Періодичний закон Д.І.
Менделєєва
Фізичний сенс хімічної періодичності. "Властивості
елементів, а тому і утворюваних ними простих і складних тіл (речовин), стоять у
періодичній залежності від їх атомної ваги ".
Сучасна формулювання:
"властивості хімічних елементів (тобто властивості та
форма утворюваних ними сполук) перебувають у періодичній залежності від
заряду ядра атомів хімічних елементів ".
Фізичний сенс
хімічної періодичності.
Періодичні зміни властивостей хімічних елементів
обумовлені правильним повторенням електронної конфігурації зовнішнього
енергетичного рівня (валентних електронів) їх атомів із збільшенням заряду
ядра.
Графічним зображенням періодичного закону
є періодична таблиця. Вона містить 7 періодів і 8 груп.
Період --
горизонтальні ряди елементів з однаковим максимальним значенням головного
квантового числа валентних електронів. Номер періоду позначає число
енергетичних рівнів в атомі елементу. Періоди можуть складатися з 2 (перший),
8 (друге і третє), 18 (четвертий і п'ятий) або 32 (шостий) елементів, в
залежно від кількості електронів на зовнішньому енергетичному рівні.
Останній, сьомий період незавершений. Всі періоди (крім першого) починаються
лужним металом (s-елементом), а закінчуються благородним газом (ns2
np6).
Металеві властивості розглядаються, як
здатність атомів елементів легко віддавати електрони, а неметалічні --
приєднувати електрони через прагнення атомів придбати стійку
конфігурацію із заповненими кваліфікації. Заповнення зовнішнього s-підрівня
вказує на металеві властивості атома, а формування зовнішнього p-підрівня
- На неметалічні властивості. Збільшення числа електронів на p-підрівні (від
1 до 5) підсилює неметалічні властивості атома. Атоми з повністю
сформованої, енергетично стійкої конфігурацією зовнішнього електронного
шару (ns2 np6) хімічно інертні.
У великих періодах перехід властивостей від активного
металу до благородного газу відбувається більш плавно, ніж у малих періодах, тому що
відбувається формування внутрішнього (n - 1) d-підрівня при збереженні
зовнішнього ns2 - шару. Великі періоди складаються з парних і непарних рядів.
У елементів парних рядів на зовнішньому шарі ns2
- Електрони, тому переважають металеві властивості та їх ослаблення з
зростанням заряду ядра невелика; у парних рядах формується np-підрівень, що
пояснює значне ослаблення металевих властивостей.
Групи --
вертикальні стовпці елементів з однаковою кількістю валентних електронів, рівним
номером групи. Розрізняють головні і побічні підгрупи.
Головні підгрупи складаються з елементів малих і великих
періодів, валентні електрони яких розташовані на зовнішніх ns-і np -
підрівня.
Побічні підгрупи складаються з елементів тільки великих
періодів. Їх валентні електрони знаходяться на зовнішньому ns-підрівні і
внутрішньому (n - 1) d-підрівні (або (n - 2) f-підрівні).
Залежно від того, який підрівень (s-, p-, d -
або f-) заповнюється валентними електронами, елементи періодичної системи
поділяються на: s-елементи (елементи головної підгрупи I і II груп), p -
елементи (елементи головних підгруп III - VII груп), d-елементи (елементи
побічних підгруп), f-елементи (лантаноїди, Актиноїди).
У головних підгрупах зверху вниз металеві
властивості посилюються, а неметалічні слабшають. Елементи головних і побічних
груп сильно відрізняються за властивостями.
Номер групи показує вищу валентність елемента
(крім O, F, елементів підгрупи міді і восьмий групи).
Спільними для елементів головних і побічних підгруп
є формули вищих оксидів (і їх гідратів). У вищих оксидів і їх гідратів
елементів I - III груп (крім бору) переважають основні властивості, з IV по
VIII - кислотні.
Група
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
(крім інертних газів)
Вищий оксид
Е2О
ЕО
Е2О3
ЕО2
Е2О5
ЕО3
Е2О7
ЕО4
Гідрат вищого оксиду
еон
Е (ОН) 2
Е (ОН) 3
Н2ЕО3
Н3ЕО4
Н2ЕО4
НЕО4
Н4ЕО4
Для елементів
головних підгруп загальними є формули водневих з'єднань. Елементи
головних підгруп I - III груп утворюють тверді речовини - гідриди (водень в
ступеня окислення - 1), а IV - VII груп - газоподібні. Водневі з'єднання
елементів головних підгруп IV групи (ЕН4) - нейтральні, V групи (ЕН3)
- Підстави, VI та VII груп (Н2Е і НЕ) - кислоти.
Від положення елементів у періодичній системі залежать
властивості атома, пов'язані з його електронною конфігурацією: атомний радіус - по
періоду зліва направо зменшується, а в підгрупі зверху вниз зростає;
енергія іонізації - по періоду зростає, а в підгрупі зменшується;
електронегативність - по періоду збільшується, а в підгрупі зменшується.
За положенням елемента в періодичній системі можна
прогнозувати його основні властивості як середні всіх його сусідів:
Приклад:
На підставі періодичної таблиці охарактеризуйте
хімічний елемент з порядковим номером 21.
Для характеристики хімічного елемента за
періодичній системі Д. І. Менделєєва слід розглянути:
1. Положення в періодичній таблиці (порядковий
номер; період, ряд; група, підгрупа; атомна маса).
2. Будова атома (заряд ядра; склад ядра --
кількість протонів p11, n01 нейтронів і електронів e; число енергетичних
рівнів і підрівнів; написати формулу електронної конфігурації; квантові
осередку; за кількістю і характером валентних електронів визначити тип елементу).
3. Формули і хімічний характер сполук (вищого
оксиду і гідроксиду; водневих з'єднань).
4. Порівняти з сусідами (по періоду, по групі).
a) Порядковий номер елемента Z = 21 позначає: заряд
ядра атома елемента (скандію): 6521Sc - 21; число
протонів p11: 21Sc - 21 p11;
число електронів e: 21Sc - 21e; число нейтронів n01
= Ar - Z = 65 - 21 = 44 - 44n10
Формула складу атома:
6521Sc (
21p11;
44n10
; 21e)
склад ядра
Скандій
знаходиться в IV періоді; номер періоду позначає число енергетичних рівнів --
4. Скандій розташований в побічної підгрупи. Отже, його валентні
електрони будуть знаходиться на 4s-і 3d-підрівня.
Електронна формула скандію:
21Sc 1s2
2s2 2p6 3s2 3p6 3d1
4s2
[Ar]
або у вигляді скороченої запису: [Ar] 3d14s2
Електронна формула у вигляді квантових осередків:
21Sc
[Ar]
Скандій - d -
елемент. Електронна будова атома закінчується s-електронами, тому
елемент буде виявляти металеві властивості.
Формула вищого оксиду - Sc2O3,
гідроксиду - Sc (OH) 3 мають слабкі основними властивостями.
З'єднання з воднем не утворює.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://schoolchemistry.by.ru/
