Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева

Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева показывает зависимость различных свойств элементов от заряда их атомного ядра.

Дми́трий Ива́нович Менделе́ев был влюблен в науку, он буквально спал и видел как элементы выстраиваются в эти аккуратные, стройные ряды. Да, да, это не шутка, Дмитрий Менделеев так долго работал с химическими элементами, что идея таблицы пришла к нему во сне.

Характеристика элементов

Неметаллы

Химические эллементы не относящиеся к группе металов и не обладающие их свойствами

Щелочные металлы

При растворении щелочных металлов в воде образуются растворимые гидроксиды, называемые щелочами.

Щёлочно­земельные металлы

При комнатной температуре - серые и твердые вещества. Твердее и плотнее чем щелочные металлы.

Переходные металлы

Элементы побочных подгрупп, в атомах которых появляются электроны на d- и f-орбиталях

Постпереход­ные металлы

Химические элементы, которые по своим свойствам напоминают металлы.

Полуметаллы (металлоиды)

Химические элементы, которые по своим свойствам занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами. Не существует стандартного определения металлоидов и полного согласия относительно того, какие элементы можно считать ими.

Галогены

Реагируют почти со всеми простыми веществами, кроме некоторых неметаллов. Все галогены — энергичные окислители, поэтому встречаются в природе только в виде соединений.

Благородные газы

При нормальных условиях (давление 101 325 Па (1 атм, 760 мм рт. ст.), и температура 293.15 К (так называемая «комнатная»)) они представляют собой одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса с очень низкой химической реактивностью

Лантаноиды

Металлы, серебристо-белого цвета, распространенные в природе, но рассеяные на большую площадь, что делает их добычу делом затруднительным. Кроме того, у этих элементов очень сходные химические свойства, поэтому их сложно отделить друг от друга. Лактанойды дают тугоплавкие, нерастворимые в воде окислы.

Актиноиды

Семейство радиоактивных химических элементов, схожих по своим свойствам. Синтезировать актиноиды труднее чем лантанойды.

Суперактинои­ды

Гипотетически возможные химические элементы у которых полностью заполнена 5g-оболочка.

Интересные подробности о таблице Менделеева

Изначально, таблица Менделеева состояла из 56-ти элементов. На момент первой публикации таблицы Дмитрий Менделеев оставил в ней пустые ячейки, предугадывая наличие целого ряда других, еще не открытых элементов. К примеру, свойства галлия, скандия и магния Менделеев описал еще до их открытия. И он был прав! Спустя годы, таблица сильно разрослась, и продолжает пополняться новыми элементами. 

Стройная система не только позволяет предсказать открытия новых элементов, но и опровергать существование других, на основании того, что они не укладываются в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с «открытием» новых элементов «небулия» и «корония». Вот как это было:

Короний обнаружили при исследовании солнечной атмосферы, где астрономы рассмотрели спектральные линии, которые им не удалось отождествить ни с одним из известных на земле химических элементов. Поэтому ученые предположили, что эти линии принадлежат новому элементу, и дали ему название — короний (потому что линии были обнаружены при исследовании «короны» Солнца — внешнего слоя атмосферы звезды). Спустя несколько лет астрономы изучали спектры газовых туманностей и сделали еще одно открытие, линии, которые снова не удалось отождествить ни с чем земным. И снова предположили что это новый элемент — небулий. Но поскольку в периодической таблице Менделеева уже не оставалось места для этих элементов, открытия подверглись критике и после проверки обнаружилось, что небулий является обычным земным кислородом, а короний — сильно ионизированным железом.

Несмотря на миф, в котором Менделеев увидел таблицу во сне, чтобы добиться такого результата ученому потребовалось очень много времени, опыта, знаний и … находчивость! Менделеев любил раскладывать карточные пасьянсы, и этот навык помог ему воплотить свои мысли в таблице. Ученый указывал атомные веса тех или иных элементов на игральных картах, а затем раскладывал их. Таким образом он визуализировал свое предположение о том, что элементы с похожими свойствами должны быть одинаковых «мастей». В дальнейшем эти «масти» должны были быть разложены в «стопки» в соответствии с их атомными весами.

О названиях химических элементов

Что интересно — среди буквенных сочетаний обозначающих химические элементы нет буквы J. Все остальные 25 букв латинского алфавита присутствуют.

Впрочем и с полным именованием химических элементов картина достаточно любопытная. Только некоторые наименования химических элементов, записанных в таблице Менделеева, произошли от латинских слов, связанных со свойствами этих веществ, остальные же названы в честь ученых; или же в честь героев различных мифов; а еще некоторые имеют привязку к географической местности.

Названия химических элементов связанных с учеными: 

• менделевий (Md, 101) — в честь Д.И. Менделеева;
• эйнштейний (Es, 99) — в честь Альберта Энштейна;
• нобелий (No, 102) — в честь Альберта Нобеля;
• кюрий (Cm, 96) — в честь ученых Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри;
• мейнтерий (Mt, 109) — в честь австрийского физика Лизы Мейтнер;
• оганесон (Og, 118) — в честь Ю.Ц. Оганесяна;
• резерфордий (Rf, 104) — в честь Резерфорда;
• сиборгий (Sg, 106) — в честь Г.Т. Сиборга.

Кюрий и мейтнерий —  названы в честь женщин которые добились статуса великих ученых.  А двум ученым даже повезло быть увековеченными в таблице Менделеева еще при жизни, ими были Ю.Ц. Оганесян (оганесон) и Г.Т. Сиборг (сиборгий). 

Названия химических элементов связанных со свойствами веществ:

• бром (Br, 35) — образовано от греческого «бромос» – «зловоние». Что соответствует запаху этого элемента.  
• водород (H, 1) — от греческого «вода» и «рождаю» — «рождающий воду»;
• кислород (O, 8) — от греческого «кислота» и «рождаю» — «рождающий кислоту»;
• углерод (C, 6) — от греческого «уголь» и «рождаю» — «рождающий уголь»;
• азот (N, 7) — от греческого «безжизненный»;
• празеодим (Pr, 59) — от греческого «светло-зелёный» и «близнец» из-за черезвычайной схожести с неоди́мом;
• неодим (Nd, 60) — от греческого «новый» и «близнец» из-за черезвычайной схожести с празеоди́мом;
• индий (IN, 49) — назван из-за цвета индиго, в который он окрашивает пламя горелки.
• олово (Sn, 50) — получило название благодаря желто-белому цвету. Хотя во многих славянских языках так принято называть свинец. Так получилось из-за того, что эти 2 металла долгое время были неотделимыми соседями.

Названия химических элементов связанных с мифическими героями:

• уран (U, 92) —  назван в честь бога олицетворяющего небо — Урана, супруга богини Геи (земли);
• титан (Ti, 22) — за свою неимоверную силу назван именем могучих сыновей богини Геи;
• тантал (Ta, 73) — носит имя героя древнегреческих мифов, совершившего несколько непростительных преступлений;
• торий (Th, 90) — назван в честь бога грома Тора;
• ванадий (V, 23) — отличается соединениями с необычной окраской, поэтому назван именем древнескандинавской богини красоты;
• нептуний (Np, 93) — в честь бога морей и потоков Нептуна (Посейдона); 
• плутоний (Pu, 94) — в честь бога  царства мёртвых Плутона (Аида).
• прометий (Pm, 61) — в честь титана Прометея, защитника людей, похитившего у Зевса огонь и передавшего его людям.

Названия химических элементов связанных с географическими регионами:

• Россия: Db — дубний (105), Mc — московий (115), Ru — рутений (44);
• США: Bk — берклий (97), Cf — калифорний (98), Ts — теннессин (117), Lv — ливерморий (116);
• Германия: Ge — германий (32),  Re — рений (75), Hs — хассий (108), Ds — дармштадтий (110);
• Швеция: Ho — гольмий (67), Tb — тербий (65), Er — эрбий (68), Y — иттрий (39);
• Франция: Fr — франций (87), Lu — лютеций (71), Ga — галлий (31);
• Часть света Америка: Am — америций (95);
• Великобритания: Sr — стронций (38);
• Скандинавия: Sc — скандий (21);
• Япония: Nh — нихоний (113);
• Европа: Eu — европий (63);
• Индия: Be — бериллий (4);
• Дания: Hf — гафний (72);

Интересные подробности о химических элементах

У многих элементов таблицы есть своя увлекательная история открытия или необычные свойства.

Водород (H) — самый лёгкий и   распространенный элемент во вселенной, он является одним из компонентов воды, а вода есть во всем живом что есть на нашей планете. Более того, водород — основной компонент почти всех небесных звезд и межзвездного газа.
По своим свойствам водород уникален. В таблице он стоит первым. И поскольку он самый лёгкий (легче чем воздух), шары наполненные водородом стремятся подняться вверх, попросту — летают. Раньше водород даже использовали для полетов дирижаблей. Но, после первого же неудачного происшествия, от идеи использовать его в   воздухоплавании достаточно быстро отказались, отдав предпочтение самолетам, а затем и   гелию. А все из-за того, что Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — «гремучий газ». Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха примерно 2:5.
У водорода есть и другая, не менее опасная форма — жидкий водород. При попадании на кожу он может вызвать сильное обморожение, а при вдыхании — отёк лёгких.

Уран (U) принес французскому физику Анри Беккерелю — Нобелевскую премию. Анри понял, что вещество радиоактивно, когда случайно положил соли урана на фотопластинку. Уран знаменит еще тем, что он последний по номеру природный элемент в таблице, остальные вещества можно создать только искусственным путем. В естественном свете уран выглядит как обычный серый металл, но если посветить на него ультрафиолетом, то его соединения будут светятся зеленым светом.

Ртуть (Hg) наделала немало шума в истории. Так, например, более 200 лет назад, исследователи Льюис и Кларк прошли через всю Америку к Тихому океану. Они взяли с собой в путь, популярное в ту пору, ртутное слабительное. Благодаря этому обстоятельству, современные ученые смогли узнать точное место лагеря путешественников. Они выявили лагерь по следам ртути, которая со временем не разлагается.

Галлий (Ga) стал первым пробелом в таблице предсказанным Д. Менделеевым, заполненным уже после смерти ученого. Металлический галлий известен тем, что он сохраняет твердость при комнатной температуре, но в руках плавится. Галлий менее токсичен, чем ртуть, поэтому быстро занял ее место при изготовлении термометров. Жидкий галлий очень легко охлаждается.

Московий (Mc) живет меньше секунды. Большинство изотопов сверхтяжелых элементов (элементов с порядковым номером >100) очень нестабильны и подвергаются распадам в течение короткого промежутка времени. Так, недавно открытый Московий (он же унунпентий, элемент 115 и эка-висмут), имеет период полураспада всего около 220-ти миллисекунд. Предполагается, что московий — непереходный металл, похожий на висмут. Расчетная температура плавления московия ожидается около 400 °C, то есть он должен быть несколько менее легкоплавким, чем висмут.

Титан (Ti) один из самых твердых металлов. А его диоксид переливается всеми цветами радуги, что делает его еще и привлекательным. Нередко напыление из титана можно встретить на камнях и других украшениях.

Гелий (He) впервые обнаружили во время исследования хромосферы Солнца в 1868 году. Это случилось за 30 лет до того, как элемент впервые нашли на Земле. А в 2018 году ученые обнаружили гелий в атмосфере экзопланеты.

Оганесон (Og) — последний в колонке благородных газов. Возможно именно это делает его не таким надменным, как остальные его сородичи: в отличие от того же гелия или аргона, оганесон с готовностью отдает свои и берет чужие электроны, а его атомы могут слипаться (по крайней мере, в теории).

Литий (Li) — металл, который не тонет в воде (и керосине).

Йод (I) многим знаком еще с раннего детства. Его кристаллы — черные, его спиртовой раствор — желто-коричневый, а пары — фиолетовые.

Индий (In) настолько мягкий, что его можно откусить зубами. 

Сурьма (Sb) была известна еще до нашей эры. Ее сульфитом (антимонитом) подводили глаза и чернили брови, совершенно не зная что эта красота токсична. Из нее даже делали сосуды.

Селен (Se) похож на впуклый круглый леденец, прямо как эритроцит. Этот элемент отлично справляется с перхотью и даже отметился при создании красного стекла для рубиновых звезд Московского Кремля.

Аргон (Ar) — самый распространенный инертный газ на земле. С его помощью создают атмосферу, в которой не происходят реакции у элементов, чувствительных к воздуху и воде.

Цезий (Cs) невероятно химически активен (поэтому его хранят в ампулах с аргоном). Этот элемент известен как радиоактивный отход от ядерных взрывов, но в тоже время его используют как эталон самого точного времени в мире. Электронные переходы цезия настолько точны, что с его помощью создали атомные часы. Так, секунда — это время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Вообще, Цезий это прекрасный пример управляемого хаоса. Цезий является одним из пяти элементов, которые находятся в жидком состоянии при комнатной температуре. Но самое зрелищное изменение состояния цезия происходит, если поместить его в воду — он взрывается. 

Вольфрам (W) расплавить труднее, чем все остальные металлы. Понадобится температура около 3 400 °C (для сравнения: железо плавится при 1 500 °C).

Хлор (Cl) знаменит своими обеззараживающими и отбеливающими свойствами.

Ксенон (Xe) считается допингом: при его вдыхании увеличивается выносливость спортсменов и эффективность тренировок.

Европий (Eu) — редкоземельный металл, структура которого напоминает золотистые перья. Вещества на его основе используют для защиты банкнот евро от подделок.

Золото (Au) — благородный металл жёлтого цвета. Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна объясняет цвет золота. Из-за смещения уровней энергии электронов металл поглощает синий цвет, придавая отраженному свету желтый оттенок.

Неодим (Nd) используется для изготовления популярного неодимового стекла, которое часто можно встретить в оптических изделиях. Соединения неодима меняют цвет в зависимости от освещения.

Олово получило название благодаря желто-белому цвету. Хотя во многих славянских языках так принято называть свинец. Так получилось из-за того, что эти 2 металла долгое время были неотделимыми соседями.

Олово (Sn) впервые обнаружили достаточно давно, ещё задолго до того как химию выделили в отдельное научное направление. Точная дата человечеству неизвестна, но ещё в 4 тысячелетии до нашей эры из него делали различные изделия. Хотя, конечно, в то время они были дорогими и редкими диковинками.

У олова 4 формы состояния, которые зависят от температуры и давления. Наиболее привычная людям форма — белая, блестящая, твердоватая, сохраняющая свою форму масса. Но если вдруг температура опускается ниже 13 ° C, то олово превращается в порошок, и максимальной скорости превращения достигает при -33 ° C. Если порошковое олово соприкасается с твердым оловом, то твердое олово «заражается», и  ускоряет свой переход в порошковую форму. Это явление было известно ещё в античности, оно упоминается Аристотелем и Плутархом, а позже его прозвали «оловянной чумой».  Для остановки разрушения предметов, поражённых «оловянной чумой»,  их выдерживают в кипящей воде в течение часа и более.

Вокруг олова и его удивительных превращений ходит множество историй и легенд. Так к примеру есть не подтвержденная история о том что армию Наполеона погубили пуговицы, которые рассыпались на морозе, не давая солдатам возможности согреться. По той же самой причине, в России, и во всех прохладных регионах земного шара, нет старинных музейных экспонатов из олова. Такие предметы просто не в состоянии пережить зиму.

Франций (Fr) — один из редчайших элементов. Крайне реакционно способный и радиоактивный элемент. Период его полураспада составляет 22 минуты. Из-за этой его сверх агрессивности он практически нигде не   используется, но, пара его изотопов все же нашли себе применение в биологических исследованиях для диагностики рака.

Разнообразие таблиц химических элементов

Классификация химических эллементов Д. И. Менделеева наиболее популярная, хотя далеко не единственная. Существует множество других, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных способов графического отображения Периодической таблицы. К примеру: 

• расширенная периодическая таблица элементов Теодора Сиборга; 
• лестничная (пирамидальная) форма периодической системы Нильса Бора;
• и другие варианты.