> Энциклопедический словарь Гранат, страница 353 > Периодическая система элементов

Периодическая система элементов

Периодическая система элементов (или периодический закон) была установлена в 1869 г. Д. И. Менделеевым. Будучи профессором петроград. университета и собирая материал для своих лекций по неорганической химии, Д.И. Менделеев выписывал на отдельных карточках названия элементов, их атомные веса, главнейшия их свойства, как физические (уд. вес, темп. плавления и т. под.), так и химические

(как-то: формулу окисла, соединения с водородом и т. под.). Располагая затем элементы по возрастающим их атомным весам, Д. И. Менделеев заметил, что свойства элементов постепенно изменяются: на первом месте стоит водород (Н=1), как типический элемент, затем существует скачок в 6 единиц, и начинается ряд элементов: литий (Li=7), бериллий {Ве=9), бор (В=11), углерод (С=12), азот (N=14), кислород (0=16), фтор (F=19), в котором наблюдается постепенный переход от такого металла, как литий, через промежуточные элементы к такому металлоиду, как фтор. Переход же к следующему элементу, натрию (Na=23), представляет резкий скачок, ибо натрий повторяетъсвойствалития,следующий же металл магний (Mg=24) свойства бериллия, алюминий (А1=27)—бора, кремний (Si=28) — углерода, фосфор (Ph=3l) — азота, сера (S=32)—кислорода и, наконец, хлор (С1=35,5) — фтора; затем опять скачок к металлу калию (К=39), который подобен литью и натрию, и т.д. Таким образом мы видим, что свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от их атомного веса, ибо, постепенно изменяясь с увеличением атомного веса, они при изменении последнего на известное число (для первых рядов на

16—19, а для последующих—больше, см. таб.) повторяются; каждый восьмой элемент подобен тому, который мы будем считать за первый, например, алюминий-бору, кремний — углероду, хлор-фтору и так далее Д. И. Менделеев разместил все элементы в таблицу, состоящую из восьми групп и 12 рядов, в XX же столетии, с открытием аргона, гелия и т. под. благородных газов, эта таблица дополнилась новой группой, так называемой нулевой. В прилагаемой таблице приведены атомные веса, как они приняты для 1912 г. Внизу таблицы указаны: 1) формула высшого окисла, солеобразующого, т. е. основания или ангидрида кислоты, причем номер группы (I, II и так далее) соответствует числу атомов кислорода, приходящагося на два атома элемента, в высшем окисле, и 2) состав водородистых соединений.

В 1-м горизонтальном ряду Д. И.

688

Менделеев поместил один водород в И-й группе; во 2-м ряду находятся Li, Be, В, С, N, О, F; 3-й ряд начинается с неона (Ne), находящагося в нулевой группе, а за ним следует Na и так далее Таким образом тот резкий переход, от фтора к натрию, который наблюдался в 1871 г., в настоящее время сгладился; фтор—элемент с резко выразкенными электроотрицательными свойствами (т. е. свойствами металлоидов), натрий же—с таковыми же эле-ктрополояштельными, переход же от одного к другому совершается через неон—элемент совершенно нейтральный, в котором оба противополозкные электричества как бы совершенно уравновесились. То зке самое можно сказать про переход от хлора к калию через аргон, брома—к рубидию через криптон, иода—к цезию через ксенон; вообще переход элемента нечетных рядов (3, б и 7-го) к элементам четных (4, 6 и 8) совершается через элементы нулевой группы. Что зке касается до перехода от четных рядов (4-го,

6- го, 10-го) к эл. нечетных рядов (5-го, 7-го, 11-го), то он совершается через восьмую группу, которая содержит в каждом ряду по три элемента: в 4-м — Fe, Ni, Со, в 6-м — Ru, Rh, Pd, и в 10-м—Os, Иг, Pt. Начиная с 4-го ряда, наблюдаются большие периоды, состоящие из двух малых; таких периодов три: первый состоит из 4-го и б-го ряда, второй—из 6-го и

7- го, третий из 10-го и 11-го ряда. Эта двойная периодичность наблюдается в том, что элементы четных рядов в каждой группе (например Li, К, Rb, Cs или Са, Sr, Ва) образуют как бы одну подгруппу, характеризующуюся чертами более тесной и близкой аналогии своих членов. То зке мозкно сказать про элементы нечетных рядов (например Р, As, Sb, в В-ой группе, Cl, Br, J и т. под.). Вообще можно сказать, что элементы нечетных рядов во всей П. с. обладают некоторыми общими свойствами (например, способностью образовать газообразные водородистия соединения, металлоорганические и тому подобное.); они большей частью— диамагнитны, элементы же четных рядов—парамагнитны и т.-д. Элементы 2-го ряда (Li, Be, В, С, N, О, F), обладающие наименьшими атомными веса-

ГРУППЫ ЭЛЕМЕНТОВb.

1=1

(S-

| 1

1 »

ии

1 в

1 в|

VII

VIII

Водород.

1,008

Ли-

Берил-

Угле-

Кисло-

Гелий.

тий.

ЛИЙ.

Бор.

род.

Азот.

род.

Фтор.

Не

Вф

3,99

6,94

9,1

Маг-

11,0

Алю-

12,00

14,01

16,00

19,0

На-

К рем-

Фос-

Неон.

трий.

НИЙ.

мпний.

НИЙ.

фор.

Cfcpa.

Хлор.

Мд

АИ

СИ

20,2

23,00

24,32

27,1

28,3

31,04

32,07

35,46

Ар-

Ка-

Каль-

Скан-

Тп-

Вана-

Мар-

Же-

Ко-

Нш‘- Медь, кель. м

гон.

ЛИЙ.

ций.

диа.

тан.

диа.

Хром.

ганец.

лезо.

бальт.

Аг

Са

Ти

Сг

Win

Со

Ni [Си]

39,88

39,10

40,07

44,1

Гал-

48,1

51,0

52,0

54,93

55,84

58,97

58,68

Гер-

Мышь-

Се-

Медь.

Цинк.

ЛИЙ.

маний.

як.

лен.

Бром.

Си

Вг

63,57

65,37

69,9

72,5

74,96

79,2

79,92

Крпп-

Ру-

Строн-

Ит-

Цир-

Нио-

Молиб-

Ру-

Ро-

Пал-

тон.

бидий.

ций.

трий.

коний.

бий.

ден.

тений.

диа.

яадий.

Кг

Мо

Pd [Ag]

82,9

85,45

87,63

89,0

90,6

93,5

96,0

107,7

102,9

106,7

Cepe-

Кац-

Ин-

Оло-

Сурь-

Тел-

брэ.

мий.

диа.

во,

ма.

лур.

Иод.

Те

107,88

112,40

114,8

119,0

120,2

127,5

126,92

Ксе-

Це-

Ба-

Лан-

Це-

нон.

зий.

рий.

тан.

рий.

Хе

Ва

Сф

—

130,2

132,81

137,37

139,0

140,25

Иттер-

Тан-

Вольф-

Оо-

Ири-

Пла-

бий.

тал.

рам.

МИЙ.

диа,

тина.

Та

ИГ

Pt [Ди)

172,0

181,5

184,0

190,9

193,1

195,2

Во-

Сви-

Вис-

ЛОТО.

Ртуть.

Талий.

нец.

муть.

Аи

нд

ТИ

РЬ

Ви

—

197,2

200,6

204,0

207,1

208,0

Раиий.

Торий.

Уран.

—

ть

—

222,4

226,4

232,4

238,52

Высшие

С 0 Л

е о б р а з н

ы е о

К И С Л

ы:

R 1

R.0

R0, !

R А

R03

RO.

Высшия газообразные водородные соединения:

| | | I RH, | RH3 | RHS I RH J

ми, „отличаются резкостью свойствъ“, Менделеев назвал их типическими. Про водород, Н=1, Д. И. Менделеев говорит: „как легчайший элемент,он по справедливости избирается, как самый типический“. Типич. элементы являются наиболее распространенными телами на поверхности земли и в атмосфере.

Изучение физических свойств элементов и их соединений показало, что они находятся в периодической зависимости от атомного веса. Лотар Мейер показал это для атомных объёмов

(значение которых получается при деленииатомного веса (А) на плотность (d); в=.

Если раеположитьпо горизонтальной оси (абсциссе) атомные веса, а по вертикальной (ординате) атомные объёмы, то получается кривая, явственно показывающая периодичность ат. объёмов: вершины этой кривой занимают элементы И-й груп.: Li, Na,K и т.д. По нисходящим ветвям находятся щелочноземельные металлы (Са, Sr, Ва), по восходящим— галоиды (Cl, Br, J) и так далее Аналогичные кривия получаются для других физических свойств элементов: сжимаемости, температуры плавления, коэффициента расширения, твердости и т.д. Укажем только, что кривая температуры плавления показывает следующую картину: ея максимумы совпадают с минимумом кривой атомных объёмов и обратно, т. е. элементы с большим атомным объёмом обладают низкой температурой плавления (болып. частью).

Такая же периодичность свойств наблюдается для оптических (т. е. светопреломляемости, поглощения света и т. под.), электрических, магнитных и вообще для всех изученных свойств, причем не только для элементов, но и их соединений.

Что касается до химических свойств, то нужно отметить, что в свободном состоянии элементы, находящиеся в одной и той же группе, могут довольно резко отличаться друг от друга, как, например, кислород и сера в шестой группе, азот и фосфор —в В-й; аналогия же свойств наблюдается в их соединениях. Как было выше указано, номер группы указывает число атомов кислорода, приходящихся на два атома элемента в его высших кислородных соединениях, иными словами, он численно равен высшей атомности (или валентности) этого элемента по кислороду. Изменение валентности элементов по водороду видно из таблицы для последних 4-х групп (IV—VIII), и для них сумма валентности по кислороду и таковой по водородуравна 8.Степень постоянства атомности, а таклсф сравнительная степень устойчивости соедин., отвечающих различной атомности, правильно изменяются в пределах П. с. Наиболее постоянной атомностью отличаютсяэлементы первых трех (I—III) групп, особенно принадлежащие к четным рядам: элем. же печетн. рядов обнаруживают большее разнообразие, в общем возрастающее с повышением атомного веса (например, для ртути Hg20 и HgO, для индия известны соли ИпХ, ИпХ, и In Х3). В ИВ-й группе непостоянство атомности наблюдается для элементов как четных, так и нечетных рядов, а в следующих V—VII группах оно очень распространенное явление, причем в четных рядах наиболее устойчивыми являются соединения высшого типа, в нечетных же рядах устойчивость соединений с высшей атомностью падает, и наиболее устойчивыми являются соединения пизших типов; например, для свинца соединение типа РЬХ« является менее устойчивым, чем РЬХ2.

В П. с. молено заметить три направления, по которым совершается постепенное и правильное изменение металлического (электроположительнаго) характера в металлоидный (электроотрицательный). 1) Первое направление было указано выше: в первых горизонтальных рядах от элем. И-й группы к ВИ-й мы наблюдаем постепенный переход от таких типических металлов, как Li, Иа,кътакимътипическим металлоидам, как Р, С1 и так далее 2) При двилгении в вертикальном направлении, т. е. в пределах одной и той же группы, замечается повышение металлических свойств элем., а следовательно, и возрастание основных свойств их окислов, с увеличением атомного веса; это наблюдается как для первых (например, для К, Rb, Cs, и Са, Sr, Ва), так и для IV—VII групп (Р, As, Sb, Ви, и Si, Sn, Pb и тому подобное.). 3) Элементы четных рядов проявляют большую металлич-ность свойств,чем таковые нечетных рядов: так, в VII группе марганец, в VI— хром (в 4-ом ряду) в свободном состоянии являются металлами; их низшие окислы (МпО, Мп203, Сг203) представляют основания и более устойчивы, чем высшие кислотные ангидриды (Мп20, и Сг03) Из вышесказанного следует, что наиболее электроотрицательный элемент (металлоид) должен занимать правое верхнее (оно и занято фтором), а наиболее электроположительный (металл)—левое нижнее место (где находится цезий, обладающий наиболее электроположительными свойствами).

Д. И. Менделеев при самом установлении П. с. указал на то, что она „открывает новия аналогии и тем самым памечает новые пути для познания элементовъ“ и воспользовался ею, во-первых, для исправления атомных весов элементов, во-вторых — для предсказания свойств еще неоткрытых элементов. Им были исправлены атомные веса индия, урана,бериллия и др. Разсмотрим установление атомного веса индия. Химический анализ позволяет с точностью определить, что в окиси индия на 16 вее. ч. кислорода приходится 76,4 в ч. индия. Но на основании этого, мы можем только тогда определить атомный вес, когда узнаем формулу его окиси. Придавая последней формулу 1п20, мы получим для атомного веса Ип=37,7; если лсе окись индия ИпО, то Ип=7б,4 и так далее Такой атомный вес для индия принимался ранее, но Д. И. Менделеев, принимая во внимание, что в таком случае для индия нет подходящого места в П. системе (место с ат. вес. в 76 занято мышьяком), предложил изменить формулу окиси индия в ИП20з, и тогда получаем Ип=1иЗ. Это число было подтверждено на основании величины теплоемкости, определенной Д. И. Менделеевым (0,65) и Бунзеном (0,57). Точно так лсе Д. И. Менделеевым было указано на то, что атомные веса Os, Иг, Pt, Au определены неточно, это и подтвердилось впоследствии.