Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов, упорядоченное множество химических элементов и их естественная классификация. Является табличным представлением периодического закона, открытого Д. И. Менделеевым. Прообразом периодической системы химических элементов служит таблица «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», составленная Менделеевым в 1869 г. По мере совершенствования этой таблицы Менделеев развил представления о периодах и группах элементов и о месте каждого элемента в системе. К 1871 г. в книгу «Основы химии» Менделеевым была включена «Естественная система элементов Д. Менделеева» – первая классическая короткая форма периодической системы химических элементов. Опираясь на неё, Менделеев выполнил впоследствии оправдавшийся прогноз существования и свойств неизвестных в то время элементов (Ga, Sc, Ge).

Таблица, составленная Дмитрием Менделеевым. 1869. БРЭ. Т. 25.Таблица, составленная Дмитрием Менделеевым. 1869. БРЭ. Т. 25.Физический смысл периодичности в свойствах элементов стал ясен после появления планетарной модели атома (Э. Резерфорд, 1911), и было показано (А. ван ден Брук и Г. Мозли, 1913–1914), что порядковый номер элемента в периодической системе химических элементов равен положительному заряду (Z) ядра атома. Теория периодической системы в основном создана Н. Бором (1913–1921) на базе квантовой модели атома. Бор разработал схему построения электронных конфигураций атомов по мере возрастания Z, опирающуюся на определённую последовательность заполнения электронами оболочек и подоболочек в атомах с ростом числа Z.

Современная периодическая система химических элементов включает более ста химических элементов. Наиболее тяжёлые элементы получены ядерным синтезом. Порядок заполнения электронами уровней в атомах определяется правилами, совокупность которых называют «принципом построения»: заполнение атомных орбиталей (АО) происходит в порядке увеличения энергии орбиталей: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 6d и т. д.; согласно принципу Паули, каждая АО (характеризуется квантовыми числами n, l, m) может содержать не более 2 электронов; АО с одинаковыми l и n заполняются так, чтобы суммарный спин электронов был максимален (т. е. заполняется максимальное число АО с разными m по правилу Хунда).

Согласно (n+l)-правилу Клечковского, построение электронных конфигураций главным образом происходит в соответствии с последовательным увеличением суммы (n+l). При этом в пределах каждой такой суммы сначала заполняются подоболочки с бóльшими l и меньшими n, затем с меньшими l и бóльшими n.

Опубликовано свыше 500 вариантов периодической системы химических элементов, что связано с попытками поиска решения некоторых частных проблем её структуры. Наиболее распространены две табличные формы: короткая и длинная (разрабатывалась Д. И. Менделеевым, усовершенствована в 1905 А. Вернером). В структуре периодической системы химических элементов выделяют периоды (горизонтальные ряды) и группы (вертикальные столбцы) элементов.

Короткая форма периодической системы химических элементов. Архив БРЭ.Короткая форма периодической системы химических элементов. Архив БРЭ.Современная форма периодической системы химических элементов (в 1989 ИЮПАК рекомендована длинная форма) состоит из 7 периодов (горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера) и 18 групп (вертикальных последовательностей элементов в соответствии с количеством валентных электронов), а короткая форма – из 8 групп. Число элементов в периодах, начиная со второго, попарно повторяется: 8, 8, 18, 18, 32, 32,... (первый период содержит два элемента). Номер группы элементов короткого варианта соответствует числу валентных электронов во внешней электронной оболочке атомов. В длиннопериодном варианте номер группы в бoльшей мере формален. Группы короткого варианта включают главную (а) и побочную (б) подгруппы, в каждой из которых содержатся элементы, сходные по химическим свойствам, их атомы характеризуются одинаковым строением внешних электронных оболочек. Элементы некоторых групп имеют собственные тривиальные названия: щелочные металлы (группа 1 длинной формы), щёлочноземельные металлы (группа 2), халькогены (группа 16), галогены (группа 17), благородные газы (группа 18). В периодической системе химических элементов для каждого элемента указывается его символ, название, порядковый номер и значение относительной атомной массы.

Первый период содержит два элемента – Н и Не. Водород имеет некоторое сходство как со щелочными элементами, так и с галогенами. В связи с этим символ Н помещают либо в подгруппу Iа, либо в подгруппу VIIa короткого варианта, либо в обе одновременно.

Второй и третий периоды (Li – Ne; Na – Ar) содержат по 8 элементов, причём характер изменения химических свойств вертикальных аналогов во многом близок. Элементы первых трёх периодов относятся к главным подгруппам короткого варианта периодической системы химических элементов.

Элементы групп 1 и 2 длинной формы называются s-элементами, групп 13–18 – p-элементами, групп 3–12 – d-элементами; d-элементы (за исключением цинка, кадмия и ртути) называют также переходными элементами.

Четвёртый период (K – Kr) содержит 18 элементов. После K и Са (s-элементы) следует ряд из десяти (Sc – Zn) 3d-элементов (побочные подгруппы короткого варианта периодической системы химических элементов). Переходные элементы проявляют высшие степени окисления, в основном равные номеру группы короткого варианта периодической системы химических элементов (исключая Co, Ni и Cu). Элементы от Ga до Kr относятся к главным подгруппам (р-элементы).

Пятый период (Rb – Xe) построен аналогично четвёртому; в нём также имеется «вставка» из десяти переходных 4d-элементов (Y – Cd). Особенности изменения свойств в этом периоде: в триаде Ru – Rh – Pd рутений проявляет максимальную степень окисления +8, родий +6, палладий +5; все элементы главных подгрупп, включая Хе, проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы.

Шестой период (Сs – Rn) содержит 32 элемента. В него, помимо десяти 5d-элементов (La, Hf – Hg), входит семейство из четырнадцати 4f-элементов – лантаноидов (лантанидов, Ln). В степени окисления +3, +4 они являются химическими аналогами актиноидов, в степени окисления +2 – щёлочноземельных элементов. Лантаноиды размещены в группе 3 длинной формы, клетка La, и для удобства вынесены под таблицу. Особенностью элементов шестого периода является то, что в триаде Os – Ir – Pt два элемента – осмий и иридий – проявляют степень окисления +8, платина +6.

Седьмой период, подобно шестому, содержит 32 элемента. Актиний – аналог лантана. После Ас следует семейство из четырнадцати 5f-элементов – актиноидов (актинидов, An) (Z= 90–103). В периодической системе химических элементов их размещают в клетке Ас и, подобно Ln, записывают отдельной строкой под таблицей. Этот приём предполагает наличие существенного химического сходства элементов двух f-семейств. Именно на этом основывалась «актинидная концепция» Г. Сиборга (1944), сыгравшая ведущую роль при разработке методов разделения продуктов деления урана и поиске новых элементов. Однако эта концепция справедлива лишь для трёх- и четырёхвалентных An. Актиноиды же проявляют степени окисления от +2 до +7 (последняя характерна для Np, Pu, Am) и +8 (для плутония). Для наиболее тяжёлых An характерна стабилизация низших степеней окисления (+2 или даже +1 для Md).

Экспериментальные оценки химии элементов с Z=104 (резерфордий) и Z=105 (дубний) позволили заключить, что они являются аналогами соответственно Hf и Та, т. е. 6d-элементами (должны располагаться в IVб и Vб подгруппах короткой формы). Химическая идентификация элементов с Z=106–118 не проводилась из-за слишком коротких «времён жизни» синтезированных изотопов, но в соответствии со структурой периодической системы можно считать, что элементы Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Ds, Rg, Cn относятся к 6d-элементам, элементы c Z=113–118 близки, соответственно, вертикальным аналогам. Это же следует из современных квантово-химических расчётов.

Памятник-таблица «Периодическая система элементов Д. И. Менделеева». Авторы: Владимир Фролов, Давид Кричевский.Памятник-таблица «Периодическая система элементов Д. И. Менделеева». Авторы: Владимир Фролов, Давид Кричевский.Периодическая система химических элементов является важным звеном эволюции атомно-молекулярного учения, способствует уточнению представлений о простых веществах и соединениях, оказала значительное влияние на разработку теории строения атомов. С периодической системой связана постановка проблемы прогнозирования в химии, что проявилось в предсказании как существования неизвестных элементов и их свойств, так и особенностей химического поведения известных элементов. Периодическая система химических элементов – основа неорганической химии; служит задачам синтеза веществ с заранее заданными свойствами, создания новых материалов, в частности сверхпроводников и полупроводников, подбора специфических катализаторов для различных химических процессов и др. Периодическая система химических элементов – научная база преподавания общей и неорганической химии, а также некоторых разделов атомной физики.