Періодична система хімічних елементів (таблиця Менделєєва) - класифікація хімічних елементів, що встановлює залежність різних властивостей елементів від заряду атомного ядра. Система є графічним виразом періодичного закону, встановленого російським хіміком Д. І. Менделєєвим в 1869. Її початковий варіант був розроблений Д. І. Менделєєвим в 1869 - 1871 роках і встановлював залежність властивостей елементів від їх атомної ваги (по-сучасному, від атомної маси). Усього запропоновано декілька сотень варіантів зображення періодичної системи (аналітичних кривих, таблиць,
геометричних фігур і т. п.). У сучасному варіанті системи передбачається
зведення елементів у двовимірну таблицю, в якій кожен стовпець ( група) визначає основні фізико-хімічні властивості, а рядки являють собою періоди, певною мірою подібні один одному.
1. Історія відкриття
До середини XIX століття були відкриті 63 хімічні елементи, і спроби знайти закономірності в цьому наборі робилися неодноразово. В 1829 Деберейнер
опублікував знайдений ним "закон тріад": атомна вага багатьох елементів
близький до середнього арифметичного двох інших елементів, близьких до
вихідного за хімічними властивостями ( стронцій, кальцій і барій; хлор, бром і йод та ін.) Першу спробу розташувати елементи в порядку зростання атомної ваги зробив Олександр Еміль Шанкуртуа ( 1862), який розмістив елементи вздовж гвинтової лінії
і відзначив часте циклічне повторення хімічних властивостей по
вертикалі. Обидві зазначені моделі не привернули уваги наукової
громадськості.
В 1866 свій варіант періодичної системи запропонував хімік і музикант Джон Олександр Ньюлендс,
модель якого ("закон октав") зовні трохи нагадувала менделєєвської, але
була скомпрометована наполегливими спробами автора знайти в таблиці
містичну музичну гармонію. У цьому ж десятилітті з'явилися ще кілька
спроб систематизації хімічних елементів; найближче до остаточного
варіанту підійшов Юліус Лотар Мейєр ( 1864). Д. І. Менделєєв опублікував свою першу схему періодичної таблиці в 1869 у статті "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів" (в журналі Російського хімічного товариства); ще раніше (лютий 1869 р.) наукове повідомлення про відкриття було їм розіслано провідним хімікам світу.
За легендою, думка про систему хімічних елементів прийшла до
Менделєєва уві сні, однак відомо, що одного разу на запитання, як він
відкрив періодичну систему, вчений відповів: "Я над нею, може бути, двадцять років думав, а ви думаєте: сидів і раптом ... готово ".
Написавши на картках основні властивості кожного елемента (їх у той час було відомо 63, з яких один - Дідім Di - опинився в подальшому сумішшю двох знову відкритих елементів празеодима і неодиму),
Менделєєв починає багаторазово переставляти ці картки, складати з них
ряди схожих за властивостями елементів, зіставляти ряди один з іншим.
Підсумком роботи став відправлений у 1869 в наукові установи Росії та інших країн перший варіант системи ("Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі і хімічній схожості"), в якому елементи були розставлені по дев'ятнадцяти горизонтальних рядах (рядах подібних елементів, які стали прообразами груп сучасної системи) та по шести вертикальних стовпцях (прообразів майбутніх періодів). В 1870 Менделєєв в "Основах хімії" публікує другий варіант системи ("Природну систему елементів"),
що має більш звичний нам вид: горизонтальні стовпці елементів-аналогів
перетворилися у вісім вертикально розташованих груп; шість вертикальних
стовпців першого варіанту перетворилися в періоди, що починалися лужним металом і закінчуються галогеном. Кожен період був розбитий на два ряди; елементи різних увійшли до групи рядів утворили підгрупи.
Сутність відкриття Менделєєва полягала в тому, що із зростанням атомної маси
хімічних елементів їх властивості змінюються не монотонно, а
періодично. Після певної кількості різних за властивостями елементів,
розташованих за зростанням атомної ваги, властивості починають
повторюватися. Наприклад, натрій схожий на калій, фтор схожий на хлор, а золото схоже на срібло і мідь.
Зрозуміло, властивості не повторюються в точності, до них додаються і
зміни. Відмінністю роботи Менделєєва від робіт його попередників було
те, що основ для класифікації елементів у Менделєєва була не одна, а дві
- атомна маса і хімічна схожість. Для того, щоб періодичність повністю
дотримувалася, Менделєєвим було вжито дуже сміливі кроки: він виправив
атомні маси деяких елементів (наприклад, берилію, індію, урану, торію, церію, титану, ітрію), кілька елементів розмістив у своїй системі всупереч прийнятим у той час уявленням про їх схожість з іншими (наприклад, талій, що вважався лужним металом, він помістив у третю групу згідно його фактичної максимальної валентності), залишив у таблиці порожні клітини, де повинні були розміститися поки не відкриті елементи. В 1871 на основі цих робіт Менделєєв сформулював Періодичний закон, форма якого з часом була дещо вдосконалена.
Наукова достовірність Періодичного закону отримала підтвердження дуже скоро: в 1875 - 1886 роках були відкриті галій (екаалюмінієм), скандій (екабор) і германій
(екасіліцій), для яких Менделєєв, користуючись періодичною системою,
передбачив не тільки можливість їх існування, але й, з разючою точністю,
цілий ряд фізичних і хімічних властивостей.
На початку XX століття з відкриттям будови атома було встановлено, що періодичність зміни властивостей елементів визначається не атомним вагою, а зарядом ядра, рівним атомному номеру і числу електронів, розподіл яких по електронним оболонок атома елемента визначає його хімічні властивості.
Подальший розвиток періодичної системи пов'язане із заповненням
порожніх клітин таблиці, в які поміщалися все нові й нові елементи: благородні гази, природні та штучно отримані радіоактивні елементи. В 2010, з синтезом 117 елемента,
сьомий період періодичної системи був завершений, проблема нижньої межі
таблиці Менделєєва залишається однією з найважливіших у сучасній теоретичної хімії
2. Структура періодичної системи
Найбільш поширеними є 3 форми таблиці Менделєєва: " коротка
"(короткоперіодних)," довга "(длінноперіодних) і" наддовгі ". В"
наддовгі "варіанті кожен період займає рівно один рядок. У" довгому
"варіанті лантаноїди і актиноїди
винесені із загальної таблиці, роблячи її більш компактною. В
"короткій" формі запису, на додаток до цього, четвертий і наступні
періоди займають по 2 рядки; символи елементів головних і побічних
підгруп вирівнюються щодо різних країв клітин.
3. Значення періодичної системи
Періодична система Д. І. Менделєєва стала найважливішою віхою в розвитку
атомно-молекулярного вчення. Завдяки їй склалося сучасне поняття про хімічний елемент, були уточнені уявлення про прості речовини і з'єднаннях.
Прогнозуюча роль періодичної системи, показана ще самим Менделєєвим, в XX столітті проявилася в оцінці хімічних властивостей трансуранових елементів.
Розроблена в XIX в. в рамках науки хімії, періодична таблиця з'явилася готової систематизацією типів атомів для нових розділів фізики, отримали розвиток на початку XX ст. - фізики атома і фізики ядра.
В ході досліджень атома методами фізики було встановлено, що порядковий
номер елемента в таблиці Менделєєва (атомний номер) є мірою електричного заряду атомного ядра цього елемента, номер горизонтального ряду (періоду) у таблиці визначає число електронних оболонок атома,
а номер вертикального ряду - квантову структуру верхньої оболонки, чому
елементи цього ряду і зобов'язані подібністю хімічних властивостей.
Поява періодичної системи відкрило нову, справді наукову еру в історії
хімії та ряді суміжних наук - замість розрізнених відомостей про
елементи і з'єднаннях з'явилася струнка система, на основі якої стало
можливим узагальнювати, робити висновки, передбачати.
