Атомный номер элемента соответствует чему

The atomic number or nuclear charge number (symbol Z) of a chemical element is the charge number of an atomic nucleus. For ordinary nuclei, this is equal to the proton number (n_p) or the number of protons found in the nucleus of every atom of that element. The atomic number can be used to uniquely identify ordinary chemical elements. In an ordinary uncharged atom, the atomic number is also equal to the number of electrons.

For an ordinary atom, the sum of the atomic number Z and the neutron number N gives the atom’s atomic mass number A. Since protons and neutrons have approximately the same mass (and the mass of the electrons is negligible for many purposes) and the mass defect of the nucleon binding is always small compared to the nucleon mass, the atomic mass of any atom, when expressed in unified atomic mass units (making a quantity called the «relative isotopic mass»), is within 1% of the whole number A.

Atoms with the same atomic number but different neutron numbers, and hence different mass numbers, are known as isotopes. A little more than three-quarters of naturally occurring elements exist as a mixture of isotopes (see monoisotopic elements), and the average isotopic mass of an isotopic mixture for an element (called the relative atomic mass) in a defined environment on Earth, determines the element’s standard atomic weight. Historically, it was these atomic weights of elements (in comparison to hydrogen) that were the quantities measurable by chemists in the 19th century.

The conventional symbol Z comes from the German word Zahl ‘number’, which, before the modern synthesis of ideas from chemistry and physics, merely denoted an element’s numerical place in the periodic table, whose order was then approximately, but not completely, consistent with the order of the elements by atomic weights. Only after 1915, with the suggestion and evidence that this Z number was also the nuclear charge and a physical characteristic of atoms, did the word Atomzahl (and its English equivalent atomic number) come into common use in this context.

History[edit]

The periodic table and a natural number for each element[edit]

Loosely speaking, the existence or construction of a periodic table of elements creates an ordering of the elements, and so they can be numbered in order.

Dmitri Mendeleev claimed that he arranged his first periodic tables (first published on March 6, 1869) in order of atomic weight («Atomgewicht»).^[1] However, in consideration of the elements’ observed chemical properties, he changed the order slightly and placed tellurium (atomic weight 127.6) ahead of iodine (atomic weight 126.9).^[1][2] This placement is consistent with the modern practice of ordering the elements by proton number, Z, but that number was not known or suspected at the time.

A simple numbering based on periodic table position was never entirely satisfactory, however. Besides the case of iodine and tellurium, later several other pairs of elements (such as argon and potassium, cobalt and nickel) were known to have nearly identical or reversed atomic weights, thus requiring their placement in the periodic table to be determined by their chemical properties. However the gradual identification of more and more chemically similar lanthanide elements, whose atomic number was not obvious, led to inconsistency and uncertainty in the periodic numbering of elements at least from lutetium (element 71) onward (hafnium was not known at this time).

The Rutherford-Bohr model and van den Broek[edit]

In 1911, Ernest Rutherford gave a model of the atom in which a central nucleus held most of the atom’s mass and a positive charge which, in units of the electron’s charge, was to be approximately equal to half of the atom’s atomic weight, expressed in numbers of hydrogen atoms. This central charge would thus be approximately half the atomic weight (though it was almost 25% different from the atomic number of gold (Z = 79, A = 197), the single element from which Rutherford made his guess). Nevertheless, in spite of Rutherford’s estimation that gold had a central charge of about 100 (but was element Z = 79 on the periodic table), a month after Rutherford’s paper appeared, Antonius van den Broek first formally suggested that the central charge and number of electrons in an atom was exactly equal to its place in the periodic table (also known as element number, atomic number, and symbolized Z). This proved eventually to be the case.

Moseley’s 1913 experiment[edit]

The experimental position improved dramatically after research by Henry Moseley in 1913.^[3] Moseley, after discussions with Bohr who was at the same lab (and who had used Van den Broek’s hypothesis in his Bohr model of the atom), decided to test Van den Broek’s and Bohr’s hypothesis directly, by seeing if spectral lines emitted from excited atoms fitted the Bohr theory’s postulation that the frequency of the spectral lines be proportional to the square of Z.

To do this, Moseley measured the wavelengths of the innermost photon transitions (K and L lines) produced by the elements from aluminum (Z = 13) to gold (Z = 79) used as a series of movable anodic targets inside an x-ray tube.^[4] The square root of the frequency of these photons (x-rays) increased from one target to the next in an arithmetic progression. This led to the conclusion (Moseley’s law) that the atomic number does closely correspond (with an offset of one unit for K-lines, in Moseley’s work) to the calculated electric charge of the nucleus, i.e. the element number Z. Among other things, Moseley demonstrated that the lanthanide series (from lanthanum to lutetium inclusive) must have 15 members—no fewer and no more—which was far from obvious from known chemistry at that time.

Missing elements[edit]

After Moseley’s death in 1915, the atomic numbers of all known elements from hydrogen to uranium (Z = 92) were examined by his method. There were seven elements (with Z < 92) which were not found and therefore identified as still undiscovered, corresponding to atomic numbers 43, 61, 72, 75, 85, 87 and 91.^[5] From 1918 to 1947, all seven of these missing elements were discovered.^[6] By this time, the first four transuranium elements had also been discovered, so that the periodic table was complete with no gaps as far as curium (Z = 96).

The proton and the idea of nuclear electrons[edit]

In 1915, the reason for nuclear charge being quantized in units of Z, which were now recognized to be the same as the element number, was not understood. An old idea called Prout’s hypothesis had postulated that the elements were all made of residues (or «protyles») of the lightest element hydrogen, which in the Bohr-Rutherford model had a single electron and a nuclear charge of one. However, as early as 1907, Rutherford and Thomas Royds had shown that alpha particles, which had a charge of +2, were the nuclei of helium atoms, which had a mass four times that of hydrogen, not two times. If Prout’s hypothesis were true, something had to be neutralizing some of the charge of the hydrogen nuclei present in the nuclei of heavier atoms.

In 1917, Rutherford succeeded in generating hydrogen nuclei from a nuclear reaction between alpha particles and nitrogen gas,^[7] and believed he had proven Prout’s law. He called the new heavy nuclear particles protons in 1920 (alternate names being proutons and protyles). It had been immediately apparent from the work of Moseley that the nuclei of heavy atoms have more than twice as much mass as would be expected from their being made of hydrogen nuclei, and thus there was required a hypothesis for the neutralization of the extra protons presumed present in all heavy nuclei. A helium nucleus was presumed to be composed of four protons plus two «nuclear electrons» (electrons bound inside the nucleus) to cancel two of the charges. At the other end of the periodic table, a nucleus of gold with a mass 197 times that of hydrogen was thought to contain 118 nuclear electrons in the nucleus to give it a residual charge of +79, consistent with its atomic number.

The discovery of the neutron makes Z the proton number[edit]

All consideration of nuclear electrons ended with James Chadwick’s discovery of the neutron in 1932. An atom of gold now was seen as containing 118 neutrons rather than 118 nuclear electrons, and its positive nuclear charge now was realized to come entirely from a content of 79 protons. Since Moseley had previously shown that the atomic number Z of an element equals this positive charge, it was now clear that Z is identical to the number of protons of its nuclei.

Chemical properties[edit]

Each element has a specific set of chemical properties as a consequence of the number of electrons present in the neutral atom, which is Z (the atomic number). The configuration of these electrons follows from the principles of quantum mechanics. The number of electrons in each element’s electron shells, particularly the outermost valence shell, is the primary factor in determining its chemical bonding behavior. Hence, it is the atomic number alone that determines the chemical properties of an element; and it is for this reason that an element can be defined as consisting of any mixture of atoms with a given atomic number.

New elements[edit]

The quest for new elements is usually described using atomic numbers. As of 2023, all elements with atomic numbers 1 to 118 have been observed. Synthesis of new elements is accomplished by bombarding target atoms of heavy elements with ions, such that the sum of the atomic numbers of the target and ion elements equals the atomic number of the element being created. In general, the half-life of a nuclide becomes shorter as atomic number increases,^{[citation needed]} though undiscovered nuclides with certain «magic» numbers of protons and neutrons may have relatively longer half-lives and comprise an island of stability.

A hypothetical element composed only of neutrons has also been proposed and would have atomic number 0.

See also[edit]

• Atomic theory
• Chemical element
• Effective atomic number (disambiguation)
• Even and odd atomic nuclei
• Exotic atom
• History of the periodic table
• List of elements by atomic number
• Mass number
• Neutron number
• Neutron–proton ratio
• Prout’s hypothesis

References[edit]

The atomic number or nuclear charge number (symbol Z) of a chemical element is the charge number of an atomic nucleus. For ordinary nuclei, this is equal to the proton number (n_p) or the number of protons found in the nucleus of every atom of that element. The atomic number can be used to uniquely identify ordinary chemical elements. In an ordinary uncharged atom, the atomic number is also equal to the number of electrons.

For an ordinary atom, the sum of the atomic number Z and the neutron number N gives the atom’s atomic mass number A. Since protons and neutrons have approximately the same mass (and the mass of the electrons is negligible for many purposes) and the mass defect of the nucleon binding is always small compared to the nucleon mass, the atomic mass of any atom, when expressed in unified atomic mass units (making a quantity called the «relative isotopic mass»), is within 1% of the whole number A.

Atoms with the same atomic number but different neutron numbers, and hence different mass numbers, are known as isotopes. A little more than three-quarters of naturally occurring elements exist as a mixture of isotopes (see monoisotopic elements), and the average isotopic mass of an isotopic mixture for an element (called the relative atomic mass) in a defined environment on Earth, determines the element’s standard atomic weight. Historically, it was these atomic weights of elements (in comparison to hydrogen) that were the quantities measurable by chemists in the 19th century.

The conventional symbol Z comes from the German word Zahl ‘number’, which, before the modern synthesis of ideas from chemistry and physics, merely denoted an element’s numerical place in the periodic table, whose order was then approximately, but not completely, consistent with the order of the elements by atomic weights. Only after 1915, with the suggestion and evidence that this Z number was also the nuclear charge and a physical characteristic of atoms, did the word Atomzahl (and its English equivalent atomic number) come into common use in this context.

History[edit]

The periodic table and a natural number for each element[edit]

Loosely speaking, the existence or construction of a periodic table of elements creates an ordering of the elements, and so they can be numbered in order.

Dmitri Mendeleev claimed that he arranged his first periodic tables (first published on March 6, 1869) in order of atomic weight («Atomgewicht»).^[1] However, in consideration of the elements’ observed chemical properties, he changed the order slightly and placed tellurium (atomic weight 127.6) ahead of iodine (atomic weight 126.9).^[1][2] This placement is consistent with the modern practice of ordering the elements by proton number, Z, but that number was not known or suspected at the time.

A simple numbering based on periodic table position was never entirely satisfactory, however. Besides the case of iodine and tellurium, later several other pairs of elements (such as argon and potassium, cobalt and nickel) were known to have nearly identical or reversed atomic weights, thus requiring their placement in the periodic table to be determined by their chemical properties. However the gradual identification of more and more chemically similar lanthanide elements, whose atomic number was not obvious, led to inconsistency and uncertainty in the periodic numbering of elements at least from lutetium (element 71) onward (hafnium was not known at this time).

The Rutherford-Bohr model and van den Broek[edit]

In 1911, Ernest Rutherford gave a model of the atom in which a central nucleus held most of the atom’s mass and a positive charge which, in units of the electron’s charge, was to be approximately equal to half of the atom’s atomic weight, expressed in numbers of hydrogen atoms. This central charge would thus be approximately half the atomic weight (though it was almost 25% different from the atomic number of gold (Z = 79, A = 197), the single element from which Rutherford made his guess). Nevertheless, in spite of Rutherford’s estimation that gold had a central charge of about 100 (but was element Z = 79 on the periodic table), a month after Rutherford’s paper appeared, Antonius van den Broek first formally suggested that the central charge and number of electrons in an atom was exactly equal to its place in the periodic table (also known as element number, atomic number, and symbolized Z). This proved eventually to be the case.

Moseley’s 1913 experiment[edit]

The experimental position improved dramatically after research by Henry Moseley in 1913.^[3] Moseley, after discussions with Bohr who was at the same lab (and who had used Van den Broek’s hypothesis in his Bohr model of the atom), decided to test Van den Broek’s and Bohr’s hypothesis directly, by seeing if spectral lines emitted from excited atoms fitted the Bohr theory’s postulation that the frequency of the spectral lines be proportional to the square of Z.

To do this, Moseley measured the wavelengths of the innermost photon transitions (K and L lines) produced by the elements from aluminum (Z = 13) to gold (Z = 79) used as a series of movable anodic targets inside an x-ray tube.^[4] The square root of the frequency of these photons (x-rays) increased from one target to the next in an arithmetic progression. This led to the conclusion (Moseley’s law) that the atomic number does closely correspond (with an offset of one unit for K-lines, in Moseley’s work) to the calculated electric charge of the nucleus, i.e. the element number Z. Among other things, Moseley demonstrated that the lanthanide series (from lanthanum to lutetium inclusive) must have 15 members—no fewer and no more—which was far from obvious from known chemistry at that time.

Missing elements[edit]

After Moseley’s death in 1915, the atomic numbers of all known elements from hydrogen to uranium (Z = 92) were examined by his method. There were seven elements (with Z < 92) which were not found and therefore identified as still undiscovered, corresponding to atomic numbers 43, 61, 72, 75, 85, 87 and 91.^[5] From 1918 to 1947, all seven of these missing elements were discovered.^[6] By this time, the first four transuranium elements had also been discovered, so that the periodic table was complete with no gaps as far as curium (Z = 96).

The proton and the idea of nuclear electrons[edit]

In 1915, the reason for nuclear charge being quantized in units of Z, which were now recognized to be the same as the element number, was not understood. An old idea called Prout’s hypothesis had postulated that the elements were all made of residues (or «protyles») of the lightest element hydrogen, which in the Bohr-Rutherford model had a single electron and a nuclear charge of one. However, as early as 1907, Rutherford and Thomas Royds had shown that alpha particles, which had a charge of +2, were the nuclei of helium atoms, which had a mass four times that of hydrogen, not two times. If Prout’s hypothesis were true, something had to be neutralizing some of the charge of the hydrogen nuclei present in the nuclei of heavier atoms.

In 1917, Rutherford succeeded in generating hydrogen nuclei from a nuclear reaction between alpha particles and nitrogen gas,^[7] and believed he had proven Prout’s law. He called the new heavy nuclear particles protons in 1920 (alternate names being proutons and protyles). It had been immediately apparent from the work of Moseley that the nuclei of heavy atoms have more than twice as much mass as would be expected from their being made of hydrogen nuclei, and thus there was required a hypothesis for the neutralization of the extra protons presumed present in all heavy nuclei. A helium nucleus was presumed to be composed of four protons plus two «nuclear electrons» (electrons bound inside the nucleus) to cancel two of the charges. At the other end of the periodic table, a nucleus of gold with a mass 197 times that of hydrogen was thought to contain 118 nuclear electrons in the nucleus to give it a residual charge of +79, consistent with its atomic number.

The discovery of the neutron makes Z the proton number[edit]

All consideration of nuclear electrons ended with James Chadwick’s discovery of the neutron in 1932. An atom of gold now was seen as containing 118 neutrons rather than 118 nuclear electrons, and its positive nuclear charge now was realized to come entirely from a content of 79 protons. Since Moseley had previously shown that the atomic number Z of an element equals this positive charge, it was now clear that Z is identical to the number of protons of its nuclei.

Chemical properties[edit]

Each element has a specific set of chemical properties as a consequence of the number of electrons present in the neutral atom, which is Z (the atomic number). The configuration of these electrons follows from the principles of quantum mechanics. The number of electrons in each element’s electron shells, particularly the outermost valence shell, is the primary factor in determining its chemical bonding behavior. Hence, it is the atomic number alone that determines the chemical properties of an element; and it is for this reason that an element can be defined as consisting of any mixture of atoms with a given atomic number.

New elements[edit]

The quest for new elements is usually described using atomic numbers. As of 2023, all elements with atomic numbers 1 to 118 have been observed. Synthesis of new elements is accomplished by bombarding target atoms of heavy elements with ions, such that the sum of the atomic numbers of the target and ion elements equals the atomic number of the element being created. In general, the half-life of a nuclide becomes shorter as atomic number increases,^{[citation needed]} though undiscovered nuclides with certain «magic» numbers of protons and neutrons may have relatively longer half-lives and comprise an island of stability.

A hypothetical element composed only of neutrons has also been proposed and would have atomic number 0.

See also[edit]

• Atomic theory
• Chemical element
• Effective atomic number (disambiguation)
• Even and odd atomic nuclei
• Exotic atom
• History of the periodic table
• List of elements by atomic number
• Mass number
• Neutron number
• Neutron–proton ratio
• Prout’s hypothesis

References[edit]

Об этой статье

Была ли эта статья полезной?

Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) — табличное отображение химических элементов, классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда их атомного ядра. Это графическая формулировка периодического закона, открытого русским учёным Д. И. Менделеевым в 1869 году, который гласит, что свойства химических элементов проявляют периодическую зависимость от их атомного веса (в современных терминах, от атомной массы).

Первая периодическая таблица, получившая всеобщее признание, была разработана русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 и приведена к традиционному графическому виду в 1871 году. В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, которая разделена на четыре примерно прямоугольные области, называемые блоками. Строки таблицы называются периодами, а столбцы называются группами. Элементы из одной и той же группы столбцов периодической таблицы имеют сходные химические характеристики.

История

В середине XIX века многие ученые пытались найти и выстроить некие закономерности среди открытых к тому времени 63 химических элементов.

В 1829 году Иоганном Дёберейнером был опубликован «закон триад», который гласил, что атомная масса многих элементов приблизительно равна среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному элементу по химическим свойствам. Так например, хлор, бром и йод образовали триаду; также как кальций, стронций и барий; литий, натрий и калий; и сера, селен и теллур.

В 1862 году Александр Эмиль Шанкуртуа решил расположить элементы в порядке возрастания атомных весов, разместив элементы на винтовой линии. Он отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Так был создана модель «Земная спираль».

В 1864 году появилась таблица немецкого химика Юлиуса Лотара Мейера, разделенная на 6 столбцов, в которых располагались 28 элементов согласно их валентности.

В 1866 году английский химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс описал «закон октав», сопоставив химические свойства элементов с их атомными массами. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом, то есть как будто бы восьмой по порядку элемент повторяет свойства первого, как в музыке восьмая нота повторяет первую.

Окончательный прорыв был сделан русским химиком Дмитрием Менделеевым. 17 февраля 1869 года (1 марта 1869 года по григорианскому календарю), и Периодическая система химических элементов получила название «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» ^[1] . Менделеев начал упорядочивать элементы и сравнивать их по их атомным весам. Он расставил элементы по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами периодов современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих групп). Менделеев в своей таблице оставил несколько свободных мест и предсказал ряд фундаментальных свойств ещё не открытых элементов и само их существование, а также свойства их соединений (экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец — соответственно, скандий, галлий, германий, технеций).

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, их свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото — на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было в том, что основой для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеев предпринял 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.

В 1871 году Менделеев опубликовал длинную статью в «Основах химии» (ч. 2, вып. 2), включающую обновленную форму своей таблицы, в которой были изложены его предсказания для неизвестных элементов. Эта таблица имела более привычный нам вид: горизонтальные ряды сходных элементов превратились в восемь вертикально расположенные группы; 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.

В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу электронов, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента определяет его химические свойства. Заряд ядра, который соответствует номеру элемента в периодической системе, по праву назван числом Менделеева.

Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались всё новые и новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы.

В 2010 году с синтезом 118 элемента седьмой период периодической системы был завершён. Также есть ряд гипотетических элементов (с номерами от 119 до 126), которым присвоено временное систематическое название: Унуненний, Унбинилий, Унбиуний, Унбибий, Унбитрий, Унбиквадий, Унбипентий, Унбигексий. Предпринимались попытки получить некоторые из этих элементов (кроме 123 и 125), однако они успехом не увенчались. Проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии^[2].

Структура

Наиболее распространёнными являются три формы таблицы Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная».

В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. Такая расширенная периодическая таблица элементов была предложена в 1970 году Теодором Сиборгом. В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. Водород помещён в 17-ю группу таблицы. Такой вариант утверждён Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) в качестве основного.

                             «Сверхдлинный» вариант таблицы Менделеева

В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по две строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток. Водород помещён в 7-ю группу таблицы. Короткая форма таблицы была официально отменена ИЮПАК в 1989 году, но ее продолжают иногда использовать.

Существует несколько сотен вариантов таблицы, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных, способов графического отображения Периодического закона. Например, Нильс Бор разрабатывал лестничную (пирамидальную) форму периодической системы. Многие учёные до сих пор предлагают всё новые варианты таблицы^{[3] [4]}.

Группы

Группа, или семейство — одна из колонок периодической таблицы. Для групп, как правило, характерны более выраженные периодические тенденции, нежели для периодов или блоков. Современные квантово-механические теории атомной структуры объясняют групповую общность тем, что элементы в пределах одной группы обыкновенно имеют одинаковые электронные конфигурации на их валентных оболочках. Соответственно, элементы, которые принадлежат к одной и той же группе, традиционно располагают схожими химическими особенностями и демонстрируют явную закономерность в изменении свойств по мере увеличения атомного числа. Впрочем, в некоторых областях таблицы, например, в d-блоке и f-блоке, горизонтальные сходства могут быть столь же важны или даже более заметно выражены, нежели вертикальные. ^{[5] [6] [7] [8]}

В соответствии с международной системой именования группам присваиваются номера от 1-го до 18-го в направлении слева направо — от щелочных металлов к благородным газам. Ранее для их идентификации использовались римские цифры.

Изменение свойств элементов в зависимости от положения в периодической таблице Менделеева. Стрелки указывают на повышение

Некоторым из этих групп были присвоены тривиальные, несистематические названия (например, «щёлочноземельные металлы», «галогены» и т. п.); впрочем, некоторые из них используются редко. Группы с третьей по четырнадцатую включительно такими именами не располагают, и их идентифицируют либо по номеру, либо по наименованию первого представителя («титановая», «кобальтовая» и так далее), поскольку они демонстрируют меньшую степень сходства между собой или меньшее соответствие вертикальным закономерностям.

Изменение свойств элементов в зависимости от положения в периодической таблице Менделеева. Стрелки указывают на повышение

Элементы, относящиеся к одной группе, как правило, демонстрируют определённые тенденции по атомному радиусу, энергии ионизации и электроотрицательности. По направлению сверху вниз в рамках группы радиус атома возрастает (чем больше у него заполненных энергетических уровней, тем дальше от ядра располагаются валентные электроны), а энергия ионизации снижается (связи в атоме ослабевают, и, следовательно, изъять электрон становится проще), равно как и электроотрицательность (что, в свою очередь, также обусловлено возрастанием дистанции между валентными электронами и ядром). Случаются, впрочем, и исключения из этих закономерностей — к примеру, в группе 11 по направлению сверху вниз электроотрицательность возрастает, а не убывает.

Периоды

Период — строка периодической таблицы. Хотя для групп, как уже говорилось выше, характерны более существенные тенденции и закономерности, есть также области, где горизонтальное направление более значимо и показательно, нежели вертикальное — например, это касается f-блока, где лантаноиды и актиноиды образуют две важные горизонтальные последовательности элементов.

В рамках периода элементы демонстрируют определённые закономерности во всех трёх названных выше аспектах (атомный радиус, энергия ионизации и электроотрицательность), а также в энергии сродства к электрону. В направлении «слева направо» атомный радиус обычно сокращается (в силу того, что у каждого последующего элемента увеличивается количество заряженных частиц, и электроны притягиваются ближе к ядру), ^[9] и параллельно с ним возрастает энергия ионизации (чем сильнее связь в атоме, тем больше энергии требуется на изъятие электрона). Соответствующим образом увеличивается и электроотрицательность. Что касается энергии сродства к электрону, то металлы в левой части таблицы характеризуются меньшим значением этого показателя, а неметаллы в правой – большим (за исключением благородных газов). ^[10]

Блоки                                                                                                     

Из-за значимости внешней электронной оболочки атома различные области периодической таблицы иногда описываются как блоки, именуемые в соответствии с тем, на какой оболочке находится последний электрон.

• s-блок включает первые две группы, то есть щелочные и щёлочноземельные металлы, а также водород и гелий;     
• p-блок состоит из последних шести групп (с 13-й по 18-ю,  согласно стандарту именования ИЮПАК) и включает, помимо других элементов, все металлоиды;
• d-блок — это группы с 3-й по 12-ю (ИЮПАК), в которые входят все переходные металлы;
• f-блок, выносимый обычно за пределы таблицы, состоит из лантаноидов и актиноидов^[11].

Другие периодические закономерности

Помимо перечисленных выше, периодическому закону соответствуют и некоторые другие характеристики элементов:

Электронная конфигурация. Организация электронов демонстрирует определённый повторяющийся периодический образец. Электроны занимают последовательность оболочек, которые идентифицируются числами (оболочка 1, оболочка 2 и т. д.), а те, в свою очередь, состоят из подуровней s, p, d, f и g. По мере увеличения атомного числа электроны постепенно заполняют эти оболочки; каждый раз, когда электрон впервые занимает новую оболочку, начинается новый период в таблице. Сходства в электронной конфигурации обусловливают подобие свойств элементов (наблюдение за которыми, собственно, и привело к открытию периодического закона). ^[12][13]

Металличность/неметалличность. По мере снижения показателей энергии ионизации, электроотрицательности и энергии сродства к электрону элементы приобретают черты, характерные для металлов, а по мере их возрастания — напротив, для неметаллов. В соответствии с закономерностями для упомянутых характеристик, наиболее ярко выраженные металлы располагаются в начале периода, а неметаллы — в его конце. В группах, напротив, по мере движения сверху вниз металлические свойства усиливаются, хотя и с некоторыми исключениями из общего правила. Сочетание горизонтальных и вертикальных закономерностей придаёт условной разделительной линии между металлами и неметаллами ступенчатый вид; расположенные вдоль этой линии элементы иногда определяются как металлоиды.

Значение

Периодическая система Д. И. Менделеева стала важнейшей вехой в развитии атомно-молекулярного учения. Благодаря ей было предсказано существование неизвестных науке химических элементов, установлено их положение относительно известных в таблице и их свойства. Позже многие элементы были обнаружены и встали на те места, которые предсказал Менделеев в своей таблице. ^[14]

Благодаря ей сложилось современное понятие о химическом элементе, были уточнены представления о простых веществах и соединениях.

Прогнозирующая роль периодической системы, показанная ещё самим Менделеевым, в XX веке проявилась в оценке химических свойств трансурановых элементов.

Появление периодической системы и открытие периодического закона открыло новую, подлинно научную эру в истории химии и ряде смежных наук — взамен разрозненных сведений об элементах и соединениях. Д. И. Менделеевым и его последователями создана стройная система, на основе которой стало возможным обобщать, делать выводы, предвидеть.

Примечания

1. Периодическая система элементов / Д. Н. Трифонов // Большая Советская Энциклопедия / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская Энциклопедия, 1975. — Т. 19 : Отоми — Пластырь. — С. 413—417
2. Professor Witek Nazarewicz. Researchers Explore Limits of the Periodic Table of Elements. Sci-News.com (20 июня 2018)
3. Трифонов Д. Н. Структура и границы периодической системы. — М.: Атомиздат, 1969. — 271 с.
4. Химики предложили улучшить таблицу Менделеева. Lenta.Ru (7 октября 2009).
5. Messler, R. W. The essence of materials for engineers (англ.). — Sudbury, MA: Jones & Bartlett Publishers  (англ.)рус., 2010. — P. 32. — ISBN 0763778338.
6. Bagnall, K. W. (1967), Recent advances in actinide and lanthanide chemistry, in Fields, PR & Moeller, T, Advances in chemistry, Lanthanide/Actinide chemistry, vol. 71, American Chemical Society, с. 1–12
7. Day M. C., Selbin J. Theoretical inorganic chemistry (англ.). — 2nd. — New York, MA: Reinhold Book Corporation, 1969. — P. 103. — ISBN 0763778338
8. Holman J., Hill G. C. Chemistry in context (англ.). — 5th. — Walton-on-Thames: Nelson Thornes, 2000. — P. 40. — ISBN 0174482760.
9. Mascetta, Joseph. Chemistry The Easy Way. — 4th. — New York: Hauppauge, 2003. — С. 50. — ISBN 978-0-7641-1978-1.
10. Kotz, John; Treichel, Paul; Townsend, John. Chemistry and Chemical Reactivity, Volume 2 (англ.). — 7th. — Belmont: Thomson Brooks/Cole, 2009. — P. 324. — ISBN 978-0-495-38712-1.
11. Jones, Chris. d- and f-block chemistry. — New York: J. Wiley & Sons, 2002. — С. 2. — ISBN 978-0-471-22476-1.
12. Chang, Raymond. Chemistry. — 7. — New York: McGraw-Hill Education, 2002. — С. 289—310; 340—42. — ISBN 0-07-112072-6.
13. Yoder, C. H.; Suydam, F. H.; Snavely, F. A. Chemistry. — 2nd. — Harcourt Brace Jovanovich  (англ.)рус., 1975. — С. 58. — ISBN 0-15-506465-7.
14. Крицман В. А., Станцо В. В., Энциклопедический словарь юного химика, 1990, с. 180.

Литература

• Менделеев Д. И., —. Периодическая законность химических элементов // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Евдокимов Ю., кандидат химич. наук. К истории периодического закона. Наука и жизнь, № 5 (2009), С. 12-15.
• Агафошин Н. П. Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева. — М.: Просвещение, 1973. — 208 с.
• Дружинин П.А. Загадка «Таблицы Менделеева»: История публикации открытия Д.И. Менделеевым Периодического закона. — Москва: Новое Литературное Обозрение, 2019. — 164 с. — ISBN 978-5-4448-0976-1.
• Eric R. Scerri. The Periodic Table: Its Story and Its Significance. — N. Y.: Oxford University Press, 2007. — 368 с. — ISBN 978-0-19-530573-9.
• Крицман В. А., Станцо В. В. Энциклопедический словарь юного химика / Ведущий редактор Минина Т. П. — 2-е изд., испр. — М.: Педагогика, 1990. — 320 с. — (ЭС). — ISBN 5-7155-0292-6.
• Макареня А. А., Трифонов Д. Н. Периодический закон Д. И. Менделеева. — М.: Просвещение, 1969. — 160 с.
• 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.

АТОМНЫЙ НОМЕР

Вас смущают все числа в периодической таблице? Вот что они означают и где найти важные элементы.

Атомный номер элемента

Один номер, который вы найдете на во всех периодических таблицах есть атомный номер для каждого элемента. Это количество протонов в элементе, которое определяет его идентичность.

Как его идентифицировать: Не существует ‘ • стандартный макет ячейки элемента, поэтому вам необходимо определить расположение каждого важного числа для конкретной таблицы. Атомный номер прост, потому что это целое число, которое увеличивается при перемещении слева направо по таблице. Самый низкий атомный номер – 1 (водород), а самый высокий атомный номер – 118.

Примеры: Атомный номер первого элемента, водорода, равно 1. Атомный номер меди равен 29.

Атомная масса или атомная масса элемента

Большинство периодических таблиц включают значение атомной массы (также называемой атомным весом) на плитке каждого элемента. Для одного атома элемента это будет целое число, сложив вместе количество протонов, нейтронов и электронов для атома. Однако значение, указанное в периодической таблице, представляет собой среднее значение массы всех изотопов данного элемента. Хотя количество электронов не дает значительного увеличения массы атома, изотопы имеют разное количество нейтронов, которые влияют на массу.

Как для определения: Атомная масса – десятичное число. Количество значащих цифр варьируется от таблицы к таблице. Обычно значения перечисляются с двумя или четырьмя десятичными знаками. Кроме того, атомная масса время от времени пересчитывается, поэтому это значение может незначительно изменяться для элементов в последней таблице по сравнению с более старой версией.

Примеры. Атомная масса водорода равна 1,01 или 1,0079. Атомная масса никеля составляет 58,69 или 58,6934.

Группа элементов

Многие периодические таблицы перечисляют номера групп элементов, которые являются столбцы периодической таблицы. Элементы в группе имеют одинаковое количество валентных электронов и, таким образом, имеют много общих химических и физических свойств. Однако не всегда существовал стандартный метод нумерации групп, поэтому это может сбивать с толку при просмотре старых таблиц.

Как идентифицировать Это: номер группы элементов указан над верхним элементом каждого столбца. Значения группы элементов представляют собой целые числа от 1 до 18.

Примеры: Водород принадлежит к группе элементов 1. Бериллий – это первый элемент в группе 2. Гелий – первый элемент в группе 18.

Element Period

Строки периодического таблицы называются периодами. В большинстве периодических таблиц их не нумеруют, потому что они довольно очевидны, но в некоторых таблицах они есть.. Период указывает на самый высокий уровень энергии, достигнутый электронами атома элемента в основном состоянии.

Как это идентифицировать: Номера периодов расположены в левой части таблицы. Это простые целые числа.

Примеры: Строка, начинающаяся с водорода, равна 1. Строка, начинающаяся с лития, равна 2 .

Электронная конфигурация

Некоторые периодические таблицы перечисляют электронную конфигурацию атома элемента, обычно записанную в сокращенном виде как экономить место. В большинстве таблиц это значение отсутствует, поскольку оно занимает много места.

Как это определить: Это не простое число, но включает орбитали.

Примеры: Электронная конфигурация для водорода равна 1s ¹ .

Другая информация о Периодической таблице

Помимо чисел, в периодической таблице содержится и другая информация. Теперь, когда вы знаете, что означают числа, вы можете узнать, как прогнозировать периодичность свойств элемента и как использовать периодическую таблицу в расчетах.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА

Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории. Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная. Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.

На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом. Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу. Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме. Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.

В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.

Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).

The YouTube ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.

Периодический закон

Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.

Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.

Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).

Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.

Группы и периоды Периодической системы

Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.

Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.

Свойства таблицы Менделеева

Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

• усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
• возрастает атомный радиус;
• возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
• электроотрицательность падает.

Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇, RO₄, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).

Оксиды состава R₂O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇ проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH₄, RH₃, RH₂, RH.

Соединения RH₄ имеют нейтральный характер; RH₃ — слабоосновный; RH₂ — слабокислый; RH — сильнокислый характер.

Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:

• электроотрицательность возрастает;
• металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
• атомный радиус падает.

Элементы таблицы Менделеева

Щелочные и щелочноземельные элементы

К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию. Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами. По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.

Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды

Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы. Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов. Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.

Галогены и благородные газы

Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы. Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке. В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е. ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.

Переходные металлы

Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.

Металлоиды

Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.

Постпереходными металлами

Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску. В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке. Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.

Неметаллы

Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).

А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.

Отлично, первый шаг на пути к знаниям сделан. Теперь вы более-менее ориентируетесь в таблице Менделеева и это вам очень даже пригодится, ведь Периодическая система Менделеева является фундаментом, на котором стоит эта удивительная наука.