53 jaksollisen järjestelmän elementti. Mendelejevin jaksollinen järjestelmä

Hän hyödynsi Robert Boylen ja Antoine Lavouzierin töitä. Ensimmäinen tiedemies kannatti hajoamattomien kemiallisten alkuaineiden etsimistä. 15 niistä Boyleista, jotka oli listattu vuonna 1668.

Lavuzier lisäsi niihin 13 lisää, mutta vuosisataa myöhemmin. Etsintä kesti, koska elementtien välisestä yhteydestä ei ollut yhtenäistä teoriaa. Lopulta Dmitri Mendelejev tuli "peliin". Hän päätti, että aineiden atomimassan ja niiden paikan välillä on yhteys.

Tämä teoria antoi tutkijalle mahdollisuuden löytää kymmeniä elementtejä löytämättä niitä käytännössä, vaan luonnossa. Tämä asetettiin jälkipolvien harteille. Mutta nyt ei ole kyse heistä. Omistakaamme artikkeli suurelle venäläiselle tiedemiehelle ja hänen pöydälleen.

Jaksollisen taulukon luomisen historia

jaksollinen järjestelmä alkoi kirjalla "Ominaisuuksien suhde elementtien atomipainoon". Teos julkaistiin 1870-luvulla. Samaan aikaan venäläinen tiedemies puhui maan kemian yhteiskunnalle ja lähetti ensimmäisen version taulukosta kollegoille ulkomailta.

Ennen Mendeleevia eri tutkijat löysivät 63 elementtiä. Maanmieheni aloitti vertaamalla heidän omaisuuttaan. Ensinnäkin hän työskenteli kaliumin ja kloorin kanssa. Sitten hän otti emäksisen ryhmän metallien ryhmän.

Kemisti sai erityisen pöydän ja elementtikortit asetellakseen ne kuin pasianssia etsimään oikeita osumia ja yhdistelmiä. Tuloksena syntyi oivallus: - komponenttien ominaisuudet riippuvat niiden atomien massasta. Niin, jaksollisen taulukon elementtejä rivissä riveissä.

Kemian maestron löytö oli päätös jättää tyhjiöitä näihin riveihin. Atomimassojen välisen eron jaksollisuus sai tutkijan olettamaan, että ihmiskunta ei vielä tunne kaikkia alkuaineita. Painoerot joidenkin "naapureiden" välillä olivat liian suuret.

Siksi, Mendelejevin jaksollinen järjestelmä siitä tuli kuin shakkilauta, jossa oli runsaasti "valkoisia" soluja. Aika on osoittanut, että he todella odottivat "vieraitaan". Niistä tuli esimerkiksi inerttejä kaasuja. Helium, neon, argon, krypton, radioakti ja ksenoni löydettiin vasta 1900-luvun 30-luvulla.

Nyt myyteistä. Sen uskotaan laajalti kemian jaksollinen järjestelmä ilmestyi hänelle unessa. Nämä ovat yliopisto-opettajien juonitteluja, tarkemmin sanottuna yksi heistä - Alexander Inostrantev. Tämä on venäläinen geologi, joka luennoi Pietarin kaivosyliopistossa.

Inostrantev tunsi Mendelejevin ja kävi hänen luonaan. Kerran etsinnöistä väsyneenä Dmitry nukahti suoraan Aleksanterin eteen. Hän odotti, kunnes kemisti herää ja näki kuinka Mendelejev tarttuu paperiin ja kirjoittaa muistiin taulukon lopullisen version.

Itse asiassa tiedemiehellä ei yksinkertaisesti ollut aikaa tehdä tätä ennen kuin Morpheus vangitsi hänet. Inostrantsev halusi kuitenkin viihdyttää oppilaitaan. Nähtyään perusteella geologi keksi pyörän, jonka kiitolliset kuuntelijat levittivät nopeasti massoihin.

Jaksollisen taulukon ominaisuudet

Ensimmäisestä versiosta 1969 lähtien järjestysjaksollinen taulukko parantunut monta kertaa. Joten jalokaasujen löytämisen myötä 1930-luvulla oli mahdollista johtaa uusien alkuaineiden riippuvuus - niiden sarjanumeroista, ei massasta, kuten järjestelmän kirjoittaja totesi.

Käsite "atomipaino" korvattiin "atominumerolla". Oli mahdollista tutkia protonien määrää atomiytimissä. Tämä numero on elementin sarjanumero.

1900-luvun tiedemiehet tutkivat myös atomien elektronista rakennetta. Se vaikuttaa myös elementtien jaksottaisuuteen ja näkyy myöhemmissä painoksissa. jaksolliset taulukot. Valokuva Lista osoittaa, että siinä olevat aineet ovat järjestyneet atomipainon kasvaessa.

Perusperiaatetta ei muutettu. Massa kasvaa vasemmalta oikealle. Samaan aikaan taulukko ei ole yksittäinen, vaan jaettu 7 jaksoon. Tästä syystä listan nimi. Piste on vaakasuora rivi. Sen alku on tyypillisiä metalleja, loppu on elementtejä, joilla on ei-metallisia ominaisuuksia. Pudotus on asteittaista.

On suuria ja pieniä jaksoja. Ensimmäiset ovat taulukon alussa, niitä on 3. Se avaa luettelon, jossa on 2 elementtiä. Seuraavassa on kaksi saraketta, joissa on 8 kohdetta. Loput 4 jaksoa ovat suuria. Kuudes on pisin, siinä on 32 elementtiä. Neljännessä ja viidennessä niitä on 18 ja 7:ssä - 24.

Voidaan laskea kuinka monta elementtiä taulukossa on Mendelejev. Nimikkeitä on yhteensä 112. Nimet. Soluja on 118, mutta luettelosta on muunnelmia, joissa on 126 kenttää. Vielä on tyhjiä soluja löytämättömille elementeille, joilla ei ole nimiä.

Kaikki jaksot eivät mahdu yhdelle riville. Suuret jaksot koostuvat 2 rivistä. Metallien määrä niissä on suurempi. Siksi lopputulos on täysin omistettu heille. Ylemmillä riveillä havaitaan asteittainen väheneminen metalleista inertteiksi aineiksi.

Kuvia jaksollisesta taulukosta jaettu pystysuunnassa. se ryhmät jaksollisessa taulukossa, niitä on 8. Kemiallisilta ominaisuuksiltaan samanlaiset alkuaineet on järjestetty pystysuoraan. Ne on jaettu pää- ja toissijaisiin alaryhmiin. Jälkimmäiset alkavat vasta 4. jaksolta. Pääalaryhmiin kuuluu myös pienten ajanjaksojen elementtejä.

Jaksollisen järjestelmän ydin

Elementtien nimet jaksollisessa taulukossa on 112 paikkaa. Niiden järjestelyn ydin yhteen luetteloon on primääristen elementtien systematisointi. He alkoivat taistella tästä jo muinaisina aikoina.

Aristoteles oli yksi ensimmäisistä, jotka ymmärsivät, mistä kaikki olemassa oleva on tehty. Hän otti perustaksi aineiden ominaisuudet - kylmän ja lämmön. Empidokles nosti neljä perusperiaatetta alkuaineiden mukaan: vesi, maa, tuli ja ilma.

Metallit jaksollisessa taulukossa, kuten muutkin elementit, ovat perusperiaatteita, mutta nykyaikaisesta näkökulmasta. Venäläinen kemisti onnistui löytämään suurimman osan maailmamme komponenteista ja ehdottamaan vielä tuntemattomien alkuaineiden olemassaoloa.

Siitä käy ilmi jaksollisen taulukon ääntäminen- todellisuuden tietyn mallin esittäminen, sen hajottaminen komponenteiksi. Niiden oppiminen ei kuitenkaan ole helppoa. Yritetään helpottaa tehtävää kuvailemalla pari tehokasta menetelmää.

Kuinka oppia jaksollinen järjestelmä

Aloitetaan nykyaikaisesta menetelmästä. Tietojenkäsittelytieteilijät ovat kehittäneet useita flash-pelejä, jotka auttavat muistamaan Mendelejevin listan. Projektin osallistujia tarjotaan löytää elementtejä eri vaihtoehdoilla, kuten nimi, atomimassa, kirjainmerkintä.

Pelaajalla on oikeus valita toiminta-alue - vain osa pöydästä tai koko se. Jätä testamentissamme pois myös elementtien nimet ja muut parametrit. Tämä vaikeuttaa hakua. Edistyneille on myös ajastin, eli harjoittelu suoritetaan nopeudella.

Peliolosuhteet tekevät oppimisesta elementtinumerot jaksollisessa taulukossa ei tylsää, mutta viihdyttävää. Jännitys herää, ja tiedon systematisoiminen päässä on helpompaa. Ne, jotka eivät hyväksy tietokoneen flash-projekteja, tarjoavat perinteisemmän tavan muistaa luettelo.

Se on jaettu 8 ryhmään tai 18 (vuoden 1989 painoksen mukaan). Muistamisen helpottamiseksi on parempi luoda useita erillisiä taulukoita kokonaisen version työstämisen sijaan. Kuhunkin elementtiin sovitetut visuaaliset kuvat auttavat myös. Luota omiin assosiaatioihisi.

Joten aivoissa olevaa rautaa voidaan korreloida esimerkiksi naulan kanssa ja elohopeaa lämpömittarilla. Onko elementin nimi tuntematon? Käytämme viittaavien assosiaatioiden menetelmää. kirjoitamme esimerkiksi sanojen "taffy" ja "speaker" alusta.

Jaksollisen järjestelmän ominaisuudetälä opi yhdeltä istumalta. Oppitunteja suositellaan 10-20 minuuttia päivässä. On suositeltavaa aloittaa muistamalla vain perusominaisuudet: elementin nimi, nimitys, atomimassa ja sarjanumero.

Koululaiset ripustavat jaksotaulukon mieluummin työpöydän yläpuolelle tai seinälle, jota usein katsotaan. Menetelmä sopii ihmisille, joilla on hallitseva näkömuisti. Listan tiedot jäävät tahattomasti muistiin jopa ilman pakkaamista.

Myös opettajat ottavat tämän huomioon. Yleensä ne eivät pakota sinua muistamaan luetteloa, niiden avulla voit tarkastella sitä jopa kontrollissa. Jatkuva pöydän katsominen merkitsee tulostamista seinälle tai huijausarkkien kirjoittamista ennen kokeita.

Aloittaen tutkimuksen, muistetaan, että Mendelejev ei heti muistanut luetteloaan. Kerran, kun tiedemieheltä kysyttiin, kuinka hän avasi pöydän, vastaus oli: "Olen ajatellut sitä ehkä 20 vuotta, mutta luulet: istuin ja yhtäkkiä se on valmis." Jaksottainen järjestelmä on vaivalloista työtä, jota ei voida hallita lyhyessä ajassa.

Tiede ei siedä kiirettä, koska se johtaa harhaluuloihin ja ärsyttäviin virheisiin. Joten samaan aikaan Mendelejevin kanssa taulukon laati Lothar Meyer. Saksalainen ei kuitenkaan viimeistellyt luetteloa hieman eikä ollut vakuuttava todistaessaan näkemystään. Siksi yleisö tunnusti venäläisen tiedemiehen työn, ei hänen saksalaisen kemistitoverinsa.

MENDELEJVIN KAUSSATAULUKKO

Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon rakenne vastaa lukuteorian ja ortogonaalikantojen tunnusomaisia ​​jaksoja. Hadamard-matriisien täydentäminen parillisten ja parittomien kertalukujen matriiseilla luo rakenteellisen perustan sisäkkäisille matriisielementeille: ensimmäisen (Odin), toisen (Euler), kolmannen (Mersenne), neljännen (Hadamard) ja viidennen (Fermat) matriisit.

On helppo nähdä, että suuruusluokkaa 4 k Hadamard-matriisit vastaavat inerttejä alkuaineita, joiden atomimassa on neljän kerrannainen: helium 4, neon 20, argon 40 (39.948) jne., mutta myös elämän ja digitaalitekniikan perusta: hiili 12, happi 16, pii 28 , germanium 72.

Näyttää siltä, ​​että Mersennen järjestysmatriiseilla 4 k-1, päinvastoin, kaikki aktiivinen, myrkyllinen, tuhoava ja syövyttävä on yhteydessä. Mutta nämä ovat myös radioaktiivisia alkuaineita - energianlähteitä ja lyijyä 207 (lopputuote, myrkylliset suolat). Fluori on tietysti 19. Mersennen matriisien luokka vastaa radioaktiivisten alkuaineiden sarjaa, jota kutsutaan aktiniumsarjaksi: uraani 235, plutonium 239 (isotooppi, joka on voimakkaampi atomienergian lähde kuin uraani) jne. Näitä ovat myös alkalimetallit litium 7, natrium 23 ja kalium 39.

Gallium - atomipaino 68

Tilaukset 4 k–2 Euler-matriisia (kaksois Mersenne) vastaa typpeä 14 (ilmakehän emäs). Ruokasuola muodostuu kahdesta "mersennen kaltaisesta" natrium-23- ja kloori-35-atomista, yhdessä tämä yhdistelmä on tyypillinen, vain Euler-matriiseille. Massiivisempi kloori, jonka paino on 35,4, on hieman alle Hadamardin mittasuhteen 36. Tavalliset suolakiteet: kuutio (! eli nöyrä hahmo, Hadamars) ja oktaedri (Uskollisempi, tämä on epäilemättä Euler).

Atomifysiikassa rauta 56 - nikkeli 59 -siirtymä on raja niiden alkuaineiden välillä, jotka tuottavat energiaa suuremman ytimen (vetypommi) ja hajoamisen (uraanipommi) synteesin aikana. Järjestys 58 on kuuluisa siitä, että sille ei ole olemassa vain Hadamard-matriisien analogeja Belevich-matriisien muodossa, joiden diagonaalissa on nollia, vaan sille ei myöskään ole monia painotettuja matriiseja - lähin ortogonaalinen W(58,53) jokaisessa sarakkeessa ja rivissä on 5 nollaa (syvä väli ).

Sarjassa, joka vastaa Fermat-matriiseja ja niiden kertalukujen substituutioita 4 k+1, maksaa kohtalon tahdosta 257 fermii Ei voi sanoa mitään, tarkka osuma. Tässä on kultaa 197. Kupari 64 (63.547) ja hopea 108 (107.868), elektroniikan symbolit, eivät ilmeisesti ulotu kultaan ja vastaavat vaatimattomampia Hadamard-matriiseja. Kupari, jonka atomipaino on lähellä 63, on kemiallisesti aktiivista - sen vihreät oksidit ovat hyvin tunnettuja.

Boorikiteitä suurella suurennuksella

FROM kultainen leikkaus boori on kytketty - atomimassa kaikkien muiden alkuaineiden joukossa on lähinnä 10 (tarkemmin sanottuna 10,8, atomipainon läheisyys parittomiin lukuihin vaikuttaa myös). Boori on melko monimutkainen alkuaine. Bohrilla on hämmentävä rooli elämän historiassa. Runkorakenne rakenteissaan on paljon monimutkaisempi kuin timantissa. Ainutlaatuinen kemiallinen sidostyyppi, joka sallii boorin imeä epäpuhtauksia, on hyvin huonosti ymmärretty, vaikka suuri joukko tutkijoita on jo saanut Nobel-palkinnon siihen liittyvästä tutkimuksesta. Boorikiteen muoto on ikosaedri, viisi kolmiota muodostavat kärjen.

Platina mysteeri. Viides alkuaine on epäilemättä jalometallit, kuten kulta. Jousitus Hadamardin ulottuvuuden 4 yli k, 1 isolle.

Stabiili isotooppi uraani 238

Muista kuitenkin, että Fermat-luvut ovat harvinaisia ​​(lähin on 257). Alkuperäiset kultakiteet ovat muodoltaan lähellä kuutiota, mutta myös pentagrammi kimaltelee. Sen lähin naapuri, platina, jalometalli, on alle 4 kertaa vähemmän atomipainon päässä kullasta 197. Platinan atomipaino ei ole 193, vaan jonkin verran kasvanut, 194 (Euler-matriisien järjestys). Pikku asia, mutta se tuo hänet muutaman aggressiivisemman elementin leiriin. On syytä muistaa, että sen inerttisyyden (liukenee ehkä aqua regiaan) yhteydessä platinaa käytetään aktiivisena katalyyttinä kemiallisissa prosesseissa.

Sienimainen platina sytyttää vedyn huoneenlämpötilassa. Platinan luonne ei ole ollenkaan rauhallinen, iridium 192 käyttäytyy hiljaisemmin (isotooppien 191 ja 193 seos). Se on enemmän kuin kupari, mutta kullan paino ja luonne.

Neonin 20 ja natriumin 23 välissä ei ole alkuainetta, jonka atomipaino on 22. Tietenkin atomipainot ovat olennainen ominaisuus. Mutta isotooppien joukossa puolestaan ​​​​on myös omituinen korrelaatio numeroiden ja vastaavien ortogonaalisten kantamatriisien ominaisuuksien kanssa. Ydinpolttoaineena on eniten käytetty isotooppi uraani 235 (Mersennen matriisien luokka), jossa itseään ylläpitävä ydinketjureaktio on mahdollinen. Luonnossa tämä alkuaine esiintyy stabiilissa muodossa uraani 238 (Euler-matriisien järjestys). Ei ole elementtiä, jonka atomipaino olisi 13. Mitä tulee kaaokseen, jaksollisen järjestelmän stabiilien elementtien rajallinen määrä ja vaikeus löytää korkean kertaluvun matriiseja johtuu esteestä, joka näkyy 13. kertaluvun matriiseissa.

Kemiallisten alkuaineiden isotoopit, stabiilisuuden saari

Jokainen kouluun käynyt muistaa, että yksi pakollisista opiskeluaineista oli kemia. Hän voisi pitää siitä tai hän ei voinut pitää siitä - sillä ei ole väliä. Ja on todennäköistä, että paljon tämän tieteenalan tietämystä on jo unohdettu, eikä sitä sovelleta elämässä. Kaikki todennäköisesti muistavat kuitenkin D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden taulukon. Monille se on pysynyt monivärisenä taulukona, jossa jokaiseen ruutuun on kaiverrettu tietyt kirjaimet, jotka osoittavat kemiallisten alkuaineiden nimiä. Mutta täällä emme puhu kemiasta sellaisenaan ja kuvaamme satoja kemiallisia reaktioita ja prosesseja, vaan puhumme siitä, kuinka jaksollinen järjestelmä ilmestyi yleensä - tämä tarina kiinnostaa kaikkia ihmisiä ja todellakin kaikkia niitä, jotka haluavat mielenkiintoista ja hyödyllistä tietoa.

Vähän taustaa

Vuonna 1668 erinomainen irlantilainen kemisti, fyysikko ja teologi Robert Boyle julkaisi kirjan, jossa monet alkemian myytit kumottiin ja jossa hän puhui tarpeesta etsiä hajoamattomia kemiallisia alkuaineita. Tiedemies antoi myös luettelon niistä, joka koostui vain 15 elementistä, mutta salli ajatuksen, että elementtejä voi olla enemmän. Tästä tuli lähtökohta paitsi uusien elementtien etsimisessä myös niiden systematisoinnissa.

Sata vuotta myöhemmin ranskalainen kemisti Antoine Lavoisier kokosi uuden luettelon, joka sisälsi jo 35 alkuainetta. Niistä 23 todettiin myöhemmin hajoamattomiksi. Mutta tutkijat ympäri maailmaa jatkoivat uusien elementtien etsintää. Ja pääroolia tässä prosessissa näytteli kuuluisa venäläinen kemisti Dmitri Ivanovich Mendeleev - hän oli ensimmäinen, joka esitti hypoteesin, että elementtien atomimassan ja niiden sijainnin välillä voi olla suhde.

Huolellisen työn ja kemiallisten alkuaineiden vertailun ansiosta Mendelejev pystyi löytämään alkuaineiden välisen suhteen, jossa ne voivat olla yksi, ja niiden ominaisuudet eivät ole itsestäänselvyyksiä, vaan ajoittain toistuva ilmiö. Tämän seurauksena Mendelejev muotoili helmikuussa 1869 ensimmäisen jaksollisen lain, ja jo maaliskuussa kemian historioitsija N. A. Menshutkin toimitti Venäjän kemian seuralle raportin "Ominaisuuksien suhde alkuaineiden atomipainoon". Sitten samana vuonna Mendelejevin julkaisu julkaistiin Zeitschrift fur Chemie -lehdessä Saksassa, ja vuonna 1871 toisessa saksalaisessa Annalen der Chemie -lehdessä julkaistiin uusi laaja hänen löytölleen omistettu julkaisu.

Jaksollisen taulukon luominen

Vuoteen 1869 mennessä Mendelejev oli jo muodostanut pääidean ja melko lyhyessä ajassa, mutta hän ei kyennyt virallistamaan sitä minkäänlaiseksi järjestetyksi järjestelmäksi, joka näyttää selvästi, mikä oli mitä, hän ei pitkään aikaan pystynyt. Yhdessä keskustelussa kollegansa A. A. Inostrantsevin kanssa hän jopa sanoi, että kaikki oli jo selvinnyt hänen päässään, mutta hän ei voinut tuoda kaikkea pöytään. Sen jälkeen Mendelejevin elämäkerran kirjoittajien mukaan hän aloitti huolellisen työskentelyn pöytänsä parissa, joka kesti kolme päivää ilman untaukoa. Kaikenlaisia ​​tapoja järjestää alkuaineet taulukkoon selvitettiin, ja työtä vaikeutti se, että tuolloin tiede ei vielä tiennyt kaikista kemiallisista alkuaineista. Mutta tästä huolimatta taulukko luotiin ja elementit systematisoitiin.

Legenda Mendelejevin unesta

Monet ovat kuulleet tarinan, jonka mukaan D. I. Mendeleev unelmoi pöydästään. Tätä versiota levitti aktiivisesti edellä mainittu Mendelejevin kollega A. A. Inostrantsev hauskana tarinana, jolla hän viihdytti oppilaitaan. Hän sanoi, että Dmitri Ivanovitš meni nukkumaan ja unessa hän näki selvästi pöytänsä, jossa kaikki kemialliset elementit oli järjestetty oikeaan järjestykseen. Sen jälkeen opiskelijat jopa vitsailivat, että 40° vodka löydettiin samalla tavalla. Mutta unitarinalle oli silti todellisia ehtoja: kuten jo mainittiin, Mendelejev työskenteli pöydällä ilman unta ja lepoa, ja Inostrantev löysi hänet kerran väsyneenä ja uupuneena. Iltapäivällä Mendelejev päätti pitää tauon, ja jonkin ajan kuluttua hän heräsi äkillisesti, otti heti paperin ja kuvasi sille valmiin pöydän. Mutta tiedemies itse kiisti tämän koko tarinan unelmalla sanoen: "Olen ajatellut sitä ehkä kaksikymmentä vuotta, ja luulet: istuin ja yhtäkkiä ... se on valmis." Unelman legenda voi siis olla erittäin houkutteleva, mutta pöydän luominen oli mahdollista vain kovalla työllä.

Jatkotyötä

Vuosina 1869–1871 Mendelejev kehitti ajatuksia jaksoisuudesta, johon tiedeyhteisö oli taipuvainen. Ja yksi tämän prosessin tärkeistä vaiheista oli ymmärrys siitä, että mikä tahansa järjestelmän elementti tulisi sijoittaa sen ominaisuuksien kokonaisuuden perusteella verrattuna muiden elementtien ominaisuuksiin. Tämän perusteella ja myös lasia muodostavien oksidien muutoksen tutkimustulosten perusteella kemisti onnistui muuttamaan joidenkin alkuaineiden atomimassojen arvoja, mukaan lukien uraani, indium, beryllium ja muut.

Tietenkin Mendelejev halusi täyttää taulukkoon jääneet tyhjät solut mahdollisimman pian ja ennusti vuonna 1870, että pian löydettäisiin tieteelle tuntemattomia kemiallisia alkuaineita, joiden atomimassat ja ominaisuudet hän pystyi laskemaan. Ensimmäiset näistä olivat gallium (löydettiin vuonna 1875), skandium (löydettiin vuonna 1879) ja germanium (löydettiin vuonna 1885). Sitten ennusteiden toteutuminen jatkui ja löydettiin kahdeksan uutta alkuainetta, muun muassa polonium (1898), renium (1925), teknetium (1937), francium (1939) ja astatiini (1942-1943). Muuten, vuonna 1900 D. I. Mendeleev ja skotlantilainen kemisti William Ramsay tulivat siihen tulokseen, että myös nollaryhmän alkuaineet tulisi sisällyttää taulukkoon - vuoteen 1962 asti niitä kutsuttiin inertiksi ja sen jälkeen - jalokaasuiksi.

Jaksottaisen järjestelmän organisaatio

D. I. Mendelejevin taulukon kemialliset alkuaineet on järjestetty riveihin niiden massan kasvun mukaan, ja rivien pituus valitaan siten, että niissä olevilla alkuaineilla on samanlaiset ominaisuudet. Esimerkiksi jalokaasut, kuten radon, ksenon, krypton, argon, neon ja helium eivät reagoi helposti muiden alkuaineiden kanssa, ja niillä on myös alhainen kemiallinen aktiivisuus, minkä vuoksi ne sijaitsevat oikeassa reunassa. Ja vasemman sarakkeen elementit (kalium, natrium, litium jne.) reagoivat täydellisesti muiden elementtien kanssa, ja itse reaktiot ovat räjähtäviä. Yksinkertaisesti sanottuna kunkin sarakkeen elementeillä on samanlaiset ominaisuudet, jotka vaihtelevat sarakkeesta toiseen. Kaikki alkuaineet numeroon 92 asti löytyvät luonnosta, ja numerosta 93 alkavat keinotekoiset elementit, joita voidaan luoda vain laboratoriossa.

Alkuperäisessä versiossaan jaksollinen järjestelmä ymmärrettiin vain heijastuksena luonnossa vallitsevasta järjestyksestä, eikä siinä ollut selityksiä, miksi kaiken pitäisi olla niin. Ja vasta kun kvanttimekaniikka ilmestyi, taulukon elementtien järjestyksen todellinen merkitys tuli selväksi.

Luovien prosessien oppitunnit

Puhuttaessa siitä, mitä luovan prosessin opetuksia voidaan ottaa D. I. Mendelejevin jaksollisen taulukon koko luomishistoriasta, voidaan mainita esimerkkinä englantilaisen luovan ajattelun alan tutkijan Graham Wallacen ja ranskalaisen tiedemiehen ajatukset. Henri Poincaré. Otetaan ne lyhyesti.

Poincarén (1908) ja Graham Wallacen (1926) mukaan luovassa ajattelussa on neljä päävaihetta:

• Koulutus- päätehtävän muotoiluvaihe ja ensimmäiset yritykset ratkaista se;
• Inkubointi- vaihe, jonka aikana prosessista on väliaikainen häiriö, mutta ongelman ratkaisun löytäminen tapahtuu alitajunnan tasolla;
• näkemys- vaihe, jossa intuitiivinen ratkaisu löydetään. Lisäksi tämä ratkaisu voidaan löytää tilanteessa, joka ei ole täysin relevantti tehtävän kannalta;
• Tutkimus- ratkaisun testaus- ja toteutusvaihe, jossa tämän ratkaisun ja sen mahdollisen jatkokehityksen todentaminen tapahtuu.

Kuten näemme, Mendelejev seurasi taulukkoaan luodessaan intuitiivisesti näitä neljää vaihetta. Se, kuinka tehokas tämä on, voidaan arvioida tulosten perusteella, ts. koska taulukko luotiin. Ja koska sen luominen oli valtava edistysaskel ei vain kemian tieteelle, vaan koko ihmiskunnalle, edellä mainittuja neljää vaihetta voidaan soveltaa sekä pienten hankkeiden toteuttamiseen että globaalien suunnitelmien toteuttamiseen. Tärkeintä on muistaa, että ainuttakaan löytöä, ei ainuttakaan ratkaisua ongelmaan voida löytää yksinään, vaikka kuinka paljon haluaisimme nähdä ne unessa ja kuinka paljon nukkuisimme. Menestyäksesi, oli kyseessä sitten kemiallisten alkuaineiden taulukon luominen tai uuden markkinointisuunnitelman laatiminen, sinulla on oltava tietyt tiedot ja taidot sekä taitavasti käytettävä potentiaalisi ja työskenneltävä kovasti.

Toivotamme sinulle menestystä pyrkimyksissäsi ja suunnitelmiesi onnistunutta toteuttamista!

Kuinka kaikki alkoi?

Monet tunnetut tunnetut kemistit XIX-XX vuosisatojen vaihteessa ovat pitkään huomanneet, että monien kemiallisten alkuaineiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat hyvin samankaltaisia. Esimerkiksi kalium, litium ja natrium ovat kaikki aktiivisia metalleja, jotka vuorovaikutuksessa veden kanssa muodostavat näiden metallien aktiivisia hydroksideja; Kloori, fluori, bromi yhdisteissään vedyn kanssa osoittivat saman valenssin kuin I ja kaikki nämä yhdisteet ovat vahvoja happoja. Tästä samankaltaisuudesta on jo pitkään ehdotettu johtopäätöstä, että kaikki tunnetut kemialliset alkuaineet voidaan yhdistää ryhmiin ja siten, että kunkin ryhmän alkuaineilla on tietty joukko fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia. Eri tutkijat ovat kuitenkin usein koonneet tällaisia ​​ryhmiä väärin eri elementeistä, ja monet jättivät pitkään huomiotta yhden elementtien pääominaisuuksista - tämä on niiden atomimassa. Se jätettiin huomioimatta, koska se oli ja on erilainen eri elementeillä, mikä tarkoittaa, että sitä ei voitu käyttää ryhmittelyparametrina. Ainoa poikkeus oli ranskalainen kemisti Alexander Emile Chancourtua, hän yritti järjestää kaikki elementit kolmiulotteisessa mallissa heliksiä pitkin, mutta tiedeyhteisö ei tunnustanut hänen työtään, ja malli osoittautui hankalaksi ja hankalaksi.

Toisin kuin monet tiedemiehet, D.I. Mendelejev otti atomimassan (tuohon aikaan vielä "atomipainon") avainparametriksi elementtien luokittelussa. Dmitri Ivanovich järjesti versiossaan elementit niiden atomipainojen nousevaan järjestykseen, ja tässä syntyi kuvio, että elementtien tietyin väliajoin niiden ominaisuudet toistuvat ajoittain. Totta, poikkeuksia oli tehtävä: jotkut alkuaineet vaihdettiin eivätkä vastanneet atomimassan kasvua (esimerkiksi telluuri ja jodi), mutta ne vastasivat alkuaineiden ominaisuuksia. Atomi- ja molekyyliteorian jatkokehitys oikeutti tällaiset edistysaskeleet ja osoitti tämän järjestelyn pätevyyden. Voit lukea lisää tästä artikkelista "Mikä on Mendelejevin löytö"

Kuten näemme, elementtien asettelu tässä versiossa ei ole ollenkaan sama kuin nykyisessä muodossa. Ensinnäkin ryhmät ja jaksot ovat käänteisiä: ryhmät vaakasuunnassa, jaksot pystysuunnassa, ja toiseksi siinä on vähän liikaa ryhmiä - yhdeksäntoista, nykyään hyväksyttyjen kahdeksantoista sijaan.

Kuitenkin vain vuotta myöhemmin, vuonna 1870, Mendelejev muodosti taulukosta uuden version, joka on jo meille tunnistettavampi: samankaltaiset elementit asetetaan pystysuoraan riviin muodostaen ryhmiä ja 6 jaksoa on järjestetty vaakasuoraan. On erityisen huomionarvoista, että taulukon sekä ensimmäisessä että toisessa versiossa voidaan nähdä merkittäviä saavutuksia, joita hänen edeltäjällään ei ollut: taulukkoon jätettiin huolellisesti paikat elementeille, joita Mendelejevin mukaan ei ollut vielä löydetty. Hän on osoittanut vastaavat avoimet työpaikat kysymysmerkillä ja näet ne yllä olevasta kuvasta. Myöhemmin vastaavat alkuaineet todellakin löydettiin: Galium, Germanium, Scandium. Siten Dmitry Ivanovich ei vain systematisoi elementtejä ryhmiksi ja ajanjaksoiksi, vaan myös ennusti uusien, vielä tuntemattomien elementtien löytämisen.

Myöhemmin, monien tuon ajan ajankohtaisten kemian mysteerien ratkaisemisen jälkeen - uusien alkuaineiden löytäminen, jalokaasuryhmän eristäminen yhdessä William Ramsayn osallistumisen kanssa, sen tosiasian vahvistaminen, että didymium ei ole itsenäinen alkuaine. kaikki, mutta se on sekoitus kahdesta muusta - yhä enemmän uusia ja uusia versioita taulukosta, joskus jopa ei-taulukkonäkymää. Mutta emme anna niitä kaikkia täällä, vaan annamme vain lopullisen version, joka muodostui suuren tiedemiehen elämän aikana.

Siirtyminen atomipainoista ydinvaraukseen.

Valitettavasti Dmitri Ivanovitš ei elänyt nähdäkseen planeettateoriaa atomin rakenteesta eikä nähnyt Rutherfordin kokeiden voittoa, vaikka hänen löytöillään alkoi uusi aikakausi jaksollisen lain ja koko periodisen kehityksessä. järjestelmä. Muistutan, että Ernest Rutherfordin suorittamista kokeista seurasi, että alkuaineiden atomit koostuvat positiivisesti varautuneesta atomiytimestä ja negatiivisesti varautuneista elektroneista, jotka kiertävät ytimen ympärillä. Kun kaikkien tuolloin tunnettujen alkuaineiden atomiytimien varaukset on määritetty, kävi ilmi, että jaksollisessa järjestelmässä ne sijaitsevat ytimen varauksen mukaisesti. Ja jaksollinen laki on saanut uuden merkityksen, nyt se alkoi kuulostaa tältä:

"Kemiallisten alkuaineiden ominaisuudet sekä niiden muodostamien yksinkertaisten aineiden ja yhdisteiden muodot ja ominaisuudet ovat jaksoittaisessa riippuvuudessa niiden atomien ytimien varausten suuruudesta."

Nyt kävi selväksi, miksi Mendelejev laittoi osan kevyemmistä elementeistä raskaampien edeltäjiensä taakse - koko pointti on, että näin ne seisovat ytimensä varausten järjestyksessä. Esimerkiksi telluuri on raskaampaa kuin jodi, mutta se on taulukossa aikaisempi, koska sen atomin ytimen varaus ja elektronien lukumäärä on 52, kun taas jodilla on 53. Voit katsoa taulukkoa ja nähdä itse.

Atomin ja atomiytimen rakenteen selvittämisen jälkeen jaksollinen järjestelmä koki vielä useita muutoksia, kunnes lopulta se saavutti meille jo koulusta tutun muodon, jaksollisen järjestelmän lyhytjaksoisen version.

Tässä taulukossa tiedämme jo kaiken: 7 jaksoa, 10 sarjaa, sivu- ja pääalaryhmät. Lisäksi, kun uusia alkuaineita löydettiin ja taulukko täytettiin niillä, elementit, kuten Actinium ja Lanthanum, oli sijoitettava erillisiin riveihin, ja ne kaikki nimettiin vastaavasti Actinidesiksi ja Lantanideiksi. Tämä järjestelmän versio oli olemassa hyvin pitkään - maailman tiedeyhteisössä melkein 80-luvun loppuun, 90-luvun alkuun ja maassamme vielä pidempään - tämän vuosisadan 10-luvulle asti.

Moderni versio jaksollisesta taulukosta.

Vaihtoehto, jonka monet meistä kävivät läpi koulussa, osoittautuu kuitenkin itse asiassa hyvin hämmentäväksi, ja hämmennys ilmenee alaryhmien jakamisessa pää- ja toissijaisiin ryhmiin, ja elementtien ominaisuuksien näyttämisen logiikan muistaminen käy melko vaikeaksi. Tietysti tästä huolimatta monet opiskelivat sitä, heistä tuli kemian tieteiden tohtoreita, mutta silti nykyaikana sen tilalle on tullut uusi versio - pitkäaikainen. Huomaan, että IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) on hyväksynyt tämän nimenomaisen vaihtoehdon. Katsotaanpa sitä.

Kahdeksan ryhmää korvattiin kahdeksallatoista ryhmällä, joiden joukossa ei ole enää jakoa pää- ja toissijaisiin, ja kaikki ryhmät sanelevat elektronien järjestelyn atomikuoressa. Samalla he pääsivät eroon kaksirivisistä ja yksirivisistä jaksoista, nyt kaikki jaksot sisältävät vain yhden rivin. Kuinka kätevä tämä vaihtoehto on? Nyt elementtien ominaisuuksien jaksollisuus nähdään selvemmin. Ryhmänumero itse asiassa osoittaa elektronien lukumäärän ulkotasolla, ja siksi kaikki vanhan version pääalaryhmät sijaitsevat ensimmäisessä, toisessa ja 13-18 ryhmissä, ja kaikki "entisen puolen" ryhmät sijaitsevat. keskellä pöytää. Siten taulukosta näkyy nyt selvästi, että jos tämä on ensimmäinen ryhmä, niin nämä ovat alkalimetalleja eivätkä sinulle kuparia tai hopeaa, ja on selvää, että kaikki kauttakulkumetallit osoittavat hyvin ominaisuuksiensa samankaltaisuutta täytteestä johtuen. d-alatasolla, joka vaikuttaa vähemmässä määrin ulkoisiin ominaisuuksiin, sekä lantanideilla ja aktinideilla on samanlaisia ​​ominaisuuksia, koska vain f-alataso on erilainen. Siten koko taulukko on jaettu seuraaviin lohkoihin: s-lohko, jolle s-elektroneja täytetään, d-lohko, p-lohko ja f-lohko, jossa täyttö on d, p ja f-elektroneja, vastaavasti.

Valitettavasti maassamme tämä vaihtoehto on sisällytetty koulujen oppikirjoihin vain viimeisen 2-3 vuoden aikana, eikä silloinkaan kaikissa. Ja erittäin väärin. Mihin se liittyy? No, ensinnäkin, jyrkän 90-luvun pysähtyneisyyden aikana, jolloin maassa ei tapahtunut kehitystä lainkaan, koulutusalasta puhumattakaan, nimittäin 90-luvulla maailman kemianyhteisö siirtyi tähän vaihtoehtoon. Toiseksi, pienellä inertialla ja vaikeuksilla havaita kaikkea uutta, koska opettajamme ovat tottuneet vanhaan, lyhytaikaiseen taulukkoversioon huolimatta siitä, että se on paljon vaikeampaa ja vähemmän kätevää kemian opiskelussa.

Jaksollisen järjestelmän laajennettu versio.

Mutta aika ei seiso paikallaan, myös tiede ja tekniikka. Jaksollisen järjestelmän 118. elementti on jo löydetty, mikä tarkoittaa, että taulukon seuraava, kahdeksas jakso on pian löydettävä. Lisäksi näkyviin tulee uusi energia-alataso: g-alataso. Sen ainesosien elementit, kuten lantanidit tai aktinidit, on siirrettävä alas pöydällä, tai tätä taulukkoa laajennetaan vielä kaksi kertaa, jotta se ei enää mahdu A4-arkille. Annan tässä vain linkin Wikipediaan (katso Extended Periodic System), enkä toista tämän vaihtoehdon kuvausta uudelleen. Kaikki kiinnostuneet voivat seurata linkkiä ja käydä katsomassa.

Tässä versiossa f-elementtejä (lantanidit ja aktinidit) tai g-elementtejä ("tulevaisuuden elementit" numeroista 121-128) ei ole lueteltu erikseen, vaan ne tekevät taulukosta 32 solua leveämmän. Myös alkuaine helium sijoittuu toiseen ryhmään, koska se sisältyy s-lohkoon.

Yleisesti ottaen on epätodennäköistä, että tulevat kemistit käyttävät tätä vaihtoehtoa, todennäköisesti jaksollinen järjestelmä korvataan jollakin rohkeiden tiedemiesten jo esittämistä vaihtoehdoista: Benfey-järjestelmä, Stewartin "kemiallinen galaksi" tai muu vaihtoehto. Mutta tämä tapahtuu vasta kemiallisten alkuaineiden stabiilisuuden toisen saaren saavuttamisen jälkeen, ja todennäköisimmin se on tarpeen enemmän selkeyden vuoksi ydinfysiikassa kuin kemiassa, mutta toistaiseksi vanhan hyvän Dmitri Ivanovichin jaksollinen järjestelmä riittää.

Jaksollisen järjestelmän elementti 115 - moskovium - on superraskas synteettinen alkuaine, jonka symboli on Mc ja atominumero 115. Sen hankittiin ensimmäisen kerran vuonna 2003 venäläisten ja amerikkalaisten tutkijoiden yhteisessä ryhmässä Joint Institute for Nuclear Researchissa (JINR) Dubnassa. , Venäjä. Joulukuussa 2015 kansainvälisten tiedejärjestöjen yhteinen työryhmä IUPAC/IUPAP tunnusti sen yhdeksi neljästä uudesta elementistä. 28. marraskuuta 2016 se nimettiin virallisesti Moskovan alueen mukaan, jossa JINR sijaitsee.

Ominaista

Jaksollisen järjestelmän elementti 115 on erittäin radioaktiivinen: sen stabiilimman tunnetun isotoopin, moskovium-290:n, puoliintumisaika on vain 0,8 sekuntia. Tiedemiehet luokittelevat moskoviumin intransitiometalliksi, joka on useilta ominaisuuksiltaan samanlainen kuin vismutti. Jaksotaulukossa se kuuluu 7. jakson p-lohkon transaktinidielementteihin ja sijoittuu ryhmään 15 raskaimpana pniktogeenina (typpialaryhmän alkuaine), vaikka ei ole varmistettu, että se käyttäytyy kuten vismutin raskaampi homologi.

Alkuaineella on laskelmien mukaan joitakin kevyempiä homologeja muistuttavia ominaisuuksia: typpi, fosfori, arseeni, antimoni ja vismutti. Se osoittaa useita merkittäviä eroja niihin. Tähän mennessä on syntetisoitu noin 100 moskoviatomia, joiden massaluvut ovat 287-290.

Fyysiset ominaisuudet

Jaksollisen järjestelmän muskovian elementin 115 valenssielektronit on jaettu kolmeen osakuoreen: 7s (kaksi elektronia), 7p 1/2 (kaksi elektronia) ja 7p 3/2 (yksi elektroni). Kaksi ensimmäistä niistä ovat relativistisesti stabiloituja ja siksi käyttäytyvät kuin inertit kaasut, kun taas jälkimmäiset ovat relativistisesti epävakaita ja voivat helposti osallistua kemiallisiin vuorovaikutuksiin. Moskoviumin primäärisen ionisaatiopotentiaalin tulisi siis olla noin 5,58 eV. Laskelmien mukaan moskoviumin tulisi olla tiheä metalli suuren atomipainonsa vuoksi, jonka tiheys on noin 13,5 g/cm3.

Arvioidut suunnitteluominaisuudet:

• Vaihe: kiinteä.
• Sulamispiste: 400 °C (670 °K, 750 °F).
• Kiehumispiste: 1100°C (1400°K, 2000°F).
• Ominaissulamislämpö: 5,90-5,98 kJ/mol.
• Höyrystys- ja kondensaatiolämpö: 138 kJ/mol.

Kemiallisia ominaisuuksia

Jaksollisen järjestelmän 115. elementti on kolmas kemiallisten alkuaineiden 7p-sarjassa ja on jaksollisen järjestelmän ryhmän 15 raskain jäsen, joka sijaitsee vismutin alapuolella. Moskoviumin kemiallinen vuorovaikutus vesiliuoksessa määräytyy Mc+- ja Mc3+-ionien ominaisuuksien perusteella. Ensin mainitut ovat oletettavasti helposti hydrolysoituvia ja muodostavat ionisidoksia halogeenien, syanidien ja ammoniakin kanssa. Moskovium(I)hydroksidin (McOH), karbonaatin (Mc 2 CO 3), oksalaatin (Mc 2 C 2 O 4) ja fluorin (McF) on oltava veteen liukenevia. Sulfidin (Mc 2 S) on oltava liukenematonta. Kloridi (McCl), bromidi (McBr), jodidi (McI) ja tiosyanaatti (McSCN) ovat huonosti liukenevia yhdisteitä.

Moskovium(III)fluoridi (McF 3) ja tiotsonidi (McS 3) ovat oletettavasti veteen liukenemattomia (samanlainen kuin vastaavat vismuttiyhdisteet). Vaikka kloridin (III) (McCl 3), bromidin (McBr 3) ja jodidin (McI 3) tulisi olla helposti liukenevia ja helposti hydrolysoituvia muodostamaan oksohalogenideja, kuten McOCl ja McOBr (myös samanlainen kuin vismutti). Moskovium(I)- ja (III)-oksideilla on samanlaiset hapetustilat, ja niiden suhteellinen stabiilisuus riippuu suuresti siitä, minkä alkuaineiden kanssa ne ovat vuorovaikutuksessa.

Epävarmuus

Koska harvat syntetisoivat jaksollisen järjestelmän 115. elementin kokeellisesti, sen tarkat ominaisuudet ovat ongelmallisia. Tutkijoiden on keskityttävä teoreettisiin laskelmiin ja verrattava niitä vakaampiin elementteihin, jotka ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia.

Vuonna 2011 tehtiin kokeita nihoniumin, fleroviumin ja myskin isotooppien luomiseksi "kiihdyttimien" (kalsium-48) ja "kohteiden" (amerikium-243 ja plutonium-244) välisissä reaktioissa niiden ominaisuuksien tutkimiseksi. "Kohteet" sisälsivät kuitenkin lyijyn ja vismutin epäpuhtauksia, ja näin ollen joitain vismutin ja poloniumin isotooppeja saatiin nukleonien siirtoreaktioissa, mikä vaikeutti koetta. Samaan aikaan saadut tiedot auttavat tutkijoita tulevaisuudessa tutkimaan yksityiskohtaisemmin vismutin ja poloniumin raskaita homologeja, kuten moskoviumia ja livermoriumia.

Avaaminen

Ensimmäinen onnistunut jaksollisen taulukon elementin 115 synteesi oli venäläisten ja amerikkalaisten tutkijoiden yhteinen työ elokuussa 2003 JINR:ssä Dubnassa. Ydinfyysikon Juri Oganesyanin johtamassa ryhmässä oli kotimaisten asiantuntijoiden lisäksi kollegoita Lawrence Livermore National Laboratorysta. Tutkijat julkaisivat 2. helmikuuta 2004 Physical Review -lehdessä tiedon, että he pommittivat americium-243:a kalsium-48-ioneilla U-400-syklotronissa ja saivat neljä atomia uutta ainetta (yksi 287-mc-ydin ja kolme 288-mc-ydintä). . Nämä atomit hajoavat (hajoaa) emittoimalla alfahiukkasia elementtiin nihonium noin 100 millisekunnissa. Moskoviumin kaksi raskaampaa isotooppia, 289 Mc ja 290 Mc, löydettiin vuosina 2009-2010.

Aluksi IUPAC ei voinut hyväksyä uuden elementin löytämistä. Tarvittiin vahvistus muista lähteistä. Seuraavien vuosien aikana suoritettiin uusi arviointi myöhemmistä kokeista, ja jälleen kerran esitettiin Dubna-ryhmän vaatimus 115. elementin löytämisestä.

Elokuussa 2013 tutkijaryhmä Lundin yliopistosta ja Darmstadtissa (Saksa) sijaitsevasta raskaiden ionien instituutista ilmoitti toistaneensa vuoden 2004 kokeen, mikä vahvisti Dubnassa saadut tulokset. Berkeleyssä työskentelevä tutkijaryhmä julkaisi toisen vahvistuksen vuonna 2015. Joulukuussa 2015 yhteinen IUPAC/IUPAP-työryhmä tunnusti tämän elementin löytämisen ja asetti etusijalle venäläis-amerikkalaisen tutkijaryhmän löytämisen.

Nimi

Vuonna 1979 jaksollisen taulukon elementti 115 päätettiin IUPAC:n suosituksen mukaisesti nimetä "ununpentium" ja nimetä se vastaavalla symbolilla UUP. Vaikka nimeä on sittemmin käytetty laajalti tuntemattomasta (mutta teoreettisesti ennustetusta) elementistä, se ei ole tarttunut fysiikan yhteisöön. Useimmiten ainetta kutsuttiin sellaiseksi - elementti nro 115 tai E115.

30. joulukuuta 2015 International Union of Pure and Applied Chemistry tunnusti uuden alkuaineen löydön. Uusien sääntöjen mukaan löytäjillä on oikeus ehdottaa omaa nimeään uudelle aineelle. Aluksi sen piti nimetä jaksollisen taulukon 115. elementti "langeviniumiksi" fyysikko Paul Langevinin kunniaksi. Myöhemmin Dubnan tutkijaryhmä ehdotti vaihtoehtona nimeä "Moskovilainen" Moskovan alueen kunniaksi, jossa löytö tehtiin. Kesäkuussa 2016 IUPAC hyväksyi aloitteen ja 28. marraskuuta 2016 hyväksyi virallisesti nimen "moscovium".