§ 22. Перші спроби класифікації хімічних елементів

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Як виникли і формувалися уявлення про хімічний елемент?

Перші уявлення про елементи виникли у давньогрецьких філософів, які вважали ними вогонь, повітря, воду і землю. У XVII столітті Роберт Бойль назвав елементом те, що є межею розкладу речовини, а наприкінці XVIII століття Антуан Лавуазьє ототожнював елемент із простою речовиною. Сучасне розуміння сформувалося на межі XIX–XX століть після відкриття будови атома, коли хімічний елемент визначили як вид атомів із певним зарядом ядра.

На чому ґрунтувалися спроби класифікації хімічних елементів?

Перші спроби класифікації (зокрема А. Лавуазьє) ґрунтувалися на поділі простих речовин на метали і неметали за їхніми фізичними та хімічними властивостями. Пізніше науковці (В. Деберайнер) почали групувати елементи за подібністю хімічних властивостей, об’єднуючи їх у «родини» (тріади), а також розміщували їх за зростанням відносних атомних мас (Дж. Ньюлендс, Л. Маєр), звертаючи увагу на періодичність властивостей та валентність.

Яким експериментом ви визначите якісний склад води?

Якісний склад води можна визначити за допомогою експерименту з її розкладу електричним струмом (електроліз). Під час цього досліду вода розпадається на дві прості речовини — водень ($H_2$) та кисень ($O_2$), що доводить наявність у її складі атомів Гідрогену ($H$) та Оксигену ($O$).

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

Найбільш характерними для металів властивостями, які має графіт, є його висока електропровідність та наявність металічного блиску.

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

Згідно з підручником, до лужноземельних металів належать магній ($Mg$), кальцій ($Ca$), стронцій ($Sr$), барій ($Ba$) та радій ($Ra$). Назва «лужноземельні» пояснюється тим, що ці метали під час взаємодії з водою утворюють луги (розчинні основи з загальною формулою $M(OH)_2$), а їхні оксиди алхіміки називали «землями» через їхню тугоплавкість.

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

Слово «криптон» походить від грецького kryptos, що означає «прихований». Це вдало підкреслює таємничість планети. Хімічний елемент Криптон ($Kr$) є інертним газом, який важко виявити і який не вступає в реакції, що також перегукується з ідеєю чогось прихованого або рідкісного.

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

Використовуючи дані з таблиці Л. Маєра (с. 11), відносна атомна маса Хлору становить $35{,}46$, а Йоду — $126{,}8$.
Напівсума становить:
$\dfrac{35{,}46 + 126{,}8}{2} = 81{,}13$
Отримане число наближене до відносної атомної маси Брому, яка в тій самій таблиці дорівнює $79{,}97$.

Укажіть у наведеному ряду хімічні елементи, подібні до Калію.

У наведеному ряду Дж. Ньюлендса (с. 10) елементами, що подібні до Калію ($K$), є Літій ($Li$) та Натрій ($Na$). Вони розміщені через рівні проміжки («октави») і є лужними елементами.

Укажіть стовпчики з елементами-галогенами і лужними елементами.

У таблиці Л. Маєра (с. 11):

• Елементи-галогени ($F$, $Cl$, $Br$, $I$ — у таблиці позначені як $Fl, Cl, Br, I$) розташовані у стовпчику з валентністю I (четвертий зліва).
• Лужні елементи ($Li, Na, K, Rb, Cs$) розташовані в наступному стовпчику, також позначеному валентністю I (п’ятий зліва).

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

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

Перші спроби класифікації (поділ на метали/неметали А. Лавуазьє, тріади В. Деберайнера, октави Дж. Ньюлендса, таблиця Л. Маєра) були недосконалими, оскільки охоплювали лише частину елементів або мали винятки. Проте вони виявили зв’язок між відносною атомною масою та властивостями елементів, створивши передумови 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: Це пов’язано з тим, що після Кальцію починаються перехідні елементи ($d$-елементи), і період стає довшим (18 елементів замість 8), тому повторення властивостей через 7 елементів вже не спрацьовує.
Оцінка: Це запитання дозволяє пов’язати історичні спроби із сучасною будовою періодичної системи.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

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

Раніше хімічним елементом вважали межу розкладу речовини (Р. Бойль) або просту речовину (А. Лавуазьє). Нині хімічний елемент визначають як вид атомів із певним зарядом ядра (протонним числом).

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

Вчені використовували такі ознаки:

• Властивості простих речовин (Лавуазьє, Деберайнер).
• Склад характерних сполук (зокрема валентність у Маєра).
• Значення відносних атомних мас (Деберайнер, Ньюлендс, Маєр).
• Ознака «поширеність елементів у природі» не використовувалася як основа для цих класифікацій.

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?

Правильним є лише твердження ІІ. Галогени — це назва групи елементів VII групи (Флуор, Хлор, Бром, Йод) та відповідних їм простих речовин ($F_2, Cl_2, Br_2, I_2$). Твердження І є неточним, оскільки навіть інертні елементи за певних умов можуть утворювати сполуки (наприклад, фториди Ксенону).

АНАЛІЗУЙМО

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

У ряду Ньюлендса (с. 10) відсутні інертні гази (Гелій, Неон тощо). Також у його послідовності після Кальцію ($Ca$) одразу йде Хром ($Cr$), тоді як у сучасній періодичній системі між ними розташований Скандій ($Sc$) і Тітан ($Ti$). Правило октав Ньюлендса працювало лише для перших елементів, а далі порушувалося (наприклад, Ферум опинявся під Сульфуром, хоча вони не подібні).

АНАЛІЗУЙМО

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

Коректне формулювання: «Лужні метали — це прості речовини, утворені хімічними елементами головної підгрупи І групи періодичної системи, окрім 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 використовують, оскільки він не відображає фізичної суті, будови атомів та періодичності хімічних властивостей. Назви елементів різняться в різних мовах, тому така класифікація була б ненауковою і не дозволяла б прогнозувати властивості речовин.

ШАНС ДЛЯ ТВОРЧОСТІ

241. Створіть проєкт «Неонові реклами».

Проєкт присвячений використанню інертних газів у газорозрядних трубках. Під дією електричного струму:

• Неон ($Ne$) світиться червоно-оранжевим кольором.
• Аргон ($Ar$) дає синє або бузкове світіння.
• Гелій ($He$) — жовте або блідо-рожеве.
  Це явище широко використовують у зовнішній рекламі та декорі.

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):