2.4: Періодична таблиця

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21976

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Поясніть, як елементи організовані в таблиці Менделєєва.
Опишіть, як деякі характеристики елементів співвідносяться з їх позиціями в таблиці Менделєєва.

У 19 столітті було виявлено багато раніше невідомих елементів, і вчені відзначили, що певні набори елементів мають схожі хімічні властивості. Наприклад, хлор, бром і йод вступають в реакцію з іншими елементами (наприклад, натрієм), утворюючи подібні сполуки. Так само літій, натрій та калій реагують з іншими елементами (такими як кисень), утворюючи подібні сполуки. Чому це так?

У 1864 році Юліус Лотар Мейєр, німецький хімік, організував елементи за атомною масою і згрупував їх відповідно до їх хімічними властивостями. Пізніше в тому ж десятилітті Дмитро Менделєєв, російський хімік, організував всі відомі елементи за подібними властивостями. Він залишив прогалини у своїй таблиці для того, що, на його думку, було невідкритими елементами, і він зробив кілька сміливих прогнозів щодо властивостей цих невідкритих елементів. Коли пізніше були виявлені елементи, властивості яких тісно відповідали прогнозам Менделєєва, його версія таблиці знайшла прихильність в науковому співтоваристві. Оскільки певні властивості елементів регулярно повторюються по всій таблиці (тобто вони періодичні), вона стала називатися таблицею Менделєєва.

Менделєєву довелося перераховувати деякі елементи поза порядком їх атомних мас, щоб згрупувати їх з іншими елементами, які мали подібні властивості.

Таблиця Менделєєва є одним з наріжних каменів хімії, оскільки вона організовує всі відомі елементи на основі їх хімічних властивостей. Сучасний варіант показаний на рис\(\PageIndex{1}\). Більшість періодичних таблиць надають додаткові дані (наприклад, атомну масу) у вікні, що містить символ кожного елемента. Елементи перераховані в порядку атомного номера.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Сучасна періодична таблиця. (Громадське надбання; PubChem модифікована Летісія Кольменарес). Інтерактивну періодичну таблицю можна знайти тут.

Елементи, які мають схожі хімічні властивості, групуються в стовпці, які називаються групами (або сімействами). Окрім нумерації, деякі з цих груп мають назви - наприклад, лужні метали (перший стовпець елементів), лужноземельні метали (другий стовпець елементів), галогени (наступна колонка елементів) та благородні гази (останній стовпець елементів).

Кожен ряд елементів таблиці Менделєєва називається крапкою. Періоди мають різну довжину; перший період має всього 2 елементи (водень і гелій), тоді як другий і третій періоди мають по 8 елементів кожен. Четвертий і п'ятий періоди мають 18 елементів кожен, а пізніші періоди настільки довгі, що відрізок з кожного видаляється і розміщується під основним тілом таблиці.

Метали, неметали та металоїди

Певні елементні властивості стають очевидними при огляді таблиці Менделєєва в цілому. Кожен елемент можна класифікувати як металевий, неметалевий, або напівметалевий, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Метал - це речовина, яка блискуча, зазвичай (але не завжди) сріблястого кольору, і відмінний провідник електрики і тепла. Метали також податливі (їх можна бити в тонкі листи) і пластичні (їх можна втягувати в тонкі дроти). Неметал, як правило, тьмяний і поганий провідник електрики і тепла. Тверді неметали також дуже крихкі. Як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\), метали займають ліві три чверті таблиці Менделєєва, тоді як неметали (крім водню) згруповані в правому верхньому куті таблиці Менделєєва. Елементи з властивостями, проміжними між властивостями металів і неметалів, називаються напівметалами (або металоїдами). Елементи, що прилягають до жирної зигзагоподібної лінії в правій частині таблиці Менделєєва, мають властивості напівметалу.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Типи елементів. Елементи - це або метали, неметали, або напівметали. Кожна група розташована в іншій частині таблиці Менделєєва.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Виходячи з його положення в таблиці Менделєєва, класифікуйте кожен елемент нижче як метал, неметал або металоїд.

Се
Мг
Ге

Рішення

Атомний номер селену дорівнює 34, що поміщає його в період 4 і групу 16. На малюнку\(\PageIndex{2}\) селен лежить вище і праворуч від діагональної лінії, що позначає межу між металами і неметалами, тому він повинен бути неметалом. Однак зауважте, що оскільки селен близький до лінії поділу метал-неметал, не було б дивно, якби селен був схожий на напівметал за деякими своїми властивостями.
Магній лежить зліва від діагональної лінії, що позначає межу між металами і неметалами, тому він повинен бути металом.
Германій лежить в межах діагональної лінії, що позначає межу між металами і неметалами, тому він повинен бути металоїдом.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Виходячи з його розташування в таблиці Менделєєва, ви очікуєте, що індій (In) буде неметалом, металом або напівметалом?

Відповідь: метал

Представницький, перехідний та внутрішній перехід

Ще один спосіб категоризації елементів таблиці Менделєєва показаний на малюнку\(\PageIndex{3}\). Перші два стовпчики зліва (групи 1 і 2) і останні шість стовпців справа (групи 13-19) називаються основною групою або представницькими елементами. Десятиколонний блок між цими стовпцями (групи 3-12) містить перехідні метали. Два рядки під основним тілом таблиці Менделєєва містять внутрішні перехідні метали. Елементи в цих двох рядах також називаються, відповідно, лантанідними металами та актинідними металами.

Рисунок\(\PageIndex{3}\): Спеціальні назви розділів Періодичної таблиці. Деякі розділи таблиці Менделєєва мають особливі назви. Елементи літій, натрій, калій, рубідій, цезій та францій спільно відомі як лужні метали.

До вашого здоров'я: перехідні метали в організмі

Велика частина елементарного складу людського тіла складається з основних групових елементів. Найбільш поширеним елементом неосновної групи є залізо, на 0,006 відсотка по масі. Оскільки залізо має відносно масивні атоми, воно здавалося б ще нижчим у списку, організованому за відсотками атомів, а не відсотків за масою.

Залізо є перехідним металом, а хімія заліза робить його ключовим компонентом у правильному функціонуванні еритроцитів.

Еритроцити - це клітини, які транспортують кисень від легенів до клітин організму, а потім транспортують вуглекислий газ від клітин до легенів. Без еритроцитів дихання тварин, як ми знаємо, не існувало б. Критичною частиною еритроцитів є білок під назвою гемоглобін. Гемоглобін з'єднується з киснем і вуглекислим газом, транспортуючи ці гази з одного місця в інше в організмі. Гемоглобін - відносно велика молекула, з масою близько 65 000 у.о.

Найважливішим атомом в білку гемоглобіну є залізо. Кожна молекула гемоглобіну має чотири атоми заліза, які виступають в ролі місць зв'язування кисню. Саме наявність цього конкретного перехідного металу у ваших еритроцитах дозволяє використовувати кисень, який ви вдихаєте.

Інші перехідні метали мають важливі функції в організмі, незважаючи на те, що вони присутні в низьких кількостях. Цинк необхідний для імунної системи організму, щоб функціонувати належним чином, а також для синтезу білка і росту тканин і клітин. Мідь також потрібна для того, щоб кілька білків нормально функціонували в організмі. Марганець необхідний організму для правильного метаболізму кисню. Кобальт - необхідний компонент вітаміну В-12, життєво важливого поживного речовини. Ці три останні метали присутні в організмі в дуже малих кількостях. Однак навіть ці невеликі кількості потрібні організму, щоб нормально функціонувати.

Внески та віднесення

Template:ContribLibreTexts