אלמנט 53 של הטבלה המחזורית. מערכת תקופתית של מנדלייב

הוא התבסס על עבודתם של רוברט בויל ואנטואן לבואזייה. המדען הראשון דגל בחיפוש אחר יסודות כימיים בלתי ניתנים לפירוק. 15 מאלה שבויל רשומים ב-1668.

Lavuzier הוסיף להם עוד 13, אבל מאה שנה מאוחר יותר. החיפוש נמשך כי לא הייתה תיאוריה קוהרנטית של הקשר בין האלמנטים. לבסוף, דמיטרי מנדלייב נכנס ל"משחק". הוא החליט שיש קשר בין המסה האטומית של החומרים לבין מקומם במערכת.

תיאוריה זו אפשרה למדען לגלות עשרות יסודות מבלי לגלות אותם בפועל, אלא בטבע. זה הונח על כתפי הדורות. אבל עכשיו זה לא קשור אליהם. בואו נקדיש את המאמר למדען הרוסי הגדול ולשולחן שלו.

ההיסטוריה של יצירת הטבלה המחזורית

טבלה מחזוריתהתחיל בספר "קשר של תכונות עם המשקל האטומי של היסודות". היצירה הונפקה בשנות השבעים של המאה ה-19. במקביל, המדען הרוסי שוחח עם החברה הכימית של המדינה ושלח את הגרסה הראשונה של הטבלה לעמיתים מחו"ל.

לפני מנדלייב, 63 יסודות התגלו על ידי מדענים שונים. בן ארצנו התחיל בהשוואת המאפיינים שלהם. קודם כל הוא עבד עם אשלגן וכלור. לאחר מכן, הוא לקח את קבוצת המתכות של הקבוצה הבסיסית.

הכימאי קיבל שולחן מיוחד וכרטיסי אלמנט כדי לפרוס אותם כמו סוליטר, מחפש את ההתאמות והשילובים הנכונים. כתוצאה מכך הגיעה תובנה: - תכונות הרכיבים תלויות במסת האטומים שלהם. כך, אלמנטים של הטבלה המחזוריתמסודרים בשורות.

גילויו של המאסטרו של הכימיה היה ההחלטה להשאיר חללים בשורות אלו. המחזוריות של ההבדל בין המסות האטומיות הביאה את המדען להניח שעדיין לא כל היסודות ידועים לאנושות. פערי המשקל בין חלק מה"שכנים" היו גדולים מדי.

בגלל זה, הטבלה המחזורית של מנדלייבהפך להיות כמו לוח שחמט, עם שפע של תאים "לבנים". הזמן הוכיח שהם באמת חיכו ל"אורחים" שלהם. הם, למשל, הפכו לגזים אינרטיים. הליום, ניאון, ארגון, קריפטון, רדיואקט וקסנון התגלו רק בשנות ה-30 של המאה ה-20.

עכשיו לגבי מיתוסים. הדעה הרווחת היא שכך טבלה מחזורית של כימיההופיע לו בחלום. אלה הם התככים של מורים באוניברסיטה, ליתר דיוק, אחד מהם - אלכסנדר אינוסטרנצב. זהו גיאולוג רוסי שהרצה באוניברסיטת סנט פטרבורג לכרייה.

אינוסטרנצב הכיר את מנדלייב וביקר אותו. פעם אחת, מותש מהחיפוש, דמיטרי נרדם ממש מול אלכסנדר. הוא חיכה עד שהכימאי יתעורר וראה איך מנדלייב תופס פיסת נייר ורושם את הגרסה הסופית של הטבלה.

למעשה, המדען פשוט לא הספיק לעשות זאת לפני שמורפיאוס לכד אותו. עם זאת, אינוסטרנצב רצה לשעשע את תלמידיו. בהתבסס על מה שראה, הגאולוג מצא אופניים, שמאזינים אסירי תודה הפיצו במהירות להמונים.

תכונות של הטבלה המחזורית

מאז הגרסה הראשונה ב-1969 טבלה מחזורית סדורההשתפר פעמים רבות. לכן, עם גילוי גזים אצילים בשנות ה-30, ניתן היה לגזור תלות חדשה של היסודות - במספרים הסידוריים שלהם, ולא במסה, כפי שקבע מחבר המערכת.

המושג "משקל אטומי" הוחלף ב"מספר אטומי". ניתן היה לחקור את מספר הפרוטונים בגרעיני האטומים. מספר זה הוא המספר הסידורי של האלמנט.

מדענים של המאה ה-20 חקרו גם את המבנה האלקטרוני של אטומים. זה משפיע גם על המחזוריות של יסודות ומשתקף במהדורות מאוחרות יותר. טבלאות מחזוריות. תמונההרשימה מראה שהחומרים בה מסודרים ככל שהמשקל האטומי עולה.

העיקרון הבסיסי לא השתנה. המסה עולה משמאל לימין. יחד עם זאת, הטבלה אינה יחידה, אלא מחולקת ל-7 תקופות. מכאן שמה של הרשימה. נקודה היא שורה אופקית. ההתחלה שלו היא מתכות אופייניות, הסוף הוא יסודות בעלי תכונות לא מתכתיות. הירידה היא הדרגתית.

יש תקופות קטנות וגדולות. הראשונים נמצאים בתחילת הטבלה, יש 3. זה פותח רשימה עם תקופה של 2 אלמנטים. להלן שתי עמודות, בהן יש 8 פריטים. 4 התקופות הנותרות גדולות. ה-6 הוא הארוך ביותר, יש לו 32 אלמנטים. ב-4 וב-5 יש 18 מהם, וב-7 - 24.

ניתן לספור כמה אלמנטים בטבלהמנדלייב. יש 112 כותרים בסך הכל. שמות. יש 118 תאים, אבל יש וריאציות של הרשימה עם 126 שדות. עדיין יש תאים ריקים לאלמנטים שלא התגלו שאין להם שמות.

לא כל המחזורים מתאימים על שורה אחת. תקופות גדולות מורכבות מ-2 שורות. כמות המתכות בהם גוברת. לכן, השורות התחתונה מוקדשות להם לחלוטין. ירידה הדרגתית ממתכות לחומרים אינרטיים נצפית בשורות העליונות.

תמונות של הטבלה המחזוריתמחולק אנכית. זה קבוצות בטבלה המחזורית, ישנם 8 מהם. יסודות דומים בתכונות כימיות מסודרים אנכית. הם מחולקים לתת-קבוצות עיקריות ומשניות. האחרונים מתחילים רק מהתקופה הרביעית. תת הקבוצות העיקריות כוללות גם אלמנטים של תקופות קטנות.

המהות של הטבלה המחזורית

שמות של יסודות בטבלה המחזוריתהוא 112 עמדות. המהות של סידורם ברשימה אחת היא שיטתיות של אלמנטים ראשוניים. הם התחילו להילחם על זה אפילו בימי קדם.

אריסטו היה מהראשונים שהבינו ממה עשוי כל מה שקיים. הוא לקח כבסיס את תכונות החומרים - קור וחום. אמפידוקלס ייחד 4 עקרונות יסוד על פי היסודות: מים, אדמה, אש ואוויר.

מתכות בטבלה המחזורית, כמו אלמנטים אחרים, הם העקרונות הבסיסיים מאוד, אבל מנקודת מבט מודרנית. הכימאי הרוסי הצליח לגלות את רוב המרכיבים של עולמנו ולהציע את קיומם של יסודות ראשוניים עדיין לא ידועים.

מתברר ש הגיית הטבלה המחזורית- להשמיע מודל מסוים של המציאות שלנו, לפרק אותו למרכיבים. עם זאת, ללמוד אותם זה לא קל. בואו ננסה להקל על המשימה על ידי תיאור כמה שיטות יעילות.

כיצד ללמוד את הטבלה המחזורית

נתחיל בשיטה המודרנית. מדעני מחשבים פיתחו מספר משחקי פלאש שעוזרים לשנן את הרשימה של מנדלייב. משתתפי הפרויקט מוצעים למצוא אלמנטים לפי אפשרויות שונות, למשל, שם, מסה אטומית, ייעוד אותיות.

לשחקן יש את הזכות לבחור את תחום הפעילות - רק חלק מהשולחן, או כולו. בצוואתנו, גם לא לכלול את שמות האלמנטים, פרמטרים אחרים. זה מסבך את החיפוש. למתקדמים מסופק גם טיימר, כלומר, האימון מתבצע במהירות.

תנאי המשחק הופכים את הלמידה מספרי יסוד בטבלה המחזוריתלא משעמם, אבל משעשע. התרגשות מתעוררת, והופך קל יותר לסדר ידע בראש. אלה שאינם מקבלים פרויקטי פלאש מחשבים מציעים דרך מסורתית יותר לשנן רשימה.

הוא מחולק ל-8 קבוצות, או 18 (לפי מהדורת 1989). כדי להקל על הזיכרון, עדיף ליצור מספר טבלאות נפרדות, במקום לעבוד על גרסה שלמה. גם תמונות חזותיות המותאמות לכל אחד מהאלמנטים עוזרות. סמוך על האסוציאציות שלך.

אז, ברזל במוח יכול להיות מתאם, למשל, עם מסמר, וכספית עם מדחום. השם של האלמנט לא מוכר? אנו משתמשים בשיטה של ​​אסוציאציות סוגסטיות. , למשל, נחבר מהתחלות המילים "טפי" ו"דובר".

מאפייני הטבלה המחזוריתאל תלמד בישיבה אחת. שיעורים מומלצים למשך 10-20 דקות ביום. מומלץ להתחיל בלזכור רק את המאפיינים הבסיסיים: שם היסוד, ייעודו, המסה האטומית והמספר הסידורי.

תלמידי בית ספר מעדיפים לתלות את הטבלה המחזורית מעל שולחן העבודה, או על הקיר, שלעתים קרובות מסתכלים עליו. השיטה טובה לאנשים עם דומיננטיות של זיכרון חזותי. נתונים מהרשימה נזכרים באופן לא רצוני גם בלי לדחוס.

זה נלקח בחשבון גם על ידי המורים. ככלל, הם לא מכריחים אותך לשנן את הרשימה, הם מאפשרים לך להסתכל עליה אפילו על הבקרה. התבוננות מתמדת בשולחן זהה לאפקט של הדפסה על הקיר, או כתיבת דפי רמאות לפני בחינות.

מתחילים במחקר, נזכיר שמנדלייב לא זכר מיד את הרשימה שלו. פעם, כשהמדען נשאל איך הוא פתח את השולחן, התשובה הייתה: "חשבתי על זה אולי 20 שנה, אבל אתה חושב: ישבתי ופתאום זה מוכן". המערכת התקופתית היא עבודה קפדנית שלא ניתן לשלוט בה בזמן קצר.

המדע אינו סובל חיפזון, כי הוא מוביל להזיות ולטעויות מעצבנות. אז, במקביל למנדלייב, ערכה את הטבלה על ידי לותר מאיר. עם זאת, הגרמני לא סיים קצת את הרשימה ולא היה משכנע בהוכחת נקודת המבט שלו. לכן, הציבור הכיר בעבודתו של המדען הרוסי, ולא את חברו הכימאי מגרמניה.

טבלה תקופתית של מנדלייב

בניית הטבלה המחזורית של היסודות הכימיים של מנדלייב תואמת את התקופות האופייניות של תורת המספרים ובסיסים אורתוגונליים. השלמה של מטריצות Hadamard עם מטריצות מסדרים זוגיים ואי-זוגיים יוצרת בסיס מבני של אלמנטים מטריצות מקוננות: מטריצות של הסדר הראשון (אודין), השני (אולר), השלישי (מרסן), הרביעי (Hadamard) והחמישי (Fermat).

קל לראות שסדרי גודל 4 קמטריצות האמרד מתאימות ליסודות אינרטיים בעלי מסה אטומית שהיא כפולה של ארבע: הליום 4, ניאון 20, ארגון 40 (39.948) וכו', אך גם יסודות החיים והטכנולוגיה הדיגיטלית: פחמן 12, חמצן 16, סיליקון 28 , גרמניום 72.

נראה שעם מרסן מטריצות של סדרים 4 ק-1, להיפך, כל מה שפעיל, רעיל, הרסני ומאכל קשור. אבל אלה גם יסודות רדיואקטיביים - מקורות אנרגיה, ועופרת 207 (התוצר הסופי, מלחים רעילים). פלואור, כמובן, הוא 19. סדרי המטריצות של מרסן תואמים לרצף של יסודות רדיואקטיביים הנקראים סדרת האקטיניום: אורניום 235, פלוטוניום 239 (איזוטופ שהוא מקור חזק יותר לאנרגיה אטומית מאורניום) וכו'. אלו הן גם מתכות אלקליות ליתיום 7, נתרן 23 ואשלגן 39.

גליום - משקל אטומי 68

הזמנות 4 ק–2 מטריצות אוילר (מרסן כפול) תואמות לחנקן 14 (בסיס אטמוספרי). מלח שולחן נוצר על ידי שני אטומים "דמויי מרסן" של נתרן 23 וכלור 35, יחד שילוב זה אופייני, רק למטריצות אוילר. הכלור המאסיבי יותר עם משקל של 35.4 הוא קצת נמוך מממד הדאמר של 36. גבישי מלח נפוצים: קובייה (! כלומר, אופי ענווה, הדאמרס) ואוקטהדרון (מתריס יותר, זה ללא ספק אוילר).

בפיזיקה האטומית, מעבר הברזל 56 - ניקל 59 הוא הגבול בין היסודות המספקים אנרגיה במהלך הסינתזה של גרעין גדול יותר (פצצת מימן) לבין ריקבון (פצצת אורניום). הסדר 58 מפורסם בעובדה שעבורו יש לא רק אנלוגים של מטריצות האמרד בצורה של מטריצות בלביץ' עם אפסים באלכסון, גם אין הרבה מטריצות משוקללות עבורו - האורתוגונלי הקרוב ביותר W(58,53) יש 5 אפסים בכל עמודה ושורה (פער עמוק ).

בסדרה התואמת למטריצות פרמה והחלפותיהן של סדרים 4 ק+1, עולה 257 fermii לפי רצון הגורל. אי אפשר להגיד כלום, פגיעה מדויקת. הנה זהב 197. נחושת 64 (63.547) וכסף 108 (107.868), סמלים של אלקטרוניקה, ככל הנראה אינם מגיעים לזהב ומתואמים למטריצות הדמרד צנועות יותר. נחושת, עם משקלה האטומי לא רחוק מ-63, היא פעילה מבחינה כימית - התחמוצות הירוקות שלה ידועות היטב.

גבישי בורון בהגדלה גבוהה

מ יחס הזהבבורון מחובר - המסה האטומית בין כל שאר היסודות היא הקרובה ביותר ל-10 (ליתר דיוק, 10.8, גם הקרבה של המשקל האטומי למספרים אי-זוגיים משפיעה). בורון הוא יסוד מורכב למדי. בוהר ממלא תפקיד מבלבל בהיסטוריה של החיים עצמם. מבנה המסגרת במבנים שלו הרבה יותר מסובך מאשר ביהלום. הסוג הייחודי של הקשר הכימי המאפשר לבור לספוג כל טומאה אינו מובן מאוד, אם כי מספר רב של מדענים כבר קיבלו פרסי נובל על מחקר הקשור אליו. צורת גביש הבור היא איקוסהדרון, חמישה משולשים יוצרים קודקוד.

תעלומת פלטינה. היסוד החמישי הוא, ללא ספק, מתכות אצילות כמו זהב. מתלה מעל מימד המרד 4 ק, עבור 1 גדול.

האיזוטופ היציב אורניום 238

זכור, עם זאת, מספרי פרמה הם נדירים (הקרוב ביותר הוא 257). גבישי זהב מקומיים הם בעלי צורה קרובה לקובייה, אך גם הפנטגרם נוצץ. שכנתה הקרובה ביותר, פלטינה, מתכת אצילה, נמצאת במרחק של פחות מפי 4 משקל אטומי מזהב 197. לפלטינה משקל אטומי אינו 193, אלא גדל במקצת, 194 (סדר המטריצות של אוילר). קצת, אבל זה מביא אותה למחנה של עוד כמה גורמים תוקפניים. כדאי לזכור, בהקשר לאינרציות שלו (הוא מתמוסס, אולי, באקווה רג'יה), פלטינה משמשת כזרז פעיל לתהליכים כימיים.

פלטינה ספוגית מציתה מימן בטמפרטורת החדר. הטבע של פלטינה אינו שליו כלל, אירידיום 192 מתנהג בצורה שקטה יותר (תערובת של איזוטופים 191 ו-193). זה יותר כמו נחושת, אבל עם משקל ואופי של זהב.

בין ניאון 20 לנתרן 23 אין יסוד עם משקל אטומי של 22. כמובן, משקלים אטומיים הם מאפיין אינטגרלי. אבל בין האיזוטופים, בתורו, יש גם מתאם מוזר של תכונות עם תכונות המספרים והמטריצות המתאימות של בסיסים אורתוגונליים. כדלק גרעיני, לאיזוטופ אורניום 235 (סדר המטריצות של מרסן) יש את השימוש הגדול ביותר, שבו אפשרית תגובת שרשרת גרעינית המקיימת את עצמה. בטבע, יסוד זה מופיע בצורה יציבה אורניום 238 (סדר מטריצות אוילר). אין יסוד עם משקל אטומי של 13. באשר לכאוס, המספר המצומצם של האלמנטים היציבים של הטבלה המחזורית והקושי למצוא מטריצות ברמה גבוהה עקב המחסום הנראה במטריצות מסדר שלוש עשרה מתואמים.

איזוטופים של יסודות כימיים, אי של יציבות

כל מי שהלך לבית הספר זוכר שאחד המקצועות הנדרשים ללימודים היה כימיה. היא יכלה לאהוב את זה, או שהיא לא יכלה לאהוב את זה - זה לא משנה. וסביר להניח שידע רב בדיסציפלינה הזו כבר נשכח ואינו מיושם בחיים. עם זאת, כולם כנראה זוכרים את טבלת היסודות הכימיים של D.I. Mendeleev. עבור רבים, זה נשאר טבלה רב צבעונית, שבה אותיות מסוימות רשומות בכל ריבוע, המציינות את שמות היסודות הכימיים. אבל כאן לא נדבר על כימיה ככזו, ונתאר מאות תגובות ותהליכים כימיים, אלא נדבר על איך הופיעה הטבלה המחזורית באופן כללי - הסיפור הזה יעניין כל אדם, ובאמת לכל מי שרוצה. מידע מעניין ושימושי.

קצת רקע

עוד ב-1668, הכימאי, הפיזיקאי והתיאולוג האירי המצטיין רוברט בויל פרסם ספר שבו הופרכו מיתוסים רבים על אלכימיה, ובו דיבר על הצורך בחיפוש אחר יסודות כימיים בלתי ניתנים לפירוק. המדען גם נתן רשימה שלהם, המורכבת מ-15 אלמנטים בלבד, אך איפשר את הרעיון שייתכן שיש עוד אלמנטים. זו הפכה לנקודת המוצא לא רק בחיפוש אחר אלמנטים חדשים, אלא גם בשיטתיות שלהם.

מאה שנים מאוחר יותר, הכימאי הצרפתי אנטואן לבואזיה הרכיב רשימה חדשה, שכללה כבר 35 יסודות. 23 מהם התגלו מאוחר יותר כבלתי ניתנים לפירוק. אבל החיפוש אחר אלמנטים חדשים נמשך על ידי מדענים ברחבי העולם. ואת התפקיד העיקרי בתהליך זה שיחק הכימאי הרוסי המפורסם דמיטרי איבנוביץ' מנדלייב - הוא היה הראשון שהעלה את ההשערה שיכול להיות קשר בין המסה האטומית של היסודות למיקומם במערכת.

הודות לעבודה קפדנית והשוואה של יסודות כימיים, הצליח מנדלייב לגלות קשר בין יסודות שבהם הם יכולים להיות אחד, ותכונותיהם אינן מובנות מאליהן, אלא הן תופעה שחוזרת על עצמה מעת לעת. כתוצאה מכך, בפברואר 1869, ניסח מנדלייב את החוק התקופתי הראשון, וכבר במרץ הוגש הדו"ח שלו "קשר התכונות עם המשקל האטומי של יסודות" לאיגוד הכימיה הרוסית על ידי ההיסטוריון של הכימיה N.A. Menshutkin. ואז, באותה שנה, פורסם הפרסום של מנדלייב בכתב העת Zeitschrift fur Chemie בגרמניה, ובשנת 1871 פורסם פרסום נרחב חדש של המדען המוקדש לתגליתו על ידי כתב עת גרמני אחר Annalen der Chemie.

יצירת טבלה מחזורית

בשנת 1869, הרעיון המרכזי כבר נוצר על ידי מנדלייב, ותוך זמן קצר למדי, אבל הוא לא הצליח להמציא אותו לשום סוג של מערכת מסודרת שמציגה בבירור מה היה מה, במשך זמן רב הוא לא יכול היה. באחת השיחות עם עמיתו א.א. אינוסטרנצב, הוא אף אמר שהכל כבר הסתדר לו בראש, אבל הוא לא הצליח להביא הכל לשולחן. לאחר מכן, על פי הביוגרפים של מנדלייב, הוא החל בעבודה קפדנית על שולחנו, שנמשכה שלושה ימים ללא הפסקה לשינה. כל מיני דרכים לארגן את היסודות בטבלה סודרו, והעבודה הייתה מסובכת בגלל העובדה שבאותה תקופה המדע עדיין לא ידע על כל היסודות הכימיים. אבל, למרות זאת, השולחן עדיין נוצר, והאלמנטים היו שיטתיים.

אגדת חלומו של מנדלייב

רבים שמעו את הסיפור שד.י. מנדלייב חלם על שולחנו. גרסה זו הופצה באופן פעיל על ידי עמיתו הנ"ל של מנדלייב, A. A. Inostrantsev, כסיפור מצחיק שאיתו בידר את תלמידיו. הוא אמר שדמיטרי איבנוביץ' הלך לישון ובחלום ראה בבירור את השולחן שלו, שבו כל היסודות הכימיים מסודרים בסדר הנכון. לאחר מכן, התלמידים אפילו התבדחו שוודקה 40° התגלתה באותו אופן. אבל עדיין היו תנאים מוקדמים אמיתיים לסיפור השינה: כפי שכבר הוזכר, מנדלייב עבד על השולחן ללא שינה ומנוחה, ואינוסטרנצב מצא אותו פעם עייף ומותש. אחר הצהריים החליט מנדלייב לקחת הפסקה, וכעבור זמן מה הוא התעורר בפתאומיות, לקח מיד פיסת נייר וצייר עליה שולחן מוכן. אבל המדען עצמו הפריך את כל הסיפור הזה בחלום, ואמר: "חשבתי על זה אולי עשרים שנה, ואתה חושב: ישבתי ופתאום... זה מוכן." אז אגדת החלום עשויה להיות מאוד אטרקטיבית, אבל יצירת השולחן הייתה אפשרית רק באמצעות עבודה קשה.

עבודה נוספת

בתקופה שבין 1869 ל-1871 פיתח מנדלייב את רעיונות המחזוריות, שאליהם נטתה הקהילה המדעית. ואחד השלבים החשובים בתהליך זה היה ההבנה שכל אלמנט במערכת צריך להיות ממוקם על סמך מכלול התכונות שלו בהשוואה לתכונות של אלמנטים אחרים. בהתבסס על כך, וגם על סמך תוצאות המחקר בשינוי תחמוצות יוצרות זכוכית, הצליח הכימאי לתקן את ערכי המסה האטומית של אלמנטים מסוימים, ביניהם אורניום, אינדיום, בריליום ואחרים.

כמובן שמנדלייב רצה למלא את התאים הריקים שנותרו בטבלה בהקדם האפשרי, ובשנת 1870 הוא חזה שבקרוב יתגלו יסודות כימיים שאינם ידועים למדע, שאת המסות האטומיות ואת תכונותיהם הוא הצליח לחשב. הראשונים שבהם היו גליום (שנתגלה ב-1875), סקנדיום (שנתגלה ב-1879) וגרמניום (התגלה ב-1885). אז המשיכו התחזיות להתממש, והתגלו שמונה יסודות חדשים נוספים, ביניהם: פולוניום (1898), רניום (1925), טכנציום (1937), פרנציום (1939) ואסטטין (1942-1943). אגב, בשנת 1900, D.I. Mendeleev והכימאי הסקוטי וויליאם רמזי הגיעו למסקנה שיש לכלול בטבלה גם את היסודות של קבוצת האפס - עד 1962 הם נקראו אינרטי, ואחרי - גזים אצילים.

ארגון המערכת המחזורית

היסודות הכימיים בטבלה של D. I. Mendeleev מסודרים בשורות, בהתאם לעלייה במסה שלהם, ואורך השורות נבחר כך שליסודות שבהם יש תכונות דומות. למשל, גזים אצילים כמו ראדון, קסנון, קריפטון, ארגון, ניאון והליום אינם מגיבים בקלות עם יסודות אחרים, וגם בעלי פעילות כימית נמוכה, ולכן הם ממוקמים בעמודה הימנית הקיצונית. והיסודות של העמוד השמאלי (אשלגן, נתרן, ליתיום וכו') מגיבים בצורה מושלמת עם יסודות אחרים, והתגובות עצמן חומר נפץ. במילים פשוטות, בתוך כל עמודה, לאלמנטים יש מאפיינים דומים, המשתנים מעמודה אחת לאחרת. כל היסודות עד מס' 92 נמצאים בטבע, ועם מס' 93 מתחילים יסודות מלאכותיים, שניתן ליצור רק במעבדה.

בגרסתה המקורית, המערכת המחזורית הובנה רק כשיקוף של הסדר הקיים בטבע, ולא היו הסברים מדוע הכל צריך להיות כך. ורק כשהופיעה מכניקת הקוונטים, התבררה המשמעות האמיתית של סדר היסודות בטבלה.

שיעורי תהליך יצירתי

אם כבר מדברים על אילו לקחים של תהליך היצירה ניתן להפיק מכל ההיסטוריה של יצירת הטבלה המחזורית של D.I. מנדלייב, אפשר להביא כדוגמה את רעיונותיו של החוקר האנגלי בתחום החשיבה היצירתית גרהם וואלאס והמדען הצרפתי אנרי פואנקרה. בואו ניקח אותם בקצרה.

לפי Poincaré (1908) וגראהם וואלאס (1926), ישנם ארבעה שלבים עיקריים בחשיבה יצירתית:

• הַדְרָכָה- שלב גיבוש המשימה העיקרית והניסיונות הראשונים לפתור אותה;
• דְגִירָה- השלב שבו ישנה הסחת דעת זמנית מהתהליך, אך העבודה על מציאת פתרון לבעיה מתבצעת ברמה תת-מודעת;
• תוֹבָנָה- השלב בו נמצא הפתרון האינטואיטיבי. יתרה מכך, פתרון זה יכול להימצא במצב שאינו רלוונטי לחלוטין למשימה;
• בְּדִיקָה- שלב הבדיקה והיישום של הפתרון, בו מתבצע אימות פתרון זה והמשך פיתוחו האפשרי.

כפי שאנו יכולים לראות, בתהליך יצירת השולחן שלו, מנדלייב עקב אחר ארבעת השלבים הללו באופן אינטואיטיבי. עד כמה זה יעיל ניתן לשפוט לפי התוצאות, כלומר. כי הטבלה נוצרה. ובהתחשב בכך שיצירתו הייתה צעד עצום קדימה לא רק עבור מדע הכימיה, אלא עבור האנושות כולה, ניתן ליישם את ארבעת השלבים לעיל הן ליישום פרויקטים קטנים והן ליישום תוכניות גלובליות. הדבר העיקרי שיש לזכור הוא שלא ניתן למצוא ולו תגלית אחת, אף פתרון אחד לבעיה בפני עצמה, לא משנה כמה נרצה לראות אותם בחלום ולא משנה כמה נישן. על מנת להצליח, בין אם מדובר ביצירת טבלת יסודות כימיים ובין אם מדובר בפיתוח תוכנית שיווקית חדשה, עליכם להיות בעלי ידע וכישורים מסוימים, וכן לנצל את הפוטנציאל שלכם במיומנות ולעבוד קשה.

אנו מאחלים לך הצלחה במאמציך ויישום מוצלח של התוכניות שלך!

איך הכל התחיל?

כימאים ידועים רבים בתחילת המאות ה-19-20 שמו לב זמן רב שהתכונות הפיזיקליות והכימיות של יסודות כימיים רבים דומות מאוד זה לזה. לדוגמה, אשלגן, ליתיום ונתרן הם כולן מתכות פעילות, אשר, בעת אינטראקציה עם מים, יוצרות הידרוקסידים פעילים של מתכות אלה; כלור, פלואור, ברום בתרכובות שלהם עם מימן הראו את אותה ערכיות שווה ל-I וכל התרכובות הללו הן חומצות חזקות. מתוך דמיון זה, הוצעה זה מכבר המסקנה שניתן לשלב את כל היסודות הכימיים הידועים לקבוצות, וכך ליסודות של כל קבוצה יש קבוצה מסוימת של מאפיינים פיזיקוכימיים. עם זאת, לעתים קרובות קבוצות כאלה הורכבו באופן שגוי מיסודות שונים על ידי מדענים שונים, ובמשך זמן רב התעלמו מאחד המאפיינים העיקריים של היסודות על ידי רבים - זוהי המסה האטומית שלהם. התעלמו ממנו כי הוא היה ושונה עבור אלמנטים שונים, מה שאומר שלא ניתן היה להשתמש בו כפרמטר לקיבוץ. היוצא מן הכלל היחיד היה הכימאי הצרפתי אלכסנדר אמיל צ'נקורטואה, שניסה לסדר את כל היסודות במודל תלת מימדי לאורך סליל, אך עבודתו לא הוכרה על ידי הקהילה המדעית, והדגם התברר כמסורבל ולא נוח.

בניגוד למדענים רבים, D.I. מנדלייב לקח את המסה האטומית (באותה תקופה עדיין "משקל אטומי") כפרמטר מרכזי בסיווג היסודות. בגרסתו, דמיטרי איבנוביץ' סידר את היסודות בסדר עולה של משקלם האטומי, וכאן נוצרה תבנית שבמרווחים מסוימים של היסודות, תכונותיהם חוזרות על עצמן מדי פעם. נכון, היה צריך לעשות חריגים: חלק מהיסודות הוחלפו ולא תאמו את העלייה במסה האטומית (למשל, טלוריום ויוד), אבל הם תאמו את תכונות היסודות. התפתחות נוספת של התיאוריה האטומית והמולקולרית הצדיקה התקדמות כזו והראתה את תקפותו של הסדר זה. עוד על כך תוכלו לקרוא במאמר "מהי גילויו של מנדלייב"

כפי שאנו יכולים לראות, סידור האלמנטים בגרסה זו אינו כלל מה שאנו רואים בצורה המודרנית. ראשית, קבוצות ותקופות הפוכות: קבוצות אופקית, תקופות אנכית, ושנית, יש בה קצת יותר מדי קבוצות - תשע-עשרה, במקום שמונה-עשרה המקובלות כיום.

עם זאת, שנה בלבד לאחר מכן, בשנת 1870, יצר מנדלייב גרסה חדשה של הטבלה, שכבר יותר מזוהה לנו: אלמנטים דומים מסודרים בשורה אנכית, יוצרים קבוצות ו-6 תקופות מסודרות אופקית. ראוי לציין במיוחד שגם בגרסה הראשונה וגם בגרסה השנייה של הטבלה אפשר לראות הישגים משמעותיים שלא היו לקודמיו: הטבלה השאירה בקפידה מקומות לאלמנטים שלדברי מנדלייב טרם התגלו. המשרות הפנויות המתאימות מסומנות על ידו בסימן שאלה ותוכלו לראות אותן בתמונה למעלה. לאחר מכן, אכן התגלו היסודות המקבילים: גליום, גרמניום, סקנדיום. לפיכך, דמיטרי איבנוביץ' לא רק שיטה את היסודות לקבוצות ותקופות, אלא גם ניבא גילוי של אלמנטים חדשים, שטרם ידועים.

מאוחר יותר, לאחר פתרון רבות מהתעלומות האקטואליות של הכימיה של אז - גילוי יסודות חדשים, בידוד של קבוצת גזים אצילים יחד עם השתתפותו של ויליאם רמזי, ביסוס העובדה שדידימיום אינו יסוד עצמאי ב- הכל, אבל הוא תערובת של שניים אחרים - יותר ויותר גרסאות חדשות וחדשות של השולחן, לפעמים אפילו עם נוף לא שולחן בכלל. אבל לא ניתן את כולם כאן, אלא ניתן רק את הגרסה הסופית, שנוצרה במהלך חייו של המדען הגדול.

מעבר ממשקלים אטומיים למטען גרעיני.

למרבה הצער, דמיטרי איבנוביץ' לא חי כדי לראות את התיאוריה הפלנטרית של מבנה האטום ולא ראה את ניצחון הניסויים של רתרפורד, למרות שעם גילוייו החל עידן חדש בהתפתחות החוק המחזורי והמחזור כולו. מערכת. הרשו לי להזכיר לכם כי מהניסויים שערך ארנסט רתרפורד, עלה כי האטומים של היסודות מורכבים מגרעין אטום בעל מטען חיובי ומאלקטרונים בעלי מטען שלילי המסתובבים סביב הגרעין. לאחר קביעת מטענים של גרעיני האטום של כל היסודות הידועים באותה תקופה, התברר שבמערכת המחזורית הם ממוקמים בהתאם למטען של הגרעין. והחוק התקופתי קיבל משמעות חדשה, עכשיו זה התחיל להישמע כך:

"התכונות של יסודות כימיים, כמו גם הצורות והתכונות של החומרים והתרכובות הפשוטות שהם יוצרים, תלויות תקופתית בגודל המטענים של גרעיני האטומים שלהם"

כעת התברר מדוע חלק מהיסודות הקלים יותר הוצבו על ידי מנדלייב מאחורי קודמיהם הכבדים יותר – כל העניין הוא שכך הם עומדים בסדר המטענים של הגרעין שלהם. לדוגמה, הטלוריום כבד יותר מיוד, אבל הוא נמצא מוקדם יותר בטבלה, כי המטען של גרעין האטום שלו ומספר האלקטרונים הוא 52, בעוד שליוד יש 53. אתה יכול להסתכל בטבלה ולראות בעצמך.

לאחר גילוי מבנה האטום וגרעין האטום, המערכת המחזורית עברה עוד כמה שינויים, עד שלבסוף הגיעה לצורה המוכרת לנו כבר מבית הספר, הגרסה הקצרה של הטבלה המחזורית.

בטבלה הזו, אנחנו כבר יודעים הכל: 7 תקופות, 10 סדרות, קבוצות משנה צדדיות ועיקריות. כמו כן, עם הזמן של גילוי אלמנטים חדשים ומילוי השולחן בהם, אלמנטים כמו אקטיניום ולנתנום היו צריכים להיות ממוקמים בשורות נפרדות, כולם נקראו בהתאמה אקטינידים ולנתנידים. גרסה זו של המערכת התקיימה זמן רב מאוד - בקהילה המדעית העולמית כמעט עד סוף שנות ה-80, תחילת שנות ה-90, ובמדינתנו אף יותר - עד שנות ה-10 של המאה הזו.

גרסה מודרנית של הטבלה המחזורית.

עם זאת, האופציה שרבים מאיתנו עברו בבית הספר דווקא מתבררת כמבלבלת מאוד, והבלבול מתבטא בחלוקה של תת-קבוצות לעיקריות ומשניות, ולזכור את ההיגיון של הצגת תכונות של אלמנטים הופכת קשה למדי. כמובן, למרות זאת, רבים למדו אותו, הפכו לרופאים למדעי הכימיה, אך עדיין, בתקופה המודרנית, הוא הוחלף בגרסה חדשה - ארוכת טווח. אני מציין שהאופציה הספציפית הזו מאושרת על ידי IUPAC (האיחוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית). בואו נסתכל על זה.

שמונה הקבוצות הוחלפו בשמונה עשרה, ביניהן אין עוד חלוקה לראשי ומשניים, וכל הקבוצות מוכתבות על ידי סידור האלקטרונים במעטפת האטום. יחד עם זאת, הם נפטרו מתקופות שתי שורות ויחידות, כעת כל התקופות מכילות שורה אחת בלבד. עד כמה האפשרות הזו נוחה? כעת המחזוריות של תכונות היסודות נראית בצורה ברורה יותר. מספר הקבוצה, למעשה, מציין את מספר האלקטרונים במפלס החיצוני, ולכן כל תת הקבוצות העיקריות של הגרסה הישנה ממוקמות בקבוצה הראשונה, השנייה והשלוש עשרה עד השמונה עשרה, וכל קבוצות "הצד הקודם" ממוקמות באמצע השולחן. לפיכך, נראה כעת בבירור מהטבלה שאם זו הקבוצה הראשונה, אז אלו מתכות אלקליות וללא נחושת או כסף עבורך, וברור שכל מתכות המעבר מדגימות היטב את הדמיון בתכונותיהן עקב המילוי של תת-ה-d, המשפיעה במידה פחותה על תכונות חיצוניות, כמו גם לנתנידים ואקטינידים, מציגים תכונות דומות רק בגלל ההבדל בתת-ה-f. לפיכך, כל הטבלה מחולקת לבלוקים הבאים: s-בלוק, שעליו ממולאים s-אלקטרונים, d-block, p-block ו-f-block, עם מילוי d, p, ו-f-electrons, בהתאמה.

למרבה הצער, בארצנו אפשרות זו נכללה בספרי הלימוד בבתי הספר רק ב-2-3 השנים האחרונות, וגם אז לא בכולם. ושגוי מאוד. למה זה קשור? ובכן, ראשית, עם תקופות קיפאון בשנות ה-90 המרעישות, כאשר לא הייתה התפתחות כלל בארץ, שלא לדבר על מגזר החינוך, כלומר בשנות ה-90, הקהילה הכימית העולמית עברה לאופציה זו. שנית, עם אינרציה קלה וקושי לתפוס כל דבר חדש, כי המורים שלנו רגילים לגרסה הישנה וקצרת הטווח של הטבלה, למרות העובדה שהיא הרבה יותר קשה ופחות נוחה בלימודי כימיה.

גרסה מורחבת של המערכת המחזורית.

אבל הזמן לא עומד מלכת, גם המדע והטכנולוגיה. היסוד ה-118 של המערכת המחזורית כבר התגלה, מה שאומר שבקרוב יהיה צורך לגלות את התקופה הבאה, השמינית, של הטבלה. בנוסף תופיע תת-רמת אנרגיה חדשה: תת-רמת ה-g. את המרכיבים של המרכיבים שלו יהיה צורך להזיז את השולחן למטה, כמו לנתאנידים או אקטינידים, או שהשולחן הזה יורחב פעמיים נוספות, כך שהוא לא יתאים יותר על גיליון A4. כאן אתן רק קישור לוויקיפדיה (ראה מערכת מחזורית מורחבת) ולא אחזור על התיאור של אפשרות זו פעם נוספת. מי שמעוניין יכול להיכנס לקישור ולהציץ.

בגרסה זו, לא יסודות f (לנתאנידים ואקטינידים) ולא יסודות g ("אלמנטים של העתיד" מס' 121-128) רשומים בנפרד, אלא הופכים את הטבלה לרחבה יותר ב-32 תאים. כמו כן, היסוד הליום ממוקם בקבוצה השנייה, מכיוון שהוא כלול בבלוק s.

באופן כללי, לא סביר שכימאים עתידיים ישתמשו באפשרות זו, סביר להניח שהטבלה המחזורית תוחלף באחת מהחלופות שכבר הציעו מדענים אמיצים: מערכת בנפי, "הגלקסיה הכימית" של סטיוארט או אפשרות אחרת. אבל זה יהיה רק ​​לאחר השגת האי השני של היציבות של יסודות כימיים, וככל הנראה, זה יהיה נחוץ יותר לבהירות בפיזיקה גרעינית מאשר בכימיה, אבל לעת עתה, המערכת המחזורית של דמיטרי איבנוביץ' הישן והטוב תספיק.

יסוד 115 של הטבלה המחזורית - מוסקוביום - הוא יסוד סינטטי סופר-כבד עם הסמל Mc ומספר אטומי 115. הוא הושג לראשונה בשנת 2003 על ידי צוות משותף של מדענים רוסים ואמריקאים במכון המשותף למחקר גרעיני (JINR) בדובנה , רוסיה. בדצמבר 2015, הוא הוכר כאחד מארבעת המרכיבים החדשים על ידי קבוצת העבודה המשותפת של ארגונים מדעיים בינלאומיים IUPAC/IUPAP. ב-28 בנובמבר 2016, הוא נקרא רשמית על שם אזור מוסקבה בו נמצא JINR.

מאפיין

יסוד 115 של הטבלה המחזורית הוא רדיואקטיבי ביותר: לאיזוטופ הידוע היציב ביותר שלו, moscovium-290, יש זמן מחצית חיים של 0.8 שניות בלבד. מדענים מסווגים את מוסקוביום כמתכת משתנה, הדומה במספר מאפיינים לביסמוט. בטבלה המחזורית, הוא שייך ליסודות הטרנסאקטינידים של בלוק p של תקופה 7 והוא ממוקם בקבוצה 15 כפניקטוגן הכבד ביותר (יסוד תת-קבוצת חנקן), אם כי לא אושר שהוא מתנהג כמו ההומלוג הכבד של ביסמוט.

על פי חישובים, ליסוד יש כמה תכונות הדומות להומולוגים קלים יותר: חנקן, זרחן, ארסן, אנטימון וביסמוט. זה מראה כמה הבדלים משמעותיים מהם. עד כה, בוצעו סינתזה של כ-100 אטומי מוסקוביום, בעלי מסה של 287 עד 290.

תכונות גשמיות

אלקטרוני הערכיות של יסוד 115 של הטבלה המחזורית muscovy מחולקים לשלוש תת-קליפות: 7s (שני אלקטרונים), 7p 1/2 (שני אלקטרונים) ו-7p 3/2 (אלקטרון אחד). השניים הראשונים מהם מיוצבים מבחינה יחסי ולכן מתנהגים כמו גזים אינרטיים, בעוד שהאחרונים מעורערים מבחינה יחסי ויכולים להשתתף בקלות באינטראקציות כימיות. לפיכך, פוטנציאל היינון העיקרי של מוסקוביום צריך להיות בערך 5.58 eV. לפי חישובים, מוסקוביום צריך להיות מתכת צפופה בשל משקלו האטומי הגבוה בצפיפות של כ-13.5 גרם/סמ"ק.

מאפייני עיצוב משוערים:

• שלב: מוצק.
• נקודת התכה: 400°C (670°K, 750°F).
• נקודת רתיחה: 1100°C (1400°K, 2000°F).
• חום היתוך סגולי: 5.90-5.98 קילו-ג'יי/מול.
• חום ספציפי של אידוי ועיבוי: 138 קילו-ג'יי/מול.

תכונות כימיות

היסוד ה-115 של הטבלה המחזורית הוא השלישי בסדרת 7p של יסודות כימיים והוא החבר הכבד ביותר בקבוצה 15 בטבלה המחזורית, הממוקם מתחת לביסמוט. האינטראקציה הכימית של מוסקוביום בתמיסה מימית נקבעת על ידי המאפיינים של יוני Mc + ו-Mc 3+. יש להניח שהראשונים עוברים הידרוליזה בקלות ויוצרים קשרים יוניים עם הלוגנים, ציאנידים ואמוניה. Moscovium (I) הידרוקסיד (McOH), קרבונט (Mc 2 CO 3), אוקסלט (Mc 2 C 2 O 4) ופלואוריד (McF) חייבים להיות מסיסים במים. הסולפיד (Mc 2 S) חייב להיות בלתי מסיס. כלוריד (McCl), ברומיד (McBr), יודיד (McI) ותיוציאנט (McSCN) הם תרכובות מסיסות בצורה גרועה.

מוסקוביום (III) פלואוריד (McF 3) ותיאוזוניד (McS 3) הם ככל הנראה בלתי מסיסים במים (בדומה לתרכובות הביסמוט המקבילות). בעוד שכלוריד (III) (McCl 3), ברומיד (McBr 3) ויוד (McI 3) צריכים להיות מסיסים בקלות ולהידרוליזה בקלות ליצירת אוקסוהלידים כגון McOCl ו-McOBr (דומה גם לביסמוט). לתחמוצות Moscovium(I) ו-(III) מצבי חמצון דומים, והיציבות היחסית שלהם תלויה במידה רבה באילו יסודות הם מקיימים אינטראקציה.

חוסר ודאות

בשל העובדה שהיסוד ה-115 של הטבלה המחזורית מסונתז על ידי כמה בניסוי, המאפיינים המדויקים שלו בעייתיים. מדענים צריכים להתמקד בחישובים תיאורטיים ולהשוות עם אלמנטים יציבים יותר הדומים בתכונותיהם.

בשנת 2011 נערכו ניסויים ליצירת איזוטופים של ניהוניום, פלרוביום ומוסקוביום בתגובות בין "מאיצים" (סידן-48) ו"מטרות" (אמריקיום-243 ופלוטוניום-244) כדי לחקור את תכונותיהם. עם זאת, ה"מטרות" כללו זיהומים של עופרת וביסמוט, וכתוצאה מכך, כמה איזוטופים של ביסמוט ופולוניום התקבלו בתגובות העברת נוקלאון, מה שסיבך את הניסוי. בינתיים, הנתונים שיתקבלו יסייעו למדענים בעתיד לחקור את ההומולוגיות הכבדות של ביסמוט ופולוניום, כמו מוסקוביום וליברמוריום, ביתר פירוט.

פְּתִיחָה

הסינתזה המוצלחת הראשונה של יסוד 115 בטבלה המחזורית הייתה עבודה משותפת של מדענים רוסים ואמריקאים באוגוסט 2003 ב-JINR בדובנה. הצוות בראשותו של הפיזיקאי הגרעיני יורי אוגנסיאן, בנוסף למומחים בבית, כלל עמיתים מהמעבדה הלאומית לורנס ליברמור. ב-2 בפברואר 2004 פרסמו החוקרים מידע בפרסום Physical Review לפיו הם הפציצו americium-243 עם יוני סידן-48 בציקלוטרון U-400 והשיגו ארבעה אטומים של חומר חדש (גרעין אחד של 287 מק ושלושה גרעיני 288 מק). ). אטומים אלו מתפוררים (מתפרקים) על ידי פליטת חלקיקי אלפא ליסוד ניהוניום תוך כ-100 מילישניות. שני איזוטופים כבדים יותר של מוסקוביום, 289 מק ו-290 מק, התגלו בשנים 2009-2010.

בתחילה, IUPAC לא יכלה לאשר את גילוי היסוד החדש. נדרש אישור ממקורות אחרים. במהלך השנים הבאות בוצעה הערכה נוספת של הניסויים המאוחרים, ושוב הועלתה הטענה של צוות דובנא לגילוי היסוד ה-115.

באוגוסט 2013, צוות חוקרים מאוניברסיטת לונד והמכון ליונים כבדים בדרמשטאדט (גרמניה) הודיע ​​שהם חזרו על הניסוי של 2004, ואיששו את התוצאות שהתקבלו בדובנה. אישור נוסף פורסם על ידי צוות מדענים שעבד בברקלי ב-2015. בדצמבר 2015, קבוצת עבודה משותפת של IUPAC/IUPAP הכירה בגילוי האלמנט הזה ונתנה עדיפות לגילוי של צוות החוקרים הרוסי-אמריקאי.

שֵׁם

יסוד 115 של הטבלה המחזורית בשנת 1979, על פי המלצת IUPAC, הוחלט לקרוא בשם "ununpentium" ולציין אותו בסמל המתאים UUP. למרות שהשם נמצא בשימוש נרחב מאז עבור אלמנט שלא התגלה (אך חזוי תיאורטית), הוא לא תפס בקהילת הפיזיקה. לרוב, החומר נקרא כך - יסוד מס' 115 או E115.

ב-30 בדצמבר 2015, גילויו של יסוד חדש הוכר על ידי האיגוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית. לפי הכללים החדשים, למגלים יש את הזכות להציע את השם שלהם לחומר חדש. בתחילה, זה היה אמור לקרוא ליסוד ה-115 בטבלה המחזורית "לנגוויניום" לכבודו של הפיזיקאי פול לנגווין. מאוחר יותר, צוות מדענים מדובנה, כאופציה, הציע את השם "מוסקוביט" לכבוד אזור מוסקבה, שם התגלית. ביוני 2016 אישרה IUPAC את היוזמה וב-28 בנובמבר 2016 אישרה רשמית את השם "מוסקוביום".