Что такое периодическая таблица?

Порядок по атомному номеру

У каждого элемента свой атомный номер. У водорода 1 протон, поэтому его атомный номер 1; у гелия 2, у углерода 6, у железа 26, а у оганесона, самого тяжёлого из названных на сегодня элементов, 118. Если читать каждую строку слева направо, атомный номер растёт на единицу от клетки к клетке, за исключением тех мест, где лантаноиды и актиноиды вынесены в строки ниже.

В нейтральном атоме электронов столько же, сколько протонов, поэтому атомный номер задаёт и число электронов. Именно эти электроны, особенно внешние, определяют, как элемент вступает в реакции, поэтому при упорядочении по атомному номеру свойства повторяются через правильные промежутки. Эта повторяющаяся закономерность и означает слово «периодическая».

Кто создал периодическую таблицу?

В XIX веке несколько химиков пытались упорядочить элементы, но вариант, прославивший таблицу, опубликовал в 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев. Он расположил 63 известных тогда элемента по атомной массе и сгруппировал элементы со сходными свойствами.

Менделеев оставил пропуски там, где по его закономерности должен был существовать элемент, и предсказал свойства этих недостающих элементов. Позже три из пропусков заполнили галлий (открыт в 1875 году), скандий (1879) и германий (1886), причём их свойства оказались близки к его предсказаниям.

В 1913 году английский физик Генри Мозли показал, что истинная основа порядка — атомный номер, а не атомная масса. Это объяснило, почему несколько пар, например теллур (атомная масса 127,6) и иод (126,9), приходится ставить не в порядке масс, чтобы они попали в нужные группы.

Как читать клетку элемента

Каждый квадрат таблицы описывает один элемент. В большинстве таблиц указано не меньше четырёх сведений: атомный номер, химический символ из одной или двух букв, название элемента и его атомная масса.

Возьмём железо: атомный номер 26, символ Fe, атомная масса 55,845. Атомная масса — это средневзвешенное значение масс природных изотопов элемента, поэтому обычно она не целое число. То же число даёт массу одного моля элемента в граммах, поэтому молярная масса железа равна 55,845 г/mol.

Символ всегда начинается с заглавной буквы, а вторая буква, если она есть, строчная. Co — это кобальт, а CO — монооксид углерода, соединение углерода и кислорода.

Группы и периоды

18 вертикальных столбцов называются группами. Элементы одной группы обычно имеют одинаковое число внешних электронов, поэтому реагируют сходным образом: все щелочные металлы 1-й группы реагируют с водой, а благородные газы 18-й группы почти ни с чем не реагируют.

7 горизонтальных строк называются периодами. Номер периода показывает, сколько электронных оболочек использует атом; у натрия, находящегося в 3-м периоде, электроны расположены на трёх оболочках. При движении вдоль периода у каждого элемента на один протон и на один электрон больше, чем у предыдущего, а элементы постепенно меняются от металлов слева к неметаллам справа.

Металлы, неметаллы и две строки внизу

Зигзагообразная «лестница» в правой части таблицы отделяет металлы от неметаллов. Более 80 элементов — металлы, они занимают левую часть и середину. Неметаллы, такие как углерод, азот, кислород, галогены и благородные газы, расположены в правом верхнем углу; водород тоже неметалл, хотя и помещён в верхней части 1-й группы. Металлоиды, например кремний, лежат вдоль лестницы и сочетают свойства тех и других.

Две отдельные строки под основной таблицей — это лантаноиды (элементы 57–71) и актиноиды (элементы 89–103). Они относятся к 6-му и 7-му периодам, но напечатаны ниже, чтобы таблица оставалась удобной по ширине.

Чем полезна периодическая таблица

Зная положение элемента, можно предсказать, как он себя ведёт. Натрий находится в 1-й группе, поэтому теряет один электрон и образует Na⁺; хлор — в 17-й группе, поэтому принимает один и образует Cl⁻. Одного и другого поровну уравновешивают друг друга, поэтому поваренная соль — NaCl. Те же рассуждения помогают предсказывать формулы, заряды и типы связей, не заучивая каждый факт.