§ 15. Классификация химических элементов

Химия, 7 класс. Учебник: Оспанова М.К. и др. (Мектеп, 2025). Глава 6: Периодическая таблица химических элементов. Страницы 80–84.

Чему научишься

• Объяснять, зачем химикам понадобилось раскладывать элементы по группам.
• Делить простые вещества на металлы и неметаллы по свойствам.
• Считать среднюю атомную массу в триаде Дёберейнера.
• Рассказывать, чем закон октав Ньюлендса отличается от системы Менделеева.
• Формулировать периодический закон и объяснять, что такое порядковый номер.

Разминка

• Как ты раскладываешь вещи в шкафу или рюкзаке? По типам: одежда к одежде, тетради к тетрадям. Так проще искать и запоминать. Химики поступили так же с элементами.
• Чем металлическая ложка отличается от деревянной? Металл блестит, проводит тепло и ток. Дерево так не умеет.
• Сколько, по-твоему, всего химических элементов? Сегодня известно 118. Из них сделано всё вокруг: камни, вода, воздух, ты сам.

💡 Элементов много, а свойства у них то похожи, то совсем разные. Нужна была «карта», на которой видно, кто на кого похож. Такую карту и нарисовал Менделеев.

Разбираемся

Почему элементы нужно раскладывать по полочкам

В первой половине XIX века химики открыли около 25 новых элементов. К середине века их было уже около 60. Запомнить каждый по отдельности трудно. Нужна была система: по каким признакам их группировать?

📕 В учебнике напечатано «известно 118 элементов (116 открыты, 114 названы...)», но правильно «все 118 элементов открыты и названы»: названия последним элементам (113, 115, 117, 118) утвердили в конце 2016 года.

Химики искали связь между свойствами элементов и атомной массой (это масса атома). Создать естественную систему удалось только Дмитрию Ивановичу Менделееву.

Первое деление: металлы и неметаллы

Шведский учёный Йёнс Берцелиус предложил разделить элементы на металлы и неметаллы по свойствам простых веществ.

🌟 Ртуть Hg (металл) при комнатной температуре жидкая. А бром Br₂ (неметалл) — тоже жидкость, тёмно-красная и очень едкая.

🌟 В Казахстане много металлов: медь добывают в Жезказгане, хромовую руду — в Актюбинской области (Донской ГОК). А вот сера, как неметалл, встречается и в нефти Атырау и Каспия.

Триады Дёберейнера: первые «тройки»

В 1829 году немецкий химик Иоганн Дёберейнер заметил: похожие элементы можно объединять по три. Такую тройку он назвал триадой.

Главная фишка триады: масса атома среднего элемента почти равна среднему арифметическому масс двух крайних.

Возьмём триаду Li — Na — K. Атомные массы: 7, 23, 39.

A_r(Na)=(A_r(Li)+A_r(K))/2=(7+39)/2=23

Сходится точно с настоящей массой натрия!

Дёберейнер сделал важное дело: он первым связал свойства элементов с их атомными массами. Но он искал только «тройки» и не смог охватить все элементы. Поэтому его система осталась неполной.

⚠️ Частая ошибка. Складывают три массы вместо двух. В триаде складываем только крайние элементы, а средний сравниваем с результатом.

Октавы Ньюлендса: химия и музыка

В 1865 году англичанин Джон Ньюлендс выстроил элементы по возрастанию атомных масс. И заметил: каждый восьмой элемент похож на первый. Как в музыке: после ноты «до» через семь нот снова «до» (только выше).

Поэтому закон назвали законом октав.

Посмотри на столбцы: Li, Na, K — металлы; F и Cl — похожие неметаллы. Идея работает!

Но у таблицы Ньюлендса были слабые места:

• в ней было ровно семь клеток в каждом ряду, свободных мест не оставалось;
• в одну клетку приходилось ставить по несколько элементов (например, Co и Ni);
• он считал, что все элементы уже открыты;
• на более тяжёлых элементах «музыка» ломалась.

Поэтому учёные отнеслись к его открытию скептически.

💡 Ньюлендс первым дал элементам порядковые номера. Идея была гениальная, но слишком «жёсткая»: он не оставил места для новых открытий.

Менделеев: таблица с пустыми местами

В начале 1869 года Менделеев писал учебник «Основы химии» и искал порядок в элементах. Он составил таблицу «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве».

Главные идеи Менделеева:

1. Элементы расставлены в порядке возрастания атомных масс.
2. Сходные по свойствам элементы встречаются через определённые промежутки.
3. Если атомная масса определена неточно, можно поменять соседей местами ради сходства свойств.
4. Для ещё не открытых элементов оставлены пустые клетки.

Закон, который он вывел, звучит так (своими словами): свойства элементов и их соединений периодически повторяются с ростом атомной массы. Это периодический закон.

🌟 В таблице Менделеева 1869 года стояли значки «? = 68» и «? = 70». Позднее на эти места «вселились» новые элементы: галлий (его масса 69,7) и германий. Менделеев предсказал их свойства заранее, и они оказались верными. Вот почему учёные поверили таблице.

В современной системе есть исключения: порядок по массе нарушается. Например, аргон (39,9) стоит перед калием (39,1), хотя тяжелее. Объясняется это изотопами: у элемента есть разные атомы с разной массой.

Порядковый номер: откуда он на самом деле

Каждому элементу Менделеев присвоил порядковый номер по росту атомной массы. Потом, когда изучили строение атома, выяснилось главное: порядковый номер равен заряду ядра атома.

Менделеев открыл свой закон, ничего не зная об устройстве атома! Поэтому закон позже уточнили:

📌 Периодический закон: свойства элементов и образуемых ими простых и сложных веществ периодически зависят от заряда ядра атома.

Формулы-уравнения у этого закона нет. Его «лицо» — таблица, Периодическая система химических элементов.

👨‍👩‍👧 Родителю. Попросите ребёнка разложить на кухне предметы на «металл» и «не металл» (ложка, кастрюля, деревянная доска, пластиковая миска). Потом спросите: по каким признакам он решил? Это та же классификация по свойствам, только в быту.

Проверь, как понял

Проверь себя

• Что такое триада? Группа из трёх сходных элементов, в которой масса атома среднего равна среднему арифметическому масс крайних.
• Кто предложил делить элементы на металлы и неметаллы? Шведский учёный Й. Берцелиус.
• Какой смысл у порядкового номера элемента? Это заряд ядра атома.
• Чем таблица Менделеева лучше таблицы Ньюлендса? У Менделеева в таблице есть пустые места для ещё не открытых элементов, а у Ньюлендса мест не хватало.
• Что такое атомная масса? Это масса атома (в атомных единицах массы). Она нужна, чтобы расставить элементы по порядку.

Решаем упражнения

№ 1

Почему возникла необходимость в классификации химических элементов?

Как думать. Представь шкаф, где перемешаны сотни вещей. Что сделает человек?

Пример ответа. Элементов становилось всё больше (в XIX веке их открывали десятками), и запомнить свойства каждого стало трудно. Нужна была система, которая:

1. помогает находить сходство и различие элементов;
2. упорядочивает знания;
3. позволяет предсказывать свойства ещё не открытых элементов.

Ответ: потому что элементов стало слишком много, и их нужно было упорядочить, найти закономерности и предсказывать новое.

№ 2

По дополнительным источникам опиши физические свойства алюминия и серы и сравни эти вещества.

Как думать. Алюминий — металл, сера — неметалл. Сравним цвет, блеск, твёрдость, плотность, температуру плавления, проводимость.

Решение.

Вывод: оба вещества лёгкие и нерастворимые в воде. Но алюминий блестит, проводит ток и тепло, а сера — хрупкая, жёлтая, ток не проводит.

Ответ: алюминий — блестящий пластичный металл, хороший проводник; сера — жёлтое хрупкое вещество, плохой проводник.

№ 3

Что такое триады? Найди атомную массу среднего элемента в триадах: а) Na — Mg — Al; б) Be — Mg — Ca.

Как думать. Триада — это тройка сходных элементов. Масса среднего должна быть близка к среднему арифметическому крайних. Берём A_r из таблицы: Na 23, Mg 24, Al 27, Be 9, Ca 40.

Решение. Триада — группа из трёх сходных элементов, где масса атома среднего равна среднему арифметическому масс двух крайних.

а) A_r(Mg)=(A_r(Na)+A_r(Al))/2=(23+27)/2=25.

б) A_r(Mg)=(A_r(Be)+A_r(Ca))/2=(9+40)/2=24,5.

💡 Настоящая масса Mg равна 24 (24,3). Вторая тройка (Be, Mg, Ca) даёт 24,5, почти точное попадание. Первая (Na, Mg, Al) даёт 25: хуже, потому что Na и Al совсем не похожи по свойствам. Значит, «настоящая» триада — это именно б).

Ответ: а) 25; б) 24,5.

№ 4

Почему закон октав Ньюлендса оказался не совсем точным для построения Периодической системы?

Как думать. Вспомни, сколько клеток было в ряду и что делали с «лишними» элементами.

Пример ответа. Ньюлендс ограничил каждый период семью клетками, и свободных мест у него не было. Поэтому в некоторые клетки пришлось ставить сразу несколько элементов, даже непохожих (например, Co и Ni рядом с H, F, Cl). Он также не предполагал, что будут открыты новые элементы. А на тяжёлых элементах закономерность «каждый восьмой похож на первый» уже не выполнялась.

Ответ: в таблице не было свободных мест для неоткрытых элементов, в одну клетку приходилось ставить несколько элементов, и закономерность «каждый восьмой» работала не для всех.

№ 5

Что Менделеев взял за основу своей классификации? Приведи пример последовательности от 1-го до 8-го элемента.

Как думать. Основа — атомная масса (и сходство свойств). Выпишем элементы по росту массы.

Решение. Менделеев расставил элементы по возрастанию атомной массы. В его первой таблице (рис. 37) самые лёгкие элементы такие:

В наши дни между H и Li стоит гелий He (масса 4): его открыли позже. Поэтому в современной системе последовательность другая: H, He, Li, Be, B, C, N, O.

Ответ: основа — возрастание атомных масс и сходство свойств; пример: H, Li, Be, B, C, N, O, F.

№ 6

Дан фрагмент Периодической системы (2-й период): ячейки X, пустые, пустые, Y, три пустые, Z. Определи элементы X, Y, Z.

Как думать. Во втором периоде восемь элементов подряд: Li, Be, B, C, N, O, F, Ne. Считаем клетки слева.

Решение. Всего в ряду 8 клеток. X стоит в 1-й клетке, Y — в 4-й, Z — в 8-й.

Значит, X — литий Li, Y — углерод C, Z — неон Ne.

Ответ: X — Li (литий), Y — C (углерод), Z — Ne (неон).

Шпаргалка

• Металлы блестят и проводят ток и тепло; неметаллы чаще не блестят и плохо проводят ток.
• Триада: сходная тройка элементов, масса среднего примерно равна среднему арифметическому крайних.
• Менделеев оставил пустые места для будущих открытий, и они подтвердились (галлий, германий).
• Формула закона не нужна: его форма — Периодическая система.

Мини-тест