2. Периодтық жүйенің ашылу тарихы.

Периодтық заңды 1869 ж Д. И. Менделеев ашты, оның толық тұжырымдамасын 1871ж жариялады. Заң былай тұжырымдалады: Элементтер мен олар түзетін жай және күрделі заттардың қасиеттері сол элементтердің атомдық массасына периодты түрде тәуелді. Период - атомдық массаларының өсу реті бойынша орналасқан элементтер қатары. Периодтық жүйеде 7период бар, период екіге бөлінеді: кіші(1, 2, 3 ) үлкен (4, 5, 6) 7 аяқталмаған деп аталады. П. Ж көлденең бағанада ұқсас элементтерде бірінің астына бірі орналасып ұқсас элементтер тобы шықты, бұларды п. ж топтар деп атайды. Топтар негізгі, қосымша топша деп бөлінеді. П. Ж соңында 93 - 103 элементтерінің қасиеттері ұқсас болғандықтан лантаноидтар мен актинодтар қатарларына топтастырылған. Яғни, күнделікті тұрмыста техникада мәселен календарь, сағат, сотка, көбейту таблицасы тәрізді адамға қажет етпей тұра алмайтын бір заттар болады. Химияның дәл сондай «көбейту кестесі» физиканың формуласы, географияның картасы, сияқты химияның кестесі «периодтық кесте» болып табылады. Д. И. Менделеев ашқан периодтық заңның тек химияға ғана емес, барлық жаратылыстану ғылымдары үшін жалпы ғылыми философиялық маңызы зор.[1].

Д. И Менделеев өз кезінде белгілі болған элементтерді атомдық массаларының өсу реті бойынша орналастырылды. Нәтижесінде қасиеті ұқсас элементтер белгілі бір аралықта қайталанып отыратындығы анықталды. Li .. Be…. F…. Ne Na….Mg …. CI….. Ar K….Ca…. Br….K Rb…..Cs Белгілі бір элементтің қасиеті біраз элементтен соң қайталанады. Олардың валенттіктері бірдей оксидтері, гидроксидтері, сутекті қосылыстары ұқсас химиялық қасиеттер көрсетеді. Бұл заңдылықты 1969 жылы Д.И. Менделлев периодтық заң түрінде түсіндірді. Период грек сөзі « periodicos» «цикл» деген ұғымды білдіреді. Элементтер мен олар түзетін жай және күрделі заттардың қасиеттері сол элементтердің атомдық массаларына периодтты түрде тәуелді болады. Периодтық жүйеде кейбір элементтердің реттік номеріне атомдық массалары сәйкес емес. Мысалы Д.И. Менделеев кобальтты с.м.а 58,93 , никельдің 58,70 алдына орналастырылады. Теллур -Те – 127,6 болғаныны қарамастан атомдық массасы 126,9 йодтың алдына орналастырылады. Мұндай ауыстырулар болмаса элементтердің қасиетіне байланысты сәйкес келмейді. Массаларына сай алса йод- халькогендер, ал теллур – галогендер тобына сәйкес келер еді. Сондықтын Д.И. Менделеев мұндай ауыстыруларды қажет деп санады. ХІХ ғасырды периодтық заң болмаған кезде химия ғылымының жаңалықтары ашылмаған болар еді. Периодтық заң ашылған кезде көптеген элементтер белгісіз еді. Д. И. Менделеев аса үлкен болжампаздықпен олардың кейбіреулерінің қасиеттерін сипаттаған болатын (скандий - Л. Нильсон, галлий - Лекок де Буабодран, германий - К. Винклер)[5].

Ғалымның көзінің тірісінде ол болжаған элементтер ашылып, периодтық заңның дұрыстығының айғағы болды.

Галлий Ga 1875 ж., скандий Sc 1879 ж., германий (Ge) 1885 ж. ашылды. Д. И. Менделеев есептеу жолымен анықтаған сипаттамалары олардың тәжірибе жүзінде анықталған шамаларына сәйкес келеді. Периодтық заң ашылған кезде белгісіз бекзат газдар да қасиеттеріне қарай галогендер мен сілтілік металдар арасынан орын алды.

Заңның ашылған кезінде кейбір элементтердің валенттіліктері мен атомдық массалары дұрыс анықталмаған еді. Элементтердің қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары сақталатындай етіп, Менделеев бериллийдін, (Be), торийдің (Тһ), церийдің (С1), индийдің (In), т.б. кейбір элементтердің атомдық массаларын түзетті.

Периодтық заң табиғаттың дамуы мен бірлігін көрсететін жалпы заңдарға жатады. Бұл заңның құрылымдық кескіні болып табылатын периодтық жүйеде периодтар бойынша элементтердің сыртқы қабаттарында электрондар санының біртіндеп өсуінен (1-8) металдық қасиет екідайлылық арқылы бейметалдыққа ауысады. Бұл заңдылық табиғаттың санның сапаға ауысу заңының бір көрінісі. Табиғаттың тағы бір жалпы заңы — терісті терістеу бір периодтан екіншісіне өткенде байқалады. Әрбір келесі периодтың элементі өзіне ұқсас алдыңғы периодтың (III—>11) элементінің (К—>Na, CI—>Ғ) қасиетін қайталағанымен, оның касиеті алдыңғы элементтікінен аздап өзгешеленеді, яғни олардың белсенділігі жоғарырақ екенін көреміз. Қарама-қарсылықтың күресі мен бірлігі - периодтың басынан аяғына жеткенде байқалады (Na - CI; К - Вг).

Периодтық заңға сүйеніп радиобелсенді элементтер ашылды, бұл еңбектер әлі де жалғасуда. Осы айтылғандардың барлығы Менделеевтің периодтық заңды ашуы сәті түскен іс емес, терең ғылыми танымдық маңызы бар табиғаттың іргелі заңдарының бірі екенін дәлелдейді.

Менделеевтің периодтық заңы, периодтық заң – атом ядросы зарядтарының артуына байланысты химиялық элементтер қасиеттерінің периодты өзгеретінін тұжырымдайтын табиғаттың негізгі заңы. Бұл заңды 1869 ж. Дмитрий Менделеев ашты. Ол оның толық тұжырымдамасын 1871 ж. жариялады. Бұл заң элементтердің периодтық жүйесімен тығыз байланысты және бірін-бірі толықтырып, түсіндіреді. Ядроның заряды (Z) жүйедегі элементтердің атомдық нөміріне тең. Z өсуі бойынша орналасқан элементтер Z(Н, Нe, Lі, Be…) 7 период түзеді. 1-периодта – 2 элемент, 2 мен 3-те – 8-ден, 4 пен 5-те – 18-ден, 6-да – 32 элемент, 7-де – 23 элемент белгілі. Периодта элементтердің қасиеттері сілтілік металдардан инертті газдарға өткенде заңды түрде өзгереді. Вертикальды бағаналар – қасиеттері ұқсас элементтердің топтары болып табылады. Топтың ішінде элементтердің қасиеттері де заңды түрде өзгереді (мысалы, сілтілік металдарда Lі-ден Fr-ға дейін химиялық активтілік өседі). Z = 58 – 71, сол сияқты Z = 90 – 103 элементтерінің қасиеттері ұқсас болғандықтан лантаноидтар және актиноидтар қатарларына топтастырылған. Менделеевтің периодтық заңы мен элементтердің периодтық жүйесіне сүйене отырып, ғалымдар атом құрылысы және химиялық байланыс теорияларын жасады; жер қыртысы мен ғарыштық нысандар зерттелді. Бұл заңның барлық жаратылыстану, техника, технология саласындағы ғылымдар үшін философиялық мәні зор.

Менделеевтің периодтық заңының графиктік бейнесі.

Бұл заң элементтердің периодтық жүйесімен тығыз байланысты және бірін-бірі толықтырып, түсіндіреді. Ядроның заряды (Z) жүйедегі элементтердің атом нөміріне тең. Z өсуі бойынша орналасқан элементтер Z (Н, Нe, Lі, Be…) 7 период түзеді.

• 1-ші периодта – 2 элемент,

• 2 мен 3-те – 8-ден,

• 4 пен 5-те – 18-ден,

• 6-да – 32 элемент,

• 7-де – 23 элемент белгілі.

Периодта элементтердің қасиеттері сілтілік металдардан инертті газдарға өткенде заңды түрде өзгереді. Вертикальды бағаналар – қасиеттері ұқсас элементтердің топтары болып табылады. Топтың ішінде элементтердің қасиеттері де заңды түрде өзгереді (мысалы, сілтілік металдарда Lі-ден Fr-ға дейін химиялық активтілік өседі). Z=58 – 71, сол сияқты Z=90 – 103 элементтерінің қасиеттері ұқсас болғандықтан лантаноидтар және актиноидтар қатарларына топтастырылған. Элементтер қасиеттерінің периодтылығы атомның сыртқы электрон қабаттарының конфигурациясының периодты қайталануына байланысты. Ауыр ядролар тұрақсыз, мысалы, америций (Z=95) және содан кейінгі элементтер табиғатта табылмаған, оларды жасанды, ядролық реакциялар арқылы алады.

Менделеевтің периодтық заңы қазіргі заманға дейінгі химия ғылымының дамуына үлкен әсер етіп, оның біртұтас ғылым болып қалыптасуында басты рөл атқарды. Менделеевтің периодтық заңы мен элементтердің периодтық жүйесіне сүйене отырып, ғалымдар атом құрылысы және химиялық байланыс теорияларын жасады; жер қыртысы мен ғарыштық нысандар зерттеледі. Бұл заның барлық жаратылыстану, техника, технология саласындағы ғылымдар үшін философиялық мәні зор.

Х1Х ғасырдың екінші жартысында алпыстан астам химиялық элементтер ашылып, олардың қасиеттері және ол элементтердің қосылыстарының қасиеттері зерттелді. Осындай толып жатқан материалдарды бір жүйеге келтіру қажет болды. Элементтерді жүйеге келтіру мәселесін орыстың ұлы ғалымы Д. И. Менделеев (1834—1907 ж.) шешті. Ол 1869 жылы периодтық заңды ашып, 1871 жылы анықтамасын берді және сол заңның негізінде элементтердің периодтық жүйесін жасады. Элементтерді жүйеге келтірудің негізі етіп олардың атомдық массаларын алды. Д. И. Менделеев сол кезде белгілі химиялық элементтерді атомдык массаларынын, өсу ретімен бір қатарға орналастырып, олардың касиеттері белгілі бір элементтердің санынан кейін қайтадан қанталап отыратынын байқадым. Элементтердің қасиеттерінің өзгеруін және периодты түрде өзгеруін литийден кальцийге дейінгі элементтер қатарынан көруге болады. Элементтің астына атомдық массасы мен жоғары оксидінің формуласы жазылған

Li Be - В С N О F Na Mg Al Si P

7 9 11 12 14 16 19 23 24 27 28 30

S Cl К Са...

32 35,5 39 40

Периодтық жүйені жасауда Д. И. Менделеев элементтерді атомдық массаларын негізге алумен қатар, олардың касиеттері де ескеріп отырды. Кейбір жағдайларда кестедегі элементтерді атомдық массалары өсу ретімен орналасу тәртібі бұзылғаны байқалады. Мысалы, теллурдың атомдық массасы иодтан ауыр болса да, оны иодтан бұрын, қасиеттері ұқсас элементтермен бірге, алтыншы топқа орлаластырған. Д.И. Менделеев болжаған үш элемент онын тірі кезінде 1875 жылы француз Лекок де Буабодран № 31 элемент галлийді, 1979 жылы швед Нильсон № 21 элемент скандиді, 1886 жылы неміс Винклер № 32 элемент германийді ашты. Д. И. Менделеев болжаған жаңа элементтердің ашылуы және олардың қасиеттерінің тәжәрибе нәтижелерімен сәйкес келуі периодтық заңды бүкіл дүние жүзі ғалымдарының тауына әкелді. Д.И.Менделеев периодтық заң ары қарай жаңа мәліметтермен толықтырылуы және дамуға тиіс деп түсінді. Элементтердің периодтық жүйесі Д. И. Менделеевтің периодтық заңының графикалық көрінісі. Үлкен периодтар жұп және тақ қатарлардан тұрады Бұл периодта элементтер қасиеттері өзгеруінің периодтылығы екі рет байқалады. Жұп қатарда бірінші периодтық өзгеру, ал тақ қатарда екінші периодтық өзгеру болады. Мысалы, IV периодтың жұп қатарында калийден маргапецке дейін элементтердің валенттілігі бірден жетіге дейін өседі де, үш элемент — темір, кобальт, никелден кейінгі мыстан бромға дейін валенттік қайтадан бірден жетіге дейін өседі. Осындай периодтық өзгеру басқа үлкен периодта да (5, 6) байқалады. Д. И. Менделеев периодтық жүйесінде вертикаль бағытта орналасқан элементтердің сегіз тобы бар[6].

Toп дегеніміз — оттекті қосылыстарындағы жоғары валенттіктері бірдей элементтердің жинағы. Топтың нөмірі — сол топты түзіп тұрған элементтердің оттекті қосылыстарындағы ең жоғары валенттілігін көрсетеді. Бұл ережеге бірнеше элементтер бағынбайды. Мысалы, фтор VII топта тұр, бірақ ол жеті валентті болмайды. Химиялық қосылыстарда фтор бір валентті. Мыс, күміс, алтын бірінші топта тұр, бірақ олардың ең жоғары валенттілігі 3-ке дейін болады. VIII топтағы элементтерден валенттігі 8 болатын тек осмий мен рутений. Өздерінің қасиеттері жөнінен негізгі топша элементтерінің қосымша топша элементерінен елеулі айырмашылықтар бар. Мысалы, VII топта негізгі топшаға металеместер — фтор, хлор, хром иод, астат, қосымша топшаға металдар — марганец, технеций рений жатады. Сол сияқты бірінші топтың негізгі топшасына сілтілік актив металдар — литий, натрий, калий, рубидий, цезий, ал қосымша топшасына химиялық активтігі өте темен болатын —мыс, күміс, алтын металдары жатады. Негізгі топшаларда жоғарыдан төмен қарай металл еместік қасиет кеміп, металдық қасиет артады.

Негізгі және қосымша топшаларды бір-бірінен айыру үшін біреуін солға қарай, екіншісін оңға қарай ығыстыра орналастырған. Сонымен топшаларға өзара өте ұқсас элементтер кіреді. ІV, V, VI, VII топтардағы негізгі топшалардың элементтерінің көпшілігі сутекпен қосылыстар түзеді. Элементтердің сутекті қосылыстарының жалпы формулаларын валенттіліктерінін кему ретімен ЭН4, ЭНз, ЭН2 ЭН түрінде көрсетуге болады. Д. И. Менделеевтің периодтық заңы химия ғылымдарын дамуына зор ықпалын тигізді. Периодтық заң барлық элементтерді бір жүйеге келтірді. Жеке алынған бір элементтің қасиеттерін кестедегі оны қоршаған басқа элементтердің қасиеттері арқылы анықтауға мүмкіндік туды. Периодтық заңды пайдаланып химияда алдын ала ғылыми болжамдар жасауға жол ашылды. Жаңа элементтердің қасиеттері мен олардың қосылыстарының қасиеттерін болжап айтуға мүмкін болды. Д. И. Менделеевтің периодтық заңының негізінде кестедегі бос орындар жаңадан ашылған элементтермен толтырылды және ураннан кейінгі элементтер ашылды. Бұл заңды пайдалана отырып жаңадан ашылатын элементтердің қасиеттерін болжауға болады. Мысалы, егер №118 элементті синтездеу іске асса, ол инертті элементке жатады. Мысалы, бериллий үш валентті деп, ал оның атомдық массасы 13,5 тең деп есептелген. Бірақ периодтық жүйеде берилли үшін бос орын тек магнийдің жоғары жағында болған. Олай болса, кестедегі тұрған орнына байланысты бериллийдің валенттілігі 2, ал атомдық массасы 9 болуға тиіс.

Д. И. Менделеевтің периодтық заңы атом құрылысы туралы ілімнің дамуына зор әсер етті, ал атом құрылысы теориясы периодтық заңының физикалық мәнін терең түсінуге жағдай жасады. Атом құрылысы теориясының дамуы нәтижесінде ураннан кейінгі элементтерді синтездеу мүмкін болды және атом энергиясын ашып оны халық шаруашылығында пайдалану іске асырылды. Периодтык заң химиямен байланысты басқа да ғылымдардың дамуына аса үлкен әсерін тигізді.

Біз 9-сыныпта неізінен элементтер химиясын оқимыз. Олардың электрондық құрлысы, тотығу-тотықсыздану, қышқылдық негіздік қасиеттері элементтің периодтық жүйедегі орнына байланысты оқылады. Сондықтан периодтық заң мен оның құрылымдық кескіні болып табылатын периодтық жүйені еске түсірейік[7].

Периодтық заңның қазіргі кездегі анықтамасы: жай заттардың сондай-ақ олардың қосылыстарының қасиеттері элемент атомының ядро зарядына периодты тәуелді. Енді периодтық жүйенің құрылымын қайталайық . Периодтық жүйе 7 периодтан, 8 топтантұрады . Периодтар кіші және үлкен периодтар болып бөлінеді, I-III периодтар кіші периодтар, олар бір қатардан тұрады, ал қалғандары үлкен периодтар, олар екі қатардан тұрады. VII период айақталмаған.

Период деп электрондық қабаттар саны бірдей элементтердің периодтық жүйедегі көлденең қатарын айтады.

Период бойынша элементтердің қасиеттері металдық қасиеттен бейметалдыққа біртіндеп ауысады, оның себебі солдан оңға қарай элементтердің ядроларының зарядтары артады, бірақ қабат сандары тұрақты күйінде қалады (атомның электрон қабаттары аздап жиырылғандай болады).

Атомның радиусы осы бағытта кішірейіп, атомның сыртқы қабатына электрон қабылдау мүмкіндігі артады. Металдар қосылыс түзген кезде электрон беріп жіберуге бейім болса, бейметалдар қосып алуға бейім келетінін білеміз. Сондықтан осы бағытта элементтердің электртері артады. Бұл элементтердің тотықсыздандырғыштығының кеміп, тотықсыздандырғыштығының артуына себеп болады[11].

Топ деп валенттілік электрондар сандары бірдей периодтық жүйедегі элементтердің тік қатарын айтады. Әр топ екіге бөлінеді; негізгі(А) және қосымша(В) топша.

Топ бойынша (негізгі топша) жоғарыдан төмен қарай атомдардың электрондық қабат сандарының артуына байланысты радиусы артатындықтан электртерістігі кеміп, металдық қасиеті артады. Негізгі топшада орналасқан элементтердің кезектегі электрондары сыртқы энергетикалық деңгейге түссе, қосымша топша элементтерінікі-сырттан кейінгі ішкі деңгейлерге түседі. Енді осы топшалардың элементтерін олардың периодтық жүйедегі орнына қарай сипаттап көрейік. Мысалы, фосфор және темір элементтерін қарастырайық;

Фосфор III периодта, V топтың негізгі топшасында орналасқан. Атом құрылысының сызбанұсқасы; Үшінші период элементтерінің және олардың қосылыстарының қасиеттерінің өзгерісін қарастырайық:

Период	I	II	III	IV	V	VI	VII	III
n=3 III период (г,нм)	Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl	r
n=4 IVпериод (г,нм)	K	Ca	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Валенттілік электрондары	ns1	ns2	ns2np1	ns2np2	ns2np3	ns2np4	ns2np5	ns2np6
Оксидтері	Э2О	ЭО	Э2О3	ЭО2	Э2О5	ЭО3	Э2О7	-
Гидроксидтері	Э(ОН)	Э(ОН)2	Э(ОН)3 Н3ЭО3	Н2ЭО3	Н3ЭО4	Н2ЭО4	НЭО4
Элемент валенттілігі	I	II	III	IV	V	VI	VII	VII
Ұшқыш сутекті қосылыстары	-	-	-	Н4Э	Н3Э	Н2Э	НЭ
Элемент валенттіктері				IV	III	II	I

Осыдан шығатын қортынды:

Период бойынша 1)элементтердің отттекті қосылыстарындағы жоғарғы валенттіліктері І-ден VII-ге дейін артады; 2) ұшқыш сутекті қосылыстарындағы валенттіліктері IV-тен I -ге дейін кемиді; 3) оксидтерінің қасиеттері негіздіктен біртіндеп екідайлы арқылы қышқылдыққа ауысады; 4) элементтердің тотықсыздандырғыштығы біртіндеп тотықтырғыштыққа ауысады[8].

Топ бойынша: 1) жоғарыдан төмен қарай элементтердің атомдық радиусы артады, сондықтан тотықсыздандырғыш қасиетіде артады; 2)бір топтағы элементтердің жоғарғы валенттіліктері негізінен бірдей болады; 3)жоғарыдан төмен қарай элементтердің металдық қасиеті артады.

Атом ядросының құрылысы тұрғысынанхимиялық элементтің анықтамасы наөтыландыжәне изотоп қғымымен толықтырылды. Д.И. Менделеевтің тұсында химиялық элемент атаомдардың бір түрә ретінде анықталып келсе, протон анықталғаннан кейін мынадай толықтыру енгізілді.