Периодическая система химических элементов

Памятник Д. И. Менделееву в Санкт-Петербурге

У этого термина существуют и другие значения, см. Периодическая система (значения).

Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов (табли́ца Менделе́ева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). Всего предложено несколько сотен^[1] вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

История открытия

Основная статья: История открытия Периодического закона

К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно. В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад»: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий; хлор, бром и иод и др.). Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Обе указанные модели не привлекли внимания научной общественности.

В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого («закон октав») внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864). Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира.

Д. И. Менделеев

По легенде, мысль о системе химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Написав на карточках основные свойства каждого элемента (их в то время было известно 63, из которых один — дидим Di — оказался в дальнейшем смесью двух вновь открытых элементов празеодима и неодима), Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим^[2]. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.

Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.

Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, описал целый ряд физических и химических свойств.

В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу электронов, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента определяет его химические свойства.

Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались всё новые и новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы. В 2010 году, с синтезом 117 элемента, седьмой период периодической системы был завершён, проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии^{[источник не указан 365 дней]}.

Структура периодической системы

Наиболее распространёнными являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по 2 строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток.

Ниже приведён длинный вариант (длиннопериодная форма), утверждённый Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве основного.

Периодическая система элементов^[3]

Группа → Период ↓

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

1 H

2 He

2

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

3

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

4

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

5

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

6

55 Cs

56 Ba

*

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

7

87 Fr

88 Ra

**

104 Rf

105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

109 Mt

110 Ds

111 Rg

112 Cn

113 Uut

114 Fl

115 Uup

116 Lv

117 Uus

118 Uuo

8

119 Uue

120 Ubn

***

Лантаноиды *

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

Актиноиды **

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

103 Lr

Суперактиноиды ***

121 Ubu

122 Ubb

123 Ubt

124 Ubq

125 Ubp

126 Ubh

Семейства химических элементов
	Щелочные металлы		Неметаллы
	Щёлочноземельные металлы		Галогены
	Переходные металлы		Инертные газы
	Металлы		Лантаноиды
	Полуметаллы — металлоиды		Актиноиды

Короткая форма таблицы, содержащая восемь групп элементов^[4], была официально отменена ИЮПАК в 1989 году. Несмотря на рекомендацию использовать длинную форму, короткая форма продолжает приводиться в большом числе российских справочников и пособий и после этого времени. Из современной иностранной литературы короткая форма исключена полностью, вместо неё используется длинная форма. Такую ситуацию некоторые исследователи связывают в том числе с кажущейся рациональной компактностью короткой формы таблицы, а также с инерцией, стереотипностью мышления и невосприятием современной (международной) информации^[5].

В 1970 году Теодор Сиборг предложил расширенную периодическую таблицу элементов. Нильсом Бором разрабатывалась лестничная (пирамидальная) форма периодической системы. Существует и множество других, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных, способов графического отображения Периодического закона^[6][7]. Сегодня существуют несколько сотен вариантов таблицы, при этом учёные предлагают всё новые варианты^[8].

Значение периодической системы

Периодическая система Д. И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитии атомно-молекулярного учения. Благодаря ей сложилось современное понятие о химическом элементе, были уточнены представления о простых веществах и соединениях.

Прогнозирующая роль периодической системы, показанная ещё самим Менделеевым, в XX веке проявилась в оценке химических свойств трансурановых элементов.

Разработанная в XIX в. в рамках науки химии, периодическая таблица явилась готовой систематизацией типов атомов для новых разделов физики, получивших развитие в начале XX в. — физики атома и физики ядра. В ходе исследований атома методами физики было установлено, что порядковый номер элемента в таблице Менделеева (атомный номер) является мерой электрического заряда атомного ядра этого элемента, номер горизонтального ряда (периода) в таблице определяет число электронных оболочек атома, а номер вертикального ряда — квантовую структуру верхней оболочки, чему элементы этого ряда и обязаны сходством химических свойств.

Появление периодической системы открыло новую, подлинно научную эру в истории химии и ряде смежных наук — взамен разрозненных сведений об элементах и соединениях появилась стройная система, на основе которой стало возможным обобщать, делать выводы, предвидеть.

См. также

• Периодический закон
• Список химических элементов
• Хронология открытия химических элементов
• Альтернативные периодические таблицы
• Расширенная периодическая таблица элементов

Примечания

1. ↑ В книге В. М. Потапов, Г. Н. Хомченко «Химия», М. 1982 (стр. 26) утверждается, что их более 400.
2. ↑ Периодический закон: предистория, открытие, разработка. Музей-архив Д.И. Менделеева. Архивировано из первоисточника 14 октября 2012. Проверено 1 сентября 2012.
3. ↑ Элементы, номера которых показаны серым цветом, синтезированы искусственно.
4. ↑ Пример короткой формы таблицы.
5. ↑ Р. С. Сайфуллин, А. Р. Сайфуллин, «Новая таблица Менделеева», Химия и жизнь, 2003, № 12, стр. 14—17. (В виде PDF-файла — 6,0 МБ — на сайте «Единой Коллекции цифровых образовательных ресурсов…».)
6. ↑ Например, в 1997 году Б. Ф. Маховым была опубликована книга «Симметричная квантовая Периодическая система элементов», в которой границами горизонтальных рядов, периодов и диад служат элементы со спектральным термом ¹s₀. Координатами конкретного элемента в таблице принят набор из четырёх квантовых чисел.
7. ↑ Трифонов Д. Н.: Структура и границы периодич. систем. ~М.: 1969
8. ↑ Химики предложили улучшить таблицу Менделеева. Lenta.Ru (7 октября 2009). Архивировано из первоисточника 21 августа 2011. Проверено 7 октября 2009.

Ссылки

	Изображения на Викискладе?

• Таблица Менделеева на сайте IUPAC (pdf) (англ.)
• Интерактивная таблица Менделеева
• Основы строения вещества. Глава 5. Структура периодической системы элементов
• Периодическая система элементов (pdf)
• Статья: Филатов Д. В. Вклад европейских учёных в становление и укрепление периодического закона // Химический портал Новосибирска, 2009

Литература

• Менделеев Д. И., — Периодическая законность химических элементов // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Агафошин Н. П. Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева. — М.: Просвещение, 1973. — 208 с.
• Евдокимов Ю., кандидат химич. наук. К истории периодического закона. Наука и жизнь, № 5 (2009), С. 12-15.
• Макареня А. А., Рысев Ю. В. Д. И. Менделеев. — М.: Просвещение, 1983. — 128 с.
• Макареня А. А., Трифонов Д. Н. Периодический закон Д. И. Менделеева. — М.: Просвещение, 1969. — 160 с.
• Eric R. Scerri. The Periodic Table: Its Story and Its Significance. — Нью-Йорк: Oxford University Press, 2007. — 368 с. — ISBN 978-0-19-530573-9

Разделы химии

 

Периодическая система химических элементов
Основные разделы	Неорганическая химия   Теоретическая химия  • Координационная химия  • Прикладная неорганическая химия  • Неорганический синтез Органическая химия   Биохимия Нейрохимия  • Функциональная биохимия  • Медицинская биохимия Химия полимеров  • Биоорганическая химия  • Металлоорганическая химия  • Стереохимия  • Химия одноуглеродных молекул Аналитическая химия   Вычислительная химия   Хемоинформатика  • Молекулярное моделирование  • Компьютерная химия  • Математическая химия  • Хемометрика Методы аналитической химии   Качественный анализ  • Количественный анализ Элементный анализ Рентгеноспектральный анализ  • Радиоактивационный анализ  • Масс-спектрометрия Другие методы анализа Титрование  • Объёмный анализ  • Гравиметрия  • Кулонометрия  • Колориметрия  • Фотометрия  • Капельный анализ  • Кристаллография  • Спектрофотометрия Физическая химия   Коллоидная химия  • Кристаллохимия  • Радиохимия  • Термохимия  • Учение о строении атома  • Учение о коррозии металлов  • Учение о растворах  • Химическая кинетика  • Фотохимия  • Химическая термодинамика  • Физико-химический анализ  • Теория реакционной способности химических соединений  • Химия высоких энергий  • Лазерная химия  • Радиационная химия  • Ядерная химия  • Электрохимия  • Звукохимия  • Структурная химия
Другие разделы	Космохимия • Супрамолекулярная химия • Нанохимия • Теоретическая химия • Квантовая химия
Прикладная химия	Химия окружающей среды   Геохимия  • Гидрохимия  • Зелёная химия  • Экологическая химия  • Химия почв  • Атмосферная химия Агрохимия • Косметическая химия • Нефтехимия • Токсикологическая химия
Связанные науки	Химическая метрология • Химическая физика • Биоинформатика • Минералогия • Материаловедение • Фармацевтика
См. также	Общая химия
Портал «Химия»  • Законы и теории химии