Таблица на все времена

Расширенный вариант периодической системы.

В этом варианте ни f-элементы (лантаноиды и актиноиды) ни g-элементы («элементы будущего» с №№ 121-128) не вынесены отдельно, а делают таблицу шире на 32 клетки. Также элемент Гелий помещён во вторую группу, так как он входит в s-блок.

В целом, же вряд ли будущие химики будут пользоваться этим вариантом, скорее всего на смену таблице Менделеева придёт одна из альтернатив, которые уже выдвигаются смелыми учёными: система Бенфея, «Химическая галактика» Стьюарта или иной вариант. Но это будет уже только после достижения второго острова стабильности химических элементов и, скорее всего, нужно будет больше для наглядности в ядерной физике, чем в химии, ну а нам пока хватит старой доброй периодической системы Дмитрия Ивановича.

Группы

Вертикальные столбики элементов в периодической таблице — группы состоят из подгрупп: главной и побочной, они иногда обозначаются буквами А и Б соответственно.

В состав главных подгрупп входят s- и р-элементы, а в состав побочных — d- и f-элементы больших периодов.

Главная подгруппа — это совокупность элементов, которая размещается в периодической таблице вертикально и имеет одинаковую конфигурацию внешнего электронного слоя в атомах.

Как следует из приведенного определения, положения элемента в главной подгруппе определяется общим количеством электронов (s- и р-) внешнего энергетического уровня, равным номеру группы. Например, сера (S — 3s2 3p4 ), в атоме которого на внешнем уровне содержится шесть электронов, относится к главной подгруппе шестой группы, аргон (Ar — 3s2 3p6 ) — к главной подгруппе восьмой группы, а стронций (Sr — 5s2 ) — к ІІА-подгруппе.

Элементы одной подгруппы характеризуются сходством химических свойств. В качестве примера рассмотрим элементы ІА и VІІА подгрупп (табл.2). С ростом заряда ядра увеличивается количество электронных слоев и радиус атома, но количество электронов на внешнем энергетическом уровне остается постоянной: для щелочных металлов (подгруппа IА) — один, а для галогенов (подгруппа VIIА) — семь. Поскольку именно внешние электроны наиболее существенно влияют на химические свойства, то понятно, что каждая из рассмотренных групп элементов-аналогов имеет подобные свойства.

Но в пределах одной подгруппы наряду с подобием свойств наблюдается их некоторое изменение. Так, элементы подгруппы ІА все, кроме Н — активные металлы. Но с ростом радиуса атома и количества электронных слоев экранирующих влияние ядра на валентные электроны, металлические свойства усиливаются. Поэтому Fr более активный металл, чем Сs, a Cs — более активный, чем R в и т.д. А в подгруппе VIIA по той же причине ослабляются неметаллические свойства элементов при росте порядкового номера. Поэтому F — более активный неметалл по сравнению с Cl, a Cl — более активный неметалл сравнению с Br и т.д.

Таблица 2 — Некоторые характеристики элементов ІА и VІІА-подгрупп

периодПодгруппа IAПодгруппа VIIA
Символ элементаЗаряд ядраРадиус атома, нмВнешняя электронная конфигурацiяСимвол элементаЗаряд ядраРадиус атома, нмВнешняя электронная конфигурацiя
IILi+30,155s 1F+90,064s 2 2 p 5
IIINa+110,189s 1Cl+170,099s 2 3 p 5
IVK+190,236s 1Br350,114s 2 4 p 5
VRb+370,248s 1I+530,133s 2 5 p 5
VICs550,268s 1At850,140s 2 6 p 5
VIIFr+870,280s 1

Побочные подгруппа — это совокупность элементов, размещаемых в периодической таблице вертикально и имеют одинаковое количество валентных электронов за счет застройки внешнего s- и втором снаружи d-энергетических подуровней.

Все элементы побочных подгрупп относятся к d-семейству. Эти элементы иногда называют переходными металлами. В побочных подгруппах свойства изменяются более медленно, поскольку в атомах d-элементов электроны застраивают второй извне энергетический уровень, а на внешнем уровне находятся только один или два электрона.

Положение первых пяти d-элементов (подгруппы IIIБ- VIIБ) каждого периода можно определить с помощью суммы внешних s-электронов и d-электронов второго снаружи уровня. Например, из электронной формулы скандия (Sc — 4s2 3d1 ) видно, что он размещается в побочной подгруппе (поскольку является d-элементом) третьей группы (поскольку сумма валентных электронов равна трем), а марганец (Mn — 4s2 3d5 ) размещается в побочной подгруппе седьмой группы.

Положение последних двух элементов каждого периода (подгруппы IБ и IIБ) можно определить по количеству электронов на внешнем уровне, поскольку в атомах этих элементов предыдущий уровень является полностью завершенным. Например, Ag ( 5s1 5d10 ) размещается в побочной подгруппе первой группы, Zn ( 4s2 3d10 ) — в побочной подгруппе второй группы.

Триады Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd и Os-Ir-Pt размещены в побочной подгруппе восьмой группы. Эти триады образуют две семьи: железа и платиноидов. Кроме указанных семей отдельно выделяют семью лантаноидов (четырнадцать 4f-элементов) и семью актиноидов (четырнадцать 5f-элементов). Эти семьи принадлежат к побочной подгруппе третьей группы.

Рост металлических свойств элементов в подгруппах сверху вниз, а также уменьшение этих свойств в пределах одного периода слева направо обусловливают появление в периодической системе диагональной закономерности. Так, Be очень похож на Al, B — на Si, Ti — на Nb. Это ярко проявляется в том, что в природе эти элементы образуют подобные минералы. Например, в природе Те всегда бывает с Nb, образуя минералы — титанониобаты.

Предпосылки открытия Периодической системы элементов

Не одно столетие великие умы ломали голову над химическими законами. Первым значимый вклад в развитие науки сделал ирландец Роберт Бойль. В 1668 году он написал книгу, развенчивающую мифы об алхимии. В трудах ирландца прослеживалась мысль о необходимости поиска неразложимых химических элементов. На тот момент Бойлю было известно о 15 элементах, но он допускал и существование других, еще не открытых.

Уже в XVIII веке француз Антуан Лавуазье дополнил список элементов, увеличив его до 35 штук. Лишь 23 из них впоследствии оказались неразложимыми. Химики продолжали поиск химических элементов. Одним из таких исследователей-энтузиастов был Дмитрий Иванович Менделеев. Именно ему принадлежит авторство гипотезы о взаимосвязи атомной массы элементов и их расположением в системе.

Русский химик два десятилетия своей жизни посвятил исследованию химических элементов, их сопоставлению. Благодаря этому он увидел взаимосвязь между ними, повторяющиеся свойства. Как Менделеев сам признавался друзьям-химикам, в голове у него уже давно все стало на свои места, но вот выразить свои знания на бумаге ученый до поры до времени не мог. Ему хотелось систематизировать и наглядно показать все свои знания.

Путь в науку

Будущий химик с мировым именем родился в Тобольске в 1834 году семнадцатым ребёнком в семье. Отец его, Иван Павлович, был директором Тобольской гимназии.

Образование Дмитрий Иванович получал в Петербургском педагогическом институте, а после него преподавал в средних школах. Это было одно из условий для получения стипендии в институте. Так продолжалось, пока Менделеев не получил стипендию для стажировки в самых известных химических лабораториях Европы. Почерпнув там необходимые знания и вернувшись на родину, он и сам стал преподавать неорганическую химию. Молодого педагога не слишком вдохновляли имевшиеся на тот момент учебники, и он решил написать свой. Готовя учебник, он столкнулся с проблемой упорядочения элементов, и уже тогда родились первые прикидки, как лучше это сделать.

Н. А. Ярошенко. Д. И. Менделеев

К 1869 году у Менделеева стала складываться общая картина новой теории. Он понял, что некоторые группы подобных элементов демонстрировали регулярное увеличение атомных весов, а другие, обладая одинаковыми атомными весами, имели общие свойства. Дмитрию Ивановичу стало ясно, что упорядочивание элементов по их атомному весу и есть путь к их классификации.

Таблица Менделеева, в которой отмечены металлы и неметаллы

Неметаллы отмечены в этой таблице красным цветом

Обратите внимание: неметаллы сосредоточены в правой верхней части таблицы Менделеева. Все они, кроме водорода и гелия, относятся к p-элементам

Вы не найдете ни одного неметалла среди d-элементов и f-элементов. Именно по этой причине я счел возможным не приводить в данном варианте список лантаноидов и актиноидов — все они относятся к металлам.

Иногда особым образом выделяют группу элементов, сочетающих в себе свойства металлов и неметаллов (например, к ним можно отнести германий). Данные элементы называют полуметаллами или металлоидами.

ПериодыГруппы элементов
IIIIIIIVVVIVIIVIII
1

1
H
Водород
1,008

1
H
Водород
1,008

2
He
Гелий
4,003

2

3
Li
Литий
6,941

4
Be
Бериллий
9,012

5
B
Бор
10,811

6
C
Углерод
12,011

7
N
Азот
14,007

8
O
Кислород
15,999

9
F
Фтор
18,998

10
Ne
Неон
20,179

3

11
Na
Натрий
22,989

12
Mg
Магний
24,305

13
Al
Алюминий
26,982

14
Si
Кремний
28,086

15
P
Фосфор
30,974

16
S
Сера
32,066

17
Cl
Хлор
35,453

18
Ar
Аргон
39,948

4

19
K
Калий
39,098

20
Ca
Кальций
40,078

21
Sc
Скандий
44,956

22
Ti
Титан
47,88

23
V
Ванадий
50,942

24
Cr
Хром
51,996

25
Mn
Марганец
54,938

26
Fe
Железо
55,847

27
Co
Кобальт
58,933

28
Ni
Никель
58,69

29
Cu
Медь
63,546

30
Zn
Цинк
65,37

31
Ga
Галлий
69,72

32
Ge
Германий
72,59

33
As
Мышьяк
74,92

34
Se
Селен
78,96

35
Br
Бром
79,904

36
Kr
Криптон
83,80

5

37
Rb
Рубидий
85,47

38
Sr
Стронций
87,62

39
Y
Иттрий
88,905

40
Zr
Цирконий
91,22

41
Nb
Ниобий
92,906

42
Mo
Молибден
95,94

43
Tc
Технеций
97,91

44
Ru
Рутений
101,07

45
Rh
Родий
102,905

46
Pd
Палладий
106,4

47
Ag
Серебро
107,868

48
Cd
Кадмий
112,40

49
In
Индий
114,82

50
Sn
Олово
118,69

51
Sb
Сурьма
121,75

52
Te
Теллур
127,60

53
I
Йод
126,904

54
Xe
Ксенон
131,30

6

55
Cs
Цезий
132,905

56
Ba
Барий
137,33

57
La*
Лантан
138,906

72
Hf
Гафний
178,49

73
Ta
Тантал
180,948

74
W
Вольфрам
183,85

75
Re
Рений
186,207

76
Os
Осмий
190,2

77
Ir
Иридий
192,22

78
Pt
Платина
195,08

79
Au
Золото
196,967

80
Hg
Ртуть
200,59

81
Tl
Таллий
204,383

82
Pb
Свинец
307,2

83
Bi
Висмут
280,980

84
Po
Полоний
208,982

85
At
Астат
209,987

86
Rn
Радон
222,018

7

87
Fr
Франций
222,019

88
Ra
Радий
226,025

89
Ac^
Актиний
227,028

104
Rf
&nbsp

105
Db
Дубний

106
Sg
Сиборгий

107
Bh
Борий

108
Hs
Хасий

109
Mt
Мейтнерий

110

Высшие оксидыR2OROR2O3RO2R2O5RO3R2O7RO4
Водородные соед.RH4RH3H2RHR

Как открывают новые химические элементы?

В 2019 году таблице Менделеева исполнилось 150 лет. Первый ее вариант содержал лишь 63 элемента. По состоянию на начало 2020 года учеными официально открыто 118 химических элементов, которые имеют соответствующие порядковые номера с 1 по 118. При этом 94 элемента имеют природное происхождение, а еще 24 открыты искусственным путем – при помощи проведения ядерных реакций.

Интересный факт: последний 118 химический элемент, официально открытый и подтвержденный 28 ноября 2016, носит название оганесон в честь Юрия Оганесяна – знаменитого академика. Это второй элемент, названный в честь ныне живущего человека (первый – сиборгий).

Раньше ученые открывали элементы, обнаруживая их в природе. Для этого исследовали различные минералы, разделяли их на отдельные компоненты. Но они не могут быть в бесконечном количестве – после урана последующие открытия осуществляются лишь синтетическим путем.

Как именно происходит процесс открытия нового элемента? Говоря простым языком, производится реакция слияния двух ядер. Одно ядро выступает «мишенью», а второе – атакующей частицей. Визуально это можно представить в виде капли жидкости, которая вибрирует и, в итоге, разделяется на две капли – образуется новый элемент.

Сложность заключается в том, что одни элементы могут существовать долго, а другие распадаются буквально за считанные минуты. Это затрудняет изучение и открытие новых элементов. Также ученые пытаются создать тяжелые элементы, что на практике является еще более сложной задачей.

В современной версии таблицы элементы 104-118 являются сверхтяжелыми. Это значит, что они обладают существенной атомной массой. Элементов, тяжелее урана, не обнаружено – все последующие образуются только искусственно. В настоящее время ученые занимаются активными поисками элементов под номерами 119 и 120.

Современная Периодическая система

Основная цель – понять, насколько большой может оказаться таблица, и какие силы заставляют столь тяжелые атомы держаться вместе. Сверхтяжелые элементы открывают путем объединения двух легких. По такой схеме были обнаружены элементы 113, 115, 117 и 118.

Интересный факт: ученые предполагают наличие некоторых элементов, но официально они еще не обнаружены. Такие элементы получают временное название (с приставкой Un- или Ун- в русском языке) и порядковый номер в таблице в соответствии с ожидаемой атомной массой. Например, 119 – Унуненний, 120 – Унбинилий и др.

Подобные исследования происходят лишь в считанных лабораториях, расположенных в разных странах мира. Есть такой специализированный объект и в России. Главным российским научным центром в данной области является Объединенный институт ядерных исследований, расположенный в технополисе Дубна (Московская область).

Именно здесь за последние 20 лет было искусственно создано 5 элементов – со 114 по 118. Также в Дубне создается Фабрика сверхтяжелых элементов – установка, которая должна упростить синтез.

Фабрика сверхтяжелых элементов

По состоянию на начало 2020 года официально подтверждено и занесено в таблицу Менделеева 118 химических элементов. Последний 118-й элемент, оганесон, синтезирован и утвержден в 2016 году. Назван в честь академика Оганесяна, который внес существенный вклад в экспериментальную ядерную физику. В современной науке открытие новых элементов – сложный и длительный процесс. Новые элементы создаются искусственным путем. Ученые активно работают над поиском 119 и 120 элементов Периодической системы.

Благородные газы и периодическая система элементов

Так называемые благородные газы не были известны, когда Менделеев опубликовал свою таблицу. Однако, после того как они были открыты, то еще раз подтвердили теорию валентностей в периодической таблице.

В конце XIX века было открыто несколько химических элементов, которые не могли быть включены ни в одну из групп периодической таблицы. Эти элементы являлись химически инертными, поэтому получили название благородных газов (аргон, неон, ксенон и другие).

Их химическую неактивность объяснила теория валентностей. Дело в том, что валентность этих элементов равна 0, поэтому они и не способны вступать в реакцию с другими.

Включение в периодическую таблицу благородных газов сделало более стройным и завершенным периодический закон Д. И. Менделеева.

Свадьба и дети

Несмотря на все семейные склоки и перипетии, запланированная свадьба все-таки состоялась. 14 октября 1711 года в городе Торгау произошло бракосочетание Алексея и Шарлотты Вольфенбюттельской. На церемонии присутствовал и сам Петр I. Очень скоро стало ясно, что у союза молодоженов будет очень непростая судьба. Шарлотта переехала в Санкт-Петербург, но так и осталась чужой иностранкой. Ей не удалось сблизиться ни с мужем, ни со свекром.

И хотя личные отношения супругов не сложились, свою главную династическую функцию царевна все-таки выполнила. В 1714 году у молодой пары родилась дочь Наталья, а еще через год – долгожданный сын Петр. Однако вслед за его появлением на свет мать почувствовала себя плохо. Ее состояние все ухудшалось, и через десять дней после родов царевна Наталья (так ее стали называть в России) скончалась. Сын царевича Алексея Петровича Петр через 12 лет стал императором Петром II.

И одна легенда…

Коллега и друг Д. И. Менделеева, выдающийся русский геолог А. А. Иностранцев (1843–1919), в своих «Воспоминаниях» приводит такой эпизод:

Почему этот рассказ Иностранцева вызывает сомнения? Во-первых, мемуарист работал над своими воспоминаниями в 1919 г., на 76-м году жизни, т. е. спустя полвека после описываемых им событий

Во-вторых, и это более важно, Менделеев, любивший рассказывать окружающим различные забавные и поучительные истории из своей жизни (были и небылицы), ни разу не упоминал об этом чудесном сне. В-третьих, дошедшие до нас наброски будущей системы элементов не позволяют выявить эффект внезапного озарения

На самом трудном, пиковом этапе создания «Опыта», когда Менделеев коренным образом изменил сам принцип построения системы элементов (суть закона — периодический характер изменения свойств элементов по мере возрастания их весов — к этому времени уже была ему ясна, и речь шла об адекватном графическом представлении идеи периодичности), ученый создал промежуточный вариант системы, от которого отталкивался в последующей работе и который в главной своей части практически совпал с таблицей Л. Мейера, впервые опубликованной в 1864 г. в монографии , переведенной на русский язык в 1866 г.

Есть еще один момент, связанный с рассказом Иностранцева и вызывающий вопросы: о массе «перепорченной бумаги». Менделеев имел привычку хранить все, что написал, каждую мелочь, и свой архив он систематизировал сам. Но почему-то из всего, что имело отношение к истории создания «Опыта», им было сохранено только пять рукописных листков.

Разумеется, число загадок, связанных с открытием и сущностью периодического закона, много больше, но рассказ о них выходит за рамки журнальной публикации.

Литература . Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Редакция, статьи и примечания Б. М. Кедрова. М., 1958.. Newlands J. The Law of Octaves, and the Causes of the Numerical Relations among the AtomicWeights // Chemical News. 1866; 13: 113.. Менделеев Д. И. Органическая химия. Менделеев Д. И. Соч. Т. 8. Л.; М., 1948; 35–602.. Менделеев Д. И. Лекции по общей химии. Менделеев Д. И. Соч.: В 25 т. Л.; М. (1934–1954). 1949; 15: С. 357–439. . Менделеев Д. И. Избранные лекции по химии. М., 1968. . Менделеев Д. И. Периодическая законность химических элементов (1871). Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 102–176.. Менделеев Д. И. Основы химии. СПб., 1906. . Менделеев Д. И. Основы химии. Часть II. Менделеев Д. И. Соч.: В 25 т. Л.-М. (1934–1954). 1949; 14.. Менделеев Д. И. Периодический закон. Дополнительные материалы. Ред. Б. М. Кедров. М., 1960. . Менделеев Д. И. Периодическая законность химических элементов (1898). Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 237–273.. Научное наследство. Естественнонаучная серия. Т. 4. Письма русских химиков к А. М. Бутлерову. М., 1961.. Meyer L. Die Natur der chemischen Elemente als Function ihrer Atomgewichte. Annalen der Chemie und Pharmacie. VII. Supplementband. 1870. S. 354–364.. Научный архив Менделеева, СПбГУ. I-B-23-I-62, 68.. Менделеев Д. И. Попытка химического понимания мирового эфира. Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 470–517.. Добротин Р. Б., Карпило Н. Г., Керова Л. С., Трифонов Д. Н. Летопись жизни и деятельности Д. И. Менделеева. Отв. ред. А. В. Сторонкин. Л., 1984.. Тищенко В. Е., Младенцев М. Н. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период, 1861–1890 гг. Отв. ред. Ю. И. Соловьев. М., 1993.. Иностранцев А. А. Воспоминания. Подготовка текста, вступительная статья и комментарии В. А. Прозоровского и И. Л. Тихонова. СПб., 1998.. Meyer L. Die Modernen Theorien der Chemie und Ihre Bedeutung für die chemische Statik. Breslau, 1864.

В настоящее время принято выражение «атомная масса», но я буду придерживаться исторической терминологии.

Далее даты, если не оговорено, приводятся по старому стилю, для перевода в новый стиль следует прибавить 12 дней.

Периодичность и атомная структура.

Квантовая теория Бора строения атома развивалась в течение двух десятилетий после 1913. Предложенное Бором «квантовое число» стало одним из четырех квантовых чисел, необходимых для характеристики энергетического состояния электрона. В 1925 В.Паули сформулировал свой знаменитый «принцип запрета» (принцип Паули), согласно которому в атоме не может быть двух электронов, у которых бы все квантовые числа были одинаковые. Когда этот принцип применили к электронным конфигурациям атомов, периодическая таблица приобрела физическое обоснование. Так как атомный номер Z, т.е. положительный заряд ядра атома, возрастает, то и количество электронов должно возрастать для сохранения электронейтральности атома. Эти электроны определяют химическое «поведение» атома. Согласно принципу Паули, по мере увеличения значения квантового числа электроны заполняют электронные слои (оболочки) начиная с ближайших к ядру. Завершенный слой, который заполнен всеми электронами в соответствии с принципом Паули, является наиболее стабильным. Поэтому благородные газы, такие, как гелий и аргон, имеющие полностью завершенные электронные структуры, устойчивы к любому химическому воздействию.

Короткие и длинные периоды.

Низшая полностью завершенная электронная оболочка (орбиталь) обозначается 1s и реализуется у гелия. Следующие уровни – 2s и 2p – соответствуют застройке оболочек атомов элементов 2-го периода и при полной застройке, у неона, содержат в сумме 8 электронов. С увеличением значений главного квантового числа энергетическое состояние низшего орбитального числа для большего главного может оказаться ниже энергетического состояния наиболее высокого орбитального квантового числа, соответствующего меньшему главному. Так, энергетическое состояние 3d выше, чем 4s, поэтому у элементов 3-го периода происходит застройка 3s- и 3p-орбиталей, заканчиваясь формированием устойчивой структуры благородного газа аргона. Далее происходит последовательная застройка 4s-, 3d- и 4p-орбиталей у элементов 4-го периода, вплоть до завершения внешней устойчивой электронной оболочки из 18 электронов у криптона. Это и приводит к появлению первого длинного периода. Аналогично происходит застройка 5s-, 4d- и 5p-орбиталей атомов элементов 5-го (т.е. второго длинного) периода, завершаясь электронной структурой ксенона.

Вспышки сверхновых и дело рук человеческих

Следует упомянуть еще одно явление, важное с точки зрения нуклеосинтеза, — вспышки термоядерных сверхновых. Считается, что эти взрывы (в отличие от сверхновых с коллапсом ядра) происходят не на одиночных массивных звездах, а в двойных системах, в которых по крайней мере один из компонентов — белый карлик

Как уже говорилось, белый карлик представляет собой компактный остаток звезды малой или промежуточной массы. Он удерживается от коллапса давлением вырожденного электронного газа. Как показывают расчеты, равновесие между гравитацией и давлением в этом случае возможно лишь при условии, что масса карлика не превышает 1,4M☉. Естественно, в момент образования масса белого карлика не превосходит критического значения, однако, если позже она по каким-то причинам увеличится, равновесие будет утрачено и карлик разрушится колоссальным термоядерным взрывом.

Увеличение массы может вызываться как минимум двумя причинами, и обе требуют, чтобы белый карлик был членом двойной системы. Во-первых, он может нарастить массу за счет перетекания на него вещества со второго компонента системы — нормальной звезды, которая все еще проходит завершающие этапы эволюции. Во-вторых, объект с массой больше критической может сформироваться в результате слияния двух белых карликов. В этом случае нужна состоящая из них двойная система. Она так же, как и пара нейтронных звезд, излучает гравитационные волны, что приводит к сближению компонентов. И в том, и в другом случае происходит взрыв, стимулирующий быстрое протекание термоядерных реакций, также заканчивающихся синтезом железа. Однако если в массивной звезде большая часть железа остается в ядре, то при взрыве белого карлика все синтезированные элементы разлетаются по ближайшим галактическим окрестностям. Поэтому главным источником элементов железного пика служат, вероятно, не массивные звезды, а взрывающиеся белые карлики.

Итак, за появление практически всех элементов Периодической таблицы Д. И. Менделеева отвечают различные этапы звездной эволюции, в финале которой эти элементы либо посредством спокойного сброса оболочки звездами промежуточных масс, либо в результате взрыва массивных звезд попадают в межзвездную среду (рис. 8). Из легких элементов нам осталось разобраться только с бериллием и бором. Эти элементы формируются в межзвездной среде в реакциях скалывания, т.е. при разрушении более крупных ядер (преимущественно кислорода и углерода) в результате столкновений с частицами космических лучей. Такие реакции порождают и ядра других элементов, но только для бериллия, бора, а также легкого изотопа лития 6Li они являются основным источником.

Известные нам естественные процессы синтеза атомных ядер заканчиваются, вероятно, плутонием-239, который образуется в урановых рудах в результате захвата нейтрона ядром урана-238 и последующего бета-распада. Нельзя исключить наличия там же нескольких атомов и более тяжелых элементов, однако в целом история природного синтеза значимых количеств атомных ядер заканчивается ураном. Чтобы создать условия для появления еще более массивных атомных ядер, Природе пришлось пойти наиболее замысловатым путем, а именно породить цивилизацию на ничем не примечательной планете у ничем не примечательной звезды.

Литература . Asplund M., Grevesse N., Sauval A. J., Scott P. The Chemical Composition of the Sun // Ann. Rev. Astron. Astrophys. 2009; 47: 481–522. DOI: org/10.1146/annurev.astro.46.060407.145222.. Alpher R. A., Bethe H., Gamow G. The Origin of Chemical Elements // Phys. Rev. 1948; 73: 803.. Cyburt R. H., Fields B. D., Olive K. A., Yeh T.-H. Big bang nucleosynthesis: Present status // Rev. Mod. Phys. 2016; 88(1): 015004-1. DOI: org/10.1103/RevModPhys.88.015004.. Burbidge E. M., Burbidge G. R., Fowler W. A., Hoyle F. Synthesis of the Elements in Stars // Rev. Mod. Phys. 1957; 29: 547.. Käppeler F., Gallino R., Bisterzo S., Aoki W. The s-process: Nuclear physics, stellar models, and observations // Rev. Mod. Phys. 2011; 83(1): 157.. Thielemann F. K., Eichler M., Panov I. V., Wehmeyer B. Neutron Star Mergers and Nucleosynthesis of Heavy Elements // Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 2017; 67(1): 253–274. DOI: 10.1146/annurev-nucl-101916-123246.. Smartt S. J., Chen T.-W., Jerkstrand A. et al. A kilonova as the electromagnetic counterpart to a gravitational-wave source // Nature. 2017; 551: 75. DOI: 10.1038/nature24303.

Фотосфера — видимый слой Солнца, глубиной 200–300 км. — Примеч. ред.

История открытия Периодического закона.

К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно.
В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад»: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий; хлор, бром и йод и др.). Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Обе указанные модели не привлекли внимания научной общественности.

В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого («закон октав») внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864). Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира.

По легенде, мысль о системе химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Написав на карточках основные свойства каждого элемента (их в то время было известно 63, из которых один — дидим Di — оказался в дальнейшем смесью двух вновь открытых элементов празеодима и неодима), Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.

Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.

Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, целый ряд физических и химических свойств.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий