„Proprietățile elementelor și, prin urmare, corpurile simple și complexe (substanțe) formate de acestea, depind periodic de greutatea lor atomică”.

Formulare modernă:

„proprietățile elementelor chimice (adică proprietățile și forma compușilor pe care îi formează) sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleului atomilor elementelor chimice”.

Semnificația fizică a periodicității chimice

Modificările periodice ale proprietăților elementelor chimice se datorează repetării corecte a configurației electronice a nivelului de energie externă (electroni de valență) atomilor lor cu creșterea sarcinii nucleare.

Reprezentarea grafică a legii periodice este tabelul periodic. Conține 7 perioade și 8 grupe.

Perioadă - rânduri orizontale de elemente cu aceeași valoare maximă a numărului cuantic principal al electronilor de valență.

Numărul perioadei indică numărul de niveluri de energie din atomul unui element.

Perioadele pot consta din 2 (primul), 8 (al doilea și al treilea), 18 (al patrulea și al cincilea) sau 32 (al șaselea) elemente, în funcție de numărul de electroni din nivelul energetic exterior. Ultima, a șaptea perioadă este incompletă.

Toate perioadele (cu excepția primei) încep cu un metal alcalin ( s- element) și se termină cu un gaz nobil ( ns 2 np 6 ).

Proprietățile metalice sunt considerate ca fiind capacitatea atomilor elementului de a renunța cu ușurință la electroni, în timp ce proprietățile nemetalice sunt considerate a accepta electroni datorită tendinței atomilor de a dobândi o configurație stabilă cu subniveluri pline. Umplerea exteriorului s- subnivelul indică proprietățile metalice ale atomului și formarea exteriorului p- subnivel - pe proprietăți nemetalice. O creștere a numărului de electroni cu p- subnivelul (de la 1 la 5) sporește proprietățile nemetalice ale atomului. Atomi cu o configurație complet formată, stabilă din punct de vedere energetic a stratului exterior de electroni ( ns 2 np 6) inert din punct de vedere chimic.

În perioade lungi, tranziția proprietăților de la metalul activ la gazul nobil are loc mai ușor decât în ​​perioade scurte, deoarece formarea unui intern n - 1) d - subnivel menținând în același timp exteriorul ns 2 - strat. Perioadele mari constau din rânduri pare și impare.

Pentru elemente de rânduri uniforme de pe stratul exterior ns 2 - electronii, prin urmare, predomină proprietățile metalice și slăbirea lor odată cu creșterea sarcinii nucleare este mică; în rânduri impare se formează np- subnivel, ceea ce explică slăbirea semnificativă a proprietăților metalice.

Grupuri - coloane verticale de elemente cu același număr de electroni de valență, egal cu numărul grupului. Există subgrupuri principale și secundare.

Principalele subgrupe constau din elemente de perioade mici și mari, ai căror electroni de valență sunt localizați pe partea exterioară. ns - și np - subniveluri.

Subgrupurile secundare constau din elemente doar de perioade mari. Electronii lor de valență se află pe exterior ns- subnivel și intern ( n - 1) d - subnivel (sau (n - 2) f - subnivel).

În funcție de subnivelul ( s-, p-, d- sau f-) pline cu electroni de valență, elementele sistemului periodic sunt împărțite în: s- elemente (elementele subgrupului principal grupele I și II), p - elemente (elementele principalelor subgrupe grupele III - VII), d - elemente (elemente ale subgrupurilor secundare), f- elemente (lantanide, actinide).

În principalele subgrupe, de sus în jos, proprietățile metalice sunt îmbunătățite, în timp ce proprietățile nemetalice sunt slăbite. Elementele grupurilor principale și secundare diferă foarte mult în proprietăți.

Numărul grupului indică cea mai mare valență a elementului (cu excepția DE , elemente ale subgrupului de cupru și grupului a opta).

Comune elementelor subgrupelor principale și secundare sunt formulele oxizilor superiori (și hidraților acestora). Pentru oxizi superiori și elementele lor hidratante I-III grupe (cu excepţia borului) predomină proprietăţile de bază, cu IV până la VIII - acid.

Pagina 1

Repetarea periodică a proprietăților elementelor cu număr atomic crescător devine mai ales evidentă dacă elementele sunt aranjate sub forma unui tabel, numit tabel periodic sau sistem periodic al elementelor. Au fost propuse și sunt în uz mai multe forme ale tabelului periodic.

Repetarea periodică a proprietăților elementelor cu număr atomic crescător poate fi arătată clar dacă elementele sunt aranjate într-un tabel numit tabel periodic, sau sistemul periodic al elementelor. Au fost propuse și sunt utilizate multe forme diferite ale tabelului periodic.

Principiul repetarii periodice a proprietatilor elementelor nu putea permite existenta unui singur element izolat de argon; astfel de substanțe simple ar trebui să fie puține sau deloc. Cu toate acestea, Ramsay a stat ferm pe pozițiile legii periodice, iar aceasta, precum și dezvoltarea tehnologiei de laborator la sfârșitul secolului trecut, a predeterminat descoperirea rapidă a membrilor rămași ai grupului de gaze inerte.

Ce explică repetarea periodică a proprietăților elementelor din sistemul periodic.

Ce explică repetarea periodică a proprietăților elementelor.

Acceptând că repetarea periodică a proprietăților elementelor se datorează nu numai masei lor (greutate atomică), ci și naturii mișcării atomilor înșiși ca particule întregi (viteza și direcția mișcării lor), Flavitsky își construiește ipoteza pe următoarea bază: periodicitatea elementelor se explică nu prin ceea ce este tipul repetat al structurii interne a atomilor, ci prin faptul că natura mișcării atomilor ca particule întregi se schimbă periodic.

Astfel, motivul repetării periodice a proprietăților elementelor este repetarea periodică a configurațiilor electronice ale atomilor lor.

Studiul structurii electronice a atomilor a făcut posibil să se demonstreze că motivul repetării periodice a proprietăților elementelor cu număr de serie în creștere este repetarea periodică a procesului de construire a unor noi învelișuri de electroni. Aceeași grupă a sistemului periodic aparțin întotdeauna acele elemente ai căror atomi din învelișurile exterioare au același număr de electroni. Astfel, atomii tuturor gazelor inerte, cu excepția heliului, conțin 8 electroni în învelișul exterior și sunt cei mai greu de ionizat, în timp ce atomii metalelor alcaline conțin un electron în învelișul exterior și au cel mai mic potențial de ionizare. Metalele alcaline cu un singur electron în învelișul exterior îl pot pierde cu ușurință, transformându-se într-o formă stabilă de ion pozitiv cu o configurație electronică similară cu cel mai apropiat gaz inert cu un număr atomic mai mic. Elemente precum fluorul, clorul etc., apropiindu-se de configurația gazelor inerte în ceea ce privește numărul de electroni externi, dimpotrivă, tind să dobândească electroni și să reproducă această configurație electronică, trecând în ionul negativ corespunzător.

Perioadele care urmează celei de-a treia perioade din tabelul lui D. I. Mendeleev sunt mai lungi. Cu toate acestea, se păstrează repetarea periodică a proprietăților elementelor. Ea devine mai complexă, datorită varietății tot mai mari de caracteristici fizice și chimice ale elementelor pe măsură ce masele lor atomice cresc. Luarea în considerare a structurii atomilor din primele perioade confirmă faptul că numărul limitat de locuri pentru electroni în fiecare înveliș (interdicția Pauli) care înconjoară nucleul este motivul repetării periodice a proprietăților elementelor. Această periodicitate este o mare lege a naturii, descoperită de D. I. Mendeleev la sfârșitul secolului trecut, în vremea noastră a devenit unul dintre fundamentele dezvoltării nu numai a chimiei, ci și a fizicii.

Valorile lui /j cresc treptat odată cu creșterea Z până când Z atinge valoarea gazului nobil, apoi scade la aproximativ un sfert din valoarea gazului nobil pe măsură ce trece la următorul element. Periodicitatea modificărilor unei alte proprietăți - densitatea elementelor în stare solidă - este prezentată în fig. 5.13. O astfel de repetare periodică a proprietăților elementelor cu număr de serie crescător devine deosebit de evidentă dacă elementele sunt aranjate sub forma unui tabel numit tabel periodic și sistemul periodic de elemente. Au fost propuse și sunt utilizate multe forme diferite ale sistemului periodic.

Concomitent cu Newlands, de Chancourtois se apropia de descoperirea legii periodice în Franța. Dar, în contrast cu imaginea muzicală și sonoră senzuală, care a servit lui Newlands ca o analogie cu regularitatea elementelor chimice pe care le-a dezvăluit parțial, naturalistul francez a folosit o imagine geometrică abstractă: a comparat repetarea periodică a proprietăților elementelor, dispuse în funcție de greutățile lor atomice, cu înfășurarea unei linii spiralate (vis tellurique) și suprafața laterală a cilindrului.

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. A făcut posibilă explicarea motivului repetării periodice a proprietăților elementelor, care constă în repetarea periodică a structurii configurațiilor electronice ale atomilor.

Abia după ce structura atomului a fost clarificată au devenit clare motivele repetarea periodică a proprietăților elementelor.

Datele despre structura nucleului și despre distribuția electronilor în atomi fac posibilă luarea în considerare a legii periodice și a sistemului periodic de elemente din poziții fizice fundamentale. Pe baza ideilor moderne, legea periodică este formulată după cum urmează:

Proprietățile substanțelor simple, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleului atomic (număr de serie).

Tabelul periodic al D.I. Mendeleev

În prezent, sunt cunoscute peste 500 de variante ale reprezentării sistemului periodic: acestea sunt diverse forme de transmitere a legii periodice.

Prima versiune a sistemului de elemente, propusă de D.I. Mendeleev la 1 martie 1869, a fost așa-numita versiune de formă lungă. În această variantă, perioadele erau aranjate într-o singură linie.

În sistemul periodic, există 7 perioade orizontale, dintre care primele trei sunt numite mici, iar restul sunt mari. În prima perioadă sunt 2 elemente, în a doua și a treia - câte 8, în a patra și a cincea - câte 18, în a șasea - 32, în a șaptea (incompletă) - 21 de elemente. Fiecare perioadă, cu excepția primei, începe cu un metal alcalin și se termină cu un gaz nobil (a 7-a perioadă este neterminată).

Toate elementele sistemului periodic sunt numerotate în ordinea în care se succed. Numerele elementelor se numesc numere ordinale sau atomice.

Sistemul are 10 rânduri. Fiecare perioadă mică este formată dintr-un rând, fiecare perioadă mare este formată din două rânduri: par (sus) și impar (inferioară). În rândurile egale de perioade mari (a patra, a șasea, a opta și a zecea) există doar metale, iar proprietățile elementelor din rândul de la stânga la dreapta se modifică ușor. În rândurile impare de perioade mari (a cincea, a șaptea și a noua), proprietățile elementelor din rândul de la stânga la dreapta se schimbă, ca în elementele tipice.

Principala caracteristică prin care elementele perioadelor mari sunt împărțite în două rânduri este starea lor de oxidare. Valorile lor identice se repetă de două ori într-o perioadă cu o creștere a maselor atomice ale elementelor. De exemplu, în a patra perioadă, stările de oxidare ale elementelor de la K la Mn se schimbă de la +1 la +7, urmate de triada Fe, Co, Ni (acestea sunt elemente dintr-o serie pare), după care aceeași creștere a se observă stările de oxidare ale elementelor de la Cu la Br ( sunt elemente de un rând impar). Același lucru îl vedem și în celelalte perioade mari, cu excepția celei de-a șaptea, care constă dintr-o serie (pari). Formele combinațiilor de elemente se repetă și ele de două ori în perioade mari.

În a șasea perioadă, după lantan, există 14 elemente cu numerele de serie 58-71, numite lantanide (cuvântul „lantanide” înseamnă asemănător lantanului, iar „actinide” - „ca actinium”). Uneori sunt numite lantanide și actinide. , ceea ce înseamnă următoarele lantanide, după actiniu).Lantanidele sunt plasate separat în partea de jos a tabelului, iar în celulă un asterisc indică succesiunea locației lor în sistem: La-Lu.Proprietățile chimice ale lantanidelor sunt foarte asemănătoare.De exemplu, toate sunt metale reactive, reacţionează cu apa pentru a forma hidroxid şi hidrogen De aici rezultă că lantanidele au o puternică analogie orizontală.

În a șaptea perioadă, 14 elemente cu numere de serie 90-103 alcătuiesc familia actinidelor. Ele sunt, de asemenea, plasate separat - sub lantanide, iar în celula corespunzătoare două asteriscuri indică succesiunea locației lor în sistem: Ac-Lr. Cu toate acestea, spre deosebire de lantanide, analogia orizontală pentru actinide este slab exprimată. Ei prezintă mai multe stări de oxidare diferite în compușii lor. De exemplu, starea de oxidare a actiniului este +3, iar uraniul este +3, +4, +5 și +6. Studiul proprietăților chimice ale actinidelor este extrem de dificil din cauza instabilității nucleelor ​​acestora.

În tabelul periodic, opt grupuri sunt aranjate vertical (indicate cu cifre romane). Numărul grupului este legat de gradul de oxidare a elementelor pe care le prezintă în compuși. De regulă, cea mai mare stare de oxidare pozitivă a elementelor este egală cu numărul grupului. Excepțiile sunt fluorul - starea sa de oxidare este -1; cuprul, argintul, aurul prezintă stări de oxidare +1, +2 și +3; dintre elementele grupei VIII, starea de oxidare +8 este cunoscută numai pentru osmiu, ruteniu și xenon.

Grupa VIII conține gazele nobile. Anterior, se credea că nu sunt capabili să formeze compuși chimici.

Fiecare grupă este împărțită în două subgrupe - principal și secundar, care în sistemul periodic este subliniat prin deplasarea unora la dreapta și a altora la stânga. Subgrupul principal este format din elemente tipice (elemente ale perioadei a doua și a treia) și elemente de perioade mari similare acestora în proprietăți chimice. Un subgrup secundar este format numai din metale - elemente de perioade mari. Grupa VIII este diferită de celelalte. Pe lângă subgrupul principal de heliu, acesta conține trei subgrupe laterale: un subgrup de fier, un subgrup de cobalt și un subgrup de nichel.

Proprietățile chimice ale elementelor subgrupurilor principale și secundare diferă semnificativ. De exemplu, în grupa VII, subgrupul principal este format din nemetale F, CI, Br, I, At, în timp ce grupul lateral este metalele Mn, Tc, Re. Astfel, subgrupurile unesc elementele cele mai asemănătoare între ele.

Toate elementele, cu excepția heliului, neonului și argonului, formează compuși de oxigen; Există doar 8 forme de compuși ai oxigenului. În sistemul periodic, ele sunt adesea reprezentate prin formule generale situate sub fiecare grupă în ordinea crescătoare a stării de oxidare a elementelor: R 2 O, RO, R 2 O 3, RO 2, R 2 O 5, RO 3, R 2 O 7, RO 4, unde R este un element al acestui grup. Formulele de oxizi superiori se aplică tuturor elementelor grupei (principale și secundare), cu excepția cazurilor în care elementele nu prezintă o stare de oxidare egală cu numărul grupului.

Elementele principalelor subgrupe, începând de la grupa IV, formează compuși cu hidrogen gazos, existând 4 forme de astfel de compuși, sunt reprezentați și prin formule generale în secvența RN 4, RN 3, RN 2, RN. Formulele compușilor cu hidrogen sunt situate sub elementele subgrupurilor principale și se aplică numai acestora.

Proprietățile elementelor din subgrupe se schimbă în mod natural: de sus în jos, proprietățile metalice cresc, iar cele nemetalice slăbesc. Evident, proprietățile metalice sunt cel mai pronunțate în franciu, apoi în cesiu; nemetalice - în fluor, apoi - în oxigen.

De asemenea, este posibilă urmărirea vizuală a periodicității proprietăților elementelor pe baza luării în considerare a configurațiilor electronice ale atomilor.

Numărul de electroni aflați la nivelul exterior în atomii elementelor, dispuși în ordinea numărului de serie crescător, se repetă periodic. Modificarea periodică a proprietăților elementelor cu creșterea numărului de serie se explică prin modificarea periodică a structurii atomilor lor, și anume a numărului de electroni în nivelurile lor de energie externă. În funcție de numărul de niveluri de energie din învelișul de electroni a atomului, elementele sunt împărțite în șapte perioade. Prima perioadă este formată din atomi în care învelișul de electroni este format dintr-un nivel de energie, în a doua perioadă - din doi, în a treia - din trei, în al patrulea - din patru etc. Fiecare nouă perioadă începe atunci când un nou nivel de energie începe să umple nivelul.

În sistemul periodic, fiecare perioadă începe cu elemente ai căror atomi au un electron la nivelul exterior - atomi de metale alcaline - și se termină cu elemente ai căror atomi la nivelul exterior au 2 (în prima perioadă) sau 8 electroni (în toate cele ulterioare). ) - atomi de gaz nobili .

Mai mult, vedem că învelișurile de electroni exterioare sunt similare pentru atomii elementelor (Li, Na, K, Rb, Cs); (Be, Mg, Ca, Sr); (F, CI, Br, I); (He, Ne, Ag, Kr, Xe), etc. De aceea, fiecare dintre grupurile de elemente de mai sus se află într-un anumit subgrup principal al tabelului periodic: Li, Na, K, Rb, Cs în grupul I, F, Cl, Br, I - în VII etc.

Tocmai din cauza asemănării structurii învelișurilor de electroni ale atomilor, proprietățile lor fizice și chimice sunt similare.

Număr principalele subgrupuri este determinat de numărul maxim de elemente la nivel de energie și este egal cu 8. Numărul de elemente de tranziție (elemente subgrupuri laterale) este determinată de numărul maxim de electroni din subnivelul d și este egal cu 10 în fiecare dintre perioadele mari.

Întrucât în ​​sistemul periodic al elementelor chimice D.I. Mendeleev, unul dintre subgrupurile laterale conține simultan trei elemente de tranziție care sunt apropiate ca proprietăți chimice (așa-numitele triade Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), apoi numărul de subgrupuri laterale , precum și cele principale, este de opt.

Prin analogie cu elementele de tranziție, numărul de lantanide și actinide plasate în partea de jos a sistemului periodic sub formă de rânduri independente este egal cu numărul maxim de electroni la subnivelul f, adică 14.

Perioada începe cu un element în atomul căruia există un electron s la nivelul exterior: în prima perioadă este hidrogen, în rest - metale alcaline. Perioada se încheie cu un gaz nobil: prima - cu heliu (1s 2), perioadele rămase - cu elemente ai căror atomi la nivelul exterior au o configurație electronică ns 2 np 6 .

Prima perioadă conține două elemente: hidrogen (Z = 1) și heliu (Z = 2). A doua perioadă începe cu elementul litiu (Z= 3) și se termină cu neon (Z= 10). Sunt opt ​​elemente în a doua perioadă. A treia perioadă începe cu sodiu (Z = 11), a cărui configurație electronică este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Umplerea celui de-al treilea nivel de energie a început de la acesta. Se termină la gazul inert argon (Z= 18), ale căror subniveluri 3s și 3p sunt complet umplute. Formula electronică a argonului: 1s 2 2s 2 2p 6 Zs 2 3p 6. Sodiul este un analog al litiului, argonul este un analog al neonului. În a treia perioadă, ca și în a doua, sunt opt ​​elemente.

A patra perioadă începe cu potasiu (Z = 19), a cărui structură electronică este exprimată prin formula 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p64s 1. Al 19-lea electron al său a ocupat subnivelul 4s, a cărui energie este mai mică decât energia subnivelului 3d. Electronul exterior 4s conferă elementului proprietăți similare cu cele ale sodiului. În calciu (Z = 20), subnivelul 4s este umplut cu doi electroni: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2. De la elementul scandiu (Z = 21), începe umplerea subnivelului 3d, deoarece acesta este energetic mai favorabil decât 4p -subnivel. Cinci orbitali ai subnivelului 3d pot fi ocupați de zece electroni, care apare în atomi de la scandiu la zinc (Z = 30). Prin urmare, structura electronică a lui Sc corespunde formulei 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2, iar zincul - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2. În atomii elementelor următoare până la criptonul de gaz inert (Z = 36) se umple subnivelul 4p. Există 18 elemente în a patra perioadă.

A cincea perioadă conține elemente de la rubidiu (Z = 37) până la xenonul gaz inert (Z = 54). Umplerea nivelurilor lor de energie este aceeași ca și pentru elementele din perioada a patra: după Rb și Sr, zece elemente din ytriu (Z= 39) la cadmiu (Z = 48), se umple subnivelul 4d, după care electronii ocupă subnivelul 5p. În a cincea perioadă, ca și în a patra, există 18 elemente.

În atomii elementelor din perioada a șasea a cesiului (Z= 55) și bariu (Z = 56), subnivelul 6s este umplut. În lantan (Z = 57), un electron intră în subnivelul 5d, după care umplerea acestui subnivel se oprește, iar subnivelul 4f începe să se umple, dintre care șapte orbitali pot fi ocupați de 14 electroni. Acest lucru se întâmplă pentru atomii elementelor lantanide cu Z = 58 - 71. Deoarece aceste elemente umplu subnivelul 4f adânc al celui de-al treilea nivel din exterior, ele au proprietăți chimice foarte asemănătoare. Cu hafniu (Z = 72), umplerea subnivelului d se reia și se termină cu mercur (Z = 80), după care electronii umplu subnivelul 6p. Umplerea nivelului se finalizează la gazul nobil radon (Z = 86). Există 32 de elemente în a șasea perioadă.

A șaptea perioadă este incompletă. Umplerea nivelurilor electronice cu electroni este similară cu cea de-a șasea perioadă. După umplerea subnivelului 7s în Franța (Z = 87) și radiu (Z = 88), un electron de actiniu intră în subnivelul 6d, după care subnivelul 5f începe să fie umplut cu 14 electroni. Acest lucru se întâmplă pentru atomii elementelor actinide cu Z = 90 - 103. După al 103-lea element, subnivelul b d este umplut: în kurchatovium (Z = 104), = 105), elementele Z = 106 și Z = 107. Actinidele, ca și lantanidele, au multe proprietăți chimice similare.

Deși subnivelul 3d este completat după subnivelul 4s, acesta este plasat mai devreme în formulă, deoarece toate subnivelurile acestui nivel sunt scrise secvenţial.

În funcție de subnivelul care este umplut ultima dată cu electroni, toate elementele sunt împărțite în patru tipuri (familii).

1. s - Elemente: subnivelul s al nivelului exterior este umplut cu electroni. Acestea includ primele două elemente ale fiecărei perioade.

2. p - Elemente: subnivelul p al nivelului exterior este umplut cu electroni. Acestea sunt ultimele 6 elemente ale fiecărei perioade (cu excepția primei și a șaptea).

3. d - Elemente: subnivelul d al celui de-al doilea nivel din exterior este umplut cu electroni, iar unul sau doi electroni rămân la nivelul exterior (pentru Pd - zero). Acestea includ elemente de decenii intercalare de perioade mari situate între elementele s și p (se mai numesc și elemente de tranziție).

4. f - Elemente: subnivelul f al celui de-al treilea nivel din exterior este umplut cu electroni, iar doi electroni rămân la nivelul exterior. Acestea sunt lantanidele și actinidele.

În sistemul periodic există 14 elemente s, 30 elemente p, 35 elemente d, 28 elemente f. Elementele de același tip au o serie de proprietăți chimice comune.

Sistemul periodic al lui D. I. Mendeleev este o clasificare naturală a elementelor chimice în funcție de structura electronică a atomilor lor. Structura electronică a unui atom și, prin urmare, proprietățile unui element, este judecată de poziția elementului în perioada și subgrupa corespunzătoare a sistemului periodic. Modelele de umplere a nivelelor electronice explică numărul diferit de elemente în perioade.

Astfel, periodicitatea strictă a aranjamentului elementelor în sistemul periodic al elementelor chimice al lui D. I. Mendeleev este pe deplin explicată prin natura consecventă a umplerii nivelurilor de energie.

Concluzii:

Teoria structurii atomilor explică schimbarea periodică a proprietăților elementelor. O creștere a sarcinilor pozitive ale nucleelor ​​atomice de la 1 la 107 determină o repetare periodică a structurii nivelului energetic extern. Și deoarece proprietățile elementelor depind în principal de numărul de electroni din nivelul exterior, ele se repetă și periodic. Acesta este sensul fizic al legii periodice.

În perioade scurte, cu o creștere a sarcinii pozitive a nucleelor ​​atomilor, numărul de electroni la nivelul exterior crește (de la 1 la 2 - în prima perioadă și de la 1 la 8 - în a doua și a treia perioadă) , ceea ce explică modificarea proprietăților elementelor: la începutul perioadei (cu excepția primei perioade) există un metal alcalin, apoi proprietățile metalice slăbesc treptat, iar proprietățile nemetalice cresc.

În perioade mari, pe măsură ce sarcina nucleară crește, umplerea nivelurilor cu electroni este mai dificilă, ceea ce explică și modificarea mai complexă a proprietăților elementelor în comparație cu elementele de perioade mici. Deci, în rânduri uniforme de perioade lungi, cu sarcină în creștere, numărul de electroni din nivelul exterior rămâne constant și este 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 aceste rânduri se modifică extrem de lent. Numai în rândurile impare, când numărul de electroni din nivelul exterior crește odată cu creșterea sarcinii nucleare (de la 1 la 8), proprietățile elementelor încep să se schimbe în același mod ca și pentru cele tipice.

În lumina doctrinei structurii atomilor, împărțirea lui D.I. Mendeleev a tuturor elementelor pentru șapte perioade. Numărul perioadei corespunde numărului de niveluri de energie ale atomilor umpluți cu electroni. Prin urmare, elementele s sunt prezente în toate perioadele, elementele p în a doua și următoarele, elementele d în a patra și următoarele și elementele f în a șasea și a șaptea perioadă.

Împărțirea grupurilor în subgrupe, bazată pe diferența de umplere a nivelurilor de energie cu electroni, este, de asemenea, ușor de explicat. Pentru elementele subgrupurilor principale, fie s-subnivelurile (acestea sunt s-elemente) fie p-subnivelurile (acestea sunt p-elemente) ale nivelurilor exterioare sunt umplute. Pentru elementele subgrupurilor laterale, (subnivelul d al celui de-al doilea nivel exterior (acestea sunt elemente d) este umplut. Pentru lantanide și actinide, subnivelurile 4f și, respectiv, 5f (acestea sunt elemente f). Astfel, în fiecare subgrup, sunt combinate elemente ai căror atomi au structură similară nivelului electronic exterior. În același timp, atomii elementelor subgrupurilor principale conțin la nivelurile exterioare un număr de electroni egal cu numărul grupului. .Subgrupurile secundare cuprind elemente ai căror atomi au la nivel exterior doi sau un electron.

Diferențele de structură provoacă, de asemenea, diferențe în proprietățile elementelor diferitelor subgrupuri ale aceluiași grup. Deci, la nivelul exterior al atomilor elementelor subgrupului de halogen, există șapte electroni ai subgrupului de mangan - câte doi electroni. Primele sunt metale tipice, iar cele din urmă sunt metale.

Dar elementele acestor subgrupe au și proprietăți comune: intrând în reacții chimice, toate (cu excepția fluorului F) pot dona 7 electroni pentru a forma legături chimice. În acest caz, atomii subgrupului de mangan donează 2 electroni din exterior și 5 electroni de la nivelul următor. Astfel, în elementele subgrupurilor secundare, electronii de valență nu sunt doar nivelurile exterioare, ci și penultimul (al doilea din exterior), care este principala diferență în proprietățile elementelor subgrupurilor principale și secundare.

De asemenea, rezultă că numărul grupului, de regulă, indică numărul de electroni care pot participa la formarea legăturilor chimice. Acesta este sensul fizic al numărului de grup.

Deci, structura atomilor determină două modele:

1) modificarea proprietăților elementelor pe orizontală - în perioada de la stânga la dreapta, proprietățile metalice sunt slăbite și proprietățile nemetalice sunt îmbunătățite;

2) o modificare a proprietăților elementelor de-a lungul verticalei - într-un subgrup cu o creștere a numărului de serie, proprietățile metalice cresc, iar cele nemetalice slăbesc.

În acest caz, elementul (și celula sistemului) este situat la intersecția orizontalei și verticalei, ceea ce determină proprietățile sale. Acest lucru ajută la găsirea și descrierea proprietăților elementelor ai căror izotopi sunt obținuți artificial.

Periodicitatea modificării proprietăților elementelor. Dreptul periodic D.I. Mendeleev

Sistemul periodic de elemente chimice a fost creat în 1869 de marele nostru compatriot Dmitri Ivanovici Mendeleev.

Spre deosebire de predecesorii săi, Mendeleev a comparat nu numai elemente similare, dar mai ales diferite și grupurile lor (de exemplu, metale alcaline și halogeni), aranjandu-le pe baza caracteristicii principale (cunoscute de atunci) a elementului - greutatea atomică.

Textul legii la acea vreme era:

Proprietățile elementelor chimice, precum și proprietățile și formele compușilor lor, sunt într-o dependență periodică de greutățile lor atomice.

Mai târziu, Mendeleev a folosit caracteristica elementelor pe care le-a introdus, mai fundamentală decât greutatea atomică, și anume numărul lor de serie, care este determinat de sarcina pozitivă a nucleului, adică. numărul de protoni din nucleul unui atom. Au fost stabilite regularități pentru modificarea proprietăților elementelor în perioade și grupuri.

Pentru a descrie și sistematiza elementele chimice este necesar să se cunoască caracteristicile acestora: numărul de serie (sarcina nucleului atomilor săi) și masa atomică relativă.

Dintre acestea, sarcina nucleului atomilor este una comună, neschimbată în timpul reacțiilor chimice, principala caracteristică pentru determinarea elementului.

Pentru a descrie elementele, pe lângă caracteristicile cantitative enumerate mai sus, sunt necesare și altele, inclusiv caracteristicile calitative ale elementului. Acestea sunt structura electronică și proprietățile atomilor săi.

De o importanță deosebită sunt electronii aflați pe stratul exterior de electroni, electronii de valență. Pentru elementele metalice, de obicei au 1 - 2, mai rar 3, pentru nemetale - 4 sau mai multe. Pentru elementele de perioade mari de subgrupuri laterale, electronii de valență nu sunt doar stratul exterior, ci și stratul pre-exterior. Reactivitatea atomilor de a forma legături chimice cu alți atomi, de a forma compuși chimici, depinde de electronii de valență.

Un compus chimic este o substanță individuală chimic, constând din atomi legați chimic ai unui element dintr-un element simplu sau mai multe elemente dintr-o substanță complexă, având o anumită compoziție.

Substanțele simple și complexe sunt forme ale existenței reale a elementelor în natură. Natura elementelor afectează proprietățile substanțelor formate de acestea, iar invers, cunoscând proprietățile substanțelor, se poate judeca natura elementului.

Dmitri Ivanovich Mendeleev a acordat o mare importanță cunoașterii formelor și proprietăților compușilor tipici de oxigen și hidrogen ai unui element pentru caracterizarea acestuia. Sub formă de compuși, el a înțeles asemănarea în compoziția compușilor lor tipice pentru un grup de elemente, exprimate prin formule generale. Astfel, elementele subgrupului principal din grupa VI a sistemului periodic au următoarele forme de compuși de oxigen și hidrogen: RO3, H2R.

De exemplu: oxid de sulf și hidrogen sulfurat.

Elementele metalice tipice formează oxizi și hidroxizi bazici, prezentând valori scăzute de valență în aceste forme de compuși. În elementele nemetalice, compușii cu oxigen superior (oxizi și hidroxizi) sunt acizi. Aceste elemente formează compuși de hidrogen gazos. Multe elemente prezintă proprietăți intermediare.

Să derivăm modelele de modificări ale proprietăților elementelor cu o creștere a numărului lor de serie.

1. Cele mai importante caracteristici cantitative ale unui element - sarcina nucleului atomilor sai si masa atomica - cresc monoton.

2. Structurile stratului electronic exterior se schimbă brusc.

3. Se repetă periodic formele și proprietățile oxizilor și hidroxizilor elementelor.

4. Periodic, valența elementelor în oxigen crește și scade în hidrogen.

Care este relația dintre caracteristicile elementului, schimbându-se monoton și periodic?

Să luăm în considerare această relație folosind exemplul sarcinii nucleului atomilor și a electronilor lor exteriori. Pentru a face acest lucru, vom construi un grafic. Notați pe linia orizontală sarcina nucleului atomic, iar pe linia verticală - numărul de electroni din stratul exterior al atomilor elementelor.

Numărul de electroni din stratul exterior de electroni al atomilor elementelor se modifică periodic cu o creștere monotonă a sarcinii nucleului atomilor lor.

Descoperirea legii periodice a marcat începutul unei noi ere în dezvoltarea chimiei - stadiul ei modern. Înainte de aceasta, faptele acumulate în știință nu aveau nicio legătură internă.

Legea periodică a relevat o legătură profundă între elemente, a permis oamenilor de știință să prezică proprietățile elementelor încă nedescoperite și ale compușilor acestora și să caute intenționat altele noi.

Dmitri Ivanovich Mendeleev nu s-a îndoit de fiabilitatea legii deschise, a crezut ferm în viitorul ei, în dezvoltarea ei. Cu puțin timp înainte de moarte, el a scris: „... viitorul nu amenință legea periodică cu distrugerea, ci promite doar suprastructuri și dezvoltare”.

Legea periodica:

A aprobat o conexiune internă profundă între elemente;

Le-a permis oamenilor de știință să presupună că toți atomii sunt construiți conform unui plan comun;

Astfel, el a creat o condiție prealabilă pentru trecerea la o nouă etapă în dezvoltarea științei, la cunoașterea structurii interne a atomilor - descoperirea electronului, radioactivitatea, dezvoltarea unei teorii a structurii atomului etc. .

Următorul pas a fost dezvăluirea esenței fizice a legii bazată pe teoria structurii atomului.

Sunteți deja familiarizat cu structura atomilor și știți că sarcina nucleului unui atom este principala sa caracteristică. Sarcina nucleului coincide cu numărul ordinal al elementului din sistemul periodic al lui Mendeleev.

Studentul lui Rutherford, fizicianul englez Henry Moseley, a stabilit în 1913 că fiecare element are propria lungime de undă a radiației X. Crește odată cu creșterea masei atomice. Moseley a legat frecvența acestei radiații cu numărul ordinal al elementului. Legea lui Moseley a confirmat că schimbarea lui Mendeleev a numerelor de serie ale elementelor din sistemul periodic corespundea unei creșteri consistente a sarcinilor nucleelor ​​atomilor lor. Am discutat deja această întrebare în studiul izotopilor.

În legătură cu noile descoperiri în domeniul structurii atomice, legea periodică a adoptat următoarea formulare modernă:

Proprietățile elementelor, precum și formele și proprietățile compușilor acestora, sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleului atomic.

De ce proprietățile elementelor și ale compușilor lor se schimbă periodic?

Care este motivul periodicității?

Răspunsul la această întrebare poate fi dat și de teoria structurii atomului:

Valoarea sarcinii nucleului este principala caracteristică a elementului, o măsură a individualității sale. Toate celelalte proprietăți ale elementului depind de această caracteristică a elementului; ea determină numărul de electroni și starea lor în atom.

Creșterea sarcinilor nucleelor ​​atomilor de la primul la ultimul element duce la o repetare periodică a structurilor electronice ale atomilor și a numărului de electroni la nivelul energiei externe. Acesta este sensul fizic al legii periodice și motivul pentru periodicitatea modificărilor proprietăților elementelor.

Modificarea periodică a proprietăților elementelor se explică prin repetarea periodică a numărului de electroni la nivelul energiei externe și a structurilor electronice ale atomilor.

Teoria structurii atomului a contribuit la dezvoltarea legii periodice și a sistemului periodic al elementelor chimice, la determinarea conținutului lor modern. A dat impuls studiului structurii interne a substanțelor, descoperirii și producerii de noi elemente.

Sarcinile nucleelor ​​elementelor din sistemul periodic cresc continuu, iar proprietatile substantelor simple se repeta periodic. Cum să explic?

D. I. Mendeleev a observat că proprietățile elementelor se repetă periodic cu valori crescânde ale numerelor lor de masă. El a aranjat cele 63 de elemente descoperite până la acel moment în ordinea creșterii maselor lor atomice, ținând cont de proprietățile chimice și fizice. Mendeleev credea că legea periodică descoperită de el este o reflectare a tiparelor profunde în structura internă a materiei, el a afirmat faptul că schimbările periodice ale proprietăților elementelor, dar nu știa motivul periodicității.

Studiul suplimentar al structurii atomului a arătat că proprietățile substanțelor depind de sarcina nucleului atomilor, iar elementele pot fi sistematizate pe baza structurii lor electronice. Proprietățile substanțelor simple și ale compușilor acestora depind de configurația electronică care se repetă periodic a subnivelului de valență al atomilor elementului. Prin urmare, „analogii electronici” sunt și „analogi chimici”.

Să notăm formulele electronice ale atomilor elementelor principalelor subgrupe ale grupurilor a doua și a șaptea.

Elementele din a doua grupă au formula electronică generală a electronilor de valență ns 2 . Să notăm formulele lor electronice:

Fii 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.

Elementele celui de-al șaptelea grup au o formulă electronică comună a electronilor de valență ns 2 np 5, iar formulele electronice complete arată astfel:

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 .

Deci, structurile electronice ale atomilor sunt repetate periodic pentru elementele aceluiași grup, prin urmare, proprietățile lor sunt repetate periodic, deoarece depind în principal de configurația electronică a electronilor de valență. Elementele aceluiași grup au proprietăți comune, dar există și diferențe. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că, deși atomii au aceeași structură electronică a electronilor de valență, acești electroni se află la distanțe diferite de nucleu, forța de atracție a lor către nucleu slăbește în timpul tranziției de la perioadă la perioadă, raza atomică. crește, electronii de valență devin mai mobili, ceea ce afectează proprietățile substanțelor.

41. Pe baza poziției germaniului, cesiului și tehnețiului în sistemul periodic, alcătuiți formulele pentru următorii compuși: acizi meta și ortogermani, fosfat dihidrogen de cesiu și oxid de tehnețiu, corespunzătoare stării sale de oxidare cele mai înalte. Desenați formulele structurale ale acestor compuși.

42. Ce este energia de ionizare? În ce unități se exprimă? Cum se modifică activitatea reducătoare a elementelor s și p din grupurile sistemului periodic odată cu creșterea numărului de serie? De ce?

43. Ce este electronegativitatea? Cum se modifică electronegativitatea elementelor din a doua și a treia perioadă, în grupul sistemului periodic, odată cu creșterea numărului de serie?

44. Pe baza poziției germaniului, molibdenului și reniului în sistemul periodic, alcătuiți formulele brute ale următorilor compuși: compusul hidrogen al germaniului, acidul de reniu și oxidul de molibden, corespunzător stării sale de oxidare cele mai înalte. Desenați formulele structurale ale acestor compuși.

45. Ce este afinitatea electronică? În ce unități se exprimă? Cum se modifică activitatea oxidativă a nemetalelor într-o perioadă și într-un grup al sistemului periodic cu o creștere a numărului de serie? Justificați-vă răspunsul prin structura atomului elementului corespunzător.

46. ​​​​Efectuați formule pentru oxizi și hidroxizi ai elementelor din a treia perioadă a sistemului periodic, corespunzătoare stării lor de oxidare cele mai înalte. Cum se schimbă natura chimică a acestor compuși atunci când trece de la sodiu la clor?

47. Care dintre elementele perioadei a patra – vanadiul sau arsenul – are proprietăți metalice mai pronunțate? Ce element formează un compus gazos cu hidrogenul? Justificați-vă răspunsul pe baza structurii atomilor acestor elemente.

48. Ce elemente formează compuși gazoși cu hidrogenul? În ce grupe ale tabelului periodic se află aceste elemente? Scrieți formule pentru compușii de hidrogen și oxigen ai clorului, telurului și antimoniului corespunzătoare stărilor lor de oxidare cele mai scăzute și cele mai ridicate.

49. Care element din perioada a patra – cromul sau seleniul – are proprietăți metalice mai pronunțate? Care dintre aceste elemente formează un compus gazos cu hidrogenul? Motivați-vă răspunsul prin structura atomilor de crom și seleniu.

50. Care este cea mai scăzută stare de oxidare a clorului, sulfului, azotului și carbonului? De ce? Scrieți formule pentru compușii de aluminiu cu aceste elemente în starea lor de oxidare. Care sunt denumirile compușilor corespunzători?

51. Care dintre elementele p din grupa a cincea a sistemului periodic - fosfor sau antimoniu - are proprietăți nemetalice mai pronunțate? Care dintre compușii cu hidrogen ai acestor elemente este agentul reducător mai puternic? Justificați-vă răspunsul prin structura atomului acestor elemente.

52. Pe baza poziției metalului în sistemul periodic, dați un răspuns motivat la întrebare; care dintre cei doi hidroxizi este baza mai puternică: Ba(OH)2 sau Mg(OH)2; Ca(OH)2 sau Fe(OH)2; Cd (OH)2 sau Sr (OH)2?

53. De ce manganul prezintă proprietăți metalice, iar clorul nemetalic? Motivați-vă răspunsul prin structura electronică a atomilor acestor elemente. Scrieți formulele pentru oxizi și hidroxizi de clor și mangan.

54. Care este cea mai scăzută stare de oxidare a hidrogenului, fluorului, sulfului și azotului? De ce? Scrieți formule pentru compușii de calciu cu aceste elemente în starea lor de oxidare. Care sunt denumirile compușilor corespunzători?

55. Care sunt cele mai scăzute și mai ridicate stări de oxidare ale siliciului, arsenului, seleniului și clorului? De ce? Scrieți formule pentru compușii acestor elemente corespunzătoare acestor stări de oxidare.

56. Cărei familii aparțin elementele, în atomii cărora ultimul electron intră în orbitalii 4f și 5f? Câte elemente include fiecare dintre aceste familii?

57. Masele atomice ale elementelor din sistemul periodic sunt în continuă creștere, în timp ce proprietățile corpurilor simple se modifică periodic. Cum poate fi explicat acest lucru?

58. Care este formularea modernă a legii periodice? Explicați de ce în tabelul periodic al elementelor argonul, cobaltul, telurul și respectivul toriu sunt plasate în fața potasiului, nichelului, iodului și protactiniului, deși au o masă atomică mare?

59. Care sunt cele mai scăzute și mai ridicate stări de oxidare ale carbonului, fosforului, sulfului și iodului? De ce? Scrieți formule pentru compușii acestor elemente corespunzătoare acestor stări de oxidare.