Această lecție discută legea periodică și sistemul periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev în lumina teoriei structurii atomului. Sunt explicate următoarele concepte: formularea modernă a legii periodice, semnificația fizică a numerelor perioadelor și grupelor, motivele periodicității modificărilor caracteristicilor și proprietăților atomilor elementelor și compușilor acestora pe exemplele perioadelor mici și mari. , principalele subgrupe, semnificația fizică a legii periodice, caracteristicile generale ale elementului și proprietățile compușilor săi pe baza poziției elementului în Sistemul Periodic.

Subiect: Structura atomului. Legea periodică

Lecția: Legea periodică și tabelul periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev

În timpul formării științei chimiei, oamenii de știință au încercat să aducă în sistem informații despre câteva zeci cunoscute până la acel moment. Această problemă l-a fascinat și pe D.I. Mendeleev. Căuta modele și relații care să acopere toate elementele, și nu doar câteva dintre ele. Mendeleev a considerat masa atomului său ca fiind cea mai importantă caracteristică a unui element. După ce a analizat toate informațiile despre elementele chimice cunoscute în acel moment și le-a aranjat în ordinea crescătoare a maselor lor atomice, în 1869 a formulat legea periodică.

Formularea legii: proprietățile elementelor chimice, substanțelor simple, precum și compoziția și proprietățile compușilor depind periodic de valoarea maselor atomice.

Până la formularea legii periodice, structura atomului și existența particulelor elementare nu erau încă cunoscute. De asemenea, s-a stabilit ulterior că proprietățile unei substanțe nu depind de masele atomice, așa cum a presupus Mendeleev. Deși, neavând aceste informații, D. I. Mendeleev nu a făcut nicio greșeală în tabelul său.

După descoperirea lui Moseley, care a stabilit experimental că sarcina nucleului unui atom coincide cu numărul de serie al elementului chimic indicat de Mendeleev în tabelul său, au fost aduse modificări în formularea legii sale.

Formularea modernă a legii: proprietățile elementelor chimice, substanțelor simple, precum și compoziția și proprietățile compușilor sunt într-o dependență periodică de valorile sarcinilor nucleelor ​​atomilor.

Orez. 1. Expresia grafică a legii periodice este Sistemul periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev

Orez. 2. Luați în considerare notația adoptată în ea folosind exemplul rubidiului

Fiecare celulă corespunzătoare unui element conține: simbol chimic, denumire, număr de serie corespunzător numărului de protoni dintr-un atom, masă atomică relativă. Numărul de electroni dintr-un atom corespunde numărului de protoni. Numărul de neutroni dintr-un atom poate fi găsit prin diferența dintre masa atomică relativă și numărul de protoni, adică numărul de serie.

N(n 0 ) = A r - Z

Număr relativ ordinal

neutroni numărul elementului de masă atomică

De exemplu, pentru izotopul de clor 35 Cl numarul de neutroni este: 35-17= 18

Componentele sistemului periodic sunt grupuri și perioade.

Sistemul periodic conține opt grupe de elemente. Fiecare grup este format din două subgrupe: principal și lateral. Cele principale sunt marcate cu o literă A, iar cele laterale – prin scrisoare b. Subgrupul principal conține mai multe elemente decât cel secundar. Subgrupul principal conține elemente s și p, în timp ce subgrupul secundar conține elemente d.

grup- o coloană a sistemului periodic, care combină elemente chimice care au similaritate chimică datorită configurațiilor electronice similare ale stratului de valență. Acesta este principiul fundamental al construcției sistemului periodic. Considerați că acesta nu este un exemplu al elementelor primelor două grupuri.

Tab. unu

Tabelul arată că elementele primului grup al subgrupului principal au un electron de valență. Elementele celui de-al doilea grup al subgrupului principal au doi electroni de valență.

Unele dintre principalele subgrupuri au propriile lor nume speciale:

Tab. 2

Un șir, numit perioadă, este o succesiune de elemente, aranjate în ordinea creșterii sarcinii nucleare, care începe cu un metal alcalin (sau hidrogen) și se termină cu un gaz nobil.

Număr perioada este numărul de niveluri electroniceîn atom.

Există două opțiuni principale de reprezentare a sistemului periodic: cu perioadă lungă, în care se disting 18 grupe (Fig. 3) și cu perioadă scurtă, în care există 8 grupuri, dar este introdus conceptul de subgrupe principale și secundare (Fig. .1).

Teme pentru acasă

1. Nr 3-5 (p. 22) Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele Chimiei Generale. Clasa a 11-a: manual pentru institutii de invatamant: nivel de baza / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - Ed. a XIV-a. - M.: Educație, 2012.

2. Comparați configurația electronică a atomilor de carbon și siliciu. Ce valență și stări de oxidare pot prezenta în compușii chimici? Dați formule ale compușilor acestor elemente cu hidrogen. Dați formulele compușilor lor cu oxigen în cea mai mare stare de oxidare.

3. Scrieți formulele electronice ale învelișurilor exterioare ale următoarelor elemente: 14 Si, 15 P, 16 S, 17 Cl, 34 Se, 52 Te. Trei elemente din această serie sunt analogi chimici (afișează proprietăți chimice similare). Care sunt aceste elemente?

2.3. Legea periodică a lui D.I. Mendeleev.

Legea a fost descoperită și formulată de D.I. Mendeleev: „Proprietățile corpurilor simple, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de greutățile atomice ale elementelor.” Legea a fost creată pe baza unei analize profunde a proprietăților elementelor și compușilor acestora. Realizările remarcabile ale fizicii, în special dezvoltarea teoriei structurii atomului, au făcut posibilă dezvăluirea esenței fizice a legii periodice: periodicitatea modificării proprietăților elementelor chimice se datorează modificării periodice a natura umplerii stratului de electroni exterior cu electroni pe măsură ce crește numărul de electroni, determinat de sarcina nucleului. Sarcina este egală cu numărul ordinal al elementului din sistemul periodic. Formularea modernă a legii periodice: „Proprietățile elementelor și substanțele simple și complexe pe care le formează sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleului atomilor”. Creat de D.I. Mendeleev în 1869-1871. sistemul periodic este o clasificare naturală a elementelor, o reflectare matematică a legii periodice.

Mendeleev nu a fost doar primul care a formulat cu acuratețe această lege și și-a prezentat conținutul sub forma unui tabel, care a devenit un clasic, dar a și justificat-o în mod cuprinzător, și-a arătat enorma semnificație științifică ca principiu călăuzitor de clasificare și ca instrument puternic pentru științific. cercetare.

Sensul fizic al legii periodice. S-a descoperit abia după ce s-a aflat că sarcina nucleului atomic crește odată cu trecerea de la un element chimic la altul (în sistemul periodic) pe unitatea de sarcină elementară. Din punct de vedere numeric, sarcina nucleului este egală cu numărul de serie (numărul atomic Z) al elementului corespunzător din sistemul periodic, adică numărul de protoni din nucleu, care, la rândul său, este egal cu numărul de electroni ai nucleului. atomul neutru corespunzător. Proprietățile chimice ale atomilor sunt determinate de structura învelișurilor lor exterioare de electroni, care se schimbă periodic odată cu creșterea sarcinii nucleare și, prin urmare, legea periodică se bazează pe ideea de a schimba sarcina nucleului atomilor și nu masa atomică a elementelor. O ilustrare vizuală a legii periodice sunt curbele modificărilor periodice ale unor mărimi fizice (potenţiale de ionizare, razele atomice, volume atomice) în funcţie de Z. Nu există o expresie matematică generală pentru legea periodică. Legea periodică are o mare semnificație științifică și filozofică naturală. A făcut posibilă luarea în considerare a tuturor elementelor în interconectarea lor și prezicerea proprietăților elementelor necunoscute. Datorită legii periodice, multe cercetări științifice (de exemplu, în domeniul studierii structurii materiei - în chimie, fizică, geochimie, cosmochimie, astrofizică) au devenit un scop. Legea periodică este o manifestare vie a acțiunii legilor generale ale dialecticii, în special legea trecerii cantității în calitate.

Etapa fizică a dezvoltării legii periodice poate fi, la rândul său, împărțită în mai multe etape:

1. Stabilirea divizibilitatii atomului pe baza descoperirii electronului si radioactivitatii (1896-1897);

2. Dezvoltarea modelelor de structură a atomului (1911-1913);

3. Descoperirea și dezvoltarea sistemului izotop (1913);

4. Descoperirea legii lui Moseley (1913), care face posibilă determinarea experimentală a încărcăturii nucleului și a numărului elementului din sistemul periodic;

5. Dezvoltarea teoriei sistemului periodic pe baza ideilor despre structura învelișurilor electronice ale atomilor (1921-1925);

6. Crearea teoriei cuantice a sistemului periodic (1926-1932).

2.4. Predicția existenței unor elemente necunoscute.

Cel mai important lucru în descoperirea Legii Periodice este predicția existenței unor elemente chimice încă nedescoperite. Sub aluminiu Al, Mendeleev a lăsat un loc pentru analogul său "ekaaluminiu", sub bor B - pentru "ekabor" și sub siliciu Si - pentru "ekasilicon". Așa a numit Mendeleev elemente chimice care nu fuseseră încă descoperite. Le-a dat chiar și simbolurile El, Eb și Es.

În ceea ce privește elementul „ecasiliciu”, Mendeleev a scris: „Mi se pare că cel mai interesant dintre metalele lipsă, fără îndoială, va fi cel care aparține grupului IV de analogi ai carbonului, și anume seria a III-a. Acesta va fi metalul. imediat după siliciu și, prin urmare, să-l numim ekasilice.” Într-adevăr, acest element încă nedescoperit trebuia să devină un fel de „lacăt” care conectează două nemetale tipice - carbon C și siliciu Si - cu două metale tipice - staniu Sn și plumb Pb.

Apoi a prezis existența a încă opt elemente, inclusiv „dwitellurium” - poloniu (descoperit în 1898), „ekaioda” - astatin (descoperit în 1942-1943), „dvimanganez” - technețiu (descoperit în 1937), „ekacesia” - Franța (deschisă în 1939)

În 1875, chimistul francez Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran a descoperit în mineralul wurtzit - sulfura de zinc ZnS - „ekaaluminiul” prezis de Mendeleev și l-a numit galiu Ga în onoarea patriei sale (numele latin al Franței este „Gaul”). .

Mendeleev a prezis cu exactitate proprietățile ekaaluminiului: masa sa atomică, densitatea metalului, formula oxidului El 2 O 3 , clorura ElCl 3 , sulfatul El 2 (SO 4) 3 . După descoperirea galiului, aceste formule au început să fie scrise ca Ga 2 O 3 , GaCl 3 și Ga 2 (SO 4) 3 . Mendeleev a prezis că ar fi un metal foarte fuzibil și, într-adevăr, punctul de topire al galiului s-a dovedit a fi de 29,8 ° C. În ceea ce privește fuzibilitatea, galiul este al doilea după mercur Hg și cesiu Cs.

Conținutul mediu de galiu din scoarța terestră este relativ mare, 1,5-10-30% în greutate, ceea ce este egal cu conținutul de plumb și molibden. Galiul este un oligoelement tipic. Singurul mineral galiu, galdita CuGaS2, este foarte rar. Galiul este stabil în aer la temperaturi obișnuite. Peste 260°C în oxigen uscat se observă oxidare lentă (filmul de oxid protejează metalul). În acizii sulfuric și clorhidric, galiul se dizolvă lent, în acid fluorhidric - rapid, în acid azotic la rece Galiul este stabil. Galiul se dizolvă încet în soluții alcaline fierbinți. Clorul și bromul reacţionează cu galiul la rece, iodul - când sunt încălzite. Galiul topit la temperaturi de peste 300 ° C interacționează cu toate metalele și aliajele structurale.O trăsătură distinctivă a galiului este un interval mare de stare lichidă (2200 ° C) și presiunea scăzută a vaporilor la temperaturi de până la 1100-1200 ° C. Geochimie Galiu este strâns legată de geochimia aluminiului, care se datorează asemănării proprietăților lor fizico-chimice. Partea principală a galiului din litosferă este închisă în minerale de aluminiu. Conținutul de galiu în bauxită și nefelină variază de la 0,002 la 0,01%. Concentrații crescute de galiu se observă și în sfalerite (0,01-0,02%), în cărbuni (împreună cu germaniul), precum și în unele minereuri de fier. Galiul nu are încă o aplicație industrială largă. Scalurile potențial posibile ale producției de produse secundare de galiu în producția de aluminiu încă depășesc semnificativ cererea pentru metal.

Cea mai promițătoare aplicație a galiului este sub formă de compuși chimici precum GaAs, GaP, GaSb, care au proprietăți semiconductoare. Ele pot fi utilizate în redresoare și tranzistoare de înaltă temperatură, celule solare și alte dispozitive în care efectul fotoelectric din stratul de blocare poate fi utilizat, precum și în receptoarele de radiații infraroșii. Galiul poate fi folosit pentru a face oglinzi optice care sunt foarte reflectorizante. Un aliaj de aluminiu cu galiu a fost propus în locul mercurului ca catod pentru lămpile cu radiații ultraviolete utilizate în medicină. Galiul lichid și aliajele sale sunt propuse pentru a fi utilizate pentru fabricarea de termometre de înaltă temperatură (600-1300 ° C) și manometre. Interesantă este utilizarea galiului și a aliajelor sale ca lichid de răcire în reactoarele nucleare (acest lucru este împiedicat de interacțiunea activă a galiului la temperaturi de funcționare cu materialele structurale; aliajul eutectic Ga-Zn-Sn are un efect coroziv mai mic decât cel pur). Galiu).

În 1879, chimistul suedez Lars Nilson a descoperit scandiul, prezis de Mendeleev ca ecabor Eb. Nilson a scris: „Nu există nicio îndoială că ecaborul a fost descoperit în scandiu... Astfel, sunt confirmate cel mai clar considerațiile chimistului rus, care nu numai că au făcut posibilă prezicerea existenței scandiului și galiului, ci și a prevedea. proprietățile lor cele mai importante în avans”. Scandiul a fost numit după țara natală a lui Nilson, Scandinavia, și l-a descoperit în complexul mineral gadolinit, care are compoziția Be 2 (Y, Sc) 2 FeO 2 (SiO 4) 2 . Conținutul mediu de scandiu în scoarța terestră (clarke) este de 2,2-10-3% în greutate. Conținutul de scandiu variază în roci: în roci ultrabazice 5-10-4, în roci bazice 2,4-10-3, în roci medii 2,5-10-4, în granite și sienite 3,10-4; în rocile sedimentare (1-1,3).10-4. Scandiul este concentrat în scoarța terestră ca urmare a proceselor magmatice, hidrotermale și supergene (de suprafață). Sunt cunoscute două minerale intrinseci de Scandium - tortveitite și sterrettite; sunt extrem de rare. Scandiul este un metal moale, în stare pură poate fi ușor prelucrat - forjat, laminat, ștanțat. Sfera de utilizare a Scandium este foarte limitată. Oxidul de scandiu este folosit pentru a face ferite pentru elementele de memorie în computerele de mare viteză. Radioactiv 46Sc este utilizat în analiza activării neutronilor și în medicină. Aliajele de scandiu, care au o densitate scăzută și un punct de topire ridicat, sunt promițătoare ca materiale structurale în construcția de rachete și avioane, iar o serie de compuși de scandiu pot fi utilizați la fabricarea fosforilor, catozilor de oxizi, în industria sticlei și a ceramicii, în industria chimică (ca catalizatori) și în altele. În 1886, profesorul Academiei de Mine din Freiburg, chimistul german Clemens Winkler, în timp ce analiza rarul mineral argirodit cu compoziția Ag 8 GeS 6, a descoperit un alt element prezis de Mendeleev. Winkler a numit elementul descoperit de germaniu Ge în onoarea patriei sale, dar din anumite motive acest lucru a provocat obiecții ascuțite din partea unor chimiști. Au început să-l acuze pe Winkler de naționalism, că și-a însuşit descoperirea făcută de Mendeleev, care dăduse deja elementului numele „ecasilicon” și simbolul Es. Descurajat, Winkler a apelat la însuși Dmitri Ivanovici pentru un sfat. El a explicat că descoperitorul noului element a fost cel care ar trebui să-i dea un nume. Conținutul total de germaniu din scoarța terestră este de 7,10-4% în masă, adică mai mult decât, de exemplu, antimoniu, argint, bismut. Cu toate acestea, mineralele proprii ale germaniului sunt extrem de rare. Aproape toate sunt sulfosarți: germanit Cu2 (Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, argirodit Ag8GeS6, confieldit Ag8(Sn, Ce) S6 și altele.roci și minerale: în minereuri sulfurate de non -metale feroase, în minereuri de fier, în unele minerale oxidice (cromit, magnetit, rutil etc.), în granite, diabaze şi bazalt. În plus, germaniul este prezent în aproape toți silicații, în unele zăcăminte de cărbune și petrol. Germaniul este unul dintre cele mai valoroase materiale din tehnologia modernă a semiconductoarelor. Este folosit pentru a face diode, triode, detectoare cu cristale și redresoare de putere. Germaniul monocristal este folosit și în instrumentele dozimetrice și instrumentele care măsoară puterea câmpurilor magnetice constante și alternative. Un domeniu important de aplicare a germaniului este tehnologia infraroșu, în special producția de detectoare de radiații infraroșii care funcționează în regiunea de 8-14 microni. Multe aliaje care conțin germaniu, sticle pe bază de GeO2 și alți compuși de germaniu sunt promițătoare pentru utilizare practică.

Mendeleev nu a putut prezice existența grupului de gaze nobile și la început nu și-au găsit un loc în sistemul periodic.

Descoperirea argonului Ar de către oamenii de știință englezi W. Ramsay și J. Rayleigh în 1894 a provocat imediat discuții aprinse și îndoieli cu privire la Legea periodică și Tabelul periodic al elementelor. Mendeleev a considerat la început argonul o modificare alotropică a azotului și abia în 1900, sub presiunea unor fapte incontestabile, a fost de acord cu prezența în sistemul periodic a grupului „zero” de elemente chimice, care a fost ocupat de alte gaze nobile descoperite după argon. . Acum acest grup este cunoscut sub numărul VIIIA.

În 1905, Mendeleev scria: „Se pare că viitorul nu amenință legea periodică cu distrugerea, ci promite doar suprastructuri și dezvoltare, deși ca rus au vrut să mă ștergă pe mine, mai ales pe germani”.

Descoperirea Legii Periodice a accelerat dezvoltarea chimiei și descoperirea de noi elemente chimice.

Examen de liceu, unde bătrânul Derzhavin l-a binecuvântat pe tânărul Pușkin. Rolul contorului s-a întâmplat să fie jucat de academicianul Yu.F. Fritsshe, un cunoscut specialist în chimie organică. Teza de doctorat D.I. Mendeleev a absolvit Institutul Pedagogic Principal în 1855. Teza de doctorat „Izomorfismul în legătură cu alte relații dintre forma cristalină și compoziția” a devenit prima sa majoră științifică...

Mai ales pe problema capilarității și a tensiunii superficiale a lichidelor, iar timpul liber își petrecea în cercul tinerilor oameni de știință ruși: S.P. Botkin, I.M. Sechenov, I.A. Vyshnegradsky, A.P. Borodina și alții.În 1861, Mendeleev s-a întors la Sankt Petersburg, unde a reluat cursurile de chimie organică la universitate și a publicat un manual, remarcabil pentru acea vreme: „Chimie organică”, în...

DI. Mendeleev a formulat Legea periodică în 1869, care s-a bazat pe una dintre cele mai importante caracteristici ale atomului - masa atomică. Dezvoltarea ulterioară a Legii periodice, și anume achiziția de mari date experimentale, a schimbat oarecum formularea inițială a legii, dar aceste modificări nu contravin sensului principal stabilit de D.I. Mendeleev. Aceste modificări nu au dat decât legii și Sistemului Periodic valabilitate științifică și confirmarea corectitudinii.

Formularea modernă a Legii periodice de către D.I. Mendeleev este după cum urmează: proprietățile elementelor chimice, precum și proprietățile și formele compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleelor ​​atomilor lor.

Structura Tabelului Periodic al Elementelor Chimice D.I. Mendeleev

Prin prezenta opinie se stie un numar mare de interpretări ale sistemului periodic, dar cel mai popular - cu perioade scurte (mici) și lungi (mari). Rândurile orizontale se numesc perioade (conțin elemente cu umplere secvențială de același nivel energetic), iar coloanele verticale sunt numite grupuri (conțin elemente care au același număr de electroni de valență - analogi chimici). De asemenea, toate elementele pot fi împărțite în blocuri în funcție de tipul de orbital extern (de valență): elemente s-, p-, d-, f-.

În total, există 7 perioade în sistem (tabel), iar numărul perioadei (notat cu o cifră arabă) este egal cu numărul de straturi de electroni dintr-un atom al unui element, numărul nivelului de energie extern (de valență) , și valoarea numărului cuantic principal pentru cel mai înalt nivel de energie. Fiecare perioadă (cu excepția primei) începe cu un element s - un metal alcalin activ și se termină cu un gaz inert, care este precedat de un element p - un nemetal activ (halogen). Dacă ne deplasăm de-a lungul perioadei de la stânga la dreapta, atunci odată cu creșterea sarcinii nucleelor ​​atomilor elementelor chimice de perioade mici, numărul de electroni la nivelul energiei externe va crește, în urma căruia proprietățile de elementele se schimbă - de la tipic metalice (pentru că există un metal alcalin activ la începutul perioadei), prin amfoter (elementul prezintă proprietățile atât ale metalelor, cât și ale nemetalelor) la nemetalice (nemetal activ - halogen). la sfârşitul perioadei), adică proprietăţile metalice slăbesc treptat, iar cele nemetalice cresc.

În perioade mari, odată cu creșterea sarcinii nucleare, umplerea electronilor este mai dificilă, ceea ce explică o modificare mai complexă a proprietăților elementelor în comparație cu elementele de perioade mici. Deci, în rânduri uniforme de perioade lungi, cu sarcina nucleară în creștere, numărul de electroni din nivelul de energie exterior rămâne constant și egal cu 2 sau 1. Prin urmare, în timp ce următorul nivel după exterior (al doilea din exterior) este umplut cu electroni, proprietățile elementelor din rândurile egale se schimbă lent. La trecerea pe rânduri impare, cu o creștere a sarcinii nucleare, numărul de electroni din nivelul de energie externă crește (de la 1 la 8), proprietățile elementelor se modifică în același mod ca în perioade mici.

Coloanele verticale din sistemul periodic sunt grupuri de elemente cu o structură electronică similară și sunt analogi chimici. Grupurile sunt desemnate cu cifre romane de la I la VIII. Se disting subgrupurile principale (A) și secundare (B), primul conținând elemente s și p, al doilea - d - elemente.

Numărul subgrupului A indică numărul de electroni din nivelul energetic exterior (numărul de electroni de valență). Pentru elementele subgrupurilor B, nu există o relație directă între numărul grupului și numărul de electroni din nivelul energetic exterior. În subgrupele A, proprietățile metalice ale elementelor cresc, iar proprietățile nemetalice scad odată cu creșterea sarcinii nucleului atomului elementului.

Există o relație între poziția elementelor în sistemul periodic și structura atomilor lor:

- atomii tuturor elementelor aceleiași perioade au un număr egal de niveluri de energie, umpluți parțial sau complet cu electroni;

— atomii tuturor elementelor subgrupelor A au un număr egal de electroni la nivelul energiei externe.

Proprietățile periodice ale elementelor

Apropierea proprietăților fizico-chimice și chimice ale atomilor se datorează asemănării configurațiilor lor electronice, iar distribuția electronilor de-a lungul orbitalului atomic exterior joacă rolul principal. Aceasta se manifestă în apariția periodică, pe măsură ce sarcina nucleului atomic crește, elemente cu proprietăți similare. Astfel de proprietăți sunt numite periodice, dintre care cele mai importante sunt:

1. Numărul de electroni din învelișul exterior al electronilor ( populatia – w). În perioade scurte cu creșterea încărcăturii nucleare wînvelișul exterior de electroni crește monoton de la 1 la 2 (perioada 1), de la 1 la 8 (perioadele 2 și 3). În perioade mari în timpul primelor 12 elemente w nu depășește 2 și apoi până la 8.

2. Raze atomice și ionice(r), definită ca razele medii ale unui atom sau ion, găsite din datele experimentale privind distanțe interatomice în diferiți compuși. Raza atomică scade de-a lungul perioadei (electronii care cresc treptat sunt descriși prin orbitali cu caracteristici aproape egale, raza atomică crește peste grup, deoarece numărul de straturi de electroni crește (Fig. 1.).

Orez. 1. Modificarea periodică a razei atomice

Aceleași modele sunt observate pentru raza ionică. Trebuie remarcat faptul că raza ionică a cationului (ion încărcat pozitiv) este mai mare decât raza atomică, care la rândul său este mai mare decât raza ionică a anionului (ion încărcat negativ).

3. Energie de ionizare(E și) este cantitatea de energie necesară pentru a detașa un electron dintr-un atom, adică energia necesară pentru a transforma un atom neutru într-un ion încărcat pozitiv (cation).

E 0 - → E + + E și

E și se măsoară în electron volți (eV) per atom. În cadrul grupului Sistemului periodic, valorile energiei de ionizare a atomilor scad odată cu creșterea sarcinilor nucleelor ​​atomilor elementelor. Din atomii elementelor chimice, toți electronii pot fi rupți secvențial prin raportarea valorilor discrete ale lui E și. În același timp, E și 1< Е и 2 < Е и 3 <….Энергии ионизации отражают дискретность структуры электронных слоев и оболочек атомов химических элементов.

4. afinitate electronică(E e) este cantitatea de energie eliberată atunci când un electron suplimentar este atașat unui atom, adică energie de proces

E 0 + → E -

E e este, de asemenea, exprimat în eV și, la fel ca E și depinde de raza atomului, prin urmare, natura modificării E e pe perioade și grupuri ale sistemului periodic este apropiată de natura modificării razei atomice. . Elementele p din grupa VII au cea mai mare afinitate electronică.

5. Activitate restaurativă(VA) - capacitatea unui atom de a dona un electron altui atom. Măsură cantitativă - E și. Dacă E și crește, atunci BA scade și invers.

6. Activitate oxidativă(OA) - capacitatea unui atom de a atasa un electron de la un alt atom. Măsura cantitativă E e. Dacă E e crește, atunci crește și OA și invers.

7. Efect de screening- o scădere a impactului asupra unui electron dat a sarcinii pozitive a nucleului datorită prezenței altor electroni între acesta și nucleu. Ecranarea crește odată cu numărul de straturi de electroni dintr-un atom și reduce atracția electronilor externi către nucleu. Ecranarea este opusul efect de penetrare, datorită faptului că un electron poate fi localizat în orice punct al spațiului atomic. Efectul de penetrare crește puterea legăturii dintre electron și nucleu.

8. Stare de oxidare (număr de oxidare)- sarcina imaginară a unui atom al unui element dintr-un compus, care este determinată din ipoteza structurii ionice a substanței. Numărul grupului din Tabelul periodic indică cea mai mare stare de oxidare pozitivă pe care o pot avea elementele unui grup dat în compușii lor. Excepție fac metalele din subgrupa cuprului, oxigenul, fluorul, bromul, metalele din familia fierului și alte elemente din grupa VIII. Pe măsură ce sarcina nucleară crește într-o perioadă, starea de oxidare pozitivă maximă crește.

9. Electronegativitatea, compozițiile compușilor superiori ai hidrogenului și oxigenului, proprietăți termodinamice, electrolitice etc.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Descrieți elementul (Z = 23) și proprietățile compușilor săi (oxizi și hidroxizi) prin formula electronică: familie, perioadă, grupă, număr de electroni de valență, formulă electron-grafică pentru electronii de valență în starea fundamentală și excitată, principala stări de oxidare (maximum și minim), formulele oxizilor și hidroxizilor.
Soluţie	23 V 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3 3p 6 3d 3 4s 2 d-element, metal, se află în perioada ;-a, în grupa V, în subgrup. Electroni de valență 3d 3 4s 2 . Oxizi VO, V 2 O 3, VO 2, V 2 O 5. Hidroxizi V(OH)2, V(OH)3, VO(OH)2, HVO3. Stare de bază stare de excitat Starea minimă de oxidare este „+2”, cea maximă este „+5”.

Pagina 1

Formularea modernă a legii periodice este următoarea: proprietățile elementelor, precum și proprietățile și formele compușilor acestora, sunt într-o dependență periodică de sarcinile nucleelor ​​atomilor elementelor.

Formularea modernă a legii periodice a lui D. I. Mendeleev este următoarea: proprietățile elementelor chimice, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de mărimea sarcinii nucleelor ​​atomice. Se bazează doar pe date noi care conferă legii și sistemului valabilitate științifică și confirmă corectitudinea acestora.

Formularea modernă a legii periodice: proprietățile substanțelor simple și proprietățile compușilor elementelor sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleului (atomul) elementului.

Formularea modernă a legii periodice a lui D. I. Mendeleev este următoarea: proprietățile elementelor chimice, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleelor ​​atomice. Se bazează doar pe date noi care conferă legii și sistemului valabilitate științifică și confirmă corectitudinea acestora.

Formularea modernă a legii periodice a lui D. I. Mendeleev este următoarea: proprietățile elementelor, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleelor ​​atomilor lor.

Formularea modernă a legii periodice a lui D. I. Mendeleev este următoarea: proprietățile elementelor chimice, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de mărimea sarcinii nucleelor ​​atomice. Se bazează doar pe date noi care conferă legii și sistemului valabilitate științifică și confirmă corectitudinea acestora.

Cum diferă formularea modernă a legii periodice de cea anterioară și de ce este mai exactă.

Inclus în formularea modernă a Legii periodice a lui D. I. Mendeleev: proprietățile elementelor sunt într-o dependență periodică de numărul de serie.

De ce formularea lui D. I. Mendeleev și formularea modernă a legii periodice nu se contrazic.

Pe baza legii lui Moseley și a descoperirilor lui Rutherford și Chadwick, se poate da o formulare modernă a legii periodice a lui D. I. Mendeleev: proprietățile elementelor chimice și ale compușilor lor sunt într-o dependență periodică de mărimea sarcinilor pozitive ale nucleele atomilor lor.

Ideea mărimii sarcinii nucleului ca proprietate definitorie a atomului a stat la baza formulării moderne a legii periodice a lui D. I. Mendeleev: proprietățile elementelor chimice, precum și formele și proprietățile compușii acestor elemente, sunt într-o dependență periodică de mărimea sarcinii nucleelor ​​atomilor lor.

Vedem că atomii aceluiași element diferă în greutate atomică și, prin urmare, proprietățile chimice ale elementelor sunt determinate nu de greutatea lor atomică, ci de sarcina nucleului atomic. Prin urmare, formularea modernă a legii periodice spune: proprietățile elementelor sunt într-o dependență periodică de numerele lor de serie.

Studiile asupra structurii atomilor au arătat că cea mai importantă și mai stabilă caracteristică a unui atom este sarcina pozitivă a nucleului. Prin urmare, formularea modernă a legii periodice a lui D. I. Mendeleev este următoarea: proprietățile elementelor chimice și compușii lor sunt într-o dependență periodică de sarcinile nucleelor ​​atomilor elementelor.

Principala lege care guvernează lumea elementelor chimice a fost descoperită de marele om de știință rus Dmitri Ivanovici Mendeleev.

Până la momentul acestei descoperiri, erau cunoscute 63 de elemente chimice. acumulate o cantitate mare informații și proprietățile acestora. Cu toate acestea, abundența faptelor care nu au sens dintr-un punct de vedere unificat a fost o sursă de dificultate și confuzie în chimie. Ingeniosul chimist rus, după ce a descoperit legea care guvernează proprietățile elementelor, precum și structura atomilor, a rezolvat aceste dificultăți.

Dmitri Ivanovici Mendeleev.

Studiind și comparând cu atenție proprietățile elementelor chimice, el a căutat să dezvăluie secretele relației lor îndepărtate și apropiate.

Mendeleev își descrie căutările în felul următor: „... apare involuntar ideea că între masa și caracteristicile chimice ale elementelor trebuie să existe o Legătură... A căuta ceva - cel puțin ciuperci sau un fel de dependență - este imposibil altfel decât să privești și să încerci. Așa că am început să selectez, scriind pe carduri separate elementele cu greutățile lor atomice și proprietățile fundamentale, elemente similare și greutăți atomice apropiate, ceea ce a condus rapid la concluzia că proprietățile elementelor sunt într-o dependență periodică de greutatea lor atomică. ."
Dispunând elementele în ordine crescătoare a greutăților atomice, omul de știință a obținut șirurile de elemente; în fiecare dintre rânduri, proprietățile elementelor se repetă periodic.

Prin definiția lui Mendeleev însuși, legea periodică descoperită de el este că „proprietățile elementelor (și, în consecință, ale corpurilor simple și complexe formate de ele) sunt într-o dependență periodică de greutățile lor atomice”.

O mare perspectivă a arătat Mendeleev, care a descoperit periodicitatea în lumea elementelor, într-un moment în care multe elemente nu fuseseră încă descoperite, iar greutățile atomice ale unora dintre elementele cunoscute erau determinate incorect. Dar a dovedi irefutabil existența acestei regularități s-a dovedit a fi extrem de dificil.

Când Mendeleev în cercetările sale a pornit de la greutățile atomice întâlnite în lucrările din acea vreme, periodicitatea a fost adesea încălcată.

Dar omul de știință nu a rămas nedumerit. Era ferm convins de existența unei dependențe periodice a proprietăților elementelor de greutățile lor atomice. Și când a observat încălcări ale periodicității, o singură concluzie era posibilă pentru el - evident, datele pe care știința le avea la dispoziție erau incorecte sau incomplete. A corectat, pe baza unor calcule teoretice, greutățile atomice ale anumitor elemente. Așa a fost cu indiul, metalele de platină, uraniul și alte elemente; mai târziu, măsurători mai precise ale greutăților lor au confirmat corectitudinea acestor corecții.

În 1869, după ce a publicat lucrarea „Corelarea proprietăților cu greutatea atomică a elementelor” în revista Societății Ruse de Chimie, Mendeleev a introdus lumea științifică în legea periodică pe care a descoperit-o. Tabelul sistemului periodic de elemente a fost atașat articolului. Conturând esența legii deschise, marele om de știință a subliniat și existența unor elemente încă necunoscute științei.

În tabelul periodic, elementele chimice sunt aranjate în ordinea crescătoare a greutății lor atomice.

Mendeleev a lăsat multe locuri în sistemul său pentru elementele încă nedescoperite, greutatea atomică aproximativă și alte proprietăți pe care omul de știință le-a calculat, ținând cont de natura elementelor învecinate. Mendeleev a prezis pentru prima dată în istoria chimiei existența unor elemente necunoscute. El a scris că trebuie să existe mai multe elemente, pe care le-a numit ekaaluminiu, ekabor și ekasilicon.

O serie de oameni de știință au reacționat la predicția savantului rus cu mare neîncredere.

Dar în august 1875, omul de știință francez Lecoq de Bois-baudran, prin intermediul analizei spectrale, a descoperit un nou element în blenda de zinc, pe care l-a numit galiu (Gallia este numele vechi al Franței).

În 1879, celebrul chimist suedez Nilson a descoperit al doilea element prezis de Mendeleev. Proprietățile scandiului, așa cum a numit Nilson noul element, au coincis complet cu proprietățile ekaborului prezise de Mendeleev. Chiar și temerile omului de știință rus că descoperirea ecaborului în minerale ar fi împiedicată de prezența unui alt element chimic, ytriul, erau justificate.

„Astfel,” încheie Nilson raportul său despre descoperirea unui nou element, „se confirmă considerațiile chimistului rus, care nu numai că au făcut posibilă prezicerea existenței elementelor numite - scandiu și galiu, dar și prevederea lor. cele mai importante proprietăți în avans.”

În cele din urmă, în 1886, omul de știință german Winkler a descoperit al treilea element prezis de Mendeleev. În raportul său despre aceasta, Winkler a subliniat că noul element - germaniul - este tocmai e-siliciul prezis de Mendeleev.

A fost o sărbătoare completă a descoperirii lui Mendeleev.

Friedrich Engels a scris că Mendeleev „a realizat o ispravă științifică” prin descoperirea legii periodice.

Descoperirea lui Mendeleev a fost o confirmare puternică a uneia dintre legile de bază ale dialecticii - legea trecerii cantității în calitate.

Proprietățile elementelor chimice depind de greutățile atomice. Legea trecerii cantității în calitate, așa cum scria Friedrich Engels, „este valabilă... și pentru elementele chimice înseși”.

Unul dintre întăritorii legii periodice a lui D. I. Mendeleev a fost celebrul om de știință ceh Bohuslav Brauner (1855-1935). Brauner a confirmat prin lucrarea sa că locul indicat de Mendeleev pentru elementul chimic beriliu în sistem este corect. Prin urmare, greutatea atomică a acestui element, calculată de omul de știință rus pe baza legii periodice, este și ea corectă.

Mendeleev a scris mai târziu cu recunoștință despre munca lui B. F. Brauner, amintindu-și cât de des „a auzit că problema greutății atomice a beriliului amenință să zguduie generalitatea legii periodice, poate necesita transformări profunde în ea”.

Pe baza legii pe care a descoperit-o, Mendeleev a corectat greutatea atomică a ceriului de la 92, așa cum era recunoscut de toată lumea, la 138. Acest lucru a provocat un protest furtunos din partea unor oameni de știință.

„Cum”, a scris chimistul Rammelsberg, „să corectăm greutățile atomice, ghidate de un fel de tabel! Da, asta sunt pure speculații!- foșni el. „Aceasta este potrivirea faptelor într-un fel de schemă!”
Mendeleev a răspuns la aceasta: „Eu cred că acum nu ar trebui, este imposibil să se facă vreo considerație precisă despre elemente, ocolind legea periodicității”.

Mai târziu, Brauner, prin lucrarea sa, a confirmat corectitudinea greutății atomice a ceriului, derivată teoretic de Mendeleev. Brauner, și apoi fizicianul englez Moseley, au subliniat necesitatea de a evidenția așa-numitele elemente pământuri rare într-un loc special.

În 1884, omul de știință revoluționar N. A. Morozov, fiind întemnițat în cetatea Shlisselburg, și-a finalizat acolo munca de analiză a tabelului periodic. De asemenea, el a prezis teoretic existența unui grup de elemente chimice - gaze inerte.

Apartenența unui element la una sau la alta grupă a tabelului periodic indică numărul de protoni și neutroni din nucleul atomului elementului și numărul de electroni din învelișul de electroni.

Apartenența unui element la una sau la alta perioadă a tabelului periodic indică numărul de straturi din învelișul de electroni a atomului.

Acolo unde „gazele nobile” - heliu, neon, argon și altele - sunt acum plasate în tabelul periodic, Morozov avea numerele 4, 20, 40 etc., arătând greutățile atomice ale elementelor lipsă. Toate aceste elemente chimice au fost evidențiate de Morozov într-un grup separat, zero.

Predicția oamenilor de știință ruși a fost confirmată de munca oamenilor de știință englezi Rayleigh și Ramsey, care au descoperit gaze inerte.

Măreția geniului rus - Mendeleev este incontestabilă. Dar au existat totuși oameni care au încercat să ia lui Mendeleev dreptul de a fi numit autorul legii periodice. Mendeleev a intrat în lupta pentru prioritatea Rusiei în descoperirea legii periodice.

„Aprobarea legii”, a scris el, „este posibilă numai cu ajutorul deducerii unor consecințe din ea, fără de care este imposibilă și neașteptată, și justificând acele consecințe în verificarea experimentală. De aceea, văzând legea periodică, eu, la rândul meu (1869-1871), am dedus din ea asemenea consecințe logice, care ar putea arăta dacă este adevărată sau nu... Fără o astfel de metodă de testare, nici o singură lege. ale naturii pot fi stabilite. Nici Chancourtois, căruia francezii îi atribuie dreptul de a descoperi legea periodică, nici Newlands, care este propus de britanici, nici L. Meyer, care a fost citat de alții drept fondatorul legii periodice, nu au îndrăznit să prezică proprietățile elementelor nedescoperite, modifică „greutățile acceptate ale atomilor” și consideră în general legea periodică o nouă lege a naturii, strict stabilită, capabilă să acopere fapte negeneralizate până acum, așa cum am făcut-o de la bun început.

Anticipând descoperirile ulterioare ale științelor naturale, ingeniosul creator al legii periodice a prezis că atomul este indivizibil doar printr-o metodă chimică.

Cu ajutorul legii lui Mendeleev, oamenii de știință ruși B. N. Chicherin și N. A. Morozov (lucrările lor sunt discutate mai jos) au propus, pe baza unor prevederi speculative, primul model al atomului, în care acesta este înfățișat ca un sistem de corpuri asemănător cu solarul. sistem. Studiile experimentale și calculele matematice ulterioare au arătat că o astfel de asimilare are anumite temeiuri.

Legea lui Mendeleev este un instrument puternic pentru înțelegerea naturii și a legile ei. Toată dezvoltarea ulterioară a chimiei și fizicii a mers în legătură directă cu legea lui Mendeleev și în funcție de aceasta. Toate descoperirile din aceste științe au fost luminate de legea lui. Cu ajutorul acestei legi s-a arătat sensul teoretic al descoperirilor. În același timp, fiecare astfel de descoperire a dus la o rafinare și extindere a dreptului, fără a afecta fundamentele sale fundamentale.

Ghidată de legea periodică, știința a determinat structura atomilor tuturor elementelor, care, după cum este stabilit, constau dintr-o înveliș de electroni și un nucleu.

Numărul de electroni crește de la unu pentru atomul de hidrogen la 101 pentru atomul de Mendeleevium, recent descoperit și numit după descoperitorul legii periodice; acest număr este în deplină concordanță cu numărul de serie al elementului din sistemul Mendeleev. Sarcina nucleului este egală cu suma sarcinilor electronilor. Sarcina pozitivă a nucleului, care echilibrează electronii negativi, crește de la 1 la 101. Sarcina pozitivă a nucleului este proprietatea principală a atomului care îi conferă identitatea chimică, deoarece numărul de electroni depinde de sarcina pozitivă a nucleului. nucleul.

Nucleul s-a dovedit a fi, de asemenea, complex: este format din protoni și neutroni. Aceasta este cea mai mare parte a atomului; masa electronului nu este luată în considerare, deoarece este de 1836,5 ori mai mică decât masa protonului.

Electronii tuturor atomilor sunt aceiași, dar sunt localizați în jurul nucleului în straturi diferite. Numărul acestor straturi relevă sensul cel mai profund al perioadelor în care sunt împărțite toate elementele din sistemul lui Mendeleev. Fiecare perioadă diferă de cealaltă prin prezența unui strat de electroni suplimentar în atomii elementelor sale.

Proprietățile chimice ale atomului depind de structura învelișului de electroni, deoarece reacțiile chimice sunt asociate cu schimbul de electroni externi. În plus, o serie de proprietăți fizice - conductivitatea electrică și termică, precum și proprietățile optice sunt, de asemenea, asociate cu electronii.

Știința modernă dezvăluie din ce în ce mai mult semnificația strălucitoarei creații a lui Mendeleev.

Legea periodică a indicat asemănarea proprietăților chimice ale elementelor situate în aceeași grupă, adică în aceeași coloană verticală a tabelului.

Acum, acest lucru se explică perfect prin structura învelișului de electroni a atomului. Elementele din aceeași grupă au același număr de electroni în stratul exterior: elementele din primul grup - litiu, sodiu, potasiu și altele - au câte un electron în stratul exterior; elemente din al doilea grup - beriliu, magneziu, calciu și altele - câte doi electroni; elemente din al treilea grup - câte trei și, în sfârșit, elemente din grupul zero: heliu - doi, neon, cripton și altele - câte opt electroni. Acesta este numărul maxim posibil de electroni din stratul exterior și oferă acestor atomi o inerție completă: în condiții normale, ei nu intră în compuși chimici.

Izotopi.

Știința modernă a arătat că greutatea atomilor aceluiași element poate să nu fie aceeași - depinde de numărul diferit de neutroni din nucleul atomic al unui anumit element chimic. Prin urmare, într-o celulă separată a tabelului periodic nu există un singur tip de atom, ci mai mulți. Astfel de atomi sunt numiți izotopi (în greacă, „izotop” înseamnă „ocupând același loc”). Elementul chimic staniu constă, de exemplu, din 12 varietăți, extrem de asemănătoare ca proprietăți, dar cu greutăți atomice diferite: greutatea atomică medie a staniului este de 118,7.

Aproape toate elementele au izotopi.

În timp ce au fost descoperiți 300 de izotopi naturali, au fost obținuți artificial aproximativ 800. Dar toți sunt localizați în mod natural în 101 celule ale tabelului periodic.

Toate aceste descoperiri, aduse la viață de legea lui Mendeleev, subliniază geniul omului de știință rus care a descoperit legea de bază a naturii neînsuflețite, care, totuși, este de o importanță extraordinară pentru lumea organică.

Producerea artificială de noi elemente chimice care nu există în natură.

Sistemul lui Mendeleev este folosit acum de oamenii de știință atât în ​​scindarea atomilor, cât și în crearea de noi elemente.

Chimiștii, fizicienii, geologii, agronomii, constructorii, mecanicii, electricienii și astronomii sunt ghidați de această lege atomică.

Spectroscopul a arătat că elementele care există pe Pământ se găsesc și pe alte planete. Acele transformări chimice care au loc în țara noastră pot avea loc și în alte părți ale universului.

Știința modernă a invadat intestinele atomului. S-a născut o nouă știință - fizica nucleară. Influențând nucleul atomic, oamenii de știință transformă acum un element în altul, sintetizând elemente care nu se găsesc în prezent în scoarța terestră. Grupul de elemente chimice transuraniu aparține elementelor noi, create artificial. Știința modernă a deschis calea utilizării energiei intranucleare. Toate aceste descoperiri sunt indisolubil legate de legea lui Mendeleev.