Периодический закон Д.И. Менделеева
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.
Группа
|
I
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
(кроме инертных газов)
|
Высший оксид
|
Э2О
|
ЭО
|
Э2О3
|
ЭО2
|
Э2О5
|
ЭО3
|
Э2О7
|
ЭО4
|
Гидрат высшего оксида
|
ЭОН
|
Э(ОН)2
|
Э(ОН)3
|
Н2ЭО3
|
Н2ЭО4
|
НЭО4
|
Н4ЭО4
|
|
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 (Н2Э 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): 6521Sc
- +21; число протонов p11: 21Sc - 21 p11;
число электронов e: 21Sc - 21e; число нейтронов n01
= Ar - Z = 65 - 21 = 44 - 44n10
Формула
состава атома:
6521Sc (
|
21p11; 44n10
|
; 21e)
|
|
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:
21Sc 1s2
2s2 2p6 3s2 3p6 3d1
4s2
|
[Ar]
|
или в виде
сокращенной записи: [Ar] 3d14s2
Электронная
формула в виде квантовых ячеек:
21Sc
[Ar]
|
|
|
Скандий - d-
элемент. Электронное строение атома заканчивается s- электронами, поэтому
элемент будет проявлять металлические свойства.
Формула
высшего оксида - Sc2O3, гидроксида - Sc(OH)3
обладают слабыми основными свойствами. Соединений с водородом не образует.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://schoolchemistry.by.ru/