книги из ГПНТБ / Столярчук В.Г. Строение атома и периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Нарушение п о с л е д о в а т е л ь н о с т и

заполнения

электронных

орбиталей

в

ГУ, У,

У1 и

УП

периодах

о б ъ я с н я е т с я

т е м ,

что

временный

пропуск

соответствующих

орбиталей

о к а з ы в а е т с я

э н е р г е т и ч е с к и

более выгодным.

Та ^ п о с л е д о в а т е л ь н о с т ь Зр — 4$ —- За о б у с л о в л е н а т е м ,

что

попадание

н о в о г о

э л е к т р о н а

в

третий

квантовый

с л о й ,

г д е

их у з е

в о с е м ь ,

с в я з а н о

со значительным

их

о т т а л к и в а в я -

е м ,

т . е .

выгоднее

е г о

поступление

на

б о л е е

отдалённую

6

2

орбиталь

Зр

—-

43

,

Возрастание

же з а р я д а

ядра

д е л а ­

е т

э н е р г е т и ч е с к и выгодным

попадание

э л е к т р о н а

в

р а н е е

п р о ­

пущенную

орбиталь

( н а п р и м е р ,

Зр6-*-

4$г' —~

3

d

) .

С р о с т о м

з а р я д а ядра

в о з р а с т а е т

с т е п е н ь экранирования

ядра

э л е к т р о н а м и ,

поэтому

нарушение

о х в а т ы в а е т

большее

число

квантовых с л о е в .

Кажущийся

з а р я д

ядра

с т а н о в и т с я

меньше

и последующие

электпоны

в с е

больше

о т т а л к и в а ю т

п р е д и е с т в у *

ющих,

"Провалы" э л е к п ; о г о в ,

напримэр,

у

х р о м а ,

ниобия

и

д р .

также

вызваны

выигрышем

э н е р г и и .

Энергия

данного

уровня меняется от одного атома

к

д р у г о ­

му.

Каждый

последующий

э л е м е н т

в

периодической

с и с т е м е

о т ­

л и ч а е т с я

от

предыдущего

тем,

что

у н е г о

ча

один

э л е к т р о н

больше.

Э т о т

электрон либо

н а ч и н а е т

новый

слой { i t

,

М&

,

К

. . . . . . . . . ) ,

либо

входит

в с о с т а в

уже

существующего;

с л о я

(

Be

,

) ,

либо

входит

в

с о с т а в р а н е е

о б р а з о в а н н о г о

в н у т р е н н е г о

слоя

(

Sc

,

Ti

, ) .

Атомы

э л е м е н т о в , у

которых

происходит

з а п о л н е н и е '

S- о р б и т а л е й , н а з ы в а ю т с я

элементами

семейства

9

;

т е ,

у

которых

происходит

заполнение

р - о р б и т а л е й , -

э л е м е н т а ­

ми

с е м е й с т в а

Р

,

затем

элементы с е м е й с т в а

Л

и

элементы

Элементы

с е м е й с т в а

$

-

это

элементы

главных

подгрупп

I

и

П групп

периодической

с и ­

стемы;

Элементы

семейства

р-

э т о

элементы

главных

подгрупп

Ш,17,У,У1,УП

и нулевой

г р у п п ;

Элементы

с е м е й с т в а

У -

это

элементы

побочных

подгрупп

1-УП

групп

и

УШ групп

(вставные

д е к а д ы ) ;

Элементы

с е м е й с т в а

это

лантаноиды

и

актиноиды.

Итак,

четыре

квантовых

числа

характеризуют

с о с т о я н и е

э л е к т р о н а

в

а т о м е .

Количество

э л е к т р о н о в

в

квантовом

с л о е

о п р е д е л я е т с я

возможными

комбинациями и з

квантовых

чисел:

g

,

tnt

и

.fWg

. В

первом

квантовом

слое

может

быть

•только

два

э л е к т р о н а , в о - в т о р о м - в о с е м ь .

Таким

о б р а з о а , с л о ­

в о " п е р и о д "

с в я з ы в а е т с я

с

главным

квантовым

числом (

я

) .

а)

число

квантовых

( э н е р г е т и ч е с к и х )

с л о е в

у

атома

л ю ­

бого

э л е м е н т а

в

нормальном

с о с т о я н и и равно

номеру

периода,в

котором

находится

д а н ш й

э л е м е н т .

б) во-внешнем квантовом

с л о е

не

может

быть

б о л е е

8

элек­

тронов ( и з

них

2 на

$

-

орбитали

и 6

н а

трёх

р

-

орбиталях

в)

« п р е д в н е ш а е м квантовом

олов

атома

(номер

э т о г о

слоя

в с е г д а

на

е д ш и ц у

меньше

номера

п е р и о д а , в

котором

находится данный элемент) не

может

быть

более

18

э л е к т р о - \

нов

( 2

на

$ -

орбитали,

б н а

трёх

р

-

орбиталях

и

Ю

^

н а

пяти

d~

о р б и т а л я х ) , например,электронная

формула для

атома

цинка

б у д е т

иметь

в и д :

i n

1$г\га*гр*\д$гэр*\и\

г )

максимальное

число

электронов

в

каждом

квантовом

с д о е

равно

2 » 2

, ч и с л о

э л е м е н т о в

в последовательных

п е р и о ­

д а х

изменяется

к а к

удвоенные

квадрата

н а т у р а л ь н о г о

р я д а

ч и с е л ,

каждое

и з которых,кроме

единицы,повторяется

дваж*

ды.

Период

Число

элементов

( Э г 2

)

I

2

• I

2

-

2

2

2

»

2 2

«

8

3

2

•

2 2

~

8

2

•

З 2

-

18

5

2

•

3 2

«

IB

6

2 .

32

7

2 .

ч 2

=

32

-

108

-

2

3

5

б

7

Максимальное

число

электрсн ав

2

8

18

32

50

72

98

Количество

электронов

и

элементов

с о г л а с у е т с я

т о л ь к о

при

Л «

I

в

я *

2 ,

а дальше

формирование

электронных

о б о ­

л о ч е к о т с т а ё т

от

формирования

п е р и о д о в .

,

Перюды

формируются

очередными

элементами б ы с т р е е ,

чем

квантовые слои очередными электр 1_.ами. Это объясняется

т е м ,

что

э л е к т р о н н а я

оболочка

начинает

фор), чр сватье я не в п л а н о ­

вом

п о р я д к е .

§

10.

ПЕРИОДЫ

Периоды

-

это

горизонтальные

подразделения

п е р и о д и ч е с ­

кой

системы,

начинающиеся

с о

щелочного

м е т а л л а

и

з а к а н ч и в а ­

ющиеся инертным

г а з о м .

Начали

периода

с о в п а д а е т

с

н а ч а л о м

о б р а з о в а н и я

нового

электронного

с л о я .

С - ^довательн

,

период

п р е д с т а в л я е т

собой

последовательный

ряд

э л е м е н т о в ,

атомы

которых

различаются

числом э л е к т р о н о в

в

наружных

с л о я х .

Каждый

период

з а в е р ш а ­

ется даертным

г а з о м .

Если

исключить

г е л и й ,

т о

их

наружная

оболочка

оостоит

из

8

электронов

Э л е м е ь д , п р н а д л е ж а щ и е

к

одному

и тому

же

периоду, игзют

одинаковое

число

квантовых

с л о е в ,

с л е д о в а т е л ь н о :

* 7

F

•

K\L\n4ps

18

Me

К

\L\3Sl3p6

В малых

периодах

( 2 , 3 )

у

атомов происходит

заполнение

электронами

S

-

ч

р -

орбиталей. В больших

периодах,

кроме

i -

и

р

-

орбиталей, идёт

заполнение

d -

орбита-

лей, а в 6 -

и

7-ом

периохах дополнительно-^

-

орбиталеб.

Свойства элементов, расположенных в порядке возрастания

порядкового

номера

элемента

( з а р я д а

ядра атома)

по

горизон­

тальному направленив,постепенно изменяются: дт металла к

неметаллам, и заканчивается период инертным газом .

••Атош инертных

газов содержат наружные

электроны

всегда

на полностью

сформированных

и р

-

подурОЕЙях.

металлы

неметаллы

,

инертный

газ

si.

Р

.

s

.

ее

йг__

металлы

амфот ар­

и еме таллы

ин ертиый

ный

эле­

газ

мент

При переходе

от

одного~пернода

к другой/

свойства эле ­

ментов периодически

повторяются -

это

главная периодичность

свойства.

Ос нош ой причиной

периодического

повторения

аналогичных химических и других свойств

эле­

ментов,

распложенных в порядке

возрастания

величины

заряда их

атомных ядер, является

п е ­

риодичность процесса постройки новых электрон­

ных

оболочек.

б)

элементы

второго

периода,в

атомах

которых

заполняет»

ся второй

квантовый

с л о й ,

такие

сильно

отличаются

от

всех

других

элементов,

это

объясняется

тем,

что

энергия

в т о р о ­

го слоя

значительно

ниже

энергии

электронов

в последующих

слоях;

в)

элементы

вставных

д е к а д , в

атомах

которых

заполняют-

ся внутренние

d

-

оболочки, значительно меньше отличают­

ся д р у г

от

друга

(по

данному п е р и о д у ) ,

чем

элементы

Sap,

т . к . у них

застраивается

внешние

электронные

орбитали;

г)

лантаноиды

( 4 ^

)

-

все они

имеют во

внешнем

к в а н ­

товом

с л о е

по д в а

$ - электрона, поэтому различия в

свойствах

лантаноидов,

в

атомах

которых

з а п о л н я т с я

j - орбитали, принадлежащие к третьему снаружи слою,

являются

совершенно

незначительными. Лантаноиды

о б л а д а ­

ют одинаковыми

химическими

с в о й с т в з у и ,

за

редким

исключе­

нием,

проявляют

одну

и

ту

же максимальную

степень

о к и с л е ­

занимают места в

периодической

системе после

н е г о , но поме-*

шены в одну глотку . Для наглядности они вынесены в конец

таблицы ( таблица

6 ) ;

д ) актиноиды

( 5 ^

) - элементы

с

порядковыми

номерами

.90-103-характеризуются

т е м ,

что

в

их

атомах

заполняются

электронами 5^

- орбитали,

принадлежащие также

к "третьему

снаружи сло»„

Однако различии в своИст:.их актиноидов оолое

значительны,

чей дан тан о идо а, т а к

к а к

застраивающиеся

в их

агорах

4j-

-

-

орбита»и

находятся

дал w o

от

ядра,

чей

ч j

-- ороитнли

у

лантаноидов, т . е . они

являются

"бияне

ш ш . н и м и " , чей

у

лан­

таноидов.

Ввиду

э т о г о

разница

между энерги. ими 'и пик ту. оюн

на

5f -

dil

-

орбит-^лях

в

дтоиах актиноидов

становится

электронов

на

орбиталях

Ч f

и

ъ! .

Поэтому

добавление

электронои

к

5 |

-

орбитал.ям

у актиноидов

обусловливает

Ориблизмтвльно

т а к о е

* е

изменение

с в о й с т в ,

как

и д о б а в л е ­

ние

d-

электронов

в рядах переходных элементов .

У первых

актиноидов

5 f-

и

6с!

-

подуровни

(ороитоли)

конкурирует

мезду

собой

по

величине

энергии

связи элект| о -

и а .

*V0

Н

5f'

Ц'

п

'

Ш

od'

73*

П

PA

5jl

И'

It'

va

и

Jf*

6d'

и*

'П

Яр

у *

id'

Пг

. чч

Pa

Sf*

/ / '

или

SfS

si'

7$*

W

Лт

5J,7

7S3

или

ff*

W

I t 1

-'б

Jf*

Ц*

?Г

у?

8«

Ц $

7Si

чвтнорядннх число электронов

во внешней

квантовом

слое

н е

монет

быт»

бодьаа д в у х , а

у

элементов

почйтнорядных •»

• число электронов равно номеру группы

периодической

с и ­

стемы,

§

I I . ГРУП1Ш

Группы - вертикальные столбцы периодической системы-

заключают элементы, о б л а д а н и е

сходныци

свойствами . ~

Всего в таблица таких групп

д е в я т ь :

I , I I , Ш,

1У„ У, УI ,

УП,

УШ и нулевая

группа .

Начиная о больших

пе(. ш д о в г а л е -

ыентн

каждой

группы д е л и т с я

на

подгруппы:

главную

и п о -

бочп у>о подгруапы,

й главную поддеупцу входит элементы

uosux nup и од с в

(1 , 2 , 3 ) , . которые

Д . Й Р (.few елеен

иазвал

типическиия,

т а к

-как и ни

в одних

группах

при ш к а н т олисе к свойствам

эле­

ментов

чЧтаых

р я д о в , в других -

к

эльмеитпм °нечётшх ря ­

д о в .

В глйаиыа

подгруппу

I , II групп

входят

алиионта

чётных

рядов

и

ъятчити

иихчх

uetpxino-,

(,;)то

агенты

пемаПст-

ва

^

) .

В гллшЫй «одivунпи

1!!,1/,У,У1

н УЛ групп в ю д н т

: . » . т е н ­

та

нечптиоредкий

и элништи

иллих

периодов

( з л а и й н ш

о е -

naflCTiJU10. Остальные элемента

с о с т я ы н ю т

побочную под -

iVyffiy,

которая

осот вате тяешш

сдвинута

в

группе

(эт о а л е -

ичнто

о в м1) Яства

</ ) .

В о с ы л я и

цулеякя

группы

на

«ид груп­

пы

чь д м яте я .

,'1К;«СЦТМ к.ЯИНЯКОШХ

ПОД!'! yiilJ

HS j-40,1

ич-С ьОЙ ГИ<:11:1Ш

Vftl'lKTCt

«nyV.r-4*

BHi *Or*4!IUii СП О'»!' 'W и.Чл.КЦ C-.IHWX оос то­

ч е к .