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Õèìèÿ 9 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí § 3. Ïåðèîäè÷åñêèé çàêîí è Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñèñòåìà õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ Ä. È. ÌåíäåëååâàÑ ïåðâûõ óðîêîâ õèìèè âû èñïîëüçîâàëè òàáëèöó Ä. È. Ìåíäåëååâà. Îíà íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóåò, ÷òî âñå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû, îáðàçóþùèå âåùåñòâà îêðóæàþùåãî íàñ ìèðà, âçàèìîñâÿçàíû è ïîä÷èíÿþòñÿ îáùèì çàêîíîìåðíîñòÿì, ò. å. ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé åäèíîå öåëîå — ñèñòåìó õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.
Ïîýòîìó â ñîâðåìåííîé íàóêå òàáëèöó Ä. È. Ìåíäåëååâà íàçûâàþò Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìîé õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Ïî÷åìó «ïåðèîäè÷åñêîé», âàì òîæå ïîíÿòíî, òàê êàê îáùèå çàêîíîìåðíîñòè â èçìåíåíèè ñâîéñòâ àòîìîâ, ïðîñòûõ è ñëîæíûõ âåùåñòâ, îáðàçîâàííûõ õèìè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè, ïîâòîðÿþòñÿ â ýòîé ñèñòåìå ÷åðåç îïðåäåë¸ííûå èíòåðâàëû — ïåðèîäû. Íåêîòîðûå èç ýòèõ çàêîíîìåðíîñòåé, ïðèâåä¸ííûå â òàáëèöå 1, âàì óæå èçâåñòíû. Òàêèì îáðàçîì, âñå ñóùåñòâóþùèå â ìèðå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû ïîä÷èíÿþòñÿ åäèíîìó, îáúåêòèâíî äåéñòâóþùåìó â ïðèðîäå Ïåðèîäè÷åñêîìó çàêîíó, ãðàôè÷åñêèì îòîáðàæåíèåì êîòîðîãî è ÿâëÿåòñÿ Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñèñòåìà ýëåìåíòîâ. Ýòîò çàêîí è ñèñòåìà íîñÿò èìÿ âåëèêîãî ðóññêîãî õèìèêà Ä. È. Ìåíäåëååâà. Ä. È. Ìåíäåëååâ ïðèø¸ë ê îòêðûòèþ Ïåðèîäè÷åñêîãî çàêîíà, ïðîâåäÿ ñîïîñòàâëåíèå ñâîéñòâ è îòíîñèòåëüíûõ àòîìíûõ ìàññ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Äëÿ ýòîãî Ä. È. Ìåíäåëååâ äëÿ êàæäîãî õèìè÷åñêîãî ýëåìåíòà íà êàðòî÷êå çàïèñàë: ñèìâîë ýëåìåíòà, çíà÷åíèå îòíîñèòåëüíîé àòîìíîé ìàññû (âî âðåìåíà Ä. È. Ìåíäåëååâà ýòó âåëè÷èíó íàçûâàëè àòîìíûì âåñîì), ôîðìóëû è õàðàêòåð âûñøåãî îêñèäà è ãèäðîêñèäà. Îí ðàñïîëîæèë 63 èçâåñòíûõ ê òîìó âðåìåíè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòà â îäíó öåïî÷êó â ïîðÿäêå âîçðàñòàíèÿ èõ îòíîñèòåëüíûõ àòîìíûõ ìàññ (ðèñ. 1) è ïðîàíàëèçèðîâàë ýòó ñîâîêóïíîñòü ýëåìåíòîâ, ïûòàÿñü íàéòè â íåé îïðåäåë¸ííûå çàêîíîìåðíîñòè.  ðåçóëüòàòå íàïðÿæ¸ííîãî òâîð÷åñêîãî òðóäà îí îáíàðóæèë, ÷òî â ýòîé öåïî÷êå èìåþòñÿ èíòåðâàëû — ïåðèîäû, â êîòîðûõ ñâîéñòâà ýëåìåíòîâ è îáðàçîâàííûõ èìè âåùåñòâ èçìåíÿþòñÿ ñõîäíûì îáðàçîì (ðèñ. 2).
Ïåðå÷èñëèì åù¸ ðàç, èñïîëüçóÿ ñîâðåìåííûå òåðìèíû, çàêîíîìåðíûå èçìåíåíèÿ ñâîéñòâ, ïðîÿâëÿåìûå â ïðåäåëàõ ïåðèîäîâ:
Íà îñíîâàíèè ýòèõ íàáëþäåíèé Ä. È. Ìåíäåëååâ â 1869 ã. ñäåëàë âûâîä — ñôîðìóëèðîâàë Ïåðèîäè÷åñêèé çàêîí, êîòîðûé
Ñèñòåìàòèçèðóÿ õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû íà îñíîâå èõ îòíîñèòåëüíûõ àòîìíûõ ìàññ, Ä. È. Ìåíäåëååâ óäåëÿë áîëüøîå âíèìàíèå òàêæå ñâîéñòâàì ýëåìåíòîâ è îáðàçîâàííûõ èìè âåùåñòâ, ðàñïðåäåëÿÿ ýëåìåíòû ñî ñõîäíûìè ñâîéñòâàìè â âåðòèêàëüíûå ñòîëáöû — ã ð ó ï ï û. Èíîãäà â íàðóøåíèå âûÿâëåííîé èì çàêîíîìåðíîñòè îí ñòàâèë áîëåå òÿæ¸ëûå ýëåìåíòû ïåðåä ýëåìåíòàìè ñ ìåíüøèìè çíà÷åíèÿìè îòíîñèòåëüíûõ àòîìíûõ ìàññ. Íàïðèìåð, îí çàïèñàë â ñâîþ òàáëèöó êîáàëüò ïåðåä íèêåëåì, òåëëóð — ïåðåä èîäîì, à êîãäà áûëè îòêðûòû èíåðòíûå (áëàãîðîäíûå) ãàçû, àðãîí — ïåðåä êàëèåì. Òàêîé ïîðÿäîê ðàñïîëîæåíèÿ Ä. È. Ìåíäåëååâ ñ÷èòàë íåîáõîäèìûì ïîòîìó, ÷òî èíà÷å ýòè ýëåìåíòû ïîïàëè áû â ãðóïïû íåñõîäíûõ ñ íèìè ïî ñâîéñòâàì ýëåìåíòîâ. Òàê, â ÷àñòíîñòè, ùåëî÷íîé ìåòàëë êàëèé ïîïàë áû â ãðóïïó èíåðòíûõ ãàçîâ, à èíåðòíûé ãàç àðãîí — â ãðóïïó ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ. Ä. È. Ìåíäåëååâ íå ìîã îáúÿñíèòü ýòè èñêëþ÷åíèÿ èç îáùåãî ïðàâèëà, êàê è ïðè÷èíó ïåðèîäè÷íîñòè â èçìåíåíèè ñâîéñòâ ýëåìåíòîâ è îáðàçîâàííûõ èìè âåùåñòâ. Îäíàêî îí ïðåäâèäåë, ÷òî ýòà ïðè÷èíà êðîåòñÿ â ñëîæíîì ñòðîåíèè àòîìà. Èìåííî íàó÷íàÿ èíòóèöèÿ Ä. È. Ìåíäåëååâà ïîçâîëèëà åìó ïîñòðîèòü ñèñòåìó õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ íå â ïîðÿäêå âîçðàñòàíèÿ èõ îòíîñèòåëüíûõ àòîìíûõ ìàññ, à â ïîðÿäêå âîçðàñòàíèÿ çàðÿäîâ èõ àòîìíûõ ÿäåð. Î òîì, ÷òî ñâîéñòâà ýëåìåíòîâ îïðåäåëÿþòñÿ èìåííî çàðÿäàìè èõ àòîìíûõ ÿäåð, êðàñíîðå÷èâî ãîâîðèò ñóùåñòâîâàíèå èçîòîïîâ, ñ êîòîðûìè âû çíàêîìèëèñü â ïðîøëîì ãîäó (âñïîìíèòå, ÷òî ýòî òàêîå, ïðèâåäèòå ïðèìåðû èçâåñòíûõ âàì èçîòîïîâ).  ñîîòâåòñòâèè ñ ñîâðåìåííûìè ïðåäñòàâëåíèÿìè î ñòðîåíèè àòîìà îñíîâîé êëàññèôèêàöèè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ÿâëÿþòñÿ çàðÿäû èõ àòîìíûõ ÿäåð, è ñîâðåìåííàÿ ôîðìóëèðîâêà Ïåðèîäè÷åñêîãî çàêîíà òàêîâà:
Ïåðèîäè÷íîñòü â èçìåíåíèè ñâîéñòâ ýëåìåíòîâ è èõ ñîåäèíåíèé îáúÿñíÿåòñÿ ïåðèîäè÷åñêîé ïîâòîðÿåìîñòüþ â ñòðîåíèè âíåøíèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé èõ àòîìîâ. Èìåííî ÷èñëî ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé, îáùåå ÷èñëî ðàñïîëîæåííûõ íà íèõ ýëåêòðîíîâ è ÷èñëî ýëåêòðîíîâ íà âíåøíåì óðîâíå îòðàæàþò ïðèíÿòóþ â Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå ñèìâîëèêó, ò. å. ðàñêðûâàþò ôèçè÷åñêèé ñìûñë ïîðÿäêîâîãî íîìåðà ýëåìåíòà, íîìåðà ïåðèîäà è íîìåðà ãðóïïû (â ÷¸ì îí ñîñòîèò?). Ñòðîåíèå àòîìà ïîçâîëÿåò îáúÿñíèòü è ïðè÷èíû èçìåíåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ è íåìåòàëëè÷åñêèõ ñâîéñòâ ýëåìåíòîâ â ïåðèîäàõ è ãðóïïàõ. Ñëåäîâàòåëüíî, Ïåðèîäè÷åñêèé çàêîí è Ïåðèîäè÷åñêàÿ ñèñòåìà Ä. È. Ìåíäåëååâà îáîáùàþò ñâåäåíèÿ î õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ è îáðàçîâàííûõ èìè âåùåñòâàõ è îáúÿñíÿþò ïåðèîäè÷íîñòü â èçìåíåíèè èõ ñâîéñòâ
è ïðè÷èíó ñõîäñòâà ñâîéñòâ ýëåìåíòîâ îäíîé è òîé æå ãðóïïû. Ýòè äâà âàæíåéøèõ çíà÷åíèÿ Ïåðèîäè÷åñêîãî çàêîíà è Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâà äîïîëíÿåò åù¸ îäíî, êîòîðîå çàêëþ÷àåòñÿ â âîçìîæíîñòè ïðîãíîçèðîâàòü, ò. å. ïðåäñêàçûâàòü, îïèñûâàòü ñâîéñòâà è óêàçûâàòü ïóòè îòêðûòèÿ íîâûõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Óæå íà ýòàïå ñîçäàíèÿ Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâ ñäåëàë ðÿä ïðîãíîçîâ î ñâîéñòâàõ åù¸ íå èçâåñòíûõ â òî âðåìÿ ýëåìåíòîâ è óêàçàë ïóòè èõ îòêðûòèÿ.  ñîçäàííîé èì òàáëèöå Ä. È. Ìåíäåëååâ äëÿ ýòèõ ýëåìåíòîâ îñòàâèë ïóñòûå êëåòî÷êè (ðèñ. 3). ßðêèìè ïðèìåðàìè ïðîãíîñòè÷åñêîé ñèëû Ïåðèîäè÷åñêîãî çàêîíà ÿâèëèñü ïîñëåäóþùèå îòêðûòèÿ ýëåìåíòîâ: â 1875 ã. ôðàíöóçîì Ëåêîêîì äå Áóàáîäðàíîì áûë îòêðûò ãàëëèé, ïðåäñêàçàííûé Ä. È. Ìåíäåëååâûì ïÿòüþ ãîäàìè ðàíüøå êàê ýëåìåíò ïîä íàçâàíèåì «ýêààëþìèíèé» (ýêà — ñëåäóþùèé çà); â 1879 ã. øâåäîì Ë. Íèëüñîíîì áûë îòêðûò «ýêàáîð» ïî Ä. È. Ìåíäåëååâó; â 1886 ã. íåìöåì Ê. Âèíêëåðîì — «ýêàñèëèöèé» ïî Ä. È. Ìåíäåëååâó (îïðåäåëèòå ïî òàáëèöå Ä. È. Ìåíäåëååâà ñîâðåìåííûå íàçâàíèÿ ýòèõ ýëåìåíòîâ). Íàñêîëüêî òî÷åí áûë â ñâîèõ ïðåäñêàçàíèÿõ Ä. È. Ìåíäåëååâ, èëëþñòðèðóþò äàííûå òàáëèöû 2. Ó÷¸íûå-ïåðâîîòêðûâàòåëè íîâûõ ýëåìåíòîâ âûñîêî îöåíèëè îòêðûòèå ðóññêîãî ó÷¸íîãî: «Âðÿä ëè ìîæåò
ñóùåñòâîâàòü áîëåå ÿðêîå äîêàçàòåëüñòâî ñïðàâåäëèâîñòè ó÷åíèÿ î ïåðèîäè÷íîñòè ýëåìåíòîâ, ÷åì îòêðûòèå äî ñèõ ïîð ãèïîòåòè÷åñêîãî ýêàñèëèöèÿ; îíî ñîñòàâëÿåò, êîíå÷íî, áîëåå ÷åì ïðîñòîå ïîäòâåðæäåíèå ñìåëîé òåîðèè, — îíî çíàìåíóåò ñîáîé âûäàþùååñÿ ðàñøèðåíèå õèìè÷åñêîãî ïîëÿ çðåíèÿ, ãèãàíòñêèé øàã â îáëàñòè ïîçíàíèÿ» (Ê. Âèíêëåð). Àìåðèêàíñêèå ó÷¸íûå, îòêðûâøèå ýëåìåíò ¹ 101, äàëè åìó íàçâàíèå «ìåíäåëåâèé» â çíàê ïðèçíàíèÿ çàñëóã âåëèêîãî ðóññêîãî õèìèêà Äìèòðèÿ Ìåíäåëååâà, êîòîðûé ïåðâûì ïðèìåíèë Ïåðèîäè÷åñêóþ ñèñòåìó ýëåìåíòîâ äëÿ ïðåäñêàçàíèÿ ñâîéñòâ òîãäà åù¸ íå îòêðûòûõ ýëåìåíòîâ. Âû ïîçíàêîìèëèñü â 8 êëàññå è áóäåòå ïîëüçîâàòüñÿ â ýòîì ãîäó ôîðìîé Ïåðèîäè÷åñêîé òàáëèöû, êîòîðàÿ íàçûâàåòñÿ êîðîòêîïåðèîäíîé. Îäíàêî â ïðîôèëüíûõ êëàññàõ è â âûñøåé øêîëå ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóåòñÿ äðóãàÿ ôîðìà — äëèííîïåðèîäíûé âàðèàíò (ðèñ. 4). Ñðàâíèòå èõ. ×òî îáùåãî è ÷òî ðàçëè÷íîãî â ýòèõ äâóõ ôîðìàõ Ïåðèîäè÷åñêîé òàáëèöû?
1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàë óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ. 2. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâî-ñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.
1. Äîêàæèòå, ÷òî Ïåðèîäè÷åñêèé çàêîí Ä. È. Ìåíäåëååâà, êàê è ëþáîé äðóãîé çàêîí ïðèðîäû, âûïîëíÿåò îáúÿñíÿþùóþ, îáîáùàþùóþ è ïðåäñêàçàòåëüíóþ ôóíêöèè. Ïðèâåäèòå ïðèìåðû, èëëþñòðèðóþùèå ýòè ôóíêöèè ó äðóãèõ çàêîíîâ, èçâåñòíûõ âàì èç êóðñîâ õèìèè, ôèçèêè è áèîëîãèè. 2. Íàçîâèòå õèìè÷åñêèé ýëåìåíò, â àòîìå êîòîðîãî ýëåêòðîíû ðàñïîëàãàþòñÿ ïî óðîâíÿì ñîãëàñíî ðÿäó ÷èñåë: 2, 5. Êàêîå ïðîñòîå âåùåñòâî îáðàçóåò ýòîò ýëåìåíò? Êàêóþ ôîðìóëó èìååò åãî âîäîðîäíîå ñîåäèíåíèå è êàê îíî íàçûâàåòñÿ? Êàêóþ ôîðìóëó èìååò âûñøèé îêñèä ýòîãî ýëåìåíòà, êàêîâ åãî õàðàêòåð? Çàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé, õàðàêòåðèçóþùèõ ñâîéñòâà ýòîãî îêñèäà.
3. Áåðèëëèé ðàíüøå îòíîñèëè ê ýëåìåíòàì III ãðóïïû, è åãî îòíîñèòåëüíàÿ àòîìíàÿ ìàññà ñ÷èòàëàñü ðàâíîé 13,5. Ïî÷åìó Ä. È. Ìåíäåëååâ ïåðåí¸ñ åãî âî II ãðóïïó è èñïðàâèë àòîìíóþ ìàññó áåðèëëèÿ ñ 13,5 íà 9? 4. Íàïèøèòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé ìåæäó ïðîñòûì âåùåñòâîì, îáðàçîâàííûì õèìè÷åñêèì ýëåìåíòîì, â àòîìå êîòîðîãî ýëåêòðîíû ðàñïðåäåëåíû ïî ýíåðãåòè÷åñêèì óðîâíÿì ñîãëàñíî ðÿäó ÷èñåë: 2, 8, 8, 2, è ïðîñòûìè âåùåñòâàìè, îáðàçîâàííûìè ýëåìåíòàìè ¹ 7 è ¹ 8 â Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå. Êàêîâ òèï õèìè÷åñêîé ñâÿçè â ïðîäóêòàõ ðåàêöèè? Êàêîå êðèñòàëëè÷åñêîå ñòðîåíèå èìåþò èñõîäíûå ïðîñòûå âåùåñòâà è ïðîäóêòû èõ âçàèìîäåéñòâèÿ? 5. Ðàñïîëîæèòå â ïîðÿäêå óñèëåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñëåäóþùèå ýëåìåíòû: As, Sb, N, Ð, Bi.
6. Ðàñïîëîæèòå â ïîðÿäêå óñèëåíèÿ íåìåòàëëè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñëåäóþùèå ýëåìåíòû: Si, Al, Ð, S, Cl, Mg, Na. Îáîñíóéòå ïîëó÷åííûé ðÿä, èñõîäÿ èç ñòðîåíèÿ àòîìîâ ýòèõ ýëåìåíòîâ. 7. Ðàñïîëîæèòå â ïîðÿäêå îñëàáëåíèÿ êèñëîòíûõ ñâîéñòâ îêñèäû, ôîðìóëû êîòîðûõ: SiO 2 , Ð 2 O 5 , Àl 2 O 3 , Na 2 O, MgO, Ñl 2 O 7 . Îáîñíóéòå ïîëó÷åííûé ðÿä.
8. Íàïèøèòå ôîðìóëû îêñèäîâ áîðà, áåðèëëèÿ è ëèòèÿ è ðàñïîëîæèòå èõ â ïîðÿäêå âîçðàñòàíèÿ îñíîâíûõ ñâîéñòâ. Çàïèøèòå ôîðìóëû ãèäðîêñèäîâ, ñîîòâåòñòâóþùèõ ýòèì îêñèäàì. Êàêîâ èõ õèìè÷åñêèé õàðàêòåð? 9. ×òî òàêîå èçîòîïû? Êàê îòêðûòèå èçîòîïîâ ñïîñîáñòâîâàëî ñòàíîâëåíèþ Ïåðèîäè÷åñêîãî çàêîíà? 10. Ïî÷åìó çàðÿäû àòîìíûõ ÿäåð ýëåìåíòîâ â Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìå Ä. È. Ìåíäåëååâà èçìåíÿþòñÿ ìîíîòîííî, ò. å. çàðÿä ÿäðà êàæäîãî ïîñëåäóþùåãî ýëåìåíòà âîçðàñòàåò íà åäèíèöó ïî ñðàâíåíèþ ñ çàðÿäîì àòîìíîãî ÿäðà ïðåäûäóùåãî ýëåìåíòà, à ñâîéñòâà ýëåìåíòîâ è îáðàçóåìûõ èìè âåùåñòâ èçìåíÿþòñÿ ïåðèîäè÷åñêè? 11. Ïðèâåäèòå òðè ôîðìóëèðîâêè Ïåðèîäè÷åñêîãî çàêîíà, â êîòîðûõ çà îñíîâó ñèñòåìàòèçàöèè õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ âçÿòû îòíîñèòåëüíàÿ àòîìíàÿ ìàññà, çàðÿä àòîìíîãî ÿäðà è ñòðîåíèå âíåøíèõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé â ýëåêòðîííîé îáîëî÷êå àòîìà.
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