Periodická tabulka chemických prvků ( Mendělejevova tabulka ) je klasifikace chemických prvků , která stanoví závislost různých vlastností prvků na náboji jejich atomového jádra . Systém je grafickým vyjádřením periodického zákona , objeveného ruským vědcem D. I. Mendělejevem v roce 1869 a stanovujícího závislost vlastností prvků na jejich atomové hmotnosti (moderně řečeno na atomové hmotnosti ).
Původní verzi vyvinul D. I. Mendělejev v roce 1869 a do tradiční grafické podoby ji přivedl v roce 1871. Celkem bylo navrženo několik stovek [1] variant zobrazení periodického systému (analytické křivky, tabulky, geometrické obrazce atd.). V moderní verzi systému se předpokládá redukce prvků do dvourozměrné tabulky, ve které každý sloupec ( skupina ) určuje hlavní fyzikální a chemické vlastnosti a řádky představují periody , které jsou si navzájem podobné. určité míře.
Do poloviny 19. století bylo objeveno 63 chemických prvků a pokusy o nalezení vzorů v tomto souboru byly činěny opakovaně. V roce 1829 Johann Döbereiner publikoval „zákon triád“, který našel: atomová hmotnost mnoha prvků se přibližně rovná aritmetickému průměru dvou dalších prvků, které jsou svými chemickými vlastnostmi blízké originálu ( stroncium , vápník a baryum ; chlór brom a jod atd .). První pokus uspořádat prvky ve vzestupném pořadí atomových hmotností provedl Alexandre Emile Chancourtois (1862), který vytvořil „telurový šroub“ umístěním prvků na šroubovici a zaznamenal časté cyklické opakování chemických vlastností podél vertikály. Tyto modely nepřitahovaly pozornost vědecké komunity.
V roce 1866 chemik a hudebník John Alexander Newlands navrhl vlastní verzi periodického systému , jehož model („zákon oktáv“) vypadal trochu jako Mendělejevův, ale byl kompromitován neustálými pokusy autora nalézt mystickou hudební harmonii v stůl. Ve stejném desetiletí bylo provedeno několik dalších pokusů o systematizaci chemických prvků a Julius Lothar Meyer (1864) se nejvíce přiblížil konečné verzi . Hlavní rozdíl mezi jeho modelem byl však v tom, že periodicita byla založena na valenci , která není jedinečná a konstantní pro jediný prvek, a proto taková tabulka nemohla tvrdit, že je úplným popisem fyziky prvků a neodrážela periodický zákon.
Podle legendy přišla myšlenka na systém chemických prvků k Mendělejevovi ve snu, ale je známo, že jednou na otázku, jak objevil periodický systém, vědec odpověděl: „Přemýšlel jsem o tom už dlouho. možná dvacet let, ale myslíte si: Seděl jsem a najednou… hotovo“ [2] .
Po zapsání hlavních vlastností každého prvku na karty (v té době jich bylo známo 63, z nichž jeden - didymium Di - se později ukázal jako směs dvou nově objevených prvků praseodym a neodym ), začíná Mendělejev tyto prvky přeskupovat. karty mnohokrát, sestavte z nich řady s podobnými prvky vlastností, spojte řady jedna s druhou [3] .
V důsledku tohoto „chemického solitéru“ byla 17. února (1. března 1869) dokončena vůbec první integrální verze Periodické tabulky chemických prvků, která se jmenovala „Pokus se soustavou prvků na základě jejich atomové hmotnosti“ . a chemická podobnost“ [4] , ve kterém byly prvky uspořádány do devatenácti horizontálních řad (řady podobných prvků, které se staly prototypy období moderního systému) a šesti vertikálních sloupců (prototypy budoucích skupin ). Toto datum označuje objev periodického zákona Mendělejevem , ale správnější je považovat toto datum za začátek objevu.
Podle konečné chronologie prvních publikací Periodické tabulky [5] , byla Tabulka poprvé publikována 14. – 15. března (26. – 27. března 1869) v 1. vydání Mendělejevovy učebnice „Základy chemie“ (1. díl , vydání 2). A poté, když si během dvoutýdenní cesty po provinciích uvědomil velký význam svého objevu, Mendělejev, po návratu do St. pro zaslání poštou "mnoha chemikům". Později, začátkem května 1869, byla publikována „Zkušenost systému prvků“ s chemickým zdůvodněním v Mendělejevově programovém článku „Vztah vlastností s atomovou hmotností prvků“ [6] (Journal of the Russian Chemical Society ).
V Evropě se periodická tabulka stala známou v dubnu 1869: první publikace periodické tabulky v mezinárodním tisku, podle přesné chronologie [5] , byla zveřejněna 5. dubna (17. dubna) 1869 v Leipzig „Journal of Praktická chemie“ [7] a stal se majetkem světové vědy.
A teprve po více než šesti měsících, v prosinci 1869, vyšla práce německého chemika Meyera, který změnil názor ve prospěch práva D.I.“. Tento závěr je však tendenční: L. Meyer ve svém výzkumu nepřekročil uspořádání části (28 z 63) tehdy objevených prvků do souvislé řady a periodický zákon vůbec neformuloval, zatímco D. I. Mendělejev ponechal několik volných míst a předpověděl řadu základních vlastností dosud neobjevených prvků a jejich samotnou existenci, stejně jako vlastnosti jejich sloučenin (ekabor, ekahliník, ekasilicium, ekamangan - resp. skandium , gallium , germanium , technecium ). Některé prvky, jmenovitě berylium , indium , uran , thorium , cer , titan , yttrium , měly v době Mendělejevovy práce na Periodickém zákoně nesprávně stanovenou atomovou hmotnost, a proto Mendělejev opravil jejich atomové hmotnosti na základě zákona, který objevil. To nedokázal ani Debereiner, ani Meyer, ani Newlands, ani de Chancourtua.
V roce 1871 publikuje Mendělejev v „Základech chemie“ (část 2, číslo 2) druhou verzi periodické tabulky ( „Přirozený systém prvků“ ), která má známější formu: vodorovné sloupce[ objasnit ] analogové prvky se změnily na osm vertikálně uspořádaných skupin; šest svislých sloupců první varianty se stalo obdobími začínajícími alkalickým kovem a končícími halogenem . Každé období bylo rozděleno do dvou řad; prvky různých řádků obsažené ve skupině tvořily podskupiny.
Podstatou Mendělejevova objevu bylo, že s nárůstem atomové hmotnosti chemických prvků se jejich vlastnosti nemění monotónně, ale periodicky. Po určitém počtu prvků různých vlastností, uspořádaných vzestupně podle atomové hmotnosti, se jejich vlastnosti začnou opakovat. Například sodík je podobný draslíku , fluor je podobný chlóru a zlato je podobné stříbru a mědi . Vlastnosti se samozřejmě přesně neopakují a přidávají se k nim změny. Rozdíl mezi dílem Mendělejeva a pracemi jeho předchůdců byl v tom, že základem klasifikace prvků u Mendělejeva nebyl jeden, ale dva - atomová hmotnost a chemická podobnost. Aby byla periodicita plně dodržena, Mendělejev podnikl velmi odvážné kroky: opravil atomové hmotnosti některých prvků (například berylia , india , uranu , thoria , ceru , titanu , yttria ), umístil několik prvků do svého systému naopak k tehdy přijímaným představám o jejich podobnosti s jinými (například thalium , považované za alkalický kov, zařadil do třetí skupiny podle jeho skutečné maximální valence ), ponechal v tabulce prázdné buňky, kde prvky, které ještě nebyly měl být umístěn. V roce 1871 na základě těchto prací Mendělejev formuloval Periodický zákon , jehož forma se postupem času poněkud zlepšila.
Vědecká spolehlivost Periodického zákona byla potvrzena velmi brzy: v letech 1875-1886 bylo objeveno gallium (ekahliník), skandium (ekabor) a germanium (ekasilikon), jejichž existenci na základě periodického systému Mendělejev předpověděl a popsal s ohromující přesnost řady jejich fyzikálních vlastností a chemických vlastností.
Na počátku 20. století, s objevem struktury atomu, bylo zjištěno, že periodicita změn vlastností prvků není určena atomovou hmotností, ale jaderným nábojem , rovným atomovému číslu . a počet elektronů, jejichž rozložení po elektronových obalech atomu prvku určuje jeho chemické vlastnosti. Náboj jádra, který odpovídá číslu prvku v periodické soustavě, se právem nazývá Mendělejevovým číslem .
Další rozvoj periodického systému je spojen s vyplňováním prázdných buněk tabulky, do kterých byly umístěny stále nové a nové prvky: vzácné plyny , přírodní a uměle získané radioaktivní prvky . V roce 2010 byla syntézou prvku 118 dokončena sedmá perioda periodického systému. Problém dolní hranice periodické tabulky zůstává jedním z nejdůležitějších v moderní teoretické chemii [8] .
V období od roku 2003 do roku 2009 IUPAC schválil 113. chemický prvek, který objevili specialisté z Japonského institutu přírodních věd „Riken“. 28. listopadu 2016 byl nový prvek pojmenován nihonium (Nh) [9] . Ve stejný den byly prvky 115 a 117 pojmenovány moscovium (Mc) a tennessin (Ts) [9] na základě návrhů JINR , Oak Ridge National Laboratory , Vanderbilt University a Livermore National Laboratory ve Spojených státech. Ve stejné době byl 118. prvek pojmenován oganesson (Og) [9] , na počest profesora Jurije Oganesjana , který přispěl ke studiu supertěžkých prvků. Název navrhl Společný ústav pro jaderný výzkum a Livermore National Laboratory [10] .
Nejběžnější jsou tři formy periodické tabulky: „ krátká “ (krátká perioda), „dlouhá“ (dlouhá perioda) a „extra dlouhá“. Ve verzi „extra-long“ zabírá každé období přesně jeden řádek. V "dlouhé" verzi jsou lanthanoidy a aktinidy odstraněny z obecné tabulky, takže je kompaktnější. V "krátké" formě zápisu navíc čtvrtá a další období zabírají 2 řádky; symboly prvků hlavní a vedlejší podskupiny jsou zarovnány vzhledem k různým okrajům buněk. Vodík je někdy umístěn v 7. ("krátká" forma) nebo 17. ("dlouhá" forma) skupině tabulky [11] [12] .
Níže je uvedena dlouhá verze (dlouhodobá forma), schválená Mezinárodní unií čisté a aplikované chemie (IUPAC) jako hlavní.
Skupina → Období ↓ |
jeden | 2 | 3 | čtyři | 5 | 6 | 7 | osm | 9 | deset | jedenáct | 12 | 13 | čtrnáct | patnáct | 16 | 17 | osmnáct |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
jeden | 1 H vodík |
2 Helium _ | ||||||||||||||||
2 | 3Li Lithium _ |
4 Buď Berylium |
5 B Bór |
6C uhlík _ |
7 N dusík |
8O kyslík _ |
9F fluor _ |
10 Ne Neon | ||||||||||
3 | 11 Na Sodík |
12 mg hořčíku |
13 Al hliník _ |
14Si Silicon _ |
15 P Fosfor |
16S Sulphur _ |
17Cl chlór _ |
18 Ar argon | ||||||||||
čtyři | 19K draslík _ |
20 Ca Vápník |
21 Sc Scandium |
22 Ti titan |
23V Vanad _ |
24Cr Chrome _ |
25 Mn mangan |
26 Fe Železo |
27Co kobalt _ |
28 Ni nikl |
29 Cu měď |
30 Zn Zinek |
31 Ga Gallium |
32 Ge Germanium |
33 Jako arsen |
34Se Selen _ |
35 Br brom |
36 kr Krypton |
5 | 37 Rb rubidium |
38 Sr Stroncium |
39 Y Yttrium |
40 Zr Zirkonium |
41 Nb niob |
42 Mo molybden |
43 Tc technecium |
44 Ru Ruthenium |
45 Rh Rhodium |
46 Pd Palladium |
Stříbro 47 Ag |
48 Cd kadmium |
49 V Indii |
50 Sn Cín |
51 Sb Antimon |
52 Te Tellurium |
53 I Jód |
54Xe xenon _ |
6 | 55 Cs Cesium |
56 Ba Baryum |
* | 72 Hf Hafnium |
73 Ta Tantal |
74 W Wolfram |
75 Re Rhenium |
76 Osmium _ |
77 Ir Iridium |
78 Pt platina |
79 zlatých _ |
80 Hg rtuti |
81 tl thalia |
82 Pb Olovo |
83 Bi vizmut |
84 Po Polonium |
85 V Astatinu |
86 Rn Radon |
7 | 87 Fr Francie |
88 Ra Radium |
** | 104 Rf Rutherfordium _ |
105 Db Dubnium |
106 Sg Seaborgium |
107 Bh Bory |
108 Hs Hassium |
109 Mt Meitnerium _ |
110 Ds Darmstadt _ |
111 Rg _ _ |
112 Cn Copernicium _ |
113 Nh Nihonium |
114 Fl Flerovium |
115 Mc Muscovy |
116 Lv Livermory _ |
117 Ts Tennessee |
118 Og Ohaneson |
Lanthanoidy * | 57 La Lantan |
58 Ce Cerium |
59 Pr Praseodym |
60 Nd neodym |
18:00 Promethium _ |
62 Sm Samaří |
63 Eu europium |
64 Gd Gadolinium _ |
65 TB Terbium |
66 Dy dysprosium _ |
67 Ho Holmium |
68 Erbium _ |
69 Tm Thulium |
70 Yb Ytterbium |
71 Lu Lutecium | |||
Aktinidy ** | 89 Ac Actinium |
Thorium 90 _ |
91 Pa Protaktinium _ |
92 U Uran |
93 Np Neptunium |
94 Pu plutonium |
95 Am Americium |
Curium 96 cm |
97 Bk Berkelium |
98 Cf California _ |
99 Es Einstein _ |
100 Fm Fermium |
101 Md Mendelevium _ |
102 Nobelium _ |
103 Lr Lawrencium _ |
Rodiny chemických prvků | |||
---|---|---|---|
alkalických kovů | Halogeny | ||
kovy alkalických zemin | vzácné plyny | ||
přechodné kovy | Lanthanoidy | ||
Post-přechodové kovy | aktinidy | ||
Polokovy - metaloidy | Superaktinidy | ||
Ostatní nekovy (16. (VI.) skupina - chalkogeny ) |
Existuje také řada hypotetických prvků (s čísly od 119 do 126), které dostaly dočasné systematické jméno : Ununennium , Unbinilium , Unbiunium , Unbibium , Unbitrium , Unbiquadium , Unbipentium , Unbihexium . Byly učiněny pokusy získat některé z těchto prvků (kromě 123 a 125), ale nebyly úspěšné.
Krátká forma tabulky obsahující osm skupin prvků [13] byla IUPAC oficiálně zrušena v roce 1989 . Navzdory doporučení používat dlouhou formu je krátká forma i nadále uváděna ve všech školních učebnicích chemie a ve všech školních učebnách chemie, ve velkém množství ruských referenčních knih a příruček po roce 1989 [14] . Z moderní zahraniční literatury je krátká forma zcela vyloučena a místo ní se používá dlouhá forma. Někteří badatelé tuto situaci spojují se zdánlivě racionální kompaktností krátké formy tabulky a také se setrvačností, stereotypním myšlením a nevnímáním moderních (mezinárodních) informací [15] .
V roce 1970 navrhl Theodor Seaborg rozšířenou periodickou tabulku prvků . Niels Bohr vyvinul žebříkovou (pyramidovou) formu periodického systému. Existuje mnoho dalších, zřídka nebo vůbec nepoužívaných, ale velmi originálních způsobů, jak graficky zobrazit periodický zákon [16] [17] . Dnes existuje několik stovek verzí tabulky, přičemž vědci nabízejí stále nové a nové verze [18] , včetně těch objemných [19] .
Skupina nebo rodina - jeden ze sloupců periodické tabulky. Skupiny se zpravidla vyznačují výraznějšími periodickými trendy než období nebo bloky. Moderní kvantově mechanické teorie atomové struktury vysvětlují skupinovou obecnost tím, že prvky ve stejné skupině mají obvykle na svých valenčních obalech stejné elektronické konfigurace [20] . V souladu s tím prvky, které patří do stejné skupiny, mají tradičně podobné chemické vlastnosti a vykazují jasný vzor v měnících se vlastnostech s rostoucím atomovým číslem [21] . V některých oblastech tabulky, jako je d-box a f-box , však mohou být horizontální podobnosti stejně důležité nebo dokonce výraznější než ty vertikální [22] [23] [24] .
V souladu s mezinárodním systémem pojmenování jsou skupinám přidělována čísla od 1 do 18 ve směru zleva doprava – od alkalických kovů po vzácné plyny [25] . Dříve se k jejich identifikaci používaly římské číslice . V americké praxi bylo za římskými číslicemi umístěno také písmeno A (pokud se skupina nacházela v bloku s nebo p-bloku ) nebo B (pokud byla skupina v bloku d ). Použité identifikátory pak odpovídají poslední číslici moderních číselných ukazatelů. Například prvky skupiny 4 odpovídaly názvu IVB a prvky, které jsou nyní známé jako skupina 14 - IVA. Obdobný systém byl používán v Evropě s tím rozdílem, že písmeno A označovalo skupiny do desáté včetně a B skupiny po desáté včetně. Skupiny 8, 9 a 10 byly navíc často považovány za jednu ternární skupinu s identifikátorem VIII. V roce 1988 vstoupila v platnost nová notace IUPAC a stará jména skupin se přestala používat [26] .
Některým z těchto skupin byla přidělena triviální, nesystematická jména (například „ kovy alkalických zemin “, „ halogeny “ atd.); některé z nich se však používají zřídka. Skupiny od třetího do čtrnáctého včetně nemají taková jména a jsou identifikovány buď číslem, nebo jménem prvního zástupce („ titan “, „ kobalt “ atd.), protože vykazují nižší stupeň podobnosti mezi sebou nebo menší korespondence s vertikálními vzory [25] .
Prvky patřící do stejné skupiny mají tendenci vykazovat určité trendy v atomovém poloměru , ionizační energii a elektronegativitě . Shora dolů v rámci skupiny se poloměr atomu zvětšuje (čím má více naplněných energetických hladin, tím dále od jádra jsou valenční elektrony ) a ionizační energie klesá (vazby v atomu slábnou, a proto je snazší odstranit elektron), stejně jako elektronegativita (která je zase způsobena zvětšením vzdálenosti mezi valenčními elektrony a jádrem) [27] . Existují však výjimky z těchto vzorců - například ve skupině 11 elektronegativita roste shora dolů a neklesá [28] .
Období je řádek v periodické tabulce. Přestože se skupiny, jak již bylo zmíněno výše, vyznačují výraznějšími trendy a vzory, jsou i oblasti, kde je horizontální směr výraznější a indikativnější než vertikální - jedná se například o f-blok, kde jsou lanthanoidy a aktinidy . tvoří dvě důležité horizontální sekvence prvků [29] .
Během období prvky vykazují určité vzory ve všech třech výše uvedených aspektech (atomový poloměr, ionizační energie a elektronegativita ), stejně jako v energii elektronové afinity . Ve směru „zleva doprava“ se atomový poloměr obvykle zmenšuje (vzhledem k tomu, že každý následující prvek má nárůst počtu nabitých částic a elektrony jsou přitahovány blíže k jádru [30] ) a paralelně s ionizační energie se zvyšuje (čím silnější je vazba v atomu, tím více energie je potřeba k odstranění elektronu). Odpovídajícím způsobem se také zvyšuje elektronegativita [27] . Pokud jde o energii elektronové afinity, kovy na levé straně tabulky se vyznačují nižší hodnotou tohoto ukazatele a nekovy na pravé straně větší, s výjimkou vzácných plynů [31 ] .
Vzhledem k důležitosti vnějšího elektronového obalu atomu jsou různé oblasti periodické tabulky někdy popisovány jako bloky, pojmenované podle toho, ve kterém obalu je poslední elektron [32] . S-blok zahrnuje první dvě skupiny , tj. alkalické kovy a kovy alkalických zemin, stejně jako vodík a helium ; P-blok se skládá z posledních šesti skupin (od 13. do 18. podle standardu pojmenování IUPAC nebo od IIIA do VIIIA - podle amerického systému) a zahrnuje mimo jiné všechny metaloidy . D-blok - to jsou skupiny od 3. do 12. (IUPAC), jsou také od IIIB do IIB (americký systém), které zahrnují všechny přechodné kovy . F-blok , který se obvykle vyjímá z tabulky, se skládá z lanthanoidů a aktinidů [33] .
Kromě těch, které jsou uvedeny výše, některé další charakteristiky prvků také odpovídají periodickému zákonu:
Periodický systém D. I. Mendělejeva se stal důležitým milníkem ve vývoji atomové a molekulární vědy. Díky ní byla předpovězena existence vědě neznámých chemických prvků, stanovena jejich poloha vůči těm, které jsou v tabulce známé, a jejich vlastnosti. Později bylo objeveno mnoho prvků, které se dostaly do míst, která předpověděl Mendělejev ve své tabulce [39] . Díky ní se vytvořila moderní koncepce chemického prvku , vyjasnily se představy o jednoduchých látkách a sloučeninách.
Prediktivní role periodického systému, kterou ukázal sám Mendělejev, se projevila ve 20. století při posuzování chemických vlastností transuraniových prvků .
Periodická tabulka, vyvinutá v 19. století jako součást vědy chemie , byla hotovou systematizací typů atomů pro nové části fyziky , které byly vyvinuty na počátku 20. století - atomová fyzika a jaderná fyzika . Při studiu atomu metodami fyziky bylo zjištěno, že pořadové číslo prvku v periodické tabulce ( atomové číslo , nazývané také Mendělejevovo číslo ), je mírou elektrického náboje atomového jádra tohoto prvku. prvek, číslo vodorovné řady (periody) v tabulce určuje počet elektronových obalů atomu a číslo svislé řady (skupiny) je kvantová struktura horního elektronového obalu, ke kterému prvky skupina vděčí za podobnost chemických vlastností.
Objevení periodického systému a objev periodického zákona otevřely novou, skutečně vědeckou éru v dějinách chemie a řady příbuzných věd – namísto rozptýlených informací o prvcích a sloučeninách vytvořil D. I. Mendělejev a jeho následovníci harmonický systém , na jejichž základě bylo možné zobecňovat, vyvozovat závěry, předvídat.
Rozhodnutím OSN byl rok 2019 vyhlášen Mezinárodním rokem periodické tabulky chemických prvků [40] .
Krátká verze, 1971 |
Krátká verze, 1995 |
Krátká verze, 2014 |
Krátká verze, 2017 |
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Periodická tabulka | |
---|---|
Formáty |
|
Seznam položek podle | |
Skupiny | |
Období | |
Rodiny chemických prvků |
|
Blok periodické tabulky | |
jiný | |
|