"As propriedades dos elementos e, portanto, os corpos simples e complexos (substâncias) formados por eles, estão em uma dependência periódica de seu peso atômico."

Redação moderna:

"as propriedades dos elementos químicos (ou seja, as propriedades e a forma dos compostos que eles formam) estão em uma dependência periódica da carga do núcleo dos átomos dos elementos químicos."

O significado físico da periodicidade química

As mudanças periódicas nas propriedades dos elementos químicos são devidas à repetição correta da configuração eletrônica do nível de energia externa (elétrons de valência) de seus átomos com o aumento da carga nuclear.

A representação gráfica da lei periódica é a tabela periódica. Ele contém 7 períodos e 8 grupos.

Período - filas horizontais de elementos com o mesmo valor máximo do número quântico principal de elétrons de valência.

O número do período denota o número de níveis de energia no átomo de um elemento.

Os períodos podem consistir em 2 (primeiro), 8 (segundo e terceiro), 18 (quarto e quinto) ou 32 (sexto) elementos, dependendo do número de elétrons no nível de energia externo. O último, sétimo período está incompleto.

Todos os períodos (exceto o primeiro) começam com um metal alcalino ( s- elemento) e terminar com um gás nobre ( ns 2 np 6 ).

As propriedades metálicas são consideradas como a capacidade dos átomos dos elementos de doar elétrons facilmente, e as propriedades não metálicas de aceitar elétrons devido à tendência dos átomos de adquirir uma configuração estável com subníveis preenchidos. Preenchendo o exterior s- subnível indica as propriedades metálicas do átomo e a formação da camada externa. p- subnível - em propriedades não metálicas. Um aumento no número de elétrons por p- subnível (de 1 a 5) aumenta as propriedades não metálicas do átomo. Átomos com uma configuração totalmente formada e energeticamente estável da camada externa de elétrons ( ns 2 np 6) Quimicamente inerte.

Em longos períodos, a transição de propriedades do metal ativo para o gás nobre ocorre de forma mais suave do que em curtos períodos, pois a formação de uma estrutura interna n - 1) d - subnível, mantendo o externo ns 2 - camada. Períodos grandes consistem em linhas pares e ímpares.

Para elementos de linhas pares na camada externa ns 2 - elétrons, portanto, as propriedades metálicas predominam e seu enfraquecimento com o aumento da carga nuclear é pequeno; em linhas ímpares é formado np- subnível, o que explica o enfraquecimento significativo das propriedades metálicas.

Grupos - colunas verticais de elementos com o mesmo número de elétrons de valência, igual ao número do grupo. Existem subgrupos principais e secundários.

Os principais subgrupos consistem em elementos de pequenos e grandes períodos, cujos elétrons de valência estão localizados na camada externa. ns - e np - subníveis.

Os subgrupos secundários consistem em elementos de apenas grandes períodos. Seus elétrons de valência estão na parte externa ns- subnível e interno ( n - 1) d - subnível (ou (n - 2) f - subnível).

Dependendo de qual subnível ( s-, p-, d- ou f-) preenchidos com elétrons de valência, os elementos do sistema periódico são divididos em: s- elementos (elementos do subgrupo principal grupos I e II), p - elementos (elementos dos principais subgrupos III - VII grupos), d - elementos (elementos de subgrupos secundários), f- elementos (lantanídeos, actinídeos).

Nos subgrupos principais, de cima para baixo, as propriedades metálicas são aprimoradas, enquanto as não metálicas são enfraquecidas. Os elementos dos grupos principal e secundário diferem muito nas propriedades.

O número do grupo indica a valência mais alta do elemento (exceto DO , elementos do subgrupo cobre e o oitavo grupo).

Comum aos elementos dos subgrupos principal e secundário são as fórmulas dos óxidos superiores (e seus hidratos). Para óxidos superiores e seus hidratos de elemento I-III grupos (exceto boro) as propriedades básicas predominam, com IV a VIII - ácido.

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A repetição periódica das propriedades dos elementos com número atômico crescente torna-se especialmente evidente se os elementos estiverem dispostos em uma tabela, chamada tabela periódica ou sistema periódico de elementos. Várias formas da tabela periódica foram propostas e estão em uso.

A repetição periódica das propriedades dos elementos com número atômico crescente pode ser claramente mostrada se os elementos estiverem dispostos em uma tabela chamada tabela periódica, ou sistema periódico, dos elementos. Muitas formas diferentes da tabela periódica foram propostas e estão em uso.

O princípio da repetição periódica das propriedades dos elementos não poderia permitir a existência de apenas um elemento isolado de argônio; tais substâncias simples devem ser poucas ou nenhuma. No entanto, Ramsay se manteve firme nas posições da lei periódica, e isso, assim como o desenvolvimento da tecnologia de laboratório no final do século passado, predeterminou a rápida descoberta dos membros restantes do grupo de gases inertes.

O que explica a repetição periódica das propriedades dos elementos no sistema periódico.

O que explica a repetição periódica das propriedades dos elementos.

Aceitando que a repetição periódica das propriedades dos elementos se deve não apenas à sua massa (peso atômico), mas também à natureza do movimento dos próprios átomos como partículas inteiras (a velocidade e a direção de seu movimento), Flavitsky constrói sua hipótese na seguinte base: a periodicidade dos elementos é explicada não pelo tipo repetido da estrutura interna dos átomos, mas pelo fato de que a natureza do movimento dos átomos como partículas inteiras muda periodicamente.

Assim, o motivo da repetição periódica das propriedades dos elementos é a repetição periódica das configurações eletrônicas de seus átomos.

O estudo da estrutura eletrônica dos átomos permitiu provar que o motivo da repetição periódica das propriedades dos elementos com número de série crescente é a repetição periódica do processo de construção de novas camadas eletrônicas. Ao mesmo grupo do sistema periódico sempre pertencem aqueles elementos cujos átomos nas camadas externas têm o mesmo número de elétrons. Assim, os átomos de todos os gases inertes, exceto o hélio, contêm 8 elétrons na camada externa e são os mais difíceis de ionizar, enquanto os átomos de metais alcalinos contêm um elétron na camada externa e têm o menor potencial de ionização. Metais alcalinos com apenas um elétron na camada externa podem facilmente perdê-lo, transformando-se em uma forma estável de íon positivo com uma configuração eletrônica semelhante ao gás inerte mais próximo com menor número atômico. Elementos como flúor, cloro, etc., aproximando-se da configuração dos gases inertes em termos do número de elétrons externos, ao contrário, tendem a adquirir elétrons e reproduzir essa configuração eletrônica, passando para o íon negativo correspondente.

Os períodos seguintes ao terceiro período da tabela de D. I. Mendeleev são mais longos. No entanto, a repetição periódica das propriedades dos elementos é preservada. Torna-se mais complexo, devido à crescente variedade de características físicas e químicas dos elementos à medida que suas massas atômicas aumentam. A consideração da estrutura dos átomos dos primeiros períodos confirma que o número limitado de lugares para os elétrons em cada camada (proibição de Pauli) ao redor do núcleo é a razão da repetição periódica das propriedades dos elementos. Essa periodicidade é uma grande lei da natureza, descoberta por D. I. Mendeleev no final do século passado, em nosso tempo tornou-se uma das bases para o desenvolvimento não apenas da química, mas também da física.

Os valores de /j aumentam gradualmente à medida que Z aumenta até que Z atinja o valor do gás nobre e depois cai para cerca de um quarto do valor do gás nobre à medida que se move para o próximo elemento. A periodicidade das mudanças em outra propriedade - a densidade dos elementos no estado sólido - é mostrada na fig. 5.13. Essa repetição periódica das propriedades dos elementos com um aumento no número de série torna-se especialmente evidente se os elementos forem organizados na forma de uma tabela chamada tabela periódica e sistema periódico de elementos. Muitas formas diferentes do sistema periódico foram propostas e estão em uso.

Simultaneamente com Newlands, de Chancourtois aproximava-se da descoberta da lei periódica na França. Mas em contraste com a sensual imagem musical e sonora, que serviu para Newlands de analogia com a regularidade dos elementos químicos que ele revelou parcialmente, o naturalista francês utilizou uma imagem geométrica abstrata: ele comparou a repetição periódica das propriedades dos elementos, dispostos de acordo com seus pesos atômicos, com o enrolamento de uma linha espiral (vis tellurique) e a superfície lateral do cilindro.

A ideia da magnitude da carga do núcleo como propriedade definidora do átomo formou a base da formulação moderna da lei periódica de D. I. Mendeleev: as propriedades dos elementos químicos, bem como as formas e propriedades do compostos desses elementos, estão em uma dependência periódica da magnitude da carga dos núcleos de seus átomos. Permitiu explicar o motivo da repetição periódica das propriedades dos elementos, que consiste na repetição periódica da estrutura das configurações eletrônicas dos átomos.

Somente depois que a estrutura do átomo foi esclarecida é que as razões para a repetição periódica das propriedades dos elementos se tornaram claras.

Dados sobre a estrutura do núcleo e sobre a distribuição dos elétrons nos átomos permitem considerar a lei periódica e o sistema periódico dos elementos a partir de posições físicas fundamentais. Com base em ideias modernas, a lei periódica é formulada da seguinte forma:

As propriedades das substâncias simples, assim como as formas e propriedades dos compostos dos elementos, dependem periodicamente da carga do núcleo atômico (número de série).

Tabela periódica de D.I. Mendeleiev

Atualmente, são conhecidas mais de 500 variantes da representação do sistema periódico: são várias formas de transmissão da lei periódica.

A primeira versão do sistema de elementos, proposta por D.I. Mendeleev em 1º de março de 1869, foi a chamada versão de forma longa. Nesta variante, os períodos foram organizados em uma linha.

No sistema periódico, existem 7 períodos horizontais, dos quais os três primeiros são chamados de pequenos e os demais são grandes. No primeiro período existem 2 elementos, no segundo e terceiro - 8 cada, no quarto e quinto - 18 cada, no sexto - 32, no sétimo (incompleto) - 21 elementos. Cada período, com exceção do primeiro, começa com um metal alcalino e termina com um gás nobre (o 7º período está inacabado).

Todos os elementos do sistema periódico são numerados na ordem em que se sucedem. Os números dos elementos são chamados de números ordinais ou atômicos.

O sistema tem 10 linhas. Cada período pequeno consiste em uma linha, cada período grande consiste em duas linhas: par (superior) e ímpar (inferior). Em linhas pares de grandes períodos (quarto, sexto, oitavo e décimo) existem apenas metais, e as propriedades dos elementos na linha da esquerda para a direita mudam ligeiramente. Em linhas ímpares de grandes períodos (quinto, sétimo e nono), as propriedades dos elementos na linha da esquerda para a direita mudam, como nos elementos típicos.

A principal característica pela qual os elementos de grandes períodos são divididos em duas linhas é o seu estado de oxidação. Seus valores idênticos são repetidos duas vezes em um período com um aumento nas massas atômicas dos elementos. Por exemplo, no quarto período, os estados de oxidação dos elementos de K para Mn mudam de +1 para +7, seguidos pela tríade Fe, Co, Ni (estes são elementos de uma série par), após o que o mesmo aumento de os estados de oxidação de elementos de Cu a Br são observados (são elementos de uma linha ímpar). Vemos o mesmo nos outros grandes períodos, exceto no sétimo, que consiste em uma série (par). As formas de combinações de elementos também se repetem duas vezes em grandes períodos.

No sexto período, após o lantânio, existem 14 elementos com números de série 58-71, chamados lantanídeos (a palavra "lantanídeos" significa semelhante ao lantânio e "actinídeos" - "como actínio"). Às vezes são chamados de lantanídeos e actinídeos , o que significa seguir lantanídeo, seguir actínio). Os lantanídeos são colocados separadamente na parte inferior da tabela, e na célula um asterisco indica a sequência de sua localização no sistema: La-Lu. As propriedades químicas dos lantanídeos são muito Por exemplo, todos eles são metais reativos, reagem com a água para formar Hidróxido e Hidrogênio Disto segue-se que os lantanídeos têm uma forte analogia horizontal.

No sétimo período, 14 elementos com números de série 90-103 compõem a família dos actinídeos. Eles também são colocados separadamente - sob os lantanídeos e, na célula correspondente, dois asteriscos indicam a sequência de sua localização no sistema: Ac-Lr. No entanto, em contraste com os lantanídeos, a analogia horizontal para os actinídeos é fracamente expressa. Eles exibem mais diferentes estados de oxidação em seus compostos. Por exemplo, o estado de oxidação do actínio é +3 ​​e do urânio é +3, +4, +5 e +6. O estudo das propriedades químicas dos actinídeos é extremamente difícil devido à instabilidade de seus núcleos.

Na tabela periódica, oito grupos estão dispostos verticalmente (indicados por algarismos romanos). O número do grupo está relacionado ao grau de oxidação dos elementos que eles exibem nos compostos. Como regra, o maior estado de oxidação positivo dos elementos é igual ao número do grupo. As exceções são o flúor - seu estado de oxidação é -1; cobre, prata, ouro apresentam estados de oxidação +1, +2 e +3; dos elementos do grupo VIII, o estado de oxidação +8 é conhecido apenas para ósmio, rutênio e xenônio.

O grupo VIII contém os gases nobres. Anteriormente, acreditava-se que eles não são capazes de formar compostos químicos.

Cada grupo é dividido em dois subgrupos - principal e secundário, que no sistema periódico é enfatizado pelo deslocamento de alguns para a direita e outros para a esquerda. O subgrupo principal consiste em elementos típicos (elementos do segundo e terceiro períodos) e elementos de grandes períodos semelhantes a eles em propriedades químicas. Um subgrupo secundário consiste apenas em metais - elementos de grandes períodos. O Grupo VIII é diferente dos demais. Além do subgrupo principal de hélio, contém três subgrupos laterais: um subgrupo de ferro, um subgrupo de cobalto e um subgrupo de níquel.

As propriedades químicas dos elementos dos subgrupos principal e secundário diferem significativamente. Por exemplo, no grupo VII, o subgrupo principal é constituído pelos não metais F, CI, Br, I, At, enquanto o grupo lateral é constituído pelos metais Mn, Tc, Re. Assim, os subgrupos unem os elementos mais semelhantes entre si.

Todos os elementos, exceto hélio, neônio e argônio, formam compostos de oxigênio; Existem apenas 8 formas de compostos de oxigênio. No sistema periódico, eles são frequentemente representados por fórmulas gerais localizadas sob cada grupo em ordem crescente do estado de oxidação dos elementos: R 2 O, RO, R 2 O 3, RO 2, R 2 O 5, RO 3, R 2 O 7, RO 4, onde R é um elemento deste grupo. As fórmulas de óxidos superiores aplicam-se a todos os elementos do grupo (principais e secundários), exceto nos casos em que os elementos não apresentam um estado de oxidação igual ao número do grupo.

Elementos dos principais subgrupos, a partir do grupo IV, formam compostos gasosos de hidrogênio, existem 4 formas de tais compostos. Eles também são representados por fórmulas gerais na sequência RN 4, RN 3, RN 2, RN. As fórmulas dos compostos de hidrogênio estão localizadas sob os elementos dos principais subgrupos e se aplicam apenas a eles.

As propriedades dos elementos nos subgrupos mudam naturalmente: de cima para baixo, as propriedades metálicas aumentam e as não metálicas enfraquecem. Obviamente, as propriedades metálicas são mais pronunciadas no frâncio, depois no césio; não metálico - em flúor, então - em oxigênio.

Também é possível rastrear visualmente a periodicidade das propriedades dos elementos com base na consideração das configurações eletrônicas dos átomos.

O número de elétrons localizados no nível externo nos átomos dos elementos, dispostos em ordem crescente de número de série, é repetido periodicamente. A mudança periódica nas propriedades dos elementos com o aumento do número de série é explicada pela mudança periódica na estrutura de seus átomos, ou seja, o número de elétrons em seus níveis de energia externa. De acordo com o número de níveis de energia na camada eletrônica do átomo, os elementos são divididos em sete períodos. O primeiro período consiste em átomos em que a camada de elétrons consiste em um nível de energia, no segundo período - de dois, no terceiro - de três, no quarto - de quatro, etc. Cada novo período começa quando um novo nível de energia começa a encher o nível.

No sistema periódico, cada período começa com elementos cujos átomos têm um elétron no nível externo - átomos de metais alcalinos - e termina com elementos cujos átomos no nível externo têm 2 (no primeiro período) ou 8 elétrons (em todos os subsequentes). ) - átomos de gás nobre.

Além disso, vemos que as camadas eletrônicas externas são semelhantes para os átomos dos elementos (Li, Na, K, Rb, Cs); (Be, Mg, Ca, Sr); (F, Cl, Br, I); (He, Ne, Ag, Kr, Xe), etc. É por isso que cada um dos grupos de elementos acima está em um certo subgrupo principal da tabela periódica: Li, Na, K, Rb, Cs no grupo I, F, Cl, Br, I - em VII, etc.

É precisamente por causa da similaridade da estrutura das camadas eletrônicas dos átomos que suas propriedades físicas e químicas são semelhantes.

Número subgrupos principaisé determinado pelo número máximo de elementos no nível de energia e é igual a 8. O número de elementos de transição (elementos subgrupos laterais)é determinado pelo número máximo de elétrons no subnível d e é igual a 10 em cada um dos grandes períodos.

Já que no sistema periódico de elementos químicos D.I. Mendeleev, um dos subgrupos laterais contém ao mesmo tempo três elementos de transição que estão próximos em propriedades químicas (as chamadas tríades Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), então o número de subgrupos laterais , assim como os principais, é oito.

Por analogia com os elementos de transição, o número de lantanídeos e actinídeos colocados na parte inferior do sistema periódico na forma de linhas independentes é igual ao número máximo de elétrons no subnível f, ou seja, 14.

O período começa com um elemento no átomo do qual existe um elétron s no nível externo: no primeiro período é hidrogênio, no resto - metais alcalinos. O período termina com um gás nobre: ​​o primeiro - com hélio (1s 2), os períodos restantes - com elementos cujos átomos no nível externo têm configuração eletrônica ns 2 np 6 .

O primeiro período contém dois elementos: hidrogênio (Z = 1) e hélio (Z = 2). O segundo período começa com o elemento lítio (Z= 3) e termina com neon (Z= 10). Há oito elementos no segundo período. O terceiro período começa com sódio (Z = 11), cuja configuração eletrônica é 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. O preenchimento do terceiro nível de energia começou a partir dele. Termina no gás inerte argônio (Z= 18), cujos subníveis 3s e 3p estão completamente preenchidos. Fórmula eletrônica do argônio: 1s 2 2s 2 2p 6 Zs 2 3p 6. O sódio é um análogo do lítio, o argônio é um análogo do neônio. No terceiro período, como no segundo, há oito elementos.

O quarto período começa com potássio (Z = 19), cuja estrutura eletrônica é expressa pela fórmula 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p64s 1. Seu 19º elétron ocupou o subnível 4s, cuja energia é menor que a energia do subnível 3d. O elétron 4s externo confere ao elemento propriedades semelhantes às do sódio. No cálcio (Z = 20), o subnível 4s é preenchido com dois elétrons: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2. A partir do elemento escândio (Z = 21), começa o preenchimento do subnível 3d, pois ele é energeticamente mais favorável que o subnível 4p. Cinco orbitais do subnível 3d podem ser ocupados por dez elétrons, o que ocorre em átomos de escândio a zinco (Z = 30). Portanto, a estrutura eletrônica de Sc corresponde à fórmula 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2, e zinco - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2. Nos átomos dos elementos subsequentes até o gás inerte criptônio (Z = 36) o subnível 4p está sendo preenchido. Há 18 elementos no quarto período.

O quinto período contém elementos de rubídio (Z = 37) ao gás inerte xenônio (Z = 54). O preenchimento de seus níveis de energia é o mesmo que para os elementos do quarto período: depois de Rb e Sr, dez elementos de ítrio (Z= 39) para cádmio (Z = 48), o subnível 4d é preenchido, após o que os elétrons ocupam o subnível 5p. No quinto período, como no quarto, há 18 elementos.

Em átomos de elementos do sexto período de césio (Z= 55) e bário (Z = 56), o subnível 6s é preenchido. No lantânio (Z = 57), um elétron entra no subnível 5d, após o que o preenchimento desse subnível para e o subnível 4f começa a ser preenchido, sete orbitais dos quais podem ser ocupados por 14 elétrons. Isso ocorre para átomos dos elementos lantanídeos com Z = 58 - 71. Como esses elementos preenchem o subnível 4f profundo do terceiro nível de fora, eles têm propriedades químicas muito semelhantes. Com háfnio (Z = 72), o preenchimento do subnível d recomeça e termina com mercúrio (Z = 80), após o qual os elétrons preenchem o subnível 6p. O enchimento do nível é concluído no gás nobre radônio (Z = 86). Há 32 elementos no sexto período.

O sétimo período está incompleto. O preenchimento de níveis eletrônicos com elétrons é semelhante ao sexto período. Depois de preencher o subnível 7s na França (Z = 87) e rádio (Z = 88), um elétron de actínio entra no subnível 6d, após o qual o subnível 5f começa a ser preenchido com 14 elétrons. Isso ocorre para átomos de elementos actinídeos com Z = 90 - 103. Após o 103º elemento, o subnível b d é preenchido: em kurchatovium (Z = 104), = 105), elementos Z = 106 e Z = 107. Os actinídeos, como os lantanídeos, têm muitas propriedades químicas semelhantes.

Embora o subnível 3d seja preenchido após o subnível 4s, ele é colocado mais cedo na fórmula, pois todos os subníveis desse nível são escritos sequencialmente.

Dependendo de qual subnível é preenchido por último com elétrons, todos os elementos são divididos em quatro tipos (famílias).

1. s - Elementos: o subnível s do nível externo é preenchido com elétrons. Estes incluem os dois primeiros elementos de cada período.

2. p - Elementos: o subnível p do nível externo é preenchido com elétrons. Estes são os últimos 6 elementos de cada período (exceto o primeiro e o sétimo).

3. d - Elementos: o subnível d do segundo nível do lado de fora é preenchido com elétrons e um ou dois elétrons permanecem no nível externo (para Pd - zero). Estes incluem elementos de décadas intercalares de grandes períodos localizados entre os elementos s e p (eles também são chamados de elementos de transição).

4. f - Elementos: o subnível f do terceiro nível do lado de fora é preenchido com elétrons, e dois elétrons permanecem no nível externo. Estes são os lantanídeos e actinídeos.

Existem 14 elementos s, 30 elementos p, 35 elementos d, 28 elementos f no sistema periódico Os elementos do mesmo tipo têm várias propriedades químicas comuns.

O sistema periódico de D. I. Mendeleev é uma classificação natural dos elementos químicos de acordo com a estrutura eletrônica de seus átomos. A estrutura eletrônica de um átomo e, portanto, as propriedades de um elemento, são julgadas pela posição do elemento no período e subgrupo correspondente do sistema periódico. Os padrões de preenchimento dos níveis eletrônicos explicam o número diferente de elementos nos períodos.

Assim, a estrita periodicidade do arranjo dos elementos no sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev é totalmente explicada pela natureza consistente do preenchimento dos níveis de energia.

Conclusões:

A teoria da estrutura dos átomos explica a mudança periódica nas propriedades dos elementos. Um aumento nas cargas positivas dos núcleos atômicos de 1 para 107 causa uma repetição periódica da estrutura do nível de energia externa. E como as propriedades dos elementos dependem principalmente do número de elétrons no nível externo, elas também se repetem periodicamente. Este é o significado físico da lei periódica.

Em curtos períodos, com o aumento da carga positiva dos núcleos dos átomos, o número de elétrons no nível externo aumenta (de 1 para 2 - no primeiro período e de 1 para 8 - no segundo e terceiro períodos) , o que explica a mudança nas propriedades dos elementos: no início do período (exceto no primeiro período) há um metal alcalino, então as propriedades metálicas enfraquecem gradualmente e as propriedades não metálicas aumentam.

Em grandes períodos, à medida que a carga nuclear aumenta, o preenchimento dos níveis com elétrons é mais difícil, o que também explica a mudança mais complexa nas propriedades dos elementos em relação aos elementos de pequenos períodos. Assim, em fileiras pares de longos períodos, com carga crescente, o número de elétrons no nível externo permanece constante e igual a 2 ou 1. Portanto, enquanto os elétrons estão preenchendo o nível seguinte ao externo (segundo de fora), o as propriedades dos elementos nestas linhas mudam extremamente lentamente. Somente em linhas ímpares, quando o número de elétrons no nível externo aumenta com o crescimento da carga nuclear (de 1 a 8), as propriedades dos elementos começam a mudar da mesma maneira que os típicos.

À luz da doutrina da estrutura dos átomos, a divisão de D.I. Mendeleev de todos os elementos por sete períodos. O número do período corresponde ao número de níveis de energia dos átomos preenchidos com elétrons, portanto, os elementos s estão presentes em todos os períodos, os elementos p no segundo e subsequentes, os elementos d no quarto e subsequentes e os elementos f no o sexto e o sétimo períodos.

A divisão dos grupos em subgrupos, com base na diferença no preenchimento dos níveis de energia com elétrons, também é facilmente explicada. Para elementos dos subgrupos principais, são preenchidos subníveis s (estes são elementos s) ou subníveis p (estes são elementos p) dos níveis externos. Para elementos de subgrupos laterais, o (subnível d do segundo nível externo (estes são elementos d) é preenchido. Para lantanídeos e actinídeos, os subníveis 4f e 5f são preenchidos, respectivamente (estes são elementos f). Assim, em cada subgrupo, são combinados elementos cujos átomos têm estrutura semelhante ao nível eletrônico externo. Ao mesmo tempo, os átomos dos elementos dos subgrupos principais contêm nos níveis externos o número de elétrons igual ao número do grupo .Os subgrupos secundários incluem elementos cujos átomos têm no nível externo dois ou um elétron.

As diferenças na estrutura também causam diferenças nas propriedades dos elementos de diferentes subgrupos do mesmo grupo. Assim, no nível externo dos átomos dos elementos do subgrupo halogênio, existem sete elétrons do subgrupo manganês - dois elétrons cada. Os primeiros são metais típicos e os últimos são metais.

Mas os elementos desses subgrupos também têm propriedades comuns: ao entrar em reações químicas, todos eles (com exceção do flúor F) podem doar 7 elétrons para formar ligações químicas. Neste caso, os átomos do subgrupo manganês doam 2 elétrons do nível externo e 5 elétrons do nível seguinte. Assim, nos elementos dos subgrupos secundários, os elétrons de valência não são apenas os níveis mais externos, mas também os penúltimos (segundos de fora), que é a principal diferença nas propriedades dos elementos dos subgrupos principal e secundário.

Segue-se também que o número do grupo, como regra, indica o número de elétrons que podem participar da formação de ligações químicas. Este é o significado físico do número do grupo.

Assim, a estrutura dos átomos determina dois padrões:

1) mudança nas propriedades dos elementos horizontalmente - no período da esquerda para a direita, as propriedades metálicas são enfraquecidas e as propriedades não metálicas são aprimoradas;

2) uma mudança nas propriedades dos elementos ao longo da vertical - em um subgrupo com um aumento no número de série, as propriedades metálicas aumentam e as não metálicas enfraquecem.

Nesse caso, o elemento (e a célula do sistema) está localizado na interseção da horizontal e da vertical, o que determina suas propriedades. Isso ajuda a encontrar e descrever as propriedades dos elementos cujos isótopos são obtidos artificialmente.

Periodicidade na alteração das propriedades dos elementos. Lei Periódica D.I. Mendeleiev

O sistema periódico de elementos químicos foi criado em 1869 pelo nosso grande compatriota Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Ao contrário de seus antecessores, Mendeleev comparou não apenas elementos semelhantes, mas principalmente diferentes e seus grupos (por exemplo, metais alcalinos e halogênios), colocando-os com base na principal característica (conhecida na época) do elemento - peso atômico.

A redação da lei na época era:

As propriedades dos elementos químicos, assim como as propriedades e formas de seus compostos, dependem periodicamente de seus pesos atômicos.

Mais tarde, Mendeleev usou a característica dos elementos que ele introduziu, mais fundamental que o peso atômico, ou seja, seu número de série, que é determinado pela carga positiva do núcleo, ou seja, o número de prótons no núcleo de um átomo. Regularidades foram estabelecidas para alterar as propriedades dos elementos em períodos e grupos.

Para descrever e sistematizar os elementos químicos, é necessário conhecer suas características: número de série (carga do núcleo de seus átomos) e massa atômica relativa.

Destes, a carga do núcleo dos átomos é comum, inalterada durante as reações químicas, a principal característica para a determinação do elemento.

Para descrever os elementos, além das características quantitativas listadas acima, outras são necessárias, incluindo as características qualitativas do elemento. Estas são a estrutura eletrônica e as propriedades de seus átomos.

De particular importância são os elétrons localizados na camada externa de elétrons, os elétrons de valência. Para elementos metálicos, eles geralmente têm 1 - 2, menos frequentemente 3, para não metais - 4 ou mais. Para elementos de grandes períodos de subgrupos laterais, os elétrons de valência não são apenas a camada externa, mas também a camada pré-externa. A reatividade dos átomos para formar ligações químicas com outros átomos, para formar compostos químicos, depende dos elétrons de valência.

Um composto químico é uma substância quimicamente individual, consistindo de átomos quimicamente ligados de um elemento em um simples ou vários elementos em uma substância complexa, com uma determinada composição.

Substâncias simples e complexas são formas da existência real dos elementos na natureza. A natureza dos elementos afeta as propriedades das substâncias formadas por eles e vice-versa, conhecendo as propriedades das substâncias, pode-se julgar a natureza do elemento.

Dmitri Ivanovich Mendeleev atribuiu grande importância ao conhecimento das formas e propriedades dos compostos típicos de oxigênio e hidrogênio de um elemento para sua caracterização. Sob a forma de compostos, ele entendeu a semelhança na composição de seus compostos típicos de um grupo de elementos, expressos por fórmulas gerais. Assim, os elementos do subgrupo principal do grupo VI do sistema periódico têm as seguintes formas de compostos de oxigênio e hidrogênio: RO3, H2R.

Por exemplo: óxido de enxofre e sulfureto de hidrogénio.

Elementos metálicos típicos formam óxidos e hidróxidos básicos, exibindo baixos valores de valência nessas formas de compostos. Em elementos não metálicos, compostos de oxigênio mais elevados (óxidos e hidróxidos) são ácidos. Esses elementos formam compostos gasosos de hidrogênio. Muitos elementos exibem propriedades intermediárias.

Vamos derivar os padrões de mudanças nas propriedades dos elementos com um aumento em seu número de série.

1. As características quantitativas mais importantes de um elemento - a carga do núcleo de seus átomos e a massa atômica - aumentam monotonicamente.

2. As estruturas da camada eletrônica externa mudam abruptamente.

3. As formas e propriedades dos óxidos e hidróxidos dos elementos são repetidas periodicamente.

4. Periodicamente, a valência dos elementos no oxigênio aumenta e diminui no hidrogênio.

Qual é a relação entre as características do elemento, mudando monotonicamente e periodicamente?

Vamos considerar essa relação usando o exemplo da carga do núcleo dos átomos e seus elétrons externos. Para isso, vamos construir um gráfico. Observe na linha horizontal a carga do núcleo atômico e na linha vertical - o número de elétrons na camada externa dos átomos dos elementos.

O número de elétrons na camada eletrônica externa dos átomos dos elementos muda periodicamente com um aumento monótono na carga do núcleo de seus átomos.

A descoberta da lei periódica marcou o início de uma nova era no desenvolvimento da química - seu estágio moderno. Antes disso, os fatos acumulados na ciência não tinham conexão interna.

A lei periódica revelou uma profunda conexão entre os elementos, permitiu aos cientistas prever as propriedades de elementos ainda não descobertos e seus compostos, e propositadamente procurar novos.

Dmitri Ivanovich Mendeleev não duvidou da confiabilidade da lei aberta, ele acreditava firmemente em seu futuro, em seu desenvolvimento. Pouco antes de sua morte, ele escreveu: "... o futuro não ameaça a lei periódica com destruição, mas apenas promete superestruturas e desenvolvimento."

Lei periódica:

Aprovou uma conexão interna profunda entre os elementos;

Permitiu aos cientistas supor que todos os átomos são construídos de acordo com um plano comum;

Assim, ele criou um pré-requisito para a transição para uma nova etapa no desenvolvimento da ciência, para o conhecimento da estrutura interna dos átomos - a descoberta do elétron, a radioatividade, o desenvolvimento de uma teoria da estrutura do átomo, etc. .

O próximo passo foi a divulgação da essência física da lei baseada na teoria da estrutura do átomo.

Você já está familiarizado com a estrutura dos átomos e sabe que a carga do núcleo de um átomo é sua principal característica. A carga do núcleo coincide com o número ordinal do elemento no sistema periódico de Mendeleev.

O aluno de Rutherford, o físico inglês Henry Moseley, estabeleceu em 1913 que cada elemento tem seu próprio comprimento de onda de radiação de raios-X. Aumenta com o aumento da massa atômica. Moseley relacionou a frequência desta radiação ao número ordinal do elemento. A lei de Moseley confirmou que a mudança de Mendeleev nos números de série dos elementos no sistema periódico correspondia a um aumento consistente nas cargas dos núcleos de seus átomos. Já discutimos essa questão no estudo de isótopos.

Em conexão com novas descobertas no campo da estrutura atômica, a lei periódica adotou a seguinte formulação moderna:

As propriedades dos elementos, assim como as formas e propriedades de seus compostos, dependem periodicamente da carga do núcleo atômico.

Por que as propriedades dos elementos e seus compostos mudam periodicamente?

Qual o motivo da periodicidade?

A resposta a esta pergunta também pode ser dada pela teoria da estrutura do átomo:

O valor da carga do núcleo é a principal característica do elemento, uma medida de sua individualidade. Todas as outras propriedades do elemento dependem dessa característica do elemento; ela determina o número de elétrons e seu estado no átomo.

O aumento das cargas dos núcleos atômicos do primeiro ao último elemento leva a uma repetição periódica das estruturas eletrônicas dos átomos e do número de elétrons no nível de energia externa. Este é o significado físico da lei periódica e a razão para a periodicidade das mudanças nas propriedades dos elementos.

A mudança periódica nas propriedades dos elementos é explicada pela repetição periódica do número de elétrons no nível de energia externa e pelas estruturas eletrônicas dos átomos.

A teoria da estrutura do átomo contribuiu para o desenvolvimento da lei periódica e do sistema periódico de elementos químicos, a determinação de seu conteúdo moderno. Deu impulso ao estudo da estrutura interna das substâncias, à descoberta e produção de novos elementos.

As cargas dos núcleos dos elementos no sistema periódico aumentam continuamente e as propriedades das substâncias simples são repetidas periodicamente. Como explicá-lo?

D. I. Mendeleev notou que as propriedades dos elementos são repetidas periodicamente com valores crescentes de seus números de massa. Ele organizou os 63 elementos descobertos naquela época em ordem crescente de suas massas atômicas, levando em consideração propriedades químicas e físicas. Mendeleev acreditava que a lei periódica que descobriu era um reflexo de padrões profundos na estrutura interna da matéria, ele afirmou o fato de mudanças periódicas nas propriedades dos elementos, mas não sabia o motivo da periodicidade.

Um estudo mais aprofundado da estrutura do átomo mostrou que as propriedades das substâncias dependem da carga do núcleo dos átomos, e os elementos podem ser sistematizados com base em sua estrutura eletrônica. As propriedades de substâncias simples e seus compostos dependem da configuração eletrônica periodicamente repetida do subnível de valência dos átomos do elemento. Portanto, "análogos eletrônicos" também são "análogos químicos".

Vamos escrever as fórmulas eletrônicas dos átomos dos elementos dos principais subgrupos do segundo e sétimo grupos.

Os elementos do segundo grupo têm a fórmula eletrônica geral dos elétrons de valência ns 2 . Vamos anotar suas fórmulas eletrônicas:

Seja 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.

Os elementos do sétimo grupo têm uma fórmula eletrônica comum de elétrons de valência ns 2 np 5, e as fórmulas eletrônicas completas se parecem com:

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 4d 10 5p5 .

Assim, as estruturas eletrônicas dos átomos se repetem periodicamente para elementos do mesmo grupo, portanto suas propriedades se repetem periodicamente, pois dependem principalmente da configuração eletrônica dos elétrons de valência. Elementos do mesmo grupo têm propriedades comuns, mas também existem diferenças. Isso pode ser explicado pelo fato de que embora os átomos tenham a mesma estrutura eletrônica dos elétrons de valência, esses elétrons estão localizados em distâncias diferentes do núcleo, a força de sua atração ao núcleo enfraquece durante a transição de período para período, o raio atômico aumenta, os elétrons de valência tornam-se mais móveis, o que afeta as propriedades das substâncias.

41. Com base na posição do germânio, césio e tecnécio no sistema periódico, faça fórmulas para os seguintes compostos: ácidos meta e ortogermânicos, dihidrogenofosfato de césio e óxido de tecnécio, correspondentes ao seu estado de oxidação mais elevado. Desenhe as fórmulas estruturais desses compostos.

42. O que é energia de ionização? Em que unidades é expresso? Como a atividade redutora dos elementos s e p nos grupos do sistema periódico muda com o aumento do número de série? Por quê?

43. O que é eletronegatividade? Como a eletronegatividade dos elementos do segundo e terceiro períodos, no grupo do sistema periódico, muda com o aumento do número de série?

44. Com base na posição do germânio, molibdênio e rênio no sistema periódico, formam-se as fórmulas brutas dos seguintes compostos: o composto de hidrogênio de germânio, ácido de rênio e óxido de molibdênio, correspondente ao seu estado de oxidação mais elevado. Desenhe as fórmulas estruturais desses compostos.

45. O que é afinidade eletrônica? Em que unidades é expresso? Como a atividade oxidativa dos não metais muda em um período e em um grupo do sistema periódico com o aumento do número de série? Justifique sua resposta pela estrutura do átomo do elemento correspondente.

46. ​​Faça fórmulas para óxidos e hidróxidos de elementos do terceiro período do sistema periódico, correspondentes ao seu estado de oxidação mais alto. Como a natureza química desses compostos muda ao passar de sódio para cloro?

47. Qual dos elementos do quarto período - vanádio ou arsênico - tem propriedades metálicas mais pronunciadas? Qual elemento forma um composto gasoso com hidrogênio? Justifique sua resposta com base na estrutura dos átomos desses elementos.

48. Quais elementos formam compostos gasosos com o hidrogênio? Em quais grupos da tabela periódica estão esses elementos? Escreva fórmulas para compostos de hidrogênio e oxigênio de cloro, telúrio e antimônio correspondentes aos seus estados de oxidação mais baixos e mais altos.

49. Qual elemento do quarto período - cromo ou selênio - tem propriedades metálicas mais pronunciadas? Qual desses elementos forma um composto gasoso com o hidrogênio? Motive sua resposta pela estrutura dos átomos de cromo e selênio.

50. Qual é o estado de oxidação mais baixo do cloro, enxofre, nitrogênio e carbono? Por quê? Escreva fórmulas para compostos de alumínio com esses elementos em seu estado de oxidação. Quais são os nomes dos compostos correspondentes?

51. Qual dos elementos p do quinto grupo do sistema periódico - fósforo ou antimônio - tem propriedades não metálicas mais pronunciadas? Qual dos compostos de hidrogênio desses elementos é o agente redutor mais forte? Justifique sua resposta pela estrutura do átomo desses elementos.

52. Com base na posição do metal no sistema periódico, dê uma resposta fundamentada à questão; qual dos dois hidróxidos é a base mais forte: Ba(OH) 2 ou Mg(OH) 2; Ca(OH)2 ou Fe(OH)2; Cd(OH)2 ou Sr(OH)2?

53. Por que o manganês apresenta propriedades metálicas e o cloro não metálico? Motive sua resposta pela estrutura eletrônica dos átomos desses elementos. Escreva as fórmulas para óxidos e hidróxidos de cloro e manganês.

54. Qual é o estado de oxidação mais baixo do hidrogênio, flúor, enxofre e nitrogênio? Por quê? Escreva fórmulas para compostos de cálcio com esses elementos em seu estado de oxidação. Quais são os nomes dos compostos correspondentes?

55. Quais são os estados de oxidação mais baixos e mais altos do silício, arsênico, selênio e cloro? Por quê? Escreva fórmulas para compostos desses elementos correspondentes a esses estados de oxidação.

56. A que família pertencem os elementos, em cujos átomos o último elétron entra nos orbitais 4f e 5f? Quantos elementos cada uma dessas famílias inclui?

57. As massas atômicas dos elementos do sistema periódico aumentam continuamente, enquanto as propriedades dos corpos simples mudam periodicamente. Como isso pode ser explicado?

58. Qual é a formulação moderna da lei periódica? Explique por que na tabela periódica dos elementos argônio, cobalto, telúrio e tório são colocados antes do potássio, níquel, iodo e protactínio, respectivamente, embora tenham uma grande massa atômica?

59. Quais são os estados de oxidação mais baixos e mais altos do carbono, fósforo, enxofre e iodo? Por quê? Escreva fórmulas para compostos desses elementos correspondentes a esses estados de oxidação.