Карточки
Тесты
Зави
Периодический закон Д. И. Менделеева
На прошлом уроке вы познакомились с Периодической системой химических элементов и научились читать знаки элементов. Сегодня разберемся, какой закон лежит в основе таблицы, почему Д. И. Менделеев оставил в ней пустые клетки и как по этим клеткам ученые описали элементы, которых еще никто не видел.
Как Менделеев навел порядок среди элементов
К 1869 году химики знали 63 химических элемента. Некоторые из них были похожи друг на друга. Например, литий, натрий и калий — мягкие металлы, которые бурно реагируют с водой. Фтор, хлор, бром и иод — активные неметаллы, их называют галогенами. Но общего правила, которое связало бы все элементы в одну систему, не было.
Д. И. Менделеев выписал на карточки названия элементов, их относительные атомные массы и свойства. Затем он расположил элементы по возрастанию атомной массы и заметил: сходные свойства повторяются через определенные промежутки. После лития идут другие элементы, а затем снова появляется похожий на него натрий, еще дальше — калий.
Менделеев «разрезал» этот ряд на строки так, чтобы похожие элементы оказались друг под другом: литий, натрий и калий — в одном столбце, фтор и хлор — в другом. Так из длинного ряда получилась таблица, в каждом столбце которой собраны элементы с похожими свойствами.
Правило
Периодичность — повторяемость свойств через определенные промежутки.
Пример
Периодические явления встречаются и в жизни: день сменяет ночь, времена года идут друг за другом. Так и свойства элементов «возвращаются» через определенное число шагов.
Правило
Периодический закон (формулировка Д. И. Менделеева, 1869 год): свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от их относительных атомных масс.
Пустые клетки и приставка «эка-»
Когда Менделеев расставлял элементы по массе, в некоторых местах ряд «ломался»: следующий по массе элемент оказывался совсем не похож на соседей по столбцу. Тогда Менделеев поступил смело — он оставил в таблице пустые клетки и заявил, что там должны находиться элементы, которые еще не открыты.
Неизвестным элементам он дал временные названия с приставкой «эка-» — от санскритского «эка», что значит «один». Экасилиций — следующий за кремнием элемент той же группы, экаалюминий — следующий за алюминием, экабор — за бором.
Интересный факт: Менделеев доверял свойствам больше, чем массам
Скрыть
Теллур ($A_r = 127{,}6$) тяжелее иода ($A_r = 126{,}9$). Если строго соблюдать порядок по массе, иод попал бы в одну группу с кислородом и серой, а теллур — с хлором и бромом. Менделеев поставил теллур перед иодом: по свойствам иод явно похож на хлор и бром. Позже выяснилось, что он был прав. Почему — узнаете в конце урока.
Метод соседей: как предсказать свойства
Пустая клетка — это только половина открытия. Менделеев пошел дальше и описал свойства элементов, которых никто не видел. Он рассуждал так: элемент похож на соседей по группе и занимает промежуточное положение между соседями по периоду. Значит, его свойства можно оценить по свойствам соседей — например, как среднее арифметическое.
Пример
Проверим метод на известном элементе — броме Br. Его соседи: сверху хлор Cl ($35{,}45$), снизу иод I ($126{,}90$), слева селен Se ($78{,}97$), справа криптон Kr ($83{,}80$).
$$A_r(\mathrm{Br}) \approx \frac{35{,}45 + 126{,}90 + 78{,}97 + 83{,}80}{4} = \frac{325{,}12}{4} \approx 81{,}3$$
Настоящая относительная атомная масса брома — $79{,}9$. Ошибка меньше 2%: метод дает хорошую оценку.
Важно
Метод соседей дает оценку, а не точное значение. Менделеев учитывал и другие закономерности, например формулы оксидов и изменение свойств вдоль группы. При этом в 1871 году он опирался на менее точные данные, а некоторых соседей — например, галлия — еще не знали.
Проверка временем: галлий, скандий, германий
Многие химики отнеслись к прогнозам Менделеева с недоверием. Все изменилось, когда предсказанные элементы начали находить один за другим.
В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран открыл новый металл и назвал его галлием. Свойства металла совпали с описанием экаалюминия, кроме одного: плотность оказалась $4{,}7\ \text{г/см}^3$, а Менделеев предсказывал около $6\ \text{г/см}^3$. Узнав об открытии, Менделеев написал ученому, что плотность измерена неточно. Лекок де Буабодран очистил металл, повторил измерения и получил $5{,}9\ \text{г/см}^3$.
В 1879 году шведский химик Ларс Нильсон открыл скандий — предсказанный экабор. А в 1886 году немецкий химик Клеменс Винклер открыл германий. Сравните прогноз Менделеева с настоящими свойствами германия:
| Свойство | Экасилиций (прогноз 1871 года) | Германий (современные данные) |
|---|---|---|
| Относительная атомная масса | $72$ | $72{,}63$ |
| Плотность, г/см³ | $5{,}5$ | $5{,}32$ |
| Цвет | серый | серый |
| Формула оксида | $\mathrm{ЭO_2}$ | $\mathrm{GeO_2}$ |
| Плотность оксида, г/см³ | $4{,}7$ | $4{,}23$ |
| Хлорид | $\mathrm{ЭCl_4}$, кипит ниже $100\ ^\circ\mathrm{C}$ | $\mathrm{GeCl_4}$, кипит при $86{,}5\ ^\circ\mathrm{C}$ |
| Плотность хлорида, г/см³ | $1{,}9$ | $1{,}88$ |
Откуда такие названия?
Скрыть
Первооткрыватели назвали элементы в честь своих стран и регионов: галлий — от латинского названия Франции «Галлия», скандий — в честь Скандинавии, германий — в честь Германии.
После этих открытий периодический закон признали во всем мире. Закон, который позволяет предсказывать новое, — признак настоящей научной теории.
Периоды и группы: как меняются свойства
Современная таблица устроена по тому же принципу, что и таблица Менделеева. Горизонтальные ряды называют периодами, вертикальные столбцы — группами. Элементы одной главной подгруппы (А-группы) похожи по свойствам.
В периоде слева направо металлические свойства ослабевают, а неметаллические — усиливаются. Посмотрите на 3-й период:
В главной подгруппе сверху вниз металлические свойства усиливаются. Литий реагирует с водой спокойно, натрий — бурно, а при реакции калия с водой выделяющийся водород воспламеняется.
Правило
Периодический закон (современная формулировка): свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов.
Заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента. У теллура порядковый номер 52, у иода — 53, поэтому теллур стоит перед иодом, хотя он тяжелее. Менделеев выбрал правильный порядок больше чем за 40 лет до того, как физики объяснили его строением атома. Почему свойства меняются именно так, вы узнаете в уроке «Зависимость свойств элементов от строения их атомов».
Важно
Закономерности изменения свойств элементов в периодах и группах проверяются на ОГЭ по химии.
Вывод
Периодический закон — не просто способ удобно расположить элементы. Он позволяет по положению элемента в таблице предсказать его свойства. Германий, который Менделеев описал «на бумаге», примерно через 60 лет после своего открытия стал материалом для первых транзисторов — основы современной электроники.
Часто задаваемые вопросы
Периодический закон открыл русский химик Д. И. Менделеев в 1869 году. Он расположил известные тогда 63 элемента по возрастанию атомной массы и заметил, что свойства элементов периодически повторяются.
Менделеев связывал свойства элементов с их атомной массой. Сегодня известно, что свойства зависят от заряда ядра атома, то есть от порядкового номера. Поэтому теллур стоит перед иодом, хотя он тяжелее.
Самые известные — экаалюминий, экабор и экасилиций. Их открыли в 1875–1886 годах и назвали галлием, скандием и германием. Свойства этих элементов оказались очень близки к прогнозам Менделеева.
В периоде слева направо металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются. В главной подгруппе сверху вниз металлические свойства усиливаются.
5
5
1
5
Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.
- Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
- Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
- Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий