მე-19 საუკუნის პირველ ნახევარში პერიოდულ სისტემაში იყო ელემენტების სისტემატიზაციისა და ლითონების გაერთიანების სხვადასხვა მცდელობა. სწორედ ამ ისტორიულ პერიოდში გაჩნდა კვლევის ისეთი მეთოდი, როგორიცაა ქიმიური ანალიზი.
ელემენტების პერიოდული სისტემის აღმოჩენის ისტორიიდან
მსგავსი ტექნიკის გამოყენებით სპეციფიკური ქიმიური თვისებების დასადგენად, იმდროინდელი მეცნიერები ცდილობდნენ ელემენტების ჯგუფებად გაერთიანებას, მათი რაოდენობრივი მახასიათებლებით და ასევე ატომური წონით.
ატომური წონის გამოყენება
მაშ ასე, I. V. Dubereiner-მა 1817 წელს დაადგინა, რომ სტრონციუმს აქვს ბარიუმის და კალციუმის ატომური მასის მსგავსი. მან ასევე მოახერხა იმის გარკვევა, რომ საკმაოდ ბევრია საერთო ბარიუმის, სტრონციუმის და კალციუმის თვისებებს შორის. ამ დაკვირვებებზე დაყრდნობით ცნობილმა ქიმიკოსმა შეადგინა ელემენტების ე.წ. სხვა ნივთიერებები გაერთიანდა მსგავს ჯგუფებში:
- გოგირდი, სელენი, ტელურუმი;
- ქლორი, ბრომი, იოდი;
- ლითიუმი, ნატრიუმი, კალიუმი.
კლასიფიკაცია ქიმიური თვისებების მიხედვით
ლ. გმელინმა 1843 წელს შესთავაზა ცხრილი, რომელშიც მან მოაწყო მსგავსიელემენტები მკაცრი თანმიმდევრობით მათი ქიმიური თვისებების მიხედვით. აზოტი, წყალბადი, ჟანგბადი მან ძირითად ელემენტებად მიიჩნია, ამ ქიმიკოსმა ისინი თავისი მაგიდის გარეთ მოათავსა.
ჟანგბადის ქვეშ მან მოათავსა ელემენტების ტეტრადები (თითოეული 4 ნიშანი) და ხუთები (თითოეული 5 ნიშანი). პერიოდულ სისტემაში ლითონები ბერცელიუსის ტერმინოლოგიით იყო განთავსებული. როგორც გმელინმა მოიფიქრა, ყველა ელემენტი განისაზღვრა ელექტრონეგატიურობის თვისებების შემცირებით პერიოდული სისტემის თითოეულ ქვეჯგუფში.
ელემენტების ვერტიკალურად შერწყმა
ალექსანდრე ემილ დე შანკურტუამ 1863 წელს დააყენა ყველა ელემენტი აღმავალ ატომურ წონაში ცილინდრზე და დაყო იგი რამდენიმე ვერტიკალურ ზოლად. ამ დაყოფის შედეგად, მსგავსი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მქონე ელემენტები განლაგებულია ვერტიკალებზე.
ოქტავების კანონი
D. ნიულენდსმა 1864 წელს აღმოაჩინა საკმაოდ საინტერესო ნიმუში. როდესაც ქიმიური ელემენტები განლაგებულია მათი ატომური წონის ზრდის მიხედვით, ყოველი მერვე ელემენტი აჩვენებს მსგავსებას პირველთან. ნიულენდსმა მსგავს ფაქტს უწოდა ოქტავების კანონი (რვა ნოტი).
მისი პერიოდული სისტემა ძალიან თვითნებური იყო, ამიტომ დაკვირვებული მეცნიერის იდეას უწოდეს "ოქტავის" ვერსია, რომელიც მას მუსიკასთან აკავშირებდა. ეს იყო Newlands ვერსია, რომელიც ყველაზე ახლოს იყო თანამედროვე PS სტრუქტურასთან. მაგრამ ოქტავების აღნიშნული კანონის მიხედვით, მხოლოდ 17 ელემენტმა შეინარჩუნა პერიოდული თვისებები, ხოლო დანარჩენი ნიშნები არ აჩვენებდნენ ასეთ კანონზომიერებას.
ოდლინგი მაგიდები
U. ოდლინგმა წარმოადგინა ელემენტების ცხრილების ერთდროულად რამდენიმე ვარიანტი. Პირველადვერსია, რომელიც შეიქმნა 1857 წელს, მან შესთავაზა მათი დაყოფა 9 ჯგუფად. 1861 წელს ქიმიკოსმა ცხრილის თავდაპირველ ვერსიაში გარკვეული კორექტირება მოახდინა და დააჯგუფა მსგავსი ქიმიური თვისებების ნიშნები.
ოდლინგის ცხრილის ვარიანტი, შემოთავაზებული 1868 წელს, ვარაუდობდა 45 ელემენტის განლაგებას აღმავალ ატომურ წონაში. სხვათა შორის, სწორედ ეს ცხრილი გახდა მოგვიანებით D. I. მენდელეევის პერიოდული სისტემის პროტოტიპი.
ვალენტური დაყოფა
ლ. მაიერმა 1864 წელს შესთავაზა ცხრილი, რომელიც მოიცავდა 44 ელემენტს. ისინი წყალბადის ვალენტობის მიხედვით 6 სვეტად იყო მოთავსებული. მაგიდას ერთდროულად ორი ნაწილი ჰქონდა. მთავარი აერთიანებდა ექვს ჯგუფს, მოიცავდა 28 ნიშანს აღმავალ ატომურ წონაში. მის სტრუქტურაში პენტადები და ტეტრადები ჩანდა ქიმიური თვისებების მსგავსი ნიშნებიდან. მაიერმა დანარჩენი ელემენტები მეორე ცხრილში მოათავსა.
დ.ი.მენდელეევის წვლილი ელემენტების ცხრილის შექმნაში
დ.ი.მენდელეევის ელემენტების თანამედროვე პერიოდული სისტემა გაჩნდა 1869 წელს შედგენილი მაიერის ცხრილების საფუძველზე. მეორე ვერსიით, მაიერმა ნიშნები დაალაგა 16 ჯგუფად, მოათავსა ელემენტები პენტადებში და ტეტრადებში, ცნობილი ქიმიური თვისებების გათვალისწინებით. და ვალენტობის ნაცვლად, მან გამოიყენა ჯგუფების მარტივი ნუმერაცია. მასში არ იყო ბორი, თორიუმი, წყალბადი, ნიობიუმი, ურანი.
პერიოდული სისტემის სტრუქტურა იმ ფორმით, რომელიც წარმოდგენილია თანამედროვე გამოცემებში, მაშინვე არ გამოჩნდა. შეიძლება გამოიყოსსამი ძირითადი ეტაპი, რომლის დროსაც შეიქმნა პერიოდული სისტემა:
- ცხრილის პირველი ვერსია წარმოდგენილი იყო სამშენებლო ბლოკებზე. დაფიქსირდა ელემენტების თვისებებსა და მათი ატომური წონის მნიშვნელობებს შორის ურთიერთობის პერიოდული ბუნება. მენდელეევმა შესთავაზა ნიშნების კლასიფიკაციის ეს ვერსია 1868-1869 წლებში
- მეცნიერი ტოვებს თავდაპირველ სისტემას, რადგან ის არ ასახავს კრიტერიუმებს, რომლითაც ელემენტები მოხვდება გარკვეულ სვეტში. ის გვთავაზობს ნიშნების განთავსებას ქიმიური თვისებების მსგავსების მიხედვით (1869 წლის თებერვალი)
- 1870 წელს დიმიტრი მენდელეევმა მეცნიერულ სამყაროს გააცნო ელემენტების თანამედროვე პერიოდული სისტემა.
რუსი ქიმიკოსის ვერსია ითვალისწინებდა როგორც ლითონების პოზიციას პერიოდულ სისტემაში, ასევე არალითონების თვისებებს. წლების განმავლობაში, რაც გავიდა მენდელეევის ბრწყინვალე გამოგონების პირველი გამოცემიდან, ცხრილი არ განიცადა რაიმე მნიშვნელოვანი ცვლილება. და იმ ადგილებში, რომლებიც ცარიელი იყო დიმიტრი ივანოვიჩის დროს, გამოჩნდა ახალი ელემენტები, რომლებიც აღმოჩენილია მისი გარდაცვალების შემდეგ.
პერიოდული ცხრილის მახასიათებლები
რატომ ითვლება, რომ აღწერილი სისტემა პერიოდულია? ეს განპირობებულია ცხრილის სტრუქტურით.
სულ შეიცავს 8 ჯგუფს და თითოეულს აქვს ორი ქვეჯგუფი: მთავარი (მთავარი) და მეორეხარისხოვანი. გამოდის, რომ სულ 16 ქვეჯგუფია, ისინი განლაგებულია ვერტიკალურად, ანუ ზემოდან ქვემოთ.
გარდა ამისა, ცხრილს ასევე აქვს ჰორიზონტალური რიგები, რომელსაც პერიოდები ეწოდება. მათაც აქვთ თავიანთიდამატებითი დაყოფა მცირე და დიდებად. პერიოდული სისტემის მახასიათებელი გულისხმობს ელემენტის მდებარეობის გათვალისწინებას: მისი ჯგუფი, ქვეჯგუფი და პერიოდი.
როგორ იცვლება თვისებები მთავარ ქვეჯგუფებში
პერიოდული ცხრილის ყველა ძირითადი ქვეჯგუფი იწყება მეორე პერიოდის ელემენტებით. ნიშნები, რომლებიც მიეკუთვნებიან იმავე ძირითად ქვეჯგუფს, გარე ელექტრონების რაოდენობა იგივეა, მაგრამ მანძილი ბოლო ელექტრონებსა და დადებით ბირთვს შორის იცვლება.
გარდა ამისა, მათში ზემოდან ხდება ელემენტის ატომური წონის (ფარდობითი ატომური მასის) ზრდა. სწორედ ეს მაჩვენებელია განმსაზღვრელი ფაქტორი თვისებების ცვლილებების ნიმუშების იდენტიფიცირებისას ძირითად ქვეჯგუფებში.
რადგან რადიუსი (დადებით ბირთვსა და გარე უარყოფით ელექტრონებს შორის მანძილი) მთავარ ქვეჯგუფში იზრდება, არამეტალური თვისებები (ქიმიური გარდაქმნების დროს ელექტრონების მიღების უნარი) მცირდება. რაც შეეხება მეტალის თვისებების ცვლილებას (ელექტრონების გადაცემა სხვა ატომებისთვის), ის გაიზრდება.
პერიოდული სისტემის გამოყენებით შეგიძლიათ შეადაროთ ერთი და იგივე ძირითადი ქვეჯგუფის სხვადასხვა წარმომადგენლის თვისებები. იმ დროს, როდესაც მენდელეევმა შექმნა პერიოდული სისტემა, ჯერ კიდევ არ არსებობდა ინფორმაცია მატერიის სტრუქტურის შესახებ. გასაკვირია ის ფაქტი, რომ მას შემდეგ, რაც გაჩნდა ატომის სტრუქტურის თეორია, სწავლობდა საგანმანათლებლო სკოლებში და სპეციალიზებულ ქიმიურ უნივერსიტეტებში და ამ დროისთვის, მან დაადასტურა მენდელეევის ჰიპოთეზა და არ უარყო მისი ვარაუდები ცხრილის შიგნით ატომების განლაგების შესახებ.
ელექტროუარყოფითობა inძირითადი ქვეჯგუფები მცირდება ბოლოში, ანუ რაც უფრო დაბალია ელემენტი ჯგუფში, მით ნაკლები იქნება მისი ატომების მიმაგრების უნარი.
ატომების თვისებების შეცვლა გვერდით ქვეჯგუფებში
რადგან მენდელეევის სისტემა პერიოდულია, თვისებების ცვლილება ასეთ ქვეჯგუფებში ხდება საპირისპირო თანმიმდევრობით. ასეთ ქვეჯგუფებში შედის ელემენტები დაწყებული 4 პერიოდიდან (d და f ოჯახების წარმომადგენლები). ამ ქვეჯგუფებში მეტალის თვისებები მცირდება, მაგრამ გარე ელექტრონების რაოდენობა ერთი და იგივეა ერთი ქვეჯგუფის ყველა წარმომადგენლისთვის.
პერიოდების სტრუქტურის თავისებურებები PS-ში
ყოველი ახალი პერიოდი, პირველის გარდა, რუსი ქიმიკოსის ცხრილში იწყება აქტიური ტუტე მეტალით. შემდეგი არის ამფოტერული ლითონები, რომლებიც ავლენენ ორმაგ თვისებებს ქიმიურ გარდაქმნებში. შემდეგ არის რამდენიმე ელემენტი არალითონური თვისებებით. პერიოდი მთავრდება ინერტული გაზით (არალითონი, პრაქტიკული, არ აჩვენებს ქიმიურ აქტივობას).
იმის გათვალისწინებით, რომ სისტემა პერიოდულია, პერიოდებში შეიმჩნევა აქტივობის ცვლილება. მარცხნიდან მარჯვნივ შემცირდება შემცირების აქტივობა (მეტალის თვისებები), გაიზრდება ჟანგვის აქტივობა (არამეტალის თვისებები). ამრიგად, ამ პერიოდის ყველაზე კაშკაშა ლითონები მარცხნივ არის, ხოლო არალითონები მარჯვნივ.
დიდი პერიოდებში, რომელიც შედგება ორი მწკრივისაგან (4-7), ჩნდება პერიოდული სიმბოლოც, მაგრამ d ან f ოჯახის წარმომადგენლების არსებობის გამო, მწკრივში გაცილებით მეტი მეტალის ელემენტებია.
მთავარი ქვეჯგუფების სახელები
პერიოდულ სისტემაში არსებული ელემენტების ჯგუფების ნაწილმა მიიღო თავისი სახელები. ქვეჯგუფის პირველი A ჯგუფის წარმომადგენლებს ტუტე ლითონებს უწოდებენ. ლითონები ამ სახელწოდებას წყალთან მოქმედების გამო, რის შედეგადაც წარმოიქმნება კაუსტიკური ტუტეები.
მეორე ჯგუფი A ქვეჯგუფი ითვლება დედამიწის ტუტე ლითონებად. წყალთან ურთიერთობისას ასეთი ლითონები ქმნიან ოქსიდებს, მათ ოდესღაც დედამიწას უწოდებდნენ. სწორედ ამ დროიდან მიენიჭა მსგავსი სახელი ამ ქვეჯგუფის წარმომადგენლებს.
ჟანგბადის ქვეჯგუფის არამეტალებს უწოდებენ ქალკოგენებს, ხოლო 7 A ჯგუფის წარმომადგენლებს ჰალოგენებს. 8 ქვეჯგუფს ეწოდება ინერტული აირები მისი მინიმალური ქიმიური აქტივობის გამო.
PS სკოლის კურსში
სკოლის მოსწავლეებისთვის, ჩვეულებრივ, გვთავაზობენ პერიოდული ცხრილის ვარიანტს, რომელშიც ჯგუფების, ქვეჯგუფების, პერიოდების გარდა, ასევე მითითებულია უმაღლესი აქროლადი ნაერთებისა და უმაღლესი ოქსიდების ფორმულები. ასეთი ხრიკი საშუალებას აძლევს მოსწავლეებს განავითარონ უმაღლესი ოქსიდების შედგენის უნარები. საკმარისია ელემენტის მაგივრად ჩაანაცვლოთ ქვეჯგუფის წარმომადგენლის ნიშანი, რომ მიიღოთ მზა უმაღლესი ოქსიდი.
თუ კარგად დააკვირდებით აქროლადი წყალბადის ნაერთების ზოგად იერსახეს, ხედავთ, რომ ისინი მხოლოდ არალითონებისთვისაა დამახასიათებელი. ტირეებია 1-3 ჯგუფში, რადგან ლითონები ამ ჯგუფების ტიპიური წარმომადგენლები არიან.
გარდა ამისა, ზოგიერთ სასკოლო ქიმიის სახელმძღვანელოში, თითოეული ნიშანი მიუთითებს ელექტრონების განაწილებაზე.ენერგიის დონეები. ეს ინფორმაცია მენდელეევის მოღვაწეობის პერიოდში არ არსებობდა, მსგავსი სამეცნიერო ფაქტები გაცილებით გვიან გამოჩნდა.
ასევე შეგიძლიათ იხილოთ გარე ელექტრონული დონის ფორმულა, რომლითაც ადვილი მისახვედრია რომელ ოჯახს ეკუთვნის ეს ელემენტი. ასეთი რჩევები მიუღებელია საგამოცდო სესიებზე, ამიტომ მე-9 და მე-11 კლასების კურსდამთავრებულებს, რომლებიც გადაწყვეტენ თავიანთი ქიმიური ცოდნის დემონსტრირებას OGE-ში ან ერთიან სახელმწიფო გამოცდაზე, ეძლევათ პერიოდული ცხრილების კლასიკური შავი და თეთრი ვერსიები, რომლებიც არ შეიცავს დამატებით ინფორმაციას. ატომის სტრუქტურა, უმაღლესი ოქსიდების ფორმულები, აქროლადი წყალბადის ნაერთების შემადგენლობა.
ასეთი გადაწყვეტილება სავსებით ლოგიკური და გასაგებია, რადგან იმ სკოლის მოსწავლეებს, რომლებმაც გადაწყვიტეს მენდელეევისა და ლომონოსოვის კვალდაკვალ გაჰყოლოდნენ, რთული არ იქნება სისტემის კლასიკური ვერსიის გამოყენება, მათ უბრალოდ არ სჭირდებათ მოთხოვნა..
მენდელეევის პერიოდულმა კანონმა და სისტემამ ყველაზე მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ატომური და მოლეკულური თეორიის შემდგომ განვითარებაში. სისტემის შექმნის შემდეგ მეცნიერებმა დაიწყეს მეტი ყურადღების მიქცევა ელემენტის შემადგენლობის შესწავლაზე. ცხრილი დაეხმარა გარკვეული ინფორმაციის გარკვევას მარტივი ნივთიერებების, აგრეთვე მათ მიერ წარმოქმნილი ელემენტების ბუნებისა და თვისებების შესახებ.
თავად მენდელეევმა ივარაუდა, რომ მალე აღმოჩნდებოდა ახალი ელემენტები და ითვალისწინებდა ლითონების პოზიციას პერიოდულ სისტემაში. სწორედ ამ უკანასკნელის გამოჩენის შემდეგ დაიწყო ქიმიაში ახალი ერა. გარდა ამისა, სერიოზული დასაწყისი მიეცა მრავალი მონათესავე მეცნიერების ჩამოყალიბებას, რომლებიც დაკავშირებულია ატომის სტრუქტურასთან დაელემენტების გარდაქმნები.
