3.8. Периодический закон и таблица элементов.

Периодический закон был открыт Д. И. Менделеевым в 1869 г. В 1871 Менделеев дал окончательную его формулировку : «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Графическим же выражением этого закона явилась созданная им периодическая система (таблица) элементов.

Учение об электронном строении атомов вскрыло глубокий физический смысл периодического закона… На основную характеристику атома стал претендовать …положительный заряд ядра, численно равный порядковому номеру элемента, который в свою очередь равен и числу электронов, на что первым обратил внимание Н. Бор. Распределением же на электронных оболочках атомов определяются свойства элементов и их соединений, а так же положение элемента в периодической системе. Все подобные уточнения привели к новой современной формулировки Периодического закона: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от величины заряда атомных ядер»…

Периодичность электронного строения атомов проявляется и в том, что через определенное количество элементов снова повторяются s, p,d, f -элементы с одинаковыми конфигурациями внешних электронных уровней и подуровней. Каждый же период начинается двумя S-элементами, и заканчивается благородным газом с электронной структурой внешнего уровня .

Порядковые номера элементов - Ридберг в 1906г.

Существует два основных варианта таблицы элементов. В первом варианте элементы с близкими свойствами размещаются в вертикальных столбцах – группах, обозначаемых римск. Цифрами I – VIII. Горизонтальные ряды элементов названы периодами, обозначенными арабск. Цифрами 1- 7. Периоды с 1 по 3-й относятся к коротким, а с 4 по 7-й к длинным (короткопериодный вариант таблицы).

Современная таблица Менделеева имеет 18 групп и семь периодов (длиннопериодный вариант). Например , если в «коротком» варианте таблицы фосфор Р находится в V группе (гл./подгр.), то в «длинном».

Похожие элементы в периодич-й таблице уже давно объединялись под общим названием. Сходства элементов со своими соседями по вертикали позволили выделить подгруппы: непереходные элементы (главные подгруппы) и переходные (побочные подгруппы) – по предложению в 1911г. Немецкий химик Э.Бауэра делить элементы на гл. и побочные подгруппы…

Под названием непереходные элементы объединены те элементы, у которых особенно проявляются сходства в пределах одной и той же подгруппы. Переходные же элементы охватывают важную группу элементов, у которых сходство прослеживается не только в одной подгруппе, но и воль горизонтальных строк (периодов).

Деление элементов на непереходные и переходные вызвало ещё и выделение из них семейств: s, p,d, f – элементов. Первые две группы (главн. подгр.) элементов относятся к s –элементам, а III-VIII (главн. подгр.) – к p –элементам. Элементы же побочных подгрупп получили названия семейств d,и f –элементов. Имеется также деление элементов на металлы и неметаллы…

Сравнение непереходных и переходных элементов представлено в табл. 3.2.

Таблица 3.2 Сравнение непереходных и переходных элементов.

Непереходные элементы	Переходные элементы
СВОЙСТВА
1.Отётливо выраженное сходство свойств по вертикали в пределах группы.	Кроме сходства по вертикали наблюдаются сходство и по горизонтали .
2. В каждой подгруппе элемент имеет строго определённое, ограниченное число степеней окисления.	Проявляются самые различные степени окисления.
3.Окрашенные соединения малочисленны, преобладают жёлтый, оранжевый, розовый и коричневый цвета.	Дают многочисленные соединения с разнообразной окраской.
4. соединения практически диамагнитны.	Много соединений с парамагнитными свойствами.
ЭЛЕКТРОННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ
5. В каждой подгруппе на внешней оболочке имеется одинаковое число s, и p –электронов.	С увеличением атомного номера возрастает число электронов на внутренних d,и f –орбиталях.

Чрезвычайно важным для понимания химической основы разграничения элементов главных и побочных подгрупп является ещё и то, что между ними существует глубокое различие в способе заполнения внешней электронной оболочки и проявление переменной валентности в элементах побочных подгрупп.

Границей между металлами и неметаллами (металлоидами) служит линия, которую нужно провести от бора (№ 5) через Si( №14), Ge (№32) и As (№ 33), Sb (№51) и Te (№52), At (№85) .Для элементов , ближайших к этой границе, есть немало отклонений и в металлических и в неметаллических свойствах….

Элементы же, относятся к металлам, легко образуют положительные ионы (катионы), а элементы – неметаллы более склонны превращаться в отрицательно заряженные ионы ( анионы), состоящие из одного или нескольких атомов. Количественным же выражением этого разделения является степень электроотрицательности (электроотрицательность).

Существуют и другие способы подразделения элементов (например, по распространённости элементов в природе, по способности атомов выступать в качестве кислот и основании Льюиса).

К числу же наиболее фундаментальных свойств атомов относятся их размеры и энергии электронов. Энергия , которой обладают ē-ны в своём устойчивом или основном состоянии, определяет индивидуальные свойства элемента, которые зависят от распределения ē-нов на внешней оболочке (аодоболочке), участвующих в образовании химической связи. Особенность этой оболочки (подоболочки) определяется лёгкостью отрыва ē- на (потенциал ионизации), а также лёгкостью присоединения избыточных электронов (сродство к электрону). Что касается размеров атомов, то определить их с абсолютной точностью невозможно. Если предположить, что при образовании химической связи атомы соприкасаются, то размер атома можно выразить через половину длины этой связи.

В заключение можно отметить, что эволюция периодического закона подтвердила мнение о том, что химия не может быть сведена к физике……Сформулированный же Менделеевым периодический закон, наоборот, служил и служит физикам путеводной нитью в более глубоком изучении структуры атомов и особенно глубоком изучении структуры атомов и особенно строения ядер.

Контрольные вопросы:

1.Дайте определение лучистой энергии.

2. Основные единицы измерения длин волн электромагнитного излучения.

3. Физический смысл атомных спектров.

4. Объясните двойственную природу материи на примере фотона.

5. В чём состоит смысл принципа неопределённости.

6. В чём заключался смысл решения уравнения Шрёдинберга.

7. Какие орбитали называются вырожденными.

8. Как выглядит относительное расположение энергетических уровень , s, -p, -d- подоболочек.

9. Запишите электронную конфигурацию (формулу) и электронно графическую формулу атома Na.

10. Формулировка периодического закона в определении Д. И. Менделеевым.

11. Основное отличие непереходных элементов от переходных.