,скільки повинно бути лантанідів. Вважаючи, що число їх дорівнює п'ятнадцяти, 72-йелемент шукали серед мінералів, що містять рідкісні землі. Т.к. число 4f-електронів дорівнює 14, то цей елементповинен мати близьку до Zrзовнішню електронну оболонку. Тому Бор запропонував шукати 72-й елемент уцирконієвих рудах. Цей елемент, наз. гафнієм, до торжества теорії Бора, і буввиявлений в цирконієвих рудах.

Що ж стосується аналогівлантанідів - актинидов, у яких заповнюються запропонував шукати 72-й елемент уцирконієвих рудах. Цей елемент, наз.гафніем, до торжества теорії Бора, і буввиявлений в цирконієвих рудах.

Що ж стосується аналогівлантанідів - актинидов, у яких заповнюються 5f-стану, то тут слід мати на увазі, що 6d-і 5f-стану енергетично дуже близькі, що обумовлюєлегкість переходів електронів між ними і призводить до великих труднощів привстановленні істинного розташування електронів по цим станам.

З моменту відкриттясистеми Менделєєва було опубліковано кілька сот різних варіантів їїзображення на площині і в просторі. Найбільш уживана короткатаблиця, один з можливих варіантів якій поміщений в Додатку.

Опис періодичноїсистеми

У таблиці поміщенісимволи елементів, прийняті в 1961 р. Міжнародним з'їздом Спілки чистої іприкладної хімії. Для ряду елементів в літературі вживаються різніназви; наприклад, 86-й елемент наз. радоном (Rn), або еманацією (Еm), 71-й елемент - Лютецією (Lu), або Кассіопеї (Ср).

Атомні ваги дани втаблиці міжнародних атомних ваг на 1962 р. в вуглецевої шкалою (за одиницю прийнята 1/12 маси ізотопу вуглецю С в 22 ступені). Для радіоактивних елементів,не мають стабільних і довгоіснуючих радіоактивних ізотопів, поняття атомноїваги втрачає сенс. Тому для таких елементів наведено масове числонайбільш довгоживучих ізотопів.

Для кожного елементаприведена конфігурація зовнішніх електронних оболонок. Номери електронних шарів,до яких належать оболонки, дані в першій колонці зліва від таблиці.Наприклад, для Вr (Z = 35) конфігурація зовнішніх оболонок s2р5 означає наявність 2 електронів в 4s-оболонці і 5 електронів в4р-оболонці, тобто 4 s24р5; в атомі Вr, крім зовнішніх оболонок, заповнені івнутрішні; повна електронна конфігурація атома 1s2 2s2 2р63s2 3р6 3d10 4 s24р5.

Таблиця складається з 7горизонтальних періодів, в кожному з яких починається заповнення новогоелектронного шару. У 1-й колонці наведені номери періодів n, що збігаються з величиною головногоквантового числа електронного шару, найбільш віддаленого від атомного ядра. Яквидно з першої таблиці, в 1-му періоді забудовується 1s-оболонка; період містить 2 елемента. У 2-му і 3-му періодах,містять по 8 елементів, спочатку забудовуються s-, а потім р-оболонки. 4-й і 5-й періоди складаються кожний з 18елементів, у яких забудовуються спочатку відповідні s-оболонки (4 s і 5s),потім d-оболонки попередніх шарів (3d і 4d) і, нарешті, р-оболонки (4р і 5р). Елементи, у якихвідбувається забудова d-оболонок,наз. перехідними. У 6-му періоді, що містить 32 елементи, після заповнення 6s-оболонки у Сs і Ва починає розбудовуватися 5d-оболонка у Lа, алеу наступних 14 елементів - лантанідів (Се-Lu) відбувається забудова більш глибокої 4f-оболонки і тільки після їїзаповнен...ня добудовуються 5d-і6р-оболонки (НF - Нg і Тl - Rn). У 7-му періоді заповнення оболоноквідбувається аналогічно заповненню в 6-му періоді; послідовно забудовуються 7s-оболонка, потім заміщується 1-е місцев 6d-оболонці, після чого відбуваєтьсязаповнення 5f-оболонки у 14 актинидов. Унаступних, ще невідомих елементів (їх порядкові номери надруковані вдужках), має відбуватися заповнення 6d-оболонки (елементи з п.н. від 104 до 112) і 7р-оболонки(113-118).

Елементи в періодичнійсистемі поділяються на 8 вертикальних груп (позначені римськими цифрами). Вкороткій формі таблиці групи складаються з підгруп - а (основна) і б(Побічна). У елементів 1а підгрупи (лужних металів) щоразу починаєтьсяутворення нової електронної оболонки, а у елементів 8а підгрупи (інертнихгазів) вона закінчується. Перший по порядку перехідний елемент - скандій,вперше починає формування підгрупи б (в 3 гр. зрушать вправо). Такимчином, у елементів головних підгруп забудовуються s-і р-оболонки, у елементів побічних підгруп - d-і f-оболонки.

лантанідів і актинідія,належать до 3 гр. системи, поміщені для компактності внизу таблиці, хочаправильніше було б розташовувати всі елементи періодичної системи один заіншому, по мірі зростання Z. Ввідповідних місцях таблиці, після Lа і Ас, дійсний стан лантанідів і актинидов позначено їхпорядковими номерами в двох квадратах (58-71 і 90-103).

Як видно з таблиці,номер групи періодичної системи збігається із загальним числом зовнішніх s-і р-електронів у елементів головноїпідгрупи, тобто

Висновок

Д.І.

Список використаної

1.

2.природознавства.

3. Під ред.

4.