Периодическая система д.И. Менде­леева

Фундаментальные принципы систематизации элементов создал Д.И. Менделеев в марте 1869 г. Авторская формулировка периодического закона следующая: "Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов". Но Менделеев лучше своих современников понимал, что основополагающей характеристикой элементов является не атомная масса, а какое-то более важное внутреннее свойство атома. Этим можно объяснить распределение химических элементов в периодической системе с нарушением последовательности увеличения атомных масс (Ar – K, Co – Ni, Te – I). После открытия электрона и разработки теории строения ядра атома голландский физик А. Ван ден Брук в 1911 г. высказал предположение, что заряд атома того или иного элемента равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение в работах физика Г. Мозли, который установил, что порядковые номера элементов действительно соответствуют значениям ядерных зарядов их атомов. В настоящее время периодический закон формулируется следующим образом: "Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов". Периодический закон, как известно, имел и имеет "предсказательную" силу. Менделеев предсказал неизвестные тогда элементы и их свойства: галлий (Ga – "экаалюминий"), скандий (Sc – "экабор") и германий (Ge – "экасилиций"), и неизвестные тогда аналоги цезия – франций, бария – радий, тантала – протактиний и другие элементы.

Формы периодической таблицы Менделеев предложил несколько способов построения периодической таблицы. Первым был "вертикальный вариант", где периоды располагались в виде вертикальных столбцов. В 1871 г. Менделеев заменил вертикальный вариант таблицы "горизонтальным" вариантом, так называемой короткой формой. Первый период ("предварительный") и два малых периода в короткой форме периодической системы занимают по одной горизонтальной строке, а большие периоды –по две строки. В наши дни принцип короткой формы является наиболее употребительным, но используется и "длинная" форма таблицы, также предложенная самим Менделеевым. В длинной форме большие периоды так же, как и малые, занимают только одну горизонтальную строку. В средней части строк больших периодов располагаются так называемые переходные элементы, а непереходные элементы разорваны на две группы и размещаются слева и справа от переходных. В последнем прижизненном издании "Основ химии" Менделеева им приведена как наиболее удобная для химиков короткая форма, отличающаяся от современных вариантов таблиц главным образом тем, что в ней было еще много пустых клеток, которые позже были заполнены вновь открытыми элементами.

Структура периодической системы. Расположение химических элементов в периодической системе отражается в виде горизонтальных и вертикальных рядов; периодов и групп.Период – последовательный ряд элементов, в атомах которых происходит заполнение одинакового числа квантовых слоев. При этом номер периода элемента совпадает со значением главного квантового числа n внешнего слоя. Элементы в периодах делятся на семейства: s-элементы, p-элементы, d-элементы и f-элементы. Если главное квантовое число определяет положение элемента в периоде, то сочетание l, m, s – квантовых чисел определяет положение элемента в соответствующей группе периодической системы. В соответствии с максимальным числом электронов на внешнем слое элементы периодической системы подразделены на восемь групп. Подразделение на группы производится по числу валентных электронов. Положение в группах s- и p-элементов определяется числом электронов внешнего слоя; фосфор (3s²3p³) имеет на внешнем слое 5 электронов и относится к пятой группе, аргон (3s²3p⁶) – к восьмой группе. Положение в группах d-элементов обусловливается общим числом валентных s-электронов и d-электронов предвнешнего слоя. По этому признаку первые шесть элементов каждого семейства d-элементов располагаются в одной из соответствующих групп: Sc (3d¹4s²) – в третьей группе, Mn (3d⁵4s²) – в седьмой группе. Цинк, у которого предвнешний слой завершен и валентными являются 4s²-электроны, относится ко второй группе. По наличию на внешнем слое лишь одного электрона за счет "провала" одного из s-электронов в d-подуровень Cu (3d¹⁰4s²), Ag (4d¹⁰5s¹), Au (5d¹⁰6s¹) относят к первой группе. Co (3d⁷4s²), Ni (3d⁸4s²), Rh (4d⁸5s¹), Pd (4d¹⁰), Ir (5d⁷6s²), Pt (5d⁹6s¹) оказываются вне групп периодической системы. Их вместе с Fe, Ru, и Os обычно помещают в восьмую группу. В соответствии с особенностями электронных структур 4f-элементы и 5f-элементы помещают в третью группу. Элементы групп делятся на подгруппы: s- и p-элементы составляют главную, а d-элементы – побочную подгруппы. Все свойства элементов, определяемые структурой валентных квантовых слоев, закономерно изменяются по периодам и группам системы. При этом, поскольку в ряду элементов-аналогов электронные структуры сходны, но не тождественны, то при переходе от одного элемента к другому в группах и подгруппах наблюдается не простое повторение свойств, а их более или менее отчетливо выраженное закономерное изменение.