"Химия", Журин А.А.
Периодическая таблица показывает связь между положением элемента и его свойствами. Сначала элементы пытались расположить по возрастанию относительной атомной массы, но у некоторых пар такой порядок не совпадает с химическими свойствами. Менделеев сохранял места, подходящие по свойствам, а не переставлял элементы ради строгого порядка масс. Позже выяснилось: современную таблицу строят по порядковому номеру, то есть по заряду ядра атома.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Периодический закон — закон, согласно которому свойства химических элементов и образуемых ими веществ периодически зависят от заряда ядер их атомов. Иными словами, при расположении элементов по порядковому номеру похожие свойства повторяются через определённые промежутки. Этот закон помогает понять, почему элементы объединяют в группы и периоды, а также сравнивать их свойства.
Относительная атомная масса — величина, показывающая, во сколько раз средняя масса атома элемента больше принятой единицы атомной массы. Первоначально элементы пытались располагать именно по возрастанию этой величины. Она позволяет сравнивать массы атомов, но сама по себе не всегда определяет правильное место элемента в таблице.
Порядковый номер химического элемента — целое число, которое определяет место элемента в современной периодической таблице. Он равен заряду ядра атома, то есть числу протонов в ядре. По порядковому номеру можно однозначно отличить один элемент от другого и установить последовательность их расположения.
Перестановка элементов — расположение некоторых элементов не в порядке возрастания относительной атомной массы. Такие случаи возникали, когда строгий порядок масс не совпадал с периодичностью химических свойств. Сейчас понятно, что это не ошибка таблицы: её современный порядок задаётся порядковыми номерами.
Когда химики сравнивали элементы, они заметили, что сходные свойства повторяются не случайно. Если расположить элементы примерно по возрастанию относительной атомной массы, через некоторые промежутки встречаются элементы со сходными свойствами. Это наблюдение помогло обнаружить периодичность и создать основу таблицы. Масса была удобным для сравнения признаком, но не окончательным правилом расположения.
У теллура относительная атомная масса около 127,60, а у йода — около 126,90, поэтому по возрастанию масс йод должен был бы идти раньше. Однако теллур имеет порядковый номер 52, а йод — 53. Их химические свойства тоже показывают, что теллур должен находиться в своей группе, а йод — среди галогенов. Аналогичное несовпадение есть у кобальта и никеля: масса кобальта около 58,93, никеля — около 58,69, но номера у них соответственно 27 и 28.
Менделеев не считал, что несоответствия масс можно просто не замечать. Он сопоставлял разные признаки и понимал, что при механическом следовании за массой некоторые элементы оказались бы в неподходящих группах. Поэтому в спорных случаях учёный отдавал предпочтение сходству химических свойств и положению, которое поддерживало периодичность. Так таблица могла лучше показывать закономерности, чем простая сортировка чисел.
Позже место каждого элемента удалось связать с зарядом его ядра. Порядковый номер равен этому заряду и числу протонов, поэтому элементы в современной таблице располагаются по возрастанию порядковых номеров. У теллура номер меньше, чем у йода, а у кобальта — меньше, чем у никеля: именно этот порядок и сохраняется. Значит, «перестановки» исчезают, если главным критерием считать не массу, а порядковый номер.
Относительная атомная масса элемента связана с массами его изотопов и тем, насколько каждый из них распространён в природе. Изотопы — это атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Средняя масса зависит от долей изотопов, поэтому у двух соседних элементов она может не возрастать строго вместе с порядковыми номерами. Число протонов при этом не меняется и надёжно задаёт место элемента.
В таблице сравниваются два порядка: по относительным атомным массам и по порядковым номерам. Пользуйся последним столбцом, чтобы увидеть, почему элементы не меняют местами даже при обратном соотношении масс. Числа масс приведены приблизительно, поэтому для определения места важнее порядковый номер.
| Пара элементов | Относительные атомные массы | Порядковые номера | Почему порядок в таблице сохраняется |
|---|---|---|---|
| Теллур и йод | Te ≈ 127,60; I ≈ 126,90 | Te — 52; I — 53 | Теллур стоит раньше по номеру; расположение также соответствует группам и свойствам элементов. |
| Кобальт и никель | Co ≈ 58,93; Ni ≈ 58,69 | Co — 27; Ni — 28 | Кобальт стоит раньше по порядковому номеру, хотя его средняя атомная масса немного больше. |
Задача 1. В паре теллур—йод укажите, какой элемент стоит раньше в таблице, сравните их относительные атомные массы и объясните выбор Менделеева.
Сначала сравним массы: у теллура она около 127,60, у йода — около 126,90. Если сортировать только по массе, раньше должен был бы стоять йод.
Проверим положение по порядковым номерам: у теллура номер 52, у йода 53. Значит, в современной таблице раньше стоит теллур.
Сопоставим химические свойства: теллур относится к своей группе, а йод — к галогенам. Менделеев сохранял такое соответствие свойств и групп, а не переставлял элементы ради порядка масс.
Ответ: теллур расположен перед йодом, хотя его относительная атомная масса больше; такое расположение согласуется с порядковыми номерами и химическими свойствами.
Задача 2. Даны кобальт и никель: определите порядок их расположения в таблице и объясните, почему он не совпадает с порядком возрастания относительных атомных масс.
Сравним массы: средняя относительная атомная масса кобальта около 58,93, никеля — около 58,69. По возрастанию масс никель оказался бы раньше кобальта.
Теперь сравним порядковые номера: кобальт имеет номер 27, а никель — 28. Поэтому в таблице кобальт стоит перед никелем.
Не будем определять место лишь по округлённым массам. Порядковый номер точно задаёт место элемента, а средние массы зависят от изотопного состава.
Ответ: сначала стоит кобальт, затем никель; порядок определяется номерами 27 и 28, а не возрастанием их относительных атомных масс.
Задача 3. У первого элемента относительная атомная масса немного больше, но порядковый номер меньше. Определите, какой элемент будет стоять раньше в современной таблице, и обоснуйте ответ.
Необходимо выбрать главный признак современной таблицы. Им служит порядковый номер, а не относительная атомная масса.
У первого элемента номер меньше, следовательно, его ядро имеет меньший положительный заряд. Второй элемент имеет больший номер и располагается после первого.
Большая масса первого элемента не меняет порядок: она может быть связана с тем, какие изотопы элемента распространены сильнее. Поэтому по массе нельзя отменять последовательность номеров.
Ответ: раньше стоит первый элемент, потому что в современной периодической таблице место определяется меньшим порядковым номером.
Считать, что элементы всегда расположены по возрастанию относительной атомной массы. Так думают, потому что массы приведены в таблице и кажутся удобным способом сортировки. Проверь себя: сравни порядковые номера, поскольку именно они задают современную последовательность элементов.
Думать, что Менделеев не заметил несоответствия масс. Такое предположение возникает, если запомнить только необычный порядок пары элементов. Проверь себя: он учитывал и массы, и свойства, но в спорном случае сохранял периодичность свойств и подходящее положение в группе.
Путать относительную атомную массу с порядковым номером. Их легко смешать, потому что обе характеристики записывают рядом с названием элемента. Проверь себя: порядковый номер — целое число протонов и заряд ядра, а относительная атомная масса описывает среднюю массу атомов.
Объяснять перестановки ошибкой в таблице. Это впечатление появляется, если ожидать строгого возрастания масс. Проверь себя: порядок элементов отражает возрастание зарядов ядер, а различие средних масс связано в том числе с составом изотопов.
Чтобы разобраться в перестановках, нужно знать устройство таблицы, а также понятия группы и периода: по ним сравнивают положение и свойства элементов. Тема опирается на представления об атоме, его ядре и заряде; эти знания понадобятся при изучении строения атома и изотопов. Она также раскрывает периодический закон: место элемента помогает сравнивать свойства и предсказывать, какие свойства будут у других элементов.
Почему теллур стоит перед йодом, если его относительная атомная масса больше?
У теллура относительная атомная масса около 127,60, у йода — около 126,90, но порядковые номера равны 52 и 53. Теллур по свойствам относится к своей группе, а йод — к группе галогенов, поэтому их места соответствуют химическим свойствам и порядковым номерам.
Какие ещё элементы нарушают порядок возрастания относительных атомных масс?
Из известных примеров — кобальт и никель: средняя относительная атомная масса кобальта немного больше, хотя его порядковый номер меньше. Есть и другие пары, например аргон и калий; современная таблица во всех случаях ориентируется на порядковый номер.
Как Менделеев решал, куда поставить элемент при расхождении массы и свойств?
Менделеев сопоставлял относительные атомные массы с химическими свойствами и сходством элементов в группах. Если эти признаки расходились, он выбирал место, которое лучше соответствовало периодичности свойств.
Чем порядковый номер отличается от относительной атомной массы?
Порядковый номер — целое число, равное заряду ядра, то есть числу протонов в атоме. Относительная атомная масса показывает среднюю массу атомов элемента по сравнению с принятой единицей; обычно она не целая и зависит от распространённости изотопов.
Почему порядок по порядковому номеру объясняет перестановки элементов?
Порядковый номер показывает число протонов в ядре и однозначно задаёт место элемента в современной таблице. Относительные атомные массы могут немного меняться по соотношению изотопов, поэтому их порядок иногда не совпадает с порядком элементов по заряду ядра.
§ 28. Решение проблемы перестановок в периодической таблице
