Періодична система хімічних елементів – це організація всіх відомих хімічних елементів у вигляді таблиці, в якій вони розташовані за зростанням атомних номерів та схожістю їх хімічних властивостей. Ця система була розроблена Дмитрієм Менделєєвим у 1869 році і відтоді була розширена та модифікована залежно від нових даних та відкриттів в хімії.
Загальна характеристика
Періодична система хімічних елементів складається з рядів (періодів) та стовпчиків (груп). Ряди розташовані горизонтально, і кожен ряд представляє новий енергетичний рівень, на якому розташовані електрони атомів елементів. Стовпчики розташовані вертикально і називаються групами або сім’ями. Елементи в одній групі мають схожі властивості, оскільки вони мають однакову кількість електронів у зовнішній оболонці.
В періодичній системі хімічних елементів відомо близько 118 елементів, з яких перші 94 є природними, а решта штучно створені. Кожен елемент представлений своїм хімічним символом (скороченням), наприклад, водень позначається “H”, оксиген – “O”, залізо – “Fe” та інші.
Групи в таблиці хімічних елементів
Групи хімічних елементів у періодичній системі визначаються їхніми хімічними властивостями та електронною конфігурацією. Зараз найбільш поширена система нумерації груп – це система нумерації ІУПАК (Міжнародний союз з чистої та прикладної хімії).
Група 1 періодичної системи елементів
Група 1 періодичної системи елементів відома як група лужних металів або група алкалійних металів.
Ця група включає наступні елементи:
- Літій (Li) – атомний номер 3
- Натрій (Na) – атомний номер 11
- Калій (K) – атомний номер 19
- Рубідій (Rb) – атомний номер 37
- Цезій (Cs) – атомний номер 55
- Францій (Fr) – атомний номер 87 (радіоактивний елемент)
Ці елементи мають схожі хімічні властивості. Вони є м’якими, металічними елементами з низькою щільністю і низькою температурою плавлення. У них є низька енергія іонізації, що робить їх хорошими металами для реакцій з іншими речовинами, зокрема з водою. Ці елементи також відомі своєю високою реактивністю, тому їх зазвичай зберігають у спеціальних умовах, щоб запобігти їх реакції з киснем або вологою в повітрі.
Група 2 періодичної системи елементів
Група 2 періодичної системи елементів відома як група лужноземельні метали.
Вона включає наступні елементи:
- Берилій (Be) – атомний номер 4
- Магній (Mg) – атомний номер 12
- Кальцій (Ca) – атомний номер 20
- Стронцій (Sr) – атомний номер 38
- Барій (Ba) – атомний номер 56
- Радій (Ra) – атомний номер 88 (радіоактивний елемент)
Лужноземельні метали також мають подібні хімічні властивості. Вони є металами з високою енергією іонізації, але порівняно з алкалійними металами мають більшу щільність та вищу температуру плавлення.
Група 3 періодичної системи елементів
Група 3 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Скандій (Sc) – атомний номер 21
- Ітрій (Y) – атомний номер 39
- Лантан (La) – атомний номер 57
- Церій (Ce) – атомний номер 58
- Празеодим (Pr) – атомний номер 59
- Неодим (Nd) – атомний номер 60
- Прометій (Pm) – атомний номер 61
- Самарій (Sm) – атомний номер 62
- Європій (Eu) – атомний номер 63
- Гадоліній (Gd) – атомний номер 64
- Тербій (Tb) – атомний номер 65
- Диспрозій (Dy) – атомний номер 66
- Гольмій (Ho) – атомний номер 67
- Ербій (Er) – атомний номер 68
- Тулій (Tm) – атомний номер 69
- Ітербій (Yb) – атомний номер 70
- Лютецій (Lu) – атомний номер 71
Ці елементи відомі як лантаноїди або лантаніди. Вони мають схожі хімічні властивості, зокрема подібну електронну конфігурацію та утворення стійких сполук. Лантаноїди є блочними елементами d-блоку періодичної системи.
Група 4 періодичної системи елементів
Група 4 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Титан (Ti) – атомний номер 22
- Цирконій (Zr) – атомний номер 40
- Гафній (Hf) – атомний номер 72
- Резерфордій (Rf) – атомним номером 104
Ці елементи належать до перехідних металів. Вони відомі своєю високою твердістю, стійкістю до корозії та високою температурою плавлення. Деякі з них, зокрема титан, мають низьку щільність і використовуються в аерокосмічній та авіаційній промисловості.
Група 5 періодичної системи елементів
Група 5 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Ванадій (V) – атомний номер 23
- Ніобій (Nb) – атомний номер 41
- Тантал (Ta) – атомний номер 73
- Дубній (Db) – атомний номер 105
Ці елементи також належать до перехідних металів. Вони відомі своєю високою міцністю, твердістю та стійкістю до корозії.
Ванадій використовується у виробництві сталі і інших сплавів, а також у катализаторах та електроніці. Ніобій і тантал мають властивості, що дозволяють їх використовувати у виробництві спеціальних сталей, твердих сплавів, суперпровідників та компонентів ядерних реакторів.
Група 6 періодичної системи елементів
Група 6 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Хром (Cr) – атомний номер 24
- Молібден (Mo) – атомний номер 42
- Вольфрам (W) – атомний номер 74
- Сиборгій (Sg) – атомний номер 106
Ці елементи також належать до перехідних металів. Вони відомі своєю високою твердістю, міцністю та стійкістю до корозії.
Група 7 періодичної системи елементів
Група 7 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Марганець (Mn) – атомний номер 25
- Технецій (Tc) – атомний номер 43
- Реній (Re) – атомний номер 75
- Борій (Bh) – атомний номер 107
Група 8 періодичної системи елементів
Група 8 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Залізо (Fe) – атомний номер 26
- Рутеній (Ru) – атомний номер 44
- Осмій (Os) – атомний номер 76
- Гасій (Hs) – атомний номер 108
Група 9 періодичної системи елементів
Група 9 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Кобальт (Co) – атомний номер 27
- Родій (Rh) – атомний номер 45
- Іридій (Ir) – атомний номер 77
- Мейтнерій (Mt) – атомний номер 109
Ці елементи також належать до перехідних металів. Вони мають різні властивості і застосування.
Група 10 періодичної системи елементів
Група 10 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Нікель (Ni) – атомний номер 28
- Паладій (Pd) – атомний номер 46
- Платина (Pt) – атомний номер 78
- Дармштадтій (Ds) – атомний номер 110
Група 11 періодичної системи елементів
Група 11 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Мідь (Cu) – атомний номер 29
- Срібло (Ag) – атомний номер 47
- Золото (Au) – атомний номер 79
- Рентгеній (Rg) – атомний номер 111.
Група 12 періодичної системи елементів
Група 12 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Цинк (Zn) – атомний номер 30
- Кадмій (Cd) – атомний номер 48
- Ртуть (Hg) – атомний номер 80
- Коперніцій (Cn) – атомний номер 112
Група 13 періодичної системи елементів
Група 13 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Бор (B) – атомний номер 5
- Алюміній (Al) – атомний номер 13
- Галій (Ga) – атомний номер 31
- Індій (In) – атомний номер 49
- Талій (Tl) – атомний номер 81
Група 14 періодичної системи елементі
Група 14 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Вуглець (C) – атомний номер 6
- Кремній (Si) – атомний номер 14
- Германій (Ge) – атомний номер 32
- Олово (Sn) – атомний номер 50
- Свинець (Pb) – атомний номер 82
- Флеровій (Fl) – атомний номер 114
Група 15 періодичної системи елементів
Група 15 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Азот (N) – атомний номер 7
- Фосфор (P) – атомний номер 15
- Арсен (As) – атомний номер 33
- Бісмут (Bi) – атомний номер 83
Група 16 періодичної системи елементів
Група 16 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Оксиген (O) – атомний номер 8
- Сірка (S) – атомний номер 16
- Селен (Se) – атомний номер 34
- Телур (Te) – атомний номер 52
- Полоній (Po) – атомний номер 84
- Ліверморій (Lv) – атомний номер 116
Група 17 періодичної системи елементів (Галогени)
Група 17 періодичної системи елементів включає наступні елементи:
- Флуор (F) – атомний номер 9
- Хлор (Cl) – атомний номер 17
- Бром (Br) – атомний номер 35
- Йод (I) – атомний номер 53
- Астат (At) – атомний номер 85
- Теннессин (Ts) – атомний номер 117
Група 18 періодичної системи елементів (Благородні гази)
Група 18 періодичної системи елементів, також відома як благородні гази або геліїди, включає наступні елементи:
- Гелій (He) – атомний номер 2
- Неон (Ne) – атомний номер 10
- Аргон (Ar) – атомний номер 18
- Криптон (Kr) – атомний номер 36
- Ксенон (Xe) – атомний номер 54
- Радон (Rn) – атомний номер 86
- Оганесон (Og) – атомний номер 118
Є найбільш стійкими та менш реактивними елементами у періодичній системі. Ці елементи мають повність зовнішньої оболонки електронів, що робить їх дуже стабільними.
Періоди в таблиці хімічних елементів
Періодична система складається з 7 періодів, позначених числами від 1 до 7. Перший період містить два елементи – водень (H) та гелій (He). Другий період містить вісім елементів, третій період – 8 елементів, і так далі. Кожен наступний період має більшу кількість елементів, оскільки кількість електронних оболонок у зростаючому порядку збільшується.
Наприклад, перший період містить тільки два елементи – водень та гелій. Другий період містить літій (Li), берилій (Be), бор (B), вуглець (C), азот (N), кисень (O), фтор (F) та неон (Ne). Третій період містить натрій (Na), магній (Mg), алюміній (Al), кремній (Si), фосфор (P), сірку (S), хлор (Cl) та аргон (Ar). І так далі для наступних періодів.
Періоди в періодичній системі відображають закономірності в будові атомів та їхніх електронних конфігураціях, що є важливими для розуміння хімічних властивостей та поведінки елементів.
Хімічні елементи
Порядковий номер
Порядковий номер хімічного елемента, також відомий як атомний номер, протонне число, що вказує на кількість протонів в ядрі атома цього елемента. В періодичній системі елементів порядковий номер розташовується біля символу елемента.
Наприклад, порядковий номер водню (H) дорівнює 1, що означає, що в ядрі атома водню є один протон. Порядковий номер гелію (He) дорівнює 2, що вказує на наявність двох протонів у ядрі атома гелію.
Електронна конфігурація
Електронна конфігурація описує, як електрони розподілені по енергетичних рівнях та підшарах в атомі. Вона записується за допомогою набору чисел та літер, які вказують на кількість електронів у кожному підшарі.
Відносна атомна маса
Відносна атомна маса елемента вказує на його масу в порівнянні з одну дванадцятитисячну масу атома вуглецю-12 (12C), яка має стандартну відносну атомну масу 12 одиниць. Відносна атомна маса не має одиниць виміру, оскільки вона є безрозмірною величиною.
Відносна атомна маса елемента визначається вагованим середнім масовим числом його ізотопів, які присутні в природі, з урахуванням їхньої відносної кількості.
Наприклад, для кисню (O) відносна атомна маса приблизно 16. Це означає, що середня маса атомів кисню в природі близько 16 разів більша за одну дванадцятитисячну масу атома вуглецю-12.
Історія відкриття
Періодична система хімічних елементів була розроблена Дмитрієм Менделєєвим у 1869 році. Протягом століть вчені відкривали нові елементи та досліджували їх властивості, що призвело до поступового розширення та модифікації періодичної системи. Ось кілька ключових моментів в історії відкриття елементів та розвитку періодичної системи:
- До розробки періодичної системи: Вже до розвитку періодичної системи було відомо кілька елементів. Наприклад, водень був відкритий в 1766 році Генрі Кавендішем, а кисень – у 1774 році Карлом Вілгельмом Шеле. У цей період було також відомо про елементи, такі як залізо, мідь, срібло та золото.
- Відкриття нових елементів: З розвитком науки було відкрито багато нових елементів. У 1807 році Джон Дальтон відкрив атомну теорію, що надала основу для подальшого розуміння складу речовини. У 1808 році Гамфрі Деві відкрив магній та алюміній. В 1828 році Фрідріх Вёллер отримав алюміній у вільному вигляді. У 1831 році Майкл Фарадей відкрив бром.
- Внесення внесків у розвиток періодичної системи: Дмитрій Менделєєв розробив першу версію періодичної системи в 1869 році. Він розташував елементи в порядку зростання атомних мас та знайшов закономірності у хімічних властивостях. Проте у той час було ще багато невідомих елементів.
- Відкриття нових рядів та блоків: Протягом наступних років вчені відкрили нові елементи, які знаходили своє місце в періодичній системі. Наприклад, у 1895 році Вільгельм Крокер відкрив ксенон, а в 1898 році Вільгельм Рамзай отримав аргон, неон та гелій. В 1913 році Генрі Моулсі відкрив ніобій та тактиній, а в 1937 році Марґеріт Пере отримала технецій.
- Синтез штучних елементів: Згодом вчені розпочали синтез штучних елементів, що розширило періодичну систему. У 1940 році група вчених під керівництвом Гленна Т. Сіборга відкрила технецій-99m, перший штучний елемент, який став користуватися широким застосуванням в медицині. Пізніше було синтезовано багато інших штучних елементів, таких як америцій, кюрій, берклій та інші.
Це лише деякі приклади відкриття та розвитку елементів у періодичній системі. Завдяки постійному дослідженню та розвитку науки, періодична система продовжує розширюватися і змінюватися, а нові елементи додаються з часом.
Періодична система хімічних елементів є важливим інструментом у хімії, оскільки вона дозволяє класифікувати елементи та прогнозувати їх хімічні та фізичні властивості. Вона також надає основу для розуміння взаємозв’язку між елементами та створення нових сполук і матеріалів.