ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Формулировка периодического закона

К 1870 г. сложилась в целом классификация элементов. Периодическая система элементов была предложена русским химиком Д.И. Менделеевым (1869 г.) в результате обобщения громадного опыта по систематизации элементов («триады» И. Деберейнера (1829 г.) - прообраз будущих групп Периодической системы, «октавы» Дж. Ньюлендса (1864 г.) - прообраз будущих периодов, таблица Л. Мейера из 27 элементов в порядке возрастания их атомных весов (1864 г.)).

Д. И. Менделеев был глубоко убежден, что между всеми химическими элементами существует закономерная связь, объединяющая их в единое целое, и пришел к заключению, что в основу систематики элементов должна быть положена их относительная атомная масса. Расположив все элементы в порядке возрастающих атомных масс, он обнаружил, что сходные в химическом отношении элементы встречаются через правильные интервалы и что, таким образом, в ряду элементов многие их свойства периодически повторяются. Эта закономерность получила свое выражение в периодическом законе, который Менделеев формулировал следующим образом (1869 г.):

Закономерность периодической системы

Чтобы познакомиться с найденной Менделеевым закономерностью, выпишем подряд по возрастающей атомной массе элементы от Li до Ar. Под символом каждого элемента поместим его округленную атомную массу и формулу его кислородного соединения, отвечающего наибольшей валентности элемента по кислороду:

Посмотрим, какова последовательность в изменении свойств элементов.

Литий - одновалентный металл, энергично разлагающий воду с образованием щелочи. За литием идет бериллий - тоже металл, но двухвалентный, медленно разлагающий воду при обычной температуре. После бериллия стоит бор - трехвалентный элемент со слабо выраженными неметаллическими свойствами, проявляющий, однако, некоторые свойства металла. Следующее место в ряду занимает углерод - четырехвалентный неметалл. Далее идут: азот - элемент с довольно резко выраженными свойствами неметалла; кислород - типичный неметалл; наконец, седьмой элемент фтор - самый активный из неметаллов, принадлежащий к группе галогенов.

Таким образом, металлические свойства, ярко выраженные у лития, постепенно ослабевают при переходе от одного элемента к другому, уступая место неметаллическим свойствам, которые наиболее сильно проявляются у фтора. В то же время по мере увеличения атомной массы валентность элементов по отношению к кислороду, начиная с лития, увеличивается на единицу для каждого следующего элемента (единственное исключение из этой закономерности представляет фтор, валентность которого по кислороду равна единице).

Если бы изменение свойств и дальше происходило в том же направлении, то после фтора следовал бы элемент с еще более ярко выраженными неметаллическими свойствами. В действительности же следующий за фтором элемент - неон представляет собой благородный газ, не соединяющийся с другими элементами и не проявляющий ни металлических, ни неметаллических свойств.

За неоном идет натрий - одновалентный металл, похожий на литий. С ним как бы вновь возвращаемся к уже рассмотренному ряду. Действительно, за натрием следует магний - аналог бериллия: потом алюминий, хотя и металл, а не неметалл, как бор, но тоже трехвалентный, обнаруживающий некоторые неметаллические свойства. После него идут кремний - четырехвалентный неметалл, во многих отношениях сходный с углеродом; пятивалентный фосфор, по химическим свойствам похожий на азот; сера - элемент с резко выраженными неметаллическими свойствами; хлор - очень энергичный неметалл, принадлежащий к той же группе галогенов, что и фтор, благородный газ аргон.

Если проследить изменение свойств всех остальных элементов, то окажется, что в общем оно происходит в таком же порядке, как и у первых шестнадцати (не считая водорода и гелия) элементов: за аргоном опять идет одновалентный щелочной металл калий, затем двухвалентный металл кальций, сходный с магнием, и т. д.

Таким образом, изменение свойств химических элементов по мере возрастания их атомной массы не совершается непрерывно в одном и том же направлении, а имеет периодический характер. Через определенное число элементов происходит как бы возврат назад, к исходным свойствам, после чего в известной мере вновь повторяются свойства предыдущих элементов в той же последовательности, но с некоторыми качественными и количественными различиями.