Открыв учебник химии, первое что мы видим - это вот такая вот таблица. Что это? Куда это? Зачем это? Это самые первые и самые логичные вопросы, которые задаёт человек, раннее не видевший Периодическую систему химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Давайте разбираться, что здесь куда, зачем, что, когда, где и другие вопросительные слова.
Кто такой Менделеев?
Вопрос может показаться глупым, но за 5 лет преподавания я, если что и понял, так это то, что глупых вопросов не бывает... Бывают ленивые преподаватели.
Итак, Дмитрий Иванович Менделеев - это, конечно, фигура невообразимых масштабов. Просто представьте, за 50 лет до создания электронного микроскопа (я уж промолчу, что это не чета нынешних, способным увеличивать изображение в 40000 раз), в 1869-м году, он умудрился структурировать химические элементы и вывести периодический закон.
Всё очень просто: у атома есть ядро, в котором содержатся протоны и нейтроны, а вокруг него кружатся электроны. Эта модель была предложена Томсоном, а потом доработана Резерфордом. Так вот, каждый добавленный в ядро протон меняет вещество. То есть, в ядре водорода - 1 протон, в ядре гелия - уже два водорода. Окей? Окей. Правда есть один факт, который делает достижение Менделеева чем-то сверхъестественным...
Конечно, тут стоит отметить пару нюансов:
Изначально таблица Менделеева содержала всего 63 элемента, да и прежде чем вы начнёте считать Менделеева сверхчеловеком, я вас разочарую: он был пусть и гениальным, но всё же, человеком, живущим в 19-м веке, когда Томсон ещё не успел получить электрон, а Резерфорд открыть планетарную модель атома. По большому счёту, тут соль в чём?
Фундаментальность опыта Менделеева заключалась в том, что он выяснил, что химические свойства химических элементов меняются не монотонно, а циклично. Ну и конечно, никто не отбирал порядковые номера элементов по количеству протонов в ядре, увидеть их в те времена возможным не представлялось. Потому всё прозаично - считали по массе. Если вы посмотрите на таблицу, и вспомните, что известных химических элементов было, всего-лишь, 63, то пазл складывается, ибо никаких актиноидов ещё не было. К слову, о массе.
Атомная масса:
Благодаря периодической таблице, мы можем найти атомную массу каждого элемента. Делается это довольно просто: каждая ячейка имеет в себе два числа: одно сверху - другое снизу. Число сверху - всегда целое, число снизу - нет. Целое число (верхнее) - это порядковый номер элемента, нецелое (снизу) - это его атомная масса.
Сверху 11 - это его номер, а внизу написано 22,990. Это его атомная масса, конечно, в задачах мы не оперируем такими числами, потому используем всегда правила округления. Если не знаете как округлять - учитесь. Округляем всегда до целых. Есть одно исключение.
Этого мы округляем до 35,5 атомных единиц массы (в дальнейшем - а.е.м.)
1 а.е.м.=1,660 539 066 60(50)⋅10^-27 кг. То есть, очень маленькая масса. Но, понятное дело, атомов очень много, но об этом мы подробнее будем говорить на уроке про число Авогадро, молярный объём и т.д.
Кстати, я тут говорил о количестве протонов в ядре. Давайте подробнее:
Точное строение атома:
Давайте найдём в таблице молибден. Номер - 42, масса - 95,94 а.е.м. (округляем до 96. И давайте вспомним из чего состоит атом. Если кратко, и без лишней воды, есть положительно заряженный протон, отрицательно заряженный электрон и нейтрально заряженный нейтрон. Каждая из этих частиц имеет свою массу.
Как мы видим массы протона и нейтрона примерно равны а.е.м. а вот масса электрона в сотни раз меньше. Посему мы ей пренебрегаем. Количество протонов же мы определяем по порядковому номеру химического элемента. Это, естественно, уже не Менделеев выяснял, для школьного курса оно вам не особо надо, но как я могу вам отказать в доп материалах? Посему, кому интересно, есть гиперссылка, но компостировать мозги школьникам законом Мозли - идея так себе.
И вот, мы узнали сколько протонов в ядре. Количество электронов равно количеству протонов. А почему?
Потому что заряд необходимо уравнять. Недостаток электронов или протонов приводит к появлению электрического заряда. Безусловно, происходит подобное сплошь и рядом, но в спокойном состоянии атома количество протонов и электронов равно.
Остались нейтроны. Вот тут нам и понадобится масса. Вычитаем из неё количество протонов - готово.
Итого, в атоме молибдена 42 протона, 42 электрона и (96-42=) 54 нейтрона.
Возникает вопрос: а что делать с хлором? Неужели у него 18,5 электронов. Нет, детишки, химия - это не футбольная сборная Соломоновых островов, здесь не бывает
Либо есть х, то есть нейтрон, либо его нет. В случае с хлором - нет. Их 18, едем дальше.
Количество энергетических уровней:
Как вы можете видеть из таблицы Менделеева, у нас есть столбики и строки. Столбики называются группы, а строки - периоды. Давайте посмотрим в каком периоде у нас молибден.
В 5-м! А это значит, что у молибдена 5 энергетических уровней. Энергетический уровень - это орбиталь, по которой электрон вращается вокруг ядра, точно так же, как наш шарик вращается вокруг Солнца. Тут, безусловно, спасибо Резерфорду за планетарную модель атома. Ну и тут суть ещё в том, что невозможно уместить все 42 электрона на одной маленькой орбитали, нужно несколько таких, определить их количество можно по номеру периода. Ну а как их заполнять? Придержите коней, юные падаваны, вот дойдём до электронных конфигураций, а там магистр-джедай (правда я не магистр, а бакалавр) всё вам расскажет. Ну и последнее:
Металл или неметалл?
Когда Менделеев размещал элементы по периодам, смысл был в том, что любая группа начинается щелочным металлом, а заканчивается галогеном и инертным (благородным) газом. Конечно, тут возникли некоторые проблемы, ибо предложенная Менделеевым теория терпела крах, начиная с 4-го периода. В конце должны стоять галоген и инертный газ. В 4-м периоде мы видим в 7-й группе марганец, а в 5-м технеций, безусловно, никаких солей с металлами они не образуют, никакими галогенами не являются.
Именно поэтому какие-то элементы в таблице написаны слева, а какие-то справа. Если слева - это основная или А подгруппа, там с химическими элементами всё норм, прям по Менделеевским чертежам, а вот что справа - понять не могли очень долго. Сейчас же мы говорим, что это побочная или В подгруппа.
Кто-то идёт дальше:
Помимо РФ, я преподавал химию для учеников и из других стран, в том числе Венгрии, Румынии, Австрии и даже Испании, потому прекрасно знаком с американским вариантом периодической таблицы, и да, уважаемые читатели, пожалуйста, отставьте ура-патриотический настрой, но я вынужден признать, что такой вариант лучше и логичнее когда речь идёт об определении металлических свойств. В нашей же таблице мы проводим диагональ от бора к астату (оба неметаллы).
Что попало на диагональ, или оказалось ниже - металл, что выше - неметалл, исключение - побочные группы, они металлы.
Группы химических элементов, так же, позволяют:
Определить металлические свойства: вниз и влево - увеличиваются, вверх и вправо уменьшаются.
Электроотрицательность (неспособность принимать электроны) вниз и влево - уменьшается, вверх и вправо - увеличивается.
Кроме того, номер группы равен числу валентных электронов (на внешнем энергетическом уровне), плюс помогает с определением валентности (разберём в соответствующей теме).
Это всё!
Сегодняшний урок считаю оконченным, а теперь: лайки ставим, подписочки оформляем, на занятия записываемся, другие статьи по теме читаем, вопросики в комментариях задаём, новые статейки ждём.
