Періодична таблиця
Періоди́чна табли́ця, Періодична система хімічних елементів (ПТ, ПСХЕ) — впорядковане розміщенням хімічних елементів у вигляді таблиці, де елементи розташовані за двома принципами:
- за зростаючим атомним номером (відповідно до кількості протонів у атомному ядрі елемента, що є унікальним і характерним для кожного елемента);
- за електронною конфігурацією атома елемента (відповідно до характеру електронних орбіталей зовнішнього електронного шару), яка лежить в основі його хімічних властивостей.
Періодична система хімічних елементів
Періодична таблиця є графічним виразом періодичного закону, суть якого: властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості їхніх двоатомних сполук (або навіть багатоатомних, де можна виокремити внесок окремих атомів у певній позиції структури, яка залишається однаковою; міняються атоми елементів у цій позиції) перебувають у періодичній залежності від значень зарядів ядер атомів.
У ПТ представлено всі відомі хімічні елементи, упорядковані за зростанням атомної маси з урахуванням періодичності зміни їхніх хімічних властивостей, які визначаються електронною структурою їхніх атомів. Рядки таблиці називають періодами, стовпці — групами.
Зміст
Упорядкування хімічної термінології
Періодична система хімічних елементів — абетка сучасної міжнародної хімічної мови. Її стандарти і правила розробляє Міжнародний союз теоретичної та прикладної хімії (англ. International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC; заснований 1919). На Першій міжнародній конференції 1860 у м. Карлсруе (тепер Німеччина), присвяченій упорядкуванню хімічної термінології, хіміки визнали необхідність міжнародної стандартизації атомних мас, одиниць вимірювання, назв і символів у хімії. Головним завданням IUPAC є затвердження рекомендацій щодо однозначної, єдиної та узгодженої номенклатури і термінології для хімії та окремих її галузей. Cтворено критерії для визнання факту відкриття нового елемента. Після визнання новому елементу присвоюють тимчасове ім’я та символ, перевіряють достеменність експериментальних даних. За результатами дискусій та узгодження присвоюють офіційну назву та символ. Стандартна форма ПТ, затверджена 28.11.2016 IUPAC, має 118 елементів — від Гідрогена (Н) до Оганесона (Og), стала повністю завершеною, без прогалин. Елементи від 1 до 94 трапляються в Природі, від 95 до 118 створені штучно. Перші 7 рядків таблиці є завершеними.
Історія
Над систематизацією хімічних елементів працювали А.Л. Лавуазьє, Дж. В. Деберейнер, Дж. А. Ньюлендс і Г. Мозлі.
1789 А. Л. Лавуазьє уклав перший загальний список із 33 відомих елементів, виокремлюючи метали та неметали. Через 40 років Дж. В. Деберейнер виявив подібність фізичних і хімічних властивостей у певних групах елементів. Він розмістив їх у групи по три (в порядку зростання атомної маси) назвав їх тріадами, зауваживши, що властивості середнього елемента (атомна маса та густина) є близьким до середнього значення цих властивостей двох інших у тріаді. Інтерес до систематизації хімічних знань суттєво зріс після публікації уточненого списку елементів та їхніх атомних мас на конференції, 1860 у м. Карлсруе, присвяченій хімічній термінології Дж. А. Ньюлендс упорядкував елементи у 8 груп (назвав це законом октав), розташувавши елементи за зростанням атомних мас. 1869 майже ідентичні ПТ представили незалежно два хіміки: Д. Менделєєв і через декілька місяців Л. Майєр. Їхні варіанти базувалися на періодичній залежності властивостей хімічних елементів від значень атомних мас. За цю розробку обидва хіміки 1882 отримали Медаль Деві від Лондонського королівського товариства. Оскільки не всі елементи тоді були відомі, у періодичній системі були прогалини. Д. Менделєєв використав періодичний закон для передбачення властивостей відсутніх елементів (зокрема Галію, Скандію та Германію). Згодом ці елементи були відкриті, а їхні властивості збіглися з передбачуваними. Це був важливий аргумент для визнання ПТ, яка стала згодом експериментальним підґрунтям для створення квантово-механічної моделі атома.
Дослідження атомного ядра
Велике значення для з’ясування природи ПТ мали фізичні дослідження ядер атомів. Г. Мозлі 1914 експериментально показав, що атомний номер елемента в ПТ дорівнює числу позитивних зарядів у його атомному ядрі. Він зробив висновок, що властивості елемента і його місце в ПТ визначає атомний номер, а не атомна маса. У 1920-х Ф. Содді та Ф. В. Астон відкрили й дослідили ізотопи. Е. Резерфорд допустив існування в ядрі великих нейтральних частинок. У 1932 Дж. Чедвік відкрив ці частинки (названо нейтронами). Ядра ізотопів мають різну кількість нейтронів, отже, й різну атомну масу. Більшість елементів у Природі мають декілька ізотопів. Природне співвідношення між ними може призвести до того, що при більшому атомному номері наступного елемента у нього може бути нижча атомна маса. Тільки задовільна кореляція між атомним номером та атомною масою була причиною правильності побудови ПТ, коли нічого не було відомо про електронну будову атома.
Дослідження електронної структури атомів
Дослідження електронної структури атомів стали ключовими для визначення форми ПТ (довжина періоду, склад груп і блоків). Хімічні властивості елемента визначає електронна структура його атомів. 1926 Е. Шредінгер запропонував квантово-механічну модель атома. В її основі — розв’язки створеного ним із врахуванням квантування енергії математичного рівняння, яке точно описує поведінку електрона в атомі Гідрогена. Основними поняттями моделі є квантове число (див. Квант), оболонка, підоболонка, орбіталь. Це дозволило систематизувати опис електронних конфігурацій атомів елементів, що й визначило особливості структури ПТ. 1945 Г. Т. Сіборг установив, що актиноїди насправді є елементами f-блоку, а не d-блоку, і ПТ набрала сучасної форми. Кожен період відповідає електронній оболонці з певним головним квантовим числом. 7 електронних оболонок в основному стані визначають наявність 7 періодів у ПТ. Періоди мають різну довжину. Перший період містить усього 2 елементи. Далі — 2 періоди по 8 елементів, ще 2 періоди по 18 елементів і 2 періоди по 32 елементи. Стовпець стандартної ПТ називають групою. Кожна з 18 груп є набором елементів із подібними хімічними властивостями, відмінними від властивостей сусідніх груп. На групи можна посилатися за їхніми номером або першим елементом (наприклад, група 6 є групою Хрому). Групи утворюють блоки, що відповідають заповненню верхніх s, p, d, f-електронних орбіталей. Сукупність елементів декількох груп, для яких є спільним характер атомних орбіталей найвищої за енергією заповнюваної електронної оболонки (підоболонки). Відповідно до характеру заповнюваних атомних орбіталей розрізняють s-, p-, d-, f-блоки. Для окремих наборів елементів IUPAC визнано спеціальні назви: лужні метали, лужноземельні метали, перехідні метали, металоїди, неметали, пніктогени, халькогени, галогени, лантаніди, актиноїди та благородні гази.
Форма таблиці
Серед численних різновидів представлення ПСХЕ найпопулярнiшим є зображення у виглядi двовимірної таблиці. У затвердженій IUPAC ПТ, яку називають довгою, впорядковано елементи з урахуванням періодичностей у двовимірній матриці. У ній кожен елемент відповідає окремій комірці. Ця ПТ має 7 періодів і 18 груп. У комірках ПТ розміщено інформацію, що містить символ елемента та атомний номер. Окрім того, там може бути назва елемента національною мовою, атомна маса, а також температура плавлення, густина, агрегатний стан, інформація про електронні «оболонки» атома. Кольорове кодування використовують для представлення груп елементів з певними властивостями: металів, напівметалів або неметалів. ПТ використовують у хімії, фізиці, інших науках, різних галузях техніки, тому інформація в окремій комірці може бути різною, а її кількість суттєво зросла з появою електронних варіантів ПТ. Раніше існувала також компактніша, коротка форма таблиці, яку часто називали ПТ Д. Менделєєва (предсталена в написаних ним популярних у Європі підручниках для вищої школи). У ній довгі періоди поділено на два горизонтальні ряди. Короткі періоди та поділені періоди розташовані один під одним. Відтак кожна група мала дві підгрупи — головну й побічну. Номер головної групи збігався з кількістю валентних (див. Валентність) електронів, що зумовлює подібність хімічних властивостей елементів цієї групи.
Прогностична цінність
Прогностична цінність ПТ: фізичні та хімічні властивості елементів можна передбачити за їхнім положенням у таблиці. Елементи однієї групи звичайно реагують подібним чином і утворюють сполуки з подібними пропорціями елементів у них. Зміни властивостей елементів демонструють систематичну тенденцію в ПТ (залежно від вертикального чи горизонтального напрямків у ній). Атомний радіус зменшується у періоді зліва направо, і збільшується в групі зверху вниз, він зростає при переході від одного періоду до наступного. Енергія іонізації, що необхідна для вилучення електрона з атома, зростає в періоді від лужного металу до благородного газу. Електронна спорідненість (яка є енергією, що виділяється при приєднанні електрона до нейтрального атома) демонструє подібну тенденцію. Електронегативність, що є мірою тенденції атома, який перебуває у хімічній сполуці, притягувати електрони, зростає при русі вгору та праворуч у таблиці. Неметалічний характер елементів у твердому тілі (здатність утримати при собі власні електрони) зростає зліва направо в періоді та знизу вгору в групі. Металічний характер (здатність віддати електрони іншим атомам) зростає у протилежному напрямку.
Значення
ПТ є найбільшою ідеєю сучасної хімії. У ній систематично концентрують нові знання про хімію елементів та властивості атомів, вона є емпіричною основою для становлення та підтвердження квантової механічної теорії електронної будови атома. ПСХЕ є свідченням наявності порядку в Природі. Пошук істини полягає у виявленні цього порядку. Розуміння порядку становить суть нашого знання. Графічне зображення ПТ добре послужило і служить надалі як для хімічних наукових пошуків, так і для навчання основ хімії.
Література
- Morris R. The Last Sorcerers: The Path from Alchemy to the Periodic Table. Washington : Joseph Henry Press, 2003. 282 p.
- Опейда Й., Швайка О. Глосарій термінів з хімії. Донецьк : Донецький національний університет, 2008. 738 с.
- Gordin M. D. A Well-Ordered Thing: Dmitrii Mendeleev and the Shadow of the Periodic Table. Princeton : Princeton University Press, 2019. 361 p.
- Leigh G. J. IUPAC and the Periodic Table // Chemistry International. 2019. Vol. 41 (1). P. 6–9.
- Scerri E. The periodic Table: Its Story and its Significance. 2nd edition. New York : Oxford University Press, 2019. 504 p.
- Rayner-Canham G. The Periodic Table: Past, Present, and Future. New Jersey : World Scientific Publishing, 2020. 296 p.
- Restrepo, G. 150 Years of the Periodic Table: A Commemorative Symposium: Ed.C.J. Giunta, V. V. Mainz, and G. S. Girolami, Springer, 2022. 460 p.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Опейда Й. О. Періодична таблиця // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Періодична таблиця (дата звернення: 11.05.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 17.02.2023
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
