§ 22. Перші спроби класифікації хімічних елементів

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Як виникли і формувалися уявлення про хімічний елемент?

Давньогрецькі філософи вважали елементами вогонь, повітря, воду та землю. У XVII столітті Р. Бойль визначив елемент як межу розкладу речовини, а у XVIII столітті А. Лавуазьє назвав його простою речовиною. Сучасне поняття виникло на межі XIX–XX століть: після відкриття будови атома хімічний елемент визначили як вид атомів із певним зарядом ядра.

На чому ґрунтувалися спроби класифікації хімічних елементів?

Спочатку А. Лавуазьє ділив прості речовини на метали й неметали за фізико-хімічними властивостями. Згодом В. Деберайнер групував елементи зі схожими властивостями у тріади. Пізніше Дж. Ньюлендс і Л. Маєр розмістили їх за зростанням відносних атомних мас, враховуючи валентність і періодичність властивостей.

Яким експериментом ви визначите якісний склад води?

Якісний склад води визначають електролізом — розкладом електричним струмом. Вода розпадається на водень ($H_2$) та кисень ($O_2$), що підтверджує наявність у ній атомів Гідрогену ($H$) та Оксигену ($O$).

Які фізичні властивості, що має графіт, є характерними для металів?

Графіт має типові для металів властивості: металічний блиск і високу електропровідність.

За відомостями з інтернету з’ясуйте, які це метали, а також походження назви «лужноземельні».

До лужноземельних металів належать магній ($Mg$), кальцій ($Ca$), стронцій ($Sr$), барій ($Ba$) і радій ($Ra$). Назва виникла, бо ці метали реагують з водою з утворенням лугів ($M(OH)_2$), а їхні тугоплавкі оксиди алхіміки називали «землями».

Чому, на ваш погляд, так назвали планету Криптон творці коміксів про Супермена?

З грецької kryptos перекладається як «прихований», що підкреслює таємничість планети. Хімічний елемент Криптон ($Kr$) — це інертний газ, який складно виявити і який не вступає в реакції, що відповідає концепції прихованого чи рідкісного.

Обчисліть напівсуму відносних атомних мас Хлору та Йоду і порівняйте її зі значенням відносної атомної маси Брому.

За таблицею Л. Маєра, відносна атомна маса Хлору — $35{,}46$, Йоду — $126{,}8$. Напівсума: $$ \dfrac{35{,}46 + 126{,}8}{2} = 81{,}13 $$. Результат близький до відносної атомної маси Брому ($79{,}97$).

Укажіть у наведеному ряду хімічні елементи, подібні до Калію.

У ряду Дж. Ньюлендса до Калію ($K$) подібні Літій ($Li$) і Натрій ($Na$). Це лужні елементи, розташовані через рівні проміжки («октави»).

Укажіть стовпчики з елементами-галогенами і лужними елементами.

У таблиці Л. Маєра:

• Елементи-галогени ($F$, $Cl$, $Br$, $I$) знаходяться у четвертому зліва стовпчику з валентністю I.
• Лужні елементи ($Li$, $Na$, $K$, $Rb$, $Cs$) — у п’ятому зліва стовпчику, який також має валентність I.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про спроби класифікації хімічних елементів.

Ранні класифікації (Лавуазьє, Деберайнера, Ньюлендса, Маєра) мали недоліки, оскільки охоплювали не всі елементи та містили винятки. Проте вони продемонстрували зв’язок між відносною атомною масою і властивостями, що стало основою для відкриття Періодичного закону Д. І. Менделєєвим.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чому правило октав Дж. Ньюлендса порушувалося після елемента Кальцію?»
Моя відповідь: Після Кальцію йдуть перехідні $d$-елементи. Період збільшується до 18 елементів замість 8, тому повторення властивостей через кожні 7 елементів припиняється.
Оцінка: Питання пов’язує історичні теорії із сучасною структурою періодичної системи.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

235. Що раніше вважали хімічним елементом і як його визначають нині?

Історично елемент розглядали як межу розкладу речовини (Бойль) або просту речовину (Лавуазьє). Зараз це вид атомів із фіксованим зарядом ядра (протонним числом).

236. Укажіть серед наведених ознак ті, які використали Лавуазьє, Деберайнер, Ньюлендс і Маєр для класифікації простих речовин та хімічних елементів.

Науковці спиралися на такі ознаки:

• Властивості простих речовин (Лавуазьє, Деберайнер).
• Склад сполук та валентність (Маєр).
• Відносні атомні маси (Деберайнер, Ньюлендс, Маєр).

Поширеність елементів у природі не була критерієм класифікації.

237. Проаналізуйте твердження. І. Є хімічні елементи, які утворюють лише прості речовини. ІІ. Галогени — загальна назва кількох хімічних елементів, а також кількох неметалів. Чи є з-поміж них правильні?

Правильне лише твердження ІІ. Галогени — це елементи VII групи (Флуор, Хлор, Бром, Йод) та їхні прості речовини. Твердження І помилкове: за певних умов навіть інертні елементи утворюють сполуки (наприклад, фториди Ксенону).

АНАЛІЗУЙМО

238. Порівняйте ряд елементів Ньюлендса з їх послідовністю в періодичній таблиці та вкажіть відмінності.

У класифікації Ньюлендса немає інертних газів. Після Кальцію ($Ca$) відразу вказано Хром ($Cr$), хоча в сучасній таблиці між ними є Скандій ($Sc$) і Титан ($Ti$). Правило октав діяло лише для перших елементів і далі хибило (Ферум потрапляв під Сульфур без схожості властивостей).

АНАЛІЗУЙМО

239. Відкоригуйте речення, наведене у Вікіпедії: «Лужні метали — елементи І групи періодичної системи за винятком водню».

Правильне формулювання: «Лужні метали — прості речовини, утворені елементами головної підгрупи І групи періодичної системи, крім Гідрогену ($H$)».

У КОМАНДІ

240. Чому, на ваш погляд, не запропоновано впорядкувати хімічні елементи за алфавітом? Чи можна отримати в такий спосіб варіант класифікації елементів?

Алфавітний порядок не враховує будову атомів і періодичність хімічних властивостей. До того ж назви елементів відрізняються в різних мовах. Така класифікація антинаукова і не дозволяє прогнозувати властивості.

ШАНС ДЛЯ ТВОРЧОСТІ

241. Створіть проєкт «Неонові реклами».

Проєкт про інертні гази в газорозрядних трубках. Під впливом струму:

• Неон ($Ne$) світиться червоно-оранжевим.
• Аргон ($Ar$) — синім або бузковим.
• Гелій ($He$) — жовтим або блідо-рожевим.

Явище активно застосовують у декорі та зовнішній рекламі.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

242. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Хімічний елемент — chemical element
• Періодичний закон — periodic law
• Лужні метали — alkali metals
• Галогени — halogens
• Інертні гази — noble (inert) gases
• Тріади Деберайнера — Dobereiner’s triads
• Правило октав — law of octaves

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

243. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

(Приклад заповнення):