Периодический закон Д.И. Менделеева

" Свойства элементов, а потому и образуемых ими простых и сложных тел (веществ), стоят в периодической зависимости от их атомного веса" .

Современная формулировка:

" свойства химических элементов (т.е. свойства и форма образуемых ими соединений) находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов химических элементов" .

Физический смысл химической периодичности Периодические изменения свойств химических элементов обусловлены правильным повторением электронной конфигурации внешнего энергетического уровня (валентных электронов) их атомов с увеличением заряда ядра.

Графическим изображением периодического закона является периодическая таблица. Она содержит 7 периодов и 8 групп.

Период — горизонтальные ряды элементов с одинаковым максимальным значением главного квантового числа валентных электронов.

Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента.

Периоды могут состоять из 2 (первый), 8 (второй и третий), 18 (четвертый и пятый) или 32 (шестой) элементов, в зависимости от количества электронов на внешнем энергетическом уровне. Последний, седьмой период незавершен.

Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом (s-элементом), а заканчиваются благородным газом (ns2 np6).

Металлические свойства рассматриваются, как способность атомов элементов легко отдавать электроны, а неметаллические — присоединять электроны из-за стремления атомов приобрести устойчивую конфигурацию с заполненными подуровнями. Заполнение внешнего sподуровня указывает на металлические свойства атома, а формирование внешнего pподуровня — на неметаллические свойства. Увеличение числа электронов на pподуровне (от 1 до 5) усиливает неметаллические свойства атома. Атомы с полностью сформированной, энергетически устойчивой конфигурацией внешнего электронного слоя (ns2 np6) химически инертны.

В больших периодах переход свойств от активного металла к благородному газу происходит более плавно, чем в малых периодах, т.к. происходит формирование внутреннего (n — 1) dподуровня при сохранении внешнего ns2 — слоя. Большие периоды состоят из четных и нечетных рядов.

У элементов четных рядов на внешнем слое ns2 — электроны, поэтому преобладают металлические свойства и их ослабление с ростом заряда ядра невелико; в нечетных рядах формируется npподуровень, что объясняет значительное ослабление металлических свойств.

Группы — вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы.

Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних nsи npподуровнях. химический периодичность электрон атом Побочные подгруппы состоят из элементов только больших периодов. Их валентные электроны находятся на внешнем nsподуровне и внутреннем (n — 1) dподуровне (или (n — 2) fподуровне).

В зависимости от того, какой подуровень (s-, p-, dили f-) заполняется валентными электронами, элементы периодической системы подразделяются на: sэлементы (элементы главной подгруппы I и II групп), pэлементы (элементы главных подгрупп III — VII групп), dэлементы (элементы побочных подгрупп), fэлементы (лантаноиды, актиноиды).

В главных подгруппах сверху вниз металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Элементы главных и побочных групп сильно отличаются по свойствам.

Номер группы показывает высшую валентность элемента (кроме O, F, элементов подгруппы меди и восьмой группы).

Общими для элементов главных и побочных подгрупп являются формулы высших оксидов (и их гидратов). У высших оксидов и их гидратов элементов I — III групп (кроме бора) преобладают основные свойства, с IV по VIII — кислотные.

Группа.

I.

II.

III.

IV.

V.

VI.

VII.

VIII.

(кроме инертных газов) Высший оксид Э2О ЭО Э2О3.

ЭО2.

Э2О5.

ЭО3.

Э2О7.

ЭО4.

Гидрат высшего оксида ЭОН Э (ОН)2.

Э (ОН)3.

Н2ЭО3.

Н3ЭО4.

Н2ЭО4.

НЭО4.

Н4ЭО4.

Для элементов главных подгрупп общими являются формулы водородных соединений. Элементы главных подгрупп I — III групп образуют твердые вещества — гидриды (водород в степени окисления — 1), а IV — VII групп — газообразные. Водородные соединения элементов главных подгрупп IV группы (ЭН4) — нейтральны, V группы (ЭН3) — основания, VI и VII групп (Н2Э и НЭ) — кислоты.

От положения элементов в периодической системе зависят свойства атома, связанные с его электронной конфигурацией: атомный радиус — по периоду слева направо уменьшается, а в подгруппе сверху вниз возрастает; энергия ионизации — по периоду возрастает, а в подгруппе уменьшается; электроотрицательность — по периоду увеличивается, а в подгруппе уменьшается.

По положению элемента в периодической системе можно прогнозировать его основные свойства как средние всех его соседей:

Пример

На основании периодической таблицы охарактеризуйте химические элементы с порядковыми номерами 21 и 34.

Для характеристики химического элемента по периодической системе Д. И. Менделеева следует рассмотреть:

• 1. Положение в периодической таблице (порядковый номер; период, ряд; группа, подгруппа; атомная масса).
• 2. Строение атома (заряд ядра; состав ядра — количество протонов p11, нейтронов n01 и электронов з; число энергетических уровней и подуровней; написать формулу электронной конфигурации; квантовые ячейки; по числу и характеру валентных электронов определить тип элемента).
• 3. Формулы и химический характер соединений (высшего оксида и гидроксида; водородных соединений).
• 4. Сравнить с соседями (по периоду, по группе).

a) Порядковый номер элемента Z = 21 обозначает: заряд ядра атома элемента (скандия): 6521Sc — +21; число протонов p11: 21Sc — 21 p11; число электронов з: 21Sc — 21з; число нейтронов n01 = Ar — Z = 65 — 21 = 44 — 44n10.

Формула состава атома.

6521Sc (21p11; 44n10; 21з).

Состав ядра

Скандий находится в IV периоде; номер периода обозначает число энергетических уровней — 4.

Скандий расположен в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны будут находится на 4sи 3d-подуровнях.

Электронная формула скандия.

• 21Sc
• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
• 3d1 4s2

[Ar].

или в виде сокращенной записи: [Ar] 3d14s2.

Электронная формула в виде квантовых ячеек:

21Sc [Ar].

Скандий — dэлемент. Электронное строение атома заканчивается sэлектронами, поэтому элемент будет проявлять металлические свойства.

Формула высшего оксида — Sc2O3, гидроксида — Sc (OH)3 обладают слабыми основными свойствами. Соединений с водородом не образует.

b) Порядковый номер 34 имеет селен Se. Элемент находится в IV периоде, значит в атоме имеется 4 энергетических уровня. Он находится в главной подгруппе VI группы; его валентные электроны распределены на 4s и 4p-подуровнях.

Электронная формула селена:

34Se 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4.

Внешний уровень в виде квантовых ячеек имеет вид:

Атом селена имеет 6 валентных электронов; поэтому высшая валентность равна 6, что соответствует номеру группы.

Селен — pэлемент, поэтому будет проявлять свойства неметалла.

Высший оксид SeO3, его гидроксид H2SeO4 и газообразное водородное соединение H2Se имеют кислотный характер.