O korelaciji zakona periodičnosti jezgara elemenata. Razlika između klasične i moderne formulacije Mendeljejevljevog periodičnog zakona. Periodična svojstva elemenata

Periodično pravo D.I. Mendeljejev:Svojstva jednostavnih tijela, kao i oblici i svojstva jedinjenjarazlike elemenata periodično zavise odvrijednosti atomskih težina elemenata.(Svojstva elemenata periodično zavise od naboja atoma njihovih jezgara).

Periodni sistem elemenata. Nizove elemenata unutar kojih se svojstva uzastopno mijenjaju, kao što je niz od osam elemenata od litijuma do neona ili od natrijuma do argona, Mendeljejev je nazvao periodima. Ako ova dva perioda zapišemo jedan ispod drugog tako da je natrijum ispod litijuma, a argon ispod neona, dobićemo sledeći raspored elemenata:

Ovakvim rasporedom, vertikalni stupovi sadrže elemente koji su slični po svojim svojstvima i imaju istu valenciju, na primjer, litijum i natrijum, berilij i magnezijum itd.

Podijelivši sve elemente na periode i smjestivši jedan period pod drugi tako da se elementi slični po svojstvima i vrsti nastalih spojeva nalaze jedan ispod drugog, Mendeljejev je sastavio tablicu koju je nazvao periodični sistem elemenata po grupama i serijama.

Značenje periodnog sistemaMi. Periodični sistem elemenata imao je veliki uticaj na kasniji razvoj hemije. Ne samo da je to bila prva prirodna klasifikacija hemijski elementi, koji je pokazao da čine koherentan sistem i da su međusobno usko povezani, ali i postao moćno oruđe za dalja istraživanja.

7. Periodične promjene u svojstvima hemijskih elemenata. Atomski i jonski radijusi. Energija jonizacije. Elektronski afinitet. Elektronegativnost.

Ovisnost atomskih radijusa o naboju jezgra atoma Z je periodična. Unutar jednog perioda, kako Z raste, postoji tendencija smanjenja veličine atoma, što se posebno jasno vidi u kratkim periodima

Sa početkom izgradnje novog elektronskog sloja, udaljenijeg od jezgra, odnosno tokom prelaska u naredni period, atomski radijusi se povećavaju (uporediti, na primer, radijuse atoma fluora i natrijuma). Kao rezultat, unutar podgrupe, s povećanjem nuklearnog naboja, veličine atoma se povećavaju.

Gubitak atoma elektrona dovodi do smanjenja njegove efektivne veličine, a dodavanje viška elektrona dovodi do povećanja. Stoga je radijus pozitivno nabijenog jona (kationa) uvijek manji, a polumjer negativno nabijenog ne (aniona) je uvijek veći od polumjera odgovarajućeg električno neutralnog atoma.

Unutar jedne podgrupe, radijusi jona istog naboja rastu sa povećanjem nuklearnog naboja.Ovaj obrazac se objašnjava povećanjem broja elektronskih slojeva i rastućom udaljenosti vanjskih elektrona od jezgra.

Najkarakterističnije hemijsko svojstvo metala je sposobnost njihovih atoma da lako odustanu od spoljašnjih elektrona i transformišu se u pozitivno nabijene ione, dok se nemetali, naprotiv, odlikuju sposobnošću dodavanja elektrona da bi formirali negativne ione. Da bi se uklonio elektron iz atoma i transformirao u pozitivan ion, potrebno je potrošiti nešto energije, koja se zove energija ionizacije.

Energija jonizacije može se odrediti bombardiranjem atoma elektronima ubrzanim u električnom polju. Najniži napon polja pri kojem brzina elektrona postaje dovoljna za jonizaciju atoma naziva se jonizacioni potencijal atoma datog elementa i izražava se u voltima. Uz dovoljno energije, dva, tri ili više elektrona se mogu ukloniti iz atoma. Stoga govore o prvom potencijalu ionizacije (energija uklanjanja prvog elektrona iz atoma) i drugom potencijalu ionizacije (energija uklanjanja drugog elektrona)

Kao što je gore navedeno, atomi ne mogu samo donirati, već i dobiti elektrone. Energija koja se oslobađa kada se elektron veže za slobodni atom naziva se afinitet atoma prema elektronu. Afinitet prema elektronu, kao i energija ionizacije, obično se izražava u elektron voltima. Dakle, elektronski afinitet atoma vodika je 0,75 eV, kiseonika - 1,47 eV, fluora - 3,52 eV.

Elektronski afiniteti metalnih atoma su obično blizu nule ili su negativni; Iz ovoga slijedi da je za atome većine metala dodavanje elektrona energetski nepovoljan. Elektronski afinitet atoma nemetala je uvijek pozitivan i što je veći, što je nemetal bliže plemenitom plinu u periodnom sistemu; ovo ukazuje na povećanje nemetalnih svojstava kako se bliži kraj perioda.

Kao rezultat uspješnog savladavanja gradiva iz ovog poglavlja, učenik treba da:

znam

• savremena formulacija periodičnog zakona;
• povezanost strukture periodnog sistema i energetskog niza podnivoa u višeelektronskim atomima;
• definicije pojmova “period”, “grupa”, “5-elemenata”, “p-elemenata”, "d- elementi", "/-elementi", "energija jonizacije", "afinitet elektrona", "elektronegativnost", "van der Waalsov radijus", "klark";
• osnovni zakon geohemije;

biti u mogućnosti

Opišite strukturu periodnog sistema u skladu sa pravilima Klečkovskog;

vlastiti

Koncepti o periodičnoj prirodi promjena svojstava atoma i hemijska svojstva elemente, o karakteristikama dugoperiodične verzije periodnog sistema; o povezanosti rasprostranjenosti hemijskih elemenata i njihovog položaja u periodnom sistemu, o makro- i mikroelementima u litosferi i živoj materiji.

Savremena formulacija periodičnog zakona

Periodični zakon - najopštiji zakon hemije otkrio je Dmitrij Ivanovič Mendeljejev 1869. U to vreme struktura atoma još nije bila poznata. D. I. Mendeljejev je svoje otkriće napravio na osnovu prirodne promjene svojstava elemenata s povećanjem atomske mase.

Nakon otkrića strukture atoma, postalo je jasno da su njihova svojstva određena strukturom elektronske školjke, što zavisi od ukupnog broja elektrona u atomu. Broj elektrona u atomu jednak je naboju njegovog jezgra. Stoga je moderna formulacija periodičnog zakona sljedeća.

Svojstva hemijskih elemenata i jednostavnih i složenih supstanci koje oni formiraju periodično zavise od naboja jezgra njihovih atoma.

Značaj periodičnog zakona je u tome što je on glavni alat za sistematizaciju i klasifikaciju hemijskih informacija, veoma važna sredstva interpretacija, interpretacija hemijskih informacija, moćan alat za predviđanje svojstava hemijska jedinjenja i sredstvo za ciljano traženje jedinjenja sa unapred određenim svojstvima.

Periodični zakon nema matematički izraz u obliku jednačina, on se ogleda u tabeli tzv. periodični sistem hemijskih elemenata. Postoji mnogo varijacija periodnih tablica. Najviše se upotrebljavaju dugoročne i kratkoročne verzije, postavljene na prvi i drugi uložak u boji knjige. Glavna strukturna jedinica periodnog sistema je period.

Period broj n je niz hemijskih elemenata raspoređenih po rastućem naboju atomskog jezgra, koji počinje ^-elementima i završava ^-elementima.

U ovoj definiciji P - broj perioda jednak glavnom kvantnom broju za gornji energetski nivo u atomima svih elemenata ovog perioda. U atomima s-elementi 5-podnivoa se dovršavaju, u atomima p-elementi - respektivno p-podnivoi. Izuzetak od gornje definicije je prvi period, koji nema p-elemenata, budući da je u prvom nivo energije (n = 1) postoji samo 15 nivoa. Periodni sistem takođe sadrži d-elementi, za koje su ^-podnivoi završeni, i /-elementi, za koje se završavaju /-podnivoi.

Periodični zakon hemijskih elemenata je fundamentalni zakon prirode koji uspostavlja periodičnost promena svojstava hemijskih elemenata kako se naelektrisanje jezgra njihovih atoma povećava. Datumom otkrića zakona smatra se 1. mart (17. februar, stari stil) 1869. godine, kada je D. I. Mendeljejev završio razvoj „Iskustva sistema elemenata zasnovanog na njihovoj atomskoj težini i hemijskoj sličnosti“. Naučnik je prvi put upotrebio termin „periodični zakon“ („zakon periodičnosti“) krajem 1870. Prema Mendeljejevu, „tri vrste podataka“ su doprinele otkrivanju periodičnog zakona. Prvo, ima dovoljno dostupnosti veliki broj poznati elementi (63); drugo, zadovoljavajuće poznavanje svojstava većine njih; treće, činjenica da su atomske težine mnogih elemenata određene sa dobrom tačnošću, zahvaljujući čemu su hemijski elementi mogli biti raspoređeni u prirodni niz u skladu sa povećanjem njihove atomske težine. Mendeljejev je smatrao da je odlučujući uslov za otkriće zakona poređenje svih elemenata prema njihovoj atomskoj težini (ranije su se poredili samo hemijski slični elementi).

Klasična formulacija periodičnog zakona, koju je dao Mendeljejev u julu 1871. godine, glasila je: “Svojstva elemenata, a samim tim i svojstva jednostavnih i složenih tijela koja formiraju, periodično zavise od njihove atomske težine.” Ova formulacija je ostala na snazi ​​više od 40 godina, ali je periodični zakon ostao samo iskaz činjenica i nije imao nikakvu fizičku osnovu. To je postalo moguće tek sredinom 1910-ih, kada je razvijen nuklearno-planetarni model atoma (vidi Atom) i ustanovljeno da serijski broj element u periodnom sistemu je numerički jednak naboju jezgra njegovog atoma. Kao rezultat toga, fizička formulacija periodičnog zakona postala je moguća: „Svojstva elemenata i jednostavnog i složene supstance periodično ovise o nuklearnom naboju (Z) svojih atoma.” I danas se široko koristi. Suština periodičnog zakona može se izraziti drugim riječima: “Konfiguracije vanjskih elektronskih omotača atoma se periodično ponavljaju kako se Z povećava”; Ovo je neka vrsta “elektronske” formulacije zakona.

Bitna karakteristika periodičnog zakona je da, za razliku od nekih drugih fundamentalnih zakona prirode (npr univerzalna gravitacija ili zakon ekvivalencije mase i energije), nema kvantitativni izraz, odnosno ne može se napisati u obliku bilo kakve matematičke formule ili jednačine. U međuvremenu, sam Mendeljejev i drugi naučnici pokušali su da potraže matematički izraz zakona. Različiti obrasci konstrukcije mogu se kvantitativno izraziti u obliku formula i jednačina elektronske konfiguracije atoma ovisno o vrijednostima glavnog i orbitalnog kvantnog broja. Što se tiče periodičnog zakona, on ima jasan grafički odraz u vidu periodičnog sistema hemijskih elemenata, predstavljenog uglavnom raznim vrstama tabela.

Periodični zakon je univerzalni zakon za ceo Univerzum, koji se manifestuje svuda gde postoje materijalne strukture atomskog tipa. Međutim, nisu samo konfiguracije atoma koje se periodično mijenjaju kako se Z povećava. Ispostavilo se da struktura i svojstva atomska jezgra također se periodično mijenjaju, iako je sama priroda periodične promjene ovdje mnogo složenija nego u slučaju atoma: u jezgrima postoji pravilna konstrukcija protonskih i neutronskih ljuski. Jezgre u kojima su ove ljuske ispunjene (sadrže 2, 8, 20, 50, 82, 126 protona ili neutrona) nazivaju se "magijskim" i smatraju se svojevrsnim granicama perioda periodnog sistema atomskih jezgara.

Alhemičari su također pokušali pronaći zakon prirode na osnovu kojeg bi bilo moguće sistematizirati hemijske elemente. Ali nedostajale su im pouzdane i detaljne informacije o elementima. Do sredine 19. vijeka. znanje o hemijskim elementima postalo je dovoljno, a broj elemenata se toliko povećao da se u nauci pojavila prirodna potreba da ih klasifikuje. Prvi pokušaji da se elementi klasifikuju na metale i nemetale pokazali su se neuspešnim. Prethodnici D. I. Mendeljejeva (I.V. Debereiner, J.A. Newlands, L.Yu. Meyer) učinili su mnogo da se pripreme za otkriće periodičnog zakona, ali nisu bili u stanju da shvate istinu. Dmitrij Ivanovič je uspostavio vezu između mase elemenata i njihovih svojstava.

Dmitrij Ivanovič je rođen u Tobolsku. Bio je sedamnaesto dijete u porodici. Nakon što je završio srednju školu u svom rodnom gradu, Dmitrij Ivanovič je upisao Glavni pedagoški institut u Sankt Peterburgu, nakon čega je sa zlatnom medaljom otišao na dvogodišnje naučno putovanje u inostranstvo. Po povratku je pozvan na Univerzitet u Sankt Peterburgu. Kada je Mendeljejev počeo da drži predavanja o hemiji, nije našao ništa što bi se moglo preporučiti studentima kao nastavno pomagalo. I odlučio je da piše nova knjiga– “Osnove hemije.”

Otkrivanju periodičnog zakona prethodilo je 15 godina mukotrpnog rada. 1. marta 1869. Dmitrij Ivanovič je planirao da poslovno napusti Sankt Peterburg u provincije.

Periodični zakon je otkriven na osnovu karakteristike atoma - relativne atomske mase .

Mendeljejev je rasporedio hemijske elemente po rastućem redosledu njihovih atomskih masa i primetio da se svojstva elemenata ponavljaju nakon određenog intervala - perioda, Dmitrij Ivanovič je rasporedio periode jedan ispod drugog., tako da su slični elementi bili smešteni jedan ispod drugog. - na istoj vertikali, ovako je izgrađena konstrukcija periodni sistem elementi.

1. marta 1869 Formulacija periodičnog zakona od strane D.I. Mendeljejev.

Svojstva jednostavne supstance, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata periodično zavise od atomske težine elemenata.

Nažalost, u početku je bilo vrlo malo pristalica periodičnog zakona, čak i među ruskim naučnicima. Mnogo je protivnika, posebno u Njemačkoj i Engleskoj.
Otkriće periodičnog zakona je briljantan primjer naučnog predviđanja: 1870. godine Dmitrij Ivanovič je predvidio postojanje tri tada nepoznata elementa, koja je nazvao ekasilicij, ekaaluminij i ekaboron. Bio je u stanju da tačno predvidi najvažnija svojstva novih elemenata. A onda, 5 godina kasnije, 1875. godine, francuski naučnik P.E. Lecoq de Boisbaudran, koji nije znao ništa o radu Dmitrija Ivanoviča, otkrio je novi metal, nazvavši ga galijumom. Po brojnim svojstvima i metodi otkrića, galijum se poklapao sa eka-aluminijumom koji je predvideo Mendeljejev. Ali ispostavilo se da je njegova težina manja od predviđene. Uprkos tome, Dmitrij Ivanovič je poslao pismo Francuskoj, insistirajući na svom predviđanju.
Naučni svijet je bio zapanjen tim Mendeljejevljevim predviđanjem svojstava ekaaluminijum pokazalo se tako tačnim. Od ovog trenutka u hemiji počinje da važi periodični zakon.
Godine 1879. L. Nilsson je otkrio skandij u Švedskoj, koji je utjelovio ono što je Dmitrij Ivanovič predvidio ekabor .
Godine 1886. K. Winkler je otkrio germanijum u Njemačkoj, što se ispostavilo ecasilicium .

Ali genij Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva i njegova otkrića nisu samo ova predviđanja!

Na četiri mjesta periodnog sistema, D. I. Mendeljejev je rasporedio elemente ne po rastućim atomskim masama:

Još krajem 19. vijeka D.I. Mendeljejev je napisao da se, očigledno, atom sastoji od drugih manjih čestica. Nakon njegove smrti 1907. godine, dokazano je da se atom sastoji od elementarne čestice. Teorija strukture atoma potvrdila je Mendeljejevljevu ispravnost, a prestrojavanja ovih elemenata koja nisu u skladu s povećanjem atomskih masa su potpuno opravdana.

Savremena formulacija periodičnog zakona.

Svojstva kemijskih elemenata i njihovih spojeva periodično zavise od veličine naboja jezgara njihovih atoma, izražene u periodičnoj ponovljivosti strukture vanjskog valentnog elektronskog omotača.
I sada, više od 130 godina nakon otkrića periodičnog zakona, možemo se vratiti na riječi Dmitrija Ivanoviča, uzete kao moto naše lekcije: „Periodičnom zakonu budućnost ne prijeti uništenjem, već samo nadgradnjom i razvoj je obećan.” Koliko je hemijskih elemenata otkriveno u ovog trenutka? A ovo je daleko od granice.

Grafički prikaz periodnog zakona je periodični sistem hemijskih elemenata. Ovo je kratak sažetak cjelokupne hemije elemenata i njihovih spojeva.

Promjene svojstava u periodnom sistemu sa povećanjem atomske težine u periodu (s lijeva na desno):

1. Metalna svojstva su smanjena

2. Nemetalna svojstva se povećavaju

3. Svojstva viših oksida i hidroksida mijenjaju se od bazičnih preko amfoternih do kiselih.

4. Valencija elemenata u formulama viših oksida raste od IprijeVII, a u formulama hlapljivih vodikovih spojeva opada od IV prijeI.