Периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Многие свойства элементов были изучены еще в XIX веке, о чем свидетельствуют цитаты из классического учебника Дмитрия Ивановича Менделеева (1834—1907) «Основы химии»; они приводятся по 8-му изданию 1906 г. В это последнее прижизненное издание гениальный русский химик Д. И. Менделеев поместил символы 71 элемента. Современная Периодическая таблица содержит 118 известных химических элементов. Они разбиты на 7 периодов и 18 групп (в старых вариантах таблицы было 8 групп, часть которых была разбита на подгруппы А и В).

В каждой клетке таблицы помещены символ элемента, его название, порядковый номер Z и относительная атомная масса А. Массы атомов известны с очень высокой точностью, но выражать их в граммах неудобно. Например, масса атома тяжелого эле-мента урана-238 составляет 3,952 · 10–22 г. Поэтому массу атомов выражают в относи-тельных единицах и обозначают Ar (буква r — от лат. relativus — относительный); это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса данного атома больше массы другого атома, принятого в качестве стандарта. За стандарт в настоящее время принята 1/12 часть массы самого распространенного в органическом мире нуклида — углерода-12.

В таблице атомные массы элементов указаны с разной точностью. Происходит это потому, что большинство элементов в природе представлено несколькими стабильными изотопами, причем их соотношение в разных местах Земли не постоянно. Например, атомные массы водорода (Н) и тяжело-го водорода — дейтерия (D) известны с исключительно высокой точностью: 1,007825035 для Н и 2,014101779 для D. Если бы соотношение Н и D в природе везде и всегда было постоянным, атомную массу природного водорода тоже можно было бы рассчитать с очень высокой точностью. Но это не так: более легкие молекулы Н₂О испаряются с поверхности морей и океанов немного легче, чем молекулы D₂O и HDO; в подземных водах они чуть быстрее просачиваются через песок и другие породы. Поэтому если определять атомную массу природного водорода в разных местах Земли, то получатся не-много разные значения.

Другой пример. Природный хлор состоит из двух изотопов: ³⁵Cl (75%) и 37Cl (25%). Усредненная атомная масса хлора Аr = 35,45. Измерять ее точнее нет смысла: в морской воде и в каменной соли соотношение изотопов хлора будет немного разным. Другое дело элементы-одиночки, представленные в природе всего одним нуклидом (¹⁹F, ²³Na, ²⁷Al, ³¹P и др.). Для таких элементов значение Аr можно определить с высокой точностью, например для натрия Ar = 22,98976928(2) (цифра в скобках указывает на по-грешность измерения в последнем знаке).

Для элементов с Z > 83, то есть после висмута, значения Ar обычно стоят в скобках; то же мы видим для технеция (Z = 43) и прометия (Z = 61). У этих элементов нет ни одного стабильного изотопа, в природе они практически не встречаются, и для них указывают не значение Ar , а массовое число самого долгоживущего из известных изотопов. Есть еще одна причина поместить эти числа в скобки. Когда открывают новый радио-активный элемент, то получают вначале лишь один из его изотопов. Но впоследствии часто синтезируются изотопы с большим временем жизни, и тогда число в скобках за-меняют. Например, для дубния (Z = 105) в таблице 1983 г. стояло [261] (период полураспада 1,8 с.), в таблице 2000 г. — [262] (период полураспада 35 с.), в таблице 2013 г. — [268] (период полураспада 32 ч.).

У нескольких радиоактивных элементов, например у тория (Z = 90) и урана (Z = 92), есть изотопы с очень большим временем жизни. Поэтому для них можно с достаточной точностью определить относительную атомную массу.