Изучаем таблицу Менделеева

Периодическая таблица Менделеева – это графическое отображение периодической системы химических элементов, созданная учёным после 20 лет работы над ней. Предложенная классификация стала настоящим прорывов естественных науках своего времени.

Попытки создать похожую сводную таблицу делались неоднократно на протяжении долгого периода времени, но подход Д.И.Менделеева отличался. В процессе классификации он взял за основу важность двух характеристик: атомной массы и химических свойств. Ему удалось совместить их.

Есть описание, как он проводил сбор и анализ данных: на отдельных листах ученый описал каждый из известных на тот момент 63 элементов, затем формировал из этих листов ряды, учитывая самые важные характеристики. Со временем он выявил периодичность в изменениях их свойств. Также он сделал прогрессивные предположения: выделил в рядах места для неизвестных элементов, пересмотрел некоторые значения масс атомов, оказавшихся неверными на момент проведения исследований.

Достижения науки начала XX века подтвердили зависимость между атомными номерами элементов и периодичностью изменений их свойств. Поэтому периодический закон был изменен, но сама классификация получила подтверждение.

Сегодня в таблице Менделеева – 118 элементов. Ее столбцы называются группами. Свойства элементов в них изменяются сверху вниз:

• усиливаются металлические свойства;
• увеличивается радиус атома;
• снижается электроотрицательность.

Период в таблице Менделеева – это горизонтальный ряд. Элементы в каждом из них расположены по возрастанию номеров атомов. В пределах периода слева направо:

• убывают металлические свойства;
• уменьшается радиус атома;
• возрастает электроотрицательность.

Современная система, скорее всего, будет развиваться в направлении открытий для заполнения пустующих мест, а ее данные будут по-прежнему широко использоваться в различных областях науки.

Исследование химических элементов второго столбца периодической таблицы

Используя периодическую систему, исследуйте в этом эксперименте зависимость между готовностью щелочноземельных металлов вступать в реакцию и их местом во втором столбце таблицы.

Что нам понадобится:

• магний,
• кальций,
• стронциевая стружка,
• мерный цилиндр объёмом 50 мл,
• 5 лабораторных стаканов объемом 100 мл,
• весы,
• 3 лабораторных стакана объемом 50 мл,
• таймер,
• уксус,
• универсальный индикаторный раствор,
• деионизированная вода,
• пинцет,
• 3 помощника.

Ход эксперимента:

1. Налейте 35 мл деионизированной воды в каждый из 3 лабораторных стаканов объемом 50 мл.
2. Добавьте по 20 капель универсального индикаторного раствора, по 5 капле уксуса во все 3 стакана. Перемешайте.
3. Поместите 2 больших кусочка кальция в первый лабораторный стакан объемом 100 мл.
4. Поместите 2 кусочка магния такого же размера во второй стакан объемом 100 мл.
5. Поместите 2 кусочка стронция такого же размера в последний стакан объемом 100 мл.
6. Ваша задача – засечь время на следующем шаге.
7. Трем помощникам нужно одновременно вылить получившийся раствор из стаканов объемом 50 мл в стаканы объемом 100 мл с металлами.
8. Вы должны записать время, на протяжении которого содержание каждого стакана стало фиолетовым.
9. Если какой-то из металлов будет менять цвет более 5 минут, можно остановить время и записать 5+.
10. Теперь вы знаете, какой из металлов реагирует быстрее и медленнее. Получив эти данные, ответьте на вопросы исследования.

Вывод:

Подумайте над тем, что произойдет, когда вы спуститесь вниз по столбцу щелочноземельных металлов? Что произойдет, если вы перейдете к первому столбцу периодической таблицы? Вы замечаете закономерность, которая может относиться ко всей структуре периодической таблицы?

Атомы щелочноземельных металлов, находящихся во втором столбце, хуже входят в реакцию с другими веществами, чем щелочные металлы из первого столбца. И чем ниже элемент располагается в столбце, тем сильнее будет проявляться эта закономерность.

Проект «Моя таблица Менделеева»

Во время следующего эксперимента нужно будет составить таблицу из выдуманных элементов, чтобы понять, как Д. И. Менделеев пришёл к своему открытию. В качестве элементов можно взять известные ребенку овощи и фрукты. Ребенок на простых вещах сможет научится построению периодической таблицы.

Что нам понадобится:

• 9 карточек

Ход эксперимента:

1. Запишите свойства каждого элемента на карточках, пользуясь одинаковым шаблоном, чтобы они были понятны для каждого (в шаблоне необходимо указать наименование элемента, степень твердости, массу и цвет элемента).
2. Подойдите рационально к вопросу размещения элементов в таблице, отталкиваясь от одного или нескольких его свойств.
3. Теперь составьте собственную таблицу в соответствии с выбранным свойством для классификации элементов.

Вывод:

Имея опыт работы с классификацией химических элементов, подумайте над следующим: можно ли спрогнозировать свойства недостающих элементов? Сможет ли любой человек понять последовательность размещения элементов в получившемся результате? Почему? Считаете ли вы, что учёный подошел к своей работе рационально?

Расчет атомной массы

Давайте разберем некоторые понятия периодической системы химических элементов.

Атомный номер – это количество протонов в ядре атома. Это число постоянное, является фундаментальным свойством каждого элемента.

Атомная масса – это общая масса протонов, электронов и нейтронов в атоме. Это значение – фундаментальное свойство изотопов.

Изотопы – это разновидности атомов одного элемента. Их различие – в количестве нейтронов. Например, у водорода – 3 изотопа: протий (0 нейтронов), дейтерий (1 нейтрон), тритий (2 нейтрона).

Атомный вес – это отношение средней атомной массы элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Хотя веса разных образцов одного элемента могут немного отличаться, это число имеет большое значение и отображается в периодической таблице.

Относительная атомная масса является синонимом атомного веса и представляет собой среднее значение атомных весов всех изотопов одного элемента с учетом их распространенности.

Формула относительной атомной массы рассчитывается путем прибавления значений, полученных при делении процента распространенности каждого изотопа на 100 и затем умножении на атомный номер этого изотопа:

(A / 100 • a) + (B / 100 • b) + (C / 100 • c),
где A, B, C — распространенность изотопов, a, b и c – атомные номера этих изотопов.

Теперь вы можете рассчитать относительную атомную массу серебра, урана и бария:

1. У серебра – 2 изотопа: Ag107 и Ag109. Их распространенность составляет 51,84% и 48,16% соответственно. Рассчитайте относительную атомную массу серебра.
2. У урана есть три изотопа: U234, U235 и U238. Их распространенность – 0,01%, 0,71%, 99,27% соответственно. Используйте эту информацию для расчета.
3. Существует семь изотопов бария. С помощью онлайн-поиска выясните их атомный номер и распространенность. Используйте эту информацию для расчета.

Что нам понадобится:

• необходимые значения,
• бумага,
• ручка,
• калькулятор.

Расчёты требуемых относительных атомных масс:

1. Серебра:
   (51,84 / 100 • 107) + (48,16 / 100 • 109) = 107;
2. Урана:
   (0,01 / 100 • 234) + (0,71 / 100 • 235) + (99,27 / 100 • 238) = 238;
3. Бария:
   Атомные номера изотопов бария: 130, 132, 134, 135, 136, 137, 138.
   Их распространенность соответственно: 0,10%, 0,10%, 2,42%, 6,59%, 7,85%, 11,23%, 71,69%.
   (0,10 / 100 • 130) + (0,10 / 100 • 132) + (2,42 / 100 • 134) + (6,59 / 100 • 135) + (7,85 / 100 • 136) + (11,23 / 100 • 137) + (71,69 / 100 • 138) = 137

Вывод:

Теперь вы можете проверить себя. Что такое атомная масса? Чем она отличается от относительной атомной массы? Как её рассчитать, используя периодическую систему? Чем она отличается от веса атома? Возможно ли, чтобы элемент имел разные атомные массы? Почему? Какой процент изотопов урана радиоактивен?

Заключение

Периодическая система Менделеева – одно из самых важных открытий своего времени, повлиявших на развитие ряда естественных наук. Ее знание дает мощную основу для понимания природы элементов и дальнейшего их изучения. Поэтому для каждого исследователя, планирующего связать свою деятельность с этим направлением, важно хорошо знать основные принципы и строение этой системы.