Система химических элементов Д. И. Менделеева

Урок посвящен знакомству с историей открытия Периодического закона и изучению структуры Периодической системы химических элементов. Периодическая таблица содержит в себе огромное количество информации о химических элементах. На этом уроке вы научитесь определять по положению элемента в таблице Д.И. Менделеева его принадлежность к металлам или неметаллам, его высшую и низшую валентность.

I. Д. И. Менделеев

Еще алхимики пытались найти закон природы, на основе которого можно было бы систематизировать химические элементы. Но им недоставало надежных и подробных сведений об элементах. К середине XIX в. знаний о химических элементах стало достаточно, а число элементов возросло настолько, что в науке возникла естественная потребность в их классификации. Первые попытки классификации элементов на металлы и неметаллы оказались несостоятельными. Предшественники Д.И.Менделеева (И. В. Деберейнер, Дж. А. Ньюлендс, Л. Ю. Мейер) многое сделали для подготовки открытия периодического закона, но не смогли постичь истину. Дмитрий Иванович установил связь между массой элементов и их свойствами.

Дмитрий Иванович родился в г. Тобольске. Он был семнадцатым ребенком в семье. Закончив в родном городе гимназию, Дмитрий Иванович поступил в Санкт-Петербурге в Главный педагогический институт, после окончания которого с золотой медалью уехал на два года в научную командировку за границу. После возвращения его пригласили в Петербургский университет. Приступая к чтению лекций по химии, Менделеев не нашел ничего, что можно было бы рекомендовать студентам в качестве учебного пособия. И он решил написать новую книгу – «Основы химии».

Открытию периодического закона предшествовало 15 лет напряженной работы. 1 марта 1869 г. Дмитрий Иванович предполагал выехать из Петербурга в губернии по делам.

Видео-фильм о Д.И. Менделееве

II. Открытие Периодического закона

Периодический закон был открыт на основе характеристики атома – относительной атомной массы.

Менделеев расположил химические элементы в порядке возрастания их атомных масс и заметил, что свойства элементов повторяются через определенный промежуток – период, Дмитрий Иванович расположил периоды друг под другом., так, чтобы сходные элементы располагались друг под другом – на одной вертикали, так была построена периодическая система элементов.

1 марта 1869г. Формулировка периодического закона Д.И. Менделеева.

Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

К сожалению, сторонников периодического закона сначала было очень мало, даже среди русских ученых. Противников – много, особенно в Германии и Англии.
Открытие периодического закона – это блестящий образец научного предвидения: в 1870 г. Дмитрий Иванович предсказал существование трех еще неизвестных тогда элементов, которые назвал экасилицием, экаалюминием и экабором. Он сумел правильно предсказать и важнейшие свойства новых элементов. И вот через 5 лет, в 1875 г., французский ученый П.Э. Лекок де Буабодран, ничего не знавший о работах Дмитрия Ивановича, открыл новый металл, назвав его галлием. По ряду свойств и способу открытия галлий совпадал с экаалюминием, предсказанным Менделеевым. Но его вес оказался меньше предсказанного. Несмотря на это, Дмитрий Иванович послал во Францию письмо, настаивая на своем предсказании.
Ученый мир был ошеломлен тем, что предсказание Менделеевым свойств экаалюминияоказалось таким точным. С этого момента периодический закон начинает утверждаться в химии.
В 1879 г. Л. Нильсон в Швеции открыл скандий, в котором воплотился предсказанный Дмитрием Ивановичем экабор.
В 1886 г. К. Винклер в Германии открыл германий, который оказался экасилицием.

Но гениальность Дмитрия Ивановича Менделеева и его открытия — не только эти предсказания!

В четырёх местах периодической системы Д. И. Менделеев расположил элементы не в порядке возрастания атомных масс:

Ar – K, Co – Ni, Te – I, Th - Pa

Ещё в конце 19 века Д.И. Менделеев писал, что, по-видимому, атом состоит из других более мелких частиц. После его смерти в 1907 г. было доказано, что атом состоит из элементарных частиц. Теория строения атома подтвердила правоту Менделеева, перестановки данных элементов не в соответствии с ростом атомных масс полностью оправданы.

Современная формулировка периодического закона.

Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов, выражающейся в периодической повторяемости структуры внешней валентной электронной оболочки.
И вот спустя более 130 лет после открытия периодического закона мы можем вернуться к словам Дмитрия Ивановича, взятым в качестве девиза нашего урока: «Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройка и развитие обещаются». Сколько химических элементов открыто на данный момент? И это далеко не предел.

III. Периодическая система химических элементов

Графическим изображением периодического закона является периодическая система химических элементов. Это краткий конспект всей химии элементов и их соединений.

Изменения свойств в периодической системе с ростом величины атомных весов в периоде (слева направо):

1. Металлические свойства уменьшаются

2. Неметаллические свойства возрастают

3. Валентность элементов в формулах высших оксидов возрастает от I до VII, а в формулах летучих водородных соединений уменьшается от IV до I.

Основные принципы построения периодической системы

Признак сравнения	Д.И.Менделеев
Как устанавливается последовательность элементов по номерам? (что положено в основу п.с.?)	Элементы расставлены в порядке увеличения их относительных атомных масс. При этом есть исключения. Ar – K, Co – Ni, Te – I, Th - Pa
Принцип объединения элементов в группы.	Качественный признак. Сходство свойств простых веществ и однотипных сложных.
Принцип объединения элементов в периоды.	Совокупность элементов по мере роста относительной атомной массы от одного щелочного металла до другого.

На сегодняшний день открыто 118 химических элементов, каждый из которых занял свою ячейку в Периодической системе. Новые открываемые элементы имеют большую относительную атомную массу, чем уже известные и попадают в конец таблицы. В настоящее время используются длинная и короткая формы периодических таблиц.

В ячейке таблицы записывается символ химического элемента, его название и порядковый номер, значение относительной атомной массы.

Информация о химическом элементе кислороде

Рис. Информация о химическом элементе кислороде

При изучении школьного курса химии, как правило, пользуются короткой формой Периодической таблицы. Она содержит 8 вертикальных столбцов (групп), которые нумеруются римскими цифрами. Каждая группа включает в себя главную (А) и побочную (В) подгруппы.

У элементов главных подгрупп высшая валентность, как правило, равна номеру группы. Одними из исключений этого правила являются кислород (его валентность всегда равна II) и фтор (высшая валентность которого – I).

С помощью Периодической таблицы можно определить и низшую валентность элемента. Для этого из 8 (максимального числа групп) надо вычесть номер группы, в которой находится элемент. Например, высшая валентность фосфора равна V (т. к. фосфор находится в V группе), а низшая равна III. Только это правило применимо для элементов главных подгрупп V–VII групп.

Горизонтальные ряды химических элементов в Периодической таблице называются периодами. Пока их 7. Первые три периода называют малыми (первый период содержит всего 2 хим. элемента, а 2 и 3 – по 8 элементов). Периоды 4, 5, 6, 7 называются большими.

По положению элемента в Периодической системе можно определить его принадлежность к металлам или неметаллам. Для этого в короткой форме таблицы нужно провести диагональ от бериллия к астату. Элементы главных подгрупп, находящиеся выше этой диагонали (плюс водород), относятся к неметаллам. Все остальные элементы – металлы. Инертные газы He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn не относят ни к металлам, ни к неметаллам.

В длинной форме таблицы можно провести диагональ от бора к астату. Все элементы, которые находятся ниже этой диагонали, образуют простые вещества металлы.

Длинная форма периодической системы химических элементов

Рис. Длинная форма периодической системы химических элементов

По положению элемента в периодической системе можно получить информацию о его высшем оксиде и гидроксиде. У неметаллов высший оксид и гидроксид имеют кислотный характер, у металлов – основный, у переходных металлов оксид и гидроксид, как правило, амфотерные (см. рис.).

Связь свойств элементов и образованных ими соединений