Периодичен закон на Д.И. Менделеев.
Својствата на хемиските елементи, а со тоа и својствата на едноставните и сложените тела што ги формираат, периодично зависат од големината на атомската тежина.
Физичко значење на периодичниот закон.
Физичкото значење на периодичниот закон лежи во периодичната промена на својствата на елементите, како резултат на периодично повторување на e-ти обвивки на атомите, со постојано зголемување на n.
Модерна формулација на ПЗ на Д.И. Менделеев.
Својствата на хемиските елементи, како и својствата на едноставните или сложените супстанции формирани од нив, периодично зависат од големината на полнежот на јадрата на нивните атоми.
Периодичен систем на елементи.
Периодичен систем е систем на класификации на хемиски елементи создадени врз основа на периодичниот закон. Периодниот систем воспоставува односи помеѓу хемиските елементи што ги одразуваат нивните сличности и разлики.
Периодичен систем (има два вида: краток и долг) елементи.
Периодниот систем на елементи е графички приказ на периодичниот систем на елементи, се состои од 7 периоди и 8 групи.
Прашање 10
Периодичен систем и структура на електронски обвивки на атоми на елементи.
Подоцна беше откриено дека не само серискиот број на елементот има длабоко физичко значење, туку и другите концепти кои претходно беа дискутирани, исто така, постепено добиваа физичко значење. На пример, бројот на групата, што укажува на највисоката валентност на елементот, со тоа го открива максималниот број на електрони во атомот на одреден елемент што можат да учествуваат во формирањето хемиска врска.
Периодниот број, пак, се покажа дека е поврзан со бројот на енергетски нивоа присутни во електронската обвивка на атомот на елементот од даден период.
Така, на пример, „координатите“ на калај Sn (сериски број 50, период 5, главна подгрупа од групата IV) значат дека има 50 електрони во атом на калај, тие се распределени на 5 енергетски нивоа, само 4 електрони се валентни .
Физичкото значење на наоѓање елементи во подгрупи од различни категории е исклучително важно. Излегува дека за елементите лоцирани во подгрупите на категоријата I, следниот (последниот) електрон се наоѓа на s-подниво надворешно ниво. Овие елементи припаѓаат на електронското семејство. За атомите на елементи лоцирани во подгрупите од категоријата II, следниот електрон се наоѓа на p-поднивонадворешно ниво. Ова се елементи од електронското семејство „p“ Така, следниот 50-ти електрон во атомите на калај се наоѓа на р-поднивото на надворешното, т.е., 5-то енергетско ниво.
За атомите на елементите од подгрупите III категорија, следниот електрон се наоѓа на г-подниво, но веќе на надворешно ниво, тоа се елементи од електронското семејство „д“. Во атомите на лантанид и актинид, следниот електрон се наоѓа на поднивото f, пред надворешното ниво. Ова се елементите на електронското семејство „ѓ“.
Затоа, не е случајно што броевите на подгрупите од овие 4 категории забележани погоре, односно 2-6-10-14, се совпаѓаат со максималниот број на електрони во поднивоата s-p-d-f.
Но, излегува дека е можно да се реши прашањето за редоследот на пополнување на електронската обвивка и да се изведе електронската формула за атом на кој било елемент врз основа на периодичниот систем, кој со доволна јасност го означува нивото и поднивото на секој последователен електрон. Периодниот систем, исто така, укажува на поставување на елементите еден по друг во периоди, групи, подгрупи и распределба на нивните електрони меѓу нивоата и поднивоата, бидејќи секој елемент има свој, што го карактеризира неговиот последен електрон. Како пример, да го погледнеме составувањето електронска формула за атом на елементот циркониум (Zr). Периодичен системги дава индикаторите и „координатите“ на овој елемент: сериски број 40, период 5, група IV, секундарна подгрупа Првите заклучоци: а) има 40 електрони, б) овие 40 електрони се распределени на пет енергетски нивоа, в) надвор од 40 електрони, само 4 се валентни, г) следниот 40-ти електрон влезе во d-поднивото пред надворешното, односно четвртото енергетско ниво. Слични заклучоци може да се извлечат за секој од 39-те елементи кои претходат на циркониумот, само индикаторите и координатите ќе бидат различни секој пат.
„Својствата на елементите, а со тоа и едноставните и сложени тела (супстанции) што тие ги формираат, периодично зависат од нивната атомска тежина“.
„Својствата на хемиските елементи (т.е. својствата и формата на соединенијата што тие ги формираат) периодично зависат од полнењето на јадрото на атомите на хемиските елементи“.
Физичко значење на хемиската периодичност
Периодични промени во својствата на хемиските елементи се предизвикани од правилното повторување на електронската конфигурација на надворешното енергетско ниво (валентните електрони) на нивните атоми со зголемување на полнежот на јадрото.
Графички приказПериодниот закон е периодниот систем. Содржи 7 периоди и 8 групи.
Период - хоризонтални редови на елементи со иста максимална вредност на главниот квантен број на валентни електрони.
Бројот на периодот го означува бројот на нивоа на енергија во атомот на елементот.
Периодите може да се состојат од 2 (прв), 8 (втор и трет), 18 (четврт и петти) или 32 (шести) елементи, во зависност од бројот на електрони во надворешното енергетско ниво. Последниот, седми период е некомплетен.
Сите периоди (освен првиот) започнуваат со алкален метал ( s- елемент), и завршуваат со благороден гас ( ns 2 np 6).
Металните својства се сметаат како способност на атомите на елементите лесно да се откажат од електроните, а неметалните својства да добиваат електрони поради желбата на атомите да стекнат стабилна конфигурација со пополнети поднивоа. Надворешно полнење s- поднивото ги означува металните својства на атомот и формирањето на надворешниот p- подниво - на неметални својства. Зголемување на бројот на електрони за p- поднивото (од 1 до 5) ги подобрува неметалните својства на атомот. Атоми со целосно формирана, енергетски стабилна конфигурација на надворешниот електронски слој ( ns 2 np 6) хемиски инертен.
Во текот на долги периоди, транзицијата на својствата од активен металдо благородниот гас се јавува понепречено отколку во кратки периоди, бидејќи формирање на внатрешни ( n - 1) d - подниво додека го одржува надворешното ns 2 - Слој. Големите периоди се состојат од парни и непарни серии.
За елементи од рамномерни редови на надворешниот слој ns 2 - електроните, затоа преовладуваат металните својства и нивното слабеење со зголемување на нуклеарниот полнеж е мало; во непарни редови се формира np- подниво, што го објаснува значителното слабеење метални својства.
Групи - вертикални колони на елементи со ист број на валентни електрони еднаков на бројот на групата. Постојат главни и секундарни подгрупи.
Главните подгрупи се состојат од елементи од мали и големи периоди, чии валентни електрони се наоѓаат на надворешниот ns - и np - поднивоа.
Страничните подгрупи се состојат од елементи од само големи периоди. Нивните валентни електрони се наоѓаат на надворешната страна ns- подниво и внатрешно ( n - 1) d - подниво (или (n - 2) f - подниво).
Во зависност од кое подниво ( s -, p -, d - или f -) исполнети со валентни електрони, елементите на периодниот систем се поделени на: s- елементи (елементи од главната подгрупаГрупи I и II), стр - елементи (елементи од главните подгрупи III - VII групи), г - елементи (елементи на странични подгрупи), f- елементи (лантаниди, актиниди).
Во главните подгрупи, од врвот до дното, металните својства се зголемуваат, а неметалните својства слабеат. Елементите на главната и секундарната група во голема мера се разликуваат во својствата.
Бројот на групата ја означува највисоката валентност на елементот (освенО, Ф, елементи од бакарната подгрупа и осмата група).
Формулите на повисоките оксиди (и нивните хидрати) се заеднички за елементите на главните и секундарните подгрупи. Во повисоките оксиди и нивните хидрати на елементи I - III групи (освен бор) преовладуваат основните својства, со IV до VIII - кисела.
Откако ги проучувал својствата на елементите распоредени во низа зголемени вредности на нивните атомски маси, големиот руски научник Д.И. Менделеев во 1869 година го извел законот за периодичност:
својствата на елементите, а со тоа и својствата на едноставните и сложените тела што ги формираат, периодично зависат од големината на атомските тежини на елементите.
модерна формулација на периодичниот закон на Менделеев:
Својствата на хемиските елементи, како и формите и својствата на соединенијата на елементите, периодично зависат од полнењето на нивните јадра.
Бројот на протони во јадрото ја одредува големината на позитивниот полнеж на јадрото и, соодветно, атомскиот број Z на елементот во периодниот систем. Се нарекува вкупниот број на протони и неутрони маса број А,приближно е еднаква на масата на јадрото. Затоа бројот на неутрони (N)во јадрото може да се најде со формулата:
N = A -З.
Електронска конфигурација- формула за распоредување на електроните во различни електронски обвивки на атомско-хемиски елемент
Или молекули.
17. Квантни броеви и редослед на пополнување на енергетските нивоа и орбитали во атомите. Правилата на Клечковски
Редоследот на дистрибуција на електрони меѓу енергетските нивоа и поднивоата во обвивката на атомот се нарекува електронска конфигурација. Состојбата на секој електрон во атомот се одредува со четири квантни броеви:
1. Главен квантен број nја карактеризира во најголема мера енергијата на електронот во атомот. n = 1, 2, 3….. Електронот има најмала енергија на n = 1, додека е најблиску до јадрото на атомот.
2. Орбитален (страничен, азимутален) квантен број lго одредува обликот на електронскиот облак и, во мала мера, неговата енергија. За секоја вредност на главниот квантен број n, орбиталниот квантен број може да земе нула и голем број цели броеви: l = 0…(n-1)
Електронските состојби кои се карактеризираат со различни вредности на l обично се нарекуваат енергетски поднивоа на електронот во атомот. Секое подниво е означено со одредена буква и одговара на одредена форма на електронскиот облак (орбитала).
3. Магнетен квантен број m lги одредува можните ориентации на електронскиот облак во вселената. Бројот на такви ориентации се одредува според бројот на вредности што може да ги земе магнетниот квантен број:
m l = -l, …0,…+l
Бројот на такви вредности за одредено l: 2l+1
Соодветно: за s-електрони: 2·0 +1=1 (сферична орбитала може да се ориентира само на еден начин);
4. Спин квантен број m s ого одразува присуството на сопствениот импулс на електронот.
Спин квантниот број може да има само две вредности: m s = +1/2 или –1/2
Распределба на електрони во атоми на повеќе електронисе случува во согласност со три принципи:
Паули принцип
Атомот не може да има електрони кои имаат исто множество од сите четири квантни броеви.
2. Хундовото правило(правило за трамвај)
Во најстабилната состојба на атомот, електроните се наоѓаат во рамките на електронското потниво така што нивниот вкупен спин е максимален. Слично на редоследот на пополнување двојни седишта во празен трамвај кој застанува - прво, луѓето кои не се запознаени едни со други се седнуваат на двојни седишта (и електрони во орбиталите) еден по еден, и само кога празните двојни седишта се заврши во два.
Принципот на минимална енергија (Правила на В.М. Клечковски, 1954)
1) Како што се зголемува полнежот на атомското јадро, секвенцијалното полнење на електронските орбитали се јавува од орбитали со помала вредност на збирот на главниот и орбиталниот петти број (n + l) до орбиталите со поголема вредност на оваа сума.
2) За истите вредности на збирот (n + l), пополнувањето на орбиталите се случува последователно во насока на зголемување на вредноста на главниот квантен број.
18. Методи за моделирање на хемиски врски: метод на валентна врска и метод на молекуларна орбитала.
Метод на валентна врска
Наједноставниот е методот на валентна врска (VB), предложен во 1916 година од американскиот физичко хемичар Луис.
Методот на валентна врска ја смета хемиската врска како резултат на привлекувањето на јадрата на два атома на еден или повеќе електронски парови што ги делат. Таквата двоелектронска и двоцентрична врска, локализирана помеѓу два атома, се нарекува ковалентна.
Во принцип, можни се два механизми на формирање ковалентна врска:
1. Спарување на електрони од два атома под услов на спротивна ориентација на нивните спинови;
2. Интеракција донор-акцептор, во која подготвен електронски пар на еден од атомите (донатор) станува вообичаен во присуство на енергетски поволна слободна орбитала на друг атом (акцептор).
IV - VII - долги периоди, бидејќи се состои од два реда (парни и непарни) елементи.
Типичните метали се наоѓаат во дури и редови на големи периоди. Непарната серија започнува со метал, потоа металните својства слабеат и неметалните својства се зголемуваат, а периодот завршува со инертен гас.
Група- ова е вертикален ред на хемикалии. елементи комбинирани со хемиски својства.
Група
главна подгрупа секундарна подгрупа
Главната подгрупа вклучува секундарна подгрупа вклучува
елементи од мали и големи, елементи само од големи периоди.
периоди.
H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Cu, Ag, Au
мали големи големи
Следниве обрасци се карактеристични за елементите комбинирани во иста група:
1. Поголема валентност на елементите во соединенијата со кислород(со некои исклучоци) одговара на бројот на групата.
Елементите на секундарните подгрупи може да покажат и други повисоки валентности. На пример, Cu - елемент од групата I на страничната подгрупа - го формира оксидот Cu 2 O. Сепак, најчести се соединенијата на двовалентен бакар.
2. Во главните подгрупи(горе надолу) Со зголемување на атомските маси, металните својства на елементите се зголемуваат, а неметалните ослабуваат.
Структурата на атомот.
Долго време во науката преовладуваше мислењето дека атомите се неделиви, т.е. не содржат поедноставни компоненти.
Меѓутоа, во крајот на XIXвек, утврдени се голем број факти кои сведочат за комплексен составатоми и можноста за нивни интерконверзии.
Атомите се сложени формации изградени од помали структурни единици.
|
|
ē - електрон - надвор од јадрото
За хемијата, структурата на електронската обвивка на атомот е од голем интерес. Под електронска обвивкада се разбере севкупноста на сите електрони во атомот. Бројот на електрони во атомот е еднаков на бројот на протони, т.е. атомскиот број на елементот, бидејќи атомот е електрично неутрален.
Најважната карактеристика на електронот е енергијата на неговото поврзување со атомот. Електроните со слични енергетски вредности формираат сингл електронски слој.
Секој хем. елементот во периодниот систем беше нумериран.
Се повикува бројот што го добива секој елемент сериски број.
Физичко значење на серискиот број:
1. Колку е атомскиот број на елементот, така е и полнежот на атомското јадро.
2. Ист број електрони се вртат околу јадрото.
Z = p + Z - сериски број на елементот
n 0 = А - З
n 0 = А - p + A - атомска масаелемент
n 0 = А - ē
На пример, Ли.
Физичко значење на бројот на периодот.
Во кој период е елементот, колку електронски обвивки (слоеви) ќе има.
| |
Не +2 | |
| |
Одредување на максималниот број на електрони во една електронска обвивка.
Концептот на елементите како примарни супстанци датира од античко време и, постепено менувајќи се и станувајќи попрецизен, стигна до наше време. Основачи на научните ставови за хемиските елементи се Р. Бојл (VII век), М.В. Ломоносов (18 век) и Далтон (19 век).
ДО почетокот на XIXВ. Беа познати околу 30 елементи, до средината на 19 век - околу 60. Како што се акумулираше бројот на елементите, се појави задачата за нивно систематизирање. Ваквите обиди пред Д.И. Менделеев не беше помалку од педесет; Систематизацијата се засноваше на: атомска тежина (сега наречена атомска маса), хемиски еквивалент и валентност. Пристапувајќи кон класификацијата на хемиските елементи метафизички, обидувајќи се да ги систематизираат само елементите познати во тоа време, ниту еден од претходниците на Д.И. Менделеев не можеше да ја открие универзалната меѓусебна поврзаност на елементите или да создаде единствен хармоничен систем што го одразува законот за развој на материјата. Овој важен проблем за науката беше брилијантно решен во 1869 година од големиот руски научник Д.И. Менделеев, кој го откри периодичниот закон.
Систематизацијата на Менделеев се засноваше на: а) атомска тежина и б) хемиска сличност меѓу елементите. Највпечатлив израз на сличноста на својствата на елементите е нивната идентична највисока валентност. И атомската тежина (атомска маса) и највисоката валентност на елементот се квантитативни, нумерички константи погодни за систематизација.
Откако ги подредил сите 63 елементи познати во тоа време по ред по редослед на зголемување на атомските маси, Менделеев забележал периодична повторливост на својствата на елементите во нееднакви интервали. Како резултат на тоа, Менделеев ја создаде првата верзија на периодниот систем.
Редовната природа на промената на атомските маси на елементите долж вертикалите и хоризонталите на табелата, како и празните простори формирани во неа, му овозможија на Менделеев смело да го предвиди присуството во природата на голем број елементи кои сè уште не беа познати. на науката во тоа време, па дури и да ги опише нивните атомски маси и основни својства врз основа на очекуваните елементи на положбата во табелата. Ова може да се направи само врз основа на систем кој објективно го одразува законот за развој на материјата. Суштината на периодичниот закон Д.И. Менделеев формулиран во 1869 година: „Својствата на едноставните тела, како и формите и својствата на соединенијата на елементите периодично зависат од големината на атомските тежини (маса) на елементите“.
Периодичен систем на елементи.
Во 1871 година, Д.И. Менделеев ја дава втората верзија на периодниот систем (т.н. кратка форма на табелата), во која тој идентификува различни степени на врска помеѓу елементите. Оваа верзија на системот му овозможи на Менделеев да го предвиди постоењето на 12 елементи и да ги опише својствата на три од нив со многу висока точност. Во периодот од 1875 до 1886 г. овие три елементи беа откриени и беше откриено целосно совпаѓање на нивните својства со оние што ги предвидел големиот руски научник. Овие елементи ги добија следните имиња: скандиум, галиум, германиум. По ова, периодичниот закон доби универзално признание како објективен закон на природата и сега е основа на хемијата, физиката и другите природни науки.
Периодниот систем на хемиски елементи е графички израз на периодичниот закон. Познато е дека голем број закони, покрај вербалните формулации, може да се прикажат графички и да се изразат во математички формули. Ова е исто така периодичниот закон; само математичките закони својствени за него, за кои ќе се дискутира подолу, сè уште не се обединети со општа формула. Познавањето на периодниот систем го олеснува изучувањето на курсот општа хемија.
Дизајнот на современиот периодичен систем, во принцип, малку се разликува од верзијата од 1871 година. Симболите на елементите во периодичниот систем се распоредени во вертикални и хоризонтални колони. Ова води до обединување на елементите во групи, подгрупи, периоди. Секој елемент зафаќа одредена ќелија во табелата. Вертикалните графикони се групи (и подгрупи), хоризонталните графикони се точки (и серии).
По групае збирка на елементи со иста кислородна валентност. Оваа највисока валентност се одредува според бројот на групата. Бидејќи збирот на највисоките валенции за кислород и водород за неметални елементи е осум, лесно е да се одреди формулата на највисокото водородно соединение според бројот на групата. Значи, за фосфор - елемент од петтата група - највисоката валентност за кислород е пет, формулата на највисокиот оксид е P2O5, а формулата на соединението со водород е PH3. За сулфурот, елемент од шестата група, формулата на највисокиот оксид е SO3, а формулата на највисокото соединение со водород е H2S.
Некои елементи имаат поголема валентност која не е еднаква на нивниот број на група. Такви исклучоци се бакар Cu, сребро Ag, злато Au. Тие се во првата група, но нивната валентност варира од една до три. На пример, постојат соединенија: CuO; AgO; Cu2O3; Au2O3. Кислородот е сместен во шестата група, иако неговите соединенија со валентност поголема од две речиси никогаш не се наоѓаат. Флуор P - елемент од групата VII - во неговата најважните врскиедновалентен; Бромот Br, елемент од групата VII, е максимално петвалентен. Има особено многу исклучоци во групата VIII. Во него има само два елементи: рутениум Ру и осмиум Os покажуваат валентност од осум, нивните повисоки оксиди ги имаат формулите RuO4 и OsO4.Валентноста на останатите елементи од групата VIII е многу помала.
Првично, периодичниот систем на Менделеев се состоеше од осум групи. На крајот на 19 век. Откриени се инертни елементи предвидени од рускиот научник Н.А.Морозов, а периодниот систем е надополнет со деветта група - број нула. Сега многу научници сметаат дека е неопходно повторно да се вратат на делење на сите елементи во 8 групи. Ова го прави системот похармоничен; Од перспектива на октетните (осум) групи, некои правила и закони стануваат појасни.
Групните елементи се распределуваат според подгрупи. Подгрупата комбинира елементи од дадена група кои се послични по нивните хемиски својства. Оваа сличност зависи од аналогијата во структурата на електронските обвивки на атомите на елементите. Во периодниот систем, симболите на елементите на секоја подгрупа се распоредени строго вертикално.
Првите седум групи имаат една главна и една секундарна подгрупа; во осмата група има една главна подгрупа, „инертни“ елементи и три споредни. Името на секоја подгрупа обично се дава со името на горниот елемент, на пример: подгрупа на литиум (Li-Na-K-Rb-Cs-Fr), подгрупа на хром (Cr-Mo-W).Додека елементи од истата подгрупата се хемиски аналози, елементите на различни подгрупи од истата група понекогаш многу остро се разликуваат во нивните својства. Заеднички имотза елементите на главната и секундарната подгрупа од истата група, нивната највисока кислородна валентност е во основа иста. Така, манганот Mn и хлорот C1, сместени во различни подгрупи од групата VII, хемиски немаат речиси ништо заедничко: манганот е метал, хлорот е типичен неметал. Сепак, формулите на нивните повисоки оксиди и соодветните хидроксиди се слични: Mn2O7 - Cl2O7; НМnО4 - НС1О4.
Периодниот систем има два хоризонтални редови од 14 елементи лоцирани надвор од групите. Тие обично се ставаат на дното на табелата. Една од овие серии се состои од елементи наречени лантаниди (буквално: како лантан), другата серија се состои од елементи наречени актиниди (како актиниум). Симболите на актинид се наоѓаат под симболите на лантанид. Овој распоред открива 14 пократки подгрупи, составени од по 2 елементи: ова се вторите секундарни или лантанид-актинид подгрупи.
Врз основа на сето кажано, тие разликуваат: а) главни подгрупи, б) секундарни подгрупи и в) втори секундарни (лантанид-актинид) подгрупи.
Треба да се земе предвид дека некои главни подгрупи исто така се разликуваат една од друга во структурата на атомите на нивните елементи. Врз основа на ова, сите подгрупи на периодниот систем може да се поделат на 4 категории.
I. Главни подгрупи на групите I и II (подгрупи на литиум и берилиум).
II. Шест главни подгрупи III - IV - V - VI - VII - VIII групи (подгрупи бор, јаглерод, азот, кислород, флуор и неон).
III. Десет странични подгрупи (една во групите I - VII и три во групата VIII). jfc,
IV. Четиринаесет подгрупи лантанид-актинид.
Бројот на подгрупите од овие 4 категории се аритметичка прогресија: 2-6-10-14.
Треба да се напомене дека горниот елемент на која било главна подгрупа е во периодот 2; горниот елемент на кој било страничен елемент - во 4-тиот период; врвниот елемент на која било подгрупа лантанид-актинид - во 6-тиот период. Така, со секој нов парен период од периодниот систем, се појавуваат нови категории на подгрупи.
Секој елемент, покрај тоа што е во една или друга група и подгрупа, се наоѓа и во еден од седумте периоди.
Период е низа на елементи во текот на која нивните својства се менуваат по редослед на постепено засилување од типично метални во типично неметални (металоидни). Секој период завршува со инертен елемент. Како што ослабуваат металните својства на елементите, неметалните својства почнуваат да се појавуваат и постепено се зголемуваат; во средината на периодите обично има елементи кои во еден или друг степен комбинираат и метални и неметални својства. Овие елементи често се нарекуваат амфотерични.
Состав на периоди.
Периодите не се униформни по бројот на елементи вклучени во нив. Првите три се нарекуваат мали, останатите четири се нарекуваат големи. На сл. Слика 8 го прикажува составот на периодите. Бројот на елементи во кој било период се изразува со формулата 2n2 каде n е цел број. Периодите 2 и 3 содржат по 8 елементи; во 4 и 5 - по 18 елементи; во 6-32 елементи; во 7, кој се уште не е завршен, има 18 елементи, иако теоретски треба да има и 32 елементи.
Оригинален 1-ви период. Содржи само два елементи: водород H и хелиум He. Преминот на својствата од метални во неметални се случува овде во еден типично амфотеричен елемент - водородот. Вториот, поради неговите вродени метални својства, ја предводи подгрупата алкални метали, поради неговите вродени неметални својства - подгрупа на халогени. Затоа, водородот често се става во периодниот систем двапати - во групите 1 и 7.
Различниот квантитативен состав на периодите води до важна последица: соседните елементи на мали периоди, на пример, јаглерод C и азот N, релативно остро се разликуваат еден од друг во нивните својства: соседните елементи на големи периоди, на пример, олово Pb и бизмут Би, се многу поблиски по својства еден до друг пријател, бидејќи промената на природата на елементите во долги периоди се случува во мали скокови. Во одредени области на долги периоди, има дури и толку бавно опаѓање на металноста што блиските елементи се испостави дека се многу слични во нивните хемиски својства. Ова е, на пример, тријадата на елементи од четвртиот период: железо Fe - кобалт коникел Ni, што често се нарекува „железо семејство“. Хоризонталната сличност (хоризонтална аналогија) овде дури се преклопува со вертикалната сличност (вертикална аналогија); Така, елементите на подгрупата на железо - железо, рутениум, осмиум - се помалку хемиски слични едни на други од елементите на „семејството на железо“.
Највпечатлив пример за хоризонтална аналогија се лантанидите. Сите тие се хемиски слични едни на други и на лантан Ла. Во природата, тие се јавуваат во групи, тешко се раздвојуваат, а типичната највисока валентност на повеќето од нив е 3. Лантанидите имаат посебна внатрешна периодичност: секој осми од нив, според распоредот, до одреден степен ги повторува својствата и валентноста. состојби на првата, т.е. оној од кој започнува одбројувањето. Така, тербиум Тб е сличен на цериум Це; лутетиум Лу - до гадолиниум Гд.
Актинидите се слични на лантанидите, но нивната хоризонтална аналогија е многу помалку изразена. Највисоката валентност на некои актиниди (на пример, ураниум U) достигнува шест. Фундаментално можната внатрешна периодичност меѓу нив сè уште не е потврдена.
Распоред на елементите во периодниот систем. Мозелевиот закон.
Д.И. Менделеев ги подредил елементите во одредена низа, понекогаш наречена „серија Менделеев“. Генерално, оваа низа (нумерирање) е поврзана со зголемување на атомските маси на елементите. Сепак, постојат исклучоци. Понекогаш логичкиот тек на промените во валентноста се во конфликт со текот на промените на атомските маси. Во такви случаи, неопходноста бараше да се даде предност на еден од овие два принципа на систематизација. Д.И. Менделеев во некои случаи го прекршил принципот на распоред на елементите со зголемени атомски маси и се потпирал на хемиската аналогија помеѓу елементите.Доколку Менделеев го поставил никелот Ni пред кобалтот Co, јод I пред телуриумот Те, тогаш овие елементи би паднале во подгрупи и групи кои не одговараат на нивните својства и нивната највисока валентност.
Во 1913 година, англискиот научник Г. Мозели, проучувајќи ги спектрите на Х-зраците за различни елементи, забележал шема што ги поврзува броевите на елементите во периодниот систем на Менделеев со брановата должина на овие зраци кои произлегуваат од зрачењето на одредени елементи од катодните облаци. Се покажа дека квадратни корениод инверзните вредности на брановите должини на овие зраци се поврзани линеарна зависностсо сериски броеви на соодветните елементи. Законот на Г. Мозели овозможи да се потврди исправноста на „серијата Менделеев“ и ја потврди нејзината беспрекорност.
Да ги знаеме, на пример, вредностите за елементите бр. 20 и бр. 30, чии бројки во системот не предизвикуваат никакво сомневање. Овие вредности се поврзани со наведените броеви со линеарна врска. За да се провери, на пример, дали бројот доделен на кобалт (27) е точен, и судејќи според атомската маса, овој број требаше да биде никел, тој е озрачен со катодни зраци: како резултат на тоа, рендгенските зраци се ослободуваат од кобалт . Со нивно разложување на соодветни дифракциони решетки(на кристали) го добиваме спектарот на овие зраци и, избирајќи ја најјасната од спектралните линии, ја мериме брановата должина () на зракот што одговара на оваа линија; потоа ја исцртуваме вредноста на ординатата. Од добиената точка А, повлечете права линија паралелна на оската x додека не се пресече со претходно идентификуваната права линија. Од пресечната точка Б, ја спуштаме нормалната на оската x: точно ќе ни укаже на кобалтниот број, еднаков на 27. Така, периодичниот систем на елементи на Д.И. Менделеев - плод на логичките заклучоци на научникот - доби експериментален потврда.
Современа формулација на периодичниот закон. Физичкото значење на серискиот број на елементот.
По работата на G. Moseley, атомската маса на елементот постепено почна да ја отстапува својата примарна улога на ново, сè уште нејасно во неговото внатрешно (физичко) значење, но појасна константа - редната или, како што сега ја нарекуваат тоа, атомскиот број на елементот. Физичкото значење на оваа константа беше откриено во 1920 година од работата на англискиот научник Д. Чадвик. D. Chadwick експериментално утврди дека атомскиот број на елементот е нумерички еднаков на позитивниот полнеж Z на јадрото на атомот на овој елемент, т.е. бројот на протони во јадрото. Се испостави дека Д.И. Менделеев, без да се сомнева, ги подредил елементите во низа што точно одговара на зголемувањето на полнењето на јадрата на нивните атоми.
Во тоа време, исто така, беше утврдено дека атомите од ист елемент може да се разликуваат едни од други по нивната маса; таквите атоми се нарекуваат изотопи. Пример би биле атомите: и . Во периодниот систем, изотопи од истиот елемент заземаат една ќелија. Во врска со откривањето на изотопи, концептот на хемиски елемент беше разјаснет. Моментално хемиски елементнаведете го типот на атоми кои имаат ист нуклеарен полнеж - ист број на протони во јадрото. Беше појаснета и формулацијата на периодичниот закон. Современата формулација на законот вели: својствата на елементите и нивните соединенија периодично зависат од големината и полнежот на јадрата на нивните атоми.
Други карактеристики на елементите поврзани со структурата на надворешните електронски слоеви на атомите, атомските волумени, енергијата на јонизација и другите својства, исто така, периодично се менуваат.
Периодичен систем и структура на електронски обвивки на атоми на елементи.
Подоцна беше откриено дека не само серискиот број на елементот има длабоко физичко значење, туку и другите концепти кои претходно беа дискутирани, исто така, постепено добиваа физичко значење. На пример, бројот на групата, што укажува на највисоката валентност на елементот, го открива максималниот број на електрони во атом на одреден елемент што можат да учествуваат во формирањето на хемиска врска.
Периодниот број, пак, се покажа дека е поврзан со бројот на енергетски нивоа присутни во електронската обвивка на атомот на елементот од даден период.
Така, на пример, „координатите“ на калај Sn (сериски број 50, период 5, главна подгрупа од групата IV) значат дека има 50 електрони во атом на калај, тие се распределени на 5 енергетски нивоа, само 4 електрони се валентни .
Физичкото значење на наоѓање елементи во подгрупи од различни категории е исклучително важно. Излегува дека за елементите лоцирани во подгрупите на категоријата I, следниот (последниот) електрон се наоѓа на поднивото s на надворешното ниво. Овие елементи припаѓаат на електронското семејство. За атомите на елементи лоцирани во подгрупите од категоријата II, следниот електрон се наоѓа на p-поднивото на надворешното ниво. Ова се елементи од електронското семејство „p“ Така, следниот 50-ти електрон во атомите на калај се наоѓа на р-поднивото на надворешното, т.е., 5-то енергетско ниво.
За атомите на елементите од подгрупите од категорија III, следниот електрон се наоѓа на поднивото d, но веќе пред надворешното ниво, ова се елементи од електронското семејство „d“. Во атомите на лантанид и актинид, следниот електрон се наоѓа на поднивото f, пред надворешното ниво. Ова се елементи на електронското семејство „f“.
Затоа, не е случајно што броевите на подгрупите од овие 4 категории забележани погоре, односно 2-6-10-14, се совпаѓаат со максималниот број на електрони во поднивоата s-p-d-f.
Но, излегува дека е можно да се реши прашањето за редоследот на пополнување на електронската обвивка и да се изведе електронската формула за атом на кој било елемент врз основа на периодичниот систем, кој со доволна јасност го означува нивото и поднивото на секој последователен електрон. Периодниот систем, исто така, укажува на поставување на елементите еден по друг во периоди, групи, подгрупи и распределба на нивните електрони меѓу нивоата и поднивоата, бидејќи секој елемент има свој, што го карактеризира неговиот последен електрон. Како пример, да го погледнеме составувањето електронска формула за атом на елементот циркониум (Zr). Периодниот систем дава индикатори и „координати“ на овој елемент: сериски број 40, период 5, група IV, секундарна подгрупа Први заклучоци: а) има вкупно 40 електрони, б) овие 40 електрони се распоредени на пет енергетски нивоа; в) од 40 електрони само 4 се валентни, г) следниот 40-ти електрон влезе во d-поднивото пред надворешното, т.е. четвртото енергетско ниво. Слични заклучоци може да се извлечат за секој од 39-те елементи кои претходат на циркониумот, само индикаторите и координатите ќе бидат различни секој пат.
Затоа, методолошката техника за составување електронски формули на елементи врз основа на периодичниот систем е тоа што последователно ја разгледуваме електронската обвивка на секој елемент на патот до даден, идентификувајќи по неговите „координати“ каде неговиот следен електрон отишол во обвивката.
Првите два елементи од првиот период, водород H и хелиум He, припаѓаат на фамилијата s. Два од нивните електрони влегуваат во поднивото s на првото ниво. Запишуваме: Првиот период завршува тука, првото енергетско ниво исто така. Следните два елементи од вториот период по ред - литиум Ли и берилиум Бе се во главните подгрупи на групите I и II. Ова се исто така s-елементи. Нивните следни електрони ќе бидат лоцирани на поднивото на второто ниво. Запишуваме 6 елементи од вториот период по ред: бор B, јаглерод C, азот N, кислород O, флуор F и неон Ne. Според локацијата на овие елементи во главните подгрупи на групите III - Vl, нивните следни електрони, меѓу шесте, ќе бидат лоцирани на p-поднивото на 2-то ниво. Запишуваме: Инертниот елемент неон го завршува вториот период, второто ниво на енергија е исто така завршено. Ова е проследено со два елементи од третиот период на главните подгрупи од групите I и II: натриум Na и магнезиум Mg. Тоа се s-елементи и нивните следни електрони се наоѓаат на s-поднивото на третото ниво.Потоа има шест елементи од 3-тиот период: алуминиум Al, силициум Si, фосфор P, сулфур S, хлор C1, аргон Ar. Според локацијата на овие елементи во главните подгрупи од групите III - UI, нивните следни електрони, меѓу шесте, ќе бидат лоцирани на р-поднивото на 3-то ниво - инертниот елемент аргон го заврши третиот период, но Третото енергетско ниво сè уште не е завршено, сè додека нема електрони на неговото трето можно подниво d.
Потоа следат 2 елементи од 4-тиот период на главните подгрупи од групите I и II: калиум К и калциум Ca. Ова се повторно s-елементи. Нивните следни електрони ќе бидат на s-поднивото, но веќе на 4-то ниво. Енергетски е поповолно овие следни електрони да почнат да го пополнуваат 4-то ниво, кое е пооддалечено од јадрото, отколку да го пополнат 3d поднивото. Запишуваме: Следниве десет елементи од 4-тиот период од бр. 21 скандиум Sc до бр. 30 цинк Zn се во секундарните подгрупи III - V - VI - VII - VIII - I - II групи. Бидејќи сите тие се d-елементи, нивните следни електрони се наоѓаат на d-поднивото пред надворешното ниво, т.е. третиот од јадрото. Запишуваме:
Следниве шест елементи од 4-тиот период: галиум Ga, германиум Ge, арсен As, селен Se, бром Br, криптон Kr - се во главните подгрупи на групите III - VIIJ. Нивните следни 6 електрони се наоѓаат на p-поднивото на надворешното, т.е., 4-то ниво: беа разгледани 3b елементи; четвртиот период е завршен со инертниот елемент криптон; Завршено е и третото ниво на енергија. Меѓутоа, на ниво 4, само две поднивоа се целосно пополнети: s и p (од 4 можни).
Потоа следат 2 елементи од 5-тиот период на главните подгрупи од групите I и II: бр.37 рубидиум Rb и бр.38 стронциум Ср. Тоа се елементи на s-фамилијата, а нивните следни електрони се наоѓаат на s-поднивото на 5-то ниво: Последните 2 елементи - бр. 39 итриум YU бр. 40 циркониум Zr - веќе се во секундарни подгрупи, т.е. припаѓаат на д-семејството. Нивните следни два електрони ќе одат во d-поднивото, пред надворешниот, т.е. 4-то ниво Сумирајќи ги сите записи последователно, ја составуваме електронската формула за атомот на циркониум бр.
Изведената формула, се разбира, може да се поедностави во распределбата на електроните само меѓу енергетските нивоа: Zr – 2|8| 18 |8 + 2| 2 (стрелката ја означува влезната точка на следниот електрон; валентните електрони се подвлечени). Физичкото значење на категоријата подгрупи не лежи само во разликата во местото каде што следниот електрон влегува во обвивката на атомот, туку и во нивоата на кои се наоѓаат валентните електрони. Од споредба на поедноставени електронски формули, на пример, хлор (3-ти период, главна подгрупа од група VII), циркониум (5-ти период, секундарна подгрупа од група IV) и ураниум (7-ми период, подгрупа лантанид-актинид)
№17, С1-2|8|7
Бр. 40, Зр - 2|8|18|8+ 2| 2
бр.92, U - 2|8|18 | 32 |18 + 3|8 + 1|2
Може да се види дека за елементи од која било главна подгрупа, само електроните од надворешното ниво (s и p) можат да бидат валентни. За елементите на страничните подгрупи, валентни електрони може да бидат електроните на надворешното и делумно преднадворешното ниво (s и d). Кај лантанидите и особено актинидите, валентните електрони можат да се лоцираат на три нивоа: надворешно, преднадворешно и преднадворешно. Вообичаено, вкупниот број на валентни електрони е еднаков на бројот на групата.
Карактеристики на елементот. Енергија на јонизација. Енергија на афинитет на електрони.
Компаративно испитување на својствата на елементите се врши во три можни насоки на периодичниот систем: а) хоризонтална (по период), б) вертикална (по подгрупа), в) дијагонала. За да го поедноставиме нашето размислување, ќе ги исклучиме 1-виот период, недовршениот 7-ми период, како и целата VIII група. Ќе остане главниот паралелограм на системот, во чиј горен лев агол ќе има литиум Li (бр. 3), во долниот лев - цезиум Cs (бр. 55). Во горниот десен дел - флуор F (бр. 9), во долниот десен - астатин At (бр. 85).
правци. Во хоризонтална насока од лево кон десно, волумените на атомите постепено се намалуваат; се јавува, ова е како резултат на влијанието на зголемувањето на нуклеарното полнење на електронска обвивка. Во вертикалната насока од врвот до дното, како резултат на зголемување на бројот на нивоа, волумените на атомите постепено се зголемуваат; долж дијагоналната насока - многу помалку јасно дефинирана и пократка - остануваат блиску. Ова се општи обрасци, од кои, како и секогаш, има исклучоци.
Во главните подгрупи, како што се зголемува волуменот на атомите, т.е., од врвот до дното, одвојувањето на надворешните електрони станува полесно и додавањето на нови електрони на атомите станува потешко. Донацијата на електрони ја карактеризира таканаречената редуцирачка моќ на елементите, особено типична за металите. Додавањето електрони ја карактеризира оксидирачката способност, што е типично за неметали. Следствено, од горе до долу во главните подгрупи се зголемува редуцирачката способност на атомите на елементите; Се зголемуваат и металните својства на едноставните тела што одговараат на овие елементи. Оксидативниот капацитет се намалува.
Од лево кон десно низ периодите, шемата на промени е спротивна: редуцирачката способност на елементарните атоми се намалува, додека оксидативната способност се зголемува; се зголемуваат неметалните својства на едноставните тела што одговараат на овие елементи.
По должината на дијагоналната насока, својствата на елементите остануваат повеќе или помалку блиски. Ајде да ја разгледаме оваа насока користејќи пример: берилиум-алуминиум 
Од берилиум Be до алуминиум Al можете да одите директно по дијагоналата Be → A1, или преку бор B, односно по две краци Be → B и B → A1. Зајакнувањето на неметалните својства од берилиум на бор и нивното слабеење од бор во алуминиум објаснува зошто елементите берилиум и алуминиум, сместени на дијагоналата, имаат одредена аналогија во својствата, иако не се во иста подгрупа на периодниот систем.
Така, помеѓу периодниот систем, структурата на атомите на елементите и нивните хемиски својствапостои тесна врска.
Својствата на атомот на кој било елемент - откажување од електрон и претворање во позитивно наелектризиран јон - се квантифицираат со трошењето на енергија, наречена енергија на јонизација I*. Се изразува во kcal/g-атом или hj/g-атом.
Колку е помала оваа енергија, толку е посилен атомот на елементот што покажува намалувачки својства, толку е пометален елементот; Колку е поголема оваа енергија, толку се послаби металните својства, толку посилни се неметалните својства на елементот. Својството на атом од кој било елемент да прифати електрон и да се трансформира во негативно наелектризиран јон се проценува со количината на ослободена енергија, наречена афинитет на електрони E; се изразува и во kcal/g-атом или kJ/g-атом.
Афинитетот на електроните може да биде мерка за способноста на елементот да покажува неметални својства. Колку е поголема оваа енергија, толку е понеметален елементот и, обратно, колку помалку енергија, толку е пометален елементот.
Често, за да се карактеризираат својствата на елементите, количината наречена електронегативност.
Тоа: е аритметичка сума на енергијата на јонизација и енергијата на афинитетот на електроните
Константата е мерка за неметалноста на елементите. Колку е поголем, толку е посилен елементот покажува неметални својства.
Треба да се има на ум дека сите елементи се во суштина двојна природа. Поделбата на елементите на метали и неметали е до одреден степен произволна, бидејќи во природата нема остри рабови. Како што се зголемуваат металните својства на елементот, неговите неметални својства слабеат и обратно. Најмал „метален“ од елементите - франциум Fr - може да се смета за најмалку неметален, најнеметалниот - флуор F - може да се смета за најмалку метален.
Сумирајќи ги вредностите на пресметаните енергии - енергија на јонизација и енергија на афинитет на електрони - добиваме: за цезиум вредноста е 90 kcal/g-a., за литиум 128 kcal/g-a., за флуор = 510 kcal/g-a. (вредноста се изразува и во kJ/g-a.). Ова се апсолутни вредности на електронегативност. За да се поедностави, користиме релативни вредности на електронегативност, земајќи ја електронегативноста на литиумот (128) како единство. Потоа за флуор (F) добиваме:
За цезиум (Cs), релативната електронегативност ќе биде еднаква на
На графиконот на промени во електронегативноста на елементите од главните подгрупи
I-VII групи. Се споредуваат електронегативностите на елементите од главните подгрупи од групите I-VII. Дадените податоци укажуваат на вистинската положба на водородот во 1-виот период; нееднакво зголемување на металноста на елементите, од врвот до дното во различни подгрупи; одредена сличност на елементите: водород - фосфор - телуриум (= 2,1), берилиум и алуминиум (= 1,5) и ред други елементи. Како што може да се види од горенаведените споредби, со користење на вредностите на електронегативност, можно е приближно да се споредат елементите на дури различни подгрупи и различни периоди едни со други.
График на промени во електронегативноста на елементите од главните подгрупи од групите I-VII.
Периодичното право и периодичниот систем на елементи имаат огромно филозофско, научно и методолошко значење. Тие се: средство за разбирање на светот околу нас. Периодниот закон ја открива и отсликува дијалектичко-материјалистичката суштина на природата. Периодниот закон и периодичниот систем на елементи убедливо го докажуваат единството и материјалноста на светот околу нас. Тие се најдобра потврда за валидноста на главните карактеристики на марксистичкиот дијалектички метод на сознавање: а) меѓусебната поврзаност и меѓузависност на предметите и појавите, б) континуитетот на движењето и развојот, в) преминот на квантитативните промени во квалитативни, г) борба и единство на спротивностите.
Огромното научно значење на периодичниот закон лежи во тоа што помага во креативните откритија од областа на хемиските, физичките, минералошките, геолошките, техничките и другите науки. Пред откривањето на периодичниот закон, хемијата беше збирка на изолирани, лишени домофонфактичка информација; Сега сето ова е доведено во единствен хармоничен систем. Многу откритија во областа на хемијата и физиката беа направени врз основа на периодичниот закон и периодниот систем на елементи. Периодниот закон го отвори патот до знаење за внатрешната структура на атомот и неговото јадро. Тој е збогатен со нови откритија и е потврден како непоколеблив, објективен закон на природата. Големото методолошко и методолошко значење на периодичното право и периодичниот систем на елементи лежи во тоа што при изучувањето на хемијата даваат можност кај студентот да развие дијалектичко-материјалистички светоглед и го олеснуваат стекнувањето на предметот по хемија: Студијата на хемијата не треба да се заснова на меморирање на својствата на поединечните елементи и нивните соединенија, туку да се суди за својствата на едноставни и комплексни супстанции, врз основа на изразените обрасци периодичен закони периодниот систем на елементи.
