nekrasovI (1114433), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Ни де-Ш а нку р ту а, которому французы приписывают право иа открытие периодического закона, ии Н ь юлеядс, которого выставляют англичане, ия Л. Мейер, которого нитиро. вали иные как основателя периодического закона, — не рисковалн предугадывать с в о й с т в а и е о т к р ы т ы х элементов, изменять «принятые атомные веса атомов» и вообще считать периоднческий закон нбвым, строго поставленным законом природы, могущим обхватывать еще доселе необобщенные факты, кан зто сделано иною с самого начала».
$2. Развитие периодического закона. «Периодический закон ждет не только новых приложений, но и усовершенствований, подробной разработки и свежих сил», — указывал Д. И. Менделеев в 1889 г. Первым серьезным испытанием, которое пришлось выдержать этому закону уже вскоре после его всеобшего признания, было открытие в 1893 г, а р г о и а. По своему атомному весу (39,9) новый элемент должен был располагаться в периодической системе между калием (39,1) и кальцием (40,1), где для него не имелось свободного места. Лишь после нахождения на земле гелия и открытия других инертных газов стало ясно, что все они являются членами особой группы, которая должна быть расположена в системе после седьмой.
таким образом, та угроза самому сушествованию периодического закона, кото. рая возникла в результате открытия аргона, с открытием остальных инертных газов превратилась в свою противоположность — перноди. ческая система элементов стала более полной и законченной. «По-вн. димому, периодическому закону будушее не грозит разрушением, а только надстройка и развитие обещается», — писал Д, И.
Менделеев в 1905 г. Следуюший важный этап развития периодического закона (1912 г.) связан с работами Мозли (!!! 9 3), который показал, что истинной основой этого закона являются не атомные веса, а положительные заряды ядер атомов, численно выражаемые (в е-единицах) атомными номерами соответствуюших элементов. С принципиальной стороны такое изменение трактовки периодического закона не вызывает возраже- й 2.
Раееигие аериодинеекого закона ннй, так как уточнение общих формулировок на основе новых экспериментальных данных является необходимым условием развития науки. Исследования Мозли подтвердили правильность размещения в снстеме тех элементов, которые с точки зрения атомных весов, как основы, стояли не на своих местах. Если не считать Оз, 1г, Р! н Ап, для которых данные по атомным весам были впоследствии исправлены, то уже при самом возникновении системы имелось два таких случая: кобальт (58,9) был поставлен Д, И. Менделеевым перед никелем (58,7), а теллур (127,6) — перед иодом (!26,9).
Это отступление от общего принципа расположения по атомным весам диктовалось свойствами рассматриваемых элементов, так как, например, тсллур был очень похож по свойствам на селен, но совершенно не похож на бром, а иод, наоборот, очень похож на бром, но не похож на селен. После открытия инертных газов прибавилось третье отступление: аргон (39,9) расположился перед калием (39,1).
С точки зрения новой основы— зарядов ядер — все эти неувязки отпали: оказалось, что кобальту действительно соответствует место № 27, никелю — № 28 н т. д. Одновременно был уточнен и чрезвычайно важный вопрос о числе еще не открытых элементов. Принятая в то время форма периодической системы, с одной стороны, оставляла возможность предполагать существование элементов, переходных между водородом (который ставился в 1 группу) и гелием, с другой — создавала существенную неясность, касающуюся как числа, так н расположения элементов в промежутке между Ва и Та.
Работы Мозли со всей определенностью установили, что между водородом и гелием новых элементов быть не может и что общее их число между Ва и Та равно шестнадцати. Если таким образом число элементов между барием (№ 56) и танталом (№ 73) вполне определилось, то неясным оставалось их р а си о л о ж е н и е в системе. Решение этого вопроса дала теория строения атомов. Переход от легких атомов к более тяжелым можно представить себе происходящим путем последовательного введения протонов в ядро и соответствующего числа электронов во внешнюю сферу атома. При этом возникает вопрос, будут лн вновь добавляемые электроны образовывать нов ы й слой или включаться в один из уже и м ею щи хе я.
Решить его можно, руководствуясь общими соображениями о сравнительной устойчивости различных возможных структур, с одной стороны, и аналогиями спектров — с другой. Это и было сделано Бором (!92! г.). Оказалось, что переход, например„от аргона (№ 18) к калию (№ !9) связан с возникновением нового электронного слоя, переход от калия к кальцию (№ 20) — с включением добавляемого электрона в уже имеющийся в н е ш н и й и что у скандия (№ 21) наиболее устойчива структура 2, 8, 9, 2, отвечающая включению вновь присоединяемого электрона во второй си ар ужи слой.
Из следующих за скандием элементов титан имеет структуру 2, 8, 10, 2, ванадий — 2, 8, 11, 2 и т. д. Дальнейшее заполнение второго снаружи слоя приостанавливается лишь начиная с меди (№ 29), атом которой имеет структуру 2, 8, 18, 1. Распределение электронов по слоям в атомах еще более тяжелых элементов показано на приводимой таблице, представляющей собой периодическую систему элементов в форме, предложенной Вернером. При рассмотрении элементов, непосредственно следующих за барием (2, 8, 18, !8, 8, 2), выяснилось, что у лантана (№ 57) новый электрон включается во в т о р о й с н а р у ж н слой, а в атомах лантанидов — № 58, 59 н т.
д.--в третий снаружи. Наибольшей И, Периодическое система элементов ю м х ф ов юф юа а О ю ю й с ааа Од о фв юо л вф о — киюв ав оф ал Е ю с аа« а о ° ю ю' с е св ъ о >Файв й а аав в Ч с .й м ФФ ос с ой ас с в с вас «о вфв с аоо Ф Оф -фф ваа с Е х 'Ф « с й «х с Ф вс « о ааааа « о й - ° — св -«ю- с х х х ! х х й. ю вв ф ю« х ю й. аа с«в с ю с к х х х с« х к Ф св юфв л й ффс .й Й а †в с е о Фадвас Ф в Ф ова Ь м с айва с ф а с во«« сс й Ы с«ю яф с й Е о-аф« ю й 6 д Структура периодической системы Чае»о аае»тоопоа а Раааачем» еаоа» Песе" охм Ктомаме номера Эаемеетм к п ! Н вЂ” Не Ы Ке !Чк Аг К Кг кЬ Хе Са — кп Рг— 1 2 2 2 2 2 2 2 1 — е 2 3-ч 10 11 18 19 — е 36 37 — т 6« 66 86 87 — е 1 8 8 8 8 8 8 1 — т 8 8 18 1 8 18 8 — т 18 18 18 32 18 32 ! 8 8 18 18 1 8 8 устойчивости этого слоя отвечает, однако, заполнение его лишь до известного предела.
Таким пределом является наличие в нем 32 электронов, что соответствует элементу № 71. В следующем элементе, № 72, новый электрон включается уже во второй снаружи слой. Элемент этот должен, следовательно, иметь структуру 2, 8, 18, 32, 1О, 2 и с химической стороны б ы т ь а н а л о г о м ие предшествующих ему лантанидов, а цирконня (2, 8, 18, 10, 2). Поэтому и искать его следовало не в тех рудах, где обычно встречаются лантаниды (и где элемент № 72 уже много лет тщетно искали), а в цнркониевых минералах. Действительно, элемент № 72 (Н() был найден в цирконневой руде (1923 г.).
Открытие гафння позволило установить расположение лантанндов в периодической системе: все онн, как характеризующиеся достройкой глубоко лежащего электронного слоя, могли быть отнесены к одной и той же, а именно к третьей группе. Подобным же образом к третьее й группе относят в настоящее время н актиниды, т. е. элементы, следующие за йктннием (№ 89). Одновременно и лантаннды, и актиниды выносят в отдельные строки (что позволяет избежать излишнего удлинения табличной формы периодической системы). Основное значение теории строения атомов для периодического закона заключается, однако, не в уточнении расположения некоторых элементов. Как указывал сам Д.
И. Менделеев (1889 г.), «мы не понимаем причины периодического законао. Дав картину последовательного развития атомных структур, сопровождающегося и е р и о д н ч е с к и м возвращением сходных электронных образований, теория строения атомов тем самым вскрыла физический смысл периодического закона.
Можно сказать, что только с развитием этой теории мы стали понимать его не формально, а по существу. 9 3. Структура периодической системы. Являющаяся наглядным выражением периодического закона, система элементов Д. И. Менделеева (см. внутреннюю сторону обложки) слагается нз периодов н групп. П е р н о д о в в системе имеется семь, нз них трн м а л ы х и четыре больш их. Каждый период (кроме первого и последнего) включает в себя элементы, электронные структуры которых являются промежуточными между структурами двух последовательных инертных газов: Не(2) — !Че(28) — Аг(2,8,8) — Кг(2,8,18,8) — Хе(2,8, 18,!8,8) — кп(2.8.!8.32, 18.8) Из малых периодов первый содержит только водород и гелий, остальные два — по 8 элементов.
Из больших периодов четвертый и пятый содержат по 18 элементов, шестой — 32 элемента н седьмой остается незаконченным, Общий характер изменейия электронный структур атомов по отдельным периодам хорошо передается даваемым ниже сопоставлением. '-с тгй Периодическая система влемвктов Г р у п п ы периодической системы объединяют элементы по признаку химического сходства. Из них восьмая включает в себя инертные газы, а триады содержат только элементы, относящиеся к большим периодам. В каждой из остальных групп за относящимися к малым периодам элементами (их Д.
И. Менделеев называл «типическими») следуют две подг р у пи ы элементов больших периодов. Существенным недостатком обычного варианта периодической системы являлось то обстоятельство, что в нем не была выявлена связь между типическими элементами каждой группы и членами ее левой и правой подгрупп. Так, из системы вытекало, что, например, в Ч группе сурьма является аналогом мышьяка, ниобий — аналогом ванадия и фосфор — аналогом азота. Оставалось, однако, неясным, в каком отношении к фосфору стоят ванадий и мышьяк.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
