Октавы Ньюлендса

Вскоре после спирали де Шанкуртуа американский учёный Джон Ньюлендс сделал попытку сопоставить химические свойства элементов с их атомными массами. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом. Найденную закономерность Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что (при небольшом изменении порядка некоторых элементов) сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии. Джон Ньюлендс, безусловно, первым дал ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, присвоил химическим элементам соответствующий порядковый номер и заметил систематическое соотношение между этим порядком и физико-химическими свойствами элементов. Он писал, что в такой последовательности повторяются свойства элементов, эквивалентные веса (массы) которых отличаются на 7 единиц, или на значение, кратное 7, т. е. как будто бы восьмой по порядку элемент повторяет свойства первого, как в музыке восьмая нота повторяет первую.

до	ре	ми	фа	соль	ля	си
^H	^Li	^Be	^B	^C	^N	^O
^F	^Na	^Mg	^Al	^Si	^P	^S
^Cl	^K	^Ca	^Cr	^Ti	^Mn	^Fe
^Co	^Cu	^Zn	^Y	^In	^As	^Se

Рис.2.Октавы Ньюлендса

Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Лондонское химическое общество встретило его закон октав равнодушно и предложило Ньюлендсу попробовать расположить элементы по алфавиту и выявить какую-либо закономерность.

Таблицы Одлинга и Мейера

В 1864 году Уильям Одлинг опубликовал таблицу, в которой элементы были размещены согласно их атомным весам и сходству химических свойств, не сопроводив её, однако, какими-либо комментариями.

В том же 1864 году появилась первая таблица немецкого химика Лотара Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

^-	^-	^-	^-	^Li	^Be
^C	^N	^O	^F	^Na	^Mg
^Si	^P	^S	^Cl	^K	^Ca
^-	^As	^Se	^Br	^Rb	^Sr
^Sn	^Sb	^Te	^Y	^Cs	^-
^Rb	^Bi	^-	^-	^-	^Ba

Рис.3.Таблица химических элементов Мейера

В 1870 году вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин « периодичность », уже предложенный к тому времени Менделеевым.

Однако, до Менделеева ученые классифицировали элементы по так называемым естественным группам, в которые входили только родственные по свойствам элементы. Эти группы рассматривались обособленно, изолированно друг от друга. Ни у кого не возникало мысли искать связь между такими, например, резко противоположными по свойствам элементами, как хлор и натрий. Разобраться в огромном количестве разрозненных фактов и установить закон, объединяющий все элементы в стройную систему, способен был только гениальный ученый.

В отличие от своих предшественников Д.И. Менделеев был глубоко убеждён, что должна существовать естественная связь между всеми химическими элементами, как сходными по свойствам, так и несходными.

В качестве основы для систематизации химических элементов Д.И. Менделеев выбрал относительную атомную массу элементов. Сравнивая между собой разные естественные группы элементов и расположив их в ряды в порядке возрастания атомных масс, он обнаружил периодическое изменение свойств элементов от изменения величин их относительных атомных масс.

Таким образом, Д.И. Менделееву удалось установить что:

1. Главной характеристикой элементов является атомная масса.

2. Свойства элементов зависят от атомных масс.

3. Форма зависимости – периодическая.

Все это дало возможность Д.И. Менделееву открытый им периодический закон сформулировать следующим образом: свойства элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомной массы элементов.

Несмотря на огромную значимость этого закона, он представлял собой лишь гениальное эмпирическое обобщение фактов, а его физический смысл долго оставался непонятным. Данные о строении ядра и о распределении электронов в атомах позволили вскрыть глубокий физический смысл периодического закона.

Исходя из квантово-механических представлений о строении атома стало ясно, что:

1. Главной характеристикой атома является не относительная атомная масса, а величина положительного заряда его ядра.

2. Заряд ядра определяет порядковый номер элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.

3. Число электронов в атоме равно заряду ядра, который определяет структуру электронной оболочки атома, а значит, и свойства химического элемента.

4. Номер периода, к которому относится данный элемент, определяется числом электронных слоев в оболочке атома этого элемента.

5. Номер группы, к которой принадлежит данный элемент, как правило, определяется общим числом валентных электронов.

На базе этих современных представлений можно дать следующую современную формулировку периодическому закону: свойства элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера).

Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов. Причиной периодической повторяемости свойств является периодическая повторяемость электронных конфигураций внешнего (последнего) и предвнешнего (предпоследнего) электронных слоёв. В связи с этим все химические элементы разделяются на четыре электронных семейства:

s-Элементы (элементы s-семейства) – это элементы, в атомах которых последним заполняется s-подуровень внешнего электронного слоя. К ним относятся элементы главных подгрупп I и II групп.

p-Элементы (элементы р-семейства) – это элементы, в атомах которых последним заполняется р-подуровень внешнего электронного слоя. К ним относятся элементы главных подгрупп III – VIII групп.

d-Элементы (элементы d-семейства) – это элементы, в атомах которых последним заполняется d-подуровень предвнешнего электронного слоя. К ним относятся элементы побочных подгрупп всех восьми групп.

f-Элементы (элементы f-семейства) – это элементы, в атомах которых последним заполняется f-подуровень третьего снаружи электронного слоя. К ним относятся лантаноиды и актиноиды, которые располагаются в нижней части периодической системы.

Дата добавления: 2017-01-13