Періодичний закон і періодична система хімічних елементів

Формулювання періодичного закону за Д. І. Менделєєвим:

Властивості елементів та їх сполук перебувають у періодичній залежності від величин атомних мас елементів.

Сучасне трактування:

Властивості елементів та їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини зарядів їх ядер (порядкового номера елемента) та електронної будови.

Періодична повторюваність властивостей елементів зумовлена періодичною повторюваністю зовнішніх електронних структур атомів.

Графічним виразом періодичного закону є періодична система елементів, яка складається з 7 періодів та 8 груп.

Порядковий номер елемента – номер хімічного елемента відповідно до місця, яке він займає у періодичні системі і дорівнює числу протонів у ядрі атома і числу електронів у нейтральному атомі.

Період – це ряд елементів, що починається лужним металом і закінчується інертним газом. Атоми елементів одного періоду мають однакове число енергетичних рівнів, що дорівнює номеру періоду.

Розрізняють малі (перші три) й великі періоди (четвертий, п’ятий, шостий, сьомий).

Групи – вертикальні стовпчики, що містять подібні за властивостями елементи.

Номер групи визначає максимальну кількість валентних (неспарених) електронів.

Група складається з двох підгруп – головної і побічної.

Головні підгрупи складаються з елементів малих і великих періодів. Елементи кожної підгрупи – хімічні аналоги.

Побічні підгрупи складаються лише з елементів великих періодів.

Зміна радіусів атомів елементів у періодичній системі має періодичний характер. У періодах атомні та йонні радіуси елементів із збільшенням заряду ядра атома, як правило, зменшуються. Атомні радіуси елементів у головних підгрупах зростають зверху вниз.

Для елементів великих періодів характерне плавніше зменшення радіусів атомів та йонів елементів, що зумовлено наявністю d- та f-підрівнів. Такий ефект називається d- i f-ефектом. Ці ефекти пояснюються тим, що в атомах f-елементів (а також d- елементів) число електронних шарів однакове. Однак, із збільшенням заряду ядра посилюється притягання електронів до ядра, внаслідок чого радіуси йонів зменшуються. Цей ефект має один важливий наслідок. Наприклад, в результаті f-стиснення (лантаноїдного стиснення) розміри атомів та йонів елементів шостого періодів, розміщених відразу після лантаноїдів (Нf, Та, W і далі), дуже близькі до розмірів атомів та йонів відповідних елементів п’ятого періоду (Zr, Nb, Mo). Для елементів четвертого і п’ятого періодів ці характеристики помітно розрізняються.

Металічні властивості елементів в межах періодів послаблюються, що пояснюється збільшенням заряду ядра і кількості валентних електронів, що сильніше притягуються ядром. Металічні властивості в межах підгруп посилюються, що пояснюється збільшенням атомних радіусів і віддаленістю валентних електронів від ядра.

Приклади розв’язку завдань

Приклад 1. Який склад ядер ізотопів і , і ?

Відповідь: Число протонів в ядрі дорівнює порядковому номеру елемента, яке однакове для всіх ізотопів даного елемента. Порядковий номер елемента записують зліва внизу перед символом елемента, а зліва зверху – масове число. Число нейтронів (n) дорівнює різниці масового числа і числа протонів (p).

Склад вказаних ядер наступний:

Приклад 2. Складіть повну та скорочену електронну формули елемента з порядковим номером 20.

Відповідь: За порядковим номером визначаємо, що це –Кальцій.

Його повну електронну формулу записують таким чином:

Скорочена електронна формула .

Приклад 3. Атом елемента має на 7 електронів більше, ніж йон натрію. Назвіть елемент, складіть електронну формулу його атома та напишіть розподіл електронів у енергетичних комірках у незбудженому та збудженому станах. Вкажіть число валентних електронів у цих станах.

Відповідь: Атом натрію має електронну формулу:

(11 електронів)

Йон натрію матиме завершену електронну оболонку:

(10 електронів)

Наступні сім електронів розташовані відповідно на і підрівнях третього рівня. Сумарна кількість електронів буде: .

Електронна формула елемента:

Цей елемент – Хлор. Він має незаповнений -підрівень. На цей підрівень і переходять електрони з - і - підрівня третього рівня в збудженому стані.

Валентні електрони – це неспарені електрони, які знаходяться на зовнішніх атомних орбіталях в окремих комірках.

Розподіл електронів по комірках у незбудженому стані для такий:

В незбудженому стані атом має один валентний електрон.

В збудженому стані на -підрівень може переходити відповідно один, два і три електрони. Тому для збудженого стану характерні три можливі комбінації відповідно з трьома, п’яти та семи неспареними електронами:

В збуджених: а) 3 валентні електрони, б) 5 валентних електронів, в) 7 валентних електронів.