Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева
методическая разработка (химия, 11 класс) по теме

Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И Менделеева.

1. В истории открытия Периодического закона можно выделить три этапа:

а) до XVIII в. – изучение свойств индивидуальных веществ; (описаны 63 хим. элемента).

б) до середины ХIХ в. – классификация химических элементов на основе их особенных свойств (Габриелян, стр. 26 – 29)

в) 1869 год – открытие, осмысление всеобщей связи между всеми химическими элементами, открытие П.З.

            2.   Объективные предпосылки создания П.З.  

                   а) были более или менее точно определены Ar химических элементов.

                   б) появилось четкое понятие о группах сходных элементов (естеств. семействах);

в) на съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 г. были выработаны четкие понятия об  атомах и молекулах.

        Открытие Периодического закона Дмитрием Ивановичем Менделеевым.

1. Всего до Менделеева было предложено порядка 50 вариантов классификации химических элементов, но каждая из них имела свои недостатки.  

Ни одна из попыток не привела к созданию системы, отражающей взаимосвязь всех элементов и выявляющей природу их сходства и различия.

Д. И. Менделеев поставил цель – создать полную и естественную классификацию химических элементов. За основу классификации х.э. Д. И. Менделеев взял два основных признака:

1. величину атомной массы
2. свойства элементов и их соединений

Все известные к тому времени хим. элемента (63) ученый расположил в один длинный ряд и каждому элементу присвоил порядковый номер.

Менделеев обнаружил, что свойства элементов изменяются в пределах определенных групп линейно (монотонно возрастают или убывают), а затем изменяются периодически, т.е через определенное число элементов встречаются сходные. На основании этих наблюдений Д. И. Менделеев сформулировал закономерность, которую назвал Периодическим законом:

«Свойства химических элементов, а также характер и свойства их соединений (оксидов и гидроксидов) находятся в периодической зависимости от их атомных масс»

Датой открытия закона считается 1 марта 1869 г. Графическим изображением П.З является Периодическая система химических элементов.  

Работая с длинным рядом ученый выделяет периоды, в которых свойства хим. элементов и образованных ими веществ закономерно изменяются:

1. Металлические свойства, наиболее ярко выражены у щелочных Ме, ослабевают и сменяются неметаллическими, которые наиболее ярко выражены у галогенов.
2. Валентность по кислороду (положительная ст.ок ) в высших оксидах изменяется от I (+1) до VII (+7) (исключая Os и Ru, у них +8)
3. Валентность по водороду в ЛВС (отрицательная ст. ок) изменяется от IV (-4) до I (-1)
4. Основные оксиды элементов начала периода сменяет амфотерный оксид и далее – кислотные , свойства которых усиливаются.  
5. Гидроксиды – основания через амфотерный гидроксид сменяются кислотами, сила которых к концу периода увеличивается.

                                                 II период

III период

Формулировка закона, данная Менделеевым, соответствует состоянию науки на тот период времени,  когда еще не было известно строение атома. Менделеев понимал, что основной характеристикой элемента является не его масса, а какое-то более важное внутреннее свойство атома. Поэтому располагал х.э по увеличению атомных масс, он в 3-х случаях нарушает эту последовательность (Ar-K; Co-Ni; Te-I) из-за необходимости сохранить сходство хим. элементов в пределах групп.

2. Учение о строение атома вскрыло глубокий физический смысл П.З и П.С.Х.Э.

В начале ХХ века с созданием электронного микроскопа, открытием изотопов, открытием англ. Г. Мозли :(порядковый номер хим.элемента оказался численно равен заряду ядра его атома) главным, существенным признаком хим. элемента становится не атомная масса, а заряд ядра атома, определяемый числом протонов.

Хим. элемент – определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра атома.

Оказалось, что элементы в П.С расположены по возрастанию зарядов атомных ядер, а не атомных масс.

В связи с этим совершенная формулировка П.З такова:

«Свойства хим. элементов , а так же характер и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер»

Отличное от других элементов расположение в ПС. Ar-K; Co-Ni и Te-I объясняется тем большим содержанием в природе тяжелых изотопов у Ar, Co u Te по сравнению с легким у К , Ni u I.

Учение о строении атомов раскрыло смысл чисел в П.С.Х.Э

Порядковый номер элемента – число протонов в ядре атома и общее число электронов (атом в целом электронейтрален).

Номер периода – число энергетических уровней в атоме.

Номер группы – число валентных электронов (электроны, которые участвуют в образовании хим. связей)

У х.э главных подгрупп они располагаются на ВЭУ, у х.э побочных подгрупп как на ВЭУ, так и на предвнешнем.

Кроме этого учение о строении атома объяснило закономерности в изменении свойств химических элементов, которые мы наблюдаем в периодах и группах.

При движении по периоду слева направо:

а) радиус атома немного уменьшается ; т.к с ростом заряда ядра атома и увеличением общего числа электронов в атоме усиливается взаимное притяжение протонов и электронов к ядру, атом сжимается.

б) Ме свойства , восстановительные свойства (св-ва восстановителя, т.е способность электроны отдавать) уменьшается;

в) неМе свойства , окислительные свойства (свойства окислителя , т.е способность электроны принимать) усиливается ;

г) Э.О усиливается

д) основный характер оксидов и гидроксидов уменьшается

е) кислотный характер оксидов и гидроксидов усиливается

ж) прочность ЛВС усиливается

з) сила бескислородных кислот образованных ЛВС увеличивается

 Объясняется это тем, что при движении по периоду слева направо с ростом заряда ядра атома и уменьшением радиуса атома, притяжение всех, в том числе и наружных электронов к ядру усиливается, поэтому способность атомов электроны отдавать меняется на способность электроны принимать.

и) ст. ок. в высших оксидах возрастает от +1 до +7,

в ЛВС возрастает от -4 до -1 , т.к при движении по периоду слева направо меняется число электронов на ВЭУ.

При движении по группе сверху вниз :

а) радиус атома сильно увеличивается; т.к увеличивается число энергетических уровней в астоме

б) Ме, восстановительные свойства увеличиваются;

в) неМе, окислительные св - ва уменьшаются;

г) Э.О уменьшается

д) Основный характер оксидов и гидроксидов увеличивается;

е) кисл. характер оксидов и гидроксидов уменьшается

ж) прочность ЛВС уменьшается;

з) сила бескислородных кислот увеличивается.

Объясняется это тем, что при движении по группе сверху вниз с ростом заряда ядра атома, сильно растет радиус атома, притяжение наружных электронов к ядру ослабевает, поэтому способность электроны принимать уменьшается, а способность отдавать увеличивается.

и) ст. ок не изменяется, т.к не изменяется число электронов на ВЭУ

Учение о строении атома объяснило и периодичность в изменении характера и св-в хим. элементов и их соединений, что наблюдается при переходе от периода к периоду:

Свойства хим. элементов и их соединений изменяются периодически (повторяются в каждом периоде), т.к периодически изменяется число электронов на ВЭУ

3. Структура П.С.Х.Э

Химические элементы в ПС образуют семь периодов I, II, III – малые, состоят из одного ряда

 IV, V, VI, VII – большие, состоят из двух рядов.

В одном периоде расположены элементы с одинаковым числом энергетических уровней, который совпадает с номером периода.

Постепенное увеличение количества элементах в периодах  объясняется следующим образом : у элементов I уровня происходит заполнение 1s подуровня; поэтому их (элементов) всего два; у элементов II u III периодов заполняются s u p – подуровни, следовательно, их восемь; далее у элементов IV u V периодов кроме s u p – подуровней заполняется еще и d – подуровень, поэтому элементов восемнадцать; а у элементов VI u VII периодов заполняются s, p, d, u f – подуровни, поэтому элементов в VI периоде 32, а VII пока не закончен.

В больших периодах св - ва хим. элементов и их соединений изменяются медленнее , чем в коротких. Это объясняется тем, что начиная с третьего элемента у атомов заполняется электронами не внешний, а предвнешний или препредвнешний уровень.

Хим. элементы в ПС образуют 8 групп. В одной группе находятся элементы с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы.

Каждая группа состоит их 2х подгрупп : главной и побочной.

Главные подгруппы образованы хим. элементами , как малых , так и больших периодов (это s u p –элементы), а побочные образованы хим. элементами только больших периодов ( d u f – элементы).

В одной подгруппе находятся элементы с одинаковым строением валентных энергетических уровней, а потому с максимально сходными свойствами.

Открытие ПЗ и создание на его основе Периодическую Систему химических элементов – заслуга Дмитрия Ивановича Менделеева.