Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Періодичне повторення властивостей елементів зі зростанням атомного номера стає особливо наочним, якщо розташувати елементи у вигляді таблиці, яку називають періодичною таблицею або періодичною системою елементів. Було запропоновано й використовується кілька форм періодичної таблиці. У цій книзі розгляд елементів та їхніх властивостей проведено на підставі табл. 5.1.
Створення періодичної системи
Поділ хімічних речовин на дві групи — елементи і сполуки— було проведено наприкінці XVIII ст. Знадобився тривалий час для встановлення того факту, що елементи можна класифікувати на підставі періодичного закону.
Таблиця 5.1. Періодична система елементів.
Найважливіший крок у розробленні періодичної системи було зроблено 1869 р., коли російський хімік Дмитро Іванович Менделєєв (1834—1907) провів ретельне вивчення залежності між атомними масами елементів та їхніми хімічними і фізичними властивостями. Менделєєв запропонував періодичну таблицю, що містить 17 колонок, загалом схожу на табл. 5.1, але таку, що не включала останню колонку (на той час ці елементи — шляхетні гази — ще не були відкриті). 1871 р. Менделєєвим і незалежно від нього німецьким хіміком Лотаром Мейєром (1830—1895) було запропоновано таблицю з восьми колонок; такого вигляду таблиця набула після поділу кожного довгого періоду на період із семи елементів, на восьму групу, що містить тріади елементів »середньої частини довгого періоду (подібних до тріади Ферум, Кобальт, Нікель), і на другий період із семи елементів. Належність елементів довгих періодів до другого або третього короткого періоду із семи елементів пізніше стали позначати буквами «а» і «б», що додаються до номерів груп, які позначаються римськими цифрами. Таке позначення (Iа, IIа,IIIa, IVa, Va, VIa, VIIa, VIII, Iб, IIб, IIIб, IV6, V6, VI6, VIIб) з невеликими змінами зберігається в періодичній таблиці й нині.
Запропонована Менделєєвим таблиця (у формі «коротких періодів») протягом багатьох років була дуже популярною*, проте тепер дедалі більше користуються розгорнутою таблицею (у формі «довгих періодів»), наведеною в цій книзі (табл. 5.1). Така таблиця краще узгоджується з новими даними про електронну структуру атомів.
Періодичний закон було прийнято одразу ж після того, як його запропонував Менделєєв, що пояснюється правильністю його передбачень, заснованих на використанні періодичного закону; пізніше ці передбачення було підтверджено дослідними даними. 1871 р. Менделєєв змінив положення сімнадцяти елементів у періодичній таблиці, які було розташовано »відповідно до прийнятих тоді для них атомних мас; унаслідок такої перестановки було досягнуто кращої відповідності між властивостями цих та інших елементів. Він указав, що необхідність унесення таких змін зумовлена наявністю невеликих помилок у прийнятих раніше значеннях атомних мас деяких елементів і великих помилок »у випадку ряду інших елементів, сполукам яких приписували неправильні формули. Подальші експериментальні роботи підтвердили правильність зроблених Менделєєвим виправлень.
Д. І. Менделєєв знайшов разюче застосування періодичному закону. Він зміг передбачити існування шести елементів, які на той час ще не були відкриті й які мали посісти незаповнені клітинки в його таблиці. Менделєєв назвав ці елементи екабором, екаалюмінієм, екасиліцієм, екаманганом, двіманганом і екатанталом (у санскриті ека означає перший, дві — другий).
Три з передбачених Менделєєвим елементів невдовзі було відкрито (дослідники, які їх відкрили, назвали ці елементи скандієм, галієм і германієм), і було встановлено, що їхні властивості та властивості їхніх сполук дуже близькі до передбачених Менделєєвим відповідно для екабору, екаалюмінію і екасиліцію. Згодом було відкрито або отримано штучно елементи Технецій, Реній і Полоній, і було встановлено, що вони мають властивості, аналогічні властивостям, передбаченим Менделєєвим для екамангану, двімангану і екатанталу. Нижче наведено порівняння властивостей, передбачених Менделєєвим для екасиліцію, і властивостей Германію, встановлених дослідним шляхом.
| Властивості екасиліцію (Es), передбачені Менделєєвим (1871 р.) | Експериментально встановлені властивості германію (відкритого 1886 р.) |
| Атомна маса приблизно 72 | Атомна маса Ge 72,59 |
| Es буде одержано з EsO2 або K2EsF2 відновленням натрієм | Ge одержано відновленням K2GeF6 натрієм |
| Es буде темно-сірим металом з високою температурою плавлення і густиною 5,5 г·см-3 | Ge — метал сірого кольору з температурою плавлення 958 °C і густиною 5,36 г·см-3 |
| Es буде незначною мірою піддаватися дії кислот, таких як хлоридна кислота HCl; він буде стійким до дії лугу, наприклад NaOH | Ge не розчиняється в HCl і в NaOH, але розчиняється в концентрованій нітратній кислоті HNO3 |
| Під час нагрівання Es утворюватиме оксид EsO2 з високою температурою плавлення і густиною 4,7 г·см-3 | Ge реагує з киснем, утворюючи оксид GeO2 з температурою плавлення 1100 °C і густиною 4,70 г·см-3 |
| Гідратований оксид EsO2 буде розчинним у кислоті, і можна очікувати, що він легко осаджуватиметься знову | Ge(OH)4 розчиняється в розведеній кислоті і знову випадає в осад під час подальшого розведення або додавання основи |
| Сульфід EsS2 буде нерозчинним у воді, але розчинятиметься в амоній сульфіді | GeS2 нерозчинний у воді та розведених кислотах, але легко розчиняється в амоній сульфіді |
| EsCl4 буде леткою рідиною з температурою кипіння трохи нижче 100 °C і густиною 1,9 г·см-3 | GeCl4 — летка рідина з температурою кипіння 83 °C і густиною 1,88 г·см-3 |
Приклад 5.1.
У статті «Хімія», опублікованій у дев'ятому виданні Британської енциклопедії (що вийшло 1878 р.), Г. А. Армстронг писав, що Менделєєв нещодавно запропонував приписати Урану атомну масу 240 замість колишнього значення 120, яке було встановлено Берцеліусом; автор статті Армстронг віддає перевагу значенню 180. Менделєєв мав рацію. Точна формула уранової смолки, уранініту, — важливої руди Урану — має вигляд U3O8. Яку формулу приймали для уранової смолки: а) Берцеліус і б) Армстронг?
Розв'язання. Якщо приписати Урану атомну масу 120, як це зробив Берцеліус, то атоми Урану становитимуть лише половину маси, приписаної їм Менделєєвим, і відповідно формулу U3O8 слід записати у вигляді U6O8 або, спрощено, U3O4. З аналогічних міркувань значення атомної маси 180 (три чверті від 240), запропоноване Армстронгом, призводить до формули UO2.
* Сучасну періодичну таблицю в її короткій формі відтворено на форзаці книги. У такому вигляді таблиця цілком відповідає сучасним науковим даним про будову атомів. — Прим. перекл.