Το 1871 διατυπώθηκε ο περιοδικός νόμος του Mendeleev. Μέχρι εκείνη τη στιγμή, η επιστήμη γνώριζε 63 στοιχεία και ο Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέεφ τα διέταξε με βάση τη σχετική ατομική μάζα. Ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας έχει επεκταθεί σημαντικά.

Ιστορία

Το 1869, ενώ εργαζόταν σε ένα εγχειρίδιο χημείας, ο Ντμίτρι Μεντελέεφ αντιμετώπισε το πρόβλημα της συστηματοποίησης του υλικού που συσσωρεύτηκε εδώ και πολλά χρόνια από διάφορους επιστήμονες - προκατόχους και συγχρόνους του. Ακόμη και πριν από το έργο του Mendeleev, έγιναν προσπάθειες συστηματοποίησης των στοιχείων, τα οποία χρησίμευσαν ως προϋποθέσεις για την ανάπτυξη του περιοδικού πίνακα.

Ρύζι. 1. Mendeleev D.I..

Οι αναζητήσεις ταξινόμησης στοιχείων συνοψίζονται στον πίνακα.

Ο Mendeleev διέταξε τα στοιχεία κατά σχετική ατομική μάζα, τοποθετώντας τα σε αύξουσα σειρά. Υπήρχαν δεκαεννέα οριζόντιες και έξι κάθετες σειρές συνολικά. Αυτή ήταν η πρώτη έκδοση του περιοδικού πίνακα στοιχείων. Εδώ ξεκινά η ιστορία της ανακάλυψης του περιοδικού νόμου.

Ο επιστήμονας χρειάστηκε σχεδόν τρία χρόνια για να δημιουργήσει έναν νέο, πιο προηγμένο πίνακα. Οι έξι στήλες των στοιχείων έγιναν οριζόντιες περίοδοι, καθεμία από τις οποίες ξεκινούσε με ένα αλκαλικό μέταλλο και τελείωνε με ένα αμέταλλο (τα ευγενή αέρια δεν ήταν ακόμη γνωστά). Οι οριζόντιες σειρές σχημάτιζαν οκτώ κάθετες ομάδες.

Σε αντίθεση με τους συναδέλφους του, ο Mendeleev χρησιμοποίησε δύο κριτήρια για την κατανομή των στοιχείων:

  • ατομική μάζα;
  • Χημικές ιδιότητες.

Αποδείχθηκε ότι υπάρχει ένα μοτίβο μεταξύ αυτών των δύο κριτηρίων. Μετά από έναν ορισμένο αριθμό στοιχείων με αυξανόμενη ατομική μάζα, οι ιδιότητες αρχίζουν να επαναλαμβάνονται.

Ρύζι. 2. Πίνακας που συνέταξε ο Mendeleev.

Αρχικά, η θεωρία δεν εκφράστηκε μαθηματικά και δεν μπορούσε να επιβεβαιωθεί πλήρως πειραματικά. Το φυσικό νόημα του νόμου έγινε σαφές μόνο μετά τη δημιουργία ενός μοντέλου του ατόμου. Το θέμα είναι να επαναλάβουμε τη δομή κελύφη ηλεκτρονίωνμε μια σταθερή αύξηση των πυρηνικών φορτίων, η οποία επηρεάζει τη χημική και φυσικές ιδιότητεςαχ στοιχεία.

Νόμος

Έχοντας καθορίσει την περιοδικότητα των αλλαγών στις ιδιότητες με την αύξηση της ατομικής μάζας, ο Mendeleev το 1871 διατύπωσε τον περιοδικό νόμο, ο οποίος έγινε θεμελιώδης σε χημική επιστήμη.

Ο Ντμίτρι Ιβάνοβιτς καθόρισε ότι οι ιδιότητες απλές ουσίεςεξαρτώνται περιοδικά από συγγενείς ατομικές μάζες.

Η επιστήμη του 19ου αιώνα δεν είχε σύγχρονες γνώσεις για τα στοιχεία, επομένως η σύγχρονη διατύπωση του νόμου είναι κάπως διαφορετική από αυτή του Μεντελέεφ. Ωστόσο, η ουσία παραμένει η ίδια.

Με την περαιτέρω ανάπτυξη της επιστήμης, μελετήθηκε η δομή του ατόμου, η οποία επηρέασε τη διατύπωση του περιοδικού νόμου. Σύμφωνα με τον σύγχρονο περιοδικό νόμο των ιδιοτήτων χημικά στοιχείαεξαρτώνται από τις χρεώσεις ατομικούς πυρήνες.

Τραπέζι

Από την εποχή του Mendeleev, ο πίνακας που δημιούργησε άλλαξε σημαντικά και άρχισε να αντικατοπτρίζει σχεδόν όλες τις λειτουργίες και τα χαρακτηριστικά των στοιχείων. Η δυνατότητα χρήσης πίνακα είναι απαραίτητη για περαιτέρω μελέτη της χημείας. Ο σύγχρονος πίνακας παρουσιάζεται σε τρεις μορφές:

  • μικρός - οι περίοδοι καταλαμβάνουν δύο γραμμές και το υδρογόνο συχνά ταξινομείται στην ομάδα 7.
  • μακρύς - τα ισότοπα και τα ραδιενεργά στοιχεία αφαιρούνται από τον πίνακα.
  • επιπλέον μακρύ - κάθε περίοδος καταλαμβάνει ξεχωριστή γραμμή.

Ρύζι. 3. Μακρύ μοντέρνο τραπέζι.

Ο σύντομος πίνακας είναι η πιο ξεπερασμένη έκδοση, η οποία διακόπηκε το 1989, αλλά εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε πολλά σχολικά βιβλία. Οι μακριές και πολύ μεγάλες φόρμες είναι διεθνώς αναγνωρισμένες και χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο. Παρά τις καθιερωμένες μορφές, οι επιστήμονες συνεχίζουν να βελτιώνουν το περιοδικό σύστημα, προσφέροντας νέες επιλογές.

Τι μάθαμε;

Περιοδικός νόμοςκαι το περιοδικό σύστημα του Mendeleev διατυπώθηκαν το 1871. Ο Mendeleev εντόπισε μοτίβα στις ιδιότητες των στοιχείων και τα διέταξε με βάση τη σχετική ατομική μάζα. Καθώς οι μάζες αυξάνονταν, οι ιδιότητες των στοιχείων άλλαξαν και στη συνέχεια επαναλήφθηκαν. Στη συνέχεια, ο πίνακας συμπληρώθηκε και ο νόμος προσαρμόστηκε σύμφωνα με τις σύγχρονες γνώσεις.

Δοκιμή για το θέμα

Αξιολόγηση της έκθεσης

Μέση βαθμολογία: 4.6. Συνολικές βαθμολογίες που ελήφθησαν: 135.

Ο περιοδικός νόμος, ένας από τους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής επιστήμης, ανακαλύφθηκε από τον μεγάλο Ρώσο επιστήμονα D.I. Μεντελέεφ το 1869. Αρχικά ο νόμος διατυπώθηκε ως εξής: οι ιδιότητες των στοιχείων και των ενώσεων τους εξαρτώνται περιοδικά από το ατομικό τους βάρος(σύμφωνα με τις σύγχρονες ιδέες - ατομική μάζα).

Ο περιοδικός νόμος παρουσιάστηκε ως ταξινόμηση στοιχείων. Με βάση αυτό, τα στοιχεία τακτοποιήθηκαν σε φυσικές ομάδεςαπό το σύνολο των ιδιοκτησιών τους. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε σε αυτό το σημείο: καθοδηγούμενος από τις ιδιότητες των στοιχείων, ο D.I. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο Mendeleev χρειάστηκε ακόμη και να αποκλίνει από τη διαδοχική διάταξη των στοιχείων στον Περιοδικό Πίνακα αυστηρά σύμφωνα με τις αυξανόμενες ατομικές μάζες (ατομικά «βάρη»), για παράδειγμα, 18 Ar (39,9) και 19 K (39,1), 52 Te (127,6 ) και 53 1 (126,9).

Την εποχή του Mendeleev, ο λόγος για την περιοδικότητα των ιδιοτήτων των στοιχείων δεν ήταν γνωστός. Ωστόσο, ο ανακάλυψες του Περιοδικού Νόμου ήταν βέβαιος ότι ο λόγος έπρεπε να αναζητηθεί στη δομή της ύλης.

Η ανακάλυψη του Περιοδικού Νόμου όχι μόνο παρείχε τα θεμέλια για τη χημική επιστήμη, αλλά έθεσε επίσης το καθήκον να διευκρινίσει τη φυσική αιτία της περιοδικότητας. Η χημική και η συντριπτική πλειοψηφία των φυσικών ιδιοτήτων των στοιχείων είναι μια περιοδική συνάρτηση κάποιας ανεξάρτητης, μοναδικά καθορισμένης ποσότητας που είναι εγγενής σε κάθε στοιχείο και ποικίλλει μονότονα από στοιχείο σε στοιχείο. Η ατομική μάζα («ατομικό βάρος») έγινε αποδεκτή από τον Mendeleev ως τέτοια τιμή.

Μόνο όταν, χάρη στις επιτυχίες της φυσικής, πολύ περισσότερα ήταν γνωστά για τη δομή του ατόμου από ό,τι κατά τη στιγμή της ανακάλυψης και της καθιέρωσης του περιοδικού νόμου, το πραγματικό νόημά του και οι λόγοι της περιοδικότητας έγιναν σαφείς. Από στοιχείο σε στοιχείο σύμφωνα με τον Περιοδικό Πίνακα, το φορτίο του πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου αλλάζει, το οποίο καθορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων. Στον Περιοδικό Πίνακα, ο αριθμός αυτός συμπίπτει με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου. Δεδομένου ότι το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, το φορτίο του πυρήνα (σε μονάδες φορτίου ηλεκτρονίων) είναι ίσο με τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο ηλεκτρονιακό κέλυφος του ατόμου. Αυξάνουν σειριακός αριθμόςστοιχείο ανά μονάδα σημαίνει ότι ένα πρωτόνιο έχει προστεθεί στον πυρήνα του ατόμου και κατά συνέπεια ένα ηλεκτρόνιο έχει προστεθεί στο ηλεκτρονιακό κέλυφος. Δεδομένου ότι οι ιδιότητες των στοιχείων, ειδικά των χημικών, καθορίζονται κυρίως από τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού κβαντικού στρώματος, ο λόγος για την περιοδικότητα των ιδιοτήτων είναι η περιοδική φύση της πλήρωσης του χώρου γύρω από τον πυρήνα με ηλεκτρόνια. Ο παράγοντας που καθορίζει τη δομή των ηλεκτρονικών κελυφών των ατόμων, άρα και τις ιδιότητες των στοιχείων, είναι το φορτίο του ατομικού πυρήνα. Επομένως, η σύγχρονη διατύπωση του περιοδικού νόμου έχει ως εξής: Οι ιδιότητες των στοιχείων και των ενώσεων τους εξαρτώνται περιοδικά από το φορτίο του πυρήνα του ατόμου του στοιχείου.

Η ατομική μάζα ενός στοιχείου καθορίζεται από τον συνολικό αριθμό των νουκλεονίων (πρωτόνια και νετρόνια) στους ισοτοπικούς πυρήνες αυτού του στοιχείου και την ισοτοπική σύνθεση του στοιχείου. Η μεταβολή της ατομικής μάζας είναι κυρίως ανάλογη με το φορτίο του πυρήνα. Επομένως, η διατύπωση του Περιοδικού Νόμου από τον Mendeleev, με ελάχιστες εξαιρέσεις, αντικατοπτρίζει σωστά τη διάταξη των στοιχείων στον Περιοδικό Πίνακα, αλλά δεν αποκαλύπτει τον λόγο της περιοδικότητας.

Σύμφωνα με την αρχή Pauli, ο αριθμός των πιθανών ηλεκτρονικών καταστάσεων σε κβαντικά επίπεδα και υποεπίπεδα περιορίζεται από τον αριθμό των συνδυασμών μη επαναλαμβανόμενων συνόλων τεσσάρων κβαντικών αριθμών Π, /, ΤΚαι μικρό, και αυτό καθορίζει την ικανότητα των κβαντικών επιπέδων και των υποεπιπέδων (βλ. Πίνακα 2.1). Εάν το άτομο δεν διεγείρεται, τα ηλεκτρόνια γεμίζουν εκείνα τα τροχιακά των οποίων η ενέργεια είναι ελάχιστη.

Ο περιοδικός πίνακας θα ήταν απλούστερος εάν η ενέργεια στα άτομα πολλών ηλεκτρονίων, όπως στο άτομο του υδρογόνου, καθοριζόταν από τον κύριο κβαντικό αριθμό. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τη χωρητικότητα των κβαντικών στρωμάτων, οι περίοδοι θα αποτελούνταν από 2, 8, 18, 32, 50 κ.λπ. στοιχεία, και ευγενή αέρια με πλήρες κβαντικό επίπεδο θα είχαν αριθμούς 2, 10, 28, 60, 110... Ωστόσο, λόγω της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου, αυτή η ακολουθία διακόπτεται. Από την περίοδο IV, η πλήρωση ενός νέου κβαντικού στρώματος, το οποίο στο Περιοδικό Σύστημα αντιστοιχεί στην αρχή μιας νέας περιόδου, ξεκινά με το ημιτελές προ-εξωτερικό III κβαντικό επίπεδο και από την περίοδο VI - με ελλιπή κβαντικά επίπεδα IV και V, και τα λοιπά. Επομένως, τα ευγενή αέρια - στοιχεία μετά τα οποία αρχίζει η κατασκευή ενός νέου κβαντικού επιπέδου (και μιας νέας περιόδου) - περιέχουν μόνο 8 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κβαντικό στρώμα και έχουν αριθμούς 2, 10, 18, 36, 54 και 86. οι περίοδοι καλύπτουν 2. 8, 8, 18, 18 και 32 στοιχεία.

Ο περιοδικός νόμος δεν έχει συγκεκριμένη μαθηματική έκφραση. Αναπαρίσταται με τη μορφή περιοδικού πίνακα. Υπάρχουν πολλές εκδόσεις ενός τέτοιου πίνακα, αλλά όλες παρουσιάζονται με τη μία ή την άλλη μορφή ως δομικά διαγράμματα της ατομικής δομής οποιουδήποτε στοιχείου. Γίνεται δυνατή η καθιέρωση ηλεκτρονική δομήοποιουδήποτε ατόμου όχι μόνο με βάση τη γνωστή ακολουθία πλήρωσης υποεπιπέδων ή τον κανόνα του Klechkovsky, αλλά και με βάση τον ίδιο τον πίνακα: η θέση ενός στοιχείου στον πίνακα αντανακλά μοναδικά την ηλεκτρονική δομή των ατόμων του. Η κατανομή των στοιχείων ανά περιόδους και υποομάδες αντιστοιχεί ακριβώς στην κατανομή των ηλεκτρονίων των ατόμων αυτών των στοιχείων κατά επίπεδα και υποεπίπεδα του ηλεκτρονιακού κελύφους.

2.3. Περιοδικός νόμος του D.I.Mendeleev.

Ο νόμος ανακαλύφθηκε και διατυπώθηκε από τον D.I. Mendeleev: «Οι ιδιότητες των απλών σωμάτων, καθώς και οι μορφές και οι ιδιότητες των ενώσεων των στοιχείων εξαρτώνται περιοδικά από τα ατομικά βάρη των στοιχείων». Ο νόμος δημιουργήθηκε με βάση μια βαθιά ανάλυση των ιδιοτήτων των στοιχείων και των ενώσεων τους. Εξαιρετικά επιτεύγματαΟι φυσικοί, κυρίως η ανάπτυξη της θεωρίας της ατομικής δομής, κατέστησαν δυνατή την αποκάλυψη της φυσικής ουσίας του περιοδικού νόμου: η περιοδικότητα στις αλλαγές στις ιδιότητες των χημικών στοιχείων οφείλεται σε μια περιοδική αλλαγή στη φύση της πλήρωσης του εξωτερικού στρώματος ηλεκτρονίων με ηλεκτρόνια καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων, που καθορίζεται από το φορτίο του πυρήνα. Το φορτίο είναι ίσο με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα. Σύγχρονη διατύπωση του περιοδικού νόμου: «Ιδιότητες στοιχείων και του απλού και σύνθετες ουσίεςεξαρτώνται περιοδικά από το φορτίο του ατομικού πυρήνα». Δημιουργήθηκε από τον D.I. Mendeleev το 1869-1871. Το περιοδικό σύστημα είναι μια φυσική ταξινόμηση στοιχείων, μια μαθηματική αντανάκλαση του περιοδικού νόμου.

Ο Mendeleev όχι μόνο ήταν ο πρώτος που διατύπωσε με ακρίβεια αυτόν τον νόμο και παρουσίασε το περιεχόμενό του με τη μορφή πίνακα, ο οποίος έγινε κλασικός, αλλά και τον τεκμηρίωσε πλήρως, έδειξε την τεράστια επιστημονική του σημασία, ως κατευθυντήρια αρχή ταξινόμησης και ως ισχυρό εργαλείο επιστημονική έρευνα.

Φυσική έννοια του περιοδικού νόμου. Άνοιξε μόνο αφού ανακαλύφθηκε ότι το φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου αυξάνεται όταν μετακινείται από ένα χημικό στοιχείο σε ένα γειτονικό (στον περιοδικό πίνακα) κατά μονάδα στοιχειώδους φορτίου. Αριθμητικά, το φορτίο του πυρήνα είναι ίσο με τον ατομικό αριθμό (ατομικός αριθμός Z) του αντίστοιχου στοιχείου στον περιοδικό πίνακα, δηλαδή ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα, με τη σειρά του ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων του αντίστοιχου ουδέτερου άτομο. Οι χημικές ιδιότητες των ατόμων καθορίζονται από τη δομή των εξωτερικών κελυφών ηλεκτρονίων τους, η οποία αλλάζει περιοδικά με την αύξηση του πυρηνικού φορτίου και, ως εκ τούτου, ο περιοδικός νόμος βασίζεται στην ιδέα μιας αλλαγής στο φορτίο του πυρήνα του άτομα και όχι η ατομική μάζα των στοιχείων. Μια οπτική απεικόνιση του περιοδικού νόμου - καμπύλες περιοδικών αλλαγών ορισμένων φυσικές ποσότητες(δυναμικά ιοντισμού, ατομικές ακτίνες, ατομικοί όγκοι) ανάλογα με το Ζ. Δεν υπάρχει γενική μαθηματική έκφραση για τον περιοδικό νόμο. Ο περιοδικός νόμος έχει τεράστια φυσική επιστημονική και φιλοσοφική σημασία. Κατέστησε δυνατή την εξέταση όλων των στοιχείων στην αμοιβαία σύνδεση τους και την πρόβλεψη των ιδιοτήτων άγνωστων στοιχείων. Χάρη στον περιοδικό νόμο, πολλές επιστημονικές αναζητήσεις (για παράδειγμα, στον τομέα της μελέτης της δομής της ύλης - στη χημεία, τη φυσική, τη γεωχημεία, την κοσμοχημεία, την αστροφυσική) έχουν γίνει σκόπιμες. Ο περιοδικός νόμος είναι μια σαφής εκδήλωση των γενικών νόμων της διαλεκτικής, ιδιαίτερα του νόμου της μετάβασης της ποσότητας στην ποιότητα.

Το φυσικό στάδιο ανάπτυξης του περιοδικού νόμου μπορεί με τη σειρά του να χωριστεί σε διάφορα στάδια:

1. Καθιέρωση της διαιρετότητας του ατόμου με βάση την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου και της ραδιενέργειας (1896-1897).

2. Ανάπτυξη μοντέλων ατομικής δομής (1911-1913).

3. Ανακάλυψη και ανάπτυξη του συστήματος ισοτόπων (1913).

4. Ανακάλυψη του νόμου του Moseley (1913), που καθιστά δυνατό τον πειραματικό προσδιορισμό του πυρηνικού φορτίου και του αριθμού στοιχείων στον περιοδικό πίνακα.

5. Ανάπτυξη της θεωρίας του περιοδικού συστήματος με βάση ιδέες για τη δομή των ηλεκτρονικών κελυφών των ατόμων (1921-1925).

6. Δημιουργία κβαντική θεωρίαπεριοδικός πίνακας (1926-1932).


2.4. Πρόβλεψη ύπαρξης άγνωστων στοιχείων.

Το πιο σημαντικό πράγμα στην ανακάλυψη του Περιοδικού Νόμου είναι η πρόβλεψη της ύπαρξης χημικών στοιχείων που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. Κάτω από το αλουμίνιο Al, ο Mendeleev άφησε μια θέση για το ανάλογό του "eka-aluminium", κάτω από το βόριο B - για το "eca-boron" και κάτω από το πυρίτιο Si - για το "eca-silicon". Αυτό ονόμασε ο Mendeleev τα χημικά στοιχεία που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη. Τους έδωσε μάλιστα τα σύμβολα El, Eb και Es.

Σχετικά με το στοιχείο "εξαπυρίτιο", ο Mendeleev έγραψε: "Μου φαίνεται ότι το πιο ενδιαφέρον από τα μέταλλα που λείπουν αναμφίβολα θα είναι αυτό που ανήκει στην ομάδα IV των αναλόγων άνθρακα, δηλαδή στη σειρά III. Αυτό θα είναι το μέταλλο αμέσως μετά το πυρίτιο, και επομένως ας το ονομάσουμε εκασίλιο». Πράγματι, αυτό το στοιχείο που δεν είχε ανακαλυφθεί ακόμη υποτίθεται ότι θα γινόταν ένα είδος «κλειδαριάς» που συνδέει δύο τυπικά αμέταλλα - τον άνθρακα C και το πυρίτιο Si - με δύο τυπικά μέταλλα - τον κασσίτερο Sn και τον μόλυβδο Pb.

Στη συνέχεια προέβλεψε την ύπαρξη οκτώ ακόμη στοιχείων, μεταξύ των οποίων το "dwitellurium" - πολώνιο (ανακαλύφθηκε το 1898), "ecaiodine" - astatine (ανακαλύφθηκε το 1942-1943), "διμαγγάνιο" - τεχνήτιο (ανακαλύφθηκε το 1937) , "ecacesia" - Γαλλία (άνοιξε το 1939)

Το 1875, ο Γάλλος χημικός Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran ανακάλυψε το «eka-aluminium» που είχε προβλέψει ο Mendeleev στο ορυκτό wurtzite - θειούχος ψευδάργυρος ZnS - και το ονόμασε gallium Ga (το λατινικό όνομα της Γαλλίας είναι «Gallia») προς τιμή του την πατρίδα του.

Ο Mendeleev προέβλεψε με ακρίβεια τις ιδιότητες του εκα-αλουμινίου: την ατομική του μάζα, την πυκνότητα του μετάλλου, τον τύπο του οξειδίου El 2 O 3, χλωριούχο ElCl 3, θειικό El 2 (SO 4) 3. Μετά την ανακάλυψη του γαλλίου, αυτοί οι τύποι άρχισαν να γράφονται ως Ga 2 O 3, GaCl 3 και Ga 2 (SO 4) 3. Ο Mendeleev προέβλεψε ότι θα ήταν ένα πολύ εύτηκτο μέταλλο, και πράγματι, το σημείο τήξης του γαλλίου αποδείχθηκε ότι ήταν ίσο με 29,8 o C. Από άποψη συντήξεως, το γάλλιο είναι δεύτερο μετά τον υδράργυρο Hg και το καίσιο Cs.

Η μέση περιεκτικότητα σε γάλλιο στον φλοιό της γης είναι σχετικά υψηλή, 1,5-10-30% κατά μάζα, που είναι ίση με την περιεκτικότητα σε μόλυβδο και μολυβδαίνιο. Το γάλλιο είναι ένα τυπικό ιχνοστοιχείο. Το μόνο ορυκτό γαλλίου είναι ο γαλδίτης CuGaS2, ο οποίος είναι πολύ σπάνιος. Το γάλλιο είναι σταθερό στον αέρα σε συνηθισμένες θερμοκρασίες. Παρατηρείται πάνω από 260°C σε ξηρό οξυγόνο αργή οξείδωση(η μεμβράνη οξειδίου προστατεύει το μέταλλο). Σε θείο και υδροχλωρικά οξέατο γάλλιο διαλύεται αργά, σε φθόριο - γρήγορα, μέσα νιτρικό οξύΤο γάλλιο είναι σταθερό στο κρύο. Το γάλλιο διαλύεται αργά σε θερμά αλκαλικά διαλύματα. Το χλώριο και το βρώμιο αντιδρούν με το γάλλιο στο κρύο, το ιώδιο - όταν θερμαίνεται. Το λιωμένο γάλλιο σε θερμοκρασίες άνω των 300°C αλληλεπιδρά με όλα τα δομικά μέταλλα και κράματα Διακριτικό χαρακτηριστικόΤο γάλλιο έχει μεγάλο εύρος υγρής κατάστασης (2200° C) και χαμηλή τάση ατμών σε θερμοκρασίες έως 1100-1200° C. Γεωχημεία Το γάλλιο σχετίζεται στενά με τη γεωχημεία του αλουμινίου, γεγονός που οφείλεται στην ομοιότητα των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του. Το κύριο μέρος του γαλλίου στη λιθόσφαιρα περιέχεται σε ορυκτά αλουμινίου. Η περιεκτικότητα σε Γάλλιο σε βωξίτη και νεφελίνη κυμαίνεται από 0,002 έως 0,01%. Αυξημένες συγκεντρώσεις γαλλίου παρατηρούνται επίσης στους φαλλερίτες (0,01-0,02%), στους λιθάνθρακες (μαζί με το γερμάνιο), καθώς και σε ορισμένα σιδηρομεταλλεύματα. Το γάλλιο δεν έχει ακόμη ευρεία βιομηχανική χρήση. Η πιθανή κλίμακα παραγωγής υποπροϊόντων γαλλίου στην παραγωγή αλουμινίου εξακολουθεί να υπερβαίνει σημαντικά τη ζήτηση για το μέταλλο.

Η πιο πολλά υποσχόμενη εφαρμογή του γαλλίου είναι στη μορφή χημικές ενώσειςόπως GaAs, GaP, GaSb, που έχουν ιδιότητες ημιαγωγών. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ανορθωτές και τρανζίστορ υψηλής θερμοκρασίας, ηλιακές μπαταρίες και άλλες συσκευές όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο στο στρώμα μπλοκαρίσματος, καθώς και σε δέκτες υπέρυθρης ακτινοβολίας. Το γάλλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή οπτικών καθρεφτών που είναι εξαιρετικά ανακλαστικά. Ένα κράμα αλουμινίου με γάλλιο έχει προταθεί αντί του υδραργύρου ως η κάθοδος των λαμπτήρων υπεριώδους ακτινοβολίας που χρησιμοποιούνται στην ιατρική. Προτείνεται η χρήση υγρού γάλλιου και των κραμάτων του για την κατασκευή θερμομέτρων υψηλής θερμοκρασίας (600-1300 ° C) και μετρητών πίεσης. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρήση του γαλλίου και των κραμάτων του ως υγρού ψυκτικού σε πυρηνικούς αντιδραστήρες ενέργειας (αυτό παρεμποδίζεται από ενεργητική αλληλεπίδρασηΓάλλιο σε θερμοκρασίες λειτουργίας με δομικά υλικά. Το ευτηκτικό κράμα Ga-Zn-Sn είναι λιγότερο διαβρωτικό από το καθαρό Γάλλιο).

Το 1879, ο Σουηδός χημικός Lars Nilsson ανακάλυψε το σκάνδιο, το οποίο είχε προβλεφθεί από τον Mendeleev ως ecaboron Eb. Ο Nilsson έγραψε: «Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το εκαβόριο έχει ανακαλυφθεί στο σκάνδιο... Αυτό επιβεβαιώνει ξεκάθαρα τις σκέψεις του Ρώσου χημικού, που όχι μόνο επέτρεψε την πρόβλεψη της ύπαρξης σκανδίου και γαλλίου, αλλά και την πρόβλεψη των πιο σημαντικών τους ακίνητα εκ των προτέρων.» Το Σκάνδιο ονομάστηκε προς τιμήν της πατρίδας του Νίλσον, τη Σκανδιναβία, και το ανακάλυψε στο σύμπλοκο ορυκτό γαδολινίτη, το οποίο έχει τη σύνθεση Be 2 (Y, Sc) 2 FeO 2 (SiO 4) 2. Η μέση περιεκτικότητα σε σκάνδιο στον φλοιό της γης (Clarke) είναι 2,2-10-3% κατά μάζα. Η περιεκτικότητα σε σκάνδιο στα πετρώματα ποικίλλει: στα υπερβασικά πετρώματα 5-10-4, στα βασικά πετρώματα 2,4-10-3, στα ενδιάμεσα πετρώματα 2,5-10-4, στους γρανίτες και συενίτες 3,10-4. σε ιζηματογενή πετρώματα (1-1,3).10-4. Το σκάνδιο συγκεντρώνεται στον φλοιό της γης ως αποτέλεσμα μαγματικών, υδροθερμικών και υπεργονιδιακών (επιφανειακών) διεργασιών. Δύο από τα ορυκτά του Σκανδίου είναι γνωστά - ο τορβεϊτίτης και ο στερετίτης. είναι εξαιρετικά σπάνιες. Το σκάνδιο είναι ένα μαλακό μέταλλο, στην καθαρή του κατάσταση μπορεί εύκολα να υποστεί επεξεργασία - σφυρηλάτηση, έλαση, σφράγιση. Το εύρος χρήσης του σκανδίου είναι πολύ περιορισμένο. Το οξείδιο του σκανδίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή φερρίτων για στοιχεία μνήμης υπολογιστών υψηλής ταχύτητας. Το Radioactive 46Sc χρησιμοποιείται στην ανάλυση ενεργοποίησης νετρονίων και στην ιατρική. Τα κράματα σκανδίου, τα οποία έχουν χαμηλή πυκνότητα και υψηλό σημείο τήξης, είναι πολλά υποσχόμενα ως δομικά υλικά στην κατασκευή πυραύλων και αεροσκαφών, και μια σειρά από ενώσεις σκανδίου μπορούν να βρουν εφαρμογή στην κατασκευή φωσφόρων, καθόδων οξειδίου, στην παραγωγή γυαλιού και κεραμικών. χημική βιομηχανία (ως καταλύτες) και άλλες.περιοχές. Το 1886, ένας καθηγητής στην Ακαδημία Μεταλλείων στο Φράιμπουργκ, ο Γερμανός χημικός Clemens Winkler, ενώ ανέλυε το σπάνιο ορυκτό αργυροδίτη με τη σύνθεση Ag 8 GeS 6, ανακάλυψε ένα άλλο στοιχείο που είχε προβλέψει ο Mendeleev. Ο Winkler ονόμασε το στοιχείο που ανακάλυψε το γερμάνιο Ge προς τιμήν της πατρίδας του, αλλά για κάποιο λόγο αυτό προκάλεσε έντονες αντιρρήσεις από ορισμένους χημικούς. Άρχισαν να κατηγορούν τον Winkler για εθνικισμό, ότι οικειοποιήθηκε την ανακάλυψη που έκανε ο Mendeleev, ο οποίος είχε ήδη δώσει στο στοιχείο το όνομα «ekasilicium» και το σύμβολο Es. Αποθαρρυμένος, ο Βίνκλερ στράφηκε στον ίδιο τον Ντμίτρι Ιβάνοβιτς για συμβουλές. Εξήγησε ότι ήταν αυτός που ανακάλυψε το νέο στοιχείο που έπρεπε να του δώσει ένα όνομα. Η συνολική περιεκτικότητα του γερμανίου στον φλοιό της γης είναι 7,10-4% κατά μάζα, δηλαδή περισσότερο από, για παράδειγμα, αντιμόνιο, άργυρο, βισμούθιο. Ωστόσο, τα ορυκτά του γερμανίου είναι εξαιρετικά σπάνια. Σχεδόν όλα είναι σουλφοάλατα: γερμανίτης Cu2 (Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, αργυρόδιτης Ag8GeS6, κονφιλιδίτης Ag8(Sn, Ce) S6 κ.λπ. Ο κύριος όγκος του γερμανίου είναι διάσπαρτος στον φλοιό της γης σε μεγάλος αριθμόςπετρώματα και ορυκτά: σε θειούχα μεταλλεύματα μη σιδηρούχων μετάλλων, σε μεταλλεύματα σιδήρου, σε ορισμένα ορυκτά οξειδίων (χρωμίτης, μαγνητίτης, ρουτίλιο κ.λπ.), σε γρανίτες, διαβάσεις και βασάλτες. Επιπλέον, το γερμάνιο υπάρχει σχεδόν σε όλα τα πυριτικά άλατα, σε ορισμένα κοιτάσματα κάρβουνοκαι λάδι. Το γερμάνιο είναι ένα από τα πιο πολύτιμα υλικά στη σύγχρονη τεχνολογία ημιαγωγών. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή διόδων, τριόδων, ανιχνευτών κρυστάλλων και ανορθωτών ισχύος. Το μονοκρυσταλλικό γερμάνιο χρησιμοποιείται επίσης σε δοσιμετρικά όργανα και συσκευές που μετρούν την ισχύ σταθερών και εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων. Ένας σημαντικός τομέας εφαρμογής για το γερμάνιο είναι η υπέρυθρη τεχνολογία, ιδιαίτερα η παραγωγή ανιχνευτών υπέρυθρης ακτινοβολίας που λειτουργούν στην περιοχή των 8-14 microns. Υποσχόμενο για πρακτική χρήσηπολλά κράματα που περιέχουν γερμάνιο, γυαλιά με βάση το GeO2 και άλλες ενώσεις γερμανίου.

Ο Mendeleev δεν μπορούσε να προβλέψει την ύπαρξη μιας ομάδας ευγενών αερίων και στην αρχή δεν βρήκαν θέση στον Περιοδικό Πίνακα.

Η ανακάλυψη του αργού Ar από τους Άγγλους επιστήμονες W. Ramsay και J. Rayleigh το 1894 προκάλεσε αμέσως έντονες συζητήσεις και αμφιβολίες για τον Περιοδικό Νόμο και τον Περιοδικό Πίνακα Στοιχείων. Ο Mendeleev αρχικά θεώρησε το αργό μια αλλοτροπική τροποποίηση του αζώτου και μόνο το 1900, υπό την πίεση αμετάβλητων γεγονότων, συμφώνησε με την παρουσία μιας «μηδενικής» ομάδας χημικών στοιχείων στον Περιοδικό Πίνακα, η οποία καταλαμβανόταν από άλλα ευγενή αέρια που ανακαλύφθηκαν μετά το αργό. Τώρα αυτή η ομάδα είναι γνωστή ως VIIIA.

Το 1905, ο Mendeleev έγραψε: «Προφανώς, το μέλλον δεν απειλεί τον περιοδικό νόμο με καταστροφή, αλλά υπόσχεται μόνο υπερκατασκευές και ανάπτυξη, αν και ως Ρώσος ήθελαν να με διαγράψουν, ειδικά τους Γερμανούς».

Η ανακάλυψη του Περιοδικού Νόμου επιτάχυνε την ανάπτυξη της χημείας και την ανακάλυψη νέων χημικών στοιχείων.

Η εξέταση του Λυκείου, στην οποία ο γέρος Ντερζάβιν ευλόγησε τον νεαρό Πούσκιν. Τον ρόλο του μετρ έτυχε να παίξει ο ακαδημαϊκός Yu.F. Fritzsche, διάσημος ειδικός στην οργανική χημεία. Διδακτορική διατριβή Ο D.I. Mendeleev αποφοίτησε από το Main Παιδαγωγικό Ινστιτούτοτο 1855. Η μεταπτυχιακή του διατριβή «Ο ισομορφισμός σε σχέση με άλλες σχέσεις κρυσταλλικής μορφής με τη σύνθεση» έγινε η πρώτη του μεγάλη επιστημονική...

Κυρίως στο θέμα της τριχοειδής και επιφανειακή τάσηυγρά, και περνούσε τις ελεύθερες ώρες του στον κύκλο των νέων Ρώσων επιστημόνων: S.P. Μπότκινα, Ι.Μ. Sechenova, Ι.Α. Vyshnegradsky, A.P. Borodin και άλλοι Το 1861, ο Mendeleev επέστρεψε στην Αγία Πετρούπολη, όπου ξανάρχισε να δίνει διαλέξεις για την οργανική χημεία στο πανεπιστήμιο και δημοσίευσε ένα αξιόλογο βιβλίο για την εποχή: «Οργανική Χημεία», στο...

Περιοδικός νόμος του D.I. Mendeleev, η σύγχρονη διατύπωσή του. Ποια είναι η διαφορά του από αυτό που έδωσε ο D.I. Mendeleev; Εξηγήστε τι προκάλεσε αυτή την αλλαγή στη διατύπωση του νόμου; Ποια είναι η φυσική έννοια του Περιοδικού Νόμου; Εξηγήστε τους λόγους για τις περιοδικές αλλαγές στις ιδιότητες των χημικών στοιχείων. Πώς αντιλαμβάνεστε το φαινόμενο της περιοδικότητας;

Ο περιοδικός νόμος διατυπώθηκε από τον D.I. Mendeleev με την ακόλουθη μορφή (1871): «οι ιδιότητες των απλών σωμάτων, καθώς και οι μορφές και οι ιδιότητες των ενώσεων των στοιχείων, και επομένως οι ιδιότητες των απλών και σύνθετων σωμάτων που σχηματίζουν, είναι περιοδικά εξαρτάται από το ατομικό τους βάρος».

Επί του παρόντος, ο περιοδικός νόμος του D. I. Mendeleev έχει την ακόλουθη διατύπωση: «οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων, καθώς και οι μορφές και οι ιδιότητες των απλών ουσιών και ενώσεων που σχηματίζουν, εξαρτώνται περιοδικά από το μέγεθος των φορτίων των πυρήνων των ατόμων τους. ”

Η ιδιαιτερότητα του Περιοδικού Νόμου μεταξύ άλλων θεμελιωδών νόμων είναι ότι δεν έχει έκφραση με τη μορφή μαθηματικής εξίσωσης. Η γραφική (πίνακας) έκφραση του νόμου είναι ο Περιοδικός Πίνακας Στοιχείων που αναπτύχθηκε από τον Mendeleev.

Ο περιοδικός νόμος είναι παγκόσμιος για το Σύμπαν: όπως σημείωσε μεταφορικά ο διάσημος Ρώσος χημικός N.D. Zelinsky, ο περιοδικός νόμος ήταν «η ανακάλυψη της αμοιβαίας σύνδεσης όλων των ατόμων στο σύμπαν».

ΣΕ τωρινή κατάστασηΟ περιοδικός πίνακας στοιχείων αποτελείται από 10 οριζόντιες σειρές (περιόδους) και 8 κάθετες στήλες (ομάδες). Οι τρεις πρώτες σειρές σχηματίζουν τρεις μικρές περιόδους. Οι επόμενες περίοδοι περιλαμβάνουν δύο σειρές. Επιπλέον, ξεκινώντας από την έκτη, οι περίοδοι περιλαμβάνουν πρόσθετες σειρές λανθανιδών (έκτη περίοδος) και ακτινιδών (έβδομη περίοδος).

Υπήρξε μια αποδυνάμωση κατά την περίοδο μεταλλικές ιδιότητεςκαι ενίσχυση των μη μεταλλικών. Το τελευταίο στοιχείο της περιόδου είναι ένα ευγενές αέριο. Κάθε επόμενη περίοδος ξεκινά με ένα μέταλλο αλκαλίου, δηλαδή, καθώς αυξάνεται η ατομική μάζα των στοιχείων, η αλλαγή στις χημικές ιδιότητες έχει περιοδικό χαρακτήρα.

Με ανάπτυξη ατομική φυσικήκαι κβαντική χημεία Ο περιοδικός νόμος έλαβε μια αυστηρή θεωρητική αιτιολόγηση. Χάρη στα κλασικά έργα των J. Rydberg (1897), A. Van den Broek (1911), G. Moseley (1913), αποκαλύφθηκε η φυσική έννοια του σειριακού (ατομικού) αριθμού ενός στοιχείου. Αργότερα δημιουργήθηκε ένα κβαντομηχανικό μοντέλο για την περιοδική αλλαγή στην ηλεκτρονική δομή των ατόμων χημικών στοιχείων καθώς αυξάνονται τα φορτία των πυρήνων τους (N. Bohr, W. Pauli, E. Schrödinger, W. Heisenberg κ.λπ.).

Περιοδικές ιδιότητες χημικών στοιχείων

Κατ' αρχήν, οι ιδιότητες ενός χημικού στοιχείου συνδυάζουν όλα, χωρίς εξαίρεση, τα χαρακτηριστικά του στην κατάσταση των ελεύθερων ατόμων ή ιόντων, ενυδατωμένα ή διαλυτωμένα, σε κατάσταση απλής ουσίας, καθώς και τις μορφές και τις ιδιότητες των πολυάριθμων ενώσεων που φόρμες. Συνήθως όμως οι ιδιότητες ενός χημικού στοιχείου σημαίνουν, πρώτον, τις ιδιότητες των ελεύθερων ατόμων του και, δεύτερον, τις ιδιότητες μιας απλής ουσίας. Οι περισσότερες από αυτές τις ιδιότητες παρουσιάζουν μια σαφή περιοδική εξάρτηση από τους ατομικούς αριθμούς των χημικών στοιχείων. Μεταξύ αυτών των ιδιοτήτων, οι πιο σημαντικές και ιδιαίτερης σημασίας για την εξήγηση ή την πρόβλεψη της χημικής συμπεριφοράς των στοιχείων και των ενώσεων που σχηματίζουν είναι:

Ενέργεια ιοντισμού ατόμων;

Ενέργεια συνάφειας ηλεκτρονίων ατόμων;

Ηλεκτραρνητικότητα;

Ατομικές (και ιοντικές) ακτίνες.

Ενέργεια ψεκασμού απλών ουσιών

Καταστάσεις οξείδωσης;

Δυνατότητες οξείδωσης απλών ουσιών.

Η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου είναι ότι η περιοδική αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων είναι σε πλήρη συμφωνία με αυτές που ανανεώνονται περιοδικά σε ολοένα και υψηλότερες επίπεδα ενέργειαςπαρόμοιες ηλεκτρονικές δομές ατόμων. Με την τακτική αλλαγή τους, οι φυσικές και χημικές ιδιότητες αλλάζουν φυσικά.

Το φυσικό νόημα του περιοδικού νόμου έγινε σαφές μετά τη δημιουργία της θεωρίας της ατομικής δομής.

Έτσι, η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου είναι ότι η περιοδική αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων είναι σε πλήρη συμφωνία με τις παρόμοιες ηλεκτρονικές δομές των ατόμων που ανανεώνονται περιοδικά σε όλο και υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα. Με την τακτική αλλαγή τους, οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των στοιχείων αλλάζουν φυσικά.

Ποια είναι η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου.

Αυτά τα συμπεράσματα αποκαλύπτουν τη φυσική έννοια του περιοδικού νόμου του D.I. Mendeleev, ο οποίος παρέμεινε ασαφής για μισό αιώνα μετά την ανακάλυψη αυτού του νόμου.

Από αυτό προκύπτει ότι η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου του D.I. Mendeleev συνίσταται στην περιοδική επανάληψη παρόμοιων ηλεκτρονικών διαμορφώσεων με αύξηση του κύριου κβαντικού αριθμού και την ενοποίηση των στοιχείων ανάλογα με την εγγύτητα της ηλεκτρονικής δομής τους.

Η θεωρία της δομής των ατόμων έχει δείξει ότι η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου είναι ότι με μια διαδοχική αύξηση των φορτίων των πυρήνων, παρόμοιοι δεσμοί σθένους επαναλαμβάνονται περιοδικά ηλεκτρονικές δομέςάτομα.

Από όλα τα παραπάνω, είναι σαφές ότι η θεωρία της ατομικής δομής αποκάλυψε τη φυσική έννοια του περιοδικού νόμου του D.I. Mendeleev και ακόμη πιο ξεκάθαρα αποκάλυψε τη σημασία του ως βάσης για την περαιτέρω ανάπτυξη της χημείας, της φυσικής και ορισμένων άλλων επιστημών.

Η αντικατάσταση της ατομικής μάζας με ένα πυρηνικό φορτίο ήταν το πρώτο βήμα για την αποκάλυψη της φυσικής σημασίας του περιοδικού νόμου.Περαιτέρω, ήταν σημαντικό να καθοριστούν οι λόγοι για την εμφάνιση της περιοδικότητας, η φύση περιοδική λειτουργίατην εξάρτηση των ιδιοτήτων από το φορτίο του πυρήνα, εξηγήστε τις τιμές περιόδου, τον αριθμό των στοιχείων σπανίων γαιών κ.λπ.

Για τα αναλογικά στοιχεία, παρατηρείται ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων σε κελύφη με το ίδιο όνομα στο διαφορετικές έννοιεςκύριος κβαντικός αριθμός. Επομένως, η φυσική έννοια του Περιοδικού Νόμου έγκειται στην περιοδική αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων ως αποτέλεσμα περιοδικά ανανεωμένων παρόμοιων κελυφών ηλεκτρονίων ατόμων με σταθερή αύξηση στις τιμές του κύριου κβαντικού αριθμού.

Για τα αναλογικά στοιχεία, ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων παρατηρείται στα τροχιακά με το ίδιο όνομα σε διαφορετικές τιμές του κύριου κβαντικού αριθμού. Επομένως, η φυσική έννοια του Περιοδικού Νόμου έγκειται στην περιοδική αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων ως αποτέλεσμα περιοδικά ανανεωμένων παρόμοιων κελυφών ηλεκτρονίων ατόμων με σταθερή αύξηση στις τιμές του κύριου κβαντικού αριθμού.

Έτσι, με μια σταθερή αύξηση στα φορτία των ατομικών πυρήνων, η διαμόρφωση των κελυφών ηλεκτρονίων επαναλαμβάνεται περιοδικά και, κατά συνέπεια, οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων επαναλαμβάνονται περιοδικά. Αυτή είναι η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου.

Ο περιοδικός νόμος του D.I. Mendeleev είναι η βάση της σύγχρονης χημείας. Η μελέτη της δομής των ατόμων αποκαλύπτει τη φυσική έννοια του περιοδικού νόμου και εξηγεί τα μοτίβα των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων σε περιόδους και ομάδες του περιοδικού συστήματος. Η γνώση της δομής των ατόμων είναι απαραίτητη για την κατανόηση των αιτιών σχηματισμού χημικός δεσμός. Η φύση του χημικού δεσμού στα μόρια καθορίζει τις ιδιότητες των ουσιών. Επομένως, αυτή η ενότητα είναι μια από τις πιο σημαντικές ενότητες της γενικής χημείας.

περιοδικό οικοσύστημα φυσικής ιστορίας

: όπως σημείωσε μεταφορικά ο διάσημος Ρώσος χημικός N.D. Zelinsky, ο Περιοδικός Νόμος ήταν «η ανακάλυψη της αμοιβαίας σύνδεσης όλων των ατόμων στο σύμπαν».

Ιστορία

Η αναζήτηση της βάσης για τη φυσική ταξινόμηση και συστηματοποίηση των χημικών στοιχείων ξεκίνησε πολύ πριν από την ανακάλυψη του Περιοδικού Νόμου. Οι δυσκολίες που αντιμετώπισαν οι φυσικοί επιστήμονες που ήταν οι πρώτοι που εργάστηκαν σε αυτόν τον τομέα οφείλονταν σε ανεπαρκή πειραματικά δεδομένα: στις αρχές του 19ου αιώνα, ο αριθμός των γνωστών χημικών στοιχείων ήταν μικρός και οι αποδεκτές τιμές των ατομικών μαζών από πολλά στοιχεία ήταν λανθασμένα.

Οι τριάδες Döbereiner και τα πρώτα συστήματα στοιχείων

Στις αρχές της δεκαετίας του 60 του 19ου αιώνα εμφανίστηκαν αρκετά έργα που προηγήθηκαν αμέσως του Περιοδικού Νόμου.

Σπείρα ντε Σανκουρτουά

Newlands Octaves

Newlands Table (1866)

Λίγο μετά τη σπείρα του de Chancourtois, ο Άγγλος επιστήμονας John Newlands έκανε μια προσπάθεια να συγκρίνει τις χημικές ιδιότητες των στοιχείων με τις ατομικές τους μάζες. Τακτοποιώντας τα στοιχεία κατά σειρά αυξανόμενης ατομικής μάζας, ο Newlands παρατήρησε ότι ομοιότητες στις ιδιότητες εμφανίστηκαν μεταξύ κάθε όγδοου στοιχείου. Ο Νιούλαντς ονόμασε το ευρεθέν μοτίβο νόμο των οκτάβων κατ' αναλογία με τα επτά διαστήματα της μουσικής κλίμακας. Στον πίνακα του, τακτοποίησε τα χημικά στοιχεία σε κάθετες ομάδες των επτά στοιχείων η καθεμία και ταυτόχρονα ανακάλυψε ότι (με μια μικρή αλλαγή στη σειρά ορισμένων στοιχείων) παρόμοια σε Χημικές ιδιότητεςτα στοιχεία εμφανίζονται στην ίδια οριζόντια γραμμή.

Ο Τζον Νιούλαντς ήταν, φυσικά, ο πρώτος που έδωσε μια σειρά στοιχείων διατεταγμένων κατά σειρά αύξησης της ατομικής μάζας, έδωσε τον αντίστοιχο ατομικό αριθμό στα χημικά στοιχεία και παρατήρησε τη συστηματική σχέση μεταξύ αυτής της σειράς και ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣστοιχεία. Έγραψε ότι σε μια τέτοια ακολουθία επαναλαμβάνονται οι ιδιότητες των στοιχείων, των οποίων τα ισοδύναμα βάρη (μάζα) διαφέρουν κατά 7 μονάδες ή κατά μια τιμή που είναι πολλαπλάσιο του 7, δηλαδή σαν το όγδοο στοιχείο κατά σειρά να επαναλαμβάνει τις ιδιότητες της πρώτης, όπως στη μουσική η όγδοη νότα επαναλαμβάνεται πρώτη. Ο Newlands προσπάθησε να δώσει σε αυτήν την εξάρτηση, που στην πραγματικότητα συμβαίνει για τα ελαφριά στοιχεία, έναν παγκόσμιο χαρακτήρα. Στον πίνακα του, παρόμοια στοιχεία βρίσκονταν σε οριζόντιες σειρές, αλλά στην ίδια σειρά υπήρχαν συχνά στοιχεία εντελώς διαφορετικά σε ιδιότητες. Επιπλέον, ο Newlands αναγκάστηκε να τοποθετήσει δύο στοιχεία σε ορισμένα κελιά. Τέλος, το τραπέζι δεν περιείχε καμία άδεια θέση. Ως αποτέλεσμα, ο νόμος των οκτάβων έγινε δεκτός με ακραίο σκεπτικισμό.

Τραπέζια Odling και Meyer

Εκδηλώσεις του περιοδικού νόμου σε σχέση με την ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων

Η περιοδικότητα των ενεργειών συγγένειας ηλεκτρονίων των ατόμων εξηγείται, φυσικά, από τους ίδιους παράγοντες που είχαν ήδη σημειωθεί όταν συζητήθηκαν τα δυναμικά ιονισμού (βλ. ορισμό της ενέργειας συγγένειας ηλεκτρονίων).

Έχουν την υψηλότερη συγγένεια ηλεκτρονίων Π-στοιχεία της ομάδας VII. Η χαμηλότερη συγγένεια ηλεκτρονίων είναι για άτομα με διαμόρφωση s² ( , , ) και s²p 6 ( , ) ή με μισογεμάτο Π-τροχιακά ( , , ):

Εκδηλώσεις του περιοδικού νόμου σχετικά με την ηλεκτραρνητικότητα

Αυστηρά μιλώντας, δεν μπορεί να εκχωρηθεί σταθερή ηλεκτραρνητικότητα σε ένα στοιχείο. Η ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, ιδιαίτερα από την κατάσταση σθένους του ατόμου, την τυπική κατάσταση οξείδωσης, τον αριθμό συντονισμού, τη φύση των προσδεμάτων που συνθέτουν το περιβάλλον του ατόμου στο μοριακό σύστημα και μερικούς άλλους. Πρόσφατα, η λεγόμενη τροχιακή ηλεκτραρνητικότητα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για τον χαρακτηρισμό της ηλεκτραρνητικότητας, ανάλογα με τον τύπο του ατομικού τροχιακού που εμπλέκεται στο σχηματισμό ενός δεσμού και με τον πληθυσμό ηλεκτρονίων του, δηλ. καταλαμβάνεται μεμονωμένα από ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο ή είναι κενό. Όμως, παρά τις γνωστές δυσκολίες στην ερμηνεία και τον ορισμό της ηλεκτραρνητικότητας, παραμένει πάντα απαραίτητο για μια ποιοτική περιγραφή και πρόβλεψη της φύσης των δεσμών σε ένα μοριακό σύστημα, συμπεριλαμβανομένης της ενέργειας δέσμευσης, της ηλεκτρονικής κατανομής φορτίου και του βαθμού ιονισμού, της σταθεράς δύναμης κ.λπ.

Η περιοδικότητα της ατομικής ηλεκτραρνητικότητας είναι σημαντική αναπόσπαστο μέροςπεριοδικό νόμο και μπορεί εύκολα να εξηγηθεί με βάση την αμετάβλητη, αν και όχι εντελώς σαφή, εξάρτηση των τιμών ηλεκτραρνητικότητας από τις αντίστοιχες τιμές των ενεργειών ιονισμού και των συγγένειων ηλεκτρονίων.

Στις περιόδους υπάρχει μια γενική τάση για αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας και στις υποομάδες υπάρχει μείωση. Η χαμηλότερη ηλεκτραρνητικότητα είναι για τα στοιχεία s της ομάδας I, η υψηλότερη για τα στοιχεία p της ομάδας VII.

Εκδηλώσεις του περιοδικού νόμου σε σχέση με ατομικές και ιοντικές ακτίνες

Ρύζι. 4 Εξάρτηση των τροχιακών ακτίνων των ατόμων από τον ατομικό αριθμό του στοιχείου.

Η περιοδική φύση των αλλαγών στα μεγέθη των ατόμων και των ιόντων είναι γνωστή εδώ και πολύ καιρό. Η δυσκολία εδώ είναι ότι λόγω κυματική φύσηηλεκτρονική κίνηση, τα άτομα δεν έχουν αυστηρά καθορισμένα μεγέθη. Δεδομένου ότι ο άμεσος προσδιορισμός των απόλυτων μεγεθών (ακτίνων) μεμονωμένων ατόμων είναι αδύνατος, στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται συχνά οι εμπειρικές τους τιμές. Λαμβάνονται από μετρημένες διαπυρηνικές αποστάσεις σε κρυστάλλους και ελεύθερα μόρια, διαιρώντας κάθε διαπυρηνική απόσταση σε δύο μέρη και εξισώνοντας το ένα με την ακτίνα του πρώτου (από τα δύο που συνδέονται με αντίστοιχο χημικό δεσμό) ατόμου και το άλλο με την ακτίνα του το δεύτερο άτομο. Αυτή η διαίρεση λαμβάνει υπόψη διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της φύσης του χημικού δεσμού, των καταστάσεων οξείδωσης των δύο συνδεδεμένων ατόμων, της φύσης του συντονισμού του καθενός κ.λπ. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνονται οι λεγόμενες μεταλλικές, ομοιοπολικές, ιοντικές και van der Waals ακτίνες. Οι ακτίνες Van der Waals θα πρέπει να θεωρηθούν ως οι ακτίνες των μη συνδεδεμένων ατόμων. βρίσκονται από διαπυρηνικές αποστάσεις σε στερεό ή υγρές ουσίες, όπου τα άτομα βρίσκονται σε άμεση γειτνίαση μεταξύ τους (για παράδειγμα, άτομα σε στερεό αργό ή άτομα από δύο γειτονικά μόρια N 2 σε στερεό άζωτο), αλλά δεν συνδέονται μεταξύ τους με κανένα χημικό δεσμό.

Αλλά, προφανώς, η καλύτερη περιγραφή του αποτελεσματικού μεγέθους ενός απομονωμένου ατόμου είναι η θεωρητικά υπολογισμένη θέση (απόσταση από τον πυρήνα) του κύριου μέγιστου της πυκνότητας φορτίου των εξωτερικών ηλεκτρονίων του. Αυτή είναι η λεγόμενη τροχιακή ακτίνα του ατόμου. Η περιοδικότητα στην αλλαγή των τιμών των τροχιακών ατομικών ακτίνων ανάλογα με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου εκδηλώνεται αρκετά καθαρά (βλ. Εικ. 4) και τα κύρια σημεία εδώ είναι η παρουσία πολύ έντονων μεγίστων που αντιστοιχούν σε άτομα αλκαλίων μέταλλα και τα ίδια ελάχιστα που αντιστοιχούν στα ευγενή αέρια. Η μείωση των τιμών των τροχιακών ατομικών ακτίνων κατά τη μετάβαση από ένα αλκαλικό μέταλλο στο αντίστοιχο (πλησιέστερο) ευγενές αέριο είναι, με εξαίρεση τη σειρά, μη μονοτονική φύση, ειδικά όταν οικογένειες μεταβατικών στοιχείων (μέταλλα ) και λανθανίδες ή ακτινίδες εμφανίζονται μεταξύ του αλκαλιμετάλλου και του ευγενούς αερίου. Για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε οικογένειες ρε-Και φά-στοιχεία, παρατηρείται λιγότερο απότομη μείωση στις ακτίνες, καθώς η πλήρωση των τροχιακών με ηλεκτρόνια συμβαίνει στο προ-εξωτερικό στρώμα. Σε υποομάδες στοιχείων, οι ακτίνες των ατόμων και των ιόντων του ίδιου τύπου γενικά αυξάνονται.

Εκδηλώσεις του περιοδικού νόμου σε σχέση με την ενέργεια ψεκασμού

Θα πρέπει να τονιστεί ότι η κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου, ως τυπικό χαρακτηριστικό, δεν παρέχει μια ιδέα ούτε για τα αποτελεσματικά φορτία των ατόμων αυτού του στοιχείου στην ένωση ούτε για το σθένος των ατόμων, αν και η κατάσταση οξείδωσης είναι συχνά ονομάζεται επίσημο σθένος. Πολλά στοιχεία είναι ικανά να εμφανίζουν όχι μία, αλλά πολλές διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης. Για παράδειγμα, για το χλώριο όλες οι καταστάσεις οξείδωσης είναι γνωστές από -1 έως +7, αν και οι άρτιες είναι πολύ ασταθείς, και για το μαγγάνιο - από +2 έως +7. Οι υψηλότερες τιμές της κατάστασης οξείδωσης αλλάζουν περιοδικά ανάλογα με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου, αλλά αυτή η περιοδικότητα είναι σύνθετη. Στην απλούστερη περίπτωση, στη σειρά στοιχείων από ένα αλκαλικό μέταλλο σε ένα ευγενές αέριο, η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης αυξάνεται από +1 (F) σε +8 (O4). Σε άλλες περιπτώσεις, η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης του ευγενούς αερίου είναι μικρότερη (+4 F 4) από ό,τι για το προηγούμενο αλογόνο (+7 O 4 −). Επομένως, στην καμπύλη της περιοδικής εξάρτησης της υψηλότερης κατάστασης οξείδωσης από τον ατομικό αριθμό ενός στοιχείου, τα μέγιστα πέφτουν είτε στο ευγενές αέριο είτε στο αλογόνο που προηγείται του (τα ελάχιστα πάντα στο αλκαλικό μέταλλο). Η εξαίρεση είναι η σειρά - , στην οποία ούτε το αλογόνο () ούτε το ευγενές αέριο () είναι καθόλου γνωστά υψηλούς βαθμούςοξείδωση και το μεσαίο μέλος της σειράς, το άζωτο, έχει την υψηλότερη τιμή της υψηλότερης κατάστασης οξείδωσης. ως εκ τούτου, στη σειρά - η αλλαγή στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης αποδεικνύεται ότι περνά από ένα μέγιστο. Γενικά, η αύξηση της υψηλότερης κατάστασης οξείδωσης στη σειρά στοιχείων από ένα αλκαλικό μέταλλο σε ένα αλογόνο ή σε ένα ευγενές αέριο δεν συμβαίνει μονότονα, κυρίως λόγω της εκδήλωσης υψηλών καταστάσεων οξείδωσης μεταβατικά μέταλλα. Για παράδειγμα, η αύξηση στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης στη σειρά - από +1 σε +8 "περιπλέκεται" από το γεγονός ότι τέτοιες υψηλές καταστάσεις οξείδωσης όπως +6 (O 3), +7 (2 O 7), + είναι γνωστό για το μολυβδαίνιο, το τεχνήτιο και το ρουθήνιο 8(O4).

Εκδηλώσεις του περιοδικού νόμου σε σχέση με το οξειδωτικό δυναμικό

Ένα από τα πολύ σημαντικά χαρακτηριστικά μιας απλής ουσίας είναι το δυναμικό οξείδωσής της, το οποίο αντανακλά τη θεμελιώδη ικανότητα μιας απλής ουσίας να αλληλεπιδρά με υδατικά διαλύματα, καθώς και τις οξειδοαναγωγικές ιδιότητες που παρουσιάζει. Περιοδική είναι και η μεταβολή των δυναμικών οξείδωσης απλών ουσιών ανάλογα με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου. Αλλά πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι το οξειδωτικό δυναμικό μιας απλής ουσίας επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, οι οποίοι μερικές φορές πρέπει να εξετάζονται μεμονωμένα. Επομένως, η περιοδικότητα των αλλαγών στα δυναμικά οξείδωσης θα πρέπει να ερμηνεύεται πολύ προσεκτικά.

/Na+(aq) /Mg 2+ (υδ.) /Al 3+ (aq)
2,71 V 2,37 V 1,66V
/K + (aq) /Ca 2+ (aq) /Sc 3+ (aq)
2,93V 2,87 V 2,08V

Είναι δυνατό να ανιχνευθούν ορισμένες συγκεκριμένες αλληλουχίες στις αλλαγές στα δυναμικά οξείδωσης απλών ουσιών. Ειδικότερα, στη σειρά μετάλλων, κατά τη μετάβαση από τα αλκαλικά στα στοιχεία που τα ακολουθούν, εμφανίζεται μείωση των δυναμικών οξείδωσης (+ (υδατ.) κ.λπ. - ένυδρο κατιόν):

Αυτό εξηγείται εύκολα από την αύξηση της ενέργειας ιονισμού των ατόμων με την αύξηση του αριθμού των ηλεκτρονίων σθένους που αφαιρέθηκαν. Επομένως, στην καμπύλη της εξάρτησης των δυναμικών οξείδωσης απλών ουσιών από τον ατομικό αριθμό του στοιχείου, υπάρχουν μέγιστα που αντιστοιχούν σε αλκαλιμέταλλα. Αλλά αυτός δεν είναι ο μόνος λόγος για αλλαγές στο δυναμικό οξείδωσης απλών ουσιών.

Εσωτερική και δευτερεύουσα περιοδικότητα

μικρό- Και R-στοιχεία

Οι γενικές τάσεις στη φύση των αλλαγών στις τιμές της ενέργειας ιονισμού των ατόμων, της ενέργειας συγγένειας ηλεκτρονίων των ατόμων, της ηλεκτραρνητικότητας, της ατομικής και ιοντικής ακτίνας, της ενέργειας ψεκασμού απλών ουσιών, της κατάστασης οξείδωσης, των δυναμικών οξείδωσης των απλών ουσιών ανάλογα με την ατομική ο αριθμός του στοιχείου συζητείται παραπάνω. Με μια βαθύτερη μελέτη αυτών των τάσεων, μπορεί κανείς να διαπιστώσει ότι τα μοτίβα στις αλλαγές στις ιδιότητες των στοιχείων σε περιόδους και ομάδες είναι πολύ πιο περίπλοκα. Στη φύση των αλλαγών στις ιδιότητες των στοιχείων σε μια περίοδο, εκδηλώνεται η εσωτερική περιοδικότητα και σε μια ομαδική - δευτερεύουσα περιοδικότητα (ανακαλύφθηκε από τον E.V. Biron το 1915).

Έτσι, όταν περνάμε από ένα s-στοιχείο της ομάδας I σε R-το στοιχείο της ομάδας VIII έχει εσωτερικά μέγιστα και ελάχιστα στην καμπύλη ενέργειας ατομικού ιοντισμού και στην καμπύλη μεταβολών στις ακτίνες τους (βλ. Εικ. 1, 2, 4).

Αυτό υποδηλώνει την εσωτερική περιοδική φύση της αλλαγής αυτών των ιδιοτήτων κατά τη διάρκεια της περιόδου. Μια εξήγηση των σημειωμένων μοτίβων μπορεί να δοθεί χρησιμοποιώντας την έννοια της θωράκισης του πυρήνα.

Η επίδραση θωράκισης του πυρήνα οφείλεται στα ηλεκτρόνια των εσωτερικών στιβάδων, τα οποία, θωρακίζοντας τον πυρήνα, εξασθενούν την έλξη του εξωτερικού ηλεκτρονίου προς αυτόν. Έτσι, όταν μετακινούμαστε από το βηρύλλιο 4 στο βόριο 5, παρά την αύξηση του πυρηνικού φορτίου, η ενέργεια ιοντισμού των ατόμων μειώνεται:

Ρύζι. 5 Σχέδιο δομής των τελευταίων επιπέδων βηρυλλίου, 9,32 eV (αριστερά) και βορίου, 8,29 eV (δεξιά)

Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η έλξη προς τον πυρήνα 2π-το ηλεκτρόνιο του ατόμου του βορίου εξασθενεί λόγω του φαινομένου διαλογής 2s-ηλεκτρόνια.

Είναι σαφές ότι η θωράκιση του πυρήνα αυξάνεται με την αύξηση του αριθμού των εσωτερικών ηλεκτρονικών στρωμάτων. Επομένως, σε υποομάδες μικρό- Και R-στοιχεία υπάρχει μια τάση μείωσης της ενέργειας ιοντισμού των ατόμων (βλ. Εικ. 1).

Η μείωση της ενέργειας ιονισμού από το άζωτο 7 N σε οξυγόνο 8 O (βλ. Εικ. 1) εξηγείται από την αμοιβαία απώθηση δύο ηλεκτρονίων του ίδιου τροχιακού:

Ρύζι. 6 Σχέδιο δομής των τελευταίων επιπέδων αζώτου, 14,53 eV (αριστερά) και οξυγόνου, 13,62 eV (δεξιά)

Η επίδραση της διαλογής και της αμοιβαίας απώθησης των ηλεκτρονίων από ένα τροχιακό εξηγεί επίσης την εσωτερικά περιοδική φύση της αλλαγής στις ατομικές ακτίνες κατά τη διάρκεια της περιόδου (βλ. Εικ. 4).

Ρύζι. 7 Δευτερεύουσα περιοδική εξάρτηση των ακτίνων των ατόμων των εξωτερικών ρ-τροχιακών από τον ατομικό αριθμό

Ρύζι. 8 Δευτερεύουσα περιοδική εξάρτηση της πρώτης ενέργειας ιοντισμού των ατόμων από τον ατομικό αριθμό

Ρύζι. 9 Ακτινική κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων στο άτομο νατρίου

Στη φύση των αλλαγών στις ιδιότητες μικρό- Και R-στοιχεία στις υποομάδες, παρατηρείται καθαρά δευτερεύουσα περιοδικότητα (Εικ. 7). Για να το εξηγήσουμε, χρησιμοποιείται η ιδέα της διείσδυσης ηλεκτρονίων στον πυρήνα. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 9, ένα ηλεκτρόνιο οποιουδήποτε τροχιακού παραμένει σε μια περιοχή κοντά στον πυρήνα για ορισμένο χρόνο. Με άλλα λόγια, τα εξωτερικά ηλεκτρόνια διεισδύουν στον πυρήνα μέσω στρωμάτων εσωτερικών ηλεκτρονίων. Όπως φαίνεται από το σχήμα 9, εξωτερικό 3 μικρό-το ηλεκτρόνιο του ατόμου νατρίου έχει πολύ σημαντική πιθανότητα να βρίσκεται κοντά στον πυρήνα στην περιοχή του εσωτερικού ΠΡΟΣ ΤΗΝ- Και μεγάλο-ηλεκτρονικά στρώματα.

Η συγκέντρωση της πυκνότητας ηλεκτρονίων (ο βαθμός διείσδυσης ηλεκτρονίων) στον ίδιο κύριο κβαντικό αριθμό είναι μεγαλύτερη για μικρό-ηλεκτρόνιο, λιγότερο - για R-ηλεκτρόνιο, ακόμη λιγότερο - για ρε-ηλεκτρόνιο κλπ. Για παράδειγμα, με n = 3, ο βαθμός διείσδυσης μειώνεται στην ακολουθία 3 μικρό>3Π>3ρε(βλ. Εικ. 10).

Ρύζι. 10 Ακτινική κατανομή της πιθανότητας εύρεσης ηλεκτρονίου (πυκνότητα ηλεκτρονίων) σε απόσταση rαπό τον πυρήνα

Είναι σαφές ότι το φαινόμενο διείσδυσης αυξάνει την ισχύ του δεσμού μεταξύ των εξωτερικών ηλεκτρονίων και του πυρήνα. Λόγω βαθύτερης διείσδυσης μικρό-τα ηλεκτρόνια θωρακίζουν τον πυρήνα σε μεγαλύτερο βαθμό από ό R-ηλεκτρόνια, και τα τελευταία είναι ισχυρότερα από ρε-ηλεκτρόνια κ.λπ.

Χρησιμοποιώντας την ιδέα της διείσδυσης ηλεκτρονίων στον πυρήνα, ας εξετάσουμε τη φύση της αλλαγής στην ακτίνα των ατόμων των στοιχείων στην υποομάδα άνθρακα. Στη σειρά - - - - υπάρχει μια γενική τάση για αύξηση της ατομικής ακτίνας (βλ. Εικ. 4, 7). Ωστόσο, αυτή η αύξηση είναι μη μονότονη. Όταν πηγαίνετε από Si στο Ge, εξωτερικό R-Τα ηλεκτρόνια διεισδύουν μέσω οθόνης δέκα 3 ρε-ηλεκτρόνια και έτσι ενισχύουν τον δεσμό με τον πυρήνα και συμπιέζουν το ηλεκτρονιακό κέλυφος του ατόμου. Μείωση μεγέθους 6 Π- τροχιακά Pb σε σύγκριση με 5 R-το τροχιακό Sn οφείλεται στη διείσδυση 6 Π-ηλεκτρόνια κάτω από διπλή οθόνη δέκα 5 ρε-ηλεκτρόνια και δεκατέσσερα 4 φά-ηλεκτρόνια. Αυτό εξηγεί επίσης τη μη μονοτονία στη μεταβολή της ενέργειας ιοντισμού των ατόμων στη σειρά C-Pb και τη μεγαλύτερη τιμή του για το Pb σε σύγκριση με το άτομο Sn (βλ. Εικ. 1).

ρε-Στοιχεία

Στο εξωτερικό στρώμα των ατόμων ρε-στοιχεία (με εξαίρεση τα ) υπάρχουν 1-2 ηλεκτρόνια ( ns-κατάσταση). Τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στο (n-1) ρε-κατάσταση, δηλαδή στο προ-εξωτερικό στρώμα.

Αυτή η δομή των κελυφών ηλεκτρονίων των ατόμων καθορίζει μερικά γενικές ιδιότητες ρε-στοιχεία. Έτσι, τα άτομα τους χαρακτηρίζονται από σχετικά χαμηλές τιμές της πρώτης ενέργειας ιονισμού. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, η φύση της αλλαγής στην ενέργεια ιονισμού των ατόμων κατά την περίοδο της σειράς ρε-τα στοιχεία είναι πιο ομαλά από ό,τι στη σειρά μικρό- Και Π-στοιχεία. Κατά τη μετακίνηση από ρε-στοιχείο της ομάδας III έως ρε-Για ένα στοιχείο της ομάδας II, οι τιμές ενέργειας ιονισμού αλλάζουν μη μονοτονικά. Έτσι, στην τομή της καμπύλης (Εικ. 1) είναι ορατές δύο περιοχές, που αντιστοιχούν στην ενέργεια ιοντισμού των ατόμων στα οποία ρε-τροχιακά ενός και δύο ηλεκτρονίων. Γέμισμα 3 ρε-τροχιακά με ένα ηλεκτρόνιο κάθε άκρο στο (3d 5 4s 2), το οποίο χαρακτηρίζεται από μια ελαφρά αύξηση στη σχετική σταθερότητα της διαμόρφωσης 4s 2 λόγω της διείσδυσης ηλεκτρονίων 4s 2 κάτω από την οθόνη της διαμόρφωσης 3d 5. Υψηλότερη τιμήη ενέργεια ιονισμού έχει (3d 10 4s 2), η οποία είναι σύμφωνη με την πλήρη συμπλήρωση του 3 ρε-υποστιβάδα και σταθεροποίηση του ζεύγους ηλεκτρονίων λόγω διείσδυσης κάτω από την οθόνη 3 ρε 10 - διαμορφώσεις.

Σε υποομάδες ρε-στοιχεία, οι τιμές ενέργειας ιονισμού των ατόμων γενικά αυξάνονται. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την επίδραση της διείσδυσης ηλεκτρονίων στον πυρήνα. Έτσι, εάν εσείς ρε-στοιχεία της 4ης περιόδου εξωτερικά 4 μικρό-Τα ηλεκτρόνια διεισδύουν κάτω από την οθόνη 3 ρε-ηλεκτρόνια, τότε τα στοιχεία της 6ης περιόδου έχουν εξωτερικό 6 μικρό-Τα ηλεκτρόνια διεισδύουν ήδη κάτω από τη διπλή οθόνη 5 ρε- και 4 φά-ηλεκτρόνια. Για παράδειγμα:

22 Ti…3d 2 4s 2 I = 6,82 eV
40 Zr …3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2 I = 6,84 eV
72 Hf… 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 2 6s 2 I = 7,5 eV

Επομένως ρε-στοιχεία 6ης περιόδου εξωτερικά β μικρό-Τα ηλεκτρόνια συνδέονται με τον πυρήνα πιο σταθερά και, επομένως, η ενέργεια ιοντισμού των ατόμων είναι μεγαλύτερη από αυτή του ρε-στοιχεία της 4ης περιόδου.

Ατομικά μεγέθη ρε-τα στοιχεία είναι ενδιάμεσα μεταξύ των ατομικών μεγεθών μικρό- Και Π-στοιχεία μιας δεδομένης περιόδου. Η αλλαγή στις ακτίνες των ατόμων τους κατά τη διάρκεια της περιόδου είναι πιο ομαλή από ό,τι για μικρό- Και Π-στοιχεία.

Σε υποομάδες ρε-στοιχεία, οι ατομικές ακτίνες γενικά αυξάνονται. Είναι σημαντικό να σημειωθεί το ακόλουθο χαρακτηριστικό: αύξηση της ατομικής και ιοντικής ακτίνας σε υποομάδες ρε-στοιχεία αντιστοιχεί κυρίως στη μετάβαση από το στοιχείο της 4ης στο στοιχείο της 5ης περιόδου. Οι αντίστοιχες ακτίνες των ατόμων ρε-τα στοιχεία της 5ης και 6ης περιόδου αυτής της υποομάδας είναι περίπου τα ίδια. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι αντισταθμίζεται η αύξηση των ακτίνων λόγω αύξησης του αριθμού των ηλεκτρονικών στρωμάτων κατά τη μετάβαση από την 5η στην 6η περίοδο φά-συμπίεση που προκαλείται από πλήρωση με ηλεκτρόνια 4 φά-υποστιβάδα φά-στοιχεία της 6ης περιόδου. Σε αυτήν την περίπτωση φά-συμπίεση ονομάζεται λανθανίδη. Με παρόμοια ηλεκτρονικές διαμορφώσειςεξωτερικές στιβάδες και περίπου τα ίδια μεγέθη ατόμων και ιόντων για ρε-στοιχεία της 5ης και 6ης περιόδου αυτής της υποομάδας χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερη ομοιότητα ιδιοτήτων.

Τα στοιχεία της υποομάδας σκανδίου δεν υπακούουν στα σημειωμένα μοτίβα. Αυτή η υποομάδα χαρακτηρίζεται από μοτίβα χαρακτηριστικά γειτονικών υποομάδων μικρό-στοιχεία.

Ο περιοδικός νόμος είναι η βάση της χημικής συστηματικής

δείτε επίσης

Σημειώσεις

Βιβλιογραφία

  1. Αχμέτοφ Ν. Σ.Τρέχοντα θέματα μαθημάτων ανόργανη χημεία. - Μ.: Εκπαίδευση, 1991. - 224 σελ. - ISBN 5-09-002630-0
  2. Korolkov D. V.Βασικές αρχές της ανόργανης χημείας. - Μ.: Εκπαίδευση, 1982. - 271 σελ.
  3. Mendeleev D. I. Fundamentals of Chemistry, τ. 2. Μ.: Goskhimizdat, 1947. 389 p.
  4. Mendeleev D.I.// Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: Σε 86 τόμους (82 τόμοι και 4 επιπλέον). - Αγία Πετρούπολη. , 1890-1907.