Періодична система елементів.

Періодична система елеме́нтів— класифікація хімічних елементів, розроблена на основі періодичного закону.

Сучасне формулювання періодичного закону звучить так: властивості елементів перебувають у періодичній залежності від заряду їхніх атомних ядер. Заряд ядра Z дорівнює атомному (порядковому) номеру елемента в системі. Елементи, розташовані за зростанням Z (H, He, Li…) утворюють 7 періодів. Період — сукупність елементів, що починається лужним металом та закінчується благородним газом (особливий випадок — перший період, що складається з двох газоподібних елементів — Н та Не). У 2-у і 3-у періодах — по 8 елементів, у 4-у і 5-у — по 18, у 6-у 32. Вертикальні стовпці — групи елементів з подібними хімічними властивостями. Всередині груп властивості елементів також змінюються закономірно (напр., у лужних металів від Li до Fr зростає хімічна активність). Елементи Z = 58-71 та Z = 90-103, особливо схожі за властивостями, утворюють два сімейства — лантаноїдів та актиноїдів. Періодичність властивостей елементів зумовлена періодичним повторенням конфігурації зовнішніх електронних оболонок атомів. У групах із зростанням порядкового номера металічні властивості елементів посилюються, а неметалічні послаблюються.

Подальший розвиток періодичної системи пов'язаний із заповненням порожніх клітин таблиці, в які поміщалися все нові й нові елементи: шляхетні гази, природні і штучно отримані радіоактивні елементи. У 2010 році, з синтезом 117 елемента, сьомий період періодичної системи був завершений, проблема нижньої межі таблиці Менделєєва залишається однією з найважливіших в сучасній теоретичній хімії.

Будова атома.

Атом — це електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів.

Ядра атомів складаються з елементарних частинок двох видів: протонів (p) і нейтронів (n). Сума протонів і нейтронів у ядрі одного атома називається нуклонним числом:

де А — нуклонне число, N — число нейтронів, Z — число протонів.

Протони мають позитивний заряд (+1), нейтрони заряду не мають (0), електрони мають негативний заряд (–1). Маси протона та нейтрона приблизно однакові, їх приймають рівними 1. Маса електрона набагато менша ніж маса протона, тому в хімії нею нехтують, вважаючи, що вся маса атома зосереджена в його ядрі.

Число позитивно заряджених протонів у ядрі дорівнює числу негативно заряджених електронів, тобто атом у цілому електронейтральний.

Атоми з однаковим зарядом ядра складають хімічний елемент.Атоми різних елементів називаються нуклідами.

Ізотопи — атоми одного й того ж елемента, які мають різне нуклонне число внаслідок різної кількості нейтронів у ядрі.

Радіоактивний розпад

Ядра нуклідів можуть розпадатися з утворенням ядер інших елементів, а також , або інших частинок.

Спонтанний розпад атомів деяких елементів називається радіоактивністю, а такі речовини — радіоактивними. Радіоактивність супроводжується випусканням елементарних частинок і електромагнітних хвиль — випромінюванням.

Рівняння ядерного розпаду— ядерні реакції — записуються таким чином:

Час, за який розпаду піддається половина атомів даного нукліда, називається періодом піврозпаду .

Елементи, що складаються тільки з радіоактивних ізотопів, називаються радіоактивними. Це елементи з 61 і 84—107.

Види радіоактивного розпаду:

1) -розпад. Випромінюються - частинки, тобто ядра атома Гелію . При цьому нуклонне число ізотопу зменшується на 4, а заряд ядра на 2 одиниці, наприклад:

2) - розпад .У нестійкому ядрі нейтрон перетворюється на протон, при цьому ядро випромінює електрони та антинейтрино. Під час - розпаду нуклонне число не змінюється, а заряд ядра збільшується на 1, наприклад:

3) -розпад. Збуджене ядро випромінює - промені з дуже малою довжиною хвилі, при цьому енергія ядра зменшується, нуклонне число і заряд ядра не змінюються, наприклад:

Будова електронних оболонок атомів елементів перших трьох періодів

Електрон має двоїсту природу: він може поводитися і як частинка, і як хвиля. Електрон у атомі не рухається за певними траєкторіями, а може перебувати в будь-якій частині навколо ядерного простору, проте ймовірність його перебування в різних частинах цього простору неоднакова. Простір навколо ядра, у якому найімовірніше перебування електрона, називається орбіталлю.

Кожний електрон у атомі перебуває на певній відстані від ядра відповідно до запасу його енергії. Електрони з більш-менш однаковою енергією формують енергетичні рівні, або електронні шари.

Число заповнених електронами енергетичних рівнів у атомі даного елемента дорівнює номеру періоду, в якому він розташований.

Число електронів на зовнішньому енергетичному рівні дорівнює номеру групи, в якій розміщений даний елемент.

У межах одного енергетичного рівня електрони можуть відрізнятися формою електронної хмари, або орбіталі. Існують такі форми орбіталей: s-форма, p-форма.Існують також d-, f-орбіталі та інші, зі складнішою формою. Електрони з однаковою формою електронної хмари утворюють однойменні енергетичні підрівні:s-, p-, d-, f-підрівні . Кількість підрівнів на кожному енергетичному рівні дорівнює номеру цього рівня. У межах одного енергетичного підрівня можливий різний розподіл орбіталей у просторі. Так, у тривимірній системі координат для s-орбіталі можливе тільки одне положення:

для р-орбіталі — три:

для d-орбіталі — п’ять, для f-орбіталі — сім.

Електрон на схемах позначається стрілкою, яка вказує його спін. Під спіном розуміють обертання електрона навколо своєї осі. Він позначається стрілкою: або . Два електрони на одній орбіталі записуються , але не .

Більше двох електронів на одній орбіталі перебувати не може (принцип Паулі).

Принцип найменшої енергії: в атомі кожний електрон розташовується так, щоб його енергія була мінімальною (що відповідає його найбільшому зв’язку з ядром).

Наприклад, розподіл електронів в атомі Хлору:

Відповідно до числа неспарених електронів Хлор може мати валентність III, V і VII.