3.4. Періодичний закон та періодична система елементів д.І.Менделєєва

Періодичний закон формулюється так: Властивості елементів, а також форми і властивості сполук елементів перебувають у періодичній залежності від зарядів ядер атомів елементів.

Графічним зображенням цього закону є періодична система, що поділена на періоди і групи.

Перший період вміщує 2 елементи (1s²); другий і третій – по 8 (ns²np⁶); четвертий і п’ятий – по 18 (ns²np⁶(n-1)d¹⁰); шостий - 32 (ns²np⁶(n-1)d¹⁰4f¹⁴); сьомий – 23 елементів (не закінчений). Усі хімічні елементи поділяють на s-, p-, d-, f- сімейства за ознакою заповнення підрівнів.

Номер групи, в якій знаходиться елемент, збігається із кількістю валентних електронів на зовнішньому енергетичному рівні його атома. Слід добре знати, що кількість валентних електронів не завжди збігається з номером групи. Так, у елементів тріади заліза число валентних електронів менше за номер групи, в якій вони знаходяться. Є ще й інші винятки.

На основі теорії будови атомів було встановлено причину періодичної зміни властивостей елементів у системі, а саме: властивості елементів змі­нюються періодично завдяки тому, що розвиток атомних структур у го­ризонтальних рядах елементів за умови плавного зростання порядкових номерів супроводжується періодичним повторенням подібних електрон­них формул, що приводить до утворення двох типів подібних елементів:

• електронних аналогів, розміщених вертикально, — груп елементів, у яких електронні формули валентних електронів однакові, наприклад:

ІА IIА IIIВ - VIIВ - VIIА VIIIА

ns¹ ns² ns²(n-1)d¹ ns²(n-1)d⁵ - ns²np⁵ ns²np⁶;

• електронних сімейств елементів, в яких заповнюється (від початку до кінця кожного горизонтального періоду) електронами один і той самий підрівень, наприклад:

s-метали: ns¹ – ns²;p-елементи: ns² np¹---ns²np⁶ ;

d-метали: ns²(n-1)d¹ ---ns²(n-1)d¹⁰;

f-елементи: ns²(n-2)f¹ --- ns²(n-2)f¹⁴.

Отже, електронні аналоги є аналогами хімічними, оскільки вони ма­ють однакову структуру валентних енергетичних рівнів і є подібними за хімічними та фізико-хімічними властивостями.

Оскільки електронна конфігурація хімічних елементів періодично змінюється зі зростанням їхніх порядкових номерів (Z), більшість фізико-хімічних характеристик атомів елементів змінюється також періодично-закономірно у періодах і групах системи елементів. Серед таких фізико-хімічних характеристик елементів, які мають вирішальний вплив на їхні властивості, а отже, і на властивості сполук, похідних від них, слід виді­лити: порядкові номери елементів Z, радіуси їхніх атомів та йонів r, по­тенціали (або енергія) йонізації I₁, енергію спорідненості до електрона E_сп, електронегативність æ, ступені окиснення елементів z. Тому пере­лічені характеристики змінюються в періодах і групах системи елементів цілком передбачувано та закономірно-періодично і їх загалом можна на­звати критеріями періодичності. Причому очевидними є взаємопов’язаність і взаємозумовленість цих критеріїв. Тобто закономірно-послідовна зміна одних із них зумовлює відповідну періодичну зміну інших, що можна подати такою послідовною схемою: періодична зміна значень Z —> зміна електронних конфігурацій елементів —> зміна радіусів атомів та йонів —> зміна енергетичних характеристик: I₁, E_сп , æ —> зміна ступенів окис­нення елементів z —> періодична зміна хімічних і фізико-хімічних влас­тивостей як самих елементів, так і простих речовин та складних сполук, які вони утворюють.