Периодична система

Менделеев, портрет на Иля Репин (1885 г.)
Един от вариантите на периодичната таблица на Менделеев

Периодичната система (наричана още таблица на Менделеев) е таблично подреждане и класификация на всички химически елементи по техния атомен номер (брой протони), електронна конфигурация, и повтарящи се химични свойства. Таблицата е графичен израз на периодичния закон, открит и публикуван от руския химик Дмитрий Менделеев през 1869 г. с цел да илюстрира периодичните тенденции в свойствата на известните тогава елементи. Така той прогнозира някои свойства на тогава неизвестните още химични елементи в празнините на таблицата. Повечето от неговите прогнози се оказват точни. В първоначалния си вариант таблицата е представяла свойствата на елементите в зависимост от атомното им тегло (в съвременната интерпретация това е атомната маса). С развитие на теорията за строежа на атома се установява, че най-важната характеристика на атомите не е атомната маса, а броят на протоните в ядрата им. Това дава възможност да се уточни формулировката на периодичния закон.

Преди Менделеев са предлагани стотици варианти на изобразяване на периодичната система с аналитични криви, таблици, геометрични фигури и др.) [1]. В съвременния вариант на системата тя се свежда до двуизмерна таблица, в която всеки стълб (колона) се нарича група и определя елементи с подобно поведение и свойства, а редовете се наричат периоди и съдържат елементи с един и същ брой електронни обвивки или слоеве. Като цяло, в рамките на един ред (период) елементите започват с металите отляво, и завършват с неметали отдясно. Шест групи имат имена, както и номера: например, група 17 са халогените, а група 18 благородните газове.

Всеки елемент в таблицата има точно определен пореден номер – Z равен на броя протони в атомното ядро и точно определени координати в периодичната система – период и група. Между мястото на елемента в периодичната система (съответно строежа на атомите му) и неговия химичен характер съществува зависимост. Тя може да се използва, за да се предвиди химичния характер на елемента, простите му вещества и на съединенията му. Първите 94 елемента съществуват в природата естествено, въпреки че някои са открити само в малки количества, синтезирани в лаборатории преди да са открити в природата.

История

Първи опити за систематизиране

До 18 век са познати и описани само 15 елемента – ( метали като желязо, мед, олово, бисмут, арсен, цинк, калай, антимон, платина, сребро, живак и злато или неметалите като въглерод, сяра и фосфор).

През 1789 г. Антоан Лавоазие публикува списък с 33 химически елемента, групирайки ги в газове, метали, неметали и земни [2]. Химиците прекарат следващия век в търсене на по-точна схема на класификация. През 1829 г. Йохан Волфганг Дьоберайнер отбелязва, че много от елементите могат да бъдат групирани в триади въз основа на техните химични свойства. Литий, натрий и калий например са групирани в триада, като меки реактивни метали. Той също така открива, че когато се подредят по атомно тегло, атомного тегло на втория член във всяка триада е приблизително средно аритметично на първото и третото [3]. Това става известно, като Законът на триадите [4]. Германският химик Леополд Гмелин работи с тази система и до 1843 г. идентифицира десет триади, три групи от четири и една група от пет елемента. Жан-Батист Дюма публикува работа през 1857 г., описваща взаимоотношенията между различните групи метали. Въпреки че различните химици са успели да идентифицират взаимоотношенията между малки групи елементи, все още трябва да се изгради една обща схема, която да обхваща всички.

В 1857 г. германският химик Фридрих Август Кекуле отбелязва, че въглеродът често има четири други атома, свързани с него. Метанът например има един въглероден атом и четири водородни атома [5]. Тази концепция в крайна сметка става известна като валентност [6].

През 1862 г. френският геолог Александр Емил Бегуйе дьо Шанкуртоа публикува ранна форма на периодична таблица, която нарича телурова спирала или винт. Той е първият човек, който забелязва периодичността на елементите. С елементите, разположени в спирала на цилиндър по ред на нарастване на атомното тегло, дьо Шанкуртоа показва, че елементи с подобни свойства се появяват на равни интервали. Неговата диаграма включва някои йони и съединения в допълнение на елементите. Неговата таблица използва геоложки, а не химически термини и не включва диаграма, в резултат на което получава малко внимание [7].

През 1864 г. германският химик Лотар Майер публикува таблица с 44 елемента подредени по валентност. Таблицата показва, че елементите с подобни свойства често имат една и съща валентност [8]. Същевременно Уилям Одлинг, английски химик, публикува таблица с 57 елемента, наредени на базата на атомните им тегла. Той споменава идеята за периодичен закон, но не я преследва [9]. Впоследствие предлага класификация на елементите на базата на валентност [10].

Периодичната таблица на Нюлендс, 1866 г.

Английският химик Джон Александър Рейна Нюлендс публикува серия от статии от 1863 г. до 1866 г., в които се отбелязва, че когато елементите са изброени в реда на нарастване на атомното тегло, подобни физични и химични свойства се повтарят на интервали от осем. Той приравнява тази периодичност към октавите на музиката [11] [12]. Нюлендс нарича това Закон на октавите, обаче е осмиван от съвременниците си и Химичното общество отказва да публикува откритията му [13]. Въпреки това, Джон Александър Рейна Нюлендс изготвя таблица на елементите и я използва, за да предвиди съществуването на липсващи елементи като германий [14]. Химичното общество признава значението на откритията пет години след като са признали Менделеев [15]. През 1867 г. германският химик Густав Хинрикс публикува в Америка спирална периодична система, базирана на атомни спектри и тегла, както и химически сходства.

Периодичен закон на Менделеев

Д. И. Менделеев. Първият ръкописен вариант на периодичния закон, 18 февруари 1869

Работейки над своя труд „Основи на химията“, Д. И. Менделеев открива през 1869 г. един от фундаменталните природни закони – периодичния закон на химичните елементи.

На 6 март 1869 г. знаменитият му доклад „Съотношение между свойствата на елементите и атомните им тегла“ (на руски: Соотношение свойств с атомным весом элементов) е прочетен от Н. А. Меншуткин на заседание на Руското химическо общество. В същата година се появява съобщението на немски в списанието „Zeitschrift für Chemie“, а през 1871 г. в „Annalen der Chemie“ е публикувана обширна статия на Д. И. Менделеев, посветена на неговото откритие – „Периодична закономерност на химическите елементи“ (на немски: Die periodische Gesetzmässigkeit der Elemente).

Отделни учени в редица страни, особено в Германия, считат за съавтор на откритието Лотар Майер. Същественото различие между предложените системи е в това, че таблицата на Л. Майер е един от вариантите на класификация на известните към онзи момент химични елементи, докато посочената от Менделеев периодичност дава разбиране за закономерността, според която се определя мястото на елементи, които все още не са били известни тогава и дава възможност да се предскаже не само съществуването на такива елементи, но и техните характеристики [16].

Без да дава някаква представа за строежа на атома, периодичният закон стига много близко до поставянето на проблема за строежа на атома и несъмнено решението на този проблем е намерено до голяма степен благодарение на закона. През 1984 г. академик В. И. Спицин пише: „…Първите представи за строежа на атома и за химичната валентност, разработени в началото на 20 век, се основават на закономерностите в свойствата на елементите, установени с помощта на периодичния закон“ [17].

Развивайки през следващите две години своите идеи Менделеев въвежда понятието за място на химичния елемент в периодичната система, определено като съвкупност на свойствата му чрез съпоставяне със свойствата на другите елементи. Въз основа на това и в частност, отчитайки резултатите от изучаване на стъклообразуващи оксиди, той прави корекции в атомната маса на девет елемента ( берилий, индий, уран и др.). Предсказва през 1870 г. съществуването на три неизвестни дотогава елемента, изчислява атомните им маси и описва свойствата им – „екаалуминий“ (открит през 1875 г. и наречен галий), „екабор“ (открит през 1879 г. и наречен скандий) и „екасилиций“ (открит през 1885 г. и наречен германий). След това предсказва съществуването на още осем елемента, сред които „екателур“ – полоний (открит през 1898 г.), „екайод“ – астат (открит през 1942 – 3 г.), „екаманган“ – технеций (открит през 1937 г.), „двиманган“ – рений (открит през 1925 г.), „екацезий“ – франций (открит през 1939 г.).

През 1900 г. Менделеев и Уилям Рамзи стигат до извода, че е необходимо в периодичната система да бъдат включени елементите от групата на благородните газове.

Последни открития

Повечето останали елементи са изолирани и описани научно през 19-ти век. В началото на 20-ти век са неизвестни само още десет естествени елемента. Оттогава насам са станали известни само някои трудно откриваеми, често радиоактивни елементи. Много от тях не се срещат в природата и са продукт на процесите на изкуствен термоядрен синтез. Едва през декември 1994 г. се произвеждат двата изкуствени елемента дармщатий (ека-платина) и рьонтгений (ека-злато).

други езици
Acèh: Drah kimia
Afrikaans: Periodieke tabel
Alemannisch: Periodensystem
العربية: جدول دوري
asturianu: Tabla periódica
Boarisch: Periodnsystem
беларуская (тарашкевіца)‎: Пэрыядычная сыстэма хімічных элемэнтаў
বিষ্ণুপ্রিয়া মণিপুরী: পর্যায় সারণী
Mìng-dĕ̤ng-ngṳ̄: Nguòng-só ciŭ-gĭ-biēu
Cymraeg: Tabl cyfnodol
ދިވެހިބަސް: ޕީރިއަޑިކް ތާވަލު
Esperanto: Perioda tabelo
Gàidhlig: Clàr pillteach
ગુજરાતી: આવર્ત કોષ્ટક
客家語/Hak-kâ-ngî: Ngièn-su chû-khì-péu
Fiji Hindi: Periodic table
Bahasa Indonesia: Tabel periodik
íslenska: Lotukerfið
日本語: 周期表
Gĩkũyũ: Metha Njokereri
한국어: 주기율표
lumbaart: Taula periodica
Baso Minangkabau: Tabel periodik
Bahasa Melayu: Jadual berkala
Plattdüütsch: Periodensystem
नेपाल भाषा: तत्त्वमां
Nederlands: Periodiek systeem
norsk nynorsk: Periodesystemet
Papiamentu: Mesa periodiko
Piemontèis: Tàula periòdica
português: Tabela periódica
tarandíne: Tavele Periodiche
srpskohrvatski / српскохрватски: Periodni sistem elemenata
Simple English: Periodic table
српски / srpski: Периодни систем
Sranantongo: Periodiki sistemi
Basa Sunda: Tabél periodik
Kiswahili: Mfumo radidia
Türkçe: Periyodik tablo
oʻzbekcha/ўзбекча: Kimyoviy elementlar davriy sistemasi
Tiếng Việt: Bảng tuần hoàn
West-Vlams: Periodiek système
Bân-lâm-gú: Chiu-kî-piáu