Hukum periodik unsur kimia adalah hukum dasar alam yang menetapkan periodisitas perubahan sifat-sifat unsur kimia seiring dengan meningkatnya muatan inti atomnya. Tanggal penemuan hukum ini dianggap 1 Maret (17 Februari, gaya lama) 1869, ketika D. I. Mendeleev menyelesaikan pengembangan "Pengalaman sistem unsur berdasarkan berat atom dan kesamaan kimianya". Ilmuwan pertama kali menggunakan istilah "hukum periodik" ("hukum periodisitas") pada akhir tahun 1870. Menurut Mendeleev, "tiga jenis data" berkontribusi pada penemuan hukum periodik. Pertama, keberadaan unsur-unsur yang diketahui dalam jumlah yang cukup besar (63); kedua, pengetahuan yang memuaskan tentang sifat-sifat sebagian besarnya; ketiga, fakta bahwa berat atom banyak unsur ditentukan dengan akurasi yang baik, sehingga unsur-unsur kimia dapat disusun dalam rangkaian alami sesuai dengan pertambahan berat atomnya. Mendeleev menganggap syarat yang menentukan bagi penemuan hukum adalah perbandingan semua unsur menurut berat atomnya (sebelumnya hanya unsur kimia yang serupa yang dibandingkan).
Rumusan klasik hukum periodik, yang diberikan oleh Mendeleev pada bulan Juli 1871, menyatakan: “Sifat-sifat unsur, dan oleh karena itu sifat-sifat benda sederhana dan kompleks yang dibentuknya, secara periodik bergantung pada berat atomnya.” Rumusan ini tetap berlaku selama lebih dari 40 tahun, namun undang-undang periodik hanya sekedar pernyataan fakta dan tidak memiliki dasar fisik. Hal ini menjadi mungkin hanya pada pertengahan tahun 1910-an, ketika model atom planet nuklir dikembangkan (lihat Atom) dan ditetapkan bahwa nomor seri suatu unsur dalam tabel periodik secara numerik sama dengan muatan inti unsur tersebut. atom. Hasilnya, rumusan fisika hukum periodik menjadi mungkin: “Sifat-sifat unsur dan zat sederhana dan kompleks yang dibentuknya secara periodik bergantung pada besarnya muatan inti (Z) atom-atomnya.” Ini masih banyak digunakan sampai sekarang. Inti dari hukum periodik dapat diungkapkan dengan kata lain: “Konfigurasi kulit elektron terluar suatu atom berulang secara berkala seiring dengan bertambahnya Z”; Ini adalah semacam rumusan undang-undang yang “elektronik”.
Ciri penting dari hukum periodik adalah, tidak seperti beberapa hukum alam fundamental lainnya (misalnya, hukum gravitasi universal atau hukum kesetaraan massa dan energi), hukum ini tidak memiliki ekspresi kuantitatif, yaitu tidak dapat ditulis dalam bentuk apa pun atau rumus atau persamaan matematika. Sementara itu, Mendeleev sendiri dan ilmuwan lain mencoba mencari ekspresi matematis dari hukum tersebut. Dalam bentuk rumus dan persamaan, berbagai pola penyusunan konfigurasi elektronik atom dapat dinyatakan secara kuantitatif tergantung pada nilai bilangan kuantum utama dan orbital. Adapun hukum periodik mempunyai gambaran grafis yang jelas berupa sistem periodik unsur-unsur kimia, yang terutama diwakili oleh berbagai jenis tabel.
Hukum periodik adalah hukum universal untuk seluruh Alam Semesta, yang memanifestasikan dirinya di mana pun struktur material bertipe atom berada. Namun, bukan hanya konfigurasi atom yang berubah secara berkala seiring bertambahnya Z. Ternyata struktur dan sifat inti atom juga berubah secara berkala, meskipun sifat perubahan periodik di sini jauh lebih rumit daripada kasus atom: pembentukan kulit proton dan neutron secara teratur terjadi di dalam inti. Inti yang kulitnya terisi (mengandung 2, 8, 20, 50, 82, 126 proton atau neutron) disebut “ajaib” dan dianggap sebagai semacam batas periode sistem periodik inti atom.
Pada tahun 1871, hukum periodik Mendeleev dirumuskan. Pada saat ini, sains mengetahui 63 unsur, dan Dmitri Ivanovich Mendeleev mengurutkannya berdasarkan massa atom relatif. Tabel periodik modern telah berkembang secara signifikan.
Cerita
Pada tahun 1869, saat mengerjakan buku teks kimia, Dmitry Mendeleev dihadapkan pada masalah mensistematisasikan materi yang dikumpulkan selama bertahun-tahun oleh berbagai ilmuwan - pendahulu dan sezamannya. Bahkan sebelum karya Mendeleev, upaya telah dilakukan untuk mensistematisasikan unsur-unsur, yang menjadi prasyarat untuk pengembangan tabel periodik.
Beras. 1. Mendeleev D.I..
Pencarian klasifikasi elemen dirangkum dalam tabel.
Mendeleev mengurutkan unsur-unsur berdasarkan massa atom relatif, menempatkannya dalam urutan menaik. Total ada sembilan belas baris horizontal dan enam baris vertikal. Ini adalah edisi pertama tabel periodik unsur. Dari sinilah kisah penemuan hukum periodik dimulai.
Ilmuwan membutuhkan waktu hampir tiga tahun untuk membuat tabel baru yang lebih canggih. Enam kolom unsur menjadi periode horizontal, yang masing-masing dimulai dengan logam alkali dan diakhiri dengan nonlogam (gas mulia belum diketahui). Baris horizontal membentuk delapan kelompok vertikal.
Berbeda dengan rekan-rekannya, Mendeleev menggunakan dua kriteria distribusi unsur:
- massa atom;
- sifat kimia.
Ternyata ada pola antara kedua kriteria tersebut. Setelah sejumlah unsur tertentu bertambah massa atomnya, sifat-sifatnya mulai berulang.
Beras. 2. Tabel disusun oleh Mendeleev.
Awalnya, teori ini tidak diungkapkan secara matematis dan tidak dapat dikonfirmasi sepenuhnya secara eksperimental. Arti fisik dari hukum tersebut menjadi jelas hanya setelah terciptanya model atom. Intinya adalah mengulangi struktur kulit elektron dengan peningkatan muatan inti secara konsisten, yang tercermin pada sifat kimia dan fisik unsur.
Hukum
Setelah menetapkan periodisitas perubahan sifat seiring dengan peningkatan massa atom, Mendeleev pada tahun 1871 merumuskan hukum periodik, yang menjadi dasar ilmu kimia.
Dmitry Ivanovich menetapkan bahwa sifat-sifat zat sederhana secara periodik bergantung pada massa atom relatif.
Ilmu pengetahuan pada abad ke-19 belum memiliki pengetahuan modern tentang unsur-unsur, sehingga rumusan hukum modern agak berbeda dengan rumusan Mendeleev. Namun esensinya tetap sama.
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan lebih lanjut, struktur atom dipelajari, yang mempengaruhi rumusan hukum periodik. Menurut hukum periodik modern, sifat-sifat unsur kimia bergantung pada muatan inti atom.
Meja
Sejak zaman Mendeleev, tabel yang dibuatnya telah berubah secara signifikan dan mulai mencerminkan hampir semua fungsi dan karakteristik unsur. Kemampuan menggunakan tabel diperlukan untuk pembelajaran kimia lebih lanjut. Tabel modern disajikan dalam tiga bentuk:
- pendek - periode menempati dua garis, dan hidrogen sering diklasifikasikan sebagai golongan 7;
- panjang - isotop dan unsur radioaktif dikeluarkan dari tabel;
- ekstra panjang - setiap periode menempati baris tersendiri.
Beras. 3. Meja panjang modern.
Tabel pendek adalah versi paling ketinggalan jaman, yang dihentikan produksinya pada tahun 1989, namun masih digunakan di banyak buku teks. Formulir panjang dan ekstra panjang diakui secara internasional dan digunakan di seluruh dunia. Meskipun bentuknya sudah mapan, para ilmuwan terus memperbaiki sistem periodik, menawarkan pilihan-pilihan baru.
Apa yang telah kita pelajari?
Hukum periodik dan sistem periodik Mendeleev dirumuskan pada tahun 1871. Mendeleev mengidentifikasi pola sifat-sifat unsur dan mengurutkannya berdasarkan massa atom relatif. Ketika massa bertambah, sifat-sifat unsur berubah dan kemudian berulang. Selanjutnya, tabel tersebut dilengkapi dan undang-undang disesuaikan dengan pengetahuan modern.
Uji topiknya
Evaluasi laporan
Peringkat rata-rata: 4.6. Total peringkat yang diterima: 135.
Data tentang struktur inti dan distribusi elektron dalam atom memungkinkan kita untuk mempertimbangkan hukum periodik dan sistem periodik unsur dari posisi fisika dasar. Berdasarkan konsep modern, hukum periodik dirumuskan sebagai berikut:
Sifat-sifat zat sederhana, serta bentuk dan sifat senyawa unsur, secara periodik bergantung pada besarnya muatan inti atom (bilangan urut).
Tabel periodik D.I. Mendeleev
Saat ini diketahui lebih dari 500 varian representasi tabel periodik: berbagai bentuk transmisi hukum periodik.
Versi pertama sistem unsur yang dikemukakan oleh D.I. Mendeleev pada tanggal 1 Maret 1869 disebut versi bentuk panjang. Dalam versi ini, titik-titiknya terletak pada satu baris.
Dalam sistem periodik ada 7 periode secara horizontal, tiga periode pertama disebut kecil, dan sisanya disebut besar. Periode pertama berisi 2 elemen, periode kedua dan ketiga masing-masing 8, periode keempat dan kelima - 18, periode keenam - 32, periode ketujuh (tidak lengkap) - 21 elemen. Setiap periode, kecuali periode pertama, dimulai dengan logam alkali dan diakhiri dengan gas mulia (periode ke-7 belum selesai).
Semua unsur dalam tabel periodik diberi nomor sesuai urutannya. Jumlah unsur disebut nomor atom atau nomor atom.
Sistem ini memiliki 10 baris. Setiap periode kecil terdiri dari satu baris, setiap periode besar terdiri dari dua baris: genap (atas) dan ganjil (bawah). Pada barisan genap periode besar (keempat, keenam, kedelapan dan kesepuluh) hanya terdapat logam, dan sifat-sifat unsur dalam barisan tersebut sedikit berubah dari kiri ke kanan. Pada baris ganjil periode besar (kelima, ketujuh, dan kesembilan), sifat-sifat unsur dalam baris tersebut berubah dari kiri ke kanan, seperti unsur pada umumnya.
Ciri utama unsur-unsur periode panjang dibagi menjadi dua deret adalah bilangan oksidasinya. Nilai identiknya berulang dua kali dalam periode dengan peningkatan massa atom unsur. Misalnya, pada periode keempat, bilangan oksidasi unsur-unsur dari K ke Mn berubah dari +1 menjadi +7, diikuti oleh triad Fe, Co, Ni (ini adalah unsur-unsur deret genap), setelah itu terjadi kenaikan yang sama. dalam bilangan oksidasi diamati untuk unsur-unsur dari Cu hingga Br ( Ini adalah unsur-unsur baris ganjil). Kita melihat hal yang sama pada periode besar yang tersisa, tidak termasuk periode ketujuh, yang terdiri dari satu baris (genap). Bentuk-bentuk kombinasi unsur juga diulang dua kali dalam periode yang besar.
Pada periode keenam, setelah lantanum, terdapat 14 unsur dengan nomor urut 58-71 yang disebut lantanida (kata "lantanida" artinya seperti lantanum, dan "aktinoda" berarti "seperti aktinium"). yang artinya lantanum berikut, aktinium berikutnya). Lantanida ditempatkan secara terpisah di bagian bawah tabel, dan di dalam kotak terdapat tanda bintang yang menunjukkan urutan lokasinya dalam sistem: La-Lu. Sifat kimia lantanida sangat mirip. Misalnya, semuanya adalah logam reaktif, bereaksi dengan air membentuk hidroksida dan hidrogen. Oleh karena itu, lantanida memiliki analogi horizontal yang kuat.
Pada periode ketujuh, 14 unsur dengan nomor urut 90-103 membentuk keluarga aktinida. Mereka juga ditempatkan secara terpisah - di bawah lantanida, dan di sel yang sesuai, dua tanda bintang menunjukkan urutan lokasinya dalam sistem: Ac-Lr. Namun, tidak seperti lantanida, analogi horizontal pada aktinida kurang diungkapkan. Mereka menunjukkan bilangan oksidasi yang lebih berbeda dalam senyawanya. Misalnya, bilangan oksidasi aktinium adalah +3, dan uranium adalah +3, +4, +5, dan +6. Mempelajari sifat kimia aktinida sangat sulit karena ketidakstabilan intinya.
Ada delapan golongan yang disusun secara vertikal dalam tabel periodik (ditunjukkan dengan angka romawi). Nomor golongan dikaitkan dengan bilangan oksidasi unsur-unsur yang mereka tunjukkan dalam senyawa. Biasanya, bilangan oksidasi positif tertinggi suatu unsur sama dengan nomor golongannya. Pengecualiannya adalah fluor - bilangan oksidasinya adalah -1; tembaga, perak, emas menunjukkan bilangan oksidasi +1, +2 dan +3; Dari unsur-unsur Golongan VIII, bilangan oksidasi +8 hanya diketahui untuk osmium, rutenium, dan xenon.
Golongan VIII mengandung gas mulia. Sebelumnya diyakini tidak mampu membentuk senyawa kimia.
Setiap golongan dibagi menjadi dua subkelompok - subkelompok utama dan subkelompok sekunder, yang dalam tabel periodik ditekankan dengan perpindahan sebagian ke kanan dan sebagian lagi ke kiri. Subkelompok utama terdiri dari unsur-unsur khas (unsur periode kedua dan ketiga) dan unsur-unsur periode besar yang sifat kimianya serupa. Subkelompok sekunder hanya terdiri dari logam - unsur-unsur jangka panjang. Grup VIII berbeda dari yang lain. Selain subgrup helium utama, ia juga berisi tiga subgrup sekunder: subgrup besi, subgrup kobalt, dan subgrup nikel.
Sifat kimia unsur-unsur subkelompok utama dan sekunder berbeda secara signifikan. Misalnya pada golongan VII subgrup utama terdiri dari nonlogam F, CI, Br, I, At, dan subgrup sekunder terdiri dari logam Mn, Tc, Re. Jadi, subgrup menggabungkan elemen-elemen yang paling mirip satu sama lain.
Semua unsur kecuali helium, neon dan argon membentuk senyawa oksigen; Hanya ada 8 bentuk senyawa oksigen. Dalam tabel periodik unsur-unsur tersebut sering diwakili oleh rumus umum, yang terletak di bawah setiap golongan berdasarkan kenaikan bilangan oksidasi unsur-unsur: R 2 O, RO, R 2 O 3, RO 2, R 2 O 5, RO 3, R 2 O 7, RO 4, dimana R adalah salah satu unsur golongan ini. Rumus oksida yang lebih tinggi berlaku untuk semua unsur dalam golongan (mayor dan minor), kecuali unsur-unsur tersebut tidak menunjukkan bilangan oksidasi yang sama dengan nomor golongannya.
Unsur-unsur subgolongan utama, mulai dari golongan IV, membentuk senyawa gas hidrogen yang ada 4 bentuk. Mereka juga diwakili oleh rumus umum pada barisan RH 4, RH 3, RH 2, RH. Rumus senyawa hidrogen terletak di bawah unsur-unsur subkelompok utama dan hanya merujuk pada unsur-unsur tersebut.
Sifat-sifat unsur dalam subkelompok berubah secara alami: dari atas ke bawah, sifat logam bertambah dan sifat nonlogam melemah. Jelas sekali, sifat logam paling menonjol pada fransium, kemudian pada cesium; non-logam - untuk fluor, lalu - untuk oksigen.
Periodisitas sifat-sifat unsur juga dapat ditelusuri dengan jelas dengan memperhatikan konfigurasi elektronik atom.
Jumlah elektron yang terletak di tingkat terluar dalam atom suatu unsur, disusun berdasarkan kenaikan nomor atom, berulang secara berkala. Perubahan periodik sifat-sifat unsur dengan bertambahnya nomor atom dijelaskan oleh perubahan periodik struktur atomnya, yaitu jumlah elektron pada tingkat energi terluarnya. Berdasarkan jumlah tingkat energi pada kulit elektron suatu atom, unsur dibagi menjadi tujuh periode. Periode pertama terdiri dari atom-atom yang kulit elektronnya terdiri dari satu tingkat energi, pada periode kedua - dua, pada periode ketiga - tiga, pada keempat - empat, dst. Setiap periode baru dimulai ketika tingkat energi baru muncul. mulai terisi level.
Dalam sistem periodik, setiap periode dimulai dengan unsur-unsur yang atomnya pada tingkat terluar memiliki satu elektron - atom logam alkali - dan diakhiri dengan unsur-unsur yang atomnya pada tingkat terluar memiliki 2 (pada periode pertama) atau 8 elektron (pada semua periode berikutnya). periode) - atom gas mulia .
Selanjutnya, kita melihat bahwa kulit elektron terluar serupa untuk atom unsur (Li, Na, K, Rb, Cs); (Jadilah, Mg, Ca, Sr); (F, Kl, Br, I); (He, Ne, Ar, Kr, Xe), dst. Oleh karena itu, masing-masing golongan unsur di atas muncul dalam subkelompok utama tertentu dalam tabel periodik: Li, Na, K, Rb, Cs pada golongan I, F, Cl, Br, I - sampai VII, dst.
Justru karena kesamaan struktur kulit elektron atom maka sifat fisik dan kimianya pun serupa.
Nomor subgrup utama ditentukan oleh jumlah maksimum unsur pada tingkat energi dan sama dengan 8. Banyaknya unsur transisi (unsur subgrup samping) ditentukan oleh jumlah maksimum elektron pada sublevel d dan sama dengan 10 pada setiap periode besar.
Karena dalam tabel periodik unsur kimia D.I. Mendeleev, salah satu subgrup samping mengandung tiga unsur transisi yang sifat kimianya serupa (disebut triad Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), maka jumlah subgrup sampingnya, sebagai serta yang utama, sama dengan 8.
Dengan analogi unsur transisi, jumlah lantanida dan aktinida yang ditempatkan di bagian bawah sistem periodik dalam bentuk baris independen sama dengan jumlah maksimum elektron pada sublevel f, yaitu 14.
Periode dimulai dengan unsur yang atomnya memiliki satu elektron s di tingkat terluar: pada periode pertama adalah hidrogen, sisanya adalah logam alkali. Periode berakhir dengan gas mulia: yang pertama - dengan helium (1s 2), periode yang tersisa - dengan unsur-unsur, yang atom-atomnya pada tingkat terluar memiliki konfigurasi elektronik ns 2 np 6 .
Periode pertama mengandung dua unsur: hidrogen (Z = 1) dan helium (Z = 2). Periode kedua dimulai dengan unsur litium (Z = 3) dan diakhiri dengan neon (Z= 10). Periode kedua memiliki delapan elemen. Periode ketiga dimulai dengan natrium (Z = 11), yang konfigurasi elektronnya adalah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Pengisian tingkat energi ketiga dimulai dari sana. Itu berakhir di gas inert argon (Z = 18), sublevel 3s dan 3p terisi penuh. Rumus elektronik argon: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Natrium adalah analog dari litium, argon adalah analog dari neon. Pada periode ketiga, seperti pada periode kedua, ada delapan elemen.
Periode keempat dimulai dengan kalium (Z = 19), yang struktur elektroniknya dinyatakan dengan rumus 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p64s 1. Elektronnya yang ke-19 menempati sublevel 4s, yang energinya lebih rendah daripada energi sublevel 3d. Elektron 4s terluar memberikan sifat unsur yang mirip dengan natrium. Pada kalsium (Z = 20), sublevel 4s diisi oleh dua elektron: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2. Dari unsur skandium (Z = 21), pengisian sublevel 3d dimulai, karena itu secara energi lebih menguntungkan daripada sublevel 4p. Lima orbital sublevel 3d dapat ditempati oleh sepuluh elektron, seperti halnya atom dari skandium hingga seng (Z = 30). Oleh karena itu, struktur elektronik Sc sesuai dengan rumus 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2, dan seng - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2. Pada atom-atom selanjutnya elemen hingga kripton gas mulia (Z = 36) sublevel 4p sedang diisi. Periode keempat memiliki 18 unsur.
Periode kelima mengandung unsur rubidium (Z = 37) hingga gas mulia xenon (Z = 54). Pengisian tingkat energinya sama dengan unsur-unsur periode keempat: setelah Rb dan Sr, sepuluh unsur dari yttrium (Z= 39) sampai kadmium (Z = 48) sublevel 4d terisi, setelah itu elektron menempati sublevel 5p. Pada periode kelima, seperti pada periode keempat, terdapat 18 unsur.
Dalam atom unsur sesium periode keenam (Z = 55) dan barium (Z = 56) sublevel 6s terisi. Dalam lantanum (Z = 57), satu elektron memasuki sublevel 5d, setelah itu pengisian sublevel ini berhenti, dan sublevel 4f mulai terisi, tujuh orbitalnya dapat ditempati oleh 14 elektron. Hal ini terjadi pada atom unsur lantanida dengan Z = 58 - 71. Karena sublevel 4f dalam dari tingkat ketiga di luar diisi dengan unsur-unsur ini, maka sifat kimianya sangat mirip. Dari hafnium (Z = 72), pengisian sublevel d dilanjutkan dan berakhir pada merkuri (Z = 80), setelah itu elektron mengisi sublevel 6p. Pengisian level selesai pada gas mulia radon (Z = 86). Ada 32 unsur pada periode keenam.
Periode ketujuh belum selesai. Pengisian level elektronik dengan elektron mirip dengan periode keenam. Setelah mengisi sublevel 7s Perancis (Z = 87) dan radium (Z = 88), sebuah elektron aktinium memasuki sublevel 6d, setelah itu sublevel 5f mulai diisi dengan 14 elektron. Hal ini terjadi pada atom unsur aktinida dengan Z = 90 - 103. Setelah unsur ke 103, sublevel b d terisi: pada kurchatovium (Z = 104), nilsborium (Z = 105), unsur Z = 106 dan Z = 107. Aktinida, seperti lantanida, memiliki banyak sifat kimia yang serupa.
Meskipun sublevel 3 d diisi setelah sublevel 4s, sublevel tersebut ditempatkan lebih awal dalam rumus, karena semua sublevel pada level tertentu ditulis secara berurutan.
Tergantung pada sublevel mana yang terakhir diisi elektron, semua unsur dibagi menjadi empat jenis (keluarga).
1. s - Elemen: sublevel s dari level terluar diisi dengan elektron. Ini mencakup dua elemen pertama setiap periode.
2. p - Elemen: sublevel p dari level terluar diisi dengan elektron. Ini adalah 6 elemen terakhir dari setiap periode (kecuali periode pertama dan ketujuh).
3. d - Elemen: sublevel d dari level terluar kedua diisi dengan elektron, dan satu atau dua elektron tetap berada di level terluar (Pd memiliki nol). Ini termasuk elemen dekade yang disisipkan dari periode besar yang terletak di antara elemen s dan p (disebut juga elemen transisi).
4. f - Elemen: sublevel f dari level luar ketiga diisi dengan elektron, dan dua elektron tetap berada di level terluar. Ini adalah lantanida dan aktinida.
Dalam tabel periodik terdapat 14 unsur s, 30 unsur p, 35 unsur d, 28 unsur sejenis.
Sistem periodik D.I. Mendeleev adalah klasifikasi alami unsur kimia menurut struktur elektron atomnya. Struktur elektronik suatu atom, dan oleh karena itu sifat-sifat suatu unsur, dinilai berdasarkan posisi unsur tersebut dalam periode dan subkelompok yang sesuai dari sistem periodik. Pola pengisian level elektronik menjelaskan perbedaan jumlah unsur dalam periode.
Dengan demikian, periodisitas ketat susunan unsur-unsur dalam sistem periodik unsur kimia D.I. Mendeleev sepenuhnya dijelaskan oleh sifat berurutan dari pengisian tingkat energi.
Kesimpulan:
Teori struktur atom menjelaskan perubahan periodik sifat-sifat unsur. Peningkatan muatan positif inti atom dari 1 menjadi 107 menentukan pengulangan struktur tingkat energi eksternal secara periodik. Dan karena sifat-sifat unsur terutama bergantung pada jumlah elektron di tingkat terluar, sifat-sifat tersebut juga berulang secara berkala. Inilah arti fisik dari hukum periodik.
Dalam waktu singkat, dengan peningkatan muatan positif inti atom, jumlah elektron di tingkat terluar meningkat (dari 1 menjadi 2 pada periode pertama, dan dari 1 menjadi 8 pada periode kedua dan ketiga), yang menjelaskan perubahan sifat-sifat unsur: pada awal periode (kecuali periode pertama) terdapat logam alkali, kemudian sifat logam lambat laun melemah dan sifat nonlogam bertambah.
Dalam periode besar, seiring dengan meningkatnya muatan inti, pengisian level dengan elektron menjadi lebih sulit, yang juga menjelaskan perubahan sifat-sifat unsur yang lebih kompleks dibandingkan dengan unsur-unsur dalam periode kecil. Jadi, dalam rangkaian periode besar yang genap, dengan bertambahnya muatan, jumlah elektron pada tingkat terluar tetap konstan dan sama dengan 2 atau 1. Oleh karena itu, selama tingkat di sebelah terluar (kedua dari luar) diisi dengan elektron. , sifat-sifat unsur dalam deret ini berubah sangat lambat. Hanya pada baris ganjil, ketika jumlah elektron pada tingkat terluar bertambah seiring dengan bertambahnya muatan inti (dari 1 menjadi 8), sifat-sifat unsur mulai berubah dengan cara yang sama seperti sifat-sifat unsur pada umumnya.
Mengingat doktrin struktur atom, pembagian D.I. Mendeleev membagi seluruh unsur menjadi tujuh periode. Nomor periode sesuai dengan jumlah tingkat energi atom yang terisi elektron. Oleh karena itu, unsur s terdapat pada semua periode, unsur p pada periode kedua dan selanjutnya, unsur d pada periode keempat dan selanjutnya, dan unsur f pada periode keempat dan selanjutnya. unsur pada periode keenam dan ketujuh.
Pembagian golongan menjadi subkelompok berdasarkan perbedaan pengisian tingkat energi dengan elektron juga mudah dijelaskan. Untuk elemen subgrup utama, sublevel s (ini adalah elemen s) atau sublevel p (ini adalah elemen p) dari level eksternal diisi. Untuk elemen subgrup samping, sublevel (d dari level luar kedua (ini adalah elemen d) diisi. Untuk lantanida dan aktinida, masing-masing sublevel 4f dan 5f diisi (ini adalah elemen f). Jadi, setiap subkelompok menggabungkan unsur-unsur yang atomnya memiliki struktur tingkat elektronik terluar yang serupa. Dalam hal ini, atom-atom unsur dari subkelompok utama mengandung sejumlah elektron pada tingkat terluar yang sama dengan nomor golongan. Subkelompok sekunder mencakup unsur-unsur yang atomnya dimiliki masing-masing pada tingkat terluar. masing-masing dua atau satu elektron.
Perbedaan struktur juga menentukan perbedaan sifat-sifat unsur-unsur dari subkelompok yang berbeda dalam golongan yang sama. Jadi, pada tingkat terluar atom unsur subkelompok halogen terdapat tujuh elektron dari subkelompok mangan - masing-masing dua elektron. Yang pertama adalah logam khas, dan yang kedua adalah logam.
Tetapi unsur-unsur dari subkelompok ini juga memiliki sifat yang sama: ketika memasuki reaksi kimia, semuanya (kecuali fluor F) dapat menyumbangkan 7 elektron untuk membentuk ikatan kimia. Dalam hal ini, atom subkelompok mangan melepaskan 2 elektron dari tingkat terluar dan 5 elektron dari tingkat berikutnya. Jadi, untuk unsur-unsur subkelompok samping, elektron valensi tidak hanya elektron terluar, tetapi juga tingkat kedua dari belakang (terluar kedua), yang merupakan perbedaan utama dalam sifat-sifat unsur-unsur subkelompok utama dan samping.
Oleh karena itu, nomor golongan biasanya menunjukkan jumlah elektron yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia. Inilah arti fisik dari nomor grup.
Jadi, struktur atom menentukan dua pola:
1) perubahan sifat-sifat unsur secara horizontal - dalam periode dari kiri ke kanan, sifat logam melemah dan sifat nonlogam ditingkatkan;
2) perubahan sifat-sifat unsur secara vertikal - dalam suatu subkelompok, dengan bertambahnya nomor urut, sifat logam meningkat dan sifat non-logam melemah.
Dalam hal ini, elemen (dan sel sistem) terletak di perpotongan horizontal dan vertikal, yang menentukan propertinya. Ini membantu untuk menemukan dan mendeskripsikan sifat-sifat unsur yang isotopnya diperoleh secara artifisial.
Hukum periodik D.I. Mendeleev dan tabel periodik unsur kimia sangat penting dalam perkembangan ilmu kimia. Mari kita kembali ke tahun 1871, ketika profesor kimia D.I. Mendeleev, melalui banyak percobaan dan kesalahan, sampai pada kesimpulan bahwa “… sifat-sifat unsur, dan oleh karena itu sifat-sifat benda sederhana dan kompleks yang dibentuknya, secara periodik bergantung pada berat atomnya.” Periodisitas perubahan sifat-sifat unsur timbul karena adanya pengulangan periodik konfigurasi elektronik lapisan elektron terluar dengan bertambahnya muatan inti.
Rumusan modern dari hukum periodik Apakah ini:
“sifat-sifat unsur kimia (yaitu sifat dan bentuk senyawa yang dibentuknya) secara periodik bergantung pada muatan inti atom unsur kimia tersebut.”
Saat mengajar kimia, Mendeleev memahami bahwa mengingat sifat individu setiap unsur menyebabkan kesulitan bagi siswa. Ia mulai mencari cara untuk membuat metode yang sistematis agar lebih mudah mengingat sifat-sifat unsur. Hasilnya adalah meja alami, kemudian dikenal sebagai berkala.
Tabel modern kita sangat mirip dengan tabel periodik. Mari kita lihat lebih dekat.
Tabel periodik
Tabel periodik Mendeleev terdiri dari 8 golongan dan 7 periode.
Kolom vertikal suatu tabel disebut kelompok . Unsur-unsur dalam setiap golongan mempunyai sifat kimia dan fisika yang serupa. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa unsur-unsur dalam satu golongan mempunyai konfigurasi elektron yang serupa pada lapisan terluarnya, yang jumlah elektronnya sama dengan nomor golongannya. Dalam hal ini, kelompoknya dibagi menjadi subkelompok utama dan sekunder.
DI DALAM Subkelompok utama termasuk unsur-unsur yang elektron valensinya terletak di sublevel ns- dan np terluar. DI DALAM Subkelompok samping mencakup unsur-unsur yang elektron valensinya terletak pada sublevel ns terluar dan sublevel dalam (n - 1) d (atau (n - 2) f-sublevel).
Semua elemen di tabel periodik , tergantung pada elektron valensi sublevel (s-, p-, d- atau f-) mana yang diklasifikasikan menjadi: elemen s (elemen dari subgrup utama golongan I dan II), elemen p (elemen dari subgrup utama III - Golongan VII), unsur d (unsur subkelompok samping), unsur f (lantanida, aktinida).
Valensi tertinggi suatu unsur (dengan pengecualian O, F, unsur-unsur subkelompok tembaga dan golongan delapan) sama dengan jumlah golongan di mana unsur tersebut ditemukan.
Untuk unsur-unsur subkelompok utama dan sekunder, rumus oksida yang lebih tinggi (dan hidratnya) adalah sama. Pada subkelompok utama, komposisi senyawa hidrogen sama untuk unsur-unsur dalam golongan ini. Hidrida padat membentuk unsur-unsur subkelompok utama golongan I - III, dan golongan IV - VII membentuk senyawa gas hidrogen. Senyawa hidrogen tipe EN 4 merupakan senyawa yang lebih netral, EN 3 bersifat basa, H 2 E dan NE bersifat asam.
Baris horizontal suatu tabel disebut periode. Unsur-unsur dalam periode berbeda satu sama lain, tetapi persamaannya adalah elektron terakhir berada pada tingkat energi yang sama ( bilangan kuantum utamaN- sama ).
Periode pertama berbeda dengan periode lainnya karena hanya terdapat 2 unsur: hidrogen H dan helium He.
Pada periode kedua terdapat 8 unsur (Li – Ne). Litium Li, suatu logam alkali, mengawali periode tersebut, dan gas mulia neon Ne menutupnya.
Pada periode ketiga, seperti halnya periode kedua, terdapat 8 unsur (Na - Ar). Periode dimulai dengan logam alkali natrium Na, dan gas mulia argon Ar menutupnya.
Periode keempat mengandung 18 unsur (K - Kr) - Mendeleev menetapkannya sebagai periode besar pertama. Ia juga dimulai dengan logam alkali Kalium dan diakhiri dengan gas inert kripton Kr. Susunan periode besar meliputi unsur transisi (Sc - Zn) - D- elemen.
Pada periode kelima, mirip dengan periode keempat, terdapat 18 unsur (Rb - Xe) dan strukturnya mirip dengan periode keempat. Ia juga dimulai dengan logam alkali rubidium Rb, dan diakhiri dengan gas inert xenon Xe. Susunan periode besar meliputi unsur transisi (Y - Cd) - D- elemen.
Periode keenam terdiri dari 32 unsur (Cs – Rn). Kecuali 10 D-elemen (La, Hf - Hg) berisi baris 14 F-elemen (lantanida) - Ce - Lu
Periode ketujuh belum berakhir. Dimulai dengan Franc Fr, diasumsikan mengandung, seperti periode keenam, 32 unsur yang telah ditemukan (sampai unsur dengan Z = 118).
Tabel periodik interaktif
Jika Anda melihat tabel periodik dan tarik garis imajiner yang dimulai dari boron dan berakhir antara polonium dan astatin, maka semua logam akan berada di sebelah kiri garis tersebut, dan non-logam di sebelah kanan. Unsur-unsur yang berbatasan langsung dengan garis ini akan mempunyai sifat-sifat logam dan nonlogam. Mereka disebut metaloid atau semimetal. Ini adalah boron, silikon, germanium, arsenik, antimon, telurium dan polonium.
hukum periodik
Mendeleev memberikan rumusan Hukum Periodik sebagai berikut: “sifat-sifat benda sederhana, serta bentuk dan sifat senyawa unsur, dan oleh karena itu sifat-sifat benda sederhana dan kompleks yang dibentuknya, secara periodik bergantung pada berat atomnya. ”
Ada empat pola periodik utama:
Aturan oktet menyatakan bahwa semua unsur cenderung memperoleh atau kehilangan elektron agar memiliki konfigurasi delapan elektron dari gas mulia terdekat. Karena Karena orbital s dan p terluar gas mulia terisi penuh, gas mulia merupakan unsur yang paling stabil.
Energi ionisasi adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari suatu atom. Menurut aturan oktet, ketika bergerak melintasi tabel periodik dari kiri ke kanan, diperlukan lebih banyak energi untuk melepaskan elektron. Oleh karena itu, unsur-unsur di sisi kiri tabel cenderung kehilangan elektron, dan unsur-unsur di sisi kanan cenderung memperoleh elektron. Gas inert memiliki energi ionisasi tertinggi. Energi ionisasi berkurang seiring dengan bertambahnya golongan ke bawah, karena elektron pada tingkat energi rendah mempunyai kemampuan untuk menolak elektron pada tingkat energi yang lebih tinggi. Fenomena ini disebut efek perisai. Karena efek ini, elektron terluar menjadi kurang terikat erat pada inti. Bergerak sepanjang periode, energi ionisasi meningkat secara bertahap dari kiri ke kanan.
Afinitas elektron– perubahan energi ketika atom suatu zat dalam keadaan gas memperoleh elektron tambahan. Ketika seseorang bergerak ke bawah golongan, afinitas elektron menjadi kurang negatif karena efek penyaringan.
Keelektronegatifan- ukuran seberapa kuat kecenderungannya untuk menarik elektron dari atom lain yang terkait dengannya. Keelektronegatifan meningkat ketika bergerak masuk tabel periodik dari kiri ke kanan dan dari bawah ke atas. Perlu diingat bahwa gas mulia tidak mempunyai keelektronegatifan. Jadi, unsur yang paling elektronegatif adalah fluor.
Berdasarkan konsep-konsep ini, mari kita perhatikan bagaimana sifat-sifat atom dan senyawanya berubah tabel periodik.
Jadi, dalam ketergantungan periodik terdapat sifat-sifat atom yang berhubungan dengan konfigurasi elektroniknya: jari-jari atom, energi ionisasi, keelektronegatifan.
Mari kita perhatikan perubahan sifat-sifat atom dan senyawanya tergantung pada posisinya tabel periodik unsur kimia.
Sifat non-logam atom meningkat saat berpindah dalam tabel periodik kiri ke kanan dan bawah ke atas. Karena ini sifat dasar oksida menurun, dan sifat asam meningkat dalam urutan yang sama - ketika bergerak dari kiri ke kanan dan dari bawah ke atas. Selain itu, sifat asam oksida semakin kuat, semakin tinggi bilangan oksidasi unsur pembentuknya.
Berdasarkan periode dari kiri ke kanan sifat dasar hidroksida melemah; di subkelompok utama, dari atas ke bawah, kekuatan fondasi meningkat. Terlebih lagi, jika suatu logam dapat membentuk beberapa hidroksida, maka dengan peningkatan bilangan oksidasi logam tersebut, sifat dasar hidroksida melemah.
Berdasarkan periode dari kiri ke kanan kekuatan asam yang mengandung oksigen meningkat. Ketika berpindah dari atas ke bawah dalam satu kelompok, kekuatan asam yang mengandung oksigen menurun. Dalam hal ini, kekuatan asam meningkat seiring dengan meningkatnya bilangan oksidasi unsur pembentuk asam.
Berdasarkan periode dari kiri ke kanan kekuatan asam bebas oksigen meningkat. Ketika berpindah dari atas ke bawah dalam satu kelompok, kekuatan asam bebas oksigen meningkat.
Kategori,PENEMUAN HUKUM BERKALA
Hukum periodik ditemukan oleh D.I. Mendeleev saat mengerjakan teks buku teks “Fundamentals of Chemistry”, ketika ia mengalami kesulitan dalam mensistematisasikan materi faktual. Pada pertengahan Februari 1869, sambil merenungkan struktur buku teks, ilmuwan secara bertahap sampai pada kesimpulan bahwa sifat-sifat zat sederhana dan massa atom suatu unsur dihubungkan oleh pola tertentu.
Penemuan tabel periodik unsur tidak terjadi secara kebetulan; itu adalah hasil kerja keras, kerja panjang dan melelahkan yang dilakukan oleh Dmitry Ivanovich sendiri dan banyak ahli kimia dari kalangan pendahulu dan sezamannya. “Ketika saya mulai menyelesaikan klasifikasi unsur-unsur saya, saya menulis pada kartu terpisah setiap unsur dan senyawanya, dan kemudian, menyusunnya dalam urutan golongan dan deret, saya menerima tabel visual pertama dari hukum periodik. Tapi ini hanyalah kunci terakhir, hasil dari semua pekerjaan sebelumnya…” kata ilmuwan tersebut. Mendeleev menekankan bahwa penemuannya merupakan hasil pemikiran selama dua puluh tahun tentang hubungan antar unsur, memikirkan hubungan unsur dari semua sisi.
Pada tanggal 17 Februari (1 Maret), naskah artikel yang berisi tabel berjudul “Percobaan Sistem Unsur Berdasarkan Berat Atom dan Kesamaan Kimia” telah selesai dan diserahkan kepada pers dengan catatan untuk penata ketik dan tanggal. “17 Februari 1869.” Pengumuman penemuan Mendeleev disampaikan oleh editor Perkumpulan Kimia Rusia, Profesor N.A. Menshutkin, pada pertemuan perkumpulan tersebut pada tanggal 22 Februari (6 Maret 1869. Mendeleev sendiri tidak hadir dalam pertemuan tersebut, karena pada saat itu, atas instruksi Masyarakat Ekonomi Bebas, ia memeriksa pabrik keju Tverskaya dan provinsi Novgorod.
Dalam sistem versi pertama, unsur-unsur disusun oleh ilmuwan dalam sembilan belas baris horizontal dan enam kolom vertikal. Pada tanggal 17 Februari (1 Maret), penemuan hukum periodik belum selesai, melainkan baru dimulai. Dmitry Ivanovich melanjutkan pengembangan dan pendalamannya selama hampir tiga tahun lagi. Pada tahun 1870, Mendeleev menerbitkan versi kedua dari sistem tersebut dalam “Fundamentals of Chemistry” (“Natural System of Elements”): kolom horizontal elemen analog diubah menjadi delapan kelompok yang disusun secara vertikal; enam kolom vertikal versi pertama menjadi periode yang dimulai dengan logam alkali dan diakhiri dengan halogen. Setiap periode dibagi menjadi dua seri; unsur-unsur deret yang berbeda-beda yang termasuk dalam kelompok membentuk subkelompok.
Inti dari penemuan Mendeleev adalah dengan bertambahnya massa atom suatu unsur kimia, sifat-sifatnya tidak berubah secara monoton, tetapi secara berkala. Setelah sejumlah unsur dengan sifat berbeda disusun berdasarkan kenaikan berat atom, sifat tersebut mulai berulang. Perbedaan antara karya Mendeleev dan karya pendahulunya adalah bahwa Mendeleev tidak memiliki satu dasar untuk mengklasifikasikan unsur, tetapi dua dasar - massa atom dan kesamaan kimia. Agar periodisitas dapat diamati sepenuhnya, Mendeleev mengoreksi massa atom beberapa unsur, menempatkan beberapa unsur dalam sistemnya bertentangan dengan gagasan yang diterima pada saat itu tentang kemiripannya dengan unsur lain, dan meninggalkan sel kosong di tabel tempat unsur-unsur belum ditemukan. seharusnya ditempatkan.
Pada tahun 1871, berdasarkan karya-karyanya, Mendeleev merumuskan Hukum Periodik, yang bentuknya agak diperbaiki seiring berjalannya waktu.
Tabel periodik unsur mempunyai pengaruh yang besar terhadap perkembangan ilmu kimia selanjutnya. Ini bukan hanya klasifikasi alami pertama dari unsur-unsur kimia yang menunjukkan bahwa mereka membentuk sistem yang harmonis dan berhubungan erat satu sama lain, tetapi juga merupakan alat yang ampuh untuk penelitian lebih lanjut. Pada saat Mendeleev menyusun tabelnya berdasarkan hukum periodik yang ditemukannya, banyak unsur yang masih belum diketahui. Mendeleev tidak hanya yakin bahwa pasti ada unsur-unsur yang belum diketahui yang akan mengisi ruang-ruang ini, tetapi ia juga meramalkan terlebih dahulu sifat-sifat unsur-unsur tersebut berdasarkan posisinya di antara unsur-unsur lain dalam tabel periodik. Selama 15 tahun berikutnya, prediksi Mendeleev terbukti dengan cemerlang; ketiga unsur yang diharapkan ditemukan (Ga, Sc, Ge), yang merupakan kemenangan terbesar hukum periodik.
DI. Mendeleev menyerahkan naskah “Pengalaman sistem unsur berdasarkan berat atom dan kemiripan kimianya” // Perpustakaan Kepresidenan // Hari dalam Sejarah http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006
MASYARAKAT KIMIA RUSIA
Masyarakat Kimia Rusia adalah organisasi ilmiah yang didirikan di Universitas St. Petersburg pada tahun 1868 dan merupakan asosiasi sukarela ahli kimia Rusia.
Perlunya pembentukan Perhimpunan diumumkan pada Kongres Naturalis dan Dokter Rusia ke-1, yang diadakan di St. Petersburg pada akhir Desember 1867 - awal Januari 1868. Di Kongres, keputusan para peserta Bagian Kimia diumumkan :
“Bagian Kimia menyatakan keinginan bulat untuk bersatu dalam Masyarakat Kimia untuk mengkomunikasikan kekuatan ahli kimia Rusia yang sudah mapan. Bagian ini percaya bahwa perkumpulan ini akan memiliki anggota di seluruh kota di Rusia, dan publikasinya akan mencakup karya-karya semua ahli kimia Rusia, yang diterbitkan dalam bahasa Rusia."
Pada saat ini, perkumpulan kimia telah didirikan di beberapa negara Eropa: London Chemical Society (1841), French Chemical Society (1857), German Chemical Society (1867); Masyarakat Kimia Amerika didirikan pada tahun 1876.
Piagam Perkumpulan Kimia Rusia, yang sebagian besar disusun oleh D.I. Mendeleev, disetujui oleh Kementerian Pendidikan Umum pada tanggal 26 Oktober 1868, dan pertemuan pertama Perkumpulan tersebut diadakan pada tanggal 6 November 1868. Awalnya, itu melibatkan 35 ahli kimia dari Petersburg, Kazan, Moskow, Warsawa, Kyiv, Kharkov, dan Odessa. N. N. Zinin menjadi Presiden pertama Masyarakat Kebudayaan Rusia, dan N. A. Menshutkin menjadi sekretaris. Anggota masyarakat membayar biaya keanggotaan (10 rubel per tahun), anggota baru diterima hanya atas rekomendasi tiga anggota yang sudah ada. Pada tahun pertama keberadaannya, RCS bertambah dari 35 menjadi 60 anggota dan terus bertambah dengan lancar di tahun-tahun berikutnya (129 pada tahun 1879, 237 pada tahun 1889, 293 pada tahun 1899, 364 pada tahun 1909, 565 pada tahun 1917).
Pada tahun 1869, Masyarakat Kimia Rusia memiliki organ cetakannya sendiri - Jurnal Masyarakat Kimia Rusia (ZHRKhO); Majalah ini terbit 9 kali setahun (bulanan, kecuali bulan-bulan musim panas). Editor ZhRKhO dari tahun 1869 hingga 1900 adalah N. A. Menshutkin, dan dari tahun 1901 hingga 1930 - A. E. Favorsky.
Pada tahun 1878, Perkumpulan Kimia Rusia bergabung dengan Perkumpulan Fisika Rusia (didirikan pada tahun 1872) untuk membentuk Perkumpulan Fisika-Kimia Rusia. Presiden pertama Masyarakat Kimia Federal Rusia adalah A. M. Butlerov (tahun 1878–1882) dan D. I. Mendeleev (tahun 1883–1887). Sehubungan dengan penyatuan pada tahun 1879 (dari volume ke-11), “Journal of the Russian Chemical Society” diubah namanya menjadi “Journal of the Russian Physico-Chemical Society”. Frekuensi penerbitan 10 terbitan per tahun; Majalah ini terdiri dari dua bagian – kimia (ZhRKhO) dan fisik (ZhRFO).
Banyak karya klasik kimia Rusia diterbitkan untuk pertama kalinya di halaman ZhRKhO. Kita secara khusus dapat memperhatikan karya D. I. Mendeleev tentang penciptaan dan pengembangan tabel periodik unsur dan A. M. Butlerov, terkait dengan pengembangan teorinya tentang struktur senyawa organik; penelitian N. A. Menshutkin, D. P. Konovalov, N. S. Kurnakov, L. A. Chugaev di bidang kimia anorganik dan fisika; V. V. Markovnikov, E. E. Vagner, A. M. Zaitsev, S. N. Reformatsky, A. E. Favorsky, N. D. Zelinsky, S. V. Lebedev dan A. E. Arbuzov di bidang kimia organik. Selama periode 1869 hingga 1930, 5.067 studi kimia asli diterbitkan di ZhRKhO, abstrak dan artikel ulasan tentang isu-isu kimia tertentu, dan terjemahan karya-karya paling menarik dari jurnal asing juga diterbitkan.
RFCS menjadi pendiri Kongres Mendeleev tentang Kimia Umum dan Terapan; Tiga kongres pertama diadakan di St. Petersburg pada tahun 1907, 1911 dan 1922. Pada tahun 1919, penerbitan ZHRFKhO dihentikan dan baru dilanjutkan pada tahun 1924.
