- •Основные законы химии
- •Моль. Молярная масса
- •Относительная атомная и молекулярная массы
- •Газовые законы
- •1. Закон о суммарном давлении смеси газов: давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь
- •Закон эквивалентов
- •Периодический закон и периодическая система химических элементов д. И. Менделеева
- •Строение атома
- •Модели Томсона и Резерфорда
- •Закон Мозли
- •Электронная оболочка атомов по Бору
- •Представления квантовой механики
- •Современная модель состояния электрона в атоме
- •Строение электронных оболочек атомов
- •Способы записи электронных конфигураций атомов и ионов
- •Периодический закон и периодическая система элементов д.И. Менделеева в свете учения о строении атомов
- •Свойства атомов. Их периодичность
- •Химическая связь и строение молекул
- •Ковалентная связь
- •Метод валентных связей
- •Сигма () и пи ()-связи
- •Донорно-акцепторная связь
- •Свойства ковалентной связи
- •Полярные и неполярные молекулы
- •Относительная электроотрицательность атомов
- •Ионная связь
- •Гибридизация атомных орбиталей
- •Гибридизация орбиталей и пространственная конфигурация молекул
- •Металлическая связь
- •Водородная связь
- •Типы кристаллических решеток
- •Валентность
- •Степень окисления
- •Комплексные соединения (комплементарность) Структура комплексных соединений
- •Хелаты и внутрикомплексные соединения
- •Реакции образования комплексных соединений
- •Номенклатура комплексных соединений
- •Пространственное строение и изомерия комплексных соединений
- •Диссоциация комплексных соединений в растворах. Константа нестойкости. Константа устойчивости
- •Связь в комплексных ионах
- •Реакции с участием комплексных соединений
- •1) Реакции обмена
- •2) Окислительно-восстановительные реакции
- •Элементы химической термодинамики Основные понятия
- •Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Энтальпия
- •Закон Гесса. Следствия из него
- •Второй закон термодинамики. Энтропия
- •Термодинамические потенциалы
- •14 Типы реакций, различающиеся возможностьюи условиями протекания в зависимости от характера изменения ∆н и ∆s
- •Химическая кинетика Основные понятия
- •Скорость химической реакции
- •Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов
- •Влияние температуры на скорость реакции
- •Дисперсные системы
- •Классификация дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды
- •Количественные характеристики дисперсных систем
- •Устойчивость дисперсных систем
- •Применение
- •Растворы Растворы в природе. Теории растворов
- •Механизм процесса растворения
- •Тепловые эффекты при растворении
- •Ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные растворы
- •Растворимость различных веществ в воде
- •Выражение количественного состава растворов
- •Разбавленные растворы неэлектролитов и их свойства
- •Эбуллиоскопическая и криоскопическая константы
- •Растворы электролитов и их свойства
- •Диссоциация воды. Водородный показатель
- •Гидролиз солей
- •Буферные растворы
- •Водородный показатель (рН) растворов
- •Свойства кислотно-основных индикаторов
- •Применение
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •Распространенные окислители и их продукты
- •Важнейшие восстановители и окислители
- •Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •Влияние среды на протекание окислительно-восстановительных реакций
- •Эквивалентные массы окислителя и восстановителя
- •Классификация окислительно-восстановительных реакций
- •4) Особые случаи овр:
- •Электрохимические системы Общая характеристика
- •Электродный потенциал. Измерение электродных потенциалов
- •Ряд стандартных электродных потенциалов (напряжений). Уравнение Нернста
- •Ряд напряжений металлов
- •Гальванические элементы, их электродвижущая сила
- •Аккумуляторы
- •Характеристики аккумулятора Эдисона и свинцового аккумулятора
- •Топливные элементы
- •Электролиз
- •Законы электролиза
- •Применение электролиза
- •Высокомолекулярные соединения (вмс) или полимеры
- •Физические свойства
- •Классификация
- •Полимеризационные полимеры
- •Поликонденсационные полимеры
- •Применение
- •Олигомеры
Периодический закон и периодическая система элементов д.И. Менделеева в свете учения о строении атомов
Порядок заполнения электронами энергетических уровней (электронных слоев) и подуровней (подслоев) теоретически обосновывает периодическую систему элементов Д.И. Менделеева. Уже из рассмотрения электронных формул элементов первого и второго периодов (см. выше) легко сделать вывод, что период начинается элементом, в атоме которого на внешнем уровне находится один s-электрон: в первом периоде это водород, в остальных – щелочные металлы. Завершается период благородным газом: первый – гелием (1s2), остальные периоды – элементами, атомы которых на внешнем уровне имеют электронную конфигурацию ns2np6.
В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами последним, все элементы делятся на четыре типа (семейства):
1) s-элементы. Заполняется электронами s-подуровень внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода;
2) р-элементы. Заполняются электронами р-подуровень внешнего уровня. Это последние шесть элементов каждого периода (кроме первого и седьмого);
3) d-элементы. Заполняются электронами d-подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне остается один или два электрона (у свинца - нуль). К ним относятся элементы больших периодов, расположенные между s- и p-элементами (их также называют переходными элементами);
4) f-элементы. Заполняются электронами f-подуровень третьего снаружи уровня, а на внешнем уровне остаются два электрона, на предвнешнем – 8 электронов. Это лантаноиды и актиноиды.
В формулах электронных конфигураций принято сначала последовательно записывать все состояния с данным значением n, а затем уже переходить к состояниям с более высоким значением n. Поэтому порядок записи не всегда совпадает с порядком заполнения энергетических подуровней. Так, в записи электронной формулы атома скандия подуровень d- помещен раньше подуровня 4s-, хотя заполняются эти подуровни в обратной последовательности.
Десять d-элементов, начиная со скандия и кончая цинком, принадлежат к переходным элементам. Особенность построения электронных оболочек этих элементов по сравнению с предшествующими (s- и p-элементами) заключается в том, что при переходе к каждому последующему d-элементу новый электрон появляется не на внешней (n = 4), а на второй снаружи (n = 3) электронной оболочке. У атомов всех переходных элементов внешняя электронная оболочка образована двумя s-электронами. Существуют d-элементы (например, хром, молибден, элементы подгруппы меди), у атомов которых во внешнем электронном слое имеется только один s-электрон. Дело в том, что полузаполненные или заполненные d-подуровни обладают большей устойчивостью, чем частично заполненные.
Итак, периодическая система Д.И. Менделеева является естественной классификацией химических элементов по электронной структуре их атомов. Об электронной структуре атомов, а значит, и о свойствах элемента судят по положению элемента в соответствующем периоде и подгруппе периодической системы. Закономерностями заполнения электронных уровней объясняется различное число элементов в периодах.
Учение о строении атомов вскрыло глубокий физический смысл периодического закона. Главной характеристикой атома в современной трактовке становится не атомный вес, а заряд ядра. Это более общая характеристика атома, а значит, и элемента. В связи с этим претерпела изменение и формулировка закона. Современная формулировка перио-дического закона Д.И. Менделеева такова: свойства химических элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.
Такая формулировка закона нисколько не противоречит формулировке, данной Д.И. Менделеевым. Она только базируется на новых данных, которые придают закону и системе научную обоснованность и подтверждают их правильность. Периодическая система Д.И. Менделеева отражает периодический закон, а вместе с тем объясняет строение атомов элементов.
Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание зарядов атомных ядер от 1 до 107 обусловливает периодическое повторение строения внешнего энергетического уровня. А поскольку свойства элементов в основном зависят от числа электронов на внешнем уровне, то и они периодически повторяются. В этом – физический смысл периодического закона.
В малых периодах с ростом заряда ядер возрастает число электронов на внешнем уровне (от 1 до 2 – в первом периоде, от 1 до 8 – во втором и третьем периодах), что объясняет изменение свойств элементов: в начале периода (кроме первого) находится щелочной металл, затем металлические свойства постепенно ослабевают и усиливаются свойства неметаллические.
В больших периодах с ростом заряда ядер заполнение уровней электронами происходит сложнее, что объясняет и более сложное изменение свойств элементов по сравнению с элементами малых периодов. Так, в чётных рядах больших периодов с ростом заряда число электронов на внешнем уровне остается постоянным и равно 2 или 1.
Лишь в нечётных рядах, когда с ростом заряда ядра увеличивается число электронов на внешнем уровне (от 1 до 8), свойства элементов начинают изменяться так же, как у типических.
В свете учения о строении атомов становится обоснованным разделение Д.И. Менделеева всех элементов на 7 периодов. Номер периода соответствует числу энергетических уровней атома, заполняемых электронами. Поэтому s-элементы имеются во всех периодах, а p-элементы – во втором и последующих, d-элементы – в 4 и последующих и f-элементы – в 6 и 7 периодах.
Номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом физический смысл номера группы.
Итак, строение атомов обусловливает две закономерности:
1) изменение свойств элементов по горизонтали – в периоде слева направо – ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства;
2) изменение свойств элементов по вертикали – в подгруппе с ростом порядкового номера – усиливаются металлические свойства.
По словам профессора Московского института химического машиностроения Василия Ивановича Семишина: «Периодическая система Д.И. Менделеева – это диспетчерская карта в руках химиков…».