Д.И.Менделеевтің периодтық заңы
Периодтық заңның ашылуына алып келген қажеттілік
XIX ғасырдың екінші жартысында алпыстан астам химиялық элемент ашылып, олардың және қосылыстарының қасиеттері кеңінен зерттелді. Жиналған мол деректерді бір жүйеге келтіру ғылым үшін аса маңызды міндетке айналды.
Элементтерді жүйелеу мәселесін орыстың ұлы ғалымы Д. И. Менделеев (1834–1907) шешті: ол 1869 жылы периодтық заңды ашып, 1871 жылы оның анықтамасын берді және осы заңға сүйеніп элементтердің периодтық жүйесін жасады.
Менделеевтің негізгі идеясы: атомдық масса және қасиеттердің қайталануы
Менделеев элементтерді жүйелеудің негізі ретінде олардың атомдық массаларын алды. Ол сол кезде белгілі элементтерді атомдық массаларының өсу ретімен орналастырып, белгілі бір элементтер санынан кейін қасиеттердің қайтадан қайталанатынын байқады.
Элемент қасиеттерінің өзгеруі мен олардың периодты түрде қайталануын литийден кальцийге дейінгі қатардан байқауға болады: элементтердің жоғары оксидтерінің формулалары да белгілі бір заңдылықпен өзгеріп отырады.
Мысал: қатар бойындағы заңдылық
Қатардың басынан соңына қарай атомдық масса өседі, сонымен бірге валенттілік пен оксидтердің типтері де жүйелі түрде өзгереді. Бұл — периодтылықтың тәжірибелік көрінісі.
Неге кейбір элементтер орын ауыстырды?
Периодтық жүйені құрастыруда Менделеев атомдық массаны ғана емес, элементтердің химиялық қасиеттерін де ескерді. Сондықтан кейбір жағдайларда кестеде элементтер атомдық массалардың қатаң өсу ретімен орналаспаған.
Теллур мен иод мысалы
Теллурдың атомдық массасы иодтан үлкен болса да, Менделеев теллурды иодтан бұрын орналастырды. Себебі теллурдың қасиеттері өзіне ұқсас элементтермен бір топта үйлесімді сәйкесетін.
Болжамдардың дәлелденуі: жаңа элементтердің ашылуы
Менделеев алдын ала болжаған бірқатар элементтер оның көзі тірісінде-ақ ашылды. Бұл периодтық заңның дұрыстығын ерекше сенімді түрде дәлелдеді.
Жаңа элементтердің ашылуы және олардың қасиеттерінің тәжірибе нәтижелерімен сәйкес келуі периодтық заңды дүниежүзі ғалымдарының мойындауына алып келді.
Менделеев периодтық заң әрі қарай жаңа мәліметтермен толықтырылып, дамуы тиіс екенін де атап көрсетті.
Периодтық жүйенің құрылымы: периодтар, қатарлар, топтар
Элементтердің периодтық жүйесі — Менделеевтің периодтық заңының графикалық көрінісі. Үлкен периодтар жұп және тақ қатарлардан тұрады; мұндай периодтарда қасиеттердің периодтылығы екі рет байқалады: алдымен жұп қатарда, кейін тақ қатарда қайталанады.
IV периодтағы мысал
IV периодтың жұп қатарында калийден марганецке дейін валенттілік 1-ден 7-ге дейін өседі. Одан кейін темір, кобальт, никельден соң мысқа ауысып, бромға дейін валенттілік қайтадан 1-ден 7-ге дейін өзгеру заңдылығын көрсетеді.
Осындай периодтық өзгерістер V және VI үлкен периодтарда да байқалады.
Топ ұғымы
Менделеев жүйесінде вертикаль бағытта орналасқан элементтердің сегіз тобы бар. Топ — оттекті қосылыстарындағы ең жоғары валенттілігі бірдей элементтердің жиынтығы. Топ нөмірі әдетте сол ең жоғары валенттілікті көрсетеді.
Мысалы, фтор VII топта тұрғанымен, қосылыстарында 7 валентті болмайды: фтор әдетте бір валентті.
Мыс, күміс, алтын I топта орналасса да, олардың ең жоғары валенттілігі 3-ке дейін жетеді.
VIII топта валенттігі 8 болатын элементтер ретінде көбіне осмий мен рутений аталады.
Негізгі және қосымша топшалар
Қасиеттері бойынша негізгі топша элементтері мен қосымша топша элементтері арасында елеулі айырмашылық бар. Мысалы, VII топтың негізгі топшасына бейметалдар (фтор, хлор, бром, иод, астат), ал қосымша топшасына металдар (марганец, технеций, рений) жатады.
Сол сияқты I топтың негізгі топшасына сілтілік, өте белсенді металдар (литий, натрий, калий, рубидий, цезий), ал қосымша топшасына химиялық белсенділігі төмендеу болатын мыс, күміс, алтын жатады.
Негізгі топшаларда жоғарыдан төмен қарай бейметалдық қасиет кеміп, металдық қасиет артады. Негізгі және қосымша топшаларды айыру үшін оларды кестеде бірін солға, екіншісін оңға ығыстыра орналастырады.
Сутекті қосылыстардың жалпы формулалары
IV, V, VI, VII топтардың негізгі топша элементтерінің көпшілігі сутекпен қосылыстар түзеді. Сутекті қосылыстардың жалпы формулаларын валенттіліктің кему ретімен мынадай түрде көрсетуге болады:
Периодтық заңның маңызы
Д. И. Менделеевтің периодтық заңы химия ғылымының дамуына зор ықпал етті: ол барлық элементтерді бір жүйеге келтірді және жеке бір элементтің қасиеттерін кестедегі көршілес элементтермен салыстыру арқылы түсіндіруге мүмкіндік берді.
Ғылыми болжам жасау мүмкіндігі
Периодтық заңды пайдалану химияда алдын ала ғылыми болжамдар жасауға жол ашты: жаңа элементтердің және олардың қосылыстарының қасиеттерін алдын ала айту мүмкін болды.
Кестені толықтыру және жаңа элементтер
Осы заңның негізінде кестедегі бос орындар кейін ашылған элементтермен толтырылды, сондай-ақ ураннан кейінгі элементтерді зерттеу мен ашуға жол салынды.
Болжамға мысал
Егер №118 элементті синтездеу іске асса, ол инертті (асыл) газдарға тән қасиет көрсетуі тиіс деген қорытынды жасауға болады.
Бериллий туралы түзету
Бір кезеңде бериллийді үш валентті, ал оның атомдық массасын 13,5 деп есептеген. Алайда периодтық жүйеде бериллий үшін орын тек магнийдің үстінде сәйкес келді. Демек, кестедегі орнына қарай бериллийдің валенттілігі 2, ал атомдық массасы шамамен 9 болуы керек деген тұжырым жасалды.
Периодтық заң атом құрылысы туралы ілімнің дамуына да күшті әсер етті. Ал атом құрылысы теориясының дамуы периодтық заңның физикалық мәнін тереңірек түсіндіруге мүмкіндік берді: ураннан кейінгі элементтерді синтездеу жүзеге асты, атом энергиясы ашылып, оны халық шаруашылығында пайдалану жолға қойылды.
Сонымен қатар периодтық заң химиямен байланысты өзге ғылым салаларының дамуына да аса үлкен ықпал тигізді.