З перших уроків хімії ви використовували таблицю Д. І. Менделєєва. Вона наочно демонструє, що всі хімічні елементи, що утворюють речовини навколишнього нас світу, взаємопов’язані і підкоряються загальним закономірностям, тобто являють собою єдине ціле – систему хімічних елементів.
Тому в сучасній науці таблицю Д. І. Менделєєва називають Періодичною системою хімічних елементів. Чому «періодичної», вам теж зрозуміло, оскільки загальні закономірності в зміні властивостей атомів, простих і складних речовин, утворених хімічними елементами, повторюються в цій системі через певні інтервали – періоди. Деякі з цих закономірностей, наведені в таблиці 1, вам вже відомі.
Таким чином, всі існуючі в світі хімічні елементи підпорядковуються єдиному об’єктивно чинному в природі Періодичному закону, графічним відображенням якого і є Періодична система елементів. Цей закон і система мають ім’я великого хіміка Д. І. Менделєєва.
Д. І. Менделєєв прийшов до відкриття Періодичного закону, провівши зіставлення властивостей і відносних атомних мас хімічних елементів.
Для цього Д. І. Менделєєв для кожного хімічного елемента на картці записав: символ елемента, значення відносної атомної маси (за часів Д. І. Менделєєва цю величину називали атомною вагою), формули і характер вищого оксиду та гідроксиду.
Він розташував 63 відомих на той час хімічних елементи в один ланцюжок в порядку зростання їх відносних атомних мас і проаналізував цю сукупність елементів, намагаючись знайти в ній певні закономірності. У результаті напруженої творчої праці він виявив, що в цьому ланцюжку є інтервали – періоди, в яких властивості елементів і утворених ними речовин змінюються подібним чином.
Перерахуємо ще раз, використовуючи сучасні терміни, закономірні зміни властивостей, притаманні в межах періодів:
- металеві властивості слабшають;
- неметалічні властивості посилюються;
- ступінь окиснення елементів у вищих оксидах збільшується від +1 до +8;
- ступінь окиснення елементів у летючих водневих з’єднаннях збільшується від -4 до -1.
Систематизуючи хімічні елементи на основі їх відносних атомних мас, Д. І. Менделєєв приділяв велику увагу також властивостям елементів і утворених ними речовин, розподіляючи елементи з подібними властивостями у вертикальні стовпці – групи.
Іноді в порушення виявленої їм закономірності він ставив більш важкі елементи перед елементами з меншими значеннями відносних атомних мас. Наприклад, він записав у свою таблицю кобальт перед нікелем, телур – перед йодом, а коли були відкриті інертні (благородні) гази, аргон – перед калієм.
Такий порядок розташування Д. І. Менделєєв вважав необхідним тому, що інакше ці елементи потрапили б до групи несхожих з ними по властивостях елементів. Так, зокрема, лужний метал калій потрапив би в групу інертних газів, а інертний газ аргон – у групу лужних металів.
Д. І. Менделєєв не міг пояснити ці винятки із загального правила, як і причину періодичності в зміні властивостей елементів і утворених ними речовин. Однак він передбачав, що ця причина криється в складному будову атома.
Саме наукова інтуїція Д. І. Менделєєва дозволила йому побудувати систему хімічних елементів не в порядку зростання їх відносних атомних мас, а в порядку зростання зарядів їхніх атомних ядер. Про те, що властивості елементів визначаються саме зарядами їх атомних ядер, красномовно говорить існування ізотопів, з якими ви знайомилися торік (згадайте, що це таке, наведіть приклади відомих вам ізотопів).
Періодичність у зміні властивостей елементів та їхніх сполук пояснюється періодичною повторюваністю в будові зовнішніх енергетичних рівнів їх атомів.
Саме число енергетичних рівнів, загальне число розташованих на них електронів і число електронів на зовнішньому рівні відображають прийняту в Періодичній системі символіку, тобто розкривають фізичний зміст порядкового номера елементу, номери періоду і номера групи (у чому він полягає?).
Будова атома дозволяє пояснити і причини зміни металевих і неметалевих властивостей елементів в періодах і групах.
Отже, Періодичний закон і Періодична система Д. І. Менделєєва узагальнюють відомості про хімічні елементи і утворених ними речовинах і пояснюють періодичність у зміні їх властивостей і причину подібності властивостей елементів однієї і тієї ж групи.
Ці два найважливіших значення Періодичного закону і Періодичної системи Д. І. Менделєєва доповнює ще одне, яке полягає в можливості прогнозувати, тобто пророкувати, описувати властивості і вказувати шляху відкриття нових хімічних елементів. Вже на етапі створення Періодичної системи Д. І. Менделєєв зробив ряд прогнозів про властивості ще не відомих у той час елементів і вказав шляхи їх відкриття. У створеній ним таблиці Д. І. Менделєєв для цих елементів залишив порожні клітинки.
Яскравими прикладами прогностичної сили Періодичного закону з’явилися наступні відкриття елементів:
- в 1875 р французом Лекок де Буабодраном були відкриті галій, передвіщений Д. І. Менделєєвим п’ятьма роками раніше як елемент під назвою «екаалюмінієм» (ото – наступний за);
- в 1879 р шведом Л. Нільсоном був відкритий «екабор» по Д. І. Менделєєву;
- в 1886 р німцем К. Винклером – «екасіліцій» по Д. І. Менделєєву (визначте по таблиці Д. І. Менделєєва сучасні назви цих елементів).
Існує більш яскравий доказ справедливості вчення про періодичність елементів, ніж відкриття досі гіпотетичного екасіліція; воно складає, звичайно, більш ніж просте підтвердження сміливої теорії, – воно знаменує собою видатне розширення хімічного поля зору, гігантський крок в області пізнання (К. Вінклер).
Американські вчені, що відкрили елемент № 101, дали йому назву «менделевій» на знак визнання заслуг великого хіміка Дмитра Менделєєва, який першим застосував Періодичну систему елементів для передбачення властивостей тоді ще не відкритих елементів.