ЗАКОН МЕНДЕЛЕЕВА

ОПЫТЪ СИСТЕМЫ ЭЛЁМЕНТОВЪ

Рис. 1. Периодическая система химических элементов в том виде, в каком она была впервые опубликована (в 1869 году).

На рисунке 1 приведена периодическая система эле­ментов в том виде, как она была впервые опубликована Д. И. Менделеевым. Вторым по порядку в этой таблице стоит элемент литий (и). Это — лёгкий, так называемый щелочной металл; соединяясь с водой, он образует щё­лочь. За ним следуют шесть элементов, свойства которых иные, чем у лития. Но седьмой элемент, натрий (Иа), снова повторяет свойства лития; это — тоже щелочной металл. Ещё через шесть элементов, через период элементов, мы видим новый щелочной металл — ка­лий (К).

Посмотрим, как повторяются свойства соседа лития — лёгкого металла бериллия (Ве) —третьего по счёту хи­мического элемента в таблице Менделеева. Оказывается, и здесь его свойства повторяются через тот же период — через шесть элементов находится химический элемент магний (М§), тоже лёгкий металл, повторяющий в основ­ных чертах свойства своего «родственника». Пропустите ещё шесть элементов, и вы увидите кальций (Са), напоми­нающий по своим свойствам бериллий и магний.

Таким же образом повторяются свойства бора (В) у элемента алюминия (А1), стоящего на седьмом после него месте, свойства фтора (Р) — у хлора (С1) и т. д.

Такая закономерность наблюдается, однако, не во всём ряду элементов. Начиная с калия, элементы с одинаковыми химическими свойствами располагаются уже не через шесть, а через шестнадцать мест друг от друга *).

Подметив эти закономерности, Менделеев разделил весь ряд химических элементов на несколько частей — периодов — и затем расположил эти части одну под другой таким образом, что элементы со сходными свой­ствами поместились друг под другом, образуя вертикаль­ные столбцы — группы сходных элементов:

Свойства элементов в одном периоде изменяются также не случайно. И здесь имеется вполне определённая зако­номерность. Возьмём тот же период — от лития до фтора. Первым в нём стоит химически активный металл (литий); он легко вступает в соединения с другими веществами; за ним идёт металл, менее химически активный (бериллий); далее стоит элемент ещё менее активный, его металличе­ские свойства выражены ешё слабее (бор). Затем мы видим уже переход от металлов к неметаллам (углерод, азот). Здесь химическая активность элементов идёт по восходящей линии: первый из элементов — азот — наибо­лее неактивный, следующий — кислород — уже значи­тельно более активный металлоид (металлоид — значит неметалл) и последним стоит очень активный метал­лоид — фтор.

Чтобы яснее представить, как именно изменяются в периодической таблице свойства элементов по мере увели­чения атомного веса, посмотрим, как изменяются некото­рые их химические свойства.

Возьмём, например, такое важное химическое свой­ство, как валентность. Валентностью называется спо­собность атома какого-либо элемента соединяться с опре­делённым числом атомов другого элемента. Наименьшей валентностью обладает атом водорода, поэтому его ва­лентность принята за единицу.

Валентность других химических элементов выражается числом, показывающим, сколько атомов водорода мо­жет присоединять или замещать атом того или иного элемента. Если атом элемента присоединяет или замещает один атом водорода, его валентность также равна еди­нице; другими словами, говорят, что данный химический элемент одновалентен; если атом элемента присоединяет или замещает два атома водорода, элемент двухвалентен, и т. д.

Однако не все элементы обладают постоянной валент­ностью.

Так, например, углерод в окиси углерода (СО) —двух­валентен, а в углекислом газе (С02) он четырёхвален­тен. Это зависит от условий, при которых образуется соединение. Здесь валентность углерода определяют по ки­слороду, так как кислород всегда двухвалентен. Если с одним атомом кислорода соединяется один же атом ка­кого-то другого элемента (как в случае СО), то, значит, этот элемент двухвалентен. Если же один атом элемента соединяется с двумя атомами кислорода (как в случае С02),— валентность элемента равна четырём.

Кислород вступает в химические соединения с боль­шинством химических элементов. Такие соединения носят название окислов. Изучая окислы, можно определить и валентность этих элементов, установить, как она изме­няется в зависимости от положения элементов в периоди­ческой таблице.

Менделеев нашёл, что среди кислородных соединений можно выделить восемь основных групп. В соответствии с этим химические элементы можно разбить на группы, имеющие однотипные окислы. Так, литий, калий, натрий и некоторые другие образуют окислы, в которых с одним атомом кислорода соединяются два атома металла — Ь2O, Na20, К20 и т. д. Это — группа одновалентных элементов. Все они и входят как раз в первый вер­тикальный столбец периодической таблицы (см. табл. на стр. 20—21).

В другой группе элементы дают окислы, у которых на один атом кислорода приходится один атом металла, на­пример CaO, ZnO. Эти элементы составляют второй стол­бец таблицы Все они имеют наивысшую валентность в кислородных соединениях, равную двум. В третий столбец входят трёхвалентные элементы и т. д.

В каждом периоде располагаются все восемь основных типов окислов Если мы рассмотрим вышеприведённые периоды — от лития до фтора и от натрия до хлора, то увидим, что наивысшая валентность в кислородных соеди­нениях у этих элементов будет увеличиваться в периоде слева направо: 1, 2, 3, 4 и т. д, а затем в последней группе — инертных газов (см рис. 2) — она падает до нуля

Такую же картину мы наблюдаем в других периодах. Таким образом, в то время как атомные веса в таблице беспрерывно растут, валентность элементов периодически колеблется.

Окислы различных элементов, имеющие отличные друг от друга химические свойства, размещаются в периодиче­ской таблице также закономерно. В первых двух группах располагаются окислы металлов, которые при химическом соединении с водой дают особую группу химических со­единений, так называемые основания. Большинство оснований в воде нерастворимо. Но немногие, растворяясь, образуют щёлочи, например:

Ыа20-гН20~ 2№ОН

Окисел вода две молекулы натрия едкого натра

К20 + Н20 = 2КОН

Окисел вода две молекулы калия едкого кали

Щёлочи называются едкими потому, что они разру­шают большое число органических веществ, например жиры, сахар и многое другое.

Окислы металлоидов, соединяясь с водой, образуют другие химические соединения — кислоты, которые обладают кислым вкусом и разъедают металлы. Все

Кислоты имеют в своём составе атомы водорода, например:

БОз + Н20 = Н2Б04

Окисел года серная

Серы кислота

С02 + Н20 = Н2С03

Окисел вода угольная

Углерода кислота

К кислотным окислам относятся главным образом окислы IV—VIII групп периодической таблицы эле­

Ментов.

Таким образом, в таблице Менделеева слева распола­гаются щелочные окислы, а справа — типичные кислот­ные. У серединных элементов наблюдается постепенное снижение щелочных и нарастание кислотных свойств. Так, у элементов III и IV групп слабо выражены как кислот­ные, так и основные свойства.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева, объединив в одно целое разрозненные до этого химиче­ские элементы, показала их естественную последователь­ность. До открытия Менделеева химические элементы ка­зались ничем не связанными друг с другом, независимыми друг от друга. Периодический закон показал, что это не так. Все химические элементы взаимно обуслов­ливают друг друга; именно поэтому они располагаются в периодической таблице в определённом естественном порядке.

Закон Менделеева показал, что химические элементы, т. е. основные вещества, из которых строятся все окру­жающие нас тела, едины по своей природе.

Вместе с тем периодическая система элементов позво­лила научно предсказывать существование в природе новых, ещё не известных химических элементов и их свойств! Слепым поискам неизвестных простых тел природы был положен конец.