Ensiklopedia besar minyak dan gas. Barisan vertikal unsur-unsur yang semua elektron valensinya terletak pada tingkat terakhir

Muatan inti unsur dalam tabel periodik terus meningkat, dan sifat-sifat zat sederhana berulang secara berkala. Bagaimana menjelaskan hal ini?

D.I.Mendeleev memperhatikan bahwa sifat-sifat unsur berulang secara berkala dengan meningkatnya nilai nomor massanya. Dia mengurutkan 63 unsur yang ditemukan pada saat itu berdasarkan kenaikan massa atom, dengan mempertimbangkan sifat kimia dan fisiknya. Mendeleev percaya bahwa hukum periodik yang ditemukannya adalah cerminan pola mendalam dalam struktur internal materi; ia menyatakan fakta perubahan periodik pada sifat-sifat unsur, tetapi tidak mengetahui alasan periodisitas tersebut.

Studi lebih lanjut tentang struktur atom menunjukkan bahwa sifat-sifat zat bergantung pada muatan inti atom, dan unsur-unsur dapat disistematisasikan berdasarkan struktur elektroniknya. Sifat-sifat zat sederhana dan senyawanya bergantung pada konfigurasi elektronik sublevel valensi atom unsur yang berulang secara berkala. Oleh karena itu, “analog elektronik” juga merupakan “analog kimia”.

Mari kita tuliskan rumus elektronik atom-atom unsur subkelompok utama golongan kedua dan ketujuh.

Unsur golongan kedua mempunyai rumus elektronik umum elektron valensi ns 2. Mari kita tuliskan rumus elektroniknya:

Jadilah 1s 2 2s 2,

Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2,

Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2,

Sr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5 detik 2.

Unsur-unsur golongan ketujuh mempunyai rumus elektronik yang sama yaitu elektron valensi ns 2 np 5, dan rumus elektronik lengkapnya adalah:

F 1s 2 2s 2 2p 5 ,

Kl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ,

Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p5 ,

Saya 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5 detik 2 4d 10 5p5 .

Jadi, struktur elektronik atom berulang secara berkala untuk unsur-unsur dalam golongan yang sama, oleh karena itu sifat-sifatnya berulang secara berkala, karena sifat-sifatnya terutama bergantung pada konfigurasi elektronik elektron valensi. Unsur-unsur dalam satu golongan mempunyai sifat-sifat yang sama, tetapi ada juga perbedaannya. Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa meskipun atom mempunyai struktur elektronik elektron valensi yang sama, elektron-elektron tersebut terletak pada jarak yang berbeda dari inti, gaya tarik-menariknya ke inti ketika berpindah dari periode ke periode melemah, atom radius meningkat, elektron valensi menjadi lebih mobile, yang mempengaruhi sifat-sifat zat.

41. Berdasarkan kedudukan germanium, cesium dan teknesium dalam tabel periodik, buatlah rumus senyawa berikut: asam meta dan ortogermanat, cesium dihidrogen fosfat dan teknesium oksida, sesuai dengan bilangan oksidasi tertingginya. Gambarkan rumus struktur senyawa-senyawa tersebut.

42. Apa yang dimaksud dengan energi ionisasi? Dalam satuan apa dinyatakan? Bagaimana aktivitas reduksi unsur s dan p dalam golongan tabel periodik berubah seiring bertambahnya nomor atom? Mengapa?

43. Apa yang dimaksud dengan keelektronegatifan? Bagaimana perubahan keelektronegatifan unsur-unsur pada periode kedua dan ketiga dalam golongan sistem periodik dengan bertambahnya nomor atom?

44. Berdasarkan kedudukan germanium, molibdenum dan renium dalam tabel periodik, buatlah rumus kasar senyawa berikut: senyawa hidrogen germanium, asam renium dan molibdenum oksida yang mempunyai bilangan oksidasi tertinggi. Gambarkan rumus struktur senyawa-senyawa tersebut.

45. Apa yang dimaksud dengan afinitas elektron? Dalam satuan apa dinyatakan? Bagaimana aktivitas oksidatif nonlogam berubah dalam suatu periode dan golongan sistem periodik dengan bertambahnya nomor atom? Motivasi jawaban Anda dengan struktur atom unsur yang bersangkutan.

46. ​​​​Buatlah rumus oksida dan hidroksida unsur-unsur periode ketiga tabel periodik, sesuai dengan bilangan oksidasi tertingginya. Bagaimana sifat kimia senyawa ini berubah ketika berpindah dari natrium ke klorin?

47. Unsur periode keempat manakah - vanadium atau arsenik - yang memiliki sifat logam lebih menonjol? Unsur manakah yang membentuk senyawa gas dengan hidrogen? Motivasi jawaban Anda berdasarkan struktur atom unsur-unsur tersebut.

48. Unsur apa yang membentuk senyawa gas dengan hidrogen? Unsur-unsur tersebut termasuk dalam kelompok tabel periodik manakah? Buatlah rumus senyawa hidrogen dan oksigen dari klor, telurium dan antimon, sesuai dengan bilangan oksidasi terendah dan tertinggi.

49. Unsur periode keempat manakah - kromium atau selenium - yang memiliki sifat logam lebih menonjol? Manakah dari unsur berikut yang membentuk senyawa gas dengan hidrogen? Motivasi jawaban Anda dengan struktur atom kromium dan selenium.

50. Berapakah bilangan oksidasi terendah dari klor, belerang, nitrogen, dan karbon? Mengapa? Buatlah rumus senyawa aluminium dengan unsur-unsur tersebut dalam keadaan oksidasinya. Apa nama senyawa yang bersesuaian?

51. Unsur p manakah dari golongan kelima tabel periodik - fosfor atau antimon - yang memiliki sifat non-logam lebih menonjol? Manakah dari senyawa hidrogen dari unsur-unsur berikut yang merupakan zat pereduksi yang lebih kuat? Motivasi jawaban Anda dengan struktur atom unsur-unsur tersebut.

52. Berdasarkan kedudukan logam dalam tabel periodik, berikan jawaban yang termotivasi atas pertanyaan tersebut; manakah di antara dua hidroksida yang merupakan basa lebih kuat: Ba(OH) 2 atau Mg(OH) 2; Ca(OH) 2 atau Fe(OH) 2; Cd(OH)2 atau Sr(OH)2?

53. Mengapa mangan memiliki sifat logam, dan klorin bersifat non-logam? Motivasi jawaban Anda dengan struktur elektronik atom-atom unsur tersebut. Tuliskan rumus oksida dan hidroksida klorin dan mangan.

54. Berapakah bilangan oksidasi terendah untuk hidrogen, fluor, belerang, dan nitrogen? Mengapa? Buatlah rumus senyawa kalsium dengan unsur-unsur tersebut dalam keadaan oksidasinya. Apa nama senyawa yang bersesuaian?

55. Berapakah bilangan oksidasi terendah dan tertinggi dari silikon, arsenik, selenium, dan klorin? Mengapa? Buatlah rumus senyawa unsur-unsur ini yang sesuai dengan bilangan oksidasi ini.

56. Unsur manakah yang termasuk golongan unsur yang atomnya elektron terakhirnya berada pada orbital 4f dan 5f? Berapa banyak unsur yang dikandung masing-masing keluarga ini?

57. Massa atom unsur-unsur dalam tabel periodik terus meningkat, sedangkan sifat-sifat benda sederhana berubah secara berkala. Bagaimana hal ini dapat dijelaskan?

58. Apa rumusan hukum periodik modern? Jelaskan mengapa dalam tabel periodik unsur argon, kobalt, telurium, dan torium ditempatkan masing-masing sebelum kalium, nikel, yodium, dan protaktinium, meskipun massa atomnya lebih besar?

59. Berapakah bilangan oksidasi karbon, fosfor, belerang, dan yodium terendah dan tertinggi? Mengapa? Buatlah rumus senyawa unsur-unsur ini yang sesuai dengan bilangan oksidasi ini.

Periodisitas adalah pengulangan sifat kimia dan beberapa sifat fisik zat sederhana dan senyawanya ketika nomor urut unsur berubah. Hal ini terutama terkait dengan pengulangan struktur elektronik atom seiring dengan meningkatnya nomor atom (dan, akibatnya, muatan inti dan jumlah elektron dalam atom).

Periodisitas kimia diwujudkan dalam analogi perilaku kimia dan keseragaman reaksi kimia. Dalam hal ini, jumlah elektron valensi, karakteristik bilangan oksidasi, dan rumus senyawa mungkin berbeda. Tidak hanya ciri-ciri serupa yang berulang secara berkala, tetapi juga perbedaan signifikan dalam sifat kimia unsur-unsur seiring dengan bertambahnya nomor atomnya.

Beberapa sifat fisikokimia atom (potensi ionisasi, jari-jari atom), zat sederhana dan kompleks tidak hanya dapat disajikan secara kualitatif, tetapi juga kuantitatif dalam bentuk ketergantungan pada nomor atom suatu unsur, dan bagi mereka maxima dan minima yang didefinisikan dengan jelas muncul secara berkala. .

Periodisitas vertikal

Periodisitas vertikal adalah pengulangan sifat-sifat zat dan senyawa sederhana dalam kolom vertikal Tabel Periodik. Ini adalah jenis periodisitas utama, yang menurutnya semua elemen digabungkan menjadi beberapa kelompok. Unsur-unsur dalam satu golongan mempunyai konfigurasi elektron yang sama. Kimia unsur dan senyawanya biasanya dipertimbangkan berdasarkan periodisitas jenis ini.

Periodisitas vertikal juga ditemukan pada beberapa sifat fisik atom, misalnya energi ionisasi E Saya(kJ/mol):

Frekuensi horisontal

Periodisitas horizontal terdiri dari munculnya nilai maksimum dan minimum sifat-sifat zat dan senyawa sederhana dalam setiap periode. Hal ini terutama terlihat untuk unsur golongan VIIIB dan lantanida (misalnya, lantanida dengan nomor atom genap lebih umum dibandingkan dengan nomor atom ganjil).

Sifat fisik seperti energi ionisasi dan afinitas elektron juga menunjukkan periodisitas horizontal yang terkait dengan perubahan periodik jumlah elektron pada sublevel energi terakhir:

Periodisitas diagonal

Periodisitas diagonal adalah pengulangan sifat-sifat zat dan senyawa sederhana sepanjang diagonal Tabel Periodik. Hal ini terkait dengan peningkatan sifat nonlogam dalam periode dari kiri ke kanan dan dalam kelompok dari bawah ke atas. Oleh karena itu, litium mirip dengan magnesium, berilium mirip dengan aluminium, boron mirip dengan silikon, dan karbon mirip dengan fosfor. Jadi, litium dan magnesium membentuk banyak senyawa alkil dan aril, yang sering digunakan dalam kimia organik. Berilium dan aluminium memiliki potensi redoks yang serupa. Boron dan silikon membentuk hidrida molekuler yang mudah menguap dan sangat reaktif.

Periodisitas diagonal tidak boleh dipahami sebagai kesamaan mutlak sifat atom, molekul, termodinamika, dan lainnya. Artinya, dalam senyawanya, atom litium memiliki bilangan oksidasi (+I), dan atom magnesium memiliki bilangan oksidasi (+II). Namun, sifat ion Li + dan Mg 2+ sangat mirip, terutama terlihat pada rendahnya kelarutan karbonat dan ortofosfat.

Sebagai hasil dari penggabungan periodisitas vertikal, horizontal dan diagonal, muncullah apa yang disebut periodisitas bintang. Dengan demikian, sifat-sifat germanium menyerupai sifat-sifat galium, silikon, arsen, dan timah di sekitarnya. Berdasarkan “bintang geokimia” tersebut, keberadaan suatu unsur dalam mineral dan bijih dapat diprediksi.

Periodisitas sekunder

Sifat-sifat unsur dalam golongan banyak yang tidak berubah secara monoton, melainkan berkala, terutama pada unsur golongan IIIA-VIIA. Fenomena ini disebut periodisitas sekunder. Jadi, sifat germanium lebih mirip dengan karbon daripada silikon. Diketahui bahwa silan bereaksi dengan ion hidroksida dalam larutan berair untuk melepaskan hidrogen, sedangkan metana dan germanium tidak bereaksi bahkan dengan ion hidroksida berlebih.

Anomali serupa dalam perilaku kimia unsur juga diamati pada kelompok lain. Misalnya, unsur-unsur periode ke-4 yang terletak pada golongan VA-VIIA (As, Se, Br) dicirikan oleh rendahnya stabilitas senyawa pada bilangan oksidasi tertinggi. Sementara pentafluorida, pentaklorida dan pentaiodida dikenal dengan fosfor dan antimonnya, dalam kasus arsenik hanya pentafluorida yang telah diperoleh sejauh ini. Selenium heksafluorida kurang stabil dibandingkan sulfur dan telurium fluorida. Pada golongan halogen, klor(VII) dan yodium(VII) membentuk anion yang stabil terhadap oksigen, sedangkan ion perbromat, yang baru disintesis pada tahun 1968, merupakan zat pengoksidasi yang sangat kuat.

Periodisitas sekunder dikaitkan, khususnya, dengan kelembaman relatif valensi S-elektron karena apa yang disebut “penetrasi ke inti”, karena peningkatan kerapatan elektron di dekat inti untuk bilangan kuantum utama yang sama menurun secara berurutan ns > n.p. > dan > nf.

Oleh karena itu, unsur-unsur yang ada dalam Tabel Periodik muncul segera setelah unsur-unsur yang pertama kali terisi P-, D- atau F-sublevel, ditandai dengan penurunan stabilitas senyawanya pada keadaan oksidasi tertinggi. Ini adalah natrium dan magnesium (muncul setelah unsur-unsur dengan sublevel p terisi untuk pertama kalinya), R-elemen periode ke-4 dari galium hingga kripton (terisi D-sublevel), serta unsur pasca-lantanida dari hafnium hingga radon.

Perubahan periodik jari-jari atom

Menurut konsep mekanika kuantum, atom tidak memiliki batas yang jelas, tetapi kemungkinan menemukan elektron yang terikat pada inti tertentu pada jarak tertentu dari inti tersebut berkurang dengan cepat seiring bertambahnya jarak. Oleh karena itu, radius tertentu ditetapkan pada atom, dengan asumsi bahwa sebagian besar kerapatan elektron (lebih dari 90%) terkandung dalam lingkup radius ini.

Jari-jari atom suatu unsur secara periodik bergantung pada nomor atomnya.

Dalam periode ketika muatan inti meningkat, jari-jari atom secara umum menurun, yang berhubungan dengan peningkatan daya tarik elektron terluar ke inti. Penurunan jari-jari atom terbesar terjadi pada unsur-unsur periode pendek. Dalam golongan unsur, jari-jari atom umumnya bertambah seiring bertambahnya jumlah lapisan elektron. Jadi, dalam perubahan jari-jari atom suatu unsur, berbagai jenis periodisitas terlihat: vertikal, horizontal, dan diagonal.

Ukuran kecil atom unsur periode kedua menyebabkan stabilitas ikatan rangkap yang terbentuk dengan tambahan tumpang tindih R-orbital berorientasi tegak lurus terhadap sumbu inti. Jadi, karbon dioksida adalah monomer gas, molekulnya mengandung dua ikatan rangkap, dan silikon dioksida adalah polimer kristal dengan ikatan Si–O. Pada suhu kamar, nitrogen ada dalam bentuk molekul N2 stabil yang atom nitrogennya dihubungkan oleh ikatan rangkap tiga yang kuat. Fosfor putih terdiri dari molekul P4, sedangkan fosfor hitam adalah polimer.

Rupanya, untuk unsur-unsur periode ketiga, pembentukan beberapa ikatan tunggal lebih menguntungkan daripada pembentukan satu ikatan rangkap. Karena tumpang tindih tambahan R-orbital untuk karbon dan nitrogen dicirikan oleh anion CO 3 2− dan NO 3− (bentuk segitiga), sedangkan untuk silikon dan fosfor, anion tetrahedral SiO 4 4− dan PO 4 3− lebih stabil.

Arti Hukum Periodik

Hukum periodik memegang peranan besar dalam perkembangan ilmu kimia dan ilmu pengetahuan alam lainnya. Hubungan timbal balik antara semua unsur dan sifat fisik dan kimianya ditemukan. Hal ini memberikan ilmu pengetahuan alam suatu masalah ilmiah dan filosofis yang sangat penting: hubungan timbal balik ini harus dijelaskan. Setelah ditemukannya Hukum Periodik, menjadi jelas bahwa atom-atom dari semua unsur harus dibangun menurut satu prinsip, dan strukturnya harus mencerminkan periodisitas sifat-sifat unsur. Dengan demikian, hukum periodik menjadi mata rantai penting dalam evolusi ilmu atom-molekul, yang berdampak signifikan terhadap perkembangan teori struktur atom. Ia juga berkontribusi pada perumusan konsep modern tentang “unsur kimia” dan klarifikasi gagasan tentang zat sederhana dan kompleks.

Menggunakan Hukum Periodik, D.I. Mendeleev menjadi peneliti pertama yang berhasil memecahkan masalah prediksi dalam bidang kimia. Hal ini menjadi jelas hanya beberapa tahun setelah pembuatan Tabel Periodik Unsur, ketika unsur-unsur kimia baru yang diprediksi oleh Mendeleev ditemukan. Hukum periodik juga membantu memperjelas banyak ciri perilaku kimia unsur-unsur yang telah ditemukan. Kemajuan dalam fisika atom, termasuk energi nuklir dan sintesis unsur-unsur buatan, hanya mungkin terjadi berkat Hukum Periodik. Pada gilirannya, mereka memperluas dan memperdalam esensi hukum Mendeleev dan memperluas batas-batas Tabel Periodik Unsur.

Hukum periodik merupakan hukum universal. Ini adalah salah satu hukum ilmiah umum yang benar-benar ada di alam dan oleh karena itu, dalam proses evolusi pengetahuan kita, pengetahuan kita tidak akan pernah kehilangan maknanya. Telah ditetapkan bahwa tidak hanya struktur elektronik atom, tetapi juga struktur halus inti atom tunduk pada periodisitas, yang menunjukkan sifat periodik dari sifat-sifat dunia partikel elementer.

Seiring berjalannya waktu, peran Hukum Periodik tidak berkurang. Ini menjadi dasar terpenting kimia anorganik. Ini digunakan, misalnya, dalam sintesis zat dengan sifat yang telah ditentukan, pembuatan bahan baru, dan pemilihan katalis yang efektif.

Pentingnya Hukum Periodik dalam pengajaran kimia umum dan anorganik sangatlah berharga. Penemuannya dikaitkan dengan pembuatan buku teks kimia, ketika Mendeleev mencoba menyajikan secara jelas informasi tentang 63 unsur kimia yang dikenal saat itu. Sekarang jumlah unsur meningkat hampir dua kali lipat, dan Hukum Periodik memungkinkan untuk mengidentifikasi persamaan dan pola sifat berbagai unsur kimia menggunakan posisinya dalam Tabel Periodik.

Menurut hukum periodik D.I. Mendeleev, semua sifat unsur dengan bertambahnya nomor atom dalam sistem periodik tidak berubah terus menerus, tetapi berulang secara berkala, setelah sejumlah unsur tertentu. Alasan sifat periodik perubahan sifat-sifat unsur adalah pengulangan periodik konfigurasi elektronik sublevel valensi yang serupa: setiap kali konfigurasi elektronik sublevel valensi diulang, misalnya, konfigurasi ns 2 np 2 yang dibahas pada contoh 3.1.3 , sifat-sifat unsur sebagian besar mengulangi unsur-unsur sebelumnya yang berstruktur elektronik serupa.

Sifat kimia yang paling penting dari setiap unsur adalah kemampuan atomnya untuk menyumbangkan atau memperoleh elektron, yang dalam kasus pertama mencirikan aktivitas reduksi unsur tersebut, dan yang kedua, aktivitas oksidatif unsur tersebut. Ciri kuantitatif aktivitas reduksi suatu unsur adalah energi ionisasi (potensial), dan aktivitas oksidatif adalah afinitas elektron.

Energi ionisasi (potensial) adalah energi yang harus dikeluarkan untuk mengabstraksi dan melepaskan elektron dari suatu atom 6 . Jelas bahwa semakin rendah energi ionisasinya. Semakin jelas kemampuan suatu atom untuk menyumbangkan elektron dan, akibatnya, semakin tinggi pula aktivitas reduksi unsur tersebut. Energi ionisasi, seperti sifat-sifat unsur lainnya, dengan bertambahnya nomor atom dalam sistem periodik tidak berubah secara monoton, tetapi secara berkala. Dalam suatu periode, dengan jumlah lapisan elektron yang tetap, energi ionisasi meningkat seiring dengan peningkatan nomor atom karena peningkatan gaya tarik elektron terluar ke inti atom karena peningkatan muatan inti. . Ketika berpindah ke unsur pertama periode berikutnya, terjadi penurunan tajam energi ionisasi - begitu kuat sehingga energi ionisasi menjadi lebih kecil dari energi ionisasi analog sebelumnya dalam subkelompok. Alasannya adalah penurunan tajam gaya tarik elektron terluar ke inti karena peningkatan yang signifikan dalam jari-jari atom karena peningkatan jumlah lapisan elektronik selama transisi ke periode baru. Jadi, dengan bertambahnya nomor atom, energi ionisasi dalam suatu periode meningkat 7 , dan di subkelompok utama menurun. Jadi unsur-unsur dengan aktivitas reduksi terbesar terletak di awal periode dan di bagian bawah subkelompok utama.

Afinitas elektron adalah energi yang dilepaskan ketika suatu atom memperoleh elektron. Semakin besar afinitas elektron, semakin kuat kemampuan atom untuk mengikat elektron dan, akibatnya, semakin tinggi aktivitas oksidatif unsur tersebut. Dengan bertambahnya nomor atom dalam suatu periode, afinitas elektron meningkat karena meningkatnya daya tarik elektron lapisan terluar terhadap inti, dan pada golongan unsur, afinitas elektron menurun karena penurunan gaya tarik elektron terluar ke inti. inti dan karena peningkatan jari-jari atom. Jadi, unsur-unsur dengan aktivitas oksidatif terbesar terletak di akhir periode 8 dan di bagian atas golongan tabel periodik.

Ciri umum sifat redoks unsur adalah keelektronegatifan adalah setengah jumlah energi ionisasi dan afinitas elektron. Berdasarkan pola perubahan energi ionisasi dan afinitas elektron dalam periode dan golongan sistem periodik, mudah untuk menyimpulkan bahwa dalam periode keelektronegatifan meningkat dari kiri ke kanan, dalam golongan menurun dari atas ke bawah. Akibatnya, semakin besar keelektronegatifan, semakin besar aktivitas oksidatif suatu unsur dan semakin lemah aktivitas reduksinya.

Contoh 3.2.1.Ciri-ciri perbandingan sifat redoks unsurI.A.- DanV.A.-kelompok periode ke-2 dan ke-6.

Karena dalam periode, energi ionisasi, afinitas elektron, dan elektronegativitas meningkat dari kiri ke kanan, dan dalam golongan menurun dari atas ke bawah di antara unsur-unsur yang dibandingkan, nitrogen memiliki aktivitas pengoksidasi terbesar, dan fransium adalah zat pereduksi paling kuat.

Unsur-unsur yang atom-atomnya hanya mampu menunjukkan sifat-sifat pereduksi biasa disebut logam (logam). Atom unsur bukan logam (nonlogam) dapat menunjukkan sifat pereduksi dan sifat pengoksidasi, tetapi sifat pengoksidasi lebih merupakan ciri khasnya.

Logam umumnya merupakan unsur dengan jumlah elektron terluar yang sedikit. Logam mencakup semua unsur golongan samping, lantanida dan aktinida, karena jumlah elektron pada lapisan terluar atom unsur tersebut tidak melebihi 2. Unsur logam juga terdapat pada subkelompok utama. Pada subkelompok utama periode ke-2, Li dan Be merupakan logam yang khas. Pada periode ke-2, hilangnya sifat logam terjadi ketika elektron ketiga memasuki lapisan elektronik terluar - selama transisi ke boron. Pada subkelompok utama periode yang mendasarinya, terjadi pergeseran batas antara logam dan nonlogam secara konsisten sebesar satu posisi ke kanan karena peningkatan aktivitas reduksi unsur-unsur karena peningkatan jari-jari atom. Jadi, pada periode ke-3, batas konvensional yang membagi logam dan non-logam melewati antara Ali dan Si; pada periode ke-4, non-logam tipikal pertama adalah arsenik, dan seterusnya.

Frekuensi perubahan sifat-sifat unsur. Hukum periodik D.I. Mendeleev

Tabel periodik unsur kimia dibuat pada tahun 1869 oleh rekan senegara kita Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Berbeda dengan pendahulunya, Mendeleev membandingkan tidak hanya unsur-unsur yang serupa, tetapi terutama unsur-unsur yang berbeda dan golongannya (misalnya, logam alkali dan halogen), menyusunnya berdasarkan karakteristik utama (yang diketahui pada saat itu) dari unsur tersebut - berat atom.

Kata-kata undang-undang pada waktu itu adalah sebagai berikut:

Sifat-sifat unsur kimia, serta sifat dan bentuk senyawanya, secara periodik bergantung pada berat atomnya.

Belakangan, Mendeleev menggunakan ciri-ciri unsur yang lebih mendasar daripada berat atom yang ia perkenalkan, yaitu nomor atomnya, yang ditentukan oleh muatan positif inti, yaitu. jumlah proton dalam inti atom. Pola perubahan sifat-sifat unsur menurut periode dan golongan telah ditetapkan.

Untuk mendeskripsikan dan mensistematisasikan unsur-unsur kimia, perlu diketahui ciri-cirinya: nomor atom (muatan inti atomnya) dan massa atom relatif.

Dari jumlah tersebut, muatan inti atom merupakan ciri umum yang tidak berubah selama reaksi kimia, ciri utama penentuan suatu unsur.

Untuk mendeskripsikan unsur-unsur, selain ciri-ciri kuantitatif yang disebutkan di atas, diperlukan ciri-ciri lain, termasuk ciri-ciri kualitatif unsur tersebut. Ini adalah struktur elektronik dan sifat atomnya.

Yang paling penting adalah elektron yang terletak di lapisan elektronik terluar, elektron valensi. Unsur logam biasanya memiliki 1 - 2, lebih jarang 3, non-logam - 4 atau lebih. Untuk unsur-unsur dengan periode subkelompok samping yang besar, elektron valensi tidak hanya berada pada lapisan terluar, tetapi juga lapisan pra-luar. Reaktivitas atom untuk membentuk ikatan kimia dengan atom lain dan membentuk senyawa kimia bergantung pada elektron valensi.

Senyawa kimia adalah zat kimia individual yang terdiri dari atom-atom yang terikat secara kimia dari suatu unsur dalam suatu zat sederhana atau beberapa unsur dalam suatu zat kompleks, yang mempunyai komposisi tertentu.

Zat sederhana dan zat kompleks merupakan wujud nyata keberadaan unsur-unsur di alam. Sifat unsur mempengaruhi sifat zat yang dibentuknya, begitu pula sebaliknya dengan mengetahui sifat zat maka seseorang dapat menilai sifat unsur tersebut.

Dmitry Ivanovich Mendeleev sangat mementingkan pengetahuan tentang bentuk dan sifat senyawa oksigen dan hidrogen khas suatu unsur untuk karakterisasinya. Dari bentuk senyawa, ia memahami kesamaan komposisi senyawanya yang merupakan ciri suatu kelompok unsur, yang dinyatakan dengan rumus umum. Jadi, unsur-unsur subkelompok utama golongan VI tabel periodik memiliki bentuk senyawa oksigen dan hidrogen sebagai berikut: RO3, H2R.

Misalnya: sulfur oksida dan hidrogen sulfida.

Unsur logam yang khas membentuk oksida basa dan hidroksida, menunjukkan nilai valensi rendah dalam bentuk senyawa ini. Pada unsur nonlogam, senyawa oksigen yang lebih tinggi (oksida dan hidroksida) bersifat asam. Unsur-unsur ini membentuk senyawa gas hidrogen. Banyak unsur menunjukkan sifat perantara.

Mari kita turunkan pola perubahan sifat-sifat unsur dengan bertambahnya nomor urutnya.

1. Karakteristik kuantitatif terpenting suatu unsur - muatan inti atom dan massa atomnya - meningkat secara monoton.

2. Struktur lapisan elektronik terluar berubah secara tiba-tiba.

3. Bentuk dan sifat oksida dan hidroksida suatu unsur berulang secara berkala.

4. Secara berkala, valensi unsur untuk oksigen meningkat dan menurun untuk hidrogen.

Apa hubungan sifat-sifat suatu unsur yang berubah secara monoton dan periodik?

Mari kita perhatikan hubungan ini dengan menggunakan contoh muatan inti atom dan elektron terluarnya. Untuk melakukan ini, mari buat grafik. Mari kita perhatikan pada garis horizontal muatan inti atom, dan pada garis vertikal jumlah elektron pada lapisan terluar atom unsur.

Jumlah elektron pada lapisan elektron terluar atom suatu unsur berubah secara berkala seiring dengan peningkatan nilai muatan inti atomnya secara monoton.

Penemuan hukum periodik menandai dimulainya era baru dalam perkembangan kimia – tahap modernnya. Sebelumnya, fakta-fakta yang terkumpul dalam sains tidak memiliki hubungan internal.

Hukum periodik mengungkapkan hubungan mendalam antar unsur, memungkinkan para ilmuwan memprediksi sifat unsur yang belum ditemukan dan senyawanya, serta dengan sengaja mencari unsur baru.

Dmitry Ivanovich Mendeleev tidak meragukan keandalan hukum terbuka, dia sangat yakin akan masa depannya, pada perkembangannya. Sesaat sebelum kematiannya, ia menulis: “... menurut hukum periodik, masa depan tidak mengancam kehancuran, tetapi hanya menjanjikan suprastruktur dan pembangunan.”

Hukum periodik:

Membangun hubungan internal yang mendalam antar elemen;

Memungkinkan para ilmuwan untuk berasumsi bahwa semua atom dibangun menurut rencana yang sama;

Dengan demikian, ia menciptakan prasyarat untuk transisi ke tahap baru dalam pengembangan ilmu pengetahuan, menuju pengetahuan tentang struktur internal atom - penemuan elektron, radioaktivitas, pengembangan teori struktur atom, dll.

Tahap selanjutnya adalah pengungkapan hakikat fisika hukum berdasarkan teori struktur atom.

Anda sudah familiar dengan struktur atom dan mengetahui bahwa muatan inti atom merupakan ciri utamanya. Muatan inti bertepatan dengan nomor atom suatu unsur dalam tabel periodik Mendeleev.

Murid Rutherford, fisikawan Inggris Henry Moseley, pada tahun 1913 menetapkan bahwa setiap unsur memiliki panjang gelombang radiasi sinar-X sendiri. Ini meningkat dengan meningkatnya massa atom. Moseley menghubungkan frekuensi radiasi ini dengan nomor seri unsur. Hukum Moseley menegaskan bahwa perubahan nomor atom unsur-unsur dalam tabel periodik yang dilakukan Mendeleev berhubungan dengan peningkatan muatan inti atomnya secara konsisten. Kita telah membahas masalah ini dalam studi isotop.

Sehubungan dengan penemuan-penemuan baru di bidang struktur atom, hukum periodik mengadopsi rumusan modern sebagai berikut:

Sifat-sifat unsur, serta bentuk dan sifat senyawanya, secara periodik bergantung pada besarnya muatan inti atom.

Mengapa sifat unsur dan senyawanya berubah secara berkala?

Apa alasan periodisitasnya?

Jawaban atas pertanyaan ini juga dapat diberikan oleh teori struktur atom:

Besarnya muatan inti merupakan ciri utama suatu unsur, ukuran individualitasnya. Semua sifat lain suatu unsur bergantung pada karakteristik ini; sifat ini menentukan jumlah elektron dan keadaannya dalam atom.

Peningkatan muatan inti atom dari unsur pertama ke unsur terakhir menyebabkan pengulangan struktur elektronik atom dan jumlah elektron pada tingkat energi terluar secara berkala. Inilah makna fisis dari hukum periodik dan alasan periodisitas perubahan sifat-sifat unsur.

Perubahan periodik sifat-sifat unsur dijelaskan oleh pengulangan periodik jumlah elektron pada tingkat energi terluar dan struktur elektronik atom.

Teori struktur atom berkontribusi pada pengembangan hukum periodik dan sistem periodik unsur kimia, serta penentuan kandungan modernnya. Ini memberi dorongan pada studi tentang struktur internal zat, pada penemuan dan produksi unsur-unsur baru.

“Sifat-sifat unsur, dan oleh karena itu benda (zat) sederhana dan kompleks yang dibentuknya, secara periodik bergantung pada berat atomnya.”

Kata-kata modern:

“sifat-sifat unsur kimia (yaitu sifat dan bentuk senyawa yang dibentuknya) secara periodik bergantung pada muatan inti atom unsur kimia tersebut.”

Arti fisika dari periodisitas kimia

Perubahan periodik sifat-sifat unsur kimia disebabkan oleh pengulangan yang benar konfigurasi elektronik tingkat energi terluar (elektron valensi) atom-atomnya dengan peningkatan muatan inti.

Representasi grafis dari hukum periodik adalah tabel periodik. Ini berisi 7 periode dan 8 kelompok.

Periode - deretan elemen horizontal dengan nilai maksimum bilangan kuantum utama elektron valensi yang sama.

Nomor periode menunjukkan jumlah tingkat energi dalam atom suatu unsur.

Periode dapat terdiri dari 2 unsur (pertama), 8 (kedua dan ketiga), 18 (keempat dan kelima) atau 32 (enam), tergantung pada jumlah elektron pada tingkat energi terluar. Periode ketujuh yang terakhir belum selesai.

Semua periode (kecuali periode pertama) dimulai dengan logam alkali ( S- unsur), dan diakhiri dengan gas mulia ( ns 2 np 6 ).

Sifat logam dianggap sebagai kemampuan atom suatu unsur untuk dengan mudah melepaskan elektron, dan sifat nonlogam untuk memperoleh elektron karena keinginan atom untuk memperoleh konfigurasi stabil dengan sublevel terisi. Mengisi bagian luar S- sublevel menunjukkan sifat logam atom, dan pembentukan bagian luarnya P- sublevel - berdasarkan sifat non-logam. Peningkatan jumlah elektron sebesar P- sublevel (dari 1 hingga 5) meningkatkan sifat non-logam atom. Atom dengan konfigurasi lapisan elektron terluar yang terbentuk sempurna dan stabil secara energi ( ns 2 np 6 ) inert secara kimia.

Dalam periode yang lama, peralihan sifat dari logam aktif ke gas mulia terjadi lebih lancar dibandingkan dalam periode yang singkat, karena pembentukan internal ( n - 1) d - sublevel sambil mempertahankan eksternal ns 2 - lapisan. Periode besar terdiri dari deret genap dan ganjil.

Untuk elemen baris genap pada lapisan luar ns 2 - elektron, oleh karena itu sifat logam mendominasi dan melemahnya dengan meningkatnya muatan inti kecil; dalam barisan ganjil terbentuk np- sublevel, yang menjelaskan melemahnya sifat logam secara signifikan.

Grup - kolom vertikal unsur-unsur dengan jumlah elektron valensi yang sama dengan nomor golongan. Ada subkelompok utama dan sekunder.

Subkelompok utama terdiri dari unsur-unsur periode kecil dan besar, yang elektron valensinya terletak di bagian terluar ns - dan np - sublevel.

Subkelompok samping hanya terdiri dari unsur-unsur periode besar. Elektron valensinya berada di bagian terluar tidak- sublevel dan internal ( n - 1) d - sublevel (atau (n - 2) f - sublevel).

Tergantung pada sublevel mana ( s -, p -, d - atau f -) diisi dengan elektron valensi, unsur-unsur tabel periodik dibagi menjadi: S- elemen (elemen subkelompok utama Golongan I dan II), p - elemen (elemen subkelompok utama kelompok III - VII), d - elemen (elemen subgrup samping), F- unsur (lantanida, aktinida).

Pada subkelompok utama, dari atas ke bawah, sifat logam meningkat, dan sifat nonlogam melemah. Unsur-unsur golongan utama dan golongan sekunder sangat berbeda sifatnya.

Nomor golongan menunjukkan valensi tertinggi suatu unsur (kecuali DARI, unsur subkelompok tembaga dan kelompok kedelapan).

Rumus oksida yang lebih tinggi (dan hidratnya) umum untuk unsur-unsur subkelompok utama dan sekunder. Dalam oksida yang lebih tinggi dan unsur hidratnya AKU AKU AKU AKU kelompok (kecuali boron) sifat dasar mendominasi, dengan IV hingga VIII - asam.