Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева

Важнейшим событием химии в 19 веке было открытие периодического закона, сделанное в 1869 г. гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым. Периодический закон в формулировке Д. И. Менделеева гласит: “ свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса”.

Графическим выражением этого закона стала созданная им периодическая система элементов.

В настоящее время известно несколько сотен вариантов периодической системы элементов, но все они в своей основе содержат предложенные Менделеевым принципы её построения. Наибольшее распространение получили короткая (восьмиклеточная) и длинная (тридцатидвухклеточная) формы периодической система элементов.

Развитие учения о строении атома вскрыло глубокий физической смысл периодического закона. Как было доказано, свойства элементов зависят, прежде всего, от заряда атомных ядер, который в свою очередь определяет распределение электронов на электронных оболочках атомов. Основной характеристикой атома является положительный заряд ядра, численно равный порядковому номеру элемента. В нейтральном атоме заряд ядра и общее число электронов равны. Распределением электронов на электронных оболочках атомов определяются свойства элементов и их соединений, положение элемента в периодической системе. Периодичность изменения свойств химических элементов и их соединений зависит от периодически повторяющейся сходной структуры электронных оболочек атомов.

В 1913 г. ученик Резерфорда английский ученый Мозли, исследуя спектры лучей Рентгена для различных элементов, установил простое соотношение между длиной волны рентгеновских лучей и порядковым номером элемента (закон Мозли):

Корень квадратный из величины, обратной длине волны рентгеновских лучей, испускаемых атомами различных элементов, находится в линейной зависимости от порядкового номера элемента, т. е.

где l – длина волны; Z – порядковый номер элемента; a – постоянная, одинаковая для всех элементов.

Из уравнения следует, что, зная a и измерив l, можно вычислить порядковый номер элемента. Это экспериментальный метод проверки правильности распределения элементов в периодической системе по возрастанию заряда ядра. Закон Мозли показал, что Д.И. Менделеев правильно расположил элементы в периодической системе, позволил установить общее число элементов в каждом периоде, а главное, направил усилия ученых на открытие предсказанных им элементов. Вскоре несколько элементов было открыто с помощью анализа рентгеновских спектров (гафний, Z=72; рений, Z=75 и др.).

Вместе с тем из закона Мозли следует, что порядковый номер – это не простая нумерация элементов, а выражение конкретного внутреннего свойства атома – величины элементарных положительных зарядов ядра. Именно положительный заряд ядра (а не атомная масса) является главной характеристикой атома.

В свете современных представлений о строении атома изменилась и формулировка периодического закона: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда атомных ядер.