Во 1871 година беше формулиран периодичниот закон на Менделеев. Во тоа време, науката знаеше 63 елементи, а Дмитриј Иванович Менделеев ги нареди врз основа на релативната атомска маса. Современиот периодичен систем значително се прошири.

Приказна

Во 1869 година, додека работеше на учебник по хемија, Дмитриј Менделеев се соочи со проблемот на систематизирање на материјалот акумулиран во текот на многу години од разни научници - неговите претходници и современици. Уште пред работата на Менделеев, беа направени обиди да се систематизираат елементите, кои служеа како предуслови за развој на периодниот систем.

Ориз. 1. Менделеев Д.И.

Пребарувањата за класификација на елементите се сумирани во табелата.

Менделеев подредил елементи по релативна атомска маса, поставувајќи ги во растечки редослед. Имаше вкупно деветнаесет хоризонтални и шест вертикални редови. Ова беше првото издание на периодниот систем на елементи. Тука започнува приказната за откривањето на периодичниот закон.

На научникот му требаа речиси три години за да создаде нова, понапредна табела. Шесте колони елементи станаа хоризонтални периоди, од кои секоја започнуваше со алкален метал и завршуваше со неметал (благородните гасови сè уште не беа познати). Хоризонталните редови формираа осум вертикални групи.

За разлика од неговите колеги, Менделеев користел два критериуми за распределба на елементите:

  • атомска маса;
  • Хемиски својства.

Се покажа дека постои шема помеѓу овие два критериуми. По одреден број елементи со зголемена атомска маса, својствата почнуваат да се повторуваат.

Ориз. 2. Табела составена од Менделеев.

Првично, теоријата не беше изразена математички и не можеше целосно да се потврди експериментално. Физичкото значење на законот стана јасно дури по создавањето на моделот на атомот. Поентата е да се повтори структурата електронски школкисо постојано зголемување на нуклеарните полнежи, што влијае на хемикалијата и физички својстваах елементи.

Закон

Откако ја утврди периодичноста на промените во својствата со зголемување на атомската маса, Менделеев во 1871 година го формулираше периодичниот закон, кој стана фундаментален во хемиска наука.

Дмитриј Иванович утврди дека имотите едноставни материипериодично се зависни од роднина атомски маси.

Науката од 19 век немала современи сознанија за елементите, па модерната формулација на законот е нешто поразлична од онаа на Менделеев. Сепак, суштината останува иста.

Со понатамошниот развој на науката, беше проучувана структурата на атомот, што влијаеше на формулирањето на периодичниот закон. Според современиот периодичен закон за својства хемиски елементизависи од давачките атомски јадра.

Табела

Од времето на Менделеев, табелата што тој ја создаде значително се промени и почна да ги одразува речиси сите функции и карактеристики на елементите. Способноста да се користи табела е неопходна за понатамошно проучување на хемијата. Модерната табела е претставена во три форми:

  • кратко - периодите заземаат две линии, а водородот често се класифицира како група 7;
  • долго - изотопите и радиоактивните елементи се отстранети од табелата;
  • екстра долго - секој период зазема посебна линија.

Ориз. 3. Долга модерна маса.

Кратката табела е најзастарената верзија, која беше прекината во 1989 година, но сè уште се користи во многу учебници. Долгите и екстра долгите форми се меѓународно признати и се користат низ целиот свет. И покрај воспоставените форми, научниците продолжуваат да го подобруваат периодичниот систем, нудејќи нови опции.

Што научивме?

Периодичен закони периодичниот систем на Менделеев се формулирани во 1871 година. Менделеев идентификуваше обрасци во својствата на елементите и ги подреди врз основа на релативната атомска маса. Како што се зголемувале масите, својствата на елементите се менувале и потоа се повторувале. Потоа, табелата беше дополнета и законот беше усогласен во согласност со современите сознанија.

Тест на темата

Евалуација на извештајот

Просечна оцена: 4.6. Вкупно добиени оценки: 135.

Периодниот закон, еден од основните закони на природната наука, го откри големиот руски научник Д.И. Менделеев во 1869 година. Првично, законот беше формулиран на следниов начин: својствата на елементите и нивните соединенија периодично зависат од нивната атомска тежина(според современите идеи - атомска маса).

Периодниот закон беше претставен како класификација на елементи. Врз основа на него, елементите беа распоредени во природни групипо севкупноста на нивните својства. Посебно внимание беше посветено на оваа точка: водени од својствата на елементите, Д.И. Во голем број случаи, Менделеев дури мораше да отстапи од секвенцијалниот распоред на елементите во Периодниот систем строго според зголемувањето на атомските маси (атомски „тежини“), на пример, 18 Ar (39,9) и 19 K (39,1), 52 Те (127,6 ) и 53 1 (126,9).

Во времето на Менделеев, причината за периодичноста на својствата на елементите не била позната. Меѓутоа, откривачот на периодичниот закон бил уверен дека причината треба да се бара во структурата на материјата.

Откривањето на периодичниот закон не само што ја обезбеди основата за хемиската наука, туку и постави задача да ја разјасни физичката причина за периодичноста. Хемиските и огромното мнозинство физички својства на елементите се периодична функција на некоја независна, уникатно одредена количина својствена за секој елемент и монотоно варира од елемент до елемент. Атомската маса („атомска тежина“) беше прифатена од Менделеев како таква вредност.

Дури кога, благодарение на успесите на физиката, се знаело многу повеќе за структурата на атомот отколку во времето на откривањето и воспоставувањето на периодичниот закон, неговото вистинско значење и причините за периодичноста станале јасни. Од елемент до елемент според Периодниот систем, полнењето на јадрото на атомот на елементот се менува, што се одредува според бројот на протони. Во Периодниот систем, овој број се совпаѓа со атомскиот број на елементот. Бидејќи атомот е електрично неутрален, полнежот на јадрото (во единици на електронски полнеж) е еднаков на бројот на електрони во електронската обвивка на атомот. Зголемување сериски бројелемент по единица значи дека еден протон е додаден во јадрото на атомот, а соодветно на тоа еден електрон е додаден во електронската обвивка. Бидејќи својствата на елементите, особено на хемиските, се определуваат главно од електроните на надворешниот квантен слој, причината за периодичноста на својствата е периодичното полнење на просторот околу јадрото со електрони. Факторот што ја одредува структурата на електронските обвивки на атомите, а со тоа и својствата на елементите, е полнењето на атомското јадро. Затоа, модерната формулација на периодичниот закон е како што следува: Својствата на елементите и нивните соединенија периодично зависат од полнењето на јадрото на атомот на елементот.

Атомската маса на елементот се определува со вкупниот број на нуклеони (протони и неутрони) во изотопските јадра на овој елемент и изотопскиот состав на елементот. Промената на атомската маса е главно пропорционална со полнежот на јадрото. Затоа, формулацијата на Периодниот закон на Менделеев, со неколку исклучоци, правилно го одразува распоредот на елементите во Периодниот систем, но не ја открива причината за периодичноста.

Според принципот на Паули, бројот на можни електронски состојби во квантните нивоа и поднивоа е ограничен со бројот на комбинации на неповторливи множества од четири квантни броеви П, /, ТИ с, и ова го одредува капацитетот на квантните нивоа и поднивоата (види Табела 2.1). Ако атомот не е возбуден, електроните ги исполнуваат оние орбитали чија енергија е минимална.

Периодниот систем би бил поедноставен доколку енергијата во атомите на повеќеелектрони, како во атомот на водород, би била одредена со главниот квантен број. Тогаш, во согласност со капацитетот на квантните слоеви, периодите би се состоеле од 2, 8, 18, 32, 50 итн. елементи, а благородните гасови со целосно квантно ниво би имале броеви 2, 10, 28, 60, 110... Меѓутоа, поради заемодејството електрон-електрон, оваа низа е нарушена. Од IV период, пополнувањето на нов квантен слој, кој во Периодниот систем одговара на почетокот на нов период, започнува со нецелосното преднадворешно III квантно ниво, а од VI период - со нецелосни IV и V квантни нивоа итн. Според тоа, благородните гасови - елементи по кои започнува изградбата на ново квантно ниво (и нов период) - содржат само 8 електрони на надворешниот квантен слој и имаат броеви 2, 10, 18, 36, 54 и 86. Според тоа, периодите опфаќаат 2. 8, 8, 18, 18 и 32 елементи.

Периодниот закон нема специфичен математички израз. Тој е претставен во форма на периодичен систем. Постојат неколку верзии на таква табела, но сите од нив се претставени во една или друга форма како структурни дијаграми на атомската структура на кој било елемент. Станува возможно да се воспостави електронска структурана кој било атом не само врз основа на познатата низа на пополнување поднивоа или правилото на Клечковски, туку и врз основа на самата табела: позицијата на елементот во табелата уникатно ја рефлектира електронската структура на неговите атоми. Распределбата на елементите по периоди и подгрупи точно одговара на распределбата на електроните на атомите на овие елементи по нивоа и поднивоа на електронската обвивка.

2.3. Периодичен закон на Д.И.Менделеев.

Законот беше откриен и формулиран од Д.И. Менделеев: „Својствата на едноставните тела, како и формите и својствата на соединенијата на елементите периодично зависат од атомските тежини на елементите“. Законот е создаден врз основа на длабока анализа на својствата на елементите и нивните соединенија. Извонредни достигнувањаФизичарите, главно развојот на теоријата за атомската структура, овозможија да се открие физичката суштина на периодичниот закон: периодичноста на промените во својствата на хемиските елементи се должи на периодична промена во природата на пополнување на надворешниот електронски слој. со електрони како што се зголемува бројот на електрони, определен од полнежот на јадрото. Полнењето е еднакво на атомскиот број на елементот во периодниот систем. Современа формулација на периодичниот закон: „Својства на елементите и едноставните и комплексни супстанциипериодично зависат од полнењето на атомското јадро“. Создаден од Д.И. Менделеев во 1869-1871 година. Периодниот систем е природна класификација на елементите, математичка рефлексија на периодичниот закон.

Менделеев не само што прв прецизно го формулираше овој закон и ја претстави неговата содржина во форма на табела, која стана класична, туку и сеопфатно го поткрепи, го покажа своето огромно научно значење, како водечки класификациски принцип и како моќна алатка за научно истражување.

Физичко значење на периодичниот закон. Тој беше отворен дури откако беше откриено дека полнењето на јадрото на атомот се зголемува кога се движи од еден хемиски елемент во соседен (во периодниот систем) со единица елементарно полнење. Нумерички, полнежот на јадрото е еднаков на атомскиот број (атомски број Z) на соодветниот елемент во периодниот систем, односно бројот на протони во јадрото, пак еднаков на бројот на електрони на соодветната неутрална атом. Хемиските својства на атомите се определуваат со структурата на нивните надворешни електронски обвивки, која периодично се менува со зголемување на нуклеарното полнење, и затоа периодичниот закон се заснова на идејата за промена на полнежот на јадрото на атомите, а не атомската маса на елементите. Визуелна илустрација на периодичниот закон - криви на периодични промени на некои физичките величини(потенцијали за јонизација, атомски радиуси, атомски волумени) во зависност од Z. Не постои општ математички израз за периодичниот закон. Периодичното право има огромно природно научно и филозофско значење. Тоа овозможи да се разгледаат сите елементи во нивната меѓусебна врска и да се предвидат својствата на непознатите елементи. Благодарение на периодичниот закон, многу научни пребарувања (на пример, во областа на проучувањето на структурата на материјата - во хемијата, физиката, геохемијата, космохемијата, астрофизиката) станаа целисходни. Периодичниот закон е јасна манифестација на општите закони на дијалектиката, особено законот за премин на квантитетот во квалитет.

Физичката фаза на развој на периодичниот закон може да се подели на неколку фази:

1. Воспоставување на деливоста на атомот врз основа на откривањето на електронот и радиоактивноста (1896-1897);

2. Развој на модели на атомска структура (1911-1913);

3. Откривање и развој на системот на изотоп (1913);

4. Откривање на Мозелевиот закон (1913), кој овозможува експериментално одредување на нуклеарниот полнеж и бројот на елементот во периодниот систем;

5. Развој на теоријата на периодичниот систем врз основа на идеи за структурата на електронските обвивки на атомите (1921-1925);

6. Создавање квантна теоријапериодичен систем (1926-1932).


2.4. Предвидување на постоење на непознати елементи.

Најважно во откривањето на Периодниот закон е предвидувањето на постоењето на хемиски елементи кои се уште не се откриени. Под алуминиум Ал, Менделеев остави место за својот аналог „ека-алуминиум“, под бор Б - за „ека-бор“, и под силикон Си - за „ека-силициум“. Така Менделеев ги нарече уште неоткриените хемиски елементи. Дури им ги дал симболите Ел, Еб и Ес.

Во врска со елементот „егзасиликон“, Менделеев напишал: „Ми се чини дека најинтересен од несомнено исчезнатите метали ќе биде оној што припаѓа на IV група јаглеродни аналози, имено, на III ред. Ова ќе биде металот веднаш по силициумот, и затоа да го наречеме екасилициум“. Навистина, овој сè уште неоткриен елемент требаше да стане еден вид „брава“ што поврзува два типични неметали - јаглерод C и силициум Si - со два типични метали - калај Sn и олово Pb.

Потоа тој предвиде постоење на уште осум елементи, меѓу кои „двителлуриум“ - полониум (откриен во 1898 година), „екајод“ - астатин (откриен во 1942-1943 година), „диманган“ - технициум (откриен во 1937 година) , „екцезија“ - Франција (отворена во 1939 година)

Во 1875 година, францускиот хемичар Пол-Емил Лекок де Боисбоудран го открил „ека-алуминиумот“ предвиден од Менделеев во минералот вурцит - цинк сулфид ZnS - и го нарекол галиум Га (латинското име за Франција е „Галија“) во чест на неговата татковина.

Менделеев точно ги предвидел својствата на ека-алуминиумот: неговата атомска маса, густината на металот, формулата на El 2 O 3 оксид, ElCl 3 хлорид, El 2 (SO 4) 3 сулфат. По откривањето на галиумот, овие формули почнаа да се пишуваат како Ga 2 O 3, GaCl 3 и Ga 2 (SO 4) 3. Менделеев предвидел дека тоа ќе биде многу топлив метал, и навистина, точката на топење на галиумот се покажа дека е еднаква на 29,8 o C. Во однос на фузибилноста, галиумот е втор само по живата Hg и цезиумот Cs.

Просечната содржина на галиум во земјината кора е релативно висока, 1,5-10-30% по маса, што е еднакво на содржината на олово и молибден. Галиумот е типичен микроелемент. Единствениот минерал на Галиум е галдитот CuGaS2, кој е многу редок. Галиумот е стабилен во воздухот на обични температури. Се забележуваат над 260°C во сув кислород бавна оксидација(оксидниот филм го штити металот). Во сулфур и хлороводородни киселинигалиумот полека се раствора, во флуор - брзо, во азотна киселинаГалиумот е стабилен на студ. Галиумот полека се раствора во топли алкални раствори. Хлорот и бромот реагираат со галиум на студ, јод - кога се загрева. Растопениот галиум на температури над 300°C е во интеракција со сите структурни метали и легури Карактеристична карактеристикаГалиумот има голем опсег на течна состојба (2200 ° C) и низок парен притисок на температури до 1100-1200 ° C. Геохемија Галиумот е тесно поврзан со геохемијата на алуминиумот, што се должи на сличноста на нивните физичко-хемиски својства. Главниот дел од галиумот во литосферата е содржан во алуминиумските минерали. Содржината на галиум во бокситот и нефелинот се движи од 0,002 до 0,01%. Зголемени концентрации на галиум се забележани и кај сфалеритите (0,01-0,02%), во тврдиот јаглен (заедно со германиум), а исто така и во некои железни руди. Галиумот сè уште нема широка индустриска употреба. Потенцијалниот обем на нуспроизводство на галиум во производството на алуминиум сè уште значително ја надминува побарувачката за метал.

Најперспективната примена на галиумот е во форма хемиски соединенијакако што се GaAs, GaP, GaSb, кои имаат полупроводнички својства. Тие можат да се користат во исправувачи и транзистори со висока температура, соларни батерии и други уреди каде што може да се користи фотоелектричниот ефект во блокирачкиот слој, како и во приемниците на инфрацрвено зрачење. Галиумот може да се користи за производство на оптички огледала кои се многу рефлектирачки. Предложена е легура на алуминиум со галиум наместо жива како катода на светилки со ултравиолетово зрачење што се користат во медицината. Се предлага да се користи течен галиум и неговите легури за производство на термометри со висока температура (600-1300 ° C) и мерачи на притисок. Од интерес е употребата на галиум и неговите легури како течно средство за ладење во енергетските нуклеарни реактори (ова е попречено од активна интеракцијаГалиум на работни температури со структурни материјали; еутектичката легура Ga-Zn-Sn е помалку корозивна од чистиот галиум).

Во 1879 година, шведскиот хемичар Ларс Нилсон го открил скандиумот, предвиден од Менделеев како екабор Еб. Нилсон напишал: „Нема сомнеж дека екаборот е откриен во скандиум... Ова јасно ги потврдува размислувањата на рускиот хемичар, кој не само што овозможи да се предвиди постоењето на скандиум и галиум, туку и да се предвидат нивните најважни имоти однапред“. Скандиумот го добил името во чест на татковината на Нилсон, Скандинавија, а тој го открил во комплексот минерал гадолинит, кој има состав Be 2 (Y, Sc) 2 FeO 2 (SiO 4) 2. Просечната содржина на скандиум во земјината кора (кларк) е 2,2-10-3% по маса. Содржината на скандиум во карпите варира: кај ултрабазичните карпи 5-10-4, во основните карпи 2,4-10-3, во меѓукарпите 2,5-10-4, кај гранитите и сиенитите 3,10-4; во седиментни карпи (1-1,3).10-4. Скандиумот е концентриран во земјината кора како резултат на магматски, хидротермални и супергенски (површински) процеси. Познати се два од сопствените минерали на Скандиум - торветит и стеретит; тие се исклучително ретки. Скандиумот е мек метал, во чиста состојба може лесно да се обработи - кова, валани, жигоса. Опсегот на употреба на скандиумот е многу ограничен. Скандиум оксид се користи за производство на ферити за мемориски елементи на компјутери со голема брзина. Радиоактивниот 46Sc се користи во анализата на неутронска активација и во медицината. Легурите на скандиум, кои имаат мала густина и висока точка на топење, ветуваат како структурни материјали во конструкцијата на ракети и авиони, а голем број соединенија на скандиум можат да најдат примена во производството на фосфори, оксидни катоди, во производството на стакло и керамика, хемиската индустрија (како катализатори) и во други области. Во 1886 година, професор на Рударската академија во Фрајбург, германскиот хемичар Клеменс Винклер, додека го анализирал реткиот минерал аргиродит со составот Ag 8 GeS 6, открил уште еден елемент предвиден од Менделеев. Винклер го нарекол елементот што го открил германиум Ge во чест на неговата татковина, но поради некоја причина тоа предизвика остри приговори од некои хемичари. Тие почнаа да го обвинуваат Винклер за национализам, за присвојување на откритието направено од Менделеев, кој на елементот веќе му го дал името „екасилициум“ и симболот Ес. Обесхрабрен, Винклер му се обрати на самиот Дмитриј Иванович за совет. Тој објасни дека токму откривачот на новиот елемент треба да му даде име. Вкупната содржина на германиум во земјината кора е 7,10-4% по маса, односно повеќе од, на пример, антимон, сребро, бизмут. Сепак, сопствените минерали на германиум се исклучително ретки. Речиси сите се сулфосоли: германит Cu2 (Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, аргиродит Ag8GeS6, конфилдит Ag8(Sn, Ce) S6 итн. Најголемиот дел од германиум е расеан во земјината кора во голем бројкарпи и минерали: во сулфидни руди на обоени метали, во железни руди, во некои оксидни минерали (хромит, магнетит, рутил итн.), во гранити, дијабази и базалти. Покрај тоа, германиум е присутен во речиси сите силикати, во некои наоѓалишта јаглени масло. Германиумот е еден од највредните материјали во современата полупроводничка технологија. Се користи за правење диоди, триоди, детектори за кристали и исправувачи на струја. Монокристалниот Германиум се користи и во дозиметриски инструменти и уреди кои ја мерат јачината на постојаните и наизменични магнетни полиња. Важна област на примена за германиум е инфрацрвената технологија, особено производството на детектори за инфрацрвено зрачење кои работат во регионот од 8-14 микрони. Ветува за практична употребамногу легури кои содржат германиум, чаши базирани на GeO2 и други соединенија на германиум.

Менделеев не можеше да го предвиди постоењето на група благородни гасови и на почетокот тие не најдоа место во Периодниот систем.

Откривањето на аргон Ar од англиските научници В. Ремзи и Џ. Рејли во 1894 година веднаш предизвика жестоки дискусии и сомнежи за Периодниот закон и Периодниот систем на елементи. Менделеев првично го сметаше аргонот за алотропска модификација на азот и дури во 1900 година, под притисок на непроменливи факти, се согласи со присуството на „нулта“ група хемиски елементи во периодниот систем, која беше окупирана од други благородни гасови откриени по аргонот. Сега оваа група е позната како VIIIA.

Во 1905 година, Менделеев напиша: „Очигледно, иднината не му се заканува на периодичниот закон со уништување, туку само ветува надградби и развој, иако како Русин сакаа да ме избришат, особено Германците“.

Откривањето на периодичниот закон го забрза развојот на хемијата и откривањето на нови хемиски елементи.

Лицејски испит, на кој стариот Державин го благослови младиот Пушкин. Улогата на мерачот случајно ја играше академик Ју.Ф.Фрицше, познат специјалист по органска хемија. Докторска теза Д.И. Менделеев дипломирал на главната Педагошки институтво 1855. Неговиот магистерски труд „Изоморфизмот во врска со другите односи на кристалната форма со композицијата“ стана негов прв поголем научен...

Главно за прашањето на капиларноста и површински напонтечности, а слободното време ги поминувал во кругот на младите руски научници: С.П. Боткина, И.М. Сеченова, И.А. Вишнеградски, А.П. Бородин и други.Во 1861 година Менделеев се вратил во Санкт Петербург, каде што продолжил да држи предавања за органска хемија на универзитетот и објавил учебник, значаен за тоа време: „Органска хемија“, во ...

Периодичен закон на Д.И. Менделеев, неговата модерна формулација. Која е неговата разлика од онаа дадена од Д.И. Менделеев? Објаснете што ја предизвика оваа промена во формулацијата на законот? Кое е физичкото значење на периодичниот закон? Објаснете ја причината за периодичните промени во својствата на хемиските елементи. Како го разбирате феноменот на периодичност?

Периодниот закон беше формулиран од Д.И. Менделеев во следнава форма (1871): „својствата на едноставните тела, како и формите и својствата на соединенијата на елементите, а со тоа и својствата на едноставните и сложените тела што тие ги формираат, периодично се зависи од нивната атомска тежина“.

Во моментов, Периодниот закон на Д. И. Менделеев ја има следнава формулација: „својствата на хемиските елементи, како и формите и својствата на едноставните супстанции и соединенија што ги формираат, периодично зависат од големината на полнежите на јадрата на нивните атоми. ”

Особеноста на Периодниот закон меѓу другите фундаментални закони е тоа што тој нема израз во форма на математичка равенка. Графичкиот (табеларен) израз на законот е Периодниот систем на елементи развиен од Менделеев.

Периодниот закон е универзален за универзумот: како што фигуративно забележа познатиот руски хемичар Н.Д. Зелински, периодичниот закон беше „откривање на меѓусебната поврзаност на сите атоми во универзумот“.

ВО моментална состојбаПериодниот систем на елементи се состои од 10 хоризонтални редови (периоди) и 8 вертикални колони (групи). Првите три реда формираат три мали периоди. Следните периоди вклучуваат два реда. Дополнително, почнувајќи од шестиот, периодите вклучуваат дополнителни серии на лантаниди (шести период) и актиниди (седми период).

Во овој период има слабеење метални својстваи засилување на неметалните. Последниот елемент на периодот е благороден гас. Секој следен период започнува со алкален метал, т.е., како што се зголемува атомската маса на елементите, промената на хемиските својства има периодичен карактер.

Со развојот атомска физикаи квантна хемија Периодниот закон доби строго теоретско оправдување. Благодарение на класичните дела на Ј. Подоцна, беше создаден квантен механички модел за периодична промена на електронската структура на атомите на хемиските елементи како што се зголемуваат полнежите на нивните јадра (Н. Бор, В. Паули, Е. Шредингер, В. Хајзенберг итн.).

Периодични својства на хемиски елементи

Во принцип, својствата на хемискиот елемент ги комбинираат сите, без исклучок, неговите карактеристики во состојба на слободни атоми или јони, хидрирани или растворени, во состојба на едноставна супстанција, како и формите и својствата на бројните соединенија што ги има. форми. Но, обично својствата на хемискиот елемент значат, прво, својствата на неговите слободни атоми и, второ, својствата на едноставна супстанција. Повеќето од овие својства покажуваат јасна периодична зависност од атомскиот број на хемиски елементи. Меѓу овие својства, најважни и од особено значење во објаснувањето или предвидувањето на хемиското однесување на елементите и соединенијата што тие ги формираат се:

Енергија на јонизација на атомите;

Енергија на афинитет на електрони на атомите;

Електронегативност;

Атомски (и јонски) радиуси;

Енергија на атомизација на едноставни материи

Состојби на оксидација;

Потенцијали за оксидација на едноставни материи.

Физичкото значење на периодичниот закон е дека периодичната промена во својствата на елементите е во целосна согласност со оние кои периодично се обновуваат на сè повисоко нивоа на енергијаслични електронски структури на атомите. Со нивната редовна промена, физичките и хемиските својства природно се менуваат.

Физичкото значење на периодичниот закон стана јасно по создавањето на теоријата за атомска структура.

Значи, физичкото значење на периодичниот закон е дека периодичната промена во својствата на елементите е во целосна согласност со сличните електронски структури на атомите кои периодично се обновуваат на сѐ повисоки енергетски нивоа. Со нивната редовна промена природно се менуваат физичките и хемиските својства на елементите.

Кое е физичкото значење на периодичниот закон.

Овие заклучоци го откриваат физичкото значење на периодичниот закон на Д.И. Менделеев, кој остана нејасен половина век по откривањето на овој закон.

Следи дека физичкото значење на периодичниот закон на Д.И. Менделеев се состои во периодично повторување на слични електронски конфигурации со зголемување на главниот квантен број и обединување на елементите според близината на нивната електронска структура.

Теоријата за структурата на атомите покажа дека физичкото значење на периодичниот закон е дека со последователно зголемување на полнежите на јадрата, слични валентни врски периодично се повторуваат електронски структуриатоми.

Од сето погоре, јасно е дека теоријата на атомската структура го откри физичкото значење на периодичниот закон на Д.И. Менделеев и уште појасно го откри неговото значење како основа за понатамошен развој на хемијата, физиката и голем број други науки.

Замената на атомската маса со нуклеарно полнење беше првиот чекор во откривањето на физичкото значење на периодичниот закон.Понатаму, важно беше да се утврдат причините за појавата на периодичноста, природата периодична функцијазависноста на својствата од полнежот на јадрото, објаснете ги вредностите на периодот, бројот на ретките земјени елементи итн.

За аналогни елементи, ист број на електрони е забележан во школки со исто име во различни значењаглавен квантен број. Затоа, физичкото значење на периодичниот закон лежи во периодичната промена на својствата на елементите како резултат на периодично обновувани слични електронски обвивки на атоми со постојано зголемување на вредностите на главниот квантен број.

За аналогни елементи, ист број електрони се забележува во истоимените орбитали при различни вредности на главниот квантен број. Затоа, физичкото значење на периодичниот закон лежи во периодичната промена на својствата на елементите како резултат на периодично обновувани слични електронски обвивки на атоми со постојано зголемување на вредностите на главниот квантен број.

Така, со постојано зголемување на полнежите на атомските јадра, конфигурацијата на електронските обвивки периодично се повторува и, како последица на тоа, хемиските својства на елементите периодично се повторуваат. Ова е физичкото значење на периодичниот закон.

Периодниот закон на Д.И. Менделеев е основата на модерната хемија. Проучувањето на структурата на атомите го открива физичкото значење на периодичниот закон и ги објаснува обрасците на промените во својствата на елементите во периоди и во групи од периодичниот систем. Познавањето на структурата на атомите е неопходно за да се разберат причините за формирање хемиска врска. Природата на хемиската врска во молекулите ги одредува својствата на супстанциите. Затоа, овој дел е еден од најважните делови од општата хемија.

природна историја периодичен екосистем

: како што фигуративно забележа познатиот руски хемичар Н.Д. Зелински, периодичниот закон беше „откривање на меѓусебната поврзаност на сите атоми во универзумот“.

Приказна

Потрагата по основа за природна класификација и систематизација на хемиските елементи започна долго пред откривањето на периодичниот закон. Тешкотиите со кои се соочиле природните научници кои први работеле на ова поле биле предизвикани од недоволни експериментални податоци: на почетокот на 19 век, бројот на познати хемиски елементи бил мал, а прифатените вредности на атомските маси од многу елементи беа неточни.

Доберајнерските тријади и првите системи на елементи

Во раните 60-ти години на 19 век се појавија неколку дела кои веднаш му претходеа на Периодниот закон.

Спирала де Шанкуртоа

Њуландски октави

Табела Newlands (1866)

Набргу по спиралата на Де Шанкуртоа, англискиот научник Џон Њуландс направи обид да ги спореди хемиските својства на елементите со нивните атомски маси. Подредувајќи ги елементите по редослед на зголемување на атомската маса, Њуландс забележал дека сличностите во својствата се појавуваат помеѓу секој осми елемент. Њуландс го нарече пронајдениот образец закон на октави по аналогија со седумте интервали на музичката скала. Во својата табела, тој ги подреди хемиските елементи во вертикални групи од по седум елементи и во исто време откри дека (со мала промена во редоследот на некои елементи) слично во хемиски својстваелементите се појавуваат на истата хоризонтална линија.

Џон Њулендс беше, се разбира, првиот што даде серија елементи распоредени по редослед на зголемување на атомските маси, им го додели соодветниот атомски број на хемиските елементи и ја забележа систематската врска помеѓу овој ред и физички и хемиски својстваелементи. Тој напиша дека во таква низа се повторуваат својствата на елементите, чиишто еквивалентни тежини (маса) се разликуваат за 7 единици или со вредност што е повеќекратна од 7, т.е. како осмиот елемент по редослед да ги повторува својствата од првата, како и во музиката, прво се повторува осмата нота. Њулендс се обиде да ѝ даде на оваа зависност, која всушност се јавува кај лесните елементи, универзален карактер. Во неговата табела, слични елементи се наоѓале во хоризонтални редови, но во истиот ред често имало елементи сосема различни по својства. Покрај тоа, Њуландс беше принуден да постави два елементи во некои ќелии; конечно, масата немаше празни места; Како резултат на тоа, законот за октави беше прифатен со екстремен скептицизам.

Табели од Одлинг и Мејер

Манифестации на периодичниот закон во однос на енергијата на афинитетот на електроните

Периодичноста на енергиите на афинитет на електроните на атомите се објаснува, природно, со истите фактори кои веќе беа забележани кога се дискутираше за потенцијалите на јонизација (види дефиниција за енергија на афинитет на електрони).

Тие имаат највисок афинитет на електрони стр-елементи од VII група. Најмалиот афинитет на електрони е за атоми со конфигурација s² ( , , ) и s²p 6 ( , ) или со полуполнети стр-орбитали ( , , ):

Манифестации на периодичниот закон за електронегативност

Строго кажано, на елементот не може да му се додели постојана електронегативност. Електронегативноста на атомот зависи од многу фактори, особено од валентната состојба на атомот, формалната состојба на оксидација, координативниот број, природата на лигандите што ја сочинуваат околината на атомот во молекуларниот систем и некои други. Неодамна, таканаречената орбитална електронегативност се повеќе се користи за карактеризирање на електронегативност, во зависност од видот на атомската орбитала вклучена во формирањето на врската и од нејзината популација на електрони, т.е. од тоа дали атомската орбитала е окупирана од осамен електронски пар, единечно окупиран од неспарен електрон, или е празен. Но, и покрај познатите потешкотии во толкувањето и дефинирањето на електронегативноста, таа секогаш останува неопходна за квалитативен опис и предвидување на природата на врските во молекуларниот систем, вклучително и енергијата на врзувањето, електронската дистрибуција на полнеж и степенот на јоност, константата на силата итн.

Периодичноста на атомската електронегативност е важна составен делпериодичен закон и лесно може да се објасни врз основа на непроменливата, иако не сосема недвосмислена, зависноста на вредностите на електронегативност од соодветните вредности на енергиите на јонизација и афинитетите на електроните.

Во периодите постои општа тенденција на зголемување на електронегативноста, а кај подгрупите има намалување. Најмалата електронегативност е за s-елементите од групата I, најголемата за p-елементите од групата VII.

Манифестации на периодичниот закон во однос на атомските и јонските радиуси

Ориз. 4 Зависност на орбиталните радиуси на атомите од атомскиот број на елементот.

Периодичноста на промените во големината на атомите и јоните е позната долго време. Тешкотијата овде е дека поради бранова природаелектронско движење, атомите немаат строго дефинирани големини. Бидејќи директното определување на апсолутните големини (радиуси) на изолираните атоми е невозможно, во овој случај често се користат нивните емпириски вредности. Тие се добиваат од измерени меѓунуклеарни растојанија во кристали и слободни молекули, делејќи го секое меѓунуклеарно растојание на два дела и изедначувајќи го еден од нив со радиусот на првиот (од два поврзани со соодветна хемиска врска) атом, а другиот со радиусот на вториот атом. Оваа поделба зема предвид различни фактори, вклучувајќи ја природата на хемиската врска, состојбите на оксидација на двата сврзани атоми, природата на координацијата на секој од нив итн. На овој начин се добиваат таканаречените метални, ковалентни, јонски и ван дер Валсов радиус. Ван дер Валсовите радиуси треба да се сметаат како радиуси на неврзаните атоми; тие се наоѓаат по меѓунуклеарни растојанија во цврсти или течни материи, каде што атомите се во непосредна близина еден до друг (на пример, атоми во цврст аргон или атоми од две соседни N 2 молекули во цврст азот), но не се поврзани едни со други со никаква хемиска врска.

Но, очигледно, најдобриот опис на ефективната големина на изолираниот атом е теоретски пресметаната положба (растојание од јадрото) на главниот максимум на густината на полнежот на неговите надворешни електрони. Ова е таканаречениот орбитален радиус на атомот. Периодичноста на промената на вредностите на орбиталните атомски радиуси во зависност од атомскиот број на елементот се манифестира сосема јасно (види Сл. 4), а главните точки овде се присуството на многу изразени максими кои одговараат на атоми на алкали метали, а истите минимум одговараат на благородни гасови. Намалувањето на вредностите на орбиталните атомски радиуси за време на транзицијата од алкален метал до соодветниот (најблискиот) благороден гас е, со исклучок на серијата, немонотичен по природа, особено кога семејствата на преодни елементи (метали ) и лантаниди или актиниди се појавуваат помеѓу алкалниот метал и благородниот гас. Во текот на долги периоди во семејствата d-И f-елементи, се забележува помалку нагло намалување на радиусите, бидејќи пополнувањето на орбиталите со електрони се случува во преднадворешниот слој. Во подгрупите на елементи, радиусите на атомите и јоните од ист тип генерално се зголемуваат.

Манифестации на периодичниот закон во однос на енергијата на атомизација

Треба да се нагласи дека состојбата на оксидација на елементот, како формална карактеристика, не дава идеја ниту за ефективни полнежи на атомите на овој елемент во соединението ниту за валентноста на атомите, иако состојбата на оксидација е често се нарекува формална валентност. Многу елементи се способни да покажат не една, туку неколку различни состојби на оксидација. На пример, за хлорот сите состојби на оксидација се познати од -1 до +7, иако парните се многу нестабилни, а за манган - од +2 до +7. Највисоките вредности на состојбата на оксидација периодично се менуваат во зависност од атомскиот број на елементот, но оваа периодичност е сложена. Во наједноставен случај, во серијата елементи од алкален метал до благороден гас, највисоката состојба на оксидација се зголемува од +1 (F) на +8 (O4). Во други случаи, највисоката состојба на оксидација на благородниот гас е помала (+4 F 4) отколку за претходниот халоген (+7 O 4 −). Според тоа, на кривата на периодичната зависност на највисоката состојба на оксидација од атомскиот број на елементот, максималните паѓаат или на благородниот гас или на халогенот што му претходи (минимумите секогаш се на алкалниот метал). Исклучок е серијата - , во која воопшто не се познати ниту халогенот () ниту благородниот гас () високи степениоксидација, а средниот член на серијата, азот, има најголема вредност на највисоката состојба на оксидација; затоа, во серијата - промената во највисоката состојба на оксидација се покажува дека поминува низ максимум. Општо земено, зголемувањето на највисоката состојба на оксидација во низата елементи од алкален метал до халоген или до благороден гас не се јавува монотоно, главно поради манифестацијата на високи оксидациски состојби преодни метали. На пример, зголемувањето на највисоката состојба на оксидација во серијата - од +1 до +8 е „комплицирано“ со фактот што таквите високи оксидациски состојби како +6 (O 3), +7 (2 O 7), + се познат по молибден, техниум и рутениум 8(O4).

Манифестации на периодичниот закон во однос на оксидативниот потенцијал

Една од многу важните карактеристики на едноставна супстанција е нејзиниот оксидационен потенцијал, што ја одразува основната способност на едноставната супстанција да комуницира со водени раствори, како и редокс својствата што ги покажува. Периодична е и промената на оксидационите потенцијали на едноставни материи во зависност од атомскиот број на елементот. Но, треба да се има на ум дека оксидативниот потенцијал на едноставна супстанција е под влијание на различни фактори, кои понекогаш треба да се разгледуваат поединечно. Затоа, периодичноста на промените во потенцијалите на оксидација треба да се толкува многу внимателно.

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

Можно е да се детектираат некои специфични секвенци во промените во потенцијалите на оксидација на едноставни супстанции. Конкретно, во серијата метали, при преминот од алкални кон елементите што ги следат, се јавува намалување на потенцијалите на оксидација (+ (aq) итн. - хидриран катјон):

Ова лесно се објаснува со зголемување на енергијата на јонизација на атомите со зголемување на бројот на отстранети валентни електрони. Според тоа, на кривата на зависноста на оксидационите потенцијали на едноставни супстанции од атомскиот број на елементот, постојат максимални кои одговараат на алкални метали. Но, ова не е единствената причина за промени во потенцијалите на оксидација на едноставни супстанции.

Внатрешна и секундарна периодичност

с- И Р-елементи

Општите трендови во природата на промените во вредностите на енергијата на јонизација на атомите, енергијата на афинитетот на електроните на атомите, електронегативност, атомски и јонски радиуси, енергија на атомизација на едноставни супстанции, состојба на оксидација, потенцијали на оксидација на едноставни супстанции во зависност од атомскиот бројот на елементот се дискутирани погоре. Со подлабоко проучување на овие трендови, може да се открие дека шемите на промените во својствата на елементите во периоди и групи се многу посложени. Во природата на промените во својствата на елементите во одреден период, се манифестира внатрешна периодичност, а во група - секундарна периодичност (откриена од Е.В. Бирон во 1915 година).

Така, при преминување од s-елемент од групата I на Р-елементот од групата VIII има внатрешни максими и минимум на кривата на енергијата на атомската јонизација и кривата на промените во нивните радиуси (види Сл. 1, 2, 4).

Ова укажува на внатрешната периодична природа на промената на овие својства во текот на периодот. Објаснувањето на забележаните обрасци може да се даде со користење на концептот за заштита на јадрото.

Заштитниот ефект на јадрото се должи на електроните на внатрешните слоеви, кои, заштитувајќи го јадрото, ја ослабуваат привлечноста на надворешниот електрон кон него. Така, кога се движите од берилиум 4 на бор 5, и покрај зголемувањето на нуклеарното полнење, енергијата на јонизација на атомите се намалува:

Ориз. 5 Шема на структурата на последните нивоа на берилиум, 9,32 eV (лево) и бор, 8,29 eV (десно)

Ова се објаснува со фактот дека привлечноста кон јадрото 2 стр-електронот на атомот на бор е ослабен поради скрининг ефектот 2с-електрони.

Јасно е дека заштитата на јадрото се зголемува со зголемување на бројот на внатрешни електронски слоеви. Затоа, во подгрупи с- И Р-елементи постои тенденција за намалување на енергијата на јонизација на атомите (види Сл. 1).

Намалувањето на енергијата на јонизација од азот 7 N до кислород 8 O (види слика 1) се објаснува со меѓусебното одбивање на два електрони од иста орбитала:

Ориз. 6 Шема на структурата на последните нивоа на азот, 14,53 eV (лево) и кислород, 13,62 eV (десно)

Ефектот на скрининг и взаемно одбивање на електроните од една орбитала, исто така, ја објаснува внатрешната периодична природа на промената на атомските радиуси во текот на периодот (види Сл. 4).

Ориз. 7 Секундарна периодична зависност на радиусите на атомите на надворешните p-орбитали од атомскиот број

Ориз. 8 Секундарна периодична зависност на првата енергија на јонизација на атомите од атомскиот број

Ориз. 9 Радијална распределба на густината на електроните во атомот на натриум

Во природата на промените во својствата с- И Р-елементи во подгрупите, јасно се забележува секундарна периодичност (сл. 7). За да се објасни, се користи идејата за пенетрација на електрони во јадрото. Како што е прикажано на слика 9, електрон од која било орбитала останува во регион блиску до јадрото одредено време. Со други зборови, надворешните електрони продираат до јадрото преку слоеви на внатрешни електрони. Како што може да се види од Слика 9, надворешен 3 с-Електронот на атомот на натриум има многу значајна веројатност да се наоѓа во близина на јадрото во регионот на внатрешниот ДО- И Л-електронски слоеви.

Концентрацијата на електронската густина (степенот на пенетрација на електрони) на истиот главен квантен број е најголема за с-електрон, помалку - за Р-електрон, уште помалку - за г-електрон итн. На пример, со n = 3, степенот на пенетрација се намалува во низата 3 с>3стр>3г(види Сл. 10).

Ориз. 10 Радијална распределба на веројатноста да се најде електрон (густина на електрон) на растојание род јадрото

Јасно е дека ефектот на пенетрација ја зголемува јачината на врската помеѓу надворешните електрони и јадрото. Поради подлабоко навлегување с-електроните го штитат јадрото во поголема мера од Р-електрони, а вториве се посилни од г-електрони итн.

Користејќи ја идејата за пенетрација на електрони во јадрото, да ја разгледаме природата на промената на радиусот на атомите на елементите во подгрупата на јаглерод. Во серијата - - - - постои општа тенденција за зголемување на атомскиот радиус (види Сл. 4, 7). Сепак, ова зголемување е немонотоно. При одење од Си до Ге, надворешно Р-електроните продираат низ екран од десет 3 г-електрони и со тоа ја зајакнува врската со јадрото и ја компресира електронската обвивка на атомот. Намалување на големината 6 стр-орбитали на Pb во споредба со 5 Р-орбиталниот Sn се должи на пенетрацијата 6 стр-електрони под двоен екран десет 5 г-електрони и четиринаесет 4 ѓ-електрони. Ова ја објаснува и немонотоноста во промената на енергијата на јонизација на атомите во серијата C-Pb и нејзината поголема вредност за Pb во споредба со атомот Sn (види Сл. 1).

г- Елементи

Во надворешниот слој на атомите г-елементи (со исклучок на ) има 1-2 електрони ( ns-состојба). Останатите валентни електрони се наоѓаат во (n-1) г-состојба, односно во преднадворешниот слој.

Оваа структура на електронските обвивки на атомите одредува некои општи својства г-елементи. Така, нивните атоми се карактеризираат со релативно ниски вредности на првата енергија на јонизација. Како што може да се види на слика 1, природата на промената на енергијата на јонизација на атомите во текот на периодот во серијата г-елементите се помазни отколку во низа с- И стр-елементи. Кога се движите од г-елемент од III група до г-за елемент од групата II, енергетските вредности на јонизација се менуваат немонотоно. Така, во пресекот на кривата (сл. 1) се видливи две области, што одговараат на енергијата на јонизација на атомите во кои г-орбитали од еден и два електрони. Полнење 3 г-орбитали со по еден електрон секој крај на (3d 5 4s 2), што е означено со мало зголемување на релативната стабилност на конфигурацијата 4s 2 поради навлегувањето на 4s 2 електрони под екранот на конфигурацијата 3d 5. Највисока вредностјонизирачка енергија има (3d 10 4s 2), што е во согласност со целосно завршување на 3 г-подслој и стабилизирање на електронскиот пар поради пенетрација под екранот 3 г 10 - конфигурации.

Во подгрупи г- елементи, јонизирачките енергетски вредности на атомите генерално се зголемуваат. Ова може да се објасни со ефектот на пенетрација на електрони во јадрото. Значи, ако вие г-елементи од 4-тиот период екстерно 4 с- електроните продираат под екранот 3 г-електрони, тогаш елементите од 6-тиот период имаат надворешна 6 с-електроните веќе продираат под двојниот екран 5 г- и 4 ѓ-електрони. На пример:

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

Затоа г-елементи од 6-тиот период екстерно б с-електроните се поцврсто врзани за јадрото и затоа енергијата на јонизација на атомите е поголема од онаа на г-елементи од 4. период.

Атомски големини г-елементите се средно помеѓу атомските големини с- И стр-елементи од даден период. Промената на радиусите на нивните атоми во тој период е помазна отколку за с- И стр-елементи.

Во подгрупи г-елементи, атомските радиуси генерално се зголемуваат. Важно е да се забележи следната карактеристика: зголемување на атомските и јонските радиуси во подгрупите г-елементите главно одговараат на преминот од елементот 4-ти во елементот на 5-тиот период. Соодветните радиуси на атоми г-елементите од 5-тиот и 6-тиот период од оваа подгрупа се приближно исти. Ова се објаснува со фактот дека зголемувањето на радиусите поради зголемување на бројот на електронски слоеви за време на преминот од 5-ти во 6-ти период се компензира ѓ-компресија предизвикана од полнење со електрони 4 ѓ-подслој ѓ-елементи од 6. период. Во овој случај ѓ-компресија се нарекува лантанид. Со слични електронски конфигурациинадворешните слоеви и приближно исти големини на атоми и јони за г-елементите од 5-тиот и 6-тиот период од оваа подгрупа се карактеризираат со посебна сличност на својствата.

Елементите на подгрупата скандиум не ги почитуваат забележаните обрасци. Оваа подгрупа се карактеризира со обрасци карактеристични за соседните подгрупи с-елементи.

Периодниот закон е основа на хемиската систематика

исто така види

Белешки

Литература

  1. Ахметов Н.С.Тековни прашања за курсот неорганска хемија. - М.: Образование, 1991. - 224 стр. - ISBN 5-09-002630-0
  2. Королков Д.В.Основи на неорганска хемија. - М.: Образование, 1982. - 271 стр.
  3. Менделеев Д.И.Основи на хемијата, том 2. М.: Госхимиздат, 1947. 389 стр.
  4. Менделеев Д.И.// Енциклопедиски речник на Брокхаус и Ефрон: Во 86 тома (82 тома и 4 дополнителни). - Санкт Петербург. , 1890-1907 година.