Перыядычная сістэма элементаў

Перыядычная сістэма хімічных элементаў (табліца Мендзялеева) — класіфікацыя хімічных элементаў, якая ўстанаўлівае залежнасць розных уласцівасцей элементаў ад зарада атамнага ядра. Сістэма з’яўляецца графічным выразам перыядычнага закона, устаноўленага рускім хімікам Д. І. Мендзялеевым ў 1869 годзе. Яе першапачатковы варыянт быў распрацаваны Д. І. Мендзялеевым ў 1869—1871 гадах і ўстанаўліваў залежнасць уласцівасцей элементаў ад іх атамнай вагі (па-сучаснаму, ад атамнай масы). Усяго прапанавана некалькі соцень^[1] варыянтаў малюнка перыядычнай сістэмы (аналітычных крывых, табліц, геаметрычных фігур і т. п.). У сучасным варыянце сістэмы мяркуецца звядзенне элементаў у двухмерную табліцу, у якой кожны слупок (група) вызначае асноўныя фізіка-хімічныя ўласцівасці, а радкі ўяўляюць сабой перыяды, у пэўнай меры падобныя адзін аднаму.

Першы варыянт табліцы з працы Д. І. Мендзялеева 1869 года «Вопыт сістэмы элементаў, заснаванай на іх атамнай вазе і хімічным падабенстве». У гэтым варыянце перыяды размешчаны па вертыкалі, а групы — па гарызанталі.

Гісторыя адкрыцця

К сярэдзіне XIX стагоддзя былі адкрыты 63 хімічныя элементы, і спробы знайсці заканамернасці ў гэтым наборы рабіліся неаднаразова. У 1829 годзе Дзёберэйнер апублікаваў знойдзены ім «закон трыяд»: атамныя вагі многіх элементаў блізкія да сярэдняга арыфметычнага двух іншых элементаў, блізкіх да зыходнага па хімічных уласцівасцях (стронцый, кальцый і барый; хлор, бром і ёд і інш.). Першую спробу размясціць элементы ў парадку ўзрастання атамных вагаў распачаў Аляксандр Эміль Шанкуртуа^[ru] (1862), які размясціў элементы ўздоўж шрубавай лініі і адзначыў часты цыклічны паўтор хімічных уласцівасцей па вертыкалі. Абедзве названыя мадэлі не прыцягнулі ўвагі навуковай грамадскасці.

У 1866 годзе свой варыянт перыядычнай сістэмы прапанаваў хімік і музыкант Джон Аляксандр Ньюлендс^[ru], мадэль якога («закон актаў») вонкава трохі нагадвала Мендзялееўскую, але была скампраметавана настойлівымі спробамі аўтара знайсці ў табліцы містычную музычную гармонію. У гэтым жа дзесяцігоддзі з’явілася яшчэ некалькі спроб сістэматызацыі хімічных элементаў; бліжэй за ўсё да канчатковага варыянта падышоў Юліус Лотар Меер (1864). Д. І. Мендзялееў апублікаваў сваю першую схему перыядычнай табліцы ў 1869 годзе ў артыкуле «Суадносіны ўласцівасцей з атамнай вагой элементаў» (у часопісе Рускага хімічнага таварыства^[ru]); яшчэ раней (люты 1869 года) навуковае паведамленне аб адкрыцці было ім разаслана вядучым хімікам свету. Днём адкрыцця перыядычнага закону лічыцца 1 сакавіка (17 лютага па старым стылі) 1869 года, у які Д. І. Мендзялееў скончыў працу над «Вопытам сістэмы элементаў, заснаванай на іх атамнай вазе і хімічным падабенстве»^[2].

Паводле легенды, думка аб сістэме хімічных элементаў прыйшла да Мендзялеева ў сне, аднак вядома, што аднойчы на пытанне, як ён адкрыў перыядычную сістэму, вучоны адказаў: «Я над ёй, можа быць, дваццаць гадоў думаў, а вы думаеце: сядзеў і раптам… гатова».

Напісаўшы на картках асноўныя ўласцівасці кожнага элемента (іх у той час было вядома 63, з якіх адзін — дыдым^[ru] Di — аказаўся ў далейшым сумессю двух зноў адкрытых элементаў празеадыму і неадыму), Мендзялееў пачынае шматразова перастаўляць гэтыя карткі, складаць з іх рады падобных па уласцівасцях элементаў, супастаўляць рады адзін з іншым^[3]. Вынікам працы стаў адпраўлены ў 1869 годзе ў навуковыя ўстановы Расіі і іншых краін першы варыянт сістэмы («Вопыт сістэмы элементаў, заснаванай на іх атамнай вазе і хімічным падабенстве»), у якім элементы былі расстаўленыя па дзевятнаццаці гарызантальных радах (радах падобных элементаў, якія сталі правобразам груп сучаснай сістэмы) і па шасці вертыкальных слупках (правобразах будучых перыядаў). У 1870 годзе Мендзялееў у «Асновах хіміі» публікуе другі варыянт сістэмы («Натуральную сістэму элементаў»), які мае больш звыклы нам выгляд: гарызантальныя слупкі элементаў-аналагаў ператварыліся ў восем вертыкальна размешчаных груп; шэсць вертыкальных слупкоў першага варыянта ператварыліся ў перыяды, якія пачыналіся шчолачным металам і заканчваліся галагенам. Кожны перыяд быў разбіты на два рады; элементы розных уключаных у групу радоў утварылі падгрупы.

Сутнасць адкрыцця Мендзялеева заключалася ў тым, што з ростам атамнай масы хімічных элементаў іх уласцівасці мяняюцца не манатонна, а перыядычна. Пасля пэўнай колькасці розных па ўласцівасцях элементаў, размешчаных па ўзрастанні атамнай вагі, уласцівасці пачынаюць паўтарацца. Напрыклад, натрый падобны на калій, фтор падобны на хлор, а золата падобна на серабро і медзь. Зразумела, уласцівасці не паўтараюцца ў дакладнасці, да іх дадаюцца і змены. Адрозненнем працы Мендзялеева ад работ яго папярэднікаў было тое, што асноў для класіфікацыі элементаў у Мендзялеева была не адна, а дзве — атамная маса і хімічнае падабенства. Для таго, каб перыядычнасць цалкам выконвалася, Мендзялеевым былі зроблены вельмі смелыя крокі: ён выправіў атамныя масы некаторых элементаў (напрыклад, берылія, індыя, урану, торыя, цэрыя, тытана, ітрыя), некалькі элементаў размясціў у сваёй сістэме насуперак прынятым у той час уяўленням аб іх падабенстве з іншымі (напрыклад, талій, які лічыўся шчолачным металам, ён змясціў у трэцюю групу паводле яго фактычнай максімальнай валентнасці), пакінуў у табліцы пустыя клеткі, дзе павінны былі размясціцца пакуль не адкрытыя элементы. У 1871 годзе на аснове гэтых работ Мендзялееў сфармуляваў Перыядычны закон, форма якога з часам была некалькі ўдасканалена.

Навуковая дакладнасць перыядычнага закона атрымала пацвярджэнне вельмі скора: у 1875—1886 гадах былі адкрыты галій (экаалюміній), скандый (экабор) і германій (экасіліцый), для якіх Мендзялееў, карыстаючыся перыядычнай сістэмай, прадказаў не толькі магчымасць іх існавання, але і з дзіўнай дакладнасцю апісаў цэлы шэраг фізічных і хімічных уласцівасцей.

У пачатку XX стагоддзя з адкрыццём будовы атама было ўстаноўлена, што перыядычнасць змены ўласцівасцей элементаў вызначаецца не атамнай вагой, а зарадам ядра, роўным атамнаму нумару і ліку электронаў, размеркаванне якіх па электронных абалонках атама элемента вызначае яго хімічныя ўласцівасці.

Далейшае развіццё перыядычнай сістэмы звязана з запаўненнем пустых клетак табліцы, у якія змяшчаліся ўсё новыя і новыя элементы: высакародныя газы, прыродныя і штучна атрыманыя радыеактыўныя элементы. У 2010 годзе, з сінтэзам 117 элемента, сёмы перыяд перыядычнай сістэмы быў завершаны, праблема ніжняй мяжы табліцы Мендзялеева застаецца адной з найважнейшых у сучаснай тэарэтычнай хіміі. Змены ў перыядычную табліцу хімічных элементаў уносіліся ў 2011 годзе, тады ў яе дадалі элементы 114 і 116.

У пачатку 2016 года сёмы рад табліцы быў запоўнены цалкам. У новых элементаў, якія носяць нумары 113, 115, 117 і 118, пакуль няма пастаянных назваў. Навукоўцы прыдумаюць іх пазней. Усе чатыры элементыя належаць да звышцяжкіх. Першаадкрывальнікам элементаў 115, 117 і 118 прызнаная міжнародная даследчая група, якая складаецца з расійскіх і амерыканскіх навукоўцаў. Гэтая група таксама прэтэндавала на права лічыцца першаадкрывальнікам элемента 113, аднак у выніку эксперты замацавалі гэта адкрыццё за навукоўцамі з Японіі^[4].

Структура перыядычнай сістэмы

Найбольш распаўсюджанымі з’яўляюцца 3 формы табліцы Мендзялеева: «кароткая» (кароткаперыядная), «доўгая» (доўгаперыядная) і «звышдоўгая». У «звышдоўгім» варыянце кожны перыяд займае роўна адзін радок. У «доўгім» варыянце лантаноіды і актыноіды вынесеныя з агульнай табліцы, робячы яе больш кампактнай. У «кароткай» форме запісы, у дадатак да гэтага, чацвёрты і наступныя перыяды займаюць па 2 радкі; сімвалы элементаў галоўных і пабочных падгруп выраўноўваюцца адносна розных старон клетак. Вадарод часам змяшчаюць у 7-ю («кароткая» форма) або 17-ю («доўгая» форма) групу табліцы^[5][6].

Ніжэй прыведзены доўгі варыянт (доўгаперыядная форма), зацверджаны Міжнародным саюзам тэарэтычнай і прыкладной хіміі (IUPAC) у якасці асноўнага.

Табліца

Група →	1 I A	2 II A	3 III B		4 IV B	5 V B	6 VI B	7 VII B	8 VIII B	9 VIII B	10 VIII B	11 I B	12 II B	13 III A	14 IV A	15 V A	16 VI A	17 VII A	18 VIII A
↓ Перыяд																				абалонка ↓
1	1 H																		2 He	K
2	3 Li	4 Be												5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne	L
3	11 Na	12 Mg												13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar	M
4	19 K	20 Ca	21 Sc		22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn	31 Ga	32 Ge	33 As	34 Se	35 Br	36 Kr	N
5	37 Rb	38 Sr	39 Y		40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd	49 In	50 Sn	51 Sb	52 Te	53 I	54 Xe	O
6	55 Cs	56 Ba	57 La	*	72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg	81 Tl	82 Pb	83 Bi	84 Po	85 At	86 Rn	P
7	87 Fr	88 Ra	89 Ac	**	104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn	113 Nh	114 Fl	115 Mc	116 Lv	117 Ts	118 Og	Q
* Лантаноіды					58 Ce	59 Pr	60 Nd	61 Pm	62 Sm	63 Eu	64 Gd	65 Tb	66 Dy	67 Ho	68 Er	69 Tm	70 Yb	71 Lu
** Актыноіды					90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr

---

	Легенда:		Натуральныя элементы		Шчолачныя металы	Шчолачназямельныя металы	Лантаноіды	Актыноіды	Пераходныя металы
			Штучныя элементы		Металы	Паўметалы	Галагены	Інертныя газы	Неметалы

Кароткая форма табліцы, якая змяшчае восем груп элементаў^[7], была афіцыйна адменена ІЮПАК ў 1989 годзе. З сучаснай замежнай літаратуры кароткая форма выключана цалкам, замест яе выкарыстоўваецца доўгая форма. Такую сітуацыю некаторыя даследчыкі звязваюць у тым ліку з уяўнай рацыянальнай кампактнасцю кароткай формы табліцы, а таксама з інерцыяй, стэрэатыпным мысленнем і неўспрыманнем сучаснай (міжнароднай) інфармацыі^[8].

У 1970 году Тэадор Сіборг прапанаваў пашыраную перыядычную табліцу элементаў. Нільсам Борам распрацоўвалася лесвічная (пірамідальная) форма перыядычнай сістэмы. Існуе і мноства іншых, такіх, што рэдка або зусім не выкарыстоўваюцца, але вельмі арыгінальных, спосабаў графічнага адлюстравання перыядычнага закона^[9]. Сёння існуюць некалькі сотняў варыянтаў табліцы, пры гэтым навукоўцы прапануюць усё новыя варыянты^[10].

Крыніцы

1. У кнізе В. М. Потапов, Г. Н. Хомченко, «Химия», М. 1982 (стр. 26) сцвярджаецца, што іх больш за 400.
2. Периодический закон химических элементов // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 185. — ISBN 5-7155-0292-6.
3. Периодический закон: предыстория, открытие, разработка (нявызн.)(недаступная спасылка). Музей-архив Д.И. Менделеева. Архівавана з першакрыніцы 5 сакавіка 2016. Праверана 1 верасня 2012.
4. http://nashaniva.by/?c=ar&i=162885
5. Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1 1973, с. 29.
6. Реми Г., Курс неорганической химии, т. 1 1963, с. 29.
7. Пример короткой формы таблицы.
8. Р. С. Сайфуллин, А. Р. Сайфуллин, «Новая таблица Менделеева», Химия и жизнь, 2003, № 12, стр. 14—17. (В виде PDF-файла(недаступная спасылка) — 6,0 МБ — на сайте «Единой Коллекции цифровых образовательных ресурсов… Архівавана 18 сакавіка 2016.».)
9. Трифонов Д. Н.: Структура и границы периодич. систем. ~М.: 1969
10. Химики предложили улучшить таблицу Менделеева (нявызн.)(недаступная спасылка). Lenta.Ru (7 кастрычніка 2009). Архівавана з першакрыніцы 15 мая 2011. Праверана 7 кастрычніка 2009.

Літаратура

• Некрасов Б.В. Основы общей химии. — 3-е изд. — М.: Химия, 1973. — Т. 1. — 656 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1963. — Т. 1. — 920 с.

Спасылкі

• 11. Стариков В. С. Периодическая таблица элементов выдержанна временем в учёном и научном мире(недаступная спасылка)