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):

  1.           s-элементы — наполнение электронами внешнего s-подуровня.
  2.           p-элементов — заполнение внешнего p-подуровня.

s- и p-элементы принадлежат к главным подгруппам.

III.            d-элементы — располагаются между блоками s- и p-элементов, содержат в составе элементы побочных подгрупп, в которых первоначально заполняется предвнешний d-подуровень.

  1.           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.

либо наполовину заполненном, как в атоме хрома.

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. 

Остались вопросы?
Наши репетиторы помогут
  • Подготовиться к поступлению в любой ВУЗ страны

  • Подготовится к ЕГЭ, ГИА и другим экзаменам

  • Повысить успеваемость по предметам

Остались вопросы?
вверх