Периодическая система д.И. Менделеева и свойства элементов

В XIX веке было известны свойства многих химических элементов, и научились определять атомную массу элементов. Было известно и открыто 64 элемента, которые пытались очень многие ученые систематизировать по свойствам, в том числе и Д.И. Менделеев. Периодическая система (ПС) была построена в соответствии с фундаментальным законом природы – периодическим законом, открытым Д.И. Менделеевым в 1869 г. на основе глубоких знаний в области химии и гениальной интуиции.

Современная формулировка закона Д.И. Менделеева: «Свойства элементов, а также свойства образованных ими соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома».

Физический смысл Периодического закона заключается в периодическом изменении свойств элементов в результате периодически возобновляющихся сходных электронных оболочек атомов при последовательном возрастании значений главного квантового числа.

Рассмотрим строение ПС. В таблице находится 7 периодов, 8 групп. Причем каждая группа, кроме 8-ой делиться на подгруппы. К главной подгруппе относятся элементы 1, 2, 3-го периода и все элементы, расположенные под ними, а остальные − это побочная подгруппа. В подгруппах находятся электронные аналоги, т.е. они имеют одинаковое строение внешних электронных энергетических слоев. Так элементы 1-ой и 2-ой групп относятся к s-элементам. Элементы остальных групп, главных подгрупп – это элементы р-семейств, а все элементы побочных подгрупп – это элементы d-семейств. Лантаноиды и актиноиды (f – элементы) находятся в III подгруппе в соответствии с особенностями их электронной конфигурации.

Структура электронной оболочки атомов химических элементов изменяется периодически с ростом порядкового номера элемента. Поскольку свойства есть функция строения электронной оболочки, они должны находиться в периодической зависимости от заряда ядра атома. Объясняется это тем, что периодичность присуща всей электронной оболочке атомов, а не только её внешним слоям. Рассмотрим кратко наиболее важные периодические свойства элементов.

Атомные радиусы

Атомы не имеют строго определенных границ из-за корпускулярно-волнового характера электронов, поэтому абсолютное значение радиуса атома определить невозможно. Можно условно принять за радиус атома теоретически рассчитанное значение расстояния от ядра до наиболее удаленного от него максимума электронной плотности (орбитальный радиус атома) или половину расстояния между центрами двух смежных атомов в кристаллах (эффективные радиусы атомов). Наблюдается периодичность изменения атомных радиусов (рис. 1.1), особенно у s- и p-элементов. У d- и f-элементов кривая изменения радиусов атомов по периоду имеет более плавный характер. В одной и той же группе с увеличением номера периода атомные радиусы, как правило, возрастают в связи с увеличением числа электронных оболочек. Однако увеличение заряда ядра при этом оказывает противоположный эффект, поэтому увеличение атомных радиусов с увеличением номера периода относительно невелико, а в некоторых случаях, например у p-элементов III группы значение орбитального радиуса у Al больше, чем у Ga.