Sustavi kemijskih elemenata d i Mendeljejeva. Periodni sustav kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva. Struktura i pravila postavljanja elemenata

Grafički prikaz periodnog zakona je periodni sustav (tablica). Horizontalni redovi sustava nazivaju se periode, a okomiti stupci grupe.

U sustavu (tablica) postoji ukupno 7 perioda, a broj perioda jednak je broju elektronskih slojeva u atomu elementa, broju vanjske (valentne) energetske razine i vrijednosti glavni kvantni broj za najvišu razinu energije. Svaka perioda (osim prve) počinje s-elementom - aktivnim alkalnim metalom i završava inertnim plinom, a prethodi mu p-element - aktivni nemetal (halogen). Ako se krećete kroz period s lijeva na desno, onda s povećanjem naboja atomskih jezgri kemijski elementi kratke periode povećavat će se broj elektrona na vanjskoj energetskoj razini, zbog čega se mijenjaju svojstva elemenata - od tipično metalnih (budući da je na početku periode aktivan alkalni metal), preko amfoternih ( element pokazuje svojstva i metala i nemetala) do nemetala (aktivni nemetal – halogen na kraju perioda), tj. metalna svojstva nemetalne postupno slabe i jačaju.

U velikim periodima, s povećanjem naboja jezgri, punjenje elektrona je teže, što objašnjava složeniju promjenu svojstava elemenata u odnosu na elemente malih perioda. Dakle, u parnim redovima dugih perioda, kako naboj jezgre raste, broj elektrona u vanjskoj energetskoj razini ostaje konstantan i jednak 2 ili 1. Prema tome, dok razina do vanjske (druga izvana) ispunjen elektronima, svojstva elemenata u parnim redovima se sporo mijenjaju. Pri prelasku na neparne serije, s povećanjem nuklearnog naboja, broj elektrona u vanjskoj energetskoj razini raste (od 1 do 8), svojstva elemenata se mijenjaju na isti način kao u malim periodima.

DEFINICIJA

Vertikalni stupci u periodnom sustavu su grupe sličnih elemenata elektronička struktura i kao kemijski analozi. Grupe su označene rimskim brojevima od I do VIII. Postoje glavne (A) i sekundarne (B) podskupine, od kojih prva sadrži s- i p-elemente, a druga - d-elemente.

Broj A podskupine pokazuje broj elektrona na vanjskoj energetskoj razini (broj valentnih elektrona). Za elemente podskupine B ne postoji izravna veza između broja grupe i broja elektrona na vanjskoj energetskoj razini. U A-podskupinama metalna svojstva elemenata rastu, a nemetalna svojstva opadaju s povećanjem naboja jezgre atoma elementa.

Postoji odnos između položaja elemenata u periodnom sustavu i strukture njihovih atoma:

- atomi svih elemenata iste periode imaju jednak broj razine energije, djelomično ili potpuno ispunjen elektronima;

- atomi svih elemenata podskupine A imaju jednak broj elektrona na vanjskoj energetskoj razini.

Plan za karakterizaciju kemijskog elementa na temelju njegovog položaja u periodnom sustavu

Obično se kemijski element karakterizira na temelju njegovog položaja u periodnom sustavu prema sljedećem planu:

- naznačiti simbol kemijskog elementa, kao i njegov naziv;

— navesti redni broj, broj razdoblja i skupinu (vrstu podskupine) u kojoj se element nalazi;

— navesti naboj jezgre, maseni broj, broj elektrona, protona i neutrona u atomu;

- zapisati elektroničku konfiguraciju i označiti valentne elektrone;

- skicirati elektronske grafičke formule za valentne elektrone u osnovnom i pobuđenom (ako je moguće) stanju;

— navesti familiju elementa, kao i njegovu vrstu (metal ili nemetal);

- usporediti svojstva jednostavna tvar sa svojstvima jednostavnih tvari koje tvore elementi susjedni u podskupini;

- usporediti svojstva jednostavne tvari sa svojstvima jednostavnih tvari koje tvore elementi susjedni u periodi;

- naznačiti formule viših oksida i hidroksida s Kratak opis njihova svojstva;

— navesti vrijednosti minimalnog i maksimalnog oksidacijskog stanja kemijskog elementa.

Karakteristike kemijskog elementa na primjeru magnezija (Mg)

Razmotrimo karakteristike kemijskog elementa na primjeru magnezija (Mg) prema gore opisanom planu:

1. Mg – magnezij.

2. Redni broj – 12. Element se nalazi u 3. periodi, u skupini II, A (glavnoj) podskupini.

3. Z=12 (naboj jezgre), M=24 (maseni broj), e=12 (broj elektrona), p=12 (broj protona), n=24-12=12 (broj neutrona).

4. 12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 – elektronska konfiguracija, valentni elektroni 3s 2.

5. Osnovno stanje

Uzbuđeno stanje

6. s-element, metal.

7. Najviši oksid – MgO – pokazuje sljedeća svojstva:

MgO + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O

MgO + N 2 O 5 = Mg(NO 3) 2

Baza Mg(OH) 2 odgovara magnezijevom hidroksidu, koji pokazuje sva tipična svojstva baza:

Mg(OH) 2 + H 2 SO 4 = MgSO 4 + 2H 2 O

8. Oksidacijsko stanje “+2”.

9. Metalna svojstva magnezija izraženija su od berilija, ali slabija od kalcija.

10. Metalna svojstva magnezija su manje izražena od natrija, ali jača od aluminija (susjednih elemenata 3. periode).

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Sastoji se od okomitih redova (skupina) i vodoravnih redova (točaka). Da bismo bolje razumjeli principe kombiniranja elemenata u skupine i razdoblja, razmotrimo nekoliko elemenata, recimo prvu, četvrtu i sedmu skupinu.

Iz gornjih elektroničkih konfiguracija jasno je da su vanjske (s najvećom energijom) elektronske ljuske atoma iste skupine podjednako ispunjene elektronima. Elementi koji se nalaze u istom okomitom stupcu tablice pripadaju jednoj skupini. Elementi skupine IVA periodnog sustava imaju dva elektrona u s orbitali i dva elektrona u p orbitali. Konfiguracija vanjske elektronske ljuske atoma fluora F, klora Cl i broma Br također je ista (dva s i pet p elektrona). I ti elementi pripadaju jednoj skupini (VIIA). Atomi elemenata iste skupine imaju istu strukturu vanjske elektronske ljuske. Zato takvi elementi imaju slične Kemijska svojstva. Kemijska svojstva svakog elementa određena su elektronskom strukturom atoma tog elementa . Ovo je temeljni princip moderne kemije. To je ono što je u osnovi periodnog sustava elemenata.

Broj grupe periodnog sustava odgovara broju elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci atoma elemenata ove skupine. Broj perioda (vodoravni red periodnog sustava) podudara se s brojem najviše zauzete elektronske orbitale. Na primjer, natrij i klor su elementi 3. perioda i obje vrste atoma imaju najvišu razinu ispunjenu elektronima - treću.

Strogo govoreći, broj elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci određuje broj skupine samo za takozvane neprelazne elemente koji se nalaze u skupinama sa slovnim indeksom A.

Elektronička struktura atoma određuje kemijska i fizikalna svojstva elemenata. A budući da se elektronska struktura atoma ponavlja nakon razdoblja, svojstva elemenata također se ponavljaju periodički.

Periodični zakon D. I. Mendeljejeva ima sljedeću formulaciju: "Svojstva kemijskih elemenata, kao i oblici i svojstva jednostavnih tvari i spojeva koje tvore, periodički ovise o veličini naboja jezgri njihovih atoma".

Atomske veličine

Trebali bismo se zadržati na još dvije vrste informacija dobivenih iz periodnog sustava. Prvo od njih je pitanje veličine (radijusa) atoma. Ako se pomaknete prema dolje unutar dane skupine, pomicanje na svaki sljedeći element znači ispunjavanje sljedećeg elektronima, sve više i više visoka razina. U skupini IA, vanjski elektron atoma natrija nalazi se u 3s orbitali, kalija je u 4s orbitali, rubidija je u 5s orbitali itd. Budući da je 4s orbitala veća od 3s orbitale, atom kalija je veći od atoma natrija. Iz istog razloga u svakoj skupini veličina atoma raste odozgo prema dolje .

Kako se krećete udesno kroz razdoblje, atomske mase se povećavaju, ali se veličine atoma u pravilu smanjuju. U 2. periodi, na primjer, neonski atom Ne manji je od atoma fluora, koji je pak manji od atoma kisika.

Elektronegativnost

Još jedan trend koji otkriva periodni sustav je prirodna promjena u elektronegativnosti elemenata, odnosno relativna sposobnost atoma da privuku elektrone koji tvore veze s drugim atomima. Na primjer, atomi plemenitih plinova nemaju tendenciju dobivanja ili gubitka elektrona, dok atomi metala lako prepuštaju elektrone, a atomi nemetala ih lako prihvaćaju. Elektronegativnost (sposobnost privlačenja, stjecanja elektrona) raste slijeva nadesno unutar razdoblja i odozdo prema gore unutar skupine. Posljednja skupina (inertni plinovi) ne spada u ove obrasce.

Fluor F, koji se nalazi u gornjem desnom kutu periodnog sustava, je najelektronegativniji element, a francij Fr, koji se nalazi u donjem lijevom kutu, je najmanje elektronegativan. Promjena elektronegativnosti također je prikazana strelicama na slici. Koristeći se ovom pravilnošću, može se, na primjer, ustvrditi da je kisik elektronegativniji element od ugljika ili sumpora. To znači da atomi kisika privlače elektrone jače od atoma ugljika i sumpora.

Paulingova prva i široko poznata ljestvica relativne atomske elektronegativnosti kreće se od 0,7 za atome francija do 4,0 za atome fluora.

Elektronička struktura plemenitih plinova

Elementi posljednje skupine periodnog sustava nazivaju se inertni (plemeniti) plinovi. U atomima ovih elemenata, osim helija He, nalazi se osam elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci. Plemeniti plinovi ne stupaju u kemijske reakcije i ne stvaraju nikakve spojeve s drugim elementima (osim vrlo rijetkih iznimaka). To je zato što je konfiguracija od osam elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci izuzetno stabilna.

Nastaju atomi drugih elemenata kemijske veze tako da se u njihovoj vanjskoj ljusci nalazi osam elektrona. Ovaj položaj se često naziva pravilo okteta .

PERIODNI SUSTAV, uređen skup kemikalija. elementi, njihove prirode. , što je tablični izraz. Prototip periodike kemijski sustavi elemenata temeljio se na tablici "Iskustvo sustava elemenata na temelju njihove kemijske sličnosti", koju je sastavio D. I. Mendeljejev 1. ožujka 1869. (slika 1). posljednje Tijekom godina, znanstvenik je poboljšao tablicu, razvio ideje o razdobljima i grupama elemenata i mjestu elementa u sustavu. Godine 1870. Mendeljejev je sustav nazvao prirodnim, a 1871. periodičkim. Kao rezultat toga, već tada je periodni sustav u mnogočemu stekao svoj moderni oblik. strukturne obrise. Na temelju njega Mendeljejev je predvidio postojanje svetaca ca. 10 nepoznatih elemenata; ta predviđanja su naknadno potvrđena.

Riža. 1 Tablica “Iskustvo sustava elemenata na temelju njihove kemijske sličnosti” (D. I. Mendeljejev. I mirta 1869).

Međutim, tijekom sljedećih više od 40 godina periodni sustav znači. stupanj je bio samo empirijski. generaliziranje činjenica, budući da nije bilo fizičke objašnjenje razloga periodic. promjene u CB-B elementima ovisno o njihovom porastu. Takvo objašnjenje bilo je nemoguće bez dobro utemeljenih ideja o strukturi (vidi). Stoga je najvažnija prekretnica u razvoju periodnog sustava bio planetarni (nuklearni) model koji je predložio E. Rutherford (1911.). Godine 1913. A. van den Broek je došao do zaključka da je element u periodnom sustavu brojčano jednak pozi. naboj (Z) njegove jezgre. Taj je zaključak eksperimentalno potvrdio G. Moseley (Moseleyjev zakon, 1913.-14.). Kao rezultat toga, periodično zakon dobio stroge fizičke formulacijom, bilo je moguće nedvosmisleno utvrditi sljedeće. granica periodnog sustava (H kao element s minimumom Z=1), ocijeniti točan broj elemente između H i U i odredite koji elementi još nisu otvoreni (Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87). U početku je razvijena teorija periodnog sustava. 1920-ih godina (Pogledaj ispod).

Struktura periodnog sustava. Suvremeni periodni sustav uključuje 109 kemijskih elemenata (postoje podaci o sintezi elementa sa Z = 110 1988. godine). Od ovih u prirodnim pronađeni predmeti 89; svi elementi koji slijede nakon U, ili (Z = 93 109), kao i Tc (Z = 43), Pm (Z = 61) i At (Z = 85) umjetno su sintetizirani korištenjem razgradnje. . Elementi sa Z = 106 109 još nisu dobili imena, pa u tablicama nema odgovarajućih simbola; za element sa Z = 109 maksimalne vrijednosti su još uvijek nepoznate. dugovječan

Tijekom cijele povijesti periodnog sustava objavljeno je više od 500 različitih verzija njegove slike. To je bilo zbog pokušaja da se pronađe racionalno rješenje za neke kontroverzne probleme strukture periodnog sustava (smještaj H, lantanida itd.). Naib. širiti na sljedeći način. tablični oblici izražavanja periodnog sustava: 1) kratki je predložio Mendeljejev (u današnjem obliku nalazi se na početku sveska na obojanom zaletcu); 2) dugu je razvio Mendeljejev, poboljšao 1905. A. Werner (slika 2); 3) stubište objavljeno 1921. H. (sl. 3). Posljednjih desetljeća, kratki i dugi oblici posebno su naširoko korišteni, jer su vizualni i praktično praktični. Sve navedeno. oblici imaju određene prednosti i nedostatke. Međutim, teško da je moguće ponuditi k.-l. sveučilišta. varijantu prikaza periodnog sustava, koji bi adekvatno odražavao svu raznolikost svijeta kemije. elemenata i specifičnosti promjena u njihovim kemijskim. ponašanje kako Z raste.

Fundam. Načelo konstrukcije periodnog sustava je razlikovati periode (vodoravni redovi) i skupine (okomiti stupci) elemenata u njemu. Suvremeni periodni sustav sastoji se od 7 razdoblja (sedma, koja još nije dovršena, trebala bi završiti hipotetskim elementom sa Z = 118) i 8 skupina.Period se zove. skup elemenata koji počinje (ili prvo razdoblje) i završava. Brojevi elemenata u točkama prirodno se povećavaju i, počevši od druge, ponavljaju se u parovima: 8, 8, 18, 18, 32, 32, ... ( poseban slučaj prva perioda koja sadrži samo dva elementa). Grupa elemenata nema jasnu definiciju; Formalno, njegov broj odgovara max. značenje njegovih sastavnih elemenata, ali taj uvjet u nizu slučajeva nije ispunjen. Svaka skupina je podijeljena na glavne (a) i sekundarne (b) podskupine; svaki od njih sadrži elemente koji su kemijski slični. st. ti, koje karakterizira ista vanjska struktura. elektronske ljuske. U većini skupina elementi podskupina a i b pokazuju određenu kemikaliju. sličnost, prem. u višim .

Posebno mjesto u strukturi periodnog sustava zauzima VIII skupina. Dugo vremena vremena pripisani su joj samo elementi “trijada”: Fe-Co-Ni i (Ru Rh Pd i Os-Ir-Pt), a svi su postavljeni na nezavisne položaje. nulta grupa; stoga je periodni sustav sadržavao 9 skupina. Nakon što je u 60-ima. primljeni su konj. Xe, Kr i Rn počeli su se stavljati u podskupinu VIIIa, a nulta skupina je ukinuta. Elementi trijada činili su podskupinu VIII6. Ovaj "strukturni dizajn" skupine VIII sada se pojavljuje u gotovo svim objavljenim izrazima periodnog sustava.

Hoće li razlikovati. Značajka prve periode je da sadrži samo 2 elementa: H i He. zbog svetih – jedinstava. element koji nema jasno određeno mjesto u periodnom sustavu. Simbol H stavlja se ili u podskupinu Ia, ili u podskupinu VIIa, ili u obje istovremeno, stavljajući simbol u zagradu u jednu od podskupina, ili ga na kraju prikazujući kao odvojenog. fontovi. Ovi načini raspoređivanja H temelje se na činjenici da ima određene formalne sličnosti s oba.

Riža. 2. Dugi periodični oblik. kemijski sustavi elementi (moderna verzija). Riža. 3. Periodični oblik ljestvice. kemijski sustavi elementi (H., 1921).

Drugo razdoblje (Li-Ne), koje sadrži 8 elemenata, počinje s Li (jedinica, + 1); a zatim Be(+2). Metalik znak B (+3) je slabo izražen, a sljedeći, C, je tipičan (+4). Sljedeći su N, O, F i Ne nemetali, pri čemu samo N ima najveći + 5 koji odgovara broju skupine; O i F su među najaktivnijima.

Treće razdoblje (Na-Ar) također uključuje 8 elemenata, prirodu kemijske promjene. St. u kojem je u mnogočemu sličan onom promatranom u drugom razdoblju. Međutim, Mg i Al su više "metalni" od odgovarajućih. Be i B. Ostali elementi su Si, P, S, Cl i Ar nemetali; svi izlažu , jednak broju grupe, osim Ar. T.arr., u drugoj i trećoj periodi, kako Z raste, opaža se slabljenje metalnih i povećanje nemetalnih. prirodu elemenata.

Svi elementi prve tri periode pripadaju podskupini a. Prema suvremenom terminologijom se nazivaju elementi koji pripadaju podskupinama Ia i IIa. I-elementi (u tablici boja njihovi simboli su dani crvenom bojom), do podskupina IIIa-VIIIa-p-elemenata (narančasti simboli).

Četvrta perioda (K-Kr) sadrži 18 elemenata. Nakon K i zemnoalkalnih. Ca (s-elementi) slijedi niz od 10 tzv. prijelaza (Sc-Zn), ili d-elemenata (plavi simboli), koji su uključeni u podskupine b. Većina (svi - ) pokazuje veći , jednak broju skupine, isključujući trijadu Fe-Co-Ni, gdje Fe pod određenim uvjetima ima +6, a Co i Ni su maksimalno trovalentni. Elementi od Ga do Kr pripadaju podskupini a (p-elementi), a priroda promjene njihovih svojstava umnogome je slična promjeni svojstava elemenata druge i treće periode u odgovarajućim intervalima Z vrijednosti Za Kr je dobiveno nekoliko. relativno stabilni spojevi, uglavnom s F.

Peta perioda (Rb-Xe) konstruirana je slično četvrtoj; ima i umetak od 10 prijelaznih, odnosno d-elemenata (Y-Cd). Osobitosti promjena jakosti elemenata u razdoblju: 1) u trijadi Ru-Rh-Pd pokazuje najviše 4-8; 2) svi elementi podskupina a, uključujući Xe, pokazuju veće vrijednosti jednake broju skupine; 3) I ima slaba metalna svojstva. Sv. T. na primjer, svojstva elemenata četvrte i pete periode se složenije mijenjaju s porastom Z nego svojstva elemenata u drugoj i trećoj periodi, što je prvenstveno zbog prisutnosti prijelaznih d-elemenata.

Šesta perioda (Cs-Rn) sadrži 32 elementa. Uz deset d-elemenata (La, Hf-Hg), uključuje obitelj od 14 f-elemenata (crni simboli, od Ce do Lu)-lantanida. Po kemiji su vrlo slični. Sveto ti (po mogućnosti na +3) i zato ne može. postavljeni prema različitim grupe sustava. U skraćenom obliku periodnog sustava svi lantanidi su uključeni u podskupinu IIIa (La), a njihova ukupnost je dešifrirana ispod tablice. Ova tehnika nije bez nedostataka, jer se čini da je 14 elemenata izvan sustava. U dugom i ljestvičastom obliku periodnog sustava specifičnost se ogleda u općoj pozadini njegove strukture. Dr. značajke elemenata razdoblja: 1) u trijadi Os Ir Pt samo Os pokazuje maks. +8; 2) At ima izraženiji metalni učinak u odnosu na I. lik; 3) Rn max. je reaktivan, ali njegov jak kemijski sastav otežava proučavanje. Sv.

Sedmo razdoblje, kao i šesto, trebalo bi sadržavati 32 elementa, ali još nije dovršeno. Fr odnosno Ra elementi. podskupine Ia i IIa, Ac je analog elemenata podskupine III6. Prema aktinidnom konceptu G. Seaborga (1944.), nakon Ac dolazi familija od 14 f elemenata (Z = 90 103). U kratkom obliku periodnog sustava, potonji su uključeni u Ac i na sličan su način napisani kao dept. linija ispod tablice. Ova tehnika pretpostavljala je prisutnost određene kemikalije. sličnosti između elemenata dviju f-obitelji. Međutim, detaljna studija pokazala je da oni pokazuju mnogo širi raspon, uključujući i +7 (Np, Pu, Am). Osim toga, teške karakterizira stabilizacija nižih (+ 2 ili čak +1 za Md).

Kemijska procjena priroda Ku (Z = 104) i Ns (Z = 105), sintetiziranih u više pojedinačnih, vrlo kratkotrajnih, omogućila nam je da zaključimo da su ti elementi analozi respektivno. Hf i Ta, tj. d-elementi, i trebaju se nalaziti u podskupinama IV6 i V6. Chem. elementi sa Z = 106 109 nisu izvedeni, ali se može pretpostaviti da pripadaju sedmoj periodi. Računalni proračuni pokazuju da elementi sa Z = 113,118 pripadaju p-elementima (podskupina IIIa VIIIa).

Teorija periodnog sustava bio preem. stvorio H. (1913 21) na temelju kvantnog modela koji je predložio. Uzimajući u obzir specifičnosti promjena svojstava elemenata u periodnom sustavu i informacije o njima, razvio je shemu za konstrukciju elektroničkih konfiguracija s porastom Z, čime je postao osnova za objašnjenje fenomena periodičnosti i strukture periodnog sustava. . Ova se shema temelji na određenom slijedu popunjavanja ljuski (također nazvanih slojevima, razinama) i podljuskama (ljuskama, podrazinama) u skladu s povećanjem Z. Slične elektroničke konfiguracije ext. elektronske ljuske ponavljaju se periodički, što određuje periodičnost. kemijska promjena elementi sv. To je ono što pogl. izazvati fizičke prirodu fenomena periodičnosti. Elektroničke ljuske, osim onih koje odgovaraju vrijednostima 1 i 2 glavnog kvantnog broja l, ne pune se sekvencijalno i monotono do potpunog završetka (brojevi u sekvencijalnim ljuskama su: 2, 8, 18, 32, 50,... ); njihova se izgradnja povremeno prekida pojavom agregata (koji čine određene podljuske), koji odgovaraju velikim vrijednostima n. To je bit bića. osobitost “elektroničke” interpretacije strukture periodnog sustava.

Shema za formiranje elektroničkih konfiguracija, koja je temelj teorije periodnog sustava, odražava, dakle, određeni slijed pojavljivanja kako Z raste agregata (podljuske), karakteriziranih određenim vrijednostima glavnog i orbitalnog (l) kvantni brojevi. Ova shema u opći pogled napisana je u obliku tablice. (Pogledaj ispod).

Okomite linije odvajaju podljuske, koje se popunjavaju u elemente koji čine niz. razdoblja periodnog sustava (brojevi razdoblja označeni su brojevima na vrhu); Podljuske koje dovršavaju formiranje ljuski s danom stavkom istaknute su podebljano.

Brojevi u ljuskama i podljuskama definirani su na . U odnosu na , kao čestice s polucijelim brojem, on postulira da ni na koji način. dva s iste vrijednosti svi kvantni brojevi. Kapaciteti ljuske i podljuske su jednaki. 2n 2 i 2(2l + 1). Ovo načelo ne definira.

međutim, redoslijed formiranja elektroničkih konfiguracija kako raste Z. Iz gornjeg dijagrama, kapaciteti se nalaze u seriji. razdoblja: 2, 8, 18, 32, 32, ....

Svaki period počinje elementom u kojem se prvi put pojavljuje sa zadanom vrijednošću n na l = 0 (ns 1 -elementi), a završava elementom u kojem je popunjena podljuska s istim n i l = 1 (np 6 -elementi Vi); iznimka je prva perioda (samo elementi 1s). Svi s- i p-elementi pripadaju podskupini a. Podskupine b uključuju elemente u kojima su dovršene ljuske koje su prethodno ostale nedovršene (vrijednosti h su manje od broja perioda, l = 2 i 3). Prve tri periode uključuju elemente samo podskupine a, odnosno s- i p-elemente.

Stvarna shema za konstruiranje elektroničkih konfiguracija opisana je tzv. (n + l)-pravilo formulirao (1951.) V. M. Klechkovsky. Izgradnja elektroničkih konfiguracija događa se u skladu s uzastopnim povećanjem zbroja (n + /). Štoviše, unutar svakog takvog zbroja prvo se popunjavaju podljuske s većim l i manjim n, zatim s manjim l i većim n.

Počevši od šestog razdoblja, konstrukcija elektroničkih konfiguracija zapravo postaje složenija, što se izražava u kršenju jasnih granica između sukcesivno ispunjenih podljusaka. Na primjer, 4f elektron se ne pojavljuje u La sa Z = 57, već u sljedećem Ce (Z = 58); sekvencijalno u Gd je prekinuta konstrukcija podljuske 4f ​​(Z = 64, prisutnost 5d elektrona). Takvo "zamagljivanje periodičnosti" jasno utječe na sedmu periodu za Z > 89, što se odražava na svojstva elemenata.

Prava shema izvorno nije izvedena iz k.-l. rigorozna teoretska reprezentacije. Temeljio se na poznatoj kem. sveti elementi i informacije o njihovim spektrima. Valjano fizički stvarna shema dobila je svoje opravdanje primjenom metoda na opis strukture. U kvantnoj meh. tumačenje teorije strukture, koncept elektroničkih ljuski i podljusaka sa striktnim pristupom izgubilo je svoje izvorno značenje; pojam atomskog sada se široko koristi. Ipak, razvijeni princip fizikalne Tumačenje fenomena periodičnosti nije izgubilo na značenju i, u prvim okvirima, prilično iscrpno objašnjava teorijsku teoriju. osnove periodnog sustava. U svakom slučaju, objavljeni oblici periodnog sustava odražavaju ideju o prirodi raspodjele među školjkama i podljuskama.

Struktura i kemijska svojstva elemenata. Glavna obilježja kemije. ponašanje elemenata određeno je prirodom konfiguracija vanjskih (jedne ili dvije) elektronske ljuske. Ove značajke su različite za elemente podskupine a (s- i p-elementi), podskupine b (d-elementi), f-obitelji ( i ).

Posebno mjesto zauzimaju elementi 1s prve periode (H i He). zbog prisutnosti u samo jednom postoji velika razlikaSv. Konfiguracija He (1s 2) je izuzetna, što određuje njegov kemijski sastav inercija. Budući da su elementi podskupina a popunjeni ekst. elektronskih ljuski (s n jednakim broju periode), svojstva elemenata se zamjetno mijenjaju s porastom Z u odgovarajućim periodima, što se izražava u slabljenju metalnih i jačanju nemetalnih. Sv. Svi osim H i He su p-elementi. U isto vrijeme, u svakoj podskupini a, kako Z raste, opaža se porast metalnosti. Sv. Ti obrasci se objašnjavaju slabljenjem vanjske energije vezanja. s jezgrom tijekom prijelaza iz razdoblja u razdoblje.

Značenje periodnog sustava. Taj je sustav igrao i nastavlja igrati ogromnu ulogu u razvoju pluralizma. prirodna znanost disciplinama. Postala je važna karika u atomskom pristaništu. učenja, pridonio oblikovanju modern. pojam "kemijski element" i pojašnjenje ideja o jednostavnim tvarima i spojevima. utjecaj na razvoj teorije strukture i nastanak pojma izotopije. Strogo znanstveno je povezano s periodnim sustavom. formulacija problema predviđanja u tomeočitovalo se kako u predviđanju postojanja nepoznatih elemenata i njihovih svojstava, tako i novih kemijskih svojstava. ponašanje već otvorenih elemenata. Periodni sustav najvažnija je osnova inorg. ; služi, na primjer, zadacima sinteza tvari s unaprijed određenim svojstvima, stvaranje novih materijala, posebice poluvodičkih materijala, izbor specifičnih materijala. za razl. kem. procesima. Periodni sustav - znanstveni. opća i neorganizacijska nastavna baza , kao i pojedine grane atomske fizike.

Lit.: Mendeleev D.I., Periodični zakon. Osnovni članci, M., 1958; Kedrov B. M.. Tri aspekta atomizma, dio 3. Mendelejevljev zakon, M., 1969; Trifonov D N., O kvantitativnoj interpretaciji periodičnosti, M., 1971; Trifonov D. N., Krivomazov A. N., Lisnevsky Yu. I., Doktrina periodičnosti i doktrina. Kombinirana kronologija najvažnijih događaja. M., 1974.; Karapetyami MX. Drakii S.I., Stroenie, M., 1978; Doktrina periodičnosti. Povijest i suvremenost. sub. članci. M.. 1981. Korolkov D.V., Osnove, M., 1982; Melnikov V.P., Dmitriev I.S. Dodatne vrste periodičnosti u periodnom sustavu D.I.Mendelejeva, M. 1988. D.N Trifonov.

Svojstva kemijskih elemenata omogućuju njihovo spajanje u odgovarajuće skupine. Na tom je principu stvoren periodni sustav koji je promijenio ideju o postojećim tvarima i omogućio pretpostavku o postojanju novih, dosad nepoznatih elemenata.

U kontaktu s

Mendeljejev periodni sustav

Periodni sustav kemijskih elemenata sastavio je D. I. Mendeljejev u drugoj polovici 19. stoljeća. Što je to i čemu služi? Ujedinjuje sve kemijske elemente prema rastućoj atomskoj težini, a svi su raspoređeni na način da im se svojstva periodički mijenjaju.

Mendeljejevljev periodni sustav okupio jedinstveni sustav svi postojeći elementi koji su se prije smatrali jednostavno zasebnim tvarima.

Na temelju njegove studije predviđene su i potom sintetizirane nove kemijske tvari. Značaj ovog otkrića za znanost ne može se precijeniti, bila je znatno ispred svog vremena i dala je poticaj razvoju kemije kroz mnoga desetljeća.

Postoje tri najčešće opcije stola, koje se konvencionalno nazivaju "kratke", "duge" i "ekstra-duge" ». Glavnim stolom smatra se dugi stol, it službeno odobren. Razlika između njih je raspored elemenata i duljina perioda.

Što je razdoblje

Sustav sadrži 7 razdoblja. Grafički su prikazani vodoravnim linijama. U ovom slučaju, točka može imati jedan ili dva retka, koji se nazivaju redovi. Svaki sljedeći element razlikuje se od prethodnog povećanjem nuklearnog naboja (broja elektrona) za jedan.

Da budemo jednostavniji, točka je vodoravni red periodnog sustava. Svaki od njih počinje metalom, a završava inertnim plinom. Zapravo, ovo stvara periodičnost - svojstva elemenata se mijenjaju unutar jednog razdoblja, ponavljajući se u sljedećem. Prva, druga i treća perioda su nepotpune, nazivaju se male i sadrže 2, 8 odnosno 8 elemenata. Ostali su kompletni, imaju po 18 elemenata.

Što je grupa

Grupa je okomiti stupac, koji sadrži elemente s istom elektroničkom strukturom ili, jednostavnije, s istom višom vrijednošću. Službeno odobrena duga tablica sadrži 18 skupina, koje počinju s alkalijskim metalima i završavaju s plemenitim plinovima.

Svaka grupa ima svoje ime, što olakšava pretraživanje ili klasificiranje elemenata. Metalna svojstva se poboljšavaju, bez obzira na element, od vrha do dna. To je zbog povećanja broja atomskih orbita - što ih je više, to su slabije elektronske komunikacije, što čini kristalnu rešetku izraženijom.

Metali u periodnom sustavu

Metali u tablici Mendeleev ima prevladavajući broj, njihov popis je prilično opsežan. Karakteriziraju se zajedničke značajke, prema svojim svojstvima su heterogeni i dijele se u skupine. Neki od njih imaju malo toga zajedničkog s metalima u fizičkom smislu, dok drugi mogu postojati samo djelić sekunde i apsolutno ih nema u prirodi (barem na planetu), jer su stvoreni, točnije, izračunati i potvrđeno u laboratorijskim uvjetima, umjetnim putem. Svaka grupa ima svoje karakteristike, naziv se prilično primjetno razlikuje od ostalih. Ta je razlika posebno izražena u prvoj skupini.

Položaj metala

Kakav je položaj metala u periodnom sustavu? Elementi su raspoređeni prema porastu atomske mase, odnosno broja elektrona i protona. Njihova se svojstva povremeno mijenjaju, tako da u tablici nema urednog rasporeda u odnosu jedan na jedan. Kako identificirati metale i je li to moguće učiniti pomoću periodnog sustava? Da bi se pitanje pojednostavilo, izumljena je posebna tehnika: uvjetno, na spojevima elemenata povučena je dijagonalna linija od Bora do Polonija (ili do Astata). Oni s lijeve strane su metali, oni s desne su nemetali. Ovo bi bilo vrlo jednostavno i cool, ali postoje iznimke - Germanij i Antimon.

Ova "metodologija" je neka vrsta varalice; izmišljena je samo kako bi se pojednostavio proces pamćenja. Za točniji prikaz treba imati na umu da popis nemetala sastoji se od samo 22 elementa, dakle, odgovarajući na pitanje, koliko je metala sadržano u periodnom sustavu?

Na slici se jasno vidi koji su elementi nemetali i kako su raspoređeni u tablici po skupinama i periodima.

Opća fizikalna svojstva

Postoje uobičajeni fizička svojstva metali To uključuje:

• Plastični.
• Karakterističan sjaj.
• Električna provodljivost.
• Visoka toplinska vodljivost.
• Svi osim žive su u čvrstom stanju.

Treba imati na umu da se svojstva metala uvelike razlikuju s obzirom na njihovu kemijsku ili fizikalnu suštinu. Neki od njih imaju malo sličnosti s metalima u uobičajenom smislu riječi. Na primjer, živa zauzima poseban položaj. U normalnim je uvjetima u tekuće stanje, nema kristalnu rešetku, čijoj prisutnosti drugi metali duguju svoja svojstva. Svojstva potonjeg u ovom su slučaju uvjetna, živa im je u većoj mjeri slična po svojim kemijskim svojstvima.

Zanimljiv! Elementi prve skupine, alkalijski metali, ne nalaze se u čistom obliku, već se nalaze u različitim spojevima.

Najmekši metal koji postoji u prirodi, cezij, pripada ovoj skupini. Ona, kao i druge alkalne slične tvari, ima malo toga zajedničkog s više tipični metali. Neki izvori tvrde da je zapravo najmekši metal kalij, što je teško osporiti ili potvrditi, budući da ni jedan ni drugi element ne postoje sami za sebe - kada se oslobode kao rezultat kemijske reakcije, brzo oksidiraju ili reagiraju.

Druga skupina metala - zemnoalkalijski metali - mnogo su bliži glavnim skupinama. Naziv "alkalna zemlja" dolazi iz davnih vremena, kada su oksidi nazivani "zemljama" jer su imali labavu, mrvičastu strukturu. Metali počevši od grupe 3 imaju više ili manje poznata (u svakodnevnom smislu) svojstva. Kako se broj grupa povećava, količina metala se smanjuje, zamjenjujući ih nemetalnim elementima. Posljednju skupinu čine inertni (ili plemeniti) plinovi.

Određivanje metala i nemetala u periodnom sustavu. Jednostavne i složene tvari.

Jednostavne tvari (metali i nemetali)

Zaključak

Omjer metala i nemetala u periodnom sustavu jasno preteže u korist prvih. Ova situacija ukazuje na to da je skupina metala preširoko kombinirana i zahtijeva detaljniju klasifikaciju, koju priznaje znanstvena zajednica.

Kemijski element je skupni pojam koji opisuje skup atoma jednostavne tvari, odnosno one koja se ne može podijeliti na jednostavnije (prema strukturi molekula) komponente. Zamislite da vam daju komad čistog željeza i da vas zamole da ga razdvojite na njegove hipotetske sastojke koristeći bilo koji uređaj ili metodu koju su ikada izumili kemičari. Međutim, ne možete učiniti ništa, željezo se nikada neće podijeliti na nešto jednostavnije. Jednostavna tvar - željezo - odgovara kemijskom elementu Fe.

Teorijska definicija

Gore navedena eksperimentalna činjenica može se objasniti pomoću sljedeće definicije: kemijski element je apstraktna zbirka atoma (ne molekula!) odgovarajuće jednostavne tvari, tj. atoma iste vrste. Kad bi postojao način da se pogleda svaki od pojedinačnih atoma u gore spomenutom komadu čistog željeza, tada bi svi bili atomi željeza. Nasuprot ovome, kemijski spoj, na primjer, željezni oksid, uvijek sadrži najmanje dvije različite vrste atoma: atome željeza i atome kisika.

Pojmovi koje biste trebali znati

Atomska masa: Masa protona, neutrona i elektrona koji čine atom kemijskog elementa.

Atomski broj: Broj protona u jezgri atoma elementa.

Kemijski simbol: slovo ili par latiničnih slova koja predstavljaju oznaku danog elementa.

Kemijski spoj: tvar koja se sastoji od dva ili više kemijskih elemenata međusobno povezanih u određenom omjeru.

Metal: Element koji gubi elektrone u kemijskim reakcijama s drugim elementima.

Metaloid: Element koji ponekad reagira kao metal, a ponekad kao nemetal.

Nemetalni: element koji želi pridobiti elektrone kemijske reakcije s drugim elementima.

Periodni sustav kemijskih elemenata: Sustav za klasifikaciju kemijskih elemenata prema njihovim atomskim brojevima.

Sintetički element: Onaj koji se proizvodi umjetno u laboratoriju i općenito ga nema u prirodi.

Prirodni i sintetski elementi

Devedeset i dva kemijska elementa prirodno se pojavljuju na Zemlji. Ostali su dobiveni umjetnim putem u laboratorijima. Sintetski kemijski element obično je proizvod nuklearnih reakcija u akceleratorima čestica (uređaji koji se koriste za povećanje brzine subatomskih čestica kao što su elektroni i protoni) ili nuklearnim reaktorima (uređaji koji se koriste za kontrolu energije oslobođene nuklearnim reakcijama). Prvi sintetski element s atomskim brojem 43 bio je tehnecij, kojeg su 1937. godine otkrili talijanski fizičari C. Perrier i E. Segre. Osim tehnecija i prometija, svi sintetski elementi imaju jezgru veću od urana. Posljednji sintetski kemijski element koji je dobio ime je livermorij (116), a prije flerovij (114).

Dva tuceta zajedničkih i važnih elemenata

* Ako vrijednost nije navedena, tada je element manji od 0,1 posto.

Veliki prasak kao temeljni uzrok nastanka materije

Koji je kemijski element bio prvi u svemiru? Znanstvenici vjeruju da odgovor na ovo pitanje leži u zvijezdama i procesima u kojima zvijezde nastaju. Vjeruje se da je svemir nastao u nekom trenutku između 12 i 15 milijardi godina. Do ovog trenutka ne misli se ni na što postojeće osim energije. Ali dogodilo se nešto što je tu energiju pretvorilo u veliku eksploziju (tzv. Veliki prasak). U sljedećim sekundama nakon Velikog praska počela se stvarati materija.

Prvi najjednostavniji oblici materije koji su se pojavili bili su protoni i elektroni. Neki od njih spajaju se u atome vodika. Potonji se sastoji od jednog protona i jednog elektrona; to je najjednostavniji atom koji može postojati.

Polako, tijekom dugih vremenskih razdoblja, atomi vodika počeli su se skupljati u određenim područjima svemira, tvoreći guste oblake. Vodik u tim oblacima su gravitacijske sile povukle u kompaktne formacije. Na kraju su ti oblaci vodika postali dovoljno gusti da formiraju zvijezde.

Zvijezde kao kemijski reaktori novih elemenata

Zvijezda je jednostavno masa materije koja stvara energiju iz nuklearnih reakcija. Najčešća od ovih reakcija uključuje kombinaciju četiri atoma vodika koji tvore jedan atom helija. Nakon što su se zvijezde počele formirati, helij je postao drugi element koji se pojavio u Svemiru.

Kako zvijezde stare, prelaze s vodikovo-helijevih nuklearnih reakcija na druge vrste. U njima atomi helija tvore atome ugljika. Kasnije atomi ugljika tvore kisik, neon, natrij i magnezij. Još kasnije, neon i kisik međusobno se spajaju u magnezij. Kako se te reakcije nastavljaju, nastaje sve više kemijskih elemenata.

Prvi sustavi kemijskih elemenata

Prije više od 200 godina kemičari su počeli tražiti načine da ih klasificiraju. Sredinom devetnaestog stoljeća bilo je poznato oko 50 kemijskih elemenata. Jedno od pitanja koje su kemičari nastojali riješiti. svodila na sljedeće: je li kemijski element tvar potpuno različita od bilo kojeg drugog elementa? Ili su neki elementi na neki način povezani s drugima? Bilo da postoji običajno pravo, ujedinjujući ih?

Kemičari su predložili različite sustave kemijskih elemenata. Na primjer, engleski kemičar William Prout 1815. godine sugerirao je da su atomske mase svih elemenata višekratnici mase vodikovog atoma, ako uzmemo da je jednaka jedinici, tj. moraju biti cijeli brojevi. U to je vrijeme atomske mase mnogih elemenata već izračunao J. Dalton u odnosu na masu vodika. Međutim, ako je to otprilike slučaj za ugljik, dušik i kisik, tada se klor s masom od 35,5 nije uklapao u ovu shemu.

Njemački kemičar Johann Wolfgang Dobereiner (1780. – 1849.) pokazao je 1829. da se tri elementa takozvane skupine halogena (klor, brom i jod) mogu klasificirati prema njihovim relativnim atomskim masama. Pokazalo se da je atomska težina broma (79,9) gotovo točno jednaka prosjeku atomskih težina klora (35,5) i joda (127), naime 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (blizu 79,9). To je bio prvi pristup konstruiranju jedne od skupina kemijskih elemenata. Dobereiner je otkrio još dvije takve trijade elemenata, ali nije uspio formulirati opći periodički zakon.

Kako je nastao periodni sustav kemijskih elemenata?

Većina ranih shema klasifikacije nije bila vrlo uspješna. Zatim, oko 1869. godine, dva su kemičara gotovo u isto vrijeme došla do gotovo istog otkrića. Ruski kemičar Dmitrij Mendeljejev (1834.-1907.) i njemački kemičar Julius Lothar Meyer (1830.-1895.) predložili su organiziranje elemenata koji imaju slična fizikalna i kemijska svojstva u uređeni sustav grupa, nizova i perioda. Istodobno, Mendeleev i Meyer istaknuli su da se svojstva kemijskih elemenata periodički ponavljaju ovisno o njihovoj atomskoj težini.

Danas se Mendeljejev općenito smatra otkrivačem periodičnog zakona jer je napravio jedan korak koji Meyer nije. Kada su se svi elementi posložili u periodnom sustavu, pojavile su se neke praznine. Mendeljejev je predvidio da su to mjesta za elemente koji još nisu bili otkriveni.

Međutim, otišao je i dalje. Mendeljejev je predvidio svojstva tih još neotkrivenih elemenata. Znao je gdje se nalaze u periodnom sustavu, pa je mogao predvidjeti njihova svojstva. Zanimljivo je da je svaki kemijski element koji je Mendeljejev predvidio, galij, skandij i germanij, otkriven manje od deset godina nakon što je objavio svoj periodični zakon.

Skraćeni oblik periodnog sustava elemenata

Bilo je pokušaja da se izračuna koliko opcija grafička slika Periodni sustav predložili su razni znanstvenici. Ispostavilo se da ih je više od 500. Štoviše, 80% ukupnog broja opcija su tablice, a ostatak su geometrijske figure, matematičke krivulje itd. Kao rezultat praktičnu upotrebu pronađena su četiri tipa stolova: kratki, poludugi, dugi i ljestvičasti (piramidalni). Potonji je predložio veliki fizičar N. Bohr.

Slika ispod prikazuje kratki obrazac.

U njemu su kemijski elementi poredani uzlaznim redoslijedom svojih atomskih brojeva slijeva nadesno i odozgo prema dolje. Dakle, prvi kemijski element periodnog sustava, vodik, ima atomski broj 1 jer jezgre vodikovih atoma sadrže jedan i samo jedan proton. Isto tako, kisik ima atomski broj 8 budući da jezgre svih atoma kisika sadrže 8 protona (vidi sliku u nastavku).

Glavni strukturni fragmenti periodnog sustava su periode i skupine elemenata. U šest razdoblja sve su stanice popunjene, sedma još nije dovršena (elementi 113, 115, 117 i 118, iako sintetizirani u laboratorijima, još nisu službeno registrirani i nemaju imena).

Skupine su podijeljene na glavne (A) i sekundarne (B) podskupine. Elementi prve tri periode, od kojih svaka sadrži po jedan red, uključeni su isključivo u A-podskupine. Preostale četiri periode uključuju dva reda.

Kemijski elementi u istoj skupini obično imaju slična kemijska svojstva. Dakle, prvu skupinu čine alkalni metali, a drugu - zemnoalkalijske metale. Elementi koji se nalaze u istom razdoblju imaju svojstva koja se polako mijenjaju od alkalni metal na plemeniti plin. Donja slika pokazuje kako se jedno od svojstava, atomski radijus, mijenja za pojedinačne elemente u tablici.

Dugi periodni oblik periodnog sustava

Prikazan je na donjoj slici i podijeljen je u dva smjera, retke i stupce. Postoji sedam periodičnih redova, kao u kratkom obliku, i 18 stupaca, koji se nazivaju grupe ili obitelji. Naime, povećanje broja skupina s 8 u kratkom obliku na 18 u dugom obliku dobiva se postavljanjem svih elemenata u periode, počevši od 4., ne u dva, već u jednom redu.

Za grupe se koriste dva različita sustava numeriranja, kao što je prikazano na vrhu tablice. Sustav rimskih brojeva (IA, IIA, IIB, IVB, itd.) tradicionalno je bio popularan u Sjedinjenim Državama. Drugi sustav (1, 2, 3, 4, itd.) tradicionalno se koristi u Europi i prije nekoliko godina je preporučen za korištenje u SAD-u.

Izgled periodnog sustava na gornjim slikama pomalo dovodi u zabludu, kao i kod svake takve objavljene tablice. Razlog za to je što bi se dvije skupine elemenata prikazane na dnu tablice zapravo trebale nalaziti unutar njih. Lantanoidi, na primjer, pripadaju razdoblju 6 između barija (56) i hafnija (72). Uz to, aktinodi pripadaju razdoblju 7 između radija (88) i rutherfordija (104). Kad bi se umetnuli u stol, on bi postao preširok da bi stao na komad papira ili zidnu tabelu. Stoga je uobičajeno staviti te elemente na dno tablice.