Периодический закон Д. И. Менделеева

Д. И. Менделеев был глубоко убежден, что между всеми химическими эле­ментами существует закономерная связь, объединяющая их в единое целое, и пришел к заключению, что в основу систематики элементов должна быть по­ложена их относительная атомная масса. Расположив все элементы в порядке возрастающих атомных масс, он обнаружил, что сходные в химическом отноше­нии элементы встречаются через правильные интервалы и что, таким образом, в ряду элементов многие их свойства периодически повторяются. Эта закономер­ность получила свое выражение в периодическом законе, который Менделеев формулировал следующим образом (1869 г.):

свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элемен­тов,

Чтобы познакомиться с найденной Менделеевым закономерностью, выпишем подряд по возрастающей атомной массе первые 20 элементов. Под символом каждого элемента поместим его округленную атомную массу и формулу его кислородного соединения, отвечающего наибольшей валентности элемента по кислороду:

В этом ряду сделано исключение только для калия, который должен был бы стоять впереди аргона. Как следует из сказанного ранее, это исключение находит полное оправдание в современной теории строения атома. Не останавливаясь на водороде и гелии, посмотрим, какова последовательность в изменении свойств остальных элементов.

Литий — одновалентный металл, энергично разлагающий воду с образова­нием щелочи. За литием идет бериллий — тоже металл, но двухвалентный, медленно разлагающий воду при обычной температуре. После бериллия стоит бор — трехвалентный элемент со слабо выраженными неметаллическими свой­ствами, проявляющий, однако, некоторые свойства металла. Следующее место в ряду занимает углерод — четырехвалентный неметалл. Далее идут: азот — элемент с довольно резко выраженными свойствами неметалла; кислород -типичный неметалл; наконец, седьмой элемент фтор — самый активный из не­металлов, принадлежащий к группе галогенов.

Таким образом, металлические свойства, ярко выраженные у лития, посте­пенно ослабевают при переходе от одного элемента к другому, уступая место

неметаллическим свойствам, которые наиболее сильно проявляются у фтора. В то же время по мере увеличения атомной массы валентность элементов по от­ношению к кислороду, начиная с лития, увеличивается на единицу для каждого следующего элемента (единственное исключение из этой закономерности пред­ставляет фтор, валентность которого по кислороду равна единице; это связано с особенностями строения атома фтора, которые будут рассмотрены далее).

Если бы изменение свойств и дальше происходило в том же направлении, то после фтора следовал бы элемент с еще более ярко выраженными неметалли­ческими свойствами. В действительности же следующий за фтором элемент — неон представляет собой благородный газ, не соединяющийся с другими элемен­тами и не проявляющий ни металлических, ни неметаллических свойств.

За неоном идет натрий — одновалентный металл, похожий на литий. С ним как бы вновь возвращаемся к уже рассмотренному ряду. Действительно, за на­трием следует магний — аналог бериллия: потом алюминий, хотя и металл, а не неметалл, как бор, но тоже трехвалентный, обнаруживающий некоторые неметаллические свойства. После него идут кремний — четырехвалентный не­металл, во многих отношениях сходный с углеродом; пятивалентный фосфор, по химическим свойствам похожий на азот; сера — элемент с резко выраженными неметаллическими свойствами; хлор — очень энергичный неметалл, принадле­жащий к той же группе галогенов, что и фтор, благородный газ аргон.

Если проследить изменение свойств всех остальных элементов, то окажется, что в общем оно происходит в таком же порядке, как и у первых шестнадцати (не считая водорода и гелия) элементов: за аргоном опять идет одновалентный щелочной металл калий, затем двухвалентный металл кальций, сходный с маг­нием, и т. д.

Таким образом, изменение свойств химических элементов по мере возраста­ния их атомной массы не совершается непрерывно в одном и том же напра­влении, а имеет периодический характер. Через определенное число элементов происходит как бы возврат назад, к исходным свойствам, после чего в известной мере вновь повторяются свойства предыдущих элементов в той же последова­тельности, но с некоторыми качественными и количественными различиями.