Материал из пособия (розовое пособие) Тема «Химические концепции»

Тема 4. Химические концепции Периодический закон и периодическая система элементов д.И. Менделеева

В основе современной химии лежат периодический закон (ПЗ) и периодическая система (ПС) элементов великого русского химика Д.И. Менделеева.

Значение Периодического закона:

– ПЗ позволил систематизировать большой фактический материал, находящийся в разрозненном состоянии. До открытия ПЗ исследовались свойства отдельных элементов, но не рассматривалась их взаимосвязь.

– На основании ПЗ были уточнены атомные веса и валентности ряда элементов.

– С помощью ПЗ предсказано существование новых элементов.

– Знание периодического закона сыграло определенную роль в установлении строения атома.

– ПЗ позволяет предвидеть поведение веществ в различных химических реакциях и особенности протекания этих реакций.

– ПЗ оказал влияние на развитие других наук: физики, геологии, астрономии и химии в целом.

– ПЗ имеет философское значение и подтверждает некоторые философские категории и законы диалектики.

Формулировка периодического закона по Менделееву: Свойства простых тел, а также форма и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов.

Графическим выражением периодического закона является «Периодическая система». Для систематизации химических элементов Менделеев использовал два фактора: значения их атомных масс и сходство в свойствах элементов, стоящих по вертикали.

Истинную причину периодичности удалось раскрыть в 1913-1920 гг. английским физикам Генри Мозли и Джеймсу Чедвику.

Они установили, что элементы расположены в периодической системе в порядке возрастания не атомной массы, а заряда атомного ядра. Но с зарядом атомного ядра связано электронное строение атома; а от электронного строения атомов зависят химические свойства элементов и их соединений. Т.о., физическая причина периодичности заключается в электронном строении атома.

Эти исследования привели к новой формулировке периодического закона: свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома или порядкового номера элемента.

Внутримолекулярные связи

Учение о химической связи относится к важнейшим проблемам современной химии. Однако разобраться в том, что же представляет собой химическая связь, стало возможным только после открытия электронного строения атомов. Тогда же была установлена фундаментальная роль электронов в образовании химической связи.

О том, что в образовании химической связи участвуют электроны, отметил еще в 1916 г. немецкий физик Альбрехт Коссель. В этом же году американский ученый Гилберт Льюис предложил теорию образования химической связи с помощью электронных пар, одновременно принадлежащих двум атомам. На базе работ Косселя и Льюиса развилось современное учение о химической связи.

По современным представлениям химическая связь имеет электрическую природу, но осуществляется она по-разному. Поэтому различают три основных типа химических связей: ковалентную, ионную и металлическую.

Ковалентная связь

Ковалентной называется химическая связь, осуществляемая электронными парами. Существует два механизма образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный.

Обменный механизм осуществляется за счет перекрывания одноэлектронных облаков с противоположно направленными спинами.

Донорно-акцепторный механизм осуществляется за счет двухэлектронного облака одного атома и свободной атомной орбитали другого атома. Атом, поставляющий пару электронов, называется донором, а атом или ион, к которому эта пара перемещается, называется акцептором.

Характеристики ковалентной связи

1. Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании связи. Чем больше энергия связи, тем связь прочнее. Энергия связи характеризует все виды химических связей.

2. Длина связи. Длиной связи называется расстояние между ядрами атомов в молекуле. Чем меньше длина связи, тем связь прочнее.

3. Насыщаемость. Насыщаемость – это способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Благодаря насыщаемости ковалентной связи молекулы имеют определенный состав.

4. Направленность. Это свойство заключается в том, что образование связи происходит в направлении максимального перекрывания электронных облаков. Направленность связи обуславливает пространственную структуру молекул, т.е. их геометрическую форму.

Варианты ковалентной связи

В зависимости от направления перекрывания атомных орбиталей различают , и  - связи /сигма и пи/.

-связи возникают при перекрывании атомных орбиталей, расположенных вдоль оси, соединяющей ядра взаимодействующих атомов.

-связь образуется в результате взаимного перекрывания электронных облаков в направлении перпендикулярном осевой линии, соединяющей центры взаимодействующих атомов.

Химические связи, образованные более чем одной парой электронов называются кратными связями. Кратность связи определяется числом пар электронов, участвующих в ее образовании.