2.9. Структура периодической системы химических элементов д. И. Менделеева

Периодическая система химических элементов – это строго упорядоченное множество химических элементов, их естественная классификация, являющаяся табличным или другим графическим выражением периодического закона.

Известно большое число различных вариантов таблиц периодической системы. Однако наиболее широкое применение получили только те из них, которые оказались близкими к таблице составленной Д.И. Менделеевым. В настоящее время применяют преимущественно две формы периодической системы: длиннопериодную и короткопериодную.

Вертикальные графы периодической системы называются группами,а горизонтальные –периодами. Короткопериодная форма состоит из восьми групп и семи периодов. Семейства лантаноидов и актиноидов расположены под таблицей.

Период - последовательный ряд элементов, в атомах которых происходит заполнение электронами одинакового числа энергетических уровней (число уровней равно номеру периода). Периоды содержат2, 8, 8, 18, 32и32элементов. Последний период незавершен. Разное число элементов в периодах объясняется различной последовательностью заполнения энергетических подуровней. Элементы, у которых электронами заполняетсяs-подуровень, называютсяs- элементами, у которых заполняетсяр- подуровень –р- элементами, у которых заполняетсяd- иf- подуровни - соответственноd- иf- элементами. Периоды начинаются щелочными металлами, в атомах которых на новом электронном уровне появляетсяs- электрон. Заканчиваются периоды элементами, в атомах которых полностью заполненp- подуровень внешнего уровня шестью электронами (инертные газы), кроме первого периода, заканчивающегося гелием, у которого уровень застраивается 2-мяs- электронами. В 4-ом и 5-ом периодах междуs- иp-элементами помещены 10d- элементов, а в 6-ом и 7-ом периодах- 10d-элементов и 14f-элементов.

Периодическая система состоит из 8-ми групп (или из 32 групп в длиннопериодном варианте системы). Группы обозначаются римскими цифрами I - VIIIи состоят из двух подгрупп:АиБ.

Каждая группа состоит из элементов, атомы которых имеют подобное строение электронных оболочек. Например, у калия [Ar] 4s¹ (IA), а меди -[Ar] 3d¹⁰ 4s¹ (I Б). У этих элементов на внешнем4s-подуровне имеется по одному электрону. Элементы, входящие в состав одной группы, называютсяэлектронными аналогами.

Элементы, входящие в состав одной подгруппы, являются полными электронными аналогами,так как имеют одинаковое строение электронных уровней. Например, элементыI Aгруппы имеют общую формулуns¹, а элементыI Б -(n-1) d¹⁰ ns¹.

С момента опубликования периодической системы элементов в ней появилось более 40 новых элементов. На основе периодического закона были получены искусственным путем трансурановые элементы с атомными номерами от 93 до 105 (всего 15). Их получение основано на использовании самого тяжелого из существующих на Земле элемента - урана-238, ядра которого “ надстраивают “ путем бомбардировки нейтронами. Так получают элементы до фермия ¹⁰⁰ Fm₂₅₇в ядерных реакторах. Так же образуются трансураниды и при термоядерных взрывах.

Все элементы с атомными номерами более 100 получают в ускорителях. Тяжелые атомные ядра (мишени) бомбардируются тяжелыми ионами. Те и другие после испускания нейтронов сливаются, образуя новые элементы с суммой атомных номеров компонентов. Периодическая система развивается, открываются новые элементы. По теории вероятности, рассчитанной с помощью современной вычислительной техники, предсказывается, что в 8-ом периоде должно содержаться 50 элементов, среди которых будет находиться новая группа химически близких элементов, состоящая из 18 элементов, называемых пока октадеканоидами (Z = 121-138). Верхняя граница возможной стабильности, как ее позволяет определить современный уровень знаний, находится близко к атомному номеру 174. Однако и это не предел, так как, например, из диаграммы стабильности химических элементов по Сиборгу, возможно существование элементов с атомными номерами до 500.