Το περιεχόμενο του άρθρου
ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝείναι μια ταξινόμηση χημικά στοιχείασύμφωνα με τον περιοδικό νόμο, ο οποίος καθιερώνει μια περιοδική αλλαγή στις ιδιότητες των χημικών στοιχείων καθώς αυξάνεται η ατομική τους μάζα, που σχετίζεται με την αύξηση του φορτίου του πυρήνα των ατόμων τους· Επομένως, το φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου συμπίπτει με τον τακτικό αριθμό του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα και ονομάζεται ατομικός αριθμόςστοιχείο. Το περιοδικό σύστημα στοιχείων συντάσσεται με τη μορφή πίνακα (περιοδικός πίνακας στοιχείων), στις οριζόντιες σειρές του οποίου - έμμηνα- υπάρχει μια σταδιακή αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων και στη μετάβαση από τη μια περίοδο στην άλλη - μια περιοδική επανάληψη κοινών ιδιοτήτων. κάθετες στήλες - ομάδες- συνδυάζουν στοιχεία με παρόμοιες ιδιότητες. Το περιοδικό σύστημα επιτρέπει, χωρίς ειδικές μελέτες, να μάθουμε για τις ιδιότητες ενός στοιχείου μόνο με βάση τις γνωστές ιδιότητες των γειτονικών στοιχείων σε μια ομάδα ή περίοδο. Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες (κατάσταση συσσωματώματος, σκληρότητα, χρώμα, σθένος, ιονισμός, σταθερότητα, μεταλλικότητα ή μη μεταλλικότητα, κ.λπ.) μπορούν να προβλεφθούν για ένα στοιχείο με βάση τον περιοδικό πίνακα.
Στα τέλη του 18ου και αρχές του 19ου αιώνα. οι χημικοί προσπάθησαν να δημιουργήσουν ταξινομήσεις των χημικών στοιχείων σύμφωνα με τα φυσικά και Χημικές ιδιότητες, ειδικότερα, με βάση τη αθροιστική κατάσταση του στοιχείου, ειδικό βάρος (πυκνότητα), ηλεκτρική αγωγιμότητα, μεταλλικότητα - μη μεταλλικότητα, βασικότητα - οξύτητα κ.λπ.
Ταξινομήσεις κατά "ατομικό βάρος"
(δηλαδή κατά σχετική ατομική μάζα).
Η υπόθεση του Prout.
| Πίνακας 1. ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΠΟΥ ΕΚΔΟΣΕ Ο MENDELEEV ΤΟ 1869 (πρώτη έκδοση) |
|||||
| Ti = 50 | Zr = 90 | ? = 180 | |||
| V=51 | Nb = 94 | Ta = 182 | |||
| cr=52 | Mo = 96 | W=186 | |||
| Mn = 55 | Rh = 104,4 | Pt = 197,4 | |||
| Fe = 56 | Ru = 104,4 | Ir = 198 | |||
| Νι = | Συν = 59 | Pd = 106,6 | Os = 199 | ||
| H=1 | Cu = 63,4 | Ag = 108 | Hg = 200 | ||
| Be = 9,4 | Mg = 24 | Zn = 65,2 | CD = 112 | ||
| Β=11 | Al = 27,4 | ? = 68 | Ur = 116 | Au = 197; | |
| C=12 | Si = 28 | ? = 70 | Sn = 118 | ||
| N=14 | Ρ=31 | Ως = 75 | Sb = 122 | Bi = 210; | |
| Ο=16 | S=32 | Se = 79,4 | Te = 128; | ||
| F=19 | Cl = 35,5 | Br = 80 | Ι=127 | ||
| Li = 7 | Na = 23 | Κ = 39 | Rb = 85,4 | Cs = 133 | Tl = 204 |
| Ca=40 | Sr = 87,6 | Ba = 137 | Pb = 207 | ||
| ? = 45 | Ce = 92 | ||||
| ?Er = 56 | Λα = 94 | ||||
| ?Yt = 60 | Di = 95 | ||||
| ?Σε = 75,6 | ου = 118 | ||||
| Πίνακας 2. ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ MENDELEEV | |||||||||||||||||||||||||
| Ομάδα | Εγώ | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | 0 | ||||||||||||||||
| Φόρμουλα οξειδίου ή υδριδίου Υποομάδα |
R2O | RO | R2O3 | RH4 RO 2 |
RH 3 R2O5 |
RH 2 RO 3 |
RH R2O7 |
||||||||||||||||||
| Περίοδος 1 | 1 H Υδρογόνο 1,0079 |
2 Αυτός Ήλιο 4,0026 |
|||||||||||||||||||||||
| Περίοδος 2 | 3 Li Λίθιο 6,941 |
4 Είναι Βηρύλλιο 9,0122 |
5 σι Bor 10,81 |
6 ντο Ανθρακας 12,011 |
7 Ν Αζωτο 14,0067 |
8 Ο Οξυγόνο 15,9994 |
9 φά Φθόριο 18,9984 |
10 Ne Νέο 20,179 |
|||||||||||||||||
| Περίοδος 3 | 11 Να Νάτριο 22,9898 |
12 mg Μαγνήσιο 24,305 |
13 Ο Αλ Αλουμίνιο 26,9815 |
14 Σι Πυρίτιο 28,0855 |
15 Π Φώσφορος 30,9738 |
16 μικρό Θείο 32,06 |
17 Cl Χλώριο 35,453 |
18 Ar Αργόν 39,948 |
|||||||||||||||||
| Περίοδος 4 | 19 κ Κάλιο 39,0983 29 Cu Χαλκός 63,546 |
20 Ca Ασβέστιο 40,08 30 Zn Ψευδάργυρος 65,39 |
21 sc Σκάνδιο 44,9559 31 Ga Γάλλιο 69,72 |
22 Ti Τιτάνιο 47,88 32 Γε Γερμάνιο 72,59 |
23 V Βανάδιο 50,9415 33 Οπως και Αρσενικό 74,9216 |
24 Cr Χρώμιο 51,996 34 Se Σελήνιο 78,96 |
25 Mn Μαγγάνιο 54,9380 35 Br Βρώμιο 79,904 |
26 Fe Σίδερο 55,847 |
27 συν Κοβάλτιο 58,9332 |
28 Ni Νικέλιο 58,69 |
36 |
||||||||||||||
| Περίοδος 5 | 37 Rb Ρουβίνιο 85,4678 47 Αγ Ασήμι 107,868 |
38 Sr Στρόντιο 87,62 48 CD Κάδμιο 112,41 |
39 Υ Υττριο 88,9059 49 Σε Ινδίο 114,82 |
40 Zr Ζιρκόνιο 91,22 50 sn Κασσίτερος 118,69 |
41 Σημ Νιόβιο 92,9064 51 Sb Αντιμόνιο 121,75 |
42 Μο Μολυβδαίνιο 95,94 52 Te Τελλούριο 127,60 |
43 Tc Τεχνήτιο 53 Εγώ ιώδιο 126,9044 |
44 Ru Ρουθήνιο 101,07 |
45 Rh Ρόδιο 102,9055 |
46 Pd Παλλάδιο 106,4 |
54 |
||||||||||||||
| Περίοδος 6 | 55 Cs καίσιο 132,9054 79 Au Χρυσός 196,9665 |
56 Ba Βάριο 137,33 80 hg Ερμής 200,59 |
57* Λα Λανθάνιο 138,9055 81 Tl Θάλλιο 204,38 |
72 hf Αφνιο 178,49 82 Pb Οδηγω 207,21 |
73 Ta Ταντάλιο 180,9479 83 Bi Βισμούθιο 208,9804 |
74 W Βολφράμιο 183,85 84 Ταχυδρομείο Πολώνιο |
75 Σχετικά με Ρήνιο 186,207 85 Στο Αστατίνη |
76 Os Ωσμίο 190,2 |
77 Ir Ιρίδιο 192,2 |
78 Pt Πλατίνα 195,08 |
86 |
||||||||||||||
| Περίοδος 7 | 87 Ο π Γαλλία |
88 Ra Ράδιο 226,0254 |
89** ΜΕΤΑ ΧΡΙΣΤΟΝ Ακτίνιο 227,028 |
104 | 105 | 106 | 107 | 108 | 109 | ||||||||||||||||
| * | 58 Ce 140,12 |
59 Πρ 140,9077 |
60 Nd 144,24 |
61 Μετα μεσημβριας |
62 sm 150,36 |
63 ΕΕ 151,96 |
64 Gd 157,25 |
65 Tb 158,9254 |
66 Dy 162,50 |
67 Ho 164,9304 |
68 Ερ 167,26 |
69 Tm 168,9342 |
70 Yb 173,04 |
71 Lu 174,967 |
|||||||||||
| ** | 90 Th 232,0381 |
91 Pa 231,0359 |
92 U 238,0289 |
93 Np 237,0482 |
94 Pu |
95 Είμαι |
96 εκ |
97 bk |
98 βλ |
99 Es |
100 fm |
101 md |
102 όχι |
103 lr |
|||||||||||
| * Λανθανίδες: δημήτριο, πρασεοδύμιο, νεοδύμιο, προμέθιο, σαμάριο, ευρώπιο, γαδολίνιο, τέρβιο, δυσπρόσιο, χόλμιο, έρβιο, θούλιο, υττέρβιο, λουτέτιο. ** Ακτινίδες: θόριο, πρωτακτίνιο, ουράνιο, ποσειδώνιο, πλουτώνιο, αμερίκιο, κούριο, βερκέλιο, καλιφόρνιο, αϊνστάινιο, φέρμιο, μεντελέβιο, νομπέλιο, λαυρένιο. Σημείωση. Ο ατομικός αριθμός υποδεικνύεται πάνω από το σύμβολο του στοιχείου, η ατομική μάζα υποδεικνύεται κάτω από το σύμβολο του στοιχείου. Η τιμή σε αγκύλες είναι ο μαζικός αριθμός του μακροβιότερου ισοτόπου. |
|||||||||||||||||||||||||
Εμμηνα.
Σε αυτόν τον πίνακα, ο Mendeleev τακτοποίησε τα στοιχεία σε οριζόντιες σειρές - τελείες. Ο πίνακας ξεκινά με μια πολύ μικρή περίοδο που περιέχει μόνο υδρογόνο και ήλιο. Οι επόμενες δύο σύντομες περίοδοι περιέχουν 8 στοιχεία η καθεμία. Στη συνέχεια, υπάρχουν τέσσερις μεγάλες περίοδοι. Όλες οι περίοδοι εκτός από την πρώτη ξεκινούν με ένα αλκαλιμέταλλο (Li, Na, K, Rb, Cs) και όλες οι περίοδοι τελειώνουν με ένα ευγενές αέριο. Στην 6η περίοδο υπάρχει μια σειρά από 14 στοιχεία - λανθανίδες, που τυπικά δεν έχει θέση στον πίνακα και συνήθως τοποθετείται κάτω από το τραπέζι. Μια άλλη παρόμοια σειρά - ακτινίδες - βρίσκεται στην 7η περίοδο. Αυτή η σειρά περιλαμβάνει στοιχεία που παράγονται στο εργαστήριο, όπως με βομβαρδισμό ουρανίου με υποατομικά σωματίδια, και τοποθετείται επίσης κάτω από τις λανθανίδες κάτω από τον πίνακα.
Ομάδες και υποομάδες.
Όταν οι τελείες είναι διατεταγμένες η μία κάτω από την άλλη, τα στοιχεία διατάσσονται σε στήλες, σχηματίζοντας ομάδες με αριθμό 0, I, II, ..., VIII. Τα στοιχεία σε κάθε ομάδα αναμένεται να παρουσιάζουν παρόμοιες γενικές χημικές ιδιότητες. Ακόμη μεγαλύτερη ομοιότητα παρατηρείται για στοιχεία των υποομάδων (Α και Β), που σχηματίζονται από στοιχεία όλων των ομάδων εκτός από το 0 και το VIII. Η υποομάδα Α ονομάζεται κύρια υποομάδα και η Β ονομάζεται δευτερεύουσα υποομάδα. Ορισμένες οικογένειες έχουν ονόματα, όπως αλκαλικά μέταλλα (ομάδα ΙΑ), μέταλλα αλκαλικών γαιών(ομάδα ΙΙΑ), αλογόνα (ομάδα VIIA) και ευγενή αέρια (ομάδα 0). Η ομάδα VIII περιέχει τα μέταλλα μετάπτωσης Fe, Co και Ni. Ru, Rh και Pd; Os, Ir και Pt. Όντας στη μέση μακρών περιόδων, αυτά τα στοιχεία μοιάζουν περισσότερο μεταξύ τους παρά με τα στοιχεία πριν και μετά από αυτά. Σε αρκετές περιπτώσεις, η σειρά αύξησης των ατομικών βαρών (ακριβέστερα, των ατομικών μαζών) παραβιάζεται, για παράδειγμα, σε ζεύγη τελλουρίου και ιωδίου, αργού και καλίου. Αυτή η «παραβίαση» είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της ομοιότητας των στοιχείων σε υποομάδες.
Μέταλλα, αμέταλλα.
Η διαγώνιος από το υδρογόνο στο ραδόνιο χωρίζει χονδρικά όλα τα στοιχεία σε μέταλλα και αμέταλλα, ενώ τα αμέταλλα βρίσκονται πάνω από τη διαγώνιο. (Τα μη μέταλλα περιλαμβάνουν 22 στοιχεία - H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, αλογόνα και αδρανή αέρια, μέταλλα - όλα τα άλλα στοιχεία.) Κατά μήκος αυτής της γραμμής υπάρχουν στοιχεία που έχουν κάποια ιδιότητες των μετάλλων και των μη μετάλλων (τα μεταλλοειδή είναι μια παρωχημένη ονομασία για τέτοια στοιχεία). Όταν εξετάζονται οι ιδιότητες ανά υποομάδες από πάνω προς τα κάτω, παρατηρείται αύξηση των μεταλλικών ιδιοτήτων και εξασθένηση των μη μεταλλικών ιδιοτήτων.
Σθένος.
Πλέον γενικός ορισμόςΤο σθένος ενός στοιχείου είναι η ικανότητα των ατόμων του να συνδυάζονται με άλλα άτομα σε ορισμένες αναλογίες. Μερικές φορές το σθένος ενός στοιχείου αντικαθίσταται από την έννοια της κατάστασης οξείδωσης (s.o.) κοντά σε αυτό. Η κατάσταση οξείδωσης αντιστοιχεί στο φορτίο που θα αποκτούσε ένα άτομο εάν όλα τα ζεύγη ηλεκτρονίων των χημικών του δεσμών μετατοπίζονταν προς περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα. Σε οποιαδήποτε περίοδο, από αριστερά προς τα δεξιά, παρατηρείται αύξηση της θετικής κατάστασης οξείδωσης των στοιχείων. Στοιχεία της ομάδας Ι έχουν s.d. ίσο με +1 και τον τύπο οξειδίου R 2 O, στοιχεία της ομάδας II - αντίστοιχα +2 και RO κ.λπ. Στοιχεία με αρνητικό σ.δ. είναι στις ομάδες V, VI και VII. Πιστεύεται ότι ο άνθρακας και το πυρίτιο, που ανήκουν στην ομάδα IV, δεν έχουν αρνητική κατάσταση οξείδωσης. Τα αλογόνα με κατάσταση οξείδωσης –1 σχηματίζουν ενώσεις με υδρογόνο σύνθεσης RH. Γενικά, η θετική κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας και η αρνητική είναι ίση με τη διαφορά των οκτώ μείον τον αριθμό της ομάδας. Από τον πίνακα είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η παρουσία ή η απουσία άλλων καταστάσεων οξείδωσης.
Η φυσική έννοια του ατομικού αριθμού.
Η αληθινή κατανόηση του περιοδικού πίνακα είναι δυνατή μόνο βάσει του σύγχρονες ιδέεςγια τη δομή του ατόμου. Ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου στον περιοδικό πίνακα είναι πολύ πιο σημαντικός από το ατομικό του βάρος (δηλαδή, η σχετική ατομική μάζα) για την κατανόηση των χημικών ιδιοτήτων.
Η δομή του ατόμου.
Το 1913, ο N. Bohr χρησιμοποίησε το πυρηνικό μοντέλο της δομής του ατόμου για να εξηγήσει το φάσμα του ατόμου του υδρογόνου, του ελαφρύτερου και επομένως του απλούστερου ατόμου. Ο Bohr πρότεινε ότι το άτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο, το οποίο αποτελεί τον πυρήνα του ατόμου, και ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα.
Ορισμός της έννοιας του ατομικού αριθμού.
Το 1913, ο A. van den Broek πρότεινε ότι ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου - ο ατομικός του αριθμός - πρέπει να ταυτίζεται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα ενός ουδέτερου ατόμου και με το θετικό φορτίο του ατομικού πυρήνα σε μονάδες φορτίο ηλεκτρονίων. Ωστόσο, ήταν απαραίτητο να επιβεβαιωθεί πειραματικά η ταυτότητα του φορτίου του ατόμου και του ατομικού αριθμού. Ο Bohr υποστήριξε περαιτέρω ότι η χαρακτηριστική εκπομπή ακτίνων Χ ενός στοιχείου πρέπει να ακολουθεί τον ίδιο νόμο με το φάσμα του υδρογόνου. Έτσι, εάν ο ατομικός αριθμός Z ταυτιστεί με το φορτίο του πυρήνα σε μονάδες φορτίου ηλεκτρονίων, τότε οι συχνότητες (μήκη κύματος) των αντίστοιχων γραμμών στα φάσματα ακτίνων Χ διαφόρων στοιχείων θα πρέπει να είναι ανάλογες με το Z 2 , το τετράγωνο του τον ατομικό αριθμό του στοιχείου.
Το 1913-1914, ο G. Moseley, μελετώντας τη χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ ατόμων διαφόρων στοιχείων, έλαβε μια λαμπρή επιβεβαίωση της υπόθεσης του Bohr. Το έργο του Moseley επιβεβαίωσε έτσι την υπόθεση του van den Broek ότι ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου είναι πανομοιότυπος με το φορτίο του πυρήνα του. Ο ατομικός αριθμός και όχι η ατομική μάζα είναι η πραγματική βάση για τον προσδιορισμό των χημικών ιδιοτήτων ενός στοιχείου.
Περιοδικότητα και ατομική δομή.
Η κβαντική θεωρία του Bohr για τη δομή του ατόμου αναπτύχθηκε τις δύο δεκαετίες μετά το 1913. Ο προτεινόμενος "κβαντικός αριθμός" του Bohr έγινε ένας από τους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς που απαιτούνται για τον χαρακτηρισμό της ενεργειακής κατάστασης ενός ηλεκτρονίου. Το 1925, ο W. Pauli διατύπωσε την περίφημη «αρχή της απαγόρευσης» (αρχή Pauli), σύμφωνα με την οποία δεν μπορούν να υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια σε ένα άτομο, στο οποίο όλοι οι κβαντικοί αριθμοί θα είναι ίδιοι. Όταν αυτή η αρχή εφαρμόστηκε στις ηλεκτρονικές διαμορφώσεις των ατόμων, ο περιοδικός πίνακας απέκτησε μια φυσική βάση. Δεδομένου ότι ο ατομικός αριθμός Z, δηλ. Εάν το θετικό φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου αυξάνεται, τότε πρέπει να αυξηθεί και ο αριθμός των ηλεκτρονίων για να διατηρηθεί η ηλεκτροουδετερότητα του ατόμου. Αυτά τα ηλεκτρόνια καθορίζουν τη χημική «συμπεριφορά» του ατόμου. Σύμφωνα με την αρχή Pauli, καθώς η τιμή του κβαντικού αριθμού αυξάνεται, τα ηλεκτρόνια γεμίζουν τα ηλεκτρονιακά στρώματα (φλοιοί) ξεκινώντας από εκείνα που βρίσκονται πιο κοντά στον πυρήνα. Το ολοκληρωμένο στρώμα, το οποίο είναι γεμάτο με όλα τα ηλεκτρόνια σύμφωνα με την αρχή Pauli, είναι το πιο σταθερό. Επομένως, τα ευγενή αέρια όπως το ήλιο και το αργό, που έχουν πλήρως ολοκληρωμένες ηλεκτρονικές δομές, είναι ανθεκτικά σε κάθε χημική επίθεση.
Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις.
Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τους πιθανούς αριθμούς ηλεκτρονίων για διάφορες ενεργειακές καταστάσεις. Κύριος κβαντικός αριθμός n= 1, 2, 3,... χαρακτηρίζει το ενεργειακό επίπεδο των ηλεκτρονίων (το 1ο επίπεδο βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα). Τροχιακός κβαντικός αριθμός μεγάλο = 0, 1, 2,..., n– 1 χαρακτηρίζει την τροχιακή γωνιακή ορμή. Ο τροχιακός κβαντικός αριθμός είναι πάντα μικρότερος από τον κύριο κβαντικό αριθμό και η μέγιστη τιμή του είναι ίση με τον κύριο κβαντικό αριθμό μείον 1. Κάθε τιμή μεγάλοαντιστοιχεί σε έναν ορισμένο τύπο τροχιακού - μικρό, Π, ρε, φά... (αυτή η ονομασία προέρχεται από τη φασματοσκοπική ονοματολογία του 18ου αιώνα, όταν ονομάζονταν διάφορες σειρές παρατηρούμενων φασματικών γραμμών μικρόάρπα, Πεπικεφαλής, ρεδιάχυτη και φάθεμελιώδης).
| Πίνακας 3. ΑΡΙΘΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ | |||
| Κύριος κβαντικός αριθμός | Τροχιακός κβαντικός αριθμός | Ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο κέλυφος | Προσδιορισμός ενεργειακής κατάστασης (τροχιακός τύπος) |
| 1 | 0 | 2 | 1μικρό |
| 2 | 0 | 2 | 2μικρό |
| 1 | 6 | 2Π | |
| 3 | 0 | 2 | 3μικρό |
| 1 | 6 | 3Π | |
| 2 | 10 | 3ρε | |
| 4 | 0 | 2 | 4μικρό |
| 1 | 6 | 4Π | |
| 2 | 10 | 4ρε | |
| 3 | 14 | 4φά | |
| 5 | 0 | 2 | 5μικρό |
| 1 | 6 | 5Π | |
| 2 | 10 | 5ρε | |
| 5 | 14 | 5φά | |
| 4 | 18 | 5σολ | |
| 6 | 0 | 2 | 6μικρό |
| 1 | 6 | 6Π | |
| 2 | 10 | 6ρε | |
| ... | ... | ... | ... |
| 7 | 0 | 2 | 7μικρό |
Μικρές και μεγάλες περιόδους.
Το χαμηλότερο πλήρως ολοκληρωμένο κέλυφος ηλεκτρονίων (τροχιακό) συμβολίζεται με 1 μικρόκαι πραγματοποιείται σε ήλιο. Επόμενα επίπεδα - 2 μικρόκαι 2 Π- αντιστοιχούν στη συσσώρευση των κελυφών των ατόμων των στοιχείων της 2ης περιόδου και, με πλήρη συσσώρευση, για νέον, περιέχουν συνολικά 8 ηλεκτρόνια. Καθώς οι τιμές του κύριου κβαντικού αριθμού αυξάνονται, η ενεργειακή κατάσταση του χαμηλότερου τροχιακού αριθμού για τον μεγαλύτερο κύριο μπορεί να είναι χαμηλότερη από την ενεργειακή κατάσταση του υψηλότερου τροχιακού κβαντικού αριθμού που αντιστοιχεί στον μικρότερο κύριο. Άρα, ενεργειακή κατάσταση 3 ρευψηλότερο από 4 μικρό, έτσι συγκροτούνται τα στοιχεία της 3ης περιόδου 3 μικρό- και 3 Π-τροχιακά, που τελειώνουν με το σχηματισμό μιας σταθερής δομής του ευγενούς αερίου αργού. Ακολουθεί το διαδοχικό κτίριο 4 μικρό-, 3ρε- και 4 Π-τροχιακά για στοιχεία της 4ης περιόδου, μέχρι την ολοκλήρωση του εξωτερικού σταθερού κελύφους ηλεκτρονίων των 18 ηλεκτρονίων για το κρυπτό. Αυτό οδηγεί στην εμφάνιση της πρώτης μεγάλης περιόδου. Ομοίως, το κτίριο 5 μικρό-, 4ρε- και 5 Π-τροχιακά ατόμων των στοιχείων της 5ης (δηλαδή της δεύτερης μεγάλης) περιόδου, που τελειώνει με την ηλεκτρονική δομή του ξένου.
Λανθανίδες και ακτινίδες.
Διαδοχική πλήρωση με ηλεκτρόνια 6 μικρό-, 4φά-, 5ρε- και 6 Π-τα τροχιακά των στοιχείων της 6ης (δηλαδή της τρίτης μεγάλης) περιόδου οδηγεί στην εμφάνιση νέων 32 ηλεκτρονίων, τα οποία σχηματίζουν τη δομή του τελευταίου στοιχείου αυτής της περιόδου - του ραδονίου. Ξεκινώντας με το 57ο στοιχείο, το λανθάνιο, 14 στοιχεία είναι διαδοχικά διατεταγμένα, που διαφέρουν ελάχιστα στις χημικές ιδιότητες. Σχηματίζουν μια σειρά από λανθανίδες, ή στοιχεία σπάνιων γαιών, στα οποία 4 φά- κέλυφος που περιέχει 14 ηλεκτρόνια.
Η σειρά των ακτινιδών, που βρίσκεται πίσω από το ακτίνιο (ατομικός αριθμός 89), χαρακτηρίζεται από συσσώρευση 5 φά- κοχύλια? Περιλαμβάνει επίσης 14 στοιχεία που μοιάζουν πολύ σε χημικές ιδιότητες. Το στοιχείο με ατομικό αριθμό 104 (ρουδερφόρδιο), το οποίο ακολουθεί την τελευταία από τις ακτινίδες, διαφέρει ήδη στις χημικές ιδιότητες: είναι ανάλογο του αφνίου. Τα ακόλουθα ονόματα γίνονται δεκτά για τα στοιχεία μετά το ρουθερφόρδιο: 105 - ντουβίνιο (Db), 106 - θαλασσοβόργιο (Sg), 107 - βόριο (Bh), 108 - χασσίου (Hs), 109 - μεϊνέριο (Mt).
Εφαρμογή του περιοδικού πίνακα.
Η γνώση του περιοδικού πίνακα επιτρέπει στον χημικό να προβλέψει με συγκεκριμένο βαθμό ακρίβειας τις ιδιότητες οποιουδήποτε στοιχείου πριν αρχίσει να εργάζεται με αυτό. Οι μεταλλουργοί, για παράδειγμα, θεωρούν τον περιοδικό πίνακα χρήσιμο για τη δημιουργία νέων κραμάτων, καθώς, χρησιμοποιώντας τον περιοδικό πίνακα, ένα από τα μέταλλα του κράματος μπορεί να αντικατασταθεί επιλέγοντας ένα αντικαταστάτη του μεταξύ των γειτόνων του στον πίνακα, έτσι ώστε, με ένα ορισμένο βαθμό πιθανότητας, δεν θα υπάρξει σημαντική αλλαγή στις ιδιότητες που σχηματίζονται από αυτά.κράμα.
Η έννοια των στοιχείων ως πρωταρχικών ουσιών προήλθε από την αρχαιότητα και, σταδιακά αλλάζει και βελτιώνεται, έφτασε στην εποχή μας. Οι θεμελιωτές των επιστημονικών απόψεων για τα χημικά στοιχεία είναι οι R. Boyle (7ος αιώνας), M. V. Lomonosov (18ος αιώνας) και Dalton (19ος αιώνας).
ΠΡΟΣ ΤΗΝ αρχές XIX V. ήταν γνωστά περίπου 30 στοιχεία, μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα - περίπου 60. Καθώς ο αριθμός των στοιχείων συσσωρευόταν, προέκυψε το έργο της συστηματοποίησής τους. Τέτοιες προσπάθειες να Δ.Ι. Ο Μεντελέγιεφ ήταν τουλάχιστον πενήντα. η συστηματοποίηση βασίστηκε σε: ατομικό βάρος (τώρα ονομάζεται ατομική μάζα), χημικό ισοδύναμο και σθένος. Προσεγγίζοντας την ταξινόμηση των χημικών στοιχείων μεταφυσικά, προσπαθώντας να συστηματοποιήσει μόνο τα στοιχεία που ήταν γνωστά εκείνη την εποχή, κανένας από τους προκατόχους του D. I. Mendeleev δεν μπόρεσε να ανακαλύψει την καθολική διασύνδεση των στοιχείων, να δημιουργήσει ένα ενιαίο αρμονικό σύστημα που αντανακλά το νόμο της ανάπτυξης της ύλης. Αυτό το σημαντικό έργο για την επιστήμη επιλύθηκε έξοχα το 1869 από τον μεγάλο Ρώσο επιστήμονα D. I. Mendeleev, ο οποίος ανακάλυψε τον περιοδικό νόμο.
Ο Mendeleev έλαβε ως βάση για τη συστηματοποίηση: α) το ατομικό βάρος και β) τη χημική ομοιότητα μεταξύ των στοιχείων. Ο πιο εντυπωσιακός, εκθέτης της ομοιότητας των ιδιοτήτων των στοιχείων είναι το ίδιο υψηλότερο σθένος τους. Τόσο το ατομικό βάρος (ατομική μάζα) όσο και το υψηλότερο σθένος ενός στοιχείου είναι ποσοτικές, αριθμητικές σταθερές που είναι βολικές για συστηματοποίηση.
Τακτοποιώντας και τα 63 στοιχεία που ήταν γνωστά εκείνη την εποχή σε μια σειρά με σειρά αυξανόμενων ατομικών μαζών, ο Mendeleev παρατήρησε την περιοδική επανάληψη των ιδιοτήτων των στοιχείων σε άνισα διαστήματα. Ως αποτέλεσμα, ο Mendeleev δημιούργησε την πρώτη έκδοση του περιοδικού συστήματος.
Η κανονική φύση της αλλαγής στις ατομικές μάζες των στοιχείων κατά μήκος των κατακόρυφων και οριζόντιων του πίνακα, καθώς και οι κενοί χώροι που σχηματίστηκαν σε αυτό, επέτρεψαν στον Mendeleev να προβλέψει με τόλμη την παρουσία στη φύση ενός αριθμού στοιχείων που δεν ήταν ακόμη γνωστά στην επιστήμη εκείνη την εποχή και μάλιστα περιγράφουν τις ατομικές τους μάζες και τις βασικές τους ιδιότητες, με βάση τα υποτιθέμενα στοιχεία θέσης στον πίνακα. Αυτό θα μπορούσε να γίνει μόνο με βάση ένα σύστημα που αντικατοπτρίζει αντικειμενικά το νόμο της ανάπτυξης της ύλης. Η ουσία του περιοδικού νόμου διατυπώθηκε από τον D. I. Mendeleev το 1869: «Οι ιδιότητες των απλών σωμάτων, καθώς και οι μορφές και οι ιδιότητες των ενώσεων των στοιχείων, βρίσκονται σε περιοδική εξάρτηση από το μέγεθος των ατομικών βαρών (μαζών) του στοιχεία."
Περιοδικό σύστημα στοιχείων.
Το 1871, ο D. I. Mendeleev δίνει τη δεύτερη εκδοχή του περιοδικού συστήματος (τη λεγόμενη σύντομη μορφή του πίνακα), στην οποία αποκαλύπτει τους διάφορους βαθμούς σχέσης μεταξύ των στοιχείων. Αυτή η έκδοση του συστήματος έδωσε τη δυνατότητα στον Mendeleev να προβλέψει την ύπαρξη 12 στοιχείων και να περιγράψει τις ιδιότητες τριών από αυτά με πολύ υψηλή ακρίβεια. Μεταξύ 1875 και 1886 αυτά τα τρία στοιχεία ανακαλύφθηκαν και αποκαλύφθηκε μια πλήρης σύμπτωση των ιδιοτήτων τους με εκείνες που είχε προβλέψει ο μεγάλος Ρώσος επιστήμονας. Αυτά τα στοιχεία έλαβαν τα ακόλουθα ονόματα: σκάνδιο, γάλλιο, γερμάνιο. Μετά από αυτό, ο περιοδικός νόμος έλαβε παγκόσμια αναγνώριση ως αντικειμενικός νόμος της φύσης και είναι τώρα το θεμέλιο της χημείας, της φυσικής και άλλων φυσικών επιστημών.
Το περιοδικό σύστημα των χημικών στοιχείων είναι μια γραφική έκφραση του περιοδικού νόμου. Είναι γνωστό ότι ένας αριθμός νόμων, εκτός από τις λεκτικές διατυπώσεις, μπορεί να αναπαρασταθεί γραφικά και να εκφραστεί με μαθηματικούς τύπους. Αυτός είναι ο περιοδικός νόμος. μόνο οι εγγενείς μαθηματικές κανονικότητες, οι οποίες θα συζητηθούν παρακάτω, δεν ενώνονται ακόμη με έναν γενικό τύπο. Η γνώση του περιοδικού συστήματος διευκολύνει τη μελέτη του μαθήματος γενική χημεία.
Ο σχεδιασμός του σύγχρονου περιοδικού συστήματος, κατ' αρχήν, διαφέρει ελάχιστα από την έκδοση του 1871. Τα σύμβολα των στοιχείων στο περιοδικό σύστημα είναι διατεταγμένα σε κάθετες και οριζόντιες στήλες. Αυτό οδηγεί στην ενοποίηση στοιχείων σε ομάδες, υποομάδες, περιόδους. Κάθε στοιχείο καταλαμβάνει ένα συγκεκριμένο κελί στον πίνακα. Τα κάθετα γραφήματα είναι ομάδες (και υποομάδες), τα οριζόντια γραφήματα είναι περίοδοι (και σειρές).
ομάδαονομάζεται ένα σύνολο στοιχείων με το ίδιο σθένος σε οξυγόνο. Αυτό το υψηλότερο σθένος καθορίζεται από τον αριθμό της ομάδας. Δεδομένου ότι το άθροισμα των υψηλότερων σθένων για το οξυγόνο και το υδρογόνο για τα μη μεταλλικά στοιχεία είναι οκτώ, είναι εύκολο να προσδιοριστεί ο τύπος μιας ένωσης υψηλότερου υδρογόνου από τον αριθμό της ομάδας. Έτσι, για τον φώσφορο - στοιχείο της πέμπτης ομάδας - το υψηλότερο σθένος σε οξυγόνο είναι πέντε, ο τύπος του υψηλότερου οξειδίου είναι P2O5 και ο τύπος της ένωσης με υδρογόνο είναι PH3. Για το θείο, στοιχείο της έκτης ομάδας, ο τύπος του υψηλότερου οξειδίου είναι SO3 και η υψηλότερη ένωση με υδρογόνο είναι το H2S.
Ορισμένα στοιχεία έχουν υψηλότερο σθένος που δεν είναι ίσο με τον αριθμό των ομάδων τους. Τέτοιες εξαιρέσεις είναι ο χαλκός Cu, το silver Ag, ο χρυσός Au. Είναι στην πρώτη ομάδα, αλλά τα σθένη τους ποικίλλουν από ένα έως τρία. Για παράδειγμα, υπάρχουν ενώσεις: CuO; Πριν; Cu2O3; Au2O3. Το οξυγόνο τοποθετείται στην έκτη ομάδα, αν και οι ενώσεις του με σθένος μεγαλύτερο από δύο δεν βρίσκονται σχεδόν ποτέ. Φθόριο P - στοιχείο της ομάδας VII - σε αυτό κρίσιμες ενώσειςμονοσθενής; το βρώμιο Br - στοιχείο της ομάδας VII - είναι το μέγιστο πεντασθενές. Υπάρχουν ιδιαίτερα πολλές εξαιρέσεις στην ομάδα VIII. Υπάρχουν μόνο δύο στοιχεία σε αυτό: το ρουθήνιο Ru και το όσμιο Os παρουσιάζουν σθένος οκτώ, τα υψηλότερα οξείδια τους έχουν τους τύπους RuO4 και OsO4. Το σθένος των υπολοίπων στοιχείων της ομάδας VIII είναι πολύ χαμηλότερο.
Αρχικά, το περιοδικό σύστημα του Mendeleev αποτελούνταν από οκτώ ομάδες. Στα τέλη του XIX αιώνα. ανακαλύφθηκαν αδρανή στοιχεία, τα οποία προέβλεψε ο Ρώσος επιστήμονας N. A. Morozov, και το περιοδικό σύστημα αναπληρώθηκε με την ένατη κατά σειρά ομάδα - μηδέν σε αριθμό. Τώρα πολλοί επιστήμονες θεωρούν απαραίτητο να επιστρέψουν στη διαίρεση όλων των στοιχείων ξανά σε 8 ομάδες. Αυτό κάνει το σύστημα πιο λεπτό. Από τις θέσεις των ομάδων της οκτάδας (οκτώ) κάποιοι κανόνες και νόμοι γίνονται πιο ξεκάθαροι.
Τα στοιχεία της ομάδας κατανέμονται ανάλογα υποομάδες. Μια υποομάδα συνδυάζει στοιχεία μιας δεδομένης ομάδας που μοιάζουν περισσότερο στις χημικές τους ιδιότητες. Αυτή η ομοιότητα εξαρτάται από την αναλογία στη δομή των φλοιών ηλεκτρονίων των ατόμων των στοιχείων. Στο περιοδικό σύστημα, τα σύμβολα των στοιχείων καθεμιάς από τις υποομάδες τοποθετούνται αυστηρά κάθετα.
Στις πρώτες επτά ομάδες, υπάρχει μία κύρια και μία δευτερεύουσα υποομάδα. στην όγδοη ομάδα υπάρχει μία κύρια υποομάδα, «αδρανή» στοιχεία και τρεις δευτερεύουσες. Το όνομα κάθε υποομάδας συνήθως δίνεται από το όνομα του επάνω στοιχείου, για παράδειγμα: υποομάδα λιθίου (Li-Na-K-Rb-Cs-Fr), υποομάδα χρωμίου (Cr-Mo-W). Ενώ στοιχεία του ίδιου Η υποομάδα είναι χημικά ανάλογα, τα στοιχεία διαφορετικών υποομάδων της ίδιας ομάδας μερικές φορές διαφέρουν πολύ έντονα στις ιδιότητές τους. κοινή περιουσίαΓια τα στοιχεία της κύριας και της δευτερεύουσας υποομάδας της ίδιας ομάδας, υπάρχει βασικά μόνο το ίδιο υψηλότερο σθένος για το οξυγόνο. Έτσι, το μαγγάνιο Mn και το χλώριο C1, που βρίσκονται σε διαφορετικές υποομάδες της ομάδας VII, δεν έχουν σχεδόν τίποτα κοινό από χημική άποψη: το μαγγάνιο είναι μέταλλο, το χλώριο είναι ένα τυπικό αμέταλλο. Ωστόσο, οι τύποι των ανώτερων οξειδίων τους και των αντίστοιχων υδροξειδίων είναι παρόμοιοι: Mn2O7 - Cl2O7; HMnO4 - HC1O4.
Στον περιοδικό πίνακα, υπάρχουν δύο οριζόντιες σειρές των 14 στοιχείων που βρίσκονται έξω από τις ομάδες. Συνήθως τοποθετούνται στο κάτω μέρος του τραπεζιού. Μία από αυτές τις σειρές αποτελείται από στοιχεία που ονομάζονται λανθανίδες (κυριολεκτικά: παρόμοια με το λανθάνιο), η άλλη σειρά - στοιχεία ακτινιδών (παρόμοια με το ακτίνιο). Τα σύμβολα ακτινιδών βρίσκονται κάτω από τα σύμβολα της λανθανίδης. Αυτή η διάταξη αποκαλύπτει 14 μικρότερες υποομάδες, η καθεμία αποτελούμενη από 2 στοιχεία: αυτές είναι η δεύτερη πλευρά ή υποομάδες λανθανίδης-ακτινιδίου.
Με βάση αυτά που ειπώθηκαν, υπάρχουν: α) κύριες υποομάδες, β) πλευρικές υποομάδες και γ) υποομάδες δεύτερης πλευράς (λανθανίδη-ακτινίδιο).
Πρέπει να σημειωθεί ότι ορισμένες από τις κύριες υποομάδες διαφέρουν μεταξύ τους και στη δομή των ατόμων των στοιχείων τους. Με βάση αυτό, όλες οι υποομάδες του περιοδικού συστήματος μπορούν να χωριστούν σε 4 κατηγορίες.
I. Κύριες υποομάδες των ομάδων I και II (υποομάδες λιθίου και βηρυλλίου).
II. Έξι κύριες υποομάδες III - IV - V - VI - VII - VIII ομάδες (υποομάδες βορίου, άνθρακα, αζώτου, οξυγόνου, φθορίου και νέου).
III. Δέκα δευτερεύουσες υποομάδες (μία στις ομάδες I-VII και τρεις στην ομάδα VIII). jfc,
IV. Δεκατέσσερις υποομάδες λανθανιδών-ακτινιδίων.
Ο αριθμός των υποομάδων αυτών των 4 κατηγοριών είναι μια αριθμητική πρόοδος: 2-6-10-14.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το κορυφαίο στοιχείο οποιασδήποτε κύριας υποομάδας βρίσκεται στην περίοδο 2. το ανώτερο στοιχείο οποιασδήποτε πλευράς - στην 4η περίοδο. το κορυφαίο στοιχείο οποιασδήποτε υποομάδας λανθανίδης-ακτινίδης βρίσκεται στην 6η περίοδο. Έτσι, με κάθε νέα ζυγή περίοδο του περιοδικού συστήματος, εμφανίζονται νέες κατηγορίες υποομάδων.
Κάθε στοιχείο, εκτός από το ότι βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη ομάδα και υποομάδα, βρίσκεται επίσης σε μία από τις επτά περιόδους.
Περίοδος είναι μια τέτοια ακολουθία στοιχείων, κατά την οποία οι ιδιότητές τους αλλάζουν με σειρά σταδιακής ενίσχυσης από τυπικά μεταλλικό σε τυπικά μη μεταλλικό (μεταλλοειδή). Κάθε περίοδος τελειώνει με ένα αδρανές στοιχείο. Καθώς οι μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν, οι μη μεταλλικές ιδιότητες αρχίζουν να εμφανίζονται στα στοιχεία και σταδιακά αυξάνονται. στα μέσα των περιόδων υπάρχουν συνήθως στοιχεία που συνδυάζουν, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, μεταλλικές και μη μεταλλικές ιδιότητες. Αυτά τα στοιχεία ονομάζονται συχνά αμφοτερικά.
Η σύνθεση των περιόδων.
Οι περίοδοι δεν είναι ομοιόμορφες ως προς τον αριθμό των στοιχείων που περιλαμβάνονται σε αυτές. Τα τρία πρώτα λέγονται μικρά, τα άλλα τέσσερα ονομάζονται μεγάλα. Στο σχ. Το 8 δείχνει τη σύνθεση των περιόδων. Ο αριθμός των στοιχείων σε οποιαδήποτε περίοδο εκφράζεται με τον τύπο 2p2 όπου n είναι ένας ακέραιος αριθμός. Στις περιόδους 2 και 3 υπάρχουν 8 στοιχεία η καθεμία. σε 4 και 5 - 18 στοιχεία το καθένα. σε 6-32 στοιχεία? στο 7, που δεν έχει ολοκληρωθεί ακόμη, υπάρχουν 18 στοιχεία, αν και θεωρητικά θα έπρεπε να υπάρχουν και 32 στοιχεία.
Πρωτότυπο 1 περίοδο. Περιέχει μόνο δύο στοιχεία: υδρογόνο H και ήλιο He. Η μετάβαση των ιδιοτήτων από μεταλλικό σε μη μεταλλικό λαμβάνει χώρα: εδώ σε ένα τυπικά αμφοτερικό στοιχείο - το υδρογόνο. Το τελευταίο, σύμφωνα με ορισμένες μεταλλικές ιδιότητες που είναι εγγενείς σε αυτό, οδηγεί στην υποομάδα των αλκαλικών μετάλλων, σύμφωνα με τις μη μεταλλικές του ιδιότητες, οδηγεί στην υποομάδα των αλογόνων. Ως εκ τούτου, το υδρογόνο συχνά τοποθετείται στο περιοδικό σύστημα δύο φορές - στις ομάδες 1 και 7.
Διαφορετικός ποσοτική σύνθεσηΟι περίοδοι οδηγούν σε μια σημαντική συνέπεια: γειτονικά στοιχεία μικρών περιόδων, για παράδειγμα, ο άνθρακας C και το άζωτο N, διαφέρουν έντονα μεταξύ τους ως προς τις ιδιότητές τους: γειτονικά στοιχεία μεγάλων περιόδων, για παράδειγμα, ο μόλυβδος Pb και το βισμούθιο Bi, είναι πολύ πιο κοντά. ιδιότητες μεταξύ τους, έτσι πώς η αλλαγή στη φύση των στοιχείων σε μεγάλες περιόδους συμβαίνει σε μικρά άλματα. Σε ξεχωριστά τμήματα μεγάλων περιόδων, παρατηρείται ακόμη και μια τόσο αργή μείωση της μεταλλικότητας που τα παρακείμενα στοιχεία αποδεικνύονται πολύ παρόμοια στις χημικές τους ιδιότητες. Τέτοια, για παράδειγμα, είναι η τριάδα των στοιχείων της τέταρτης περιόδου: σίδηρος Fe - κοβάλτιο Κονικέλιο Ni, που συχνά αποκαλείται «οικογένεια σιδήρου». Η οριζόντια ομοιότητα (οριζόντια αναλογία) επικαλύπτεται εδώ ακόμη και η κάθετη ομοιότητα (κάθετη αναλογία). Έτσι, τα στοιχεία της υποομάδας του σιδήρου - σίδηρος, ρουθήνιο, όσμιο - είναι λιγότερο χημικά παρόμοια μεταξύ τους από τα στοιχεία της «οικογένειας σιδήρου».
Το πιο εντυπωσιακό παράδειγμα οριζόντιας αναλογίας είναι οι λανθανίδες. Όλα τους είναι χημικά παρόμοια μεταξύ τους και με το λανθάνιο La. Στη φύση, βρίσκονται σε εταιρείες, είναι δύσκολο να διαχωριστούν, το τυπικό υψηλότερο σθένος των περισσότερων από αυτά είναι 3. Μια ειδική εσωτερική περιοδικότητα βρέθηκε στις λανθανίδες: κάθε όγδοος από αυτούς, κατά σειρά διάταξης, επαναλαμβάνει σε κάποιο βαθμό το ιδιότητες και καταστάσεις σθένους του πρώτου, δηλ. αυτός από τον οποίο ξεκινά η καταμέτρηση. Έτσι, το τέρβιο Tb είναι παρόμοιο με το δημήτριο Ce. λουτέτιο Lu - σε γαδολίνιο Gd.
Οι ακτινίδες είναι παρόμοιες με τις λανθανίδες, ωστόσο, η οριζόντια αναλογία τους εκδηλώνεται σημαντικά μικρότερου βαθμού. Το υψηλότερο σθένος ορισμένων ακτινιδών (για παράδειγμα, το ουράνιο U) φτάνει το έξι. Θεμελιωδώς δυνατή και μεταξύ αυτών η εσωτερική περιοδικότητα δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί.
Διάταξη στοιχείων στο περιοδικό σύστημα. Ο νόμος του Moseley.
Ο D. I. Mendeleev τακτοποίησε τα στοιχεία σε μια ορισμένη ακολουθία, που μερικές φορές ονομάζεται "σειρά Mendeleev". Γενικά, αυτή η ακολουθία (αρίθμηση) σχετίζεται με αύξηση της ατομικής μάζας των στοιχείων. Ωστόσο, υπάρχουν εξαιρέσεις. Μερικές φορές η λογική πορεία του η αλλαγή στο σθένος έρχεται σε σύγκρουση με την πορεία της αλλαγής στις ατομικές μάζες Σε τέτοιες περιπτώσεις, απαιτείται να δοθεί προτίμηση σε μία από αυτές τις δύο βάσεις συστηματοποίησης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο D. I. Mendeleev παραβίασε την αρχή της διάταξης των στοιχείων σύμφωνα με στην αύξηση της ατομικής μάζας και βασιζόταν στη χημική αναλογία μεταξύ των στοιχείων.Αν ο Mendeleev είχε τοποθετήσει το νικέλιο Ni πριν από το κοβάλτιο Co, το ιώδιο I πριν από το τελλούριο, τότε αυτά τα στοιχεία θα εμπίπτουν σε υποομάδες και ομάδες που δεν αντιστοιχούν στις ιδιότητές τους και το υψηλότερο σθένος τους .
Το 1913, ο Άγγλος επιστήμονας G. Moseley, μελετώντας τα φάσματα των ακτίνων Χ για διάφορα στοιχεία, παρατήρησε ένα μοτίβο που συνδέει τον αριθμό των στοιχείων στο περιοδικό σύστημα του Mendeleev με το μήκος κύματος αυτών των ακτίνων, που προκύπτει από την ακτινοβολία ορισμένων στοιχείων με σύννεφα καθόδου. . Αποδείχθηκε ότι τετραγωνικές ρίζεςαπό τις αντίστροφες τιμές των μηκών κύματος αυτών των ακτίνων σχετίζονται γραμμικά με τους σειριακούς αριθμούς των αντίστοιχων στοιχείων. Ο νόμος του G. Moseley κατέστησε δυνατή την επαλήθευση της ορθότητας της "σειράς Mendeleev" και επιβεβαίωσε την αψεγάδιαστη της.
Ας είναι, για παράδειγμα, γνωστές οι τιμές για τα στοιχεία Νο. 20 και Νο. 30, οι αριθμοί των οποίων στο σύστημα δεν μας προκαλούν αμφιβολίες. Αυτές οι τιμές σχετίζονται με τους καθορισμένους αριθμούς σε μια γραμμική σχέση. Για να ελεγχθεί, για παράδειγμα, η ορθότητα του αριθμού που έχει εκχωρηθεί στο κοβάλτιο (27), και κρίνοντας από την ατομική μάζα, το νικέλιο θα έπρεπε να είχε αυτόν τον αριθμό, ακτινοβολείται με ακτίνες καθόδου: ως αποτέλεσμα, οι ακτίνες Χ εκπέμπονται από το κοβάλτιο . Με την αποσύνθεσή τους σε κατάλληλα πλέγματα περίθλασης (σε κρυστάλλους), λαμβάνουμε το φάσμα αυτών των ακτίνων και, επιλέγοντας την καθαρότερη από τις φασματικές γραμμές, μετράμε το μήκος κύματος () της δέσμης που αντιστοιχεί σε αυτή τη γραμμή. στη συνέχεια αφήστε στην άκρη την τιμή στην τεταγμένη. Από το ληφθέν σημείο Α, σχεδιάζουμε μια ευθεία παράλληλη προς τον άξονα x, έως ότου τέμνεται με την ευθεία που προσδιορίστηκε προηγουμένως. Από το σημείο τομής Β χαμηλώνουμε την κάθετη στον άξονα της τετμημένης: θα μας υποδείξει με ακρίβεια τον αριθμό κοβαλτίου ίσο με 27. Έτσι, το περιοδικό σύστημα στοιχείων του D. I. Mendeleev - ο καρπός των λογικών συμπερασμάτων του επιστήμονα - έλαβε πειραματική επιβεβαίωση.
Η σύγχρονη διατύπωση του περιοδικού νόμου. φυσική έννοιαο τακτικός αριθμός του στοιχείου.
Μετά το έργο του G. Moseley, η ατομική μάζα ενός στοιχείου άρχισε σταδιακά να δίνει τη θέση της στον πρωταγωνιστικό της ρόλο σε μια νέα, όχι ακόμη σαφή στην εσωτερική (φυσική) σημασία της, αλλά μια πιο ξεκάθαρη σταθερά - την τακτική ή, όπως είναι τώρα ονομάζεται, ο ατομικός αριθμός του στοιχείου. Το φυσικό νόημα αυτής της σταθεράς αποκαλύφθηκε το 1920 από το έργο του Άγγλου επιστήμονα D. Chadwick. Ο D. Chadwick διαπίστωσε πειραματικά ότι ο τακτικός αριθμός ενός στοιχείου είναι αριθμητικά ίσος με την τιμή θετικό φορτίο Z του πυρήνα ενός ατόμου αυτού του στοιχείου, δηλαδή ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα. Αποδείχθηκε ότι ο D. I. Mendeleev, χωρίς να το υποψιαστεί, τακτοποίησε τα στοιχεία σε μια ακολουθία που αντιστοιχεί ακριβώς στην αύξηση του φορτίου των πυρήνων των ατόμων τους.
Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε επίσης ότι τα άτομα του ίδιου στοιχείου μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη μάζα τους. τέτοια άτομα ονομάζονται ισότοπα. Τα άτομα μπορούν να χρησιμεύσουν ως παράδειγμα: και . Στον περιοδικό πίνακα, τα ισότοπα του ίδιου στοιχείου καταλαμβάνουν ένα κελί. Σε σχέση με την ανακάλυψη των ισοτόπων, διευκρινίστηκε η έννοια του χημικού στοιχείου. Επί του παρόντος, ένα χημικό στοιχείο είναι ένας τύπος ατόμων που έχουν το ίδιο πυρηνικό φορτίο - τον ίδιο αριθμό πρωτονίων στον πυρήνα. Επίσης βελτιώθηκε η διατύπωση του περιοδικού νόμου. Η σύγχρονη διατύπωση του νόμου λέει: οι ιδιότητες των στοιχείων και των ενώσεων τους βρίσκονται σε περιοδική εξάρτηση από το μέγεθος, το φορτίο των πυρήνων των ατόμων τους.
Άλλα χαρακτηριστικά των στοιχείων που σχετίζονται με τη δομή των εξωτερικών ηλεκτρονικών στρωμάτων των ατόμων, οι ατομικοί όγκοι, η ενέργεια ιονισμού και άλλες ιδιότητες αλλάζουν επίσης περιοδικά.
Περιοδικό σύστημα και δομή ηλεκτρονίων κελύφους ατόμων στοιχείων.
Αργότερα διαπιστώθηκε ότι όχι μόνο ο σειριακός αριθμός του στοιχείου έχει βαθύ φυσικό νόημα, αλλά και άλλες έννοιες που εξετάστηκαν προηγουμένως επίσης απέκτησαν σταδιακά φυσικό νόημα. Για παράδειγμα, ο αριθμός της ομάδας, που υποδεικνύει το υψηλότερο σθένος του στοιχείου, αποκαλύπτει έτσι τον μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων ενός ατόμου ενός συγκεκριμένου στοιχείου που μπορούν να συμμετάσχουν στο σχηματισμό ενός χημικού δεσμού.
Ο αριθμός περιόδου, με τη σειρά του, αποδείχθηκε ότι σχετίζεται με τον αριθμό των ενεργειακών επιπέδων που υπάρχουν στο ηλεκτρονιακό κέλυφος ενός ατόμου ενός στοιχείου μιας δεδομένης περιόδου.
Έτσι, για παράδειγμα, οι "συντεταγμένες" του κασσιτέρου Sn (αριθμός σειράς 50, περίοδος 5, κύρια υποομάδα της ομάδας IV) σημαίνουν ότι υπάρχουν 50 ηλεκτρόνια στο άτομο κασσίτερου, κατανέμονται σε 5 ενεργειακά επίπεδα, μόνο 4 ηλεκτρόνια είναι σθένος .
Η φυσική έννοια της εύρεσης στοιχείων σε υποομάδες διαφόρων κατηγοριών είναι εξαιρετικά σημαντική. Αποδεικνύεται ότι για στοιχεία που βρίσκονται σε υποομάδες της κατηγορίας I, το επόμενο (τελευταίο) ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο s-υποεπίπεδο του εξωτερικού επιπέδου. Αυτά τα στοιχεία ανήκουν στην οικογένεια των ηλεκτρονικών. Για άτομα στοιχείων που βρίσκονται σε υποομάδες της κατηγορίας II, το επόμενο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο p-υποεπίπεδο του εξωτερικού επιπέδου. Αυτά είναι τα στοιχεία της ηλεκτρονικής οικογένειας «p» Έτσι, το επόμενο 50ο ηλεκτρόνιο των ατόμων κασσίτερου βρίσκεται στο p-υποεπίπεδο του εξωτερικού, δηλαδή, του 5ου ενεργειακού επιπέδου.
Για άτομα στοιχείων υποομάδων κατηγορίας III, το επόμενο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο d-υποεπίπεδο, αλλά ήδη πριν από το εξωτερικό επίπεδο, αυτά είναι στοιχεία της ηλεκτρονικής οικογένειας "d". Για τα άτομα λανθανίδης και ακτινίδης, το επόμενο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο f-υποεπίπεδο, πριν από το εξωτερικό επίπεδο. Αυτά είναι τα στοιχεία της ηλεκτρονικής οικογένειας «f».
Δεν είναι τυχαίο, λοιπόν, ότι οι αριθμοί των υποομάδων αυτών των 4 κατηγοριών που σημειώθηκαν παραπάνω, δηλαδή 2-6-10-14, συμπίπτουν με τους μέγιστους αριθμούς ηλεκτρονίων στα υποεπίπεδα s-p-d-f.
Αλλά αποδεικνύεται ότι είναι δυνατό να λυθεί το πρόβλημα της σειράς πλήρωσης του κελύφους ηλεκτρονίων και να εξαχθεί ένας ηλεκτρονικός τύπος για ένα άτομο οποιουδήποτε στοιχείου και με βάση το περιοδικό σύστημα, το οποίο υποδεικνύει σαφώς το επίπεδο και το υποεπίπεδο κάθε διαδοχικού ηλεκτρόνιο. Το περιοδικό σύστημα υποδεικνύει επίσης την τοποθέτηση στοιχείων το ένα μετά το άλλο σε περιόδους, ομάδες, υποομάδες και την κατανομή των ηλεκτρονίων τους ανά επίπεδα και υποεπίπεδα, επειδή κάθε στοιχείο έχει το δικό του, που χαρακτηρίζει το τελευταίο του ηλεκτρόνιο. Για παράδειγμα, ας αναλύσουμε τη σύνταξη ενός ηλεκτρονικού τύπου για το άτομο του στοιχείου ζιρκόνιο (Zr). Το περιοδικό σύστημα δίνει τους δείκτες και τις «συντεταγμένες» αυτού του στοιχείου: αύξων αριθμός 40, περίοδος 5, ομάδα IV, πλευρική υποομάδα. Πρώτα συμπεράσματα: α) και τα 40 ηλεκτρόνια, β) αυτά τα 40 ηλεκτρόνια κατανέμονται σε πέντε ενεργειακά επίπεδα· γ) από τα 40 ηλεκτρόνια μόνο τα 4 είναι σθένους, δ) το επόμενο 40ο ηλεκτρόνιο εισήλθε στο d-υποεπίπεδο πριν από το εξωτερικό, δηλαδή το τέταρτο ενεργειακό επίπεδο. Παρόμοια συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν για καθένα από τα 39 στοιχεία που προηγούνται του ζιρκονίου, μόνο οι δείκτες και οι συντεταγμένες θα να είσαι διαφορετικός κάθε φορά.
Επομένως, η μεθοδική μέθοδος σύνταξης ηλεκτρονικών τύπων στοιχείων με βάση το περιοδικό σύστημα συνίσταται στο γεγονός ότι εξετάζουμε διαδοχικά το ηλεκτρονιακό κέλυφος κάθε στοιχείου κατά μήκος της διαδρομής προς το δεδομένο, προσδιορίζοντας από τις «συντεταγμένες» του πού πήγε το επόμενο ηλεκτρόνιό του. το κοχύλι.
Τα δύο πρώτα στοιχεία της πρώτης περιόδου, το υδρογόνο Η και το ήλιο, δεν ανήκουν στην οικογένεια των s. Δύο από τα ηλεκτρόνια τους πηγαίνουν στο s-υποεπίπεδο του πρώτου επιπέδου. Γράφουμε: Η πρώτη περίοδος τελειώνει εδώ, το πρώτο ενεργειακό επίπεδο επίσης. Τα επόμενα δύο στοιχεία της δεύτερης περιόδου, το λίθιο Li και το βηρύλλιο Be, βρίσκονται στις κύριες υποομάδες των ομάδων I και II. Αυτά είναι επίσης s-στοιχεία. Τα επόμενα ηλεκτρόνια τους θα βρίσκονται στο υποεπίπεδο s του 2ου επιπέδου. Γράφουμε Στη συνέχεια, ακολουθούν 6 στοιχεία της 2ης περιόδου στη σειρά: βόριο B, άνθρακας C, άζωτο N, οξυγόνο O, φθόριο F και νέο Neon. Σύμφωνα με τη θέση αυτών των στοιχείων στις κύριες υποομάδες των ομάδων III - Vl, τα επόμενα έξι ηλεκτρόνια τους θα βρίσκονται στο p-υποεπίπεδο του 2ου επιπέδου. Καταγράφουμε: Η δεύτερη περίοδος τελειώνει με το αδρανές στοιχείο νέον, ολοκληρώνεται και το δεύτερο ενεργειακό επίπεδο. Ακολουθούν δύο στοιχεία της τρίτης περιόδου των κύριων υποομάδων των ομάδων I και II: νάτριο Na και μαγνήσιο Mg. Αυτά είναι s-στοιχεία και τα επόμενα ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο s-υποεπίπεδο του 3ου επιπέδου.Έπειτα υπάρχουν έξι στοιχεία της 3ης περιόδου: αλουμίνιο Al, πυρίτιο Si, φώσφορος P, θείο S, χλώριο C1, αργό Ar. Σύμφωνα με τη θέση αυτών των στοιχείων στις κύριες υποομάδες των ομάδων III - VI, τα επόμενα ηλεκτρόνια τους, μεταξύ έξι, θα βρίσκονται στο p-υποεπίπεδο του 3ου επιπέδου - Η 3η περίοδος συμπληρώνεται από το αδρανές στοιχείο αργό, αλλά το Το 3ο ενεργειακό επίπεδο δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, ενώ δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια στο τρίτο πιθανό d-υποεπίπεδό του.
Ακολουθούν 2 στοιχεία της 4ης περιόδου των κύριων υποομάδων των ομάδων I και II: το κάλιο Κ και το ασβέστιο Ca. Αυτά είναι και πάλι s-στοιχεία. Τα επόμενα ηλεκτρόνια τους θα βρίσκονται στο s-υποεπίπεδο, αλλά ήδη στο 4ο επίπεδο. Είναι ενεργειακά πιο κερδοφόρο για αυτά τα επόμενα ηλεκτρόνια να αρχίσουν να γεμίζουν το 4ο επίπεδο, το οποίο είναι πιο μακριά από τον πυρήνα, παρά να γεμίσουν το 3d υποεπίπεδο. Καταγράφουμε: Τα ακόλουθα δέκα στοιχεία της 4ης περιόδου από το Νο. 21 σκάνδιο Sc έως το Νο. 30 τον ψευδάργυρο Zn είναι στις πλευρικές υποομάδες III - V - VI - VII - VIII - I - II ομάδες. Δεδομένου ότι είναι όλα d-στοιχεία, τα επόμενα ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο d-υποεπίπεδο πριν από το εξωτερικό επίπεδο, δηλαδή το τρίτο από τον πυρήνα. Καταγράφουμε:
Τα ακόλουθα έξι στοιχεία της 4ης περιόδου: γάλλιο Ga, γερμάνιο Ge, αρσενικό As, σελήνιο Se, βρώμιο Br, κρυπτόν Kr - βρίσκονται στις κύριες υποομάδες III - VIIJ ομάδων. Τα επόμενα 6 ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο p-υποεπίπεδο του εξωτερικού, δηλαδή στο 4ο επίπεδο: θεωρούνται στοιχεία 3b. Η τέταρτη περίοδος συμπληρώνεται από το αδρανές στοιχείο κρυπτόν. ολοκληρωθεί και το 3ο ενεργειακό επίπεδο. Ωστόσο, στο επίπεδο 4, μόνο δύο υποεπίπεδα πληρούνται πλήρως: s και p (από τα 4 πιθανά).
Ακολουθούν 2 στοιχεία της 5ης περιόδου των κύριων υποομάδων των ομάδων Ι και ΙΙ: Νο. 37 ρουβίδιο Rb και Νο. 38 στρόντιο Sr. Αυτά είναι στοιχεία της οικογένειας s και τα επόμενα ηλεκτρόνια τους βρίσκονται στο s-υποεπίπεδο του 5ου επιπέδου: Τα 2 τελευταία στοιχεία - Νο. 39 ύττριο YU Νο. 40 ζιρκόνιο Zr - βρίσκονται ήδη σε πλευρικές υποομάδες, δηλ. ανήκουν στη δ-οικογένεια. Δύο από τα επόμενα ηλεκτρόνια τους θα πάνε στο d-υποεπίπεδο, πριν από το εξωτερικό, δηλ. Επίπεδο 4 Συνοψίζοντας όλες τις καταχωρήσεις στη σειρά, συνθέτουμε τον ηλεκτρονικό τύπο για το άτομο ζιρκονίου Νο. 40 Ο προκύπτων ηλεκτρονικός τύπος για το άτομο ζιρκονίου μπορεί να τροποποιηθεί κάπως ταξινομώντας τα υποεπίπεδα με τη σειρά αρίθμησης των επιπέδων τους:
Ο παραγόμενος τύπος μπορεί, φυσικά, να απλοποιηθεί, στην κατανομή των ηλεκτρονίων μόνο πάνω ενεργειακά επίπεδα: Zr – 2|8| 18 |8 + 2| 2 (το βέλος υποδεικνύει το σημείο εισόδου του επόμενου ηλεκτρονίου· τα ηλεκτρόνια σθένους είναι υπογραμμισμένα). Η φυσική έννοια της κατηγορίας των υποομάδων έγκειται όχι μόνο στη διαφορά στον τόπο όπου το επόμενο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στο κέλυφος του ατόμου, αλλά και στα επίπεδα στα οποία βρίσκονται τα ηλεκτρόνια σθένους. Από μια σύγκριση απλοποιημένων ηλεκτρονικών τύπων, για παράδειγμα, χλώριο (3η περίοδος, κύρια υποομάδα της ομάδας VII), ζιρκόνιο (5η περίοδος, δευτερεύουσα υποομάδα της ομάδας IV) και ουράνιο (7η περίοδος, υποομάδα λανθανίδης-ακτινιδίου)
№17, С1-2|8|7
№40, Zr - 2|8|18|8+ 2| 2
№92, U - 2|8|18 | 32 |18 + 3|8 + 1|2
μπορεί να φανεί ότι για στοιχεία οποιασδήποτε κύριας υποομάδας, μόνο τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού επιπέδου (s και p) μπορούν να είναι σθένος. Για στοιχεία δευτερευουσών υποομάδων, τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού και μερικώς προ-εξωτερικού επιπέδου (s και d) μπορούν να είναι σθένους. Στα λανθανίδια και ιδιαίτερα στις ακτινίδες, τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να εντοπιστούν σε τρία επίπεδα: εξωτερικό, προ-εξωτερικό και προ-εξωτερικό. Συνήθως, συνολικός αριθμόςτα ηλεκτρόνια σθένους είναι ίσα με τον αριθμό της ομάδας.
Ιδιότητες στοιχείων. Ενέργεια ιοντισμού. Ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων.
Μια συγκριτική εξέταση των ιδιοτήτων των στοιχείων πραγματοποιείται σε τρεις πιθανές κατευθύνσεις του περιοδικού συστήματος: α) οριζόντια (κατά περίοδο), β) κατακόρυφη (κατά υποομάδα), γ) διαγώνια. Για να απλοποιήσουμε το σκεπτικό, αποκλείουμε την 1η περίοδο, την ημιτελή 7η, καθώς και ολόκληρη την VIII ομάδα. Θα παραμείνει το κύριο παραλληλόγραμμο του συστήματος, στην επάνω αριστερή γωνία του οποίου θα υπάρχει λίθιο Li (No. 3), στην κάτω αριστερή γωνία - Cs καισίου (No. 55). Πάνω δεξιά - φθόριο F (Νο. 9), κάτω δεξιά - αστατίνη Аt (Νο. 85).
κατευθύνσεις. Στην οριζόντια κατεύθυνση από αριστερά προς τα δεξιά, οι όγκοι των ατόμων σταδιακά μειώνονται. συμβαίνει, αυτό είναι αποτέλεσμα της επίδρασης της αύξησης του φορτίου του πυρήνα στο κέλυφος των ηλεκτρονίων. Στην κατακόρυφη κατεύθυνση από πάνω προς τα κάτω, ως αποτέλεσμα της αύξησης του αριθμού των επιπέδων, οι όγκοι των ατόμων αυξάνονται σταδιακά. στη διαγώνια κατεύθυνση - πολύ λιγότερο ευδιάκριτα εκφρασμένη και πιο σύντομη - παραμένουν κοντά. Αυτά είναι γενικά πρότυπα, από τα οποία, όπως πάντα, υπάρχουν εξαιρέσεις.
Στις κύριες υποομάδες, καθώς αυξάνονται οι όγκοι των ατόμων, δηλαδή από πάνω προς τα κάτω, η απομάκρυνση των εξωτερικών ηλεκτρονίων γίνεται ευκολότερη και η προσθήκη νέων ηλεκτρονίων στα άτομα γίνεται πιο δύσκολη. Η ανάκρουση των ηλεκτρονίων χαρακτηρίζει τη λεγόμενη αναγωγική ικανότητα των στοιχείων, η οποία είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική για τα μέταλλα. Η προσθήκη ηλεκτρονίων χαρακτηρίζει την οξειδωτική ικανότητα, η οποία είναι χαρακτηριστική για τα μη μέταλλα. Κατά συνέπεια, από πάνω προς τα κάτω στις κύριες υποομάδες, η αναγωγική ισχύς των ατόμων των στοιχείων αυξάνεται. αυξάνονται και οι μεταλλικές ιδιότητες των απλών σωμάτων που αντιστοιχούν σε αυτά τα στοιχεία. Η οξειδωτική ικανότητα μειώνεται.
Από αριστερά προς τα δεξιά, σύμφωνα με τις περιόδους, η εικόνα των αλλαγών είναι αντίθετη: η αναγωγική ικανότητα των ατόμων των στοιχείων μειώνεται, ενώ η οξειδωτική αυξάνεται. αυξάνονται οι μη μεταλλικές ιδιότητες των απλών σωμάτων που αντιστοιχούν σε αυτά τα στοιχεία.
Στη διαγώνια κατεύθυνση, οι ιδιότητες των στοιχείων παραμένουν λίγο πολύ κοντά. Εξετάστε αυτήν την κατεύθυνση σε ένα παράδειγμα: βηρύλλιο-αλουμίνιο 
Από το βηρύλλιο Be στο αλουμίνιο Al, μπορεί κανείς να πάει απευθείας στη διαγώνιο Be → A1, είναι επίσης δυνατό μέσω του βορίου B, δηλαδή, κατά μήκος των δύο ποδιών Be → B και B → A1. Η ενίσχυση των μη μεταλλικών ιδιοτήτων από βηρύλλιο σε βόριο και η αποδυνάμωσή τους από βόριο σε αλουμίνιο εξηγεί γιατί τα στοιχεία βηρύλλιο και αλουμίνιο, που βρίσκονται διαγώνια, έχουν κάποια αναλογία στις ιδιότητες, αν και δεν ανήκουν στην ίδια υποομάδα του περιοδικού πίνακα.
Έτσι, υπάρχει στενή σύνδεση μεταξύ του περιοδικού συστήματος, της δομής των ατόμων των στοιχείων και των χημικών τους ιδιοτήτων.
Οι ιδιότητες ενός ατόμου οποιουδήποτε στοιχείου - να δίνει ένα ηλεκτρόνιο και να μετατρέπεται σε θετικά φορτισμένο ιόν - ποσοτικοποιούνται από τη δαπάνη ενέργειας, που ονομάζεται ενέργεια ιοντισμού I*. Εκφράζεται σε kcal/g-άτομο ή hJ/g-άτομο.
Όσο χαμηλότερη είναι αυτή η ενέργεια, όσο ισχυρότερο είναι το άτομο του στοιχείου που παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες, τόσο πιο μεταλλικό είναι το στοιχείο. Όσο περισσότερη αυτή η ενέργεια, τόσο πιο αδύναμες είναι οι μεταλλικές ιδιότητες, τόσο ισχυρότερες είναι οι μη μεταλλικές ιδιότητες του στοιχείου. Η ιδιότητα ενός ατόμου οποιουδήποτε στοιχείου να δέχεται ένα ηλεκτρόνιο και ταυτόχρονα να μετατρέπεται σε αρνητικά φορτισμένο ιόν εκτιμάται από την ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται, που ονομάζεται πιο ενεργητική συγγένεια ηλεκτρονίων E. εκφράζεται επίσης σε kcal/g-άτομο ή kJ/g-άτομο.
Η συγγένεια ηλεκτρονίων μπορεί να χρησιμεύσει ως μέτρο της ικανότητας ενός στοιχείου να εμφανίζει μη μεταλλικές ιδιότητες. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η ενέργεια, τόσο πιο μη μεταλλικό είναι το στοιχείο και, αντίθετα, όσο χαμηλότερη είναι η ενέργεια, τόσο πιο μεταλλικό είναι το στοιχείο.
Συχνά, για να χαρακτηριστούν οι ιδιότητες των στοιχείων, χρησιμοποιείται μια τιμή, η οποία ονομάζεται ηλεκτραρνητικότητα.
Είναι το αριθμητικό άθροισμα της ενέργειας ιοντισμού και της ενέργειας συγγένειας ηλεκτρονίων
Η σταθερά είναι ένα μέτρο της μη μεταλλικότητας των στοιχείων. Όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο ισχυρότερο είναι το στοιχείο που παρουσιάζει μη μεταλλικές ιδιότητες.
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι όλα τα στοιχεία είναι ουσιαστικά διπλής φύσης. Η διαίρεση των στοιχείων σε μέταλλα και μη μέταλλα είναι, ως ένα βαθμό, υπό όρους, επειδή δεν υπάρχουν αιχμηρές ακμές στη φύση. Με την αύξηση των μεταλλικών ιδιοτήτων ενός στοιχείου, εξασθενούν οι μη μεταγγικές του ιδιότητες και αντίστροφα. Το πιο «μεταλλικό» από τα στοιχεία - το φράγκιο Fr - μπορεί να θεωρηθεί το λιγότερο μη μεταλλικό, το πιο «μη μεταλλικό» - το φθόριο F - μπορεί να θεωρηθεί το λιγότερο μεταλλικό.
Συνοψίζοντας τις τιμές των υπολογιζόμενων ενεργειών - ενέργεια ιοντισμού και ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων - παίρνουμε: για το καίσιο η τιμή είναι 90 kcal/g-a., για το λίθιο 128 kcal/g-a., για το φθόριο = 510 kcal/g-a. (Η τιμή εκφράζεται επίσης σε kJ/g-a.). Αυτές είναι οι απόλυτες τιμές της ηλεκτραρνητικότητας. Για απλότητα, χρησιμοποιούνται σχετικές τιμές ηλεκτραρνητικότητας, λαμβάνοντας την ηλεκτραρνητικότητα του λιθίου (128) ως μονάδα. Τότε για το φθόριο (F) παίρνουμε:
Για το καίσιο (Cs), η σχετική ηλεκτραρνητικότητα θα είναι
Στη γραφική παράσταση των αλλαγών στην ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων των κύριων υποομάδων
ομάδες I-VII. συγκρίθηκε η ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων των κύριων υποομάδων των ομάδων I-VII. Τα δεδομένα που δίνονται δείχνουν την πραγματική θέση του υδρογόνου στην 1η περίοδο. άνιση αύξηση της μεταλλικότητας των στοιχείων, από πάνω προς τα κάτω σε διάφορες υποομάδες. κάποια ομοιότητα στοιχείων: υδρογόνο - φώσφορος - τελλούριο (= 2,1), βηρύλλιο και αλουμίνιο (= 1,5) και μια σειρά από άλλα στοιχεία. Όπως φαίνεται από τις παραπάνω συγκρίσεις, χρησιμοποιώντας τις τιμές της ηλεκτραρνητικότητας, είναι δυνατή η κατά προσέγγιση σύγκριση μεταξύ τους, στοιχεία ακόμη και διαφορετικών υποομάδων και διαφορετικών περιόδων.
Γράφημα μεταβολών της ηλεκτραρνητικότητας των στοιχείων των κύριων υποομάδων των ομάδων I-VII.
Περιοδικός Νόμοςκαι το περιοδικό σύστημα στοιχείων έχουν μεγάλη φιλοσοφική, επιστημονική και μεθοδολογική σημασία. Είναι: ένα μέσο για να γνωρίσουμε τον κόσμο γύρω μας. Ο περιοδικός νόμος αποκαλύπτει και αντανακλά τη διαλεκτικο-υλιστική ουσία της φύσης. Ο περιοδικός νόμος και το περιοδικό σύστημα στοιχείων αποδεικνύουν πειστικά την ενότητα και την υλικότητα του κόσμου γύρω μας. Αποτελούν την καλύτερη επιβεβαίωση της εγκυρότητας των κύριων χαρακτηριστικών της μαρξιστικής διαλεκτικής μεθόδου της γνώσης: α) η διασύνδεση και αλληλεξάρτηση αντικειμένων και φαινομένων, β) η συνέχεια της κίνησης και ανάπτυξης, γ) η μετάβαση των ποσοτικών αλλαγών σε ποιοτικές , δ) η πάλη και η ενότητα των αντιθέτων.
Τεράστιος επιστημονική σημασίαΟ περιοδικός νόμος έγκειται στο γεγονός ότι βοηθά δημιουργικές ανακαλύψεις στον τομέα των χημικών, φυσικών, ορυκτολογικών, γεωλογικών, τεχνικών και άλλων επιστημών. Πριν από την ανακάλυψη του περιοδικού νόμου, η χημεία ήταν μια συσσώρευση μεμονωμένων, πραγματικών πληροφοριών χωρίς εσωτερική σύνδεση. τώρα όλα αυτά εντάσσονται σε ένα ενιαίο συνεκτικό σύστημα. Πολλές ανακαλύψεις στον τομέα της χημείας και της φυσικής έγιναν με βάση τον περιοδικό νόμο και τον περιοδικό πίνακα των στοιχείων. Ο Περιοδικός Νόμος άνοιξε το δρόμο προς τη γνώση εσωτερική δομήένα άτομο και ο πυρήνας του. Εμπλουτίζεται με νέες ανακαλύψεις και επιβεβαιώνεται ως ακλόνητος, αντικειμενικός νόμος της φύσης. Η μεγάλη μεθοδολογική και μεθοδολογική σημασία του περιοδικού νόμου και του περιοδικού συστήματος στοιχείων έγκειται στο γεγονός ότι κατά τη μελέτη της χημείας παρέχουν την ευκαιρία να αναπτύξουν τη διαλεκτική υλιστική κοσμοθεωρία ενός μαθητή και να διευκολύνουν την αφομοίωση ενός μαθήματος χημείας: Η μελέτη της χημείας δεν πρέπει να βασίζεται στην απομνημόνευση των ιδιοτήτων μεμονωμένων στοιχείων και των ενώσεων τους, αλλά να κρίνει τις ιδιότητες απλών και σύνθετων ουσιών, με βάση τα μοτίβα που εκφράζονται από τον περιοδικό νόμο και το περιοδικό σύστημα στοιχείων.
IV - VII - μεγάλες περίοδοι, επειδή αποτελείται από δύο σειρές (ζυγές και περιττές) στοιχείων.
Σε ζυγές σειρές μεγάλων περιόδων υπάρχουν τυπικά μέταλλα. Η περιττή σειρά αρχίζει με ένα μέταλλο, μετά οι μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν και οι μη μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται, η περίοδος τελειώνει με ένα αδρανές αέριο.
Ομάδαείναι μια κάθετη σειρά χημ. στοιχεία συνδυασμένα με χημ. ιδιότητες.
Ομάδα
κύρια υποομάδα δευτερεύουσα υποομάδα
Η κύρια υποομάδα περιλαμβάνει Η δευτερεύουσα υποομάδα περιλαμβάνει
στοιχεία μικρών και μεγάλων στοιχείων μόνο μεγάλων περιόδων.
έμμηνα.
H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Cu, Ag, Au
μικρό μεγάλο μεγάλο
Για στοιχεία που συνδυάζονται στην ίδια ομάδα, τα ακόλουθα μοτίβα είναι χαρακτηριστικά:
1. Υψηλότερο σθένος στοιχείων σε ενώσεις με οξυγόνο(με ελάχιστες εξαιρέσεις) αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας.
Στοιχεία δευτερευουσών υποομάδων μπορεί επίσης να εμφανίζουν άλλο υψηλότερο σθένος. Για παράδειγμα, ο Cu - στοιχείο της ομάδας Ι της πλευρικής υποομάδας - σχηματίζει οξείδιο Cu 2 O. Ωστόσο, οι πιο κοινές είναι ενώσεις δισθενούς χαλκού.
2. Στις κύριες υποομάδες(από πάνω προς τα κάτω) με την αύξηση των ατομικών μαζών, οι μεταλλικές ιδιότητες των στοιχείων αυξάνονται και οι μη μεταλλικές εξασθενούν.
Η δομή του ατόμου.
Για πολύ καιρό στην επιστήμη κυριαρχούσε η άποψη ότι τα άτομα είναι αδιαίρετα, δηλ. δεν περιέχουν απλούστερα συστατικά.
Ωστόσο, στα τέλη του 19ου αιώνα, διαπιστώθηκαν μια σειρά από γεγονότα που μαρτυρούσαν τη σύνθετη σύνθεση των ατόμων και τη δυνατότητα αμοιβαίων μετασχηματισμών τους.
Τα άτομα είναι σύνθετοι σχηματισμοί που κατασκευάζονται από μικρότερες δομικές μονάδες.
|
|
ē - ηλεκτρόνιο - έξω από τον πυρήνα
Για τη χημεία, η δομή του ηλεκτρονιακού κελύφους του ατόμου έχει μεγάλο ενδιαφέρον. Κάτω από νέφος ηλεκτρονίωνκατανοήσει το σύνολο όλων των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων, δηλ. ο ατομικός αριθμός του στοιχείου, αφού το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.
Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικόηλεκτρόνιο είναι η ενέργεια του δεσμού του με το άτομο. Τα ηλεκτρόνια με παρόμοιες ενεργειακές τιμές σχηματίζουν ένα ενιαίο ηλεκτρονικό στρώμα.
Κάθε χημ. στοιχείο στον περιοδικό πίνακα ήταν αριθμημένο.
Ο αριθμός που λαμβάνει κάθε στοιχείο ονομάζεται σειριακός αριθμός.
Η φυσική σημασία του σειριακού αριθμού:
1. Ποιος είναι ο αύξων αριθμός του στοιχείου, τέτοιο είναι το φορτίο του πυρήνα του ατόμου.
2. Ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα.
Z = p + Z - αριθμός στοιχείου
n 0 \u003d A - Ζ
n 0 \u003d A - p + A - ατομική μάζα του στοιχείου
n 0 \u003d A - ē
Για παράδειγμα ο Λι.
Η φυσική σημασία του αριθμού περιόδου.
Σε ποια περίοδο βρίσκεται το στοιχείο, πόσα κελύφη ηλεκτρονίων (στρώματα) θα έχει.
| |
Όχι +2 | |
| |
Προσδιορισμός του μέγιστου αριθμού ηλεκτρονίων σε ένα κέλυφος ηλεκτρονίων.
Έχοντας μελετήσει τις ιδιότητες των στοιχείων που είναι διατεταγμένα σε σειρά σε αύξουσα σειρά των ατομικών τους μαζών, ο μεγάλος Ρώσος επιστήμονας D.I. Ο Mendeleev το 1869 εξήγαγε το νόμο της περιοδικότητας:
οι ιδιότητες των στοιχείων, και επομένως οι ιδιότητες των απλών και σύνθετων σωμάτων που σχηματίζονται από αυτά, βρίσκονται σε περιοδική εξάρτηση από το μέγεθος των ατομικών βαρών των στοιχείων.
σύγχρονη διατύπωση του περιοδικού νόμου του Mendeleev:
Οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων, καθώς και οι μορφές και οι ιδιότητες των ενώσεων των στοιχείων, βρίσκονται σε περιοδική εξάρτηση από το φορτίο των πυρήνων τους.
Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα καθορίζει την τιμή του θετικού φορτίου του πυρήνα και, κατά συνέπεια, τον αύξοντα αριθμό Z του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα. Ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων ονομάζεται μαζικός αριθμός Α,είναι περίπου ίση με τη μάζα του πυρήνα. Άρα ο αριθμός των νετρονίων (Ν)στον πυρήνα μπορεί να βρεθεί με τον τύπο:
N = A -Ζ.
Ηλεκτρονική διαμόρφωση- ο τύπος για τη διάταξη των ηλεκτρονίων σύμφωνα με διάφορα κελύφη ηλεκτρονίωνατομικό χημικό στοιχείο
Ή μόρια.
17. Κβαντικοί αριθμοί και σειρά πλήρωσης ενεργειακών επιπέδων και τροχιακών σε άτομα. Κανόνες του Κλετσκόφσκι
Η σειρά κατανομής των ηλεκτρονίων σε ενεργειακά επίπεδα και υποεπίπεδα στο κέλυφος ενός ατόμου ονομάζεται ηλεκτρονική του διαμόρφωση. Η κατάσταση κάθε ηλεκτρονίου σε ένα άτομο καθορίζεται από τέσσερις κβαντικούς αριθμούς:
1. Κύριος κβαντικός αριθμός nχαρακτηρίζει στο μέγιστο βαθμό την ενέργεια ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο. n = 1, 2, 3….. Το ηλεκτρόνιο έχει τη χαμηλότερη ενέργεια στο n = 1, ενώ είναι πιο κοντά στον ατομικό πυρήνα.
2. Τροχιακός (πλευρικός, αζιμουθιακός) κβαντικός αριθμός lκαθορίζει το σχήμα του νέφους ηλεκτρονίων και, σε μικρό βαθμό, την ενέργειά του. Για κάθε τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού n, ο τροχιακός κβαντικός αριθμός μπορεί να λάβει μηδέν και έναν αριθμό ακέραιων τιμών: l = 0…(n-1)
Οι καταστάσεις ενός ηλεκτρονίου που χαρακτηρίζονται από διαφορετικές τιμές του l συνήθως ονομάζονται ενεργειακά υποεπίπεδα ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο. Κάθε υποεπίπεδο ορίζεται από ένα συγκεκριμένο γράμμα, αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη μορφή του νέφους ηλεκτρονίων (τροχιακό).
3. Μαγνητικός κβαντικός αριθμός m lκαθορίζει τους πιθανούς προσανατολισμούς του νέφους ηλεκτρονίων στο διάστημα. Ο αριθμός τέτοιων προσανατολισμών καθορίζεται από τον αριθμό των τιμών που μπορεί να λάβει ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός:
m l = -l, …0,…+l
Ο αριθμός τέτοιων τιμών για ένα συγκεκριμένο l: 2l+1
Αντίστοιχα: για s-ηλεκτρόνια: 2·0 +1=1 (ένα σφαιρικό τροχιακό μπορεί να προσανατολιστεί μόνο με έναν τρόπο).
4. Spin κβαντικός αριθμός m s oαντανακλά την παρουσία μιας εγγενούς ορμής του ηλεκτρονίου.
Ο κβαντικός αριθμός spin μπορεί να έχει μόνο δύο τιμές: m s = +1/2 ή –1/2
Κατανομή ηλεκτρονίων σε άτομα πολλαπλών ηλεκτρονίωνπραγματοποιείται σύμφωνα με τρεις αρχές:
Αρχή Pauli
Ένα άτομο δεν μπορεί να έχει ηλεκτρόνια που έχουν το ίδιο σύνολο και των τεσσάρων κβαντικών αριθμών.
2. Ο κανόνας του Hund(κανόνας του τραμ)
Στην πιο σταθερή κατάσταση του ατόμου, τα ηλεκτρόνια βρίσκονται μέσα στο ηλεκτρονικό υποεπίπεδο έτσι ώστε το συνολικό σπιν τους να είναι το μέγιστο. Παρόμοια με τη διαδικασία πλήρωσης διπλών θέσεων σε ένα άδειο τραμ που πλησιάζει τη στάση - πρώτα, οι άνθρωποι που δεν γνωρίζονται κάθονται σε διπλές θέσεις (και ηλεκτρόνια σε τροχιακά) ένα προς ένα και μόνο όταν τελειώσουν οι κενές διπλές θέσεις δύο.
Η αρχή της ελάχιστης ενέργειας (Κανόνες του V.M. Klechkovsky, 1954)
1) Με την αύξηση του φορτίου του πυρήνα ενός ατόμου, η διαδοχική πλήρωση των τροχιακών ηλεκτρονίων συμβαίνει από τροχιακά με μικρότερη τιμή του αθροίσματος του κύριου και τροχιακού πέμπτου αριθμού (n + l) σε τροχιακά με μεγαλύτερη τιμή αυτό το ποσό.
2) Για τις ίδιες τιμές του αθροίσματος (n + l), η πλήρωση των τροχιακών γίνεται διαδοχικά προς την κατεύθυνση της αύξησης της τιμής του κύριου κβαντικού αριθμού.
18. Μέθοδοι μοντελοποίησης χημικών δεσμών: η μέθοδος των δεσμών σθένους και η μέθοδος των μοριακών τροχιακών.
Μέθοδος δεσμού σθένους
Η απλούστερη είναι η μέθοδος των δεσμών σθένους (BC), που προτάθηκε το 1916 από τον Αμερικανό φυσικοχημικό Lewis.
Η μέθοδος του δεσμού σθένους λαμβάνει υπόψη χημικός δεσμόςως αποτέλεσμα της έλξης των πυρήνων δύο ατόμων σε ένα ή περισσότερα ζεύγη ηλεκτρονίων κοινά σε αυτά. Ένας τέτοιος δεσμός δύο ηλεκτρονίων και δύο κέντρων, που εντοπίζεται μεταξύ δύο ατόμων, ονομάζεται ομοιοπολικός.
Κατ 'αρχήν, δύο μηχανισμοί για το σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού είναι δυνατοί:
1. Ζεύγος ηλεκτρονίων δύο ατόμων υπό την προϋπόθεση αντίθετου προσανατολισμού των σπιν τους.
2. Αλληλεπίδραση δότη-δέκτη, κατά την οποία ένα έτοιμο ζεύγος ηλεκτρονίων ενός από τα άτομα (δότης) γίνεται κοινό παρουσία ενός ενεργειακά ευνοϊκού ελεύθερου τροχιακού άλλου ατόμου (δέκτης).