Систематика химических элементов. Периодический закон д.И.Менделеева.
Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
систематика химических элементов, основанная на открытом в 1869 году великим русским химиком Дмитрием Менделеевым системообразующем (системоупо-рядочивающем) факторе — атомном весе, отображающем периодический закон, согласно которому физико-химические свойства элементов являются периодической функцией их атомных весов. В квантовой теории, возникшей почти через 70 лет после этого открытия, было показано, что причиной периодических изменений свойств элементов является «слоистое» строение электронной оболочки атомов, структура которой периодически изменяется по мере возрастания в ней числа электронов, равного положительному электрическому заряду атомного ядра Z. Поэтому химические элементы располагаются в порядке возрастания Z, что в большинстве случаев соответствует расположению по атомным весам. Таким образом, именно заряд атомного ядра (число протонов в нем), является истинным системным фактором упорядочивания химических элементов. Периодическая таблица — графическое представление периодической системы элементов, известны несколько форм. Элементы в периодической таблице объединены в группы и периоды. Если во время открытия таблицы Менделееву было известно 62 элемента, то на начало 2002 года в таблицу внесены искусственно синтезированные атомы с Z = 110 - 112, 114, 116 и 118. Последние четыре атома синтезированы в Дубне (Россия) в 2000-2002 годах.
Периодические свойства химических элементов.
Периодичность свойств атомов элементов можно проиллюстрировать на самых разных их характеристиках. Перечислим важнейшие из них: радиус атома и атомный объем; потенциал ионизации; сродство к электрону; электроотрицательность атома (рис); степени окисления; физические свойства соединений (плотность, температуры плавления и кипения). Потенциал (энергия) ионизации I - энергия, необходимая для отрыва наиболее слабо связанного электрона от атома: X → Х+ + е. Наименьшие потенциалы ионизации - у щелочных металлов, наибольшие - у инертных газов. Сродство к электрону Е - энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому: X + е → X-. Наибольшее сродство к электрону - у галогенов, наименьшее - у металлов.
Строение молекул и химическая связь. Квантово-механическое описание химической связи.
Получить ответ, удовлетворительно объясняющий природу и механизм химической связи, оказалось возможным только после появления квантово-механической теории строения атома, так как при образовании связи проявляются специфические для микрообъектов свойстваэлектронов.
С точки зрения квантовой механики при образовании химической связи между атомами их электронные орбитали перекрываются. В результате в межъядерной области создается повышенная электронная плотность по сравнению с электронной плотностью в изолированныхатомах, которая как бы стягивает ядра в единую устойчивую систему (рис.1, а). В силу особенностей электронных состояний между ядрами может происходить не повышение электронной плотности, а, наоборот, уменьшение ее до нуля. В этом случае химическая связь не образуется (рис. 1, б). Причины устойчивости многоатомной частицы заключаются в понижении энергии ее образования. Рассмотрим, например, изменение энергии при сближении двух атомов водорода, находящихся на бесконечно большом расстоянии (r = ∞) друг от друга. Потенциальную энергию Е при г = ∞ примем равной нулю.
Рис.1 Взаимодействие между атомами водорода, приводящее к образованию связи (а) и не приводящее к образованию связи (б)
Система состоит из двух протонов и двух электронов. Между частицами возникает два типа сил: силы отталкивания между электронами двух атомов и протонами атомов и силы притяжения между протонами и электронами.