Вопрос 8
В атоме число электронов равно заряду ядра. Заряд ядра есть порядковый номер элемента в Периодической системе. Следовательно, атомы каждого следующего химического элемента в Периодической системе имеют на один электрон больше, чем предыдущего.
При описании электронного строения атома указывают, как его электроны распределены по энергетическим уровням. Электроны сначала занимают уровни с меньшей энергией, потом с большей. Так сначала заполняется первый энергетический уровень, если есть еще электроны, то потом второй, третий и т. д. Количество энергетических уровней в атомах определяется номером периода, в котором расположен химический элемент, к которому принадлежит атом.
На первом энергетическом уровне может быть только два электрона. Поэтому в первом периоде только два химических элемента — водород и гелий. Когда на каком-то уровне расположено только максимально возможное для него количество электронов, то говорят, что этот уровень завершен. Так первый энергетический уровень завершен у всех элементов, кроме водорода.
У элементов второго периода постепенно заполняется второй энергетический уровень. На втором энергетическом уровне максимально может находиться 8 электронов. Поэтому во втором периоде восемь химических элементов.
На третьем энергетическом уровне максимально может находиться 18 электронов. Однако в третьем периоде этот уровень внешний. На любом внешнем уровне не может находиться более 8 электронов. Поэтому в третьем периоде третий энергетический уровень заполняется только до 8 включительно электронов, и, следовательно, третий период, также как и второй содержит только 8 химических элементов.
В четвертом периоде третий энергетический уровень уже не является внешним, поэтому заполняется до 18 электронов включительно. У первых двух элементов 4-го периода (K, Ca) заполняется внешний энергетический уровень. Так у калия на него идет один электрон, а у кальция 2. Далее у элементов со скандия (Sc) до цинка (Zn) заполняется третий энергетический уровень, а на внешнем остается 2 электрона. После цинка с галлия (Ga) снова заполняется четвертый энергетический уровень до 8 электронов у криптона (Kr).
Вообще максимальное количество электронов на каждом энергетическом уровне определяется по формуле 2n2, где n — номер уровня. Так, если уровень второй, то 2 * 22 = 8, а если 3-й, то 2 * 32 = 18
Вопрос 9
Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX в. Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок.
Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон:
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.
Несмотря на всю огромную значимость такого открытия, периодический закон и система Менделеева представляли лишь гениальное эмпирическое обобщение фактов, а их физический смысл долгое время оставался непонятным. Причина этого заключалась в том, что в XIX в. совершенно отсутствовали какие-либо представления о сложности строения атома.
Данные о строении ядра и о распределении электронов в атомах позволяют рассмотреть периодический закон и периодическую систему элементов с фундаментальных физических позиций. На базе современных представлений периодический закон формулируется так:
Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера).