Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
Периодический закон разработал известный русский химик Д. И. Менделеев в 1869 г. Его отличительной особенностью является отсутствие строгой формулировки, присущей математическим уравнениям.
Периодический закон изображают в формате периодической системы — особой систематизации элементов, в основе которой лежат природные трансформации свойств элементов.
После достижений в области физики началась доработка периодического закона. Труды многих ученых, включая Ридберга, Мозли, Паули, Шрёдингера, Гейзенберга, определить истинное значение порядкового номера, создать квантово-механическую модель атома, установить взаимосвязь между периодическими изменениями строения элементов и возрастанием зарядов их ядер.
Однако просто изменение заряда не могло спровоцировать периодичность, ведь в системе Менделеева заряд ядра меняется постепенно.
При этом заряд ядра определяет число электронов в электронной оболочке.
Исходя из того, какой энергетический подуровень атома заполняют электроны, все элементы можно условно разделить на четыре семейства (блока):
- s-элементы — наполнение электронами внешнего s-подуровня.
- p-элементов — заполнение внешнего p-подуровня.
s- и p-элементы принадлежат к главным подгруппам.
d-элементы — располагаются между блоками s- и p-элементов, содержат в составе элементы побочных подгрупп, в которых первоначально заполняется предвнешний d-подуровень.
- f-элементы — включают лантаноиды и актиноиды, у которых электронами наполняются f-подуровень третьего снаружи энергетического уровня. Исходя из того, какой энергетический слой заполняется, элемент приобретает некую степень тех или иных свойств.
Подлинной причиной периодичности выступает смена структуры наружных электронных слоев. Это и получило отражение в периодическом законе:
Особенности элементов и сформированных ими веществ пребывают в периодической зависимости от структуры внешних электронных оболочек атомов.
В таблице присутствуют горизонтальные (периоды) и вертикальные (группы) ряды. Номер периода равняется численности энергетических уровней и слоев в атоме. В главных подгруппах номер элемента отражает число электронов на внешнем энергетическом уровне, в побочных —отвечает предельному числу валентных электронов.
Закономерности в периодической системе Менделеева
По мере увеличения заряда ядра в главных подгруппах(сверху вниз) укрепляются металлические свойства, а неметаллические снижаются.
Это обусловлено тем, что:
- численность электронов на внешнем уровне сохраняется неизменным;
- увеличивается число энергетических уровней в атоме;
- расширяется радиус атома.
В середине периода особенности элементов трансформируются постепенно. По мере увеличения зарядов атомных ядер (слева направо) слабеют металлические свойства и усиливаются неметаллические.
Это происходит в результате того, что:
- численность энергетических уровней стабильна;
- количество электронов на внешнем электронном уровне приумножается;
- радиус атома снижается.
В больших периодах трансформирование такого рода происходит медленнее, в связи с тем, что после с третьего элемента скандия (Sc) в четвертом и иттрия (Y) в пятом периоде, у атомов достраиваются не внешний энергетический, а предвнешний d-подуровень.
В шестом и седьмом периодах модификации совершаются еще более неспешно, поскольку достраивается внутренний третий снаружи электронный уровень.
Так как внешний уровень данных элементов сохраняется неизменным, характеристики 4 f-элементов аналогичны особенностям лантана, а характеристики 5 f-элементов близки свойствам актиния. 4 f-элементы включают семейство лантаноидов, a 5 f-элементы — семейство актиноидов.
В порядке заполнения электронами энергетических слоев встречаются исключения. Такое явление называется проскок или провал электрона и вызвано тем, что наиболее энергетически выгодное состояние атома доступно при заполненном d-подуровне, как в атоме меди.
Среди элементов со строением электронной оболочки приближенным к вышеупомянутому, могут происходить преждевременные заполнения энергетического подуровня. Это дает возможность достичь более устойчивого состояния.
Проскок электрона также происходит у d-элементов, в частности у молибдена (Mo) и палладия (Pd).
Проскок электрона — отклонение от свойственной большинству элементов последовательности заполнения электронных оболочек, которое наделяет атомы некоторых элементов меньшей, чем при заполнении оболочек по правилам, энергией.
Характеристики элементов линейно модифицируются в пределах периода, то есть постепенно идут на убыль или повышаются, а затем повторяются через определенное количество элементов.
В рамках периода свойственные щелочным металлам металлические свойства снижаются и сменяются неметаллическими, присущими галогенах.
Особенно хорошо заметно проявление периодичности, если вывести отдельную характеристику атома на график.
График изменения орбитальных радиусов
Изменение орбитальных радиусов в пределах периода весьма существенно.
Анализируя график видно, насколько значительно меняется радиус атома при появлении электронов на каждом следующем уровне.
Изменение электроотрицательности атома
В периодах прослеживается тенденция роста электроотрицательности, а в подгруппах — падение.
Периодичность также проявляется при взаимодействии с другими элементами:
- В высших оксидах значение степени окисления усиливается от + 1 до + 7.
- Значение степени окисления в гидридах и летучих водородных соединениях повышается от +1 до +3, а затем от -4 до -1.
Химические элементы начала периода формируют как правило основные оксиды — Na2O и MgO. Алюминий создает амфотерный оксид — Al2O3, способный исходя из условий обладать кислотными и основными свойствами.
Следующие по порядку периода элементы основывают кислотные оксиды — SiO2, P2O5, SO3, Cl2O7.
Гидроксиды основания через амфотерный гидроксид сменяются все более сильными гидроксидами кислотами.
Помимо горизонтальной и вертикальной, выделяют и диагональную периодичность. Это связано с повтором химических свойств веществ и соединений, которые располагаются в таблице по диагонали.
Наиболее ярким примером диагональной периодичности является диагональ неметаллов, которая условно делит периодическую систему на металлы и неметаллы.
Значение периодического закона
Формулировка периодического закона позволила:
- классифицировать информацию о химических элементах и создаваемых ими веществах;
- доказать существование отдельных видов периодичности, объединив их со строением атомов;
- спрогнозировать и дать описание характеристикам еще не открытых веществ, а также определить пути их открытия.
До формирования периодического закона элементы выступали случайными природными явлениями. После — химия приобрела основной инструмент и перестала быть описательной.
Учение о строении атома стремительно развивалось именно на основе периодического закона. Это дало возможность установить физический смысл периодического закона и понять суть распределения элементов в периодической системе.
Сегодня классическая система дополнена в соответствии с современным уровнем знаний. Создано множество модификаций таблицы, адаптированных к определенным задачам.
В системе появились новые, предсказанные ранее, элементы. Многие из них нестабильны и живут всего доли секунды, другие благодаря уникальным свойствам стали необходимы в современной науке и технике.
Периодический закон — фундаментальный закон природы, открывший возможности для осознанного и системного исследования мира.
Наши репетиторы помогут
-
Подготовиться к поступлению в любой ВУЗ страны
-
Подготовится к ЕГЭ, ГИА и другим экзаменам
-
Повысить успеваемость по предметам