3.3. Периодический закон д.И. Менделеева

В 1869 году Д.И. Менделеев сообщил об открытии периодического закона, современная формулировка которого следующая: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.

Исследованиями английских ученых Г. Мозли и Дж. Чедвика было установлено, что порядковый номер элемента равен заряду ядра атома.

3.3.1. Протонно-нейтронная модель строения ядра сформулирована в 1932г. отечественным ученым Д.Д. Иваненко. Суть теории в том, что ядро состоит из Z – протонов (₁р¹) и (А – Z) – нейтронов (₀n¹), где А – атомная масса элемента.

3.3.2. Периодическая система Д.И. Менделеева служит графическим выражением периодического закона.

Элементы в системе располагаются в порядке возрастания заряда их ядер. Они формируют горизонтальные и вертикальные ряды. Горизонтальные ряды – периоды: I-III – малые, IV-VI – большие, VII – незаконченный. Второй и третий периоды содержат по 8 элементов, называются типическими. У элементов одного периода заполняется одинаковое число энергетических уровней равное главному квантовому числу последнего (внешнего) уровня. Начало периода совпадает с началом формирования нового энергетического уровня. Начинаются периоды щелочными металлами, имеющими один ē на внешнем уровне, заканчиваются инертными газами, которые имеют восемь электронов на внешнем уровне. Большие периоды делятся на 2 ряда. В четных радах на внешнем слое у элементов находится 1-2 ē, т.к. заполняется d-подуровень предвнешнего уровня. Свойства элементов меняются медленно. В нечетных рядах идет заполнение внешнего уровня до 8 ē, как у типических элементов.

В Периодической системе элементов имеется восемь групп. Принадлежность элемента к группе определяется числом валентных электронов, как правило, равным номеру группы. Группы делятся на главные и побочные подгруппы. Подгруппы включают в себя элементы с аналогичными электронными структурами (элементы-аналоги). Главные подгруппы (подгруппы А) образованы элементами малых и больших периодов. Побочные подгруппы (подгруппы В) образованы элементами только больших периодов (d- и f-элементы). Первые шесть d-элементов (от Sc до Fe) начинают соответствующие подгруппы. В подгруппу VIII Б также включаются все элементы семейства железа (Fe, Со, Ni) и их аналоги – платиновые металлы. Медь и ее аналоги, имеющие во внешнем s-подуровне по одному электрону, образуют 1 Б подгруппу, цинк и его аналоги – 2 Б подгруппу. Лантаноиды и актиноиды (f-элементы), принадлежащие к III Б подгруппе, обычно вынесены в «подвал» таблицы.

Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) c 1989 года утвердил в качестве основного варианта периодической системы длиннопериодную форму (см. таблицу приложения № ), в которой рекомендуется сплошная нумерация групп арабскими цифрами (1 – 18). В данном пособии авторы по методическим соображениям опираются на традиционную короткопериодную форму периодической системы, поскольку ее проще использовать при составлении электронных формул атомов элементов. Например, студенту проще определять число валентных электронов в атоме элемента, как правило равное номеру группы короткопериодной формы системы.

3.3.3. Электронная конфигурация элемента.

Запись распределения электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям получила название электронной конфигурации элемента. Обычно электронная конфигурация приводится для основного состояния атома. Если один или несколько электронов находятся в возбужденном состоянии, то и электронная конфигурация будет характеризовать возбужденное состояние атома. При записи электронной конфигурации цифрами указывают главное квантовое число (n), буквами – подуровни (s, р, d или f), а степень буквенных обозначений подуровней обозначает число электронов в данном подуровне. Например, электронная конфигурация водорода – 1s¹, лития – 1s²2s¹, бора – 1s²2s²2р¹.

3.3.4. Изменение свойств элементов в периодах и группах.

Все свойства элементов, определяемые строением электронных уровней атома, закономерно изменяются в периодах и группах периодической системы.

Последовательно изменяются свойства:

1) заряд ядра;

2) общее число электронов;

3) масса ядра атома (Σp + Σn = A). (Атомы, имеющие различное количество нейтронов в ядре, а следовательно и разные атомные массы – изотопы);

4) число энергетических уровней.

Периодически изменяются:

1) валентность элементов и количество валентных электронов;

2) радиус атомов;

3) окислительно-восстановительные свойства атомов.