"Sifat-sifat unsur, dan oleh karena itu benda sederhana dan kompleks (zat) yang dibentuk olehnya, secara periodik bergantung pada berat atomnya."

Kata-kata modern:

"sifat unsur kimia (yaitu, sifat dan bentuk senyawa yang mereka bentuk) berada dalam ketergantungan periodik pada muatan inti atom unsur kimia."

Arti fisika dari periodisitas kimia

Perubahan periodik dalam sifat-sifat unsur kimia disebabkan oleh pengulangan yang benar dari konfigurasi elektronik tingkat energi eksternal (elektron valensi) atomnya dengan peningkatan muatan inti.

Representasi grafis dari hukum periodik adalah tabel periodik. Ini berisi 7 periode dan 8 kelompok.

Periode - baris horizontal elemen dengan nilai maksimum yang sama dari jumlah kuantum utama elektron valensi.

Nomor periode menunjukkan jumlah tingkat energi dalam atom suatu unsur.

Periode dapat terdiri dari 2 (pertama), 8 (kedua dan ketiga), 18 (keempat dan kelima), atau 32 (keenam), tergantung pada jumlah elektron di tingkat energi terluar. Yang terakhir, periode ketujuh tidak lengkap.

Semua periode (kecuali yang pertama) dimulai dengan logam alkali ( s- unsur) dan diakhiri dengan gas mulia ( ns2 np6 ).

Sifat logam dianggap sebagai kemampuan atom unsur untuk dengan mudah menyumbangkan elektron, dan sifat non-logam untuk menerima elektron karena kecenderungan atom untuk memperoleh konfigurasi yang stabil dengan sublevel yang terisi. Mengisi bagian luar s- sublevel menunjukkan sifat logam atom, dan pembentukan bagian luar p- sublevel - pada sifat non-logam. Pertambahan jumlah elektron sebesar p- sublevel (dari 1 hingga 5) meningkatkan sifat non-logam atom. Atom dengan konfigurasi elektron terluar yang terbentuk penuh dan stabil secara energi ( ns 2 np 6) inert secara kimia.

Dalam waktu lama, transisi sifat dari logam aktif ke gas mulia terjadi lebih lancar daripada dalam waktu singkat, karena: pembentukan internal n - 1) d - sublevel sambil mempertahankan eksternal nomor 2 - lapisan. Periode besar terdiri dari baris genap dan ganjil.

Untuk elemen baris genap di lapisan luar nomor 2 - elektron, oleh karena itu, sifat logam mendominasi dan pelemahannya dengan meningkatnya muatan nuklir kecil; dalam baris ganjil terbentuk np- sublevel, yang menjelaskan melemahnya sifat logam secara signifikan.

Grup - kolom vertikal unsur-unsur dengan jumlah elektron valensi yang sama, sama dengan nomor golongan. Ada subkelompok utama dan sekunder.

Subkelompok utama terdiri dari unsur-unsur periode kecil dan besar, yang elektron valensinya terletak di terluar ns - dan np - sublevel.

Subkelompok sekunder terdiri dari unsur-unsur hanya periode besar. Elektron valensi mereka berada di terluar n- sublevel dan internal ( n - 1) d - sublevel (atau (n - 2) f - sublevel).

Tergantung pada sublevel mana ( s-, p-, d- atau f-) diisi dengan elektron valensi, unsur-unsur sistem periodik dibagi menjadi: s- elemen (elemen dari subkelompok utama kelompok I dan II), p - elemen (elemen dari subkelompok utama Kelompok III - VII), d - elemen (elemen subkelompok sekunder), f- unsur (lantanida, aktinida).

Dalam subkelompok utama, dari atas ke bawah, sifat logam ditingkatkan, sedangkan sifat non-logam melemah. Unsur-unsur golongan utama dan golongan sekunder sangat berbeda sifatnya.

Nomor golongan menunjukkan valensi tertinggi dari unsur (kecuali DARI , elemen dari subkelompok tembaga dan kelompok kedelapan).

Umum untuk unsur-unsur dari subkelompok utama dan sekunder adalah rumus oksida yang lebih tinggi (dan hidratnya). Untuk oksida yang lebih tinggi dan unsurnya hidrat AKU AKU AKU AKU kelompok (kecuali boron) sifat dasar mendominasi, dengan IV hingga VIII - asam.

Halaman 1

Pengulangan periodik sifat-sifat unsur dengan bertambahnya nomor atom menjadi sangat jelas jika unsur-unsur tersebut disusun dalam suatu tabel, yang disebut tabel periodik atau sistem periodik unsur. Beberapa bentuk tabel periodik telah diusulkan dan digunakan.

Pengulangan periodik sifat-sifat unsur dengan bertambahnya nomor atom dapat ditunjukkan dengan jelas jika unsur-unsur tersebut disusun dalam tabel yang disebut tabel periodik, atau sistem periodik, dari unsur-unsur. Banyak bentuk yang berbeda dari tabel periodik telah diusulkan dan digunakan.

Prinsip pengulangan periodik dari sifat-sifat unsur tidak memungkinkan adanya hanya satu unsur argon yang terisolasi; zat sederhana seperti itu harus sedikit atau tidak sama sekali. Namun, Ramsay dengan tegas berdiri pada posisi hukum periodik, dan ini, serta perkembangan teknologi laboratorium pada akhir abad terakhir, telah menentukan penemuan cepat anggota kelompok gas inert yang tersisa.

Apa yang menjelaskan pengulangan periodik dari sifat-sifat unsur dalam sistem periodik.

Apa yang menjelaskan pengulangan periodik dari sifat-sifat unsur.

Menerima bahwa pengulangan periodik sifat-sifat unsur tidak hanya disebabkan oleh massanya (berat atom), tetapi juga oleh sifat pergerakan atom itu sendiri sebagai partikel utuh (kecepatan dan arah gerakannya), Flavitsky membangun teorinya. hipotesis atas dasar berikut: periodisitas unsur dijelaskan bukan oleh jenis berulang dari struktur internal atom, tetapi oleh fakta bahwa sifat pergerakan atom sebagai partikel utuh berubah secara berkala.

Jadi, alasan pengulangan periodik dari sifat-sifat unsur adalah pengulangan periodik dari konfigurasi elektronik atom-atomnya.

Studi tentang struktur elektronik atom memungkinkan untuk membuktikan bahwa alasan pengulangan periodik sifat-sifat unsur dengan peningkatan nomor seri adalah pengulangan periodik dari proses pembentukan kulit elektron baru. Ke dalam golongan yang sama dari sistem periodik selalu termasuk unsur-unsur yang atom-atomnya di kulit terluar memiliki jumlah elektron yang sama. Jadi, atom dari semua gas inert, kecuali helium, mengandung 8 elektron di kulit terluar dan paling sulit untuk terionisasi, sedangkan atom logam alkali mengandung satu elektron di kulit terluar dan memiliki potensi ionisasi terendah. Logam alkali dengan hanya satu elektron di kulit terluar dapat dengan mudah kehilangannya, berubah menjadi bentuk ion positif yang stabil dengan konfigurasi elektron yang mirip dengan gas inert terdekat dengan nomor atom lebih rendah. Unsur-unsur seperti fluor, klor, dll., mendekati konfigurasi gas inert dalam hal jumlah elektron eksternal, sebaliknya, cenderung memperoleh elektron dan mereproduksi konfigurasi elektronik ini, melewati ion negatif yang sesuai.

Periode setelah periode ketiga tabel D. I. Mendeleev lebih panjang. Namun, pengulangan periodik dari sifat-sifat unsur dipertahankan. Ini menjadi lebih kompleks, karena meningkatnya variasi fitur fisik dan kimia dari unsur-unsur ketika massa atomnya meningkat. Pertimbangan struktur atom periode pertama menegaskan bahwa terbatasnya jumlah tempat elektron di setiap kulit (larangan Pauli) di sekitar nukleus adalah alasan pengulangan periodik sifat-sifat unsur. Periodisitas ini adalah hukum alam yang hebat, ditemukan oleh D. I. Mendeleev pada akhir abad terakhir, di zaman kita telah menjadi salah satu dasar untuk pengembangan tidak hanya kimia, tetapi juga fisika.

Nilai /j meningkat secara bertahap saat Z meningkat hingga Z mencapai nilai gas mulia dan kemudian turun menjadi sekitar seperempat nilai gas mulia saat bergerak ke elemen berikutnya. Periodisitas perubahan properti lain - kepadatan elemen dalam keadaan padat - ditunjukkan pada gambar. 5.13. Pengulangan periodik sifat-sifat unsur dengan kenaikan nomor urut seperti itu menjadi jelas terutama jika unsur-unsur itu disusun dalam bentuk tabel yang disebut tabel periodik dan sistem periodik unsur. Banyak bentuk yang berbeda dari sistem periodik telah diusulkan dan digunakan.

Bersamaan dengan Newlands, de Chancourtois mendekati penemuan hukum periodik di Prancis. Tetapi berbeda dengan gambar musik dan suara sensual, yang disajikan untuk Newlands sebagai analogi dengan keteraturan elemen kimia yang ia ungkapkan sebagian, naturalis Prancis menggunakan gambar geometris abstrak: ia membandingkan pengulangan periodik dari sifat-sifat elemen, disusun menurut berat atomnya, dengan lilitan garis spiral (vis tellurique) dan permukaan samping silinder.

Gagasan tentang besarnya muatan inti sebagai sifat yang menentukan atom membentuk dasar perumusan modern hukum periodik D. I. Mendeleev: sifat-sifat unsur kimia, serta bentuk dan sifat senyawa unsur-unsur ini, berada dalam ketergantungan periodik pada besarnya muatan inti atom mereka. Itu memungkinkan untuk menjelaskan alasan pengulangan periodik sifat-sifat unsur, yang terdiri dari pengulangan periodik struktur konfigurasi elektronik atom.

Hanya setelah struktur atom diklarifikasi, alasan pengulangan periodik sifat-sifat unsur menjadi jelas.

Data tentang struktur nukleus dan distribusi elektron dalam atom memungkinkan untuk mempertimbangkan hukum periodik dan sistem periodik unsur dari posisi fisik dasar. Berdasarkan pemikiran modern, hukum periodik dirumuskan sebagai berikut:

Sifat-sifat zat sederhana, serta bentuk dan sifat senyawa unsur, secara periodik bergantung pada muatan inti atom (nomor urut).

Tabel periodik D.I. Mendeleev

Saat ini, lebih dari 500 varian representasi sistem periodik diketahui: ini adalah berbagai bentuk transmisi hukum periodik.

Versi pertama dari sistem elemen, yang diusulkan oleh D.I. Mendeleev pada 1 Maret 1869, adalah apa yang disebut versi bentuk panjang. Dalam varian ini, periode disusun dalam satu baris.

Dalam sistem periodik, ada 7 periode horizontal, tiga yang pertama disebut kecil, dan sisanya besar. Pada periode pertama ada 2 elemen, pada periode kedua dan ketiga - masing-masing 8, pada periode keempat dan kelima - masing-masing 18, pada periode keenam - 32, pada periode ketujuh (tidak lengkap) - 21 elemen. Setiap periode, kecuali yang pertama, dimulai dengan logam alkali dan diakhiri dengan gas mulia (periode ke-7 belum selesai).

Semua elemen sistem periodik diberi nomor dalam urutan di mana mereka mengikuti satu sama lain. Nomor unsur disebut nomor urut atau nomor atom.

Sistem ini memiliki 10 baris. Setiap periode kecil terdiri dari satu baris, setiap periode besar terdiri dari dua baris: genap (atas) dan ganjil (bawah). Dalam baris genap periode besar (keempat, keenam, kedelapan dan kesepuluh) hanya ada logam, dan sifat-sifat unsur-unsur dalam baris dari kiri ke kanan sedikit berubah. Dalam baris ganjil periode besar (kelima, ketujuh dan kesembilan), sifat-sifat unsur-unsur dalam baris dari kiri ke kanan berubah, seperti pada unsur-unsur khas.

Fitur utama di mana unsur-unsur periode besar dibagi menjadi dua baris adalah keadaan oksidasi mereka. Nilai identik mereka diulang dua kali dalam satu periode dengan peningkatan massa atom unsur-unsur. Misalnya, pada periode keempat, bilangan oksidasi unsur dari K menjadi Mn berubah dari +1 menjadi +7, diikuti oleh triad Fe, Co, Ni (ini adalah unsur-unsur deret genap), setelah itu kenaikan yang sama dalam keadaan oksidasi unsur-unsur dari Cu ke Br diamati ( adalah unsur-unsur dari baris ganjil). Hal yang sama kita lihat pada periode-periode besar lainnya, kecuali periode ketujuh, yang terdiri dari satu seri (genap). Bentuk-bentuk kombinasi unsur juga berulang dua kali dalam periode yang besar.

Pada periode keenam, setelah lantanum, ada 14 elemen dengan nomor seri 58-71, yang disebut lantanida (kata "lantanida" berarti mirip dengan lantanum, dan "aktinida" - "seperti aktinium") Kadang-kadang disebut lantanida dan aktinida , yang berarti mengikuti lantanida, mengikuti aktinium) Lantanida ditempatkan secara terpisah di bagian bawah tabel, dan di dalam sel tanda bintang menunjukkan urutan lokasi mereka dalam sistem: La-Lu Sifat kimia lantanida sangat serupa Misalnya, mereka semua adalah logam reaktif, bereaksi dengan air untuk membentuk Hidroksida dan Hidrogen Dari sini dapat disimpulkan bahwa lantanida memiliki analogi horizontal yang kuat.

Pada periode ketujuh, 14 elemen dengan nomor seri 90-103 membentuk keluarga aktinida. Mereka juga ditempatkan secara terpisah - di bawah lantanida, dan di sel yang sesuai, dua tanda bintang menunjukkan urutan lokasi mereka dalam sistem: Ac-Lr. Namun, berbeda dengan lantanida, analogi horizontal untuk aktinida diekspresikan dengan lemah. Mereka menunjukkan tingkat oksidasi yang lebih berbeda dalam senyawanya. Misalnya, bilangan oksidasi aktinium adalah +3, dan uranium adalah +3, +4, +5 dan +6. Studi tentang sifat kimia aktinida sangat sulit karena ketidakstabilan inti mereka.

Dalam tabel periodik, delapan golongan disusun secara vertikal (ditunjukkan dengan angka Romawi). Nomor golongan terkait dengan tingkat oksidasi unsur-unsur yang mereka tunjukkan dalam senyawa. Sebagai aturan, bilangan oksidasi positif tertinggi dari unsur-unsur sama dengan nomor golongan. Pengecualiannya adalah fluor - keadaan oksidasinya adalah -1; tembaga, perak, emas menunjukkan bilangan oksidasi +1, +2 dan +3; dari unsur-unsur golongan VIII, keadaan oksidasi +8 hanya diketahui untuk osmium, rutenium dan xenon.

Golongan VIII mengandung gas mulia. Sebelumnya, diyakini bahwa mereka tidak dapat membentuk senyawa kimia.

Setiap kelompok dibagi menjadi dua subkelompok - utama dan sekunder, yang dalam sistem periodik ditekankan oleh pergeseran beberapa ke kanan dan yang lain ke kiri. Subkelompok utama terdiri dari unsur-unsur khas (unsur periode kedua dan ketiga) dan unsur-unsur periode besar yang serupa dengan mereka dalam sifat kimia. Subkelompok sekunder hanya terdiri dari logam - elemen periode besar. Kelompok VIII berbeda dari yang lain. Selain subgrup helium utama, ia mengandung tiga subgrup samping: subgrup besi, subgrup kobalt, dan subgrup nikel.

Sifat kimia unsur-unsur subkelompok utama dan sekunder berbeda secara signifikan. Misalnya, pada golongan VII, subgrup utama terdiri dari nonlogam F, CI, Br, I, At, sedangkan golongan sampingnya adalah logam Mn, Tc, Re. Dengan demikian, subkelompok menyatukan elemen yang paling mirip satu sama lain.

Semua unsur kecuali helium, neon dan argon membentuk senyawa oksigen; Hanya ada 8 bentuk senyawa oksigen. Dalam sistem periodik, mereka sering diwakili oleh rumus umum yang terletak di bawah setiap kelompok dalam urutan menaik dari bilangan oksidasi unsur: R 2 O, RO, R 2 O 3, RO 2, R 2 O 5, RO 3, R 2 O 7, RO 4, di mana R adalah elemen dari grup ini. Rumus oksida yang lebih tinggi berlaku untuk semua unsur golongan (utama dan sekunder), kecuali untuk kasus-kasus ketika unsur-unsur tidak menunjukkan bilangan oksidasi yang sama dengan nomor golongan.

Unsur-unsur subkelompok utama, mulai dari golongan IV, membentuk senyawa gas hidrogen, ada 4 bentuk senyawa tersebut, yang juga diwakili oleh rumus umum dalam urutan RN 4, RN 3, RN 2, RN. Rumus senyawa hidrogen terletak di bawah unsur-unsur subkelompok utama dan hanya berlaku untuk mereka.

Sifat-sifat unsur dalam subkelompok berubah secara alami: dari atas ke bawah, sifat logam meningkat dan sifat non-logam melemah. Jelas, sifat-sifat logam paling menonjol dalam fransium, kemudian dalam cesium; non-logam - dalam fluor, lalu - dalam oksigen.

Dimungkinkan juga untuk melacak secara visual periodisitas sifat-sifat unsur berdasarkan pertimbangan konfigurasi elektron atom.

Jumlah elektron yang terletak di tingkat terluar dalam atom unsur, diatur dalam urutan kenaikan nomor seri, berulang secara berkala. Perubahan periodik sifat unsur dengan kenaikan nomor urut dijelaskan oleh perubahan periodik struktur atomnya, yaitu jumlah elektron pada tingkat energi eksternalnya. Menurut jumlah tingkat energi dalam kulit elektron atom, unsur-unsur dibagi menjadi tujuh periode. Periode pertama terdiri dari atom di mana kulit elektron terdiri dari satu tingkat energi, pada periode kedua - dari dua, pada periode ketiga - dari tiga, pada periode keempat - dari empat, dll. Setiap periode baru dimulai ketika tingkat energi baru mulai mengisi tingkat.

Dalam sistem periodik, setiap periode dimulai dengan unsur-unsur yang atomnya memiliki satu elektron di tingkat terluar - atom logam alkali - dan diakhiri dengan unsur-unsur yang atomnya di tingkat terluar memiliki 2 (pada periode pertama) atau 8 elektron (pada semua periode berikutnya). ) - atom gas mulia .

Selanjutnya, kita melihat bahwa kulit elektron terluar serupa untuk atom unsur (Li, Na, K, Rb, Cs); (Jadi, Mg, Ca, Sr); (F, Cl, Br, I); (He, Ne, Ag, Kr, Xe), dll. Itulah sebabnya masing-masing golongan unsur di atas termasuk dalam subgrup utama tertentu dari tabel periodik: Li, Na, K, Rb, Cs dalam golongan I, F, Cl, Br, I - di VII, dst.

Justru karena kesamaan struktur kulit elektron atom, sifat fisik dan kimianya serupa.

Nomor subgrup utama ditentukan oleh jumlah maksimum elemen pada tingkat energi dan sama dengan 8. Jumlah elemen transisi (elemen subkelompok samping) ditentukan oleh jumlah maksimum elektron di sublevel d dan sama dengan 10 di setiap periode besar.

Karena dalam sistem periodik unsur kimia D.I. Mendeleev, salah satu subgrup samping sekaligus mengandung tiga elemen transisi yang sifat kimianya mirip (yang disebut triad Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), lalu jumlah subgrup samping , serta yang utama, adalah delapan.

Dengan analogi dengan unsur-unsur transisi, jumlah lantanida dan aktinida yang ditempatkan di bagian bawah sistem periodik dalam bentuk baris independen sama dengan jumlah maksimum elektron pada sublevel f, yaitu 14.

Periode dimulai dengan elemen dalam atom yang memiliki satu elektron s di tingkat luar: pada periode pertama adalah hidrogen, sisanya - logam alkali. Periode berakhir dengan gas mulia: yang pertama - dengan helium (1s 2), periode yang tersisa - dengan unsur-unsur yang atom-atomnya di tingkat terluar memiliki konfigurasi elektronik ns 2 np 6 .

Periode pertama mengandung dua unsur: hidrogen (Z = 1) dan helium (Z = 2). Periode kedua dimulai dengan unsur lithium (Z= 3) dan diakhiri dengan neon (Z= 10). Ada delapan elemen pada periode kedua. Periode ketiga dimulai dengan natrium (Z = 11), konfigurasi elektroniknya adalah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Pengisian tingkat energi ketiga dimulai darinya. Itu berakhir di argon gas inert (Z= 18), yang sublevel 3s dan 3pnya terisi penuh. Rumus elektronik argon: 1s 2 2s 2 2p 6 Zs 2 3p 6. Natrium adalah analog dari lithium, argon adalah analog dari neon. Pada periode ketiga, seperti pada periode kedua, ada delapan elemen.

Periode keempat dimulai dengan kalium (Z = 19), struktur elektroniknya dinyatakan dengan rumus 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p64s 1. Elektron ke-19 menempati sublevel 4s, yang energinya lebih rendah daripada energi sublevel 3d. Elektron 4s terluar memberikan sifat unsur yang mirip dengan natrium. Dalam kalsium (Z = 20), sublevel 4s diisi oleh dua elektron: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2. Dari unsur skandium (Z = 21), pengisian sublevel 3d dimulai, karena secara energetik lebih menguntungkan daripada 4p -sublevel. Lima orbital dari sublevel 3d dapat ditempati oleh sepuluh elektron, yang terjadi pada atom dari skandium hingga seng (Z = 30). Oleh karena itu, struktur elektronik Sc sesuai dengan rumus 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2, dan seng - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2. Dalam atom unsur berikutnya hingga kripton gas inert (Z = 36) sublevel 4p sedang diisi. Ada 18 unsur pada periode keempat.

Periode kelima mengandung unsur-unsur dari rubidium (Z = 37) hingga gas inert xenon (Z = 54). Pengisian tingkat energinya sama dengan unsur-unsur periode keempat: setelah Rb dan Sr, sepuluh unsur dari yttrium (Z= 39) menjadi kadmium (Z = 48), sublevel 4d diisi, setelah itu elektron menempati sublevel 5p. Pada periode kelima, seperti pada periode keempat, ada 18 elemen.

Dalam atom unsur periode keenam sesium (Z= 55) dan barium (Z = 56), sublevel 6s terisi. Dalam lantanum (Z = 57), satu elektron memasuki sublevel 5d, setelah itu pengisian sublevel ini berhenti, dan sublevel 4f mulai terisi, tujuh orbital di antaranya dapat ditempati oleh 14 elektron. Hal ini terjadi untuk atom unsur lantanida dengan Z = 58 - 71. Karena sublevel 4f yang dalam dari tingkat ketiga dari luar diisi dengan unsur-unsur ini, mereka memiliki sifat kimia yang sangat mirip. Dengan hafnium (Z = 72), pengisian sublevel d dilanjutkan dan diakhiri dengan merkuri (Z = 80), setelah itu elektron mengisi sublevel 6p. Pengisian level selesai pada radon gas mulia (Z = 86). Ada 32 unsur pada periode keenam.

Periode ketujuh tidak lengkap. Pengisian level elektronik dengan elektron mirip dengan periode keenam. Setelah mengisi sublevel 7s di Prancis (Z = 87) dan radium (Z = 88), sebuah elektron aktinium memasuki sublevel 6d, setelah itu sublevel 5f mulai terisi 14 elektron. Ini terjadi untuk atom unsur aktinida dengan Z = 90 - 103. Setelah unsur ke-103, sublevel b d diisi: di kurchatovium (Z = 104), = 105), unsur Z = 106 dan Z = 107. Aktinida, seperti lantanida, memiliki banyak sifat kimia yang serupa.

Meskipun sublevel 3d diisi setelah sublevel 4s, sublevel ini ditempatkan lebih awal dalam rumus, karena semua sublevel dari level ini ditulis secara berurutan.

Tergantung pada sublevel mana yang terakhir diisi dengan elektron, semua elemen dibagi menjadi empat jenis (famili).

1. s - Elemen: sublevel s dari level terluar diisi dengan elektron. Ini termasuk dua elemen pertama dari setiap periode.

2. p - Elemen: p-sublevel dari level terluar diisi dengan elektron. Ini adalah 6 elemen terakhir dari setiap periode (kecuali yang pertama dan ketujuh).

3. d - Elemen: sublevel d dari level kedua dari luar diisi dengan elektron, dan satu atau dua elektron tetap berada di level terluar (untuk Pd - nol). Ini termasuk elemen dekade kabisat periode besar yang terletak di antara elemen s dan p (mereka juga disebut elemen transisi).

4. f - Elemen: sublevel f dari level ketiga dari luar diisi dengan elektron, dan dua elektron tetap berada di level terluar. Ini adalah lantanida dan aktinida.

Ada 14 unsur s, 30 unsur p, 35 unsur d, 28 unsur f dalam sistem periodik. Unsur-unsur sejenis memiliki sejumlah sifat kimia yang sama.

Sistem periodik D. I. Mendeleev adalah klasifikasi alami unsur-unsur kimia menurut struktur elektron atomnya. Struktur elektronik suatu atom, dan karenanya sifat-sifat suatu unsur, ditentukan oleh posisi unsur tersebut pada periode dan subkelompok yang sesuai dari sistem periodik. Pola pengisian tingkat elektronik menjelaskan perbedaan jumlah unsur dalam periode.

Dengan demikian, periodisitas yang ketat dari susunan unsur-unsur dalam sistem periodik unsur-unsur kimia D. I. Mendeleev sepenuhnya dijelaskan oleh sifat yang konsisten dari pengisian tingkat energi.

Temuan:

Teori struktur atom menjelaskan perubahan periodik dalam sifat-sifat unsur. Peningkatan muatan positif inti atom dari 1 menjadi 107 menyebabkan pengulangan periodik struktur tingkat energi eksternal. Dan karena sifat-sifat unsur terutama bergantung pada jumlah elektron di tingkat terluar, mereka juga berulang secara berkala. Ini adalah arti fisik dari hukum periodik.

Dalam periode singkat, dengan peningkatan muatan positif inti atom, jumlah elektron pada tingkat eksternal meningkat (dari 1 menjadi 2 - pada periode pertama, dan dari 1 menjadi 8 - pada periode kedua dan ketiga) , yang menjelaskan perubahan sifat-sifat unsur: pada awal periode (kecuali periode pertama) ada logam alkali, kemudian sifat logam secara bertahap melemah dan sifat non-logam meningkat.

Dalam periode besar, ketika muatan inti meningkat, pengisian level dengan elektron lebih sulit, yang juga menjelaskan perubahan sifat unsur yang lebih kompleks dibandingkan dengan unsur periode kecil. Jadi, dalam barisan genap dalam periode yang lama, dengan bertambahnya muatan, jumlah elektron di tingkat terluar tetap konstan dan sama dengan 2 atau 1. Oleh karena itu, sementara elektron mengisi tingkat yang mengikuti tingkat terluar (kedua dari luar), sifat-sifat unsur-unsur dalam baris ini berubah sangat lambat. Hanya dalam baris ganjil, ketika jumlah elektron di tingkat terluar meningkat dengan pertumbuhan muatan inti (dari 1 menjadi 8), sifat-sifat unsur mulai berubah dengan cara yang sama seperti sifat-sifat khas.

Dalam terang doktrin struktur atom, pembagian D.I. Mendeleev dari semua elemen selama tujuh periode. Nomor periode sesuai dengan jumlah tingkat energi atom yang diisi dengan elektron.Oleh karena itu, elemen s ada di semua periode, elemen p pada periode kedua dan selanjutnya, elemen d pada periode keempat dan selanjutnya, dan elemen f pada periode berikutnya. periode keenam dan ketujuh.

Pembagian golongan menjadi subkelompok, berdasarkan perbedaan pengisian tingkat energi dengan elektron, juga mudah dijelaskan. Untuk elemen dari subkelompok utama, sublevel s (ini adalah elemen s) atau sublevel p (ini adalah elemen p) dari level luar diisi. Untuk elemen subkelompok samping, (sublevel d dari level luar kedua (ini adalah elemen d) diisi. Untuk lantanida dan aktinida, sublevel 4f dan 5f diisi masing-masing (ini adalah elemen f). Jadi, di setiap subkelompok, unsur-unsur digabungkan yang atom-atomnya memiliki struktur tingkat elektron terluar yang serupa. Pada saat yang sama, atom-atom dari unsur-unsur subkelompok utama mengandung pada tingkat terluar jumlah elektron yang sama dengan jumlah golongan .Subkelompok sekunder mencakup unsur-unsur yang atomnya ada di tingkat luar dua atau satu elektron.

Perbedaan struktur juga menyebabkan perbedaan sifat unsur-unsur dari subkelompok yang berbeda dari kelompok yang sama. Jadi, pada tingkat terluar atom unsur-unsur subkelompok halogen, ada tujuh elektron dari subkelompok mangan - masing-masing dua elektron. Yang pertama adalah logam khas dan yang terakhir adalah logam.

Tetapi unsur-unsur dari subkelompok ini juga memiliki sifat yang sama: memasuki reaksi kimia, semuanya (kecuali fluor F) dapat menyumbangkan 7 elektron untuk membentuk ikatan kimia. Dalam hal ini, atom-atom dari subkelompok mangan menyumbangkan 2 elektron dari terluar dan 5 elektron dari tingkat berikutnya. Jadi, dalam unsur-unsur subkelompok sekunder, elektron valensi tidak hanya terluar, tetapi juga tingkat kedua dari belakang (kedua dari luar), yang merupakan perbedaan utama dalam sifat-sifat unsur-unsur subkelompok utama dan sekunder.

Ini juga berarti bahwa nomor golongan, sebagai suatu peraturan, menunjukkan jumlah elektron yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia. Ini adalah arti fisik dari nomor grup.

Jadi, struktur atom menentukan dua pola:

1) perubahan sifat unsur secara horizontal - dalam periode dari kiri ke kanan, sifat logam melemah dan sifat non-logam ditingkatkan;

2) perubahan sifat-sifat elemen di sepanjang vertikal - dalam subkelompok dengan peningkatan nomor seri, sifat logam meningkat dan sifat non-logam melemah.

Dalam hal ini, elemen (dan sel sistem) terletak di persimpangan horizontal dan vertikal, yang menentukan propertinya. Ini membantu untuk menemukan dan menggambarkan sifat-sifat unsur yang isotopnya diperoleh secara artifisial.

Periodisitas dalam mengubah sifat-sifat unsur. Hukum periodik D.I. Mendeleev

Sistem periodik unsur kimia diciptakan pada tahun 1869 oleh rekan senegaranya yang hebat Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Tidak seperti pendahulunya, Mendeleev membandingkan tidak hanya elemen yang serupa, tetapi sebagian besar berbeda dan kelompoknya (misalnya, logam alkali dan halogen), menempatkannya berdasarkan karakteristik utama (yang diketahui pada waktu itu) dari elemen - berat atom.

Rumusan undang-undang pada saat itu adalah:

Sifat-sifat unsur kimia, serta sifat dan bentuk senyawanya, secara periodik bergantung pada berat atomnya.

Belakangan, Mendeleev menggunakan karakteristik unsur-unsur yang diperkenalkannya, yang lebih mendasar daripada berat atom, yaitu nomor serinya, yang ditentukan oleh muatan positif inti, yaitu. jumlah proton dalam inti atom. Keteraturan ditetapkan untuk mengubah sifat-sifat unsur dalam periode dan golongan.

Untuk menggambarkan dan mensistematisasikan unsur-unsur kimia, perlu diketahui karakteristiknya: nomor urut (muatan inti atomnya) dan massa atom relatif.

Dari jumlah tersebut, muatan inti atom adalah umum, tidak berubah selama reaksi kimia, karakteristik utama untuk menentukan elemen.

Untuk menggambarkan unsur-unsur tersebut, selain sifat-sifat kuantitatif yang disebutkan di atas, diperlukan sifat-sifat lain, termasuk sifat-sifat kualitatif dari unsur tersebut. Ini adalah struktur elektronik dan sifat atomnya.

Yang paling penting adalah elektron yang terletak di lapisan elektron terluar, elektron valensi. Untuk elemen logam, mereka biasanya memiliki 1 - 2, lebih jarang 3, untuk non-logam - 4 atau lebih. Untuk unsur-unsur dari subkelompok samping periode besar, elektron valensi tidak hanya terluar, tetapi juga lapisan pra-luar. Reaktivitas atom untuk membentuk ikatan kimia dengan atom lain, untuk membentuk senyawa kimia, tergantung pada elektron valensi.

Senyawa kimia adalah zat kimia individu, terdiri dari atom-atom yang terikat secara kimia dari satu unsur dalam sederhana atau beberapa unsur dalam suatu zat kompleks, memiliki komposisi tertentu.

Zat sederhana dan zat kompleks merupakan wujud nyata dari keberadaan unsur-unsur di alam. Sifat unsur mempengaruhi sifat-sifat zat yang dibentuk olehnya, dan sebaliknya, mengetahui sifat-sifat zat, seseorang dapat menilai sifat unsur.

Dmitri Ivanovich Mendeleev sangat mementingkan pengetahuan tentang bentuk dan sifat senyawa oksigen dan hidrogen yang khas dari suatu unsur untuk karakterisasinya. Di bawah bentuk senyawa, ia memahami kesamaan dalam komposisi senyawanya yang khas untuk sekelompok unsur, yang dinyatakan dengan rumus umum. Dengan demikian, unsur-unsur dari subkelompok utama grup VI dari sistem periodik memiliki bentuk senyawa oksigen dan hidrogen berikut: RO3, H2R.

Contoh : Sulfur Oksida dan Hidrogen Sulfida.

Unsur logam khas membentuk oksida dasar dan hidroksida, menunjukkan nilai valensi rendah dalam bentuk senyawa ini. Dalam unsur non-logam, senyawa oksigen yang lebih tinggi (oksida dan hidroksida) bersifat asam. Unsur-unsur ini membentuk senyawa hidrogen gas. Banyak elemen menunjukkan sifat antara.

Mari kita turunkan pola-pola perubahan sifat-sifat unsur dengan peningkatan nomor serinya.

1. Karakteristik kuantitatif terpenting dari suatu unsur - muatan inti atom dan massa atomnya - meningkat secara monoton.

2. Struktur lapisan elektronik luar berubah secara tiba-tiba.

3. Bentuk dan sifat oksida dan hidroksida unsur berulang secara berkala.

4. Secara berkala, valensi unsur-unsur dalam oksigen meningkat dan menurun dalam hidrogen.

Bagaimana hubungan antara sifat-sifat unsur yang berubah secara monoton dan berkala?

Mari kita perhatikan hubungan ini dengan menggunakan contoh muatan inti atom dan elektron terluarnya. Untuk melakukan ini, kita akan membuat grafik. Perhatikan pada garis horizontal muatan inti atom, dan pada garis vertikal - jumlah elektron di lapisan terluar atom unsur.

Jumlah elektron di lapisan elektron terluar atom unsur berubah secara berkala dengan peningkatan monoton dalam muatan inti atomnya.

Penemuan hukum periodik menandai dimulainya era baru dalam perkembangan kimia - tahap modernnya. Sebelum ini, fakta yang terakumulasi dalam sains tidak memiliki hubungan internal.

Hukum periodik mengungkapkan hubungan yang mendalam antara unsur-unsur, memungkinkan para ilmuwan untuk memprediksi sifat-sifat unsur yang belum ditemukan dan senyawanya, dan dengan sengaja mencari yang baru.

Dmitri Ivanovich Mendeleev tidak meragukan keandalan hukum terbuka, ia sangat percaya pada masa depannya, dalam perkembangannya. Sesaat sebelum kematiannya, dia menulis: "... masa depan tidak mengancam hukum periodik dengan kehancuran, tetapi hanya menjanjikan suprastruktur dan pembangunan."

Hukum periodik:

Menyetujui hubungan internal yang mendalam antara elemen-elemen;

Memungkinkan para ilmuwan untuk berasumsi bahwa semua atom dibangun menurut rencana bersama;

Dengan demikian, ia menciptakan prasyarat untuk transisi ke tahap baru dalam pengembangan sains, ke pengetahuan tentang struktur internal atom - penemuan elektron, radioaktivitas, pengembangan teori struktur atom, dll. .

Langkah selanjutnya adalah pengungkapan esensi fisik hukum berdasarkan teori struktur atom.

Anda sudah akrab dengan struktur atom dan Anda tahu bahwa muatan inti atom adalah karakteristik utamanya. Muatan inti bertepatan dengan nomor urut unsur dalam sistem periodik Mendeleev.

Mahasiswa Rutherford, fisikawan Inggris Henry Moseley, menetapkan pada tahun 1913 bahwa setiap elemen memiliki panjang gelombang radiasi sinar-X sendiri. Itu meningkat dengan meningkatnya massa atom. Moseley menghubungkan frekuensi radiasi ini dengan nomor urut elemen. Hukum Moseley menegaskan bahwa perubahan Mendeleev dalam nomor seri unsur-unsur dalam sistem periodik berhubungan dengan peningkatan yang konsisten dalam muatan inti atom mereka. Kami telah membahas pertanyaan ini dalam studi tentang isotop.

Sehubungan dengan penemuan-penemuan baru di bidang struktur atom, hukum periodik mengadopsi rumusan modern sebagai berikut:

Sifat-sifat unsur, serta bentuk dan sifat senyawanya, secara periodik bergantung pada muatan inti atom.

Mengapa sifat unsur dan senyawanya berubah secara periodik?

Apa alasan dari periodisitas?

Jawaban atas pertanyaan ini juga dapat diberikan oleh teori struktur atom:

Nilai muatan inti adalah karakteristik utama elemen, ukuran individualitasnya. Semua sifat lain dari unsur bergantung pada sifat unsur ini; ia menentukan jumlah elektron dan keadaannya dalam atom.

Peningkatan muatan inti atom dari elemen pertama ke elemen terakhir mengarah pada pengulangan periodik struktur elektronik atom dan jumlah elektron pada tingkat energi eksternal. Inilah arti fisika dari hukum periodik dan alasan periodisitas perubahan sifat-sifat unsur.

Perubahan periodik dalam sifat-sifat unsur dijelaskan oleh pengulangan periodik jumlah elektron pada tingkat energi eksternal dan struktur elektronik atom.

Teori struktur atom berkontribusi pada pengembangan hukum periodik dan sistem periodik unsur kimia, penentuan konten modernnya. Ini memberi dorongan untuk mempelajari struktur internal zat, untuk penemuan dan produksi elemen baru.

Muatan inti unsur dalam sistem periodik terus meningkat, dan sifat-sifat zat sederhana berulang secara berkala. Bagaimana menjelaskannya?

D. I. Mendeleev memperhatikan bahwa sifat-sifat unsur berulang secara berkala dengan meningkatnya nilai nomor massanya. Dia mengatur 63 elemen yang ditemukan pada saat itu dalam urutan peningkatan massa atomnya, dengan mempertimbangkan sifat kimia dan fisik. Mendeleev percaya bahwa hukum periodik yang ditemukannya adalah cerminan dari pola-pola mendalam dalam struktur internal materi, ia menyatakan fakta perubahan periodik dalam sifat-sifat unsur, tetapi tidak tahu alasan periodisitas.

Studi lebih lanjut tentang struktur atom menunjukkan bahwa sifat-sifat zat bergantung pada muatan inti atom, dan unsur-unsur dapat disistematisasikan berdasarkan struktur elektroniknya. Sifat-sifat zat sederhana dan senyawanya bergantung pada konfigurasi elektronik berulang dari sublevel valensi atom unsur. Oleh karena itu, "analog elektronik" juga merupakan "analog kimia".

Mari kita tuliskan rumus elektronik atom dari unsur-unsur dari subkelompok utama dari kelompok kedua dan ketujuh.

Unsur dari golongan kedua memiliki rumus elektronik umum elektron valensi ns 2 . Mari kita tuliskan rumus elektroniknya:

Jadilah 1s 2 2s 2,

Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2,

Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2,

Sr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2.

Unsur-unsur dari golongan ketujuh memiliki rumus elektron valensi yang sama ns 2 np 5, dan rumus elektronik lengkapnya terlihat seperti:

F 1s 2 2s 2 2p 5 ,

Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ,

Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p5 ,

I 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4 hari 10 5p5 .

Jadi, struktur elektronik atom berulang secara berkala untuk unsur-unsur dari golongan yang sama, oleh karena itu sifat-sifatnya berulang secara berkala, karena mereka terutama bergantung pada konfigurasi elektronik elektron valensi. Unsur-unsur dari kelompok yang sama memiliki sifat yang sama, tetapi ada juga perbedaan. Ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa meskipun atom memiliki struktur elektron elektron valensi yang sama, elektron-elektron ini terletak pada jarak yang berbeda dari nukleus, gaya tariknya ke nukleus melemah selama transisi dari periode ke periode, jari-jari atom meningkat, elektron valensi menjadi lebih mobile, yang mempengaruhi sifat-sifat zat.

41. Berdasarkan posisi germanium, cesium dan teknesium dalam sistem periodik, buatlah rumus untuk senyawa berikut: asam meta dan ortogermanat, cesium dihidrogen fosfat dan teknesium oksida, sesuai dengan bilangan oksidasi tertingginya. Gambarkan rumus struktur senyawa tersebut.

42. Apa itu energi ionisasi? Dalam satuan apa itu dinyatakan? Bagaimana aktivitas reduksi unsur s dan p dalam golongan sistem periodik berubah dengan bertambahnya nomor urut? Mengapa?

43. Apa itu elektronegativitas? Bagaimana keelektronegatifan unsur pada periode kedua dan ketiga, dalam golongan sistem periodik, berubah dengan bertambahnya nomor urut?

44. Berdasarkan posisi germanium, molibdenum dan renium dalam sistem periodik, buatlah rumus kasar senyawa berikut: senyawa hidrogen dari germanium, asam renium dan molibdenum oksida, sesuai dengan bilangan oksidasi tertingginya. Gambarkan rumus struktur senyawa tersebut.

45. Apa yang dimaksud dengan afinitas elektron? Dalam satuan apa itu dinyatakan? Bagaimana aktivitas oksidatif nonlogam berubah dalam suatu periode dan dalam kelompok sistem periodik dengan peningkatan nomor seri? Buktikan jawaban Anda dengan struktur atom unsur yang sesuai.

46. ​​Buatlah rumus untuk oksida dan hidroksida unsur-unsur periode ketiga dari sistem periodik, sesuai dengan keadaan oksidasi tertinggi mereka. Bagaimana sifat kimia senyawa ini berubah ketika beralih dari natrium ke klorin?

47. Manakah dari unsur-unsur periode keempat - vanadium atau arsenik - yang memiliki sifat logam yang lebih menonjol? Unsur manakah yang membentuk senyawa gas dengan hidrogen? Nyatakan jawaban Anda berdasarkan struktur atom unsur-unsur tersebut.

48. Unsur apa yang membentuk senyawa gas dengan hidrogen? Dalam kelompok apa dari tabel periodik unsur-unsur ini? Tulis rumus untuk senyawa hidrogen dan oksigen dari klorin, telurium, dan antimon yang sesuai dengan bilangan oksidasi terendah dan tertingginya.

49. Unsur mana dari periode keempat - kromium atau selenium - yang memiliki sifat logam yang lebih menonjol? Manakah dari unsur-unsur ini yang membentuk senyawa gas dengan hidrogen? Motivasi jawaban Anda dengan struktur atom kromium dan selenium.

50. Berapakah bilangan oksidasi terendah dari klorin, belerang, nitrogen, dan karbon? Mengapa? Tuliskan rumus senyawa aluminium dengan unsur-unsur ini dalam keadaan oksidasinya. Apa nama senyawa yang sesuai?

51. Manakah dari elemen-p dari kelompok kelima sistem periodik - fosfor atau antimon - yang memiliki sifat non-logam yang lebih menonjol? Manakah dari senyawa hidrogen dari unsur-unsur ini yang merupakan zat pereduksi yang lebih kuat? Buktikan jawaban Anda berdasarkan struktur atom unsur-unsur tersebut.

52. Berdasarkan posisi logam dalam sistem periodik, berikan jawaban yang masuk akal untuk pertanyaan tersebut; manakah di antara kedua hidroksida tersebut yang merupakan basa yang lebih kuat: Ba(OH) 2 atau Mg(OH) 2; Ca(OH)2 atau Fe(OH)2; Cd(OH)2 atau Sr(OH)2?

53. Mengapa mangan menunjukkan sifat logam, dan klorin non-logam? Motivasi jawaban Anda dengan struktur elektronik atom unsur-unsur ini. Tuliskan rumus oksida dan hidroksida klorin dan mangan.

54. Berapakah bilangan oksidasi terendah dari hidrogen, fluor, belerang dan nitrogen? Mengapa? Tuliskan rumus senyawa kalsium dengan unsur-unsur ini dalam keadaan oksidasinya. Apa nama senyawa yang sesuai?

55. Berapakah bilangan oksidasi terendah dan tertinggi dari silikon, arsenik, selenium, dan klorin? Mengapa? Tuliskan rumus senyawa dari unsur-unsur ini yang sesuai dengan keadaan oksidasi ini.

56. Dalam keluarga manakah unsur-unsur itu termasuk, dalam atom-atom yang elektron terakhirnya memasuki orbital 4f- dan 5f? Berapa banyak elemen yang dimiliki masing-masing keluarga ini?

57. Massa atom unsur-unsur dalam sistem periodik terus meningkat, sedangkan sifat-sifat benda sederhana berubah secara berkala. Bagaimana ini bisa dijelaskan?

58. Apa rumusan modern dari hukum periodik? Jelaskan mengapa dalam tabel periodik unsur-unsur argon, kobalt, telurium dan torium masing-masing ditempatkan di depan kalium, nikel, yodium dan protaktinium, meskipun mereka memiliki massa atom yang besar?

59. Apa bilangan oksidasi terendah dan tertinggi dari karbon, fosfor, belerang dan yodium? Mengapa? Tuliskan rumus senyawa dari unsur-unsur ini yang sesuai dengan keadaan oksidasi ini.