Периодический закон Д. И. Менделеева

Физический смысл химической периодичности.”Свойства элементов, а потому и образуемых ими простых и сложных тел (веществ), стоят в периодической зависимости от их атомного веса”.

Современная формулировка:

“свойства химических элементов (т. е. свойства и форма образуемых ими соединений) находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов химических элементов”.

Физический смысл химической периодичности.

Периодические изменения свойств химических элементов обусловлены правильным повторением электронной конфигурации внешнего энергетического уровня (валентных электронов) их атомов с увеличением заряда ядра.

Графическим изображением периодического закона является периодическая таблица. Она содержит 7 периодов и 8 групп.

Период – горизонтальные ряды элементов с одинаковым максимальным значением главного квантового числа валентных электронов. Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента. Периоды могут состоять из 2 (первый), 8 (второй и третий), 18 (четвертый и пятый) или 32 (шестой) элементов, в зависимости от количества электронов на внешнем энергетическом уровне. Последний, седьмой период незавершен. Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом (s-элементом), а заканчиваются благородным газом (ns2 np6 ).

Металлические свойства рассматриваются, как способность атомов элементов легко отдавать электроны, а неметаллические – присоединять электроны из-за стремления атомов приобрести устойчивую конфигурацию с заполненными подуровнями. Заполнение внешнего s – подуровня указывает на металлические свойства атома, а формирование внешнего p – подуровня – на неметаллические свойства. Увеличение числа электронов на p – подуровне (от 1 до 5) усиливает неметаллические свойства атома. Атомы с полностью сформированной, энергетически устойчивой конфигурацией внешнего электронного слоя (ns2 np6 ) химически инертны.

В больших периодах переход свойств от активного металла к благородному газу происходит более плавно, чем в малых периодах, т. к. происходит формирование внутреннего (n – 1) d – подуровня при сохранении внешнего ns2 – слоя. Большие периоды состоят из четных и нечетных рядов.

У элементов четных рядов на внешнем слое ns2 – электроны, поэтому преобладают металлические свойства и их ослабление с ростом заряда ядра невелико; в нечетных рядах формируется np – подуровень, что объясняет значительное ослабление металлических свойств.

Группы – вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы.

Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних ns – и np – подуровнях.

Побочные подгруппы состоят из элементов только больших периодов. Их валентные электроны находятся на внешнем ns – подуровне и внутреннем (n – 1) d – подуровне (или (n – 2) f – подуровне).

В зависимости от того, какой подуровень (s-, p-, d – или f-) заполняется валентными электронами, элементы периодической системы подразделяются на: s – элементы (элементы главной подгруппы I и II групп), p – элементы (элементы главных подгрупп III – VII групп), d – элементы (элементы побочных подгрупп), f – элементы (лантаноиды, актиноиды).

В главных подгруппах сверху вниз металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Элементы главных и побочных групп сильно отличаются по свойствам.

Номер группы показывает высшую валентность элемента (кроме O, F, элементов подгруппы меди и восьмой группы).

Общими для элементов главных и побочных подгрупп являются формулы высших оксидов (и их гидратов). У высших оксидов и их гидратов элементов I – III групп (кроме бора) преобладают основные свойства, с IV по VIII – кислотные.

ГруппаIIIIIIIVVVIVIIVIII (кроме инертных газов)
Высший оксидЭ2 ОЭОЭ2 О3ЭО2Э2 О5ЭО3Э2 О7ЭО4
Гидрат высшего оксидаЭОНЭ(ОН)2Э(ОН)3Н2 ЭО3Н3 ЭО4Н2 ЭО4НЭО4Н4 ЭО4

Для элементов главных подгрупп общими являются формулы водородных соединений. Элементы главных подгрупп I – III групп образуют твердые вещества – гидриды (водород в степени окисления – 1), а IV – VII групп – газообразные. Водородные соединения элементов главных подгрупп IV группы (ЭН4) – нейтральны, V группы (ЭН3 ) – основания, VI и VII групп (Н2 Э и НЭ) – кислоты.

От положения элементов в периодической системе зависят свойства атома, связанные с его электронной конфигурацией: атомный радиус – по периоду слева направо уменьшается, а в подгруппе сверху вниз возрастает; энергия ионизации – по периоду возрастает, а в подгруппе уменьшается; электроотрицательность – по периоду увеличивается, а в подгруппе уменьшается.

По положению элемента в периодической системе можно прогнозировать его основные свойства как средние всех его соседей:

Пример:

На основании периодической таблицы охарактеризуйте химический элемент с порядковым номером 21.

Для характеристики химического элемента по периодической системе Д. И.Менделеева следует рассмотреть:

1. Положение в периодической таблице (порядковый номер; период, ряд; группа, подгруппа; атомная масса).

2. Строение атома (заряд ядра; состав ядра – количество протонов p11, нейтронов n01 и электронов e; число энергетических уровней и подуровней; написать формулу электронной конфигурации; квантовые ячейки; по числу и характеру валентных электронов определить тип элемента).

3. Формулы и химический характер соединений (высшего оксида и гидроксида; водородных соединений).

4. Сравнить с соседями (по периоду, по группе).

A) Порядковый номер элемента Z = 21 обозначает: заряд ядра атома элемента (скандия): 6521 Sc – +21; число протонов p11 : 21 Sc – 21 p11 ; число электронов e: 21 Sc – 21e; число нейтронов n01 = Ar – Z = 65 – 21 = 44 – 44n10

Формула состава атома:

6521 Sc (21p11 ; 44n10; 21e)
Состав ядра

Скандий находится в IV периоде; номер периода обозначает число энергетических уровней – 4. Скандий расположен в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны будут находится на 4s – и 3d-подуровнях.

Электронная формула скандия:

21 Sc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2
[Ar]

Или в виде сокращенной записи: [Ar] 3d1 4s2

Электронная формула в виде квантовых ячеек:

21 Sc [Ar]

Скандий – d – элемент. Электронное строение атома заканчивается s – электронами, поэтому элемент будет проявлять металлические свойства.

Формула высшего оксида – Sc2 O3 , гидроксида – Sc(OH)3 обладают слабыми основными свойствами. Соединений с водородом не образует.



Зараз ви читаєте: Периодический закон Д. И. Менделеева