2. Построение периодической системы элементов и периодический закон

Именно «послойное» строение электронных оболочек атомов и объясняет периодическое изменение физических и химических свойств химических элементов.

Пользуясь правилами квантовой механики, легко понять построение периодической системы элементов. Так, номер периода, в котором расположен элемент, соответствует значению главного квантового числа n. Номер группы – количеству элементов электронов во внешнем (валентном) слое (уровне), которое определяет валентные возможности атомов элементов. Номер элемента в таблице Д.И.Менделева – это заряд его атомного ядра и соответственно общее число электронов в атоме.

Таблица 4

№ периода	Квантовые числа				Строение внешнего электронного слоя (валентного)	Электронные формулы элементов периода
	n	1	m
			Число значений m=2n+1	значения
I	1	0	1	0	1S □	H: 1S1 He: 1S2
II	2	0 1	1 3	0 -1;0;+1	2S □ 2p □□□	Li: 1S22S1 Be: 1S22S2 B: 1S22S22p1 C: 1S22S22p2 N: 1S22S22p3 F: 1S22S22p5 Ne: 1S22S22p5
III	3	0 1 2	1 3 5	0 -1;0;+1 -2;-1;0;+1;+2	3S □ 3p □□□ 3d □□□□□	Na: 1S22S22p63S1 Mg: 1S22S22p63S2 Al: 1S22S22p63S23p1………..Ar: 1S22S22p63S23p6 заполняетсяв 4 периоде
IV	4	0 1 2 3	1 3 5 7	0 -1;0;+1 -2;-1;0;+1;+2 -3;-2;-1;0;+1;+2;+3	4S □ 4p □□□ 4d □□□□□ 4f □□□□□□□	K: 1S22S22p63S23p64S1 Ca: ………………….3p64S2 Sc: …. 4S23d1 ………………… Zn: …………………4S23d10 Ga: ….4S23d104p1 ………….. Kr: …………………. 4S23d104p6 заполняется в 5 периоде заполняется в 6 периоде

В таблице 4 показано строение внешнего внешнего электронного слоя для элементов с I по IV период периодической системы элементов (Η-Кг). В III периоде возникший разрешенный подуровень 3d остается не заполненным, а электроны начинают заселять его лишь после заполнения подуровня 4S.Происходит это в полном соответствии с правилами Клечковского. Так, сумма (n+1) для 3d и 4S n+1=4+0=4. В этом случае первым заселяется подуровень с большим значением n , т.е. 4S. По той же причине подуровень 4f начинает заселяться лишь в VI периоде (лантаноиды).

3. Валентные возможности элементов

Валентность – количество химических связей, которые образует данный элемент с другими, входящими в состав рассматриваемого химического соеденения.

Вопрос об оценке валентных возможностей атомов, т.е. количества электронов в атоме, способных принять участие в образовании химических связей, является весьма сложным и лежит в области квантовой механики, связанной с расчетами энергии электронов и межуровневых переходов.

В настоящее время считается, что валентные возможности атомов определяются числом неспаренных электронов, которые могут образоваться на валентном энергетическом уровне. Образование неспаренных электронов связано с переводом атома в так называемое «возбужденное» состояние из «основного», в котором электроны распределены по атомным орбиталям в соответствии с принципом наименьшей энергии и правилом Гунда.

Такой переход возможен не для всех атомов, так как он требует наличия свободныхразрешенных квантовых состояний (или орбиталей). Сравним валентныевозможностиэлектронных аналогов фтора и хлора. Строение их внешнего электронного слоя в невозбужденном (основном) состоянии совершенно одинаково. Разница лишь в том, что во внешнем слое у фтора существует только2разрешенных подуровня (n= 2;I= 0,1):2sи2р , а хлора - -3 (n=3;I=0,1,2) :3s, Зpи 3d:

У атома фтора валентный уровень содержит один неспаренный электрон и иная электронная конфигурация невозможна из-за отсутствия свободных орбиталей. Поэтому фтор проявляет только одну валентность, равную I. Наличие во внешнем слое хлора свободного 3d-подуровня дает возможность перехода электронов с 3s и Зр на 3d. Это создает дополнительные валентные возможности для атома. Хлор проявляет кроме 1 еще и валентности 3, 5 и 7.

Обобщая многочисленные экспериментальные данные и результаты квантовомеханических расчетов, можно предложить некоторые рекомендации, облегчающие оценку валентных возможностей различных элементов (таблица 5).

Таблица 5

№ группы	Валентные электроны	Значения валентности	Элементы, проявляю­щие данные значения валентности	Примеры химических соединений
I	s	1	Все элементы группы I	NaCl; K2SО4; AgCl; AuCl
	s, d	2,3	Сu, Ag, Аu	CuSО4; AgO; AuCI3
II	s	2	Все элементы группы II	MgCl2; Hg2Cl2(Cl-Hg-Hg-CI)
III	P	1	In; Т1	InCl; TINO3
	s,p	3	В; Al; Ga; In; Τl	AlCl3; Ga2O3
	s,d	3	Sc, Y, лантаноиды	Sc2O3
	s	2	лантаноиды	CeO
	s, f	4,5,6,7	актиноиды	vo3
IV	P	2	Все элементы главной подгруппы	CO; SiO; PbO
	s,p	4		CO2; SiO2; GeO2
	s	2	Ti; Zr; Hf	TiO
	s, d	4		ТiO2
V	P	1,2,3 3	N Все элементы главной подгруппы	N2O; NO; N2O3 P2O3
	s,p	4,5 5	N Все элементы главной подгруппы	no2 HNO3; KBiO3
	s	2	V	VO
	s, d	3.4 3.5 5	V Nb Та	V2O3; VO2 Nb2O3;Nb2O5 Ta2O5

VI	Р	2	O, S, Se, Те	H20; H2S
		4	S, Se, Те	SO2
	s,p	6	S, Se, Те	H2SO4
	S	2	Cr, Mo, W
	s, d	3	Cr, Mo	Cr2O5
		4,5	Mo, W	MoO2; W2O5
		6	Cr, Mo, W	K2Cr2O7; M0O3
VII	Р	1	F, Cl, Br, I	HCl; HF
	s,p	3, 5,7	Cl, Br, I	HClO2; HBrO3; HClO4
	s	2	Mn	MnO
	s. d	3,4,6,7	Mn, Re	Mn2O3; MnO2; H2MnO4
				KMnO4
VIII	s	2	Fe, Co, Ni, Pd, Pt	FeO; CoCl2
	s, d	3	Fe, Co, Ni	Ni2O3; FeCl3
		4	Pd, Pt	PtCl4
		6	Fe, Pt	K2Fe04; PtF6
		8	Os	OsO4
	P	2,4	Kr, Xe	KrF2; XeF4
		6	Xe	XeF6; Xe03