§ 15. Химиялық элементтердің жіктелуі

Химия, 7 сынып. Оқулық: Оспанова М.Қ. және т.б. (Мектеп, 2025). 6 тарау: Химиялық элементтердің периодтық кестесі. 80–85-беттер.

Нені үйренесің

• Химиктерге элементтерді топтарға неге бөлу керек болғанын түсіндіруді.
• Жай заттарды қасиеттері бойынша металдар мен бейметалдарға бөлуді.
• Дёберейнер триадасындағы атомдық массаның орташа мәнін есептеуді.
• Ньюлендс октавалар заңының Менделеев жүйесінен немен ерекшеленетінін айтуды.
• Периодтық заңды тұжырымдауды және рет нөмірінің не екенін түсіндіруді.

Ой қозғау

• Шкафтағы немесе рюкзактағы заттарды қалай жинайсың? Түрлері бойынша: киімді киіммен, дәптерді дәптермен. Солай іздеу де, есте сақтау да оңай. Химиктер элементтермен де солай істеді.
• Темір қасық ағаш қасықтан немен ерекшеленеді? Металл жылтырайды, жылу мен электр тогын өткізеді. Ағаш олай істей алмайды.
• Сенің ойыңша, химиялық элементтердің барлығы қанша? Бүгінде 118 белгілі. Айналадағының бәрі солардан жасалған: тастар, су, ауа, сенің өзің.

💡 Элементтер көп, ал қасиеттері біресе ұқсас, біресе мүлде басқа. Кім кімге ұқсайтыны көрінетін «карта» қажет болды. Дәл осындай картаны Менделеев сызды.

Тақырыпты талдаймыз

Элементтерді неге сөрелерге жинау керек

XIX ғасырдың бірінші жартысында химиктер 25-ке жуық жаңа элемент ашты. Ғасырдың ортасында олар 60-қа жуық болды. Әрқайсысын жеке есте сақтау қиын. Жүйе қажет болды: оларды қандай белгілері бойынша топтау керек?

📕 Оқулықта «қазіргі уақытта 118 (116-сы ашылған, 114-і аталған және екеуіне зерттеу жүргізілуде) элемент белгілі» деп жазылған, бірақ дұрысы: «118 элементтің бәрі ашылған және аталған»: соңғы элементтерге (113, 115, 117, 118) атауларды 2016 жылдың аяғында бекітті.

Химиктер элементтердің қасиеттері мен атомдық массасы (бұл — атомның массасы) арасындағы байланысты іздеді. Табиғи жүйені тек Дмитрий Иванович Менделеев құра алды.

Бірінші бөлу: металдар және бейметалдар

Швед ғалымы Йёнс Берцелиус элементтерді олардан түзілген жай заттардың қасиеттеріне қарай металдар және бейметалдар деп бөлуді ұсынды.

🌟 Сынап Hg (металл) бөлме температурасында сұйық. Ал бром Br₂ (бейметалл) де сұйық, қою қызыл түсті және өте күйдіргіш.

🌟 Қазақстанда металдар көп: мысты Жезқазғанда, хром кенін Ақтөбе облысында (Дон КБК) өндіреді. Ал күкірт бейметалл ретінде Атырау мен Каспийдің мұнайында да кездеседі.

Дёберейнер триадалары: алғашқы «үштіктер»

1829 жылы неміс химигі Иоганн Дёберейнер ұқсас элементтерді үш-үштен біріктіруге болатынын байқады. Мұндай үштікті ол триада деп атады.

Триаданың басты ерекшелігі: ортаңғы элемент атомының массасы екі шеткі элемент массаларының арифметикалық ортасына дерлік тең.

Li — Na — K триадасын алайық. Атомдық массалары: 7, 23, 39.

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

Натрийдің нақты массасымен дәл келеді!

Дёберейнер маңызды іс атқарды: ол элементтердің қасиеттерін атомдық массаларымен алғаш байланыстырды. Бірақ ол тек «үштіктерді» іздеді де, барлық элементті қамти алмады. Сондықтан оның жүйесі толық болмай қалды.

⚠️ Жиі кететін қате. Үш массаның үшеуін де қосады. Триадада тек шеткі элементтерді қосамыз, ал ортаңғысын нәтижемен салыстырамыз.

Ньюлендс октавалары: химия және музыка

1865 жылы ағылшын Джон Ньюлендс элементтерді атомдық массасының өсу ретімен тізді де, әр сегізінші элемент бірінші элементке ұқсайтынын байқады. Музыкадағыдай: «до» нотасынан кейін жеті нотадан соң қайтадан «до» (тек жоғарырақ) келеді.

Сондықтан бұл заңды октавалар заңы деп атады.

Бағандарға қара: Li, Na, K — металдар; F және Cl — ұқсас бейметалдар. Идея жұмыс істейді!

Бірақ Ньюлендс кестесінің әлсіз жерлері болды:

• әр қатарда дәл жеті ұяшық болды, бос орын қалмады;
• бір ұяшыққа бірнеше элементті қоюға тура келді (мысалы, Co және Ni);
• ол барлық элемент ашылып болды деп есептеді;
• ауыр элементтерде «музыка» бұзылды.

Сондықтан ғалымдар оның жаңалығына күмәнмен қарады.

💡 Ньюлендс элементтерге алғаш рет рет нөмірін берді. Идея тамаша болды, бірақ тым «қатаң» еді: ол жаңа жаңалықтарға орын қалдырмады.

Менделеев: бос орындары бар кесте

1869 жылдың басында Менделеев «Химия негіздері» оқулығын жазып, элементтерден тәртіп іздеді. Ол «Атомдық салмағы мен химиялық ұқсастықтарына негізделген элементтер жүйесіне тәжірибе» деп аталатын кесте құрастырды.

Менделеевтің басты идеялары:

1. Элементтер атомдық массасының өсу ретімен орналасқан.
2. Қасиеттері ұқсас элементтер белгілі аралықтан кейін кездеседі.
3. Егер атомдық масса дәл анықталмаса, қасиеттерінің ұқсастығы үшін көршілерді орнымен ауыстыруға болады.
4. Әлі ашылмаған элементтерге бос ұяшықтар қалдырылған.

Ол шығарған заң мынадай (өз сөзімізбен): элементтердің және олардың қосылыстарының қасиеттері атомдық массаның өсуімен периодты түрде қайталанады. Бұл — периодтық заң.

🌟 1869 жылғы Менделеев кестесінде «? = 68» және «? = 70» белгілері тұрды. Кейін бұл орындарға жаңа элементтер «орналасты»: галлий (оның массасы 69,7) және германий. Менделеев олардың қасиеттерін алдын ала болжады және олар дұрыс болып шықты. Ғалымдар кестеге сондықтан сенді.

Қазіргі жүйеде ерекшеліктер бар: массасы бойынша тәртіп бұзылады. Мысалы, аргон (39,9) калийдің (39,1) алдында тұр, бірақ ол ауыр. Бұл изотоптармен түсіндіріледі: элементтің массасы әртүрлі атомдары болады.

Бұл жұптар периодтық жүйеде (86-бет) атомдық массаның өсу ретімен орналаспаған.

Рет нөмірі: ол шын мәнінде қайдан шығады

Менделеев әр элементке атомдық массасының өсуіне қарай рет нөмірін берді. Кейін атомның құрылысын зерттегенде, басты нәрсе анықталды: рет нөмірі атом ядросының зарядына тең.

Менделеев өз заңын атомның құрылысын түк білмей тұрып ашты! Сондықтан заңды кейін нақтылады:

📌 Периодтық заң: элементтердің және олардан түзілген жай және күрделі заттардың қасиеттері атом ядросының зарядына периодты түрде тәуелді.

Бұл заңның формула-теңдеуі жоқ. Оның «бет-бейнесі» — кесте, химиялық элементтердің периодтық жүйесі.

👨‍👩‍👧 Ата-анаға. Баладан ас үйдегі заттарды «металл» және «металл емес» деп бөлуін сұраңыз (қасық, кастрюль, ағаш тақтай, пластик тостаған). Содан кейін ол қандай белгілеріне қарап шешкенін сұраңыз. Бұл — сол жіктеу, тек күнделікті өмірде.

Түсінгеніңді тексер

Өзіңді тексер

• Триада деген не? Ұқсас үш элементтен тұратын топ, мұнда ортаңғысының атомдық массасы шеткілерінің арифметикалық ортасына тең.
• Элементтерді металдар мен бейметалдарға бөлуді кім ұсынды? Швед ғалымы Й. Берцелиус.
• Элементтің рет нөмірінің мәні қандай? Бұл — атом ядросының заряды.
• Менделеев кестесі Ньюлендс кестесінен несімен жақсы? Менделеевтің кестесінде әлі ашылмаған элементтерге бос орындар бар, ал Ньюлендсте орын жетпеді.
• Атомдық масса деген не? Бұл — атомның массасы (атомдық масса бірліктерімен). Ол элементтерді ретімен орналастыру үшін қажет.

Жаттығуларды шығарамыз

№ 1

Химиялық элементтерді жіктеу қажеттілігі неліктен туындады?

Қалай ойлаймыз. Жүздеген зат араласып жатқан шкафты елестет. Адам не істейді?

Жауап үлгісі. Элементтер көбейе берді (XIX ғасырда оларды ондап ашты), әрқайсысының қасиетін есте сақтау қиындады. Мынадай жүйе қажет болды:

1. элементтердің ұқсастығы мен айырмашылығын табуға көмектеседі;
2. білімді реттейді;
3. әлі ашылмаған элементтердің қасиеттерін болжауға мүмкіндік береді.

Жауабы: элементтер тым көп болып кетті, оларды реттеу, заңдылықтарды табу және жаңаны болжау керек болды.

№ 2

Қосымша ақпарат көздерін пайдаланып, алюминий мен күкірттің физикалық қасиеттерін сипатта және осы заттарды салыстыр.

Қалай ойлаймыз. Алюминий — металл, күкірт — бейметалл. Түсін, жылтырын, қаттылығын, тығыздығын, балқу температурасын, өткізгіштігін салыстырамыз.

Шешуі.

Қорытынды: екі зат та жеңіл және суда ерімейді. Бірақ алюминий жылтырайды, ток пен жылуды өткізеді, ал күкірт морт, сары, токты өткізбейді.

Жауабы: алюминий — жылтыр иілгіш металл, жақсы өткізгіш; күкірт — сары морт зат, нашар өткізгіш.

№ 3

Триадалар деген не? Келесі триадалардың ішіндегі ортаңғы элементтің атомдық массасын есепте: а) Na — Mg — Al; ә) Be — Mg — Ca.

Қалай ойлаймыз. Триада — ұқсас элементтердің үштігі. Ортаңғысының массасы шеткілерінің арифметикалық ортасына жақын болуы керек. A_r мәндерін кестеден аламыз: Na 23, Mg 24, Al 27, Be 9, Ca 40.

Шешуі. Триада — ұқсас үш элементтен тұратын топ, мұнда ортаңғы атомның массасы екі шеткі массаның арифметикалық ортасына тең.

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

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

💡 Mg-нің нақты массасы 24 (24,3). Екінші үштік (Be, Mg, Ca) 24,5 береді, бұл — дерлік дәл келу. Бірінші (Na, Mg, Al) 25 береді: нашарлау, өйткені Na мен Al қасиеттері бойынша мүлде ұқсамайды. Демек, «нағыз» триада — ә).

Жауабы: а) 25; ә) 24,5.

№ 4

Периодтық жүйені құруда Ньюлендстің октавалар заңы неге қолданылмады?

Қалай ойлаймыз. Қатарда неше ұяшық болғанын және «артық» элементтермен не істегенін еске түсір.

Жауап үлгісі. Ньюлендс әр периодты жеті ұяшықпен шектеді, оның бос орындары болмады. Сондықтан кейбір ұяшықтарға бірден бірнеше, тіпті ұқсамайтын элементті қоюға тура келді (мысалы, H, F, Cl қасына Co және Ni). Ол жаңа элементтер ашылады деп те болжаған жоқ. Ал ауыр элементтерде «әр сегізінші бірінші элементке ұқсайды» заңдылығы орындалмай қалды.

Жауабы: кестеде ашылмаған элементтерге бос орын болмады, бір ұяшыққа бірнеше элементті қоюға тура келді, «әр сегізінші» заңдылығы барлығына сай келмеді.

№ 5

Химиялық элементтерді жүйелеуде Д.И. Менделеев қандай заңдылықтарға сүйенді? 1-ден 8-ге дейінгі химиялық элементтердің реттілігіне мысал келтір.

Қалай ойлаймыз. Негізі — атомдық масса (және қасиеттердің ұқсастығы). Элементтерді массасының өсу ретімен жазамыз.

Шешуі. Менделеев элементтерді атомдық массасының өсу ретімен орналастырды. Оның алғашқы кестесіндегі (37-сурет) ең жеңіл элементтер мынадай:

Қазіргі кезде H мен Li арасында гелий He (массасы 4) тұр: оны кейін ашты. Сондықтан қазіргі жүйеде реттілік басқа: H, He, Li, Be, B, C, N, O.

Жауабы: негізі — атомдық массаның өсуі және қасиеттердің ұқсастығы; мысал: H, Li, Be, B, C, N, O, F.

№ 6

Периодтық жүйенің бір бөлігі берілген (2-период): X, бос, бос, Y, үш бос, Z. X, Y, Z әріптерімен таңбаланған химиялық элементтерді анықта.

Қалай ойлаймыз. Екінші периодта қатарынан сегіз элемент бар: Li, Be, B, C, N, O, F, Ne. Ұяшықтарды солдан санаймыз.

Шешуі. Қатарда барлығы 8 ұяшық. X — 1-ұяшықта, Y — 4-ұяшықта, Z — 8-ұяшықта тұр.

Демек, X — литий Li, Y — көміртек C, Z — неон Ne.

Жауабы: X — Li (литий), Y — C (көміртек), Z — Ne (неон).

Жадынама

• Металдар жылтырайды, ток пен жылуды өткізеді; бейметалдар көбіне жылтырамайды және токты нашар өткізеді.
• Триада: ұқсас үштік, ортаңғысының массасы шеткілерінің арифметикалық ортасына шамамен тең.
• Менделеев болашақ жаңалықтарға бос орын қалдырды, олар расталды (галлий, германий).
• Заңның формуласы қажет емес: оның түрі — периодтық жүйе.

Шағын тест