1.4. Значение периодического закона

Периодический закон имеет исключительно важное значение. Он положил начало современной химии, сделал её единой целостной наукой. Химические элементы стали рассматриваться в зависимости от того, какое место они занимают в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Химия перестала быть описательной дисциплиной, в ней стало возможным научное предвидение. Появилась возможность предсказывать новые элементы и описывать свойства их атомов, простых и сложных. Открытия предсказанных Менделеевым элементов галлия, скандия и германия явились блестящим подтверждением истинности периодического закона и способствовали окончательному его признанию научным миром.

На основе Периодического закона и Периодической системы элементов Д.И. Менделеева быстро развилось учение о строении атома, которое в свою очередь вскрыло физический смысл периодического закона и объяснило расположение химических в периодической системе.

Учение о строении атома привело к открытию атомной энергии и использованию её для нужд человека в мирных целях. Можно без преувеличения сказать, что периодический закон является первоисточником всех открытий химии XX века и многих – физики. Он сыграл выдающуюся роль и в развитии многих смежных с химией естественно-научных дисциплин.

Периодический закон и Периодическая система элементов Д.И. Менделеева лежат в основе решения совре­менных задач химической науки и химической промышленности. С учётом Пе­риодической системы химических элементов ве­дутся работы по целенаправленному получению новых полимерных и полупроводни­ковых материалов, жаропрочных сплавов и веществ с заданными свойствами, использованию ядерной энергии, исследованию недр Земли, Вселенной ...

Велико и педагогическое значение Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, которая служит научной основой преподавания химии в средней и в высшей школе.

Периодический закон – это универсальный закон для всей Вселенной. Но периодически изменяются не только электронные структуры атомов элементов. Строение и свойства атомных ядер элементов также подчиняются своеобразному периодическому закону. В атомных ядрах, состоящих из нейтронов и протонов, существуют нейтронные и протонные оболочки, заполнение которых имеет периодический характер. Известны даже попытки построения по анологии с Периодической системой элементов Д.И Менделеева периодической системы атомных ядер.

2. Периодичность изменения основных характеристик атомов элементов

Химические свойства атомов элементов, наряду с зарядом их ядре, числом электронных слоев (энергетических уровней) и количеством валентных электронов, определяются величиной их радиуса, энергией ионизации, сродством к электрону и электроотрицательностью.

2.1. Радиус атома

Одной из наиболее важных характеристик атома, влияющих на его химические свойства, является размер, или радиус, атома (r_ат).

Чем больше радиус атома, тем слабее удерживаются электроны внешних и предвнешних энергетических уровней (электронных слоев) атомным ядром. И, наоборот, с уменьшением радиуса атома эти электроны притягиваются атомным ядром сильнее. Однако радиус атома не может быть точно определён, поскольку электронные орбитали не имеют границ. Следовательно, речь может идти не об их абсолютных размерах атомов, а только о размерах атомов в кристаллах и молекулах, то есть об эффективных радиусах.

В качестве единицы измерения радиуса атома в настоящее время используют пикометр (1 пм = 10^–12 м).

Радиус атома (по Ван-дер-Ваальсу^*) – это половина кратчайшего расстояния, на которое могут сблизиться ядра двух одинаковых атомов, если они принадлежат разным молекулам (рис. 7).

Рис. 7. Радиус атома водорода по Ван-дер-Ваальсу (V_W)

в молекуле водорода Н₂

Радиусы атомов элементов периодически изменяются в зависимости от заряда их ядер и числа электронов (рис. 11).

При движении слева направо по периодам радиусы атомов элементов, как правило, уменьшаются, так как при постоянном числе электронных слоёв возрастают заряды ядер атомов элементов, а следовательно, увеличивается и их взаимодействие с электронами (в результате электронная оболочка^* атома сжимается) (рис. 8). В меньшей степени уменьшаются радиусы атомов d- и f-элементов, что объясняется заполнением их внутренних электронных слоёв и называется это d- и f-сжатием.

Li	Be	B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl	Ar

Рис. 8. Изменение радиусов атомов элементов второго и

третьего периодов

В главных подгруппах Периодической системы элементов (А-группах) радиусы атомов элементов, как правило, увеличиваются сверху вниз(рис. 11), так как с ростом порядковых номеров элементов увеличивается и число электронных слоёв (рис. 8). В побочных подгруппах (Б-группах) при переходе от верхнего элемента к среднему(например от Cu к Ag) радиусы их атомов также возрастают, однако при переходе от среднего к нижнему элементу(от Ag к Au) возможно даже некоторое его уменьшение (лантанидное сжатие).

Значения атомных объёмов также демонстрируют определённую периодичность (атомный (мо­лярный) объём элемента есть отношение молярной массы простого вещества в твёрдом состоянии (для газов – в жидком состоянии) к его плотно­сти, экстраполированной температуру 0 К; у щелочных металлов(Ι А - группы) проявляются высшие значения атомных объемов, а у элементов Б-групп – низшие (рис. 9).

Рис. 9. Атомные Молярные объёмы элементов