3. Структура періодичної системи: періоди; групи та підгрупи. S -, p -, d -, f –елементи.

Д. Менделєєв виявив спільне, що характеризує всі хімічні елементи. Це дало змогу знайти логічний зв’язок між усіма хімічними елементами, сформулювати періодичний закон та створити періодичну систему (ПС), як табличний вираз періодичного закону:

“Властивості простих речовин, а також форми та властивості сполук хімічних елементів знаходяться у періодичній залежності від величини атомної маси елементів”.

У незмінному вигляді періодичний закон проіснував до 1913 р., коли видатний англійський вчений Мозлі на основі аналізу рентгенівських спектрів атомів виявив, що порядковий номер хімічного елемента у ПС дорівнює заряду його ядра. Стало зрозумілим, що заряд ядра атома є більш фундаментальною характеристикою ніж атомна маса. Після цього відкриття формулювання періодичного закону уточнили: “Властивості простих речовин, а також форми та властивості сполук хімічних елементів знаходяться у періодичній залежності від заряду ядра атома”.

Таким чином, можна вважати, що ПС – є діюча модель існування саме такої взаємодії між частинками мікросвіту, яка передбачається квантовою механікою. Це є також ілюстрацією тісного переплетіння фізичних закономірностей з хімічними властивостями елементів. Велика кількість варіантів періодичної системи – це спроба виявити нові зв’язки між елементами та їх властивостями, які ще не відкриті.

Структура періодичної системи

Період – це горизонтальний ряд (або ряди) хімічних елементів, що починається ns¹-елементом, а закінчується ns²nр⁶-елементом.

Усього періодів сім. Із них перші три — малі періоди, бо кожний складається з одного ряду хімічних елементів. Починаючи з четвертого, ідуть великі періоди (кожний складається з двох рядів). Усього рядів десять. Кожний період містить певне число хімічних елементів:

1- й період (малий) — 2 елементи; 2- й період (малий) — 8 елементів; 3- й період (малий) — 8 елементів; 4- й період (великий) — 18 елементів; 5- й період (великий) — 18 елементів; 6- й період (великий) — 32 елементи; 7- й період (великий) — досі ще не завершений, містить поки що 24 елементи

Група – вертикальний ряд елементів, який поділяється на дві підгрупи, що складаються із елементів, які є атоманалогами. Атоманалоги – елементи, які мають однакову будову зовнішнього електронного шару. Таке визначення для групи характерно для короткоперіодного варіанту ПС, їх 8. У довгоперіодному варіанті групи складаються лише з атомів аналогів. . Кожна з них поділяється на дві підгрупи: А — головну, до складу якої входять елементи малих періодів (типові) і Б — побічну, яка складається тільки з елементів великих періодів, вони є неповними аналогами типових елементів і навіть можуть дуже відрізнятися від них за властивостями. Так, сьома група складається з головної підгрупи — Флуор, Хлор (типові елементи) та їх аналоги — Бром, Йод, Астат, і побічної, до складу якої входять елементи тільки великих періодів — Манган, Технецій, Реній. Елементи головної підгрупи — активні неметали, а елементи побічної — метали.

У підгрупах, в цілому, зверху вниз радіус атома збільшується, тому що збільшується кількість електронних шарів. У s- та р-елементів зміна радіуса атома більш різко, ніж у d- та f-елементів.

s-елементи: заповняються електронами зовнішнього енергетичного рівня s-підрівня. До них належать перші два елементи кожного періоду.

р-елементи: це 6 елементів кожного періоду, крім 1 та 7.

d-елементи: заповняються електронами d-підрівень другого ззовні рівня, а на зовнішньому рівні залишається один або два електрони (у Паладія нуль). Вони розміщенні у великих періодах між s-елементи та р-елементами (перехідні).

f-елементи: заповняються електронами f-підрівень третього ззовні рівня, а на зовнішньому рівні залишаються два електрони. Це – актиноїди та лантаноїди. Ці елементи винесені окремо. До р-елементів відносять елементи головних підгруп третьої-восьмої груп. До f-елементів відносять усі елементи побічних підгруп.

Таким чином:

1. Періодичність зумовлена обмеженою кількістю електронів у шарі, при цьому відбувається повторення будови валентного електронного шару та обумовлених нею хімічних властивостей елементів. Або періодичність зумовлена повторенням електронних конфігурацій атомів.

2. Властивості елементів та їх сполук закономірно змінюються як по горизонталі (у межах періодів), так і по вертикалі (у межах груп і підгруп). Крім того, спостерігається ще й діагональна подібність елементів (Li-Mg, Na-Ca, Be-Al).

3. Порядковий номер елемента вказує на заряд ядра Z (протонне число) і кількість електронів в атомі.

4. Номер періоду дорівнює кількості електронних шарів в електронній оболонці атома.

5. Номер групи, як правило, вказує на найвищу можливу ступінь окиснення.

6. Всі s-, d-, f-елементи є металами. Лише р-елементи поділяються (в короткоперіодичному варіанті ПС) діагоналлю від Be до At на метали – зліва внизу та неметали – з права вверху.

7. Металічні властивості зменшуються зліва направо по періоду.

8. Металічні властивості зростають зверху вниз по групі.

9. Приблизно по діагоналі (Be – At) розміщені елементи, які виявляють амфотерні властивості (Be, Al, Cr, As, Sn, Pb та ін.).

10. Найсильніший метал – Францій, а найсильніший неметал – Флуор.

Контрольні питання:

1. Назвіть та охарактеризуйте складові частинки атома.

2. Чому атом - електронейтральна частинка?

3. Як розраховуються протонів, нейронів та електронів. Охарактеризуйте їх взаємозв’язок.

4. Що таке явище ізотонія? Наведіть відповідні приклади.

5. Як класифікують ізотопи?

6. На основі чого розроблені положення квантової механіки? Дайте визначення електронним хмарам та атомним орбіталям.

7. Охарактеризуйте енергетичний стан електрона квантовими числами.

8. Яка структура періодичної системи хімічних елементів?

9. Де знаходяться s-, p-, d-, f-елементи у ПС хімічних елементів? Дайте їм характеристику.

Домашнє завдання:

Опрацювати :

Література