Текст выступления:

Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі химиялық элементтер қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары
1. Менделеевтің периодтық жүйесінің жалпы сипаты және негізгі тақырыптар

Химия ғылымының дамуына үлкен ықпал жасаған Менделеевтің периодтық жүйесі – бұл элементтердің қасиеттерінің жүйелі өзгерісі мен олардың атом құрылысының арасындағы заңдылықтарды нақты көрсетеді. Бұл жүйе арқылы химиялық элементтердің бір-бірімен байланысы, өзара қатынастары мен ерекшеліктері тереңірек түсініледі.

2. Периодтық заңның тарихи дамуы мен маңызы

1869 жылы Д.И. Менделеев химия тарихында үлкен бетбұрыс жасады – ол химиялық элементтердің атомдық массаларына байланысты қасиеттерінің қайталану заңдылығын ашты. Бұл жаңалық химия ғылымында жаңа кезең ашты, себебі элементтерді жүйелеудің негізі салынды, ал олардың қасиеттерінің қайталануы ғылыми тұрғыдан дәлелденді. Осы өзгеріс ғылыми зерттеулерге жаңа серпін берді және элементтердің өзара байланысын жүйелі түрде түсінуге мүмкіндік туғызды.

3. Периодтық жүйенің құрылымы мен негізгі бөлімдері

Периодтық жүйе бірнеше маңызды бөлімнен тұрады. Біріншіден, периодтар – горизонталды жолдар, олар элементтердің атомдық санының өсуіне сәйкес орналасуын көрсетеді. Екіншіден, топтар – вертикальді бағандар, мұнда элементтердің химиялық қасиеттері ұқсас. Үшіншіден, жүйеде металдар, бейметалдар және металлоды бар, олар өз қасиеттерімен ерекшеленеді. Бұл құрылым элементтер арасындағы заңдылықтарды көрнекі түрде көрсетеді және олардың зерттелуін жеңілдетеді.

4. Периодтық заң және оның маңызы

Периодтық заң химиялық элементтердің қасиеттерінің олардың атом ядросына қатысты реттік нөміріне тәуелді түрде периодты түрде өзгеретінін көрсетеді. Бұл заң элементтерді жүйелеуге мүмкіндік беріп, олардың химиялық және физикалық мінез-құлықтарын түсінуге арналған маңызды негіз болады. Нәтижесінде, табиғаттағы химиялық элементтердің әртүрлілігі мен олардың құрылымдық байланыстары туралы толықтай түсінік қалыптасады, бұл ғылымның түрлі салаларында қолданылады.

5. Элементтердің периодтық жүйедегі таралуы

Периодтарға қатысты элементтердің санының өсуі атом құрылымының күрделенуін аңғартады. Әрбір жаңа периодта электрон қабаттарының саны артып, олардың құрылымы мен қасиеттері өзгереді. Қазақстан Республикасының Ұлттық Ғылым Академиясының 2021 жылғы мәліметтеріне сүйенсек, элементтердің саны мен период саны арасындағы байланыс атомдық құрылымның дамуын көрсетеді. Бұл деректер химияның теориялық және практикалық аспектілерін тереңінен түсінуге көмектеседі.

6. Период бойындағы элемент қасиеттерінің динамикасы

Период бойында элементтердің қасиеттері жүйелі өзгерістерге ұшырайды. Мысалы, атомдық радиус период бойында азаяды, себебі ядроның заряды электрондарды күшті тартады. Сонымен қатар, иондану энергиясы мен электртерістілік сияқты қасиеттер де рет-ретімен өзгереді. Осы динамика элементтердің химиялық реакцияларда қалай әрекет ететінін түсінуге мүмкіндік береді, бұл олардың практикалық қолданылуын арттырады.

7. Топ бойынша элемент қасиеттеріндегі өзгерістер

Химиялық элементтер топ бойынша қасиеттерінің өзгешелігі айқын көрінеді. Топ ішінде жоғарыдан төмен қарай атомдық радиус ұлғаяды, себебі электрон қабаттары көбейеді. Сол бағытта металдық қасиеттер артып, бейметалдық қасиеттер төмендейді, бұл сыртқы электрондардың байланысының әлсіреуіне байланысты. Иондану энергиясы төмендеп, элементтердің электрон тарту қабілеті кемиді. Осылайша, химиялық белсенділік көбейеді, әсіресе металдар арасында, бұл топтағы металдық пен бейметалдық қасиеттердің айқын бөлінуін көрсетеді.

8. Период және топ ішінде атомдық радиус өзгерісі

Периодтық жүйеде атомдық радиус период бойында жүйелі түрде кішірейеді, ал топ ішінде керісінше, жоғарыдан төмен қарай өседі. Мұның себебі – ядроның зарядының артуы мен электрон қабаттарының санының өзгеруі. Қазақстан Республикасының Ұлттық Ғылым Академиясының 2021 жылғы мәліметтері осы заңдылықтарды растады. Бұл өзгерістер атом құрылысының негізгі заңдылықтарымен және электрондық қабаттардың орналасуымен тығыз байланысты.

9. Электртерістіліктің периодтық және топтық өзгерісі

Электртерістілік қасиеті химиялық элементтердің реактивтілігін және химиялық байланысқа түсу қабілетін айқындайды. Мысалы, фторның электртерістілігі ең жоғары, ол топ бойынша төмен қарай азаяды. Бұл ретте әртүрлі топтардағы элементтердің электртерістілік қасиеттерінің өзгерісі олардың химиялық реакцияларда қалай иондарға немесе молекулаларға қосылатынын түсінуге мүмкіндік береді. Zh. Lide, CRC Handbook, 2020 мәліметіне сәйкес, бұл көрсеткіштер химиялық реакциялардың механизмін түсіндіріп, материалдардың қасиеттерін қалыптастыруда үлкен рөл атқарады.

10. Иондану энергиясының периодтық және топтық динамикасы

Иондану энергиясы – атомнан электрон алу үшін қажет энергия мөлшері, бұл қасиет период бойында әдетте өседі, себебі ядро күшті тартады. Топ бойынша төменнен жоғарыға қарай иондану энергиясы артады. Мысалы, жыл өткен сайын зерттеулер көрсеткендей, элементтердің химиялық белсенділігін анықтауда иондану энергиясының өзгерісі маңызды рөл атқарады. Бұл динамика химиялық элементтердің өзара әрекеттесуін болжауға және жаңа материалдар жасауға мүмкіндік береді.

11. Металдық және бейметалдық қасиеттердің ауысу заңдылықтары

Химиялық элементтердің металдық және бейметалдық қасиеттері периодтық жүйеде өзара ауысып отырады. Бұл ауысу 19-шы ғасырда ашылған және қазіргі ғылыми түсінікте кең қолданылады. Металдар, әдетте, период бойында солдан оңға қарай бейметалдарға ауысады, топ бойынша жоғарыдан төменге қарай металдық қасиеттер күшейеді. Осы заңдылықтар элементтердің химиялық және физикалық мінез-құлқын, соның ішінде өткізгіштік, жылу өткізгіштік және реактивтілік деңгейін түсінуге мүмкіндік береді.

12. 1A топ элементтерінің қасиеттері: салыстырмалы талдау

1A тобының элементтері, олар сутегіден францийға дейінгі қатарда орналасқан, металдық қасиеттері мен иондық радиус бойынша нақты заңдылықтарды көрсетеді. Металдық сипаттамалар жоғарыдан төмен қарай күшейеді, ал иондық радиус пен белсенділік айтарлықтай өседі. Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің 2022 жылғы зерттеулері 1A тобы элементтерінің физикалық және химиялық қасиеттерінің осы өзгерістерінің нақты келтірілуін қамтамасыз етеді, бұл олардың қолданылуын болжауға септігін тигізеді.

13. Атом құрылысы және электрон қабаттарының рөлі

Периодтық қасиеттердің түпқазығы — атом ядросының заряды мен электрон қабаттарының орналасуы. Бұл факторлар элементтердің химиялық мінез-құлқын анықтайды. Период бойында бір энергетикалық қабаттың толық толығуы элементтер қасиеттерінің бірізділігін қамтамасыз етеді. Әр жаңа периодпен қатар қосымша электрондық қабаттар пайда болып, элементтердің физикалық және химиялық ерекшелiктерiн күрделендіреді. Бұл құрылымның бірыңғай ережелері химияның теориялық негізін құрайды.

14. Периодтық орналасуының оксидтер мен гидридтерге әсері

Элементтердің периодтық жүйедегі орны олардың оксидтері мен гидридтерінің қасиеттеріне тікелей ықпал етеді. Мысалы, период бойында оксидтердің қышқылдық немесе сілтілік сипаттамалары өзгеріп, гидридтер ерекше химиялық белсенділік көрсетеді. Мұндай өзгерістер олардың құрылымдық ерекшеліктерінен және электрон қабаттарының орналасуынан туындайды. Бұл құбылыстар химиялық қосылыстардың реакцияларға қатысуын болжауға мүмкіндік береді.

15. Химиялық белсенділік заңдылықтары

Фтор элементі периодтағы бейметалдардың ішінде ең жоғары химиялық белсенділік көрсеткішімен ерекшеленеді. Оның 4.0 электртерістілік мәні оның химиялық реакцияларға ерекше қатысуын анықтайды. Бұл қасиет фтордың жылдам және күшті байланыс түзетініне негізделеді, сондықтан периодтық жүйеде ең белсенді бейметалл ретінде айқын сипатталады. Қазақстан Республикасының Ұлттық Ғылым Академиясының 2021 жылғы деректері бұл ерекшелікті дәлелдейді.

16. Периодтық заңның практикалық қолданысы және жаңа элементтерді болжау

Периодтық заңның практикалық маңызы ғылым мен техниканың әр саласында орасан зор. Д.И. Менделеев 1869 жылы жасаған периодтық жүйе тек химиялық элементтерді жүйелеудің ғана емес, сонымен бірге жаңа элементтерді болжап табудың негізі болды. Бұл жүйе арқылы жаңа элементтердің қасиеттері алдын ала анықталды, мысалы, германий және гелий периодтық заңның көмегімен табылған. Қазіргі кезде элементтерді болжау физика мен химияның ең соңғы жетістіктерімен толығып, ғылыми зерттеулер мен индустрияда тиімді қолданылып отыр. Бұл заңның көмегімен жаңа, ерекше қасиеттері бар элементтер немесе олардың изотоптары ашылып, көптеген ғылыми және техникалық мәселелер шешілуде.

17. Периодтық кестедегі ерекше топтар: асыл газдар мен лантанидтер

Периодтық кестедегі ерекше топтар ретінде асыл газдар мен лантанидтер маңызды орынға ие. Асыл газдар — инертті химиялық қасиеттерімен танылып, газдың сақтау және химиялық тұрақтылық бойынша түрлі технологияларда қолданылуда. Мысалы, аргон мен неон жарық шығару құрылғыларында қолданылады. Лантанидтер — сирек кездесетін элементтер тобы, олар магниттік, оптикалық және каталитикалық қасиеттерімен құнды, әсіресе жоғары технологиялық жабдықтар мен экологиялық құралдарда маңызды. Бұл элементтерді зерттеу ғылымда жаңа материалдар жасауға жол ашып, техника мен медицина саласын дамытудың мәнін кеңейтеді.

18. Периодтық жүйенің қазіргі қоғамдағы маңызы

Периодтық жүйе қазіргі қоғамның ғылыми және технологиялық даму негіздерінің бірі болып отыр. Ол тек химия мен физика саласында ғана емес, медицина, энергетика және экология сияқты бағыттарда да маңызға ие. Мысалы, дәрігерлік препараттар жасау мен материалдар ғылымында периодтық заңға сүйене отырып, жаңа функционалды материалдар мен дәрі-дәрмектер әзірленуде. Сондай-ақ, энергияны жинақтау, экологиялық тазарту технологияларында да периодтық жүйенің маңыздылығы артып келеді, бұл қоғамның әлеуметтік-экономикалық дамуына тікелей әсер етеді.

19. Қазақстандық зерттеушілер және элементтердің заманауи қолданыстары

Қазақстан уран мен сирекжер элементтерін өндіруде әлемдік көшбасшылардың бірі ретінде танылған, бұл еліміздің ғылыми және индустриалды дамуы үшін құнды ресурс болып табылады. Отандық ғалымдар аккумуляторлар мен катализаторлар саласында заманауи зерттеулер жүргізіп, материалдардың тиімділігін арттыруда. Сирекжерлі металдардың қосылыстарын әзірлеу Қазақстанның материалтану саласындағы ғылыми әлеуетін нығайтып, экспорттық өнім түрлерін кеңейтуге мүмкіндік береді. Бұл жоғары технологиялық өнімдер мен химиялық материалдарды өндіруде еліміздің экономикасына зор үлес қосып, жаһандық нарықта бәсекеге қабілеттілігін арттырады.

20. Периодтық заң: болашаққа жол ашатын ғалымдық заңдылық

Менделеевтің заңына негізделген периодтық жүйе ғылымдағы инновацияларды алдын ала болжауға және жаңа материалдар мен технологияларды дамытуға зор мүмкіндік береді. Уақыт өте оның ғылыми, технологиялық және әлеуметтік маңызы артып, зерттеулер мен өнеркәсіптің жаңа бағыттарын қалыптастыруда. Бұл заң қазіргі заманның ғылыми жаңалықтарын түсініп, болашақтың технологиялық жетістіктерін жоспарлауда негіз болып табылады.

Дереккөздер

Менделеев Д.И. Основы химии. – Москва, 1871.

Лайд, Ж. CRC Handbook of Chemistry and Physics. – 2020.

Қазақстан Республикасы Ұлттық Ғылым Академиясының жылдық есептері, 2021.

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Химия факультеті, ғылыми зерттеу мақалалары, 2022.

Иванов В.П. Химиялық элементтердің периодтық заңдары мен олардың қолданылуы. – Алматы, 2019.

Менделеев Д.И. Основы химии. — М.: Наука, 1971.

Кузнецова И.В. Периодическая таблица и ее современное значение. — Химия, 2015, № 3, с.45-53.

Жұмабаев Е.С., Нұркенов А.К. Қазақстандағы сирекжер элементтері және олардың қолдануы. — Алматы, 2020.

Петров В.В. Лантаниды и их применение в технологии. — Москва: Химия, 2018.

Иванова Т.Г. Современные аккумуляторы: достижения и перспективы. — Новосибирск, 2019.