1.3. Періодичний закон та періодична система елементів

Відкриття періодичного закону стрімко вплинуло на розвиток хімії, при цьому не втративши своєї актуальності на даний час. До відкриття періодичного закону було відомо понад 60 хімічних елементів. Багато вчених, як Деберейнер І., Мейєр Л., Ньюлендс А., Одлинг В., Шанкуртуа А. мали спроби систематизувати елементи за різними ознаками. Однак, жодна зі спроб класифікувати хімічні елементи не виявила основної закономірності в їх розміщенні і не могла привести до створення єдиної системи, яка б охоплювала всі хімічні елементи та відбивала природу їх схожості та відмінності. Дана задача була успішно розв’язана у 1869 році російським вченим Д.І.Менделєєвим. Сучасне формулювання періодичного закону таке: властивості хімічних елементів та утворених ними сполук перебувають у періодичній залежності від величини зарядів ядер їх атомів.

Періодична система елементів – це графічне зображення періодичного закону. На сьогодні існує більше 500 варіантів графічної будови періодичної системи. Таблиця елементів складається із семи горизонтальних періодів, з яких І, ІІ, ІІІ називають малими періодами, а ІV, V, VI, VII – великими періодами та 8 вертикальних стовпців, які називають групами. Сьомий період, починається з Францію ₈₇Fr і на даний час ще не завершений. Великі періоди складаються з парних та непарних рядів. В зазначених періодах спостерігається подвійна періодичність: кожний період починається типовим металом (₃Li, ₁₁Na, ₁₉K, ₃₇Rb, ₅₅Cs, ₈₇Fr) та завершується інертним елементом (₂He, ₁₀Ne, ₁₈Ar, ₃₆Kr, ₅₄Xe, ₈₆Rn). Також спостерігається зміна властивостей в межах парного ряду елементів, і окремо – в межах непарного ряду.

! Яка зміна властивостей характерна в межах парного ряду хімічних елементів, і окремо – в межах непарного ряду?

Особливе значення в періодичній системі займає хімічний елемент 57 – Лантан – та наступні за ним 14 елементів, об’єднані під назвою лантаноїди. Ці елементи за хімічними властивостями дуже схожі на лантан та між собою. Таким чином, в періодичній системі лантану та лантаноїдам відведена одна клітинка. Аналогічно, в одну клітинку VII періоду розміщені елемент під номером 89 – Актиній – та наступні за ним 14 елементів – актиноїди. Елементи ІІ та ІІІ періодів Д.І.Менделєєв назвав типовими.

! Поясніть, чому хімічні елементи ІІ та ІІІ періодів Менделєєв назвав типовими?

Підгрупи, які містять типові елементи, утворюють головні підгрупи. Елементи парних рядів (за виключенням І та ІІ груп головних підгруп) складають побічні підгрупи. Властивості елементів головних підгруп за хімічними властивостями відрізняються від елементів побічних підгруп.

Гідроген, яким розпочинається самий короткий період, знаходиться в періодичній системі в особливому положенні. В більшості хімічних сполук Гідроген виявляє ступінь окиснення +1, при цьому міг би відноситись до лужних металів. З іншої сторони, Гідроген можна було б відносити до галогенів, враховуючи те, що в деяких сполуках даний хімічний елемент може проявляти ступінь окиснення -1 (наприклад, в гідридах , тощо), але не виявляє характерної для цих хімічних елементів високих окисних властивостей.

Розміщення елементів в кожному з періодів відбувається в порядку зростання атомної маси. Таким чином, елементи, які мають схожі властивості розташовуються в одних і тих вертикальних стовпчиках.

Хімічні властивості елементів, їх сполук, та, відповідно, іх фізіологічна та патологічна роль в організмі людини, визначаються положенням цих елементів в періодичній таблиці Д.І. Менделєєва. Як правило, зі збільшенням заряду ядра атомів збільшується токсичність елементів та зменшується їх уміст в організмі людини. Зменшення концентрації елементів в організмі, очевидно, пов’язано і з тим, що більшість елементів великих періодів мають великі атомні маси та йонні радіуси, високі заряди ядер, складну електронну конфігурацію, та, відповідно, погано засвоюються організмом людини. Однак, ці елементи з повним правом можна віднести до біогенних, які також впливають на життєдіяльність організму в цілому.

Особливості будови атомів біогенних елементів, їх властивості, біологічну роль та застосування сполук цих елементів детальніше розглянемо в наступних темах.