Хімія. 8 клас. Ярошенко

Тема 1. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів. Будова атома

У 7 класі ви вчилися користуватись періодичною системою як довідковою.

Вивчаючи цю тему, ви дізнаєтеся: чим зумовлене розміщення хімічного елемента в певній клітинці таблиці, як її використовують для прогнозування властивостей речовин; про зв'язок між будовою атомів і властивостями речовин.

Після вивчення теми ви зможете:

  • пояснювати зв’язок періодичної системи з будовою атома;
  • складати електронні та графічні електронні формули атомів;
  • обґрунтувати фізичний зміст періодичного закону;
  • оперувати інформацією, закладеною в періодичній системі для характеристики хімічного елемента його сполук;
  • простежувати періодичність у властивостях оксидів і гідратів оксидів, будові електронних оболонок атомів;
  • розуміти красу й гармонію навколишнього світу, закладену в періодичному законі.

§ 4. Короткі історичні відомості про спроби класифікації хімічних елементів

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • ознайомитись із першими класифікаціями хімічних елементів;
  • з'ясувати характеристики, за якими здійснювали класифікацію хімічних елементів до відкриття періодичного закону;
  • дізнатися, наскільки стрімким було відкриття хімічних елементів у XVIII — на початку XIX ст.

Розвиток кожної науки розпочинається з накопичення фактів1, які з часом класифікують — поділяють на групи за певними ознаками. Фактами про існування простих речовин заліза, золота, міді, олова, ртуті, свинцю, срібла оперували алхіміки. Навіть придумали витіюваті позначення символів хімічних елементів, з атомів яких ці речовини утворені.

1 Факти — це реальні, невигадані події чи явища.

У 1750 р. було відомо 15 хімічних елементів. Це не так багато, щоб відчувалася гостра потреба в їх класифікації. Та наступні 50 років ознаменувалися відкриттям 20 хімічних елементів, тобто їхня кількість більше ніж подвоїлася. На першу половину ХІХ ст. (1801-1850 рр.) припадає відкриття ще 24 хімічних елементів. У 1869 р. кількість відомих хімічних елементів досягла 63, а різних речовин — сотень тисяч. Погодьтеся, така кількість елементів та сполук потребувала певної класифікації, бо працювати з розрізненою невпорядкованою інформацією ставало дедалі важче, а вивчати хімію (як і будь-яку іншу науку) лише шляхом запам'ятовування — взагалі неможливо.

Перші класифікації будь-чого зазвичай недосконалі. Так, у біології види тварин спочатку класифікували за середовищем їхнього життя. Тому кити спершу були віднесені до риб, а не до ссавців.

Зробимо екскурс в історію хімії та з'ясуємо, до яких класифікацій хімічних елементів вдавалися в різні часи.

ПЕРША КЛАСИФІКАЦІЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Одна з перших класифікацій (1786-1787 рр.) належить французькому вченому Антуану Лавуазьє, який поділив відомі на той час елементи на металічні й металоїди (у сучасній хімії — неметалічні) на основі властивостей простих речовин, що утворюються з їхніх атомів. В основу цієї класифікації був покладений поділ простих речовин за зовнішніми проявами їхніх фізичних властивостей (мал. 4).

Антуан Лавуазьє

Цей поділ існує й дотепер. Хоча добре відомо, що він недосконалий, бо є елементи, які залежно від умов можуть проявляти і металічні, і неметалічні хімічні властивості. Наприклад, Йод належить до неметалічних елементів, хоча утворена ним проста речовина йод I2 має металічний блиск. Типовий неметалічний елемент Карбон утворює просту речовину графіт, яка, подібно до металів, добре проводить електричний струм. І таких прикладів чимало.

Мал. 4. Метали й неметали

Пригадайте загальні фізичні властивості металів і неметалів. Наведіть приклади.

ПРИРОДНІ РОДИНИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Наступний поділ хімічних елементів полягав в об'єднанні подібних за властивостями елементів та їхніх сполук в одну групу — природну родину. Так було виокремлено родини:

  • лужних металічних елементів (Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій);
  • галогенів (Флуор, Хлор, Бром, Йод, Астат);
  • інертних елементів (Гелій, Неон, Аргон, Криптон, Радон).

Про особливості цих речовин ви дізнаєтесь більше в наступних параграфах.

Об'єднання у природні родини стало кроком у розвитку класифікації хімічних елементів. Проте недосконалість цієї класифікації полягає в тому, що вона не стосується всіх хімічних елементів, і в ній не простежується зв'язок між окремими родинами.

ТРІАДИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. У 1829 р. німецький хімік Йоганн Деберейнер повідомив про те, що він виділив 5 груп із трьох хімічно подібних елементів у кожній. Такі групи він назвав тріадами.

Йоганн Деберейнер

Йоганну Деберейнеру вдалося встановити перші закономірності в зміні властивостей елементів. Він зауважив: якщо розташувати три подібні за хімічними властивостями елементи за зростанням їх атомної ваги (так на той час називали атомну масу), то атомна вага другого (середнього) елемента буде дорівнювати середньому арифметичному атомної ваги першого і третього.

Розглянемо приклади тріад.

Учений повідомив про таку залежність: атомна маса середнього елемента у тріаді є середнім арифметичним атомних мас крайніх елементів.

Переконайтеся, що це справді так, на прикладі тріади (P, As, Sb), узявши додаткові дані з періодичної системи.

Проте спроба вченого згрупувати елементи у тріади не стала загальновизнаною класифікацією, оскільки вона не охоплювала навіть половини відомих на той час хімічних елементів.

ОКТАВИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. У 1863 р. англійський хімік Джон Ньюлендс помітив: якщо розташувати елементи за збільшенням атомної маси (на той час вона мала назву «атомна вага»), то кожний восьмий елемент буде подібним до першого (відлік вели від якого завгодно обраного для початку елемента). Учений образно порівняв цей факт із музичною октавою (окта перекладається з латини як восьма).

Джон Ньюлендс

Як бачите, елементи природної родини галогенів Флуор і Хлор відповідають ноті до, а символи лужних елементів Натрій і Калій — ноті ре (схема 5).

Схема 5. Октави хімічних елементів

Однак у вигляді октав ученому вдалося розташувати, не порушуючи правил, лише 17 хімічних елементів, що в сучасній періодичній системі розташовані першими. А далі закономірність порушувалася, тому про це відкриття швидко забули.

ТАБЛИЦЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЛОТАРА МЕЙЄРА. Найближче до відкриття закону, що пояснював би властивості всіх хімічних елементів та класифікував їх, підійшов німецький учений Лотар Мейєр, який у 1864 р. розмістив елементи за зростанням атомних мас і розподілив їх на 6 груп за валентністю. Проте вчений не зміг узагальнити одержані на основі спостережень результати та встановити закономірність, що стосується всіх елементів.

Лотар Мейєр

Тепер ви усвідомлюєте, наскільки тривалим і складним був пошук універсальної класифікації хімічних елементів.

У розглянутих класифікаціях учені брали за основу поділу хімічних елементів на групи подібність складу та властивостей утворених ними речовин. Цей шлях виявився недосконалим і не дав можливості класифікувати всі хімічні елементи.

Російський хімік Дмитро Іванович Менделєєв, на відміну від своїх попередників, вирішив шукати закономірності у зміні властивостей елементів. Завдяки цьому вчений у 1869 р. відкрив загальний закон природи — періодичний закон.

Дмитро Іванович Менделєєв

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Завдання. Користуючись періодичною системою як довідковою, випишіть у зошит символи хімічних елементів трьох природних родин — лужних, галогенів та інертних хімічних елементів.

Стисло про основне

• Кожна наука починається з накопичення фактів, які з часом учені класифікують — поділяють за певними ознаками на окремі групи.

• В основу класифікації хімічних елементів на металічні та неметалічні покладено подібність властивостей сполук кожної групи.

• На підставі подібності властивостей елементів та їхніх сполук виділено природні родини лужних металів, галогенів, інертних газів.

• У ХІХ ст. учені Й. Деберейнер, Дж. Ньюлендс, Л. Мейєр доповнили хімію новими класифікаціями хімічних елементів, у яких, проте, не простежувався зв'язок між їх окремими групами.

• До відкриття Д. І. Менделєєвим періодичного закону знання про хімічні елементи існували як факти, не пов'язані в єдине ціле.

Знаємо, розуміємо

1. Пригадайте та назвіть відомі вам класифікації в інших науках.

2. За якими ознаками елементи було поділено на металічні та неметалічні? У чому недосконалість цієї класифікації?

3. За якими ознаками укладено класифікації елементів на тріади, октави?

4. Назвіть природні родини хімічних елементів. Що стало загальною класифікаційною ознакою для їх виділення?

Застосовуємо

17. Випишіть у хронологічному порядку зазначену в параграфі інформацію про кількість відомих у різні роки XVIII-XIX століть хімічних елементів.

18. Розробіть і самостійно заповніть таблицю «З історії класифікації хімічних елементів».