Periodični zakon kemijskih elementov je temeljni zakon narave, ki določa periodičnost spreminjanja lastnosti kemijskih elementov, ko se naboji jeder njihovih atomov povečujejo. Datum odkritja zakona se šteje za 1. marec (17. februarja, stari slog) 1869, ko je D. I. Mendelejev dokončal razvoj "Izkušnje sistema elementov, ki temelji na njihovi atomski teži in kemijski podobnosti." Znanstvenik je prvič uporabil izraz "periodični zakon" ("zakon periodičnosti") konec leta 1870. Po Mendelejevu so "tri vrste podatkov" prispevale k odkritju periodičnega zakona. Prvič, prisotnost dovolj velikega števila znanih elementov (63); drugič, zadovoljivo poznavanje lastnosti večine od njih; tretjič, dejstvo, da so bile atomske teže mnogih elementov določene z dobro natančnostjo, zahvaljujoč kateri so lahko kemični elementi razvrščeni v naravne vrste glede na povečanje njihove atomske teže. Mendelejev je menil, da je odločilni pogoj za odkritje zakona primerjava vseh elementov glede na njihovo atomsko težo (prej so primerjali samo kemijsko podobne elemente).
Klasična formulacija periodičnega zakona, ki jo je dal Mendelejev julija 1871, je izjavila: "Lastnosti elementov in s tem lastnosti preprostih in kompleksnih teles, ki jih tvorijo, so periodično odvisne od njihove atomske teže." Ta formulacija je ostala v veljavi več kot 40 let, vendar je periodični zakon ostal le izjava o dejstvih in ni imel fizične podlage. To je postalo mogoče šele sredi 1910-ih, ko je bil razvit jedrski planetarni model atoma (glej Atom) in ugotovljeno, da je zaporedna številka elementa v periodnem sistemu numerično enaka naboju njegovega jedra. atom. Posledično je postala mogoča fizikalna formulacija periodičnega zakona: "Lastnosti elementov ter preprostih in kompleksnih snovi, ki jih tvorijo, so periodično odvisne od velikosti nabojev jeder (Z) njihovih atomov." Še danes se pogosto uporablja. Bistvo periodičnega zakona je mogoče izraziti z drugimi besedami: "Konfiguracije zunanjih elektronskih lupin atomov se periodično ponavljajo, ko Z narašča"; To je nekakšna "elektronska" formulacija zakona.
Bistvena značilnost periodičnega zakona je, da za razliko od nekaterih drugih temeljnih naravnih zakonov (na primer zakona univerzalne gravitacije ali zakona ekvivalence mase in energije) nima kvantitativnega izraza, tj. biti zapisan v obliki katere koli matematične formule ali enačbe. Medtem so sam Mendelejev in drugi znanstveniki poskušali najti matematični izraz zakona. V obliki formul in enačb je mogoče kvantitativno izraziti različne vzorce gradnje elektronskih konfiguracij atomov glede na vrednosti glavnega in orbitalnega kvantnega števila. Kar zadeva periodični zakon, ima jasen grafični odsev v obliki periodičnega sistema kemičnih elementov, ki ga predstavljajo predvsem različne vrste tabel.
Periodični zakon je univerzalni zakon za celotno vesolje, ki se kaže povsod, kjer obstajajo materialne strukture atomskega tipa. Vendar pa se z naraščanjem Z občasno ne spreminjajo samo konfiguracije atomov. Izkazalo se je, da se tudi zgradba in lastnosti atomskih jeder periodično spreminjajo, čeprav je sama narava periodičnih sprememb tukaj veliko bolj zapletena kot pri atomih: v jedrih poteka pravilna tvorba protonskih in nevtronskih lupin. Jedra, v katerih so te lupine napolnjene (vsebujejo 2, 8, 20, 50, 82, 126 protonov ali nevtronov), se imenujejo "magične" in veljajo za neke vrste meje obdobij periodičnega sistema atomskih jeder.
Leta 1871 je bil oblikovan Mendelejev periodični zakon. Do takrat je znanost poznala 63 elementov, Dmitrij Ivanovič Mendelejev pa jih je uredil glede na relativno atomsko maso. Sodobni periodni sistem se je močno razširil.
Zgodba
Leta 1869 se je Dmitrij Mendelejev med delom na učbeniku za kemijo soočil s problemom sistematizacije gradiva, ki so ga v mnogih letih nabrali različni znanstveniki - njegovi predhodniki in sodobniki. Že pred Mendelejevim delom so poskušali sistematizirati elemente, ki so služili kot predpogoji za razvoj periodnega sistema.
riž. 1. Mendelejev D.I.
Iskanja po klasifikaciji elementov so povzeta v tabeli.
Mendelejev je elemente razporedil po relativni atomski masi in jih postavil v naraščajočem vrstnem redu. Skupaj je bilo devetnajst vodoravnih in šest navpičnih vrstic. To je bila prva izdaja periodnega sistema elementov. Tu se začne zgodba o odkritju periodičnega zakona.
Znanstvenik je potreboval skoraj tri leta, da je ustvaril novo, naprednejšo tabelo. Šest stolpcev elementov je postalo vodoravna obdobja, od katerih se je vsako začelo z alkalno kovino in končalo z nekovino (žlahtni plini še niso bili znani). Horizontalne vrste so tvorile osem vertikalnih skupin.
Mendelejev je za razliko od svojih kolegov uporabil dva kriterija za porazdelitev elementov:
- atomska masa;
- Kemijske lastnosti.
Izkazalo se je, da obstaja vzorec med tema meriloma. Po določenem številu elementov z naraščajočo atomsko maso se lastnosti začnejo ponavljati.
riž. 2. Tabela, ki jo je sestavil Mendelejev.
Sprva teorija ni bila izražena matematično in je ni bilo mogoče v celoti eksperimentalno potrditi. Fizični pomen zakona je postal jasen šele po izdelavi modela atoma. Bistvo je ponoviti strukturo elektronskih lupin z doslednim povečevanjem jedrskih nabojev, kar se odraža v kemijskih in fizikalnih lastnostih elementov.
Zakon
Ko je ugotovil periodičnost sprememb lastnosti z naraščajočo atomsko maso, je Mendelejev leta 1871 oblikoval periodični zakon, ki je postal temelj kemijske znanosti.
Dmitrij Ivanovič je ugotovil, da so lastnosti preprostih snovi periodično odvisne od relativnih atomskih mas.
Znanost 19. stoletja ni imela sodobnega znanja o elementih, zato je sodobna formulacija zakona nekoliko drugačna od Mendelejeva. Vendar pa bistvo ostaja isto.
Z nadaljnjim razvojem znanosti so preučevali zgradbo atoma, kar je vplivalo na oblikovanje periodičnega zakona. Po sodobnem periodičnem zakonu so lastnosti kemičnih elementov odvisne od nabojev atomskih jeder.
Tabela
Od časa Mendelejeva se je tabela, ki jo je ustvaril, bistveno spremenila in začela odražati skoraj vse funkcije in značilnosti elementov. Sposobnost uporabe tabele je potrebna za nadaljnji študij kemije. Sodobna miza je predstavljena v treh oblikah:
- kratek - točke zavzemajo po dve vrstici, vodik pa pogosto uvrščamo v skupino 7;
- dolga - izotopi in radioaktivni elementi so odstranjeni iz mize;
- zelo dolgo - vsako obdobje zaseda svojo vrstico.
riž. 3. Dolga moderna miza.
Kratka tabela je najbolj zastarela različica, ki je bila opuščena leta 1989, a se še vedno uporablja v številnih učbenikih. Dolge in zelo dolge oblike so mednarodno priznane in se uporabljajo po vsem svetu. Kljub uveljavljenim oblikam znanstveniki še naprej izboljšujejo periodični sistem in ponujajo nove možnosti.
Kaj smo se naučili?
Periodični zakon in Mendelejev periodni sistem sta bila oblikovana leta 1871. Mendelejev je identificiral vzorce v lastnostih elementov in jih razporedil na podlagi relativne atomske mase. Ko so se mase povečale, so se lastnosti elementov spremenile in nato ponovile. Kasneje je bila tabela dopolnjena in zakon prilagojena sodobnim spoznanjem.
Test na temo
Ocena poročila
Povprečna ocena: 4.6. Skupaj prejetih ocen: 135.
Podatki o zgradbi jedra in porazdelitvi elektronov v atomih omogočajo obravnavanje periodičnega zakona in periodnega sistema elementov s temeljnih fizikalnih pozicij. Na podlagi sodobnih konceptov je periodični zakon oblikovan na naslednji način:
Lastnosti enostavnih snovi, pa tudi oblike in lastnosti spojin elementov, so periodično odvisne od velikosti naboja atomskega jedra (vrstnega števila).
Periodni sistem D.I. Mendelejev
Trenutno je znanih več kot 500 različic predstavitve periodnega sistema: to so različne oblike prenosa periodičnega zakona.
Prva različica sistema elementov, ki jo je 1. marca 1869 predlagal D.I. Mendelejev, je bila tako imenovana različica dolge oblike. V tej različici so bila obdobja v eni vrstici.
V periodnem sistemu je 7 obdobij vodoravno, od katerih se prve tri imenujejo majhne, ostale pa velike. Prvo obdobje vsebuje 2 elementa, drugo in tretje - po 8, četrto in peto - 18, šesto - 32, sedmo (nepopolno) - 21 elementov. Vsako obdobje, razen prvega, se začne z alkalno kovino in konča z žlahtnim plinom (7. obdobje je nedokončano).
Vsi elementi periodnega sistema so oštevilčeni v vrstnem redu, v katerem si sledijo. Številke elementov imenujemo atomska števila ali atomska števila.
V sistemu je 10 vrstic. Vsaka majhna doba je sestavljena iz ene vrstice, vsaka velika perioda je sestavljena iz dveh vrstic: sode (zgornje) in lihe (spodnje). V sodih vrstah velikih period (četrta, šesta, osma in deseta) so samo kovine, lastnosti elementov v vrsti pa se nekoliko spreminjajo od leve proti desni. V lihih vrstah velikih period (peta, sedma in deveta) se lastnosti elementov v vrsti spreminjajo od leve proti desni, kot tipični elementi.
Glavna značilnost, po kateri so elementi dolgih dob razdeljeni v dve vrsti, je njihovo oksidacijsko stanje. Njihove enake vrednosti se dvakrat ponovijo v obdobju s povečanjem atomskih mas elementov. Na primer, v četrtem obdobju se oksidacijska stanja elementov od K do Mn spremenijo od +1 do +7, čemur sledi triada Fe, Co, Ni (to so elementi sode serije), po kateri se enako poveča v oksidacijskih stanjih opazimo za elemente od Cu do Br ( To so elementi lihe vrstice). Enako vidimo v preostalih velikih obdobjih, razen sedme, ki je sestavljena iz ene (sode) vrstice. Tudi oblike kombinacij elementov se dvakrat ponovijo v velikih obdobjih.
V šestem obdobju, ki sledi lantanu, je 14 elementov z zaporednimi številkami 58-71, imenovanih lantanidi (beseda "lantanidi" pomeni kot lantan, "aktinodi" pa "kot aktinij"). kar pomeni naslednji lantan, ki sledi aktiniju).Lantanidi so postavljeni ločeno na dnu tabele, v okvirčku pa je zaporedje njihove lokacije v sistemu: La-Lu Kemijske lastnosti lantanidov so zelo podobne. Na primer, vsi so reaktivne kovine, ki reagirajo z vodo, da tvorijo hidroksid in vodik. Iz tega sledi, da imajo lantanidi močno vodoravno analogijo.
V sedmi periodi sestavlja družino aktinidov 14 elementov z zaporednimi številkami 90-103. Postavljeni so tudi ločeno - pod lantanide, v ustrezni celici pa dve zvezdici označujeta zaporedje njihove lokacije v sistemu: Ac-Lr. Vendar pa je za razliko od lantanidov horizontalna analogija pri aktinoidih šibko izražena. V svojih spojinah kažejo več različnih oksidacijskih stanj. Na primer, oksidacijsko stanje aktinija je +3, urana pa +3, +4, +5 in +6. Preučevanje kemijskih lastnosti aktinoidov je izjemno težko zaradi nestabilnosti njihovih jeder.
V periodnem sistemu je osem skupin, ki so razporejene navpično (označene z rimskimi številkami). Številka skupine je povezana s stopnjo oksidacije elementov, ki jih kažejo v spojinah. Običajno je najvišje pozitivno oksidacijsko stanje elementa enako številu skupine. Izjema je fluor - njegovo oksidacijsko stanje je -1; baker, srebro, zlato imajo oksidacijska stanja +1, +2 in +3; Od elementov skupine VIII je oksidacijsko stanje +8 znano le za osmij, rutenij in ksenon.
Skupina VIII vsebuje žlahtne pline. Prej je veljalo, da niso sposobni tvoriti kemičnih spojin.
Vsaka skupina je razdeljena na dve podskupini - glavno in stransko, kar je v periodnem sistemu poudarjeno s premikom enih v desno in drugih v levo. Glavno podskupino sestavljajo tipični elementi (elementi druge in tretje dobe) in elementi velikih obdobij, ki so jim podobni po kemijskih lastnostih. Sekundarno podskupino sestavljajo samo kovine - elementi dolgih obdobij. Skupina VIII je drugačna od ostalih. Poleg glavne podskupine helija vsebuje tri sekundarne podskupine: podskupino železa, podskupino kobalta in podskupino niklja.
Kemijske lastnosti elementov glavne in sekundarne podskupine se bistveno razlikujejo. Na primer, v skupini VII glavno podskupino sestavljajo nekovine F, CI, Br, I, At, sekundarno podskupino pa kovine Mn, Tc, Re. Tako podskupine združujejo elemente, ki so si med seboj najbolj podobni.
Vsi elementi razen helija, neona in argona tvorijo kisikove spojine; Obstaja le 8 oblik kisikovih spojin. V periodnem sistemu so pogosto predstavljeni s splošnimi formulami, ki se nahajajo pod vsako skupino v vrstnem redu naraščajoče stopnje oksidacije elementov: R 2 O, RO, R 2 O 3, RO 2, R 2 O 5, RO 3, R 2 O 7, RO 4, kjer je R element te skupine. Formule višjih oksidov veljajo za vse elemente skupine (glavne in manjše), razen v primerih, ko elementi nimajo oksidacijskega stanja, ki je enako številu skupine.
Elementi glavnih podskupin, začenši s skupino IV, tvorijo plinaste vodikove spojine, od katerih so 4 oblike, predstavljene pa so tudi s splošnimi formulami v zaporedju RH 4, RH 3, RH 2, RH. Formule vodikovih spojin se nahajajo pod elementi glavnih podskupin in se nanašajo samo nanje.
Lastnosti elementov v podskupinah se naravno spreminjajo: od zgoraj navzdol se kovinske lastnosti povečujejo, nekovinske pa slabijo. Očitno so kovinske lastnosti najbolj izrazite pri franciju, nato pri ceziju; nekovinski - za fluor, nato - za kisik.
Periodičnost lastnosti elementov je mogoče jasno izslediti tudi z upoštevanjem elektronskih konfiguracij atomov.
Število elektronov, ki se nahajajo na zunanji ravni v atomih elementov, razporejenih po naraščajočem atomskem številu, se periodično ponavlja. Periodično spreminjanje lastnosti elementov z naraščajočim atomskim številom je razloženo s periodično spremembo strukture njihovih atomov, in sicer števila elektronov na njihovih zunanjih energijskih ravneh. Glede na število energijskih nivojev v elektronski ovojnici atoma so elementi razdeljeni na sedem obdobij. Prvo obdobje sestavljajo atomi, v katerih je elektronska lupina sestavljena iz ene energijske ravni, v drugi periodi - iz dveh, v tretji - iz treh, v četrti - iz štirih itd. Vsako novo obdobje se začne, ko se pojavi nova energijska raven. se začne polniti nivo.
V periodnem sistemu se vsaka perioda začne z elementi, katerih atomi na zunanji ravni imajo en elektron - atomi alkalijskih kovin - in konča z elementi, katerih atomi na zunanji ravni imajo 2 (v prvi periodi) ali 8 elektronov (v vseh naslednjih periode) - atomi žlahtnih plinov .
Nato vidimo, da so zunanje elektronske lupine podobne za atome elementov (Li, Na, K, Rb, Cs); (Be, Mg, Ca, Sr); (F, Cl, Br, I); (He, Ne, Ar, Kr, Xe) itd. Zato se vsaka od zgornjih skupin elementov pojavlja v določeni glavni podskupini periodnega sistema: Li, Na, K, Rb, Cs v skupini I, F, Cl, Br, I - do VII itd.
Prav zaradi podobnosti zgradbe elektronskih lupin atomov so si njihove fizikalne in kemijske lastnosti podobne.
številka glavne podskupine je določeno z največjim številom elementov na energijski ravni in je enako 8. Število prehodnih elementov (elementov stranske podskupine) je določeno z največjim številom elektronov v d-podravni in je enako 10 v vsaki od velikih period.
Ker je v periodnem sistemu kemičnih elementov D.I. Mendelejeva ena od stranskih podskupin vsebuje tri prehodne elemente, ki so si podobni po kemijskih lastnostih (tako imenovane triade Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), nato število stranskih podskupin, kot tudi glavne, je enako 8.
Po analogiji s prehodnimi elementi je število lantanoidov in aktinidov, ki so postavljeni na dnu periodnega sistema v obliki neodvisnih vrstic, enako največjemu številu elektronov na f-podravni, to je 14.
Obdobje se začne z elementom, v atomu katerega je en s-elektron na zunanji ravni: v prvem obdobju je vodik, v preostalem - alkalijske kovine. Obdobje se konča z žlahtnim plinom: prvo - s helijem (1s 2), preostala obdobja - z elementi, katerih atomi na zunanji ravni imajo elektronsko konfiguracijo ns 2 np 6 .
Prva perioda vsebuje dva elementa: vodik (Z = 1) in helij (Z = 2). Drugo obdobje se začne z elementom litijem (Z = 3) in se konča z neonom (Z= 10). Drugo obdobje ima osem elementov. Tretja doba se začne z natrijem (Z = 11), katerega elektronska konfiguracija je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Z njim se je začelo polnjenje tretjega energijskega nivoja. Konča se pri inertnem plinu argonu (Z = 18), katerih podravni 3s in 3p sta popolnoma zapolnjeni. Elektronska formula argona: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Natrij je analog litija, argon je analog neona. V tretjem obdobju je, tako kot v drugem, osem elementov.
Četrto obdobje se začne s kalijem (Z = 19), katerega elektronska struktura je izražena s formulo 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p64s 1. Njegov 19. elektron je zasedel podnivoj 4s, katerega energija je nižja od energije podravni 3d. Zunanji 4s elektron daje elementu podobne lastnosti kot natrij. Pri kalciju (Z = 20) je podnivoj 4s zapolnjen z dvema elektronoma: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2. Od elementa skandij (Z = 21) se začne zapolnjevanje podnivoja 3d, saj je je energijsko ugodnejši od 4p -podravni. Pet orbital podravni 3d je lahko zasedenih z desetimi elektroni, kar velja za atome od skandija do cinka (Z = 30). Zato elektronska struktura Sc ustreza formuli 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 in cinka - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2. V atomih naslednjih elementov do žlahtnega plina kriptona (Z = 36) se polni podravni 4p. Četrta doba ima 18 elementov.
V peti periodi so elementi od rubidija (Z = 37) do žlahtnega plina ksenona (Z = 54). Polnjenje njihovih energijskih nivojev je enako kot pri elementih četrte periode: za Rb in Sr deset elementov iz itrija (Z= 39) do kadmija (Z = 48) se zapolni podnivo 4d, nato pa elektroni zavzamejo podnivo 5p. V peti periodi je tako kot v četrti 18 elementov.
V atomih elementov šeste dobe cezija (Z = 55) in barij (Z = 56) je podravni 6s zapolnjena. Pri lantanu (Z = 57) en elektron vstopi v podnivo 5d, nakar se polnjenje tega podnivoja ustavi in se začne polniti podnivo 4f, katerega sedem orbital lahko zasede 14 elektronov. To se zgodi v atomih elementov lantanida z Z = 58 - 71. Ker je globoka podnivoj 4f tretje ravni zunaj zapolnjena s temi elementi, imajo zelo podobne kemijske lastnosti. Od hafnija (Z = 72) se polnjenje podnivoja d nadaljuje in konča pri živem srebru (Z = 80), nato pa elektroni zapolnijo podnivo 6p. Zapolnjevanje nivoja se zaključi pri žlahtnem plinu radonu (Z = 86). V šestem obdobju je 32 elementov.
Sedmo obdobje je nedokončano. Polnjenje elektronskih nivojev z elektroni je podobno šesti periodi. Po zapolnitvi podnivoja 7s Francije (Z = 87) in radija (Z = 88) vstopi aktinijev elektron v podnivo 6d, nakar se začne podnivo 5f polniti s 14 elektroni. To se zgodi v atomih aktinidnih elementov z Z = 90 - 103. Po 103. elementu se zapolni b d-podravni: v kurčatoviju (Z = 104), nilsboriju (Z = 105), elementa Z = 106 in Z = 107. Aktinidi imajo tako kot lantanidi številne podobne kemijske lastnosti.
Čeprav je podravni 3d izpolnjena za podravnijo 4s, je postavljena prej v formuli, saj so vse podnivoje dane ravni zapisane zaporedno.
Glede na to, katera podnivo je nazadnje napolnjena z elektroni, delimo vse elemente na štiri vrste (družine).
1. s - Elementi: s-podnivo zunanjega nivoja je zapolnjen z elektroni. Ti vključujejo prva dva elementa vsakega obdobja.
2. p - Elementi: p-podnivo zunanjega nivoja je zapolnjen z elektroni. To je zadnjih 6 elementov vsakega obdobja (razen prvega in sedmega).
3. d - Elementi: podnivoj d drugega zunanjega nivoja se zapolni z elektroni, na zunanjem nivoju pa ostane en ali dva elektrona (Pd ima nič). Sem spadajo elementi vstavljenih desetletij velikih period, ki se nahajajo med s- in p-elementi (imenujejo jih tudi prehodni elementi).
4. f - Elementi: f-podnivo tretjega zunanjega nivoja se zapolni z elektroni, na zunanjem nivoju pa ostaneta dva elektrona. To so lantanidi in aktinoidi.
V periodnem sistemu je 14 s-elementov, 30 p-elementov, 35 d-elementov, 28 f-elementov. Elementi iste vrste imajo številne skupne kemijske lastnosti.
Periodični sistem D. I. Mendelejeva je naravna klasifikacija kemičnih elementov glede na elektronsko strukturo njihovih atomov. Elektronsko zgradbo atoma in s tem lastnosti elementa presojamo po položaju elementa v ustrezni periodi in podskupini periodnega sistema. Vzorci zapolnjevanja elektronskih ravni pojasnjujejo različno število elementov v obdobjih.
Tako je stroga periodičnost razporeditve elementov v periodičnem sistemu kemičnih elementov D. I. Mendelejeva v celoti razložena z zaporedno naravo polnjenja energijskih ravni.
Sklepi:
Teorija zgradbe atoma pojasnjuje periodične spremembe lastnosti elementov. Povečanje pozitivnih nabojev atomskih jeder od 1 do 107 določa periodično ponavljanje strukture zunanje energijske ravni. In ker so lastnosti elementov v glavnem odvisne od števila elektronov na zunanjem nivoju, se tudi periodično ponavljajo. To je fizični pomen periodičnega zakona.
V kratkih obdobjih se s povečanjem pozitivnega naboja atomskih jeder poveča število elektronov na zunanji ravni (od 1 do 2 - v prvi dobi in od 1 do 8 - v drugi in tretji dobi), kar pojasnjuje spremembo lastnosti elementov: na začetku periode (razen prve periode) je alkalijska kovina, nato kovinske lastnosti postopoma slabijo in nekovinske lastnosti naraščajo.
V velikih periodah je s povečevanjem naboja jeder zapolnjevanje nivojev z elektroni težje, kar pojasnjuje tudi kompleksnejšo spremembo lastnosti elementov v primerjavi z elementi majhnih period. Tako v sodih vrstah velikih period z naraščajočim nabojem ostaja število elektronov na zunanjem nivoju konstantno in je enako 2 ali 1. Torej, medtem ko je nivo poleg zunanjega (drugi zunanji) napolnjen z elektroni, je lastnosti elementov v teh vrsticah se spreminjajo izjemno počasi. Šele v lihih vrstah, ko se število elektronov v zunanjem nivoju poveča z naraščanjem jedrskega naboja (od 1 do 8), se začnejo lastnosti elementov spreminjati na enak način kot pri tipičnih.
V luči doktrine o strukturi atomov je delitev D.I. Mendelejev razdeli vse elemente na sedem obdobij. Število periode ustreza številu energijskih nivojev atomov, napolnjenih z elektroni. Zato so s-elementi prisotni v vseh periodah, p-elementi v drugi in naslednjih periodah, d-elementi v četrti in naslednjih periodah ter f-. elementov v šestem in sedmem obdobju.
Tudi delitev skupin na podskupine, ki temelji na različni zapolnjenosti energijskih nivojev z elektroni, je enostavno razložiti. Za elemente glavnih podskupin se zapolnijo bodisi s-podravni (to so s-elementi) bodisi p-podravni (to so p-elementi) zunanjih ravni. Pri elementih stranskih podskupin je zapolnjen (d-podnivo drugega zunanjega nivoja (to so d-elementi). Pri lantanidih in aktinidih se zapolnita 4f- oziroma 5f-podravni (to so f-elementi). Tako vsaka podskupina združuje elemente, katerih atomi imajo podobno strukturo zunanje elektronske ravni. V tem primeru atomi elementov glavnih podskupin vsebujejo na zunanjih ravneh število elektronov, ki je enako številu sekundarnih podskupin katerih atomi imajo vsak na zunanji ravni. po dva ali en elektron.
Razlike v strukturi določajo tudi razlike v lastnostih elementov različnih podskupin iste skupine. Tako je na zunanji ravni atomov elementov halogenske podskupine sedem elektronov manganove podskupine - po dva elektrona. Prve so tipične kovine, druge pa kovine.
Toda elementi teh podskupin imajo tudi skupne lastnosti: pri vstopu v kemične reakcije lahko vsi (z izjemo fluora F) oddajo 7 elektronov za tvorbo kemičnih vezi. V tem primeru atomi manganove podskupine oddajo 2 elektrona z zunanje ravni in 5 elektronov z naslednje ravni. Tako za elemente stranskih podskupin valenčni elektroni niso samo zunanji, temveč tudi predzadnji (drugi zunanji) nivo, kar je glavna razlika v lastnostih elementov glavne in stranskih podskupin.
Iz tega tudi sledi, da številka skupine praviloma označuje število elektronov, ki lahko sodelujejo pri tvorbi kemičnih vezi. To je fizični pomen številke skupine.
Struktura atomov torej določa dva vzorca:
1) sprememba lastnosti elementov vodoravno - v obdobju od leve proti desni so kovinske lastnosti oslabljene in nekovinske lastnosti okrepljene;
2) sprememba lastnosti elementov navpično - v podskupini se z naraščajočo zaporedno številko kovinske lastnosti povečujejo, nekovinske pa slabijo.
V tem primeru se element (in celica sistema) nahaja na presečišču horizontale in vertikale, kar določa njegove lastnosti. To pomaga najti in opisati lastnosti elementov, katerih izotopi so pridobljeni umetno.
Periodični zakon D.I. Mendelejev in periodični sistem kemičnih elementov je zelo pomembna za razvoj kemije. Potopimo se v leto 1871, ko je profesor kemije D.I. Mendelejev je s številnimi poskusi in napakami prišel do zaključka, da "... lastnosti elementov in s tem lastnosti preprostih in kompleksnih teles, ki jih tvorijo, so periodično odvisne od njihove atomske teže." Periodičnost sprememb lastnosti elementov nastane zaradi periodičnega ponavljanja elektronske konfiguracije zunanjega elektronskega sloja s povečanjem naboja jedra.
Sodobna formulacija periodičnega zakona je to:
"lastnosti kemičnih elementov (tj. lastnosti in oblika spojin, ki jih tvorijo) so periodično odvisne od naboja jedra atomov kemičnih elementov."
Med poučevanjem kemije je Mendelejev razumel, da spominjanje posameznih lastnosti vsakega elementa učencem povzroča težave. Začel je iskati načine za ustvarjanje sistematične metode za lažje pomnjenje lastnosti elementov. Rezultat je bil naravna miza, pozneje je postala znana kot periodično.
Naša sodobna tabela je zelo podobna periodnemu sistemu. Oglejmo si ga pobližje.
Mendelejeva tabela
Mendelejev periodni sistem je sestavljen iz 8 skupin in 7 obdobij.
Navpični stolpci tabele se imenujejo skupine . Elementi v vsaki skupini imajo podobne kemijske in fizikalne lastnosti. To je razloženo z dejstvom, da imajo elementi iste skupine podobne elektronske konfiguracije zunanje plasti, število elektronov na kateri je enako številki skupine. V tem primeru je skupina razdeljena na glavne in sekundarne podskupine.
IN Glavne podskupine vključuje elemente, katerih valenčni elektroni se nahajajo na zunanjih ns- in np-podravnih. IN Stranske podskupine vključuje elemente, katerih valenčni elektroni se nahajajo na zunanji ns-podravni in notranji (n - 1) d-podravni (ali (n - 2) f-podravni).
Vsi elementi v periodni sistem , glede na to, na kateri podravni (s-, p-, d- ali f-) valenčne elektrone razvrščamo v: s-elemente (elemente glavnih podskupin skupin I in II), p-elemente (elemente glavnih podskupin III - VII skupine), d-elementi (elementi stranskih podskupin), f-elementi (lantanidi, aktinoidi).
Najvišja valenca elementa (z izjemo O, F, elementov podskupine bakra in skupine osem) je enaka številu skupine, v kateri se nahaja.
Za elemente glavne in sekundarne podskupine so formule višjih oksidov (in njihovih hidratov) enake. V glavnih podskupinah je sestava vodikovih spojin za elemente v tej skupini enaka. Trdni hidridi tvorijo elemente glavnih podskupin skupin I - III, skupine IV - VII pa tvorijo plinaste vodikove spojine. Vodikove spojine tipa EN 4 so bolj nevtralne spojine, EN 3 so baze, H 2 E in NE so kisline.
Imenujejo se vodoravne vrstice tabele obdobja. Elementi v obdobjih se med seboj razlikujejo, skupno pa jim je, da so zadnji elektroni na enaki energijski ravni ( glavno kvantno številon- enako ).
Prvo obdobje se od drugih razlikuje po tem, da sta samo 2 elementa: vodik H in helij He.
V drugi periodi je 8 elementov (Li - Ne). Litij Li, alkalijska kovina, začne obdobje, žlahtni plin neon Ne pa ga zaključi.
V tretji periodi je tako kot v drugi 8 elementov (Na - Ar). Perioda se začne z alkalijsko kovino natrijem Na, zapre pa jo žlahtni plin argon Ar.
Četrta doba vsebuje 18 elementov (K - Kr) - Mendelejev jo je označil kot prvo veliko periodo. Prav tako se začne z alkalijsko kovino kalijem in konča z inertnim plinom kriptonom Kr. Sestava velikih obdobij vključuje prehodne elemente (Sc - Zn) - d- elementi.
V peti periodi, podobno kot četrti, je 18 elementov (Rb - Xe) in je po strukturi podobna četrti. Začne se tudi z alkalno kovino rubidijem Rb in konča z inertnim plinom ksenonom Xe. Sestava velikih obdobij vključuje prehodne elemente (Y - Cd) - d- elementi.
Šesto obdobje sestavlja 32 elementov (Cs - Rn). Razen 10 d-elementi (La, Hf - Hg) vsebuje vrsto 14 f-elementi (lantanidi) - Ce - Lu
Sedmo obdobje še ni končano. Začne se s Francom Fr, domnevamo, da bo vseboval, tako kot šesto obdobje, 32 že najdenih elementov (do elementa z Z = 118).
Interaktivni periodni sistem
Če pogledate periodni sistem in narišite namišljeno črto, ki se začne pri boru in konča med polonijem in astatinom, potem bodo vse kovine levo od črte, nekovine pa desno. Elementi, ki mejijo neposredno na to črto, bodo imeli lastnosti kovin in nekovin. Imenujejo se metaloidi ali polkovine. To so bor, silicij, germanij, arzen, antimon, telur in polonij.
Periodični zakon
Mendelejev je dal naslednjo formulacijo periodičnega zakona: »lastnosti preprostih teles, kot tudi oblike in lastnosti spojin elementov in s tem lastnosti preprostih in kompleksnih teles, ki jih tvorijo, so periodično odvisne od njihove atomske teže. ”
Obstajajo štirje glavni periodični vzorci:
Pravilo okteta navaja, da vsi elementi težijo k pridobitvi ali izgubi elektrona, da bi imeli osemelektronsko konfiguracijo najbližjega žlahtnega plina. Ker Ker sta zunanji s- in p-orbitali žlahtnih plinov popolnoma zapolnjeni, sta najbolj stabilna elementa.
Ionizacijska energija je količina energije, ki je potrebna za odstranitev elektrona iz atoma. V skladu s pravilom okteta je pri premikanju po periodnem sistemu od leve proti desni potrebna večja energija za odstranitev elektrona. Zato elementi na levi strani mize ponavadi izgubijo elektron, tisti na desni strani pa ga pridobijo. Inertni plini imajo največjo ionizacijsko energijo. Energija ionizacije se zmanjšuje, ko se premikate po skupini navzdol, ker elektroni na nizkih ravneh energije imajo sposobnost odbijanja elektronov na višjih ravneh energije. Ta pojav se imenuje zaščitni učinek. Zaradi tega učinka so zunanji elektroni manj tesno vezani na jedro. S premikanjem po obdobju se ionizacijska energija gladko povečuje od leve proti desni.
Elektronska afiniteta– sprememba energije, ko atom snovi v plinastem stanju pridobi dodaten elektron. Ko se premikate po skupini navzdol, postane afiniteta za elektrone manj negativna zaradi učinka presejanja.
Elektronegativnost- merilo, kako močno želi pritegniti elektrone iz drugega atoma, ki je z njim povezan. Elektronegativnost se poveča pri premikanju periodni sistem od leve proti desni in od spodaj navzgor. Ne smemo pozabiti, da žlahtni plini nimajo elektronegativnosti. Tako je najbolj elektronegativen element fluor.
Na podlagi teh pojmov razmislimo, kako se spreminjajo lastnosti atomov in njihovih spojin periodni sistem.
Torej, v periodični odvisnosti obstajajo takšne lastnosti atoma, ki so povezane z njegovo elektronsko konfiguracijo: atomski polmer, ionizacijska energija, elektronegativnost.
Razmislimo o spremembi lastnosti atomov in njihovih spojin glede na njihov položaj v periodni sistem kemičnih elementov.
Poveča se nekovinskost atoma pri premikanju v periodnem sistemu od leve proti desni in od spodaj navzgor. Zaradi tega osnovne lastnosti oksidov se zmanjšajo, in kisle lastnosti se povečujejo v enakem vrstnem redu - pri premikanju od leve proti desni in od spodaj navzgor. Poleg tega so kisle lastnosti oksidov močnejše, čim višje je oksidacijsko stanje elementa, ki ga tvori.
Po obdobju od leve proti desni osnovne lastnosti hidroksidi oslabijo; v glavnih podskupinah se od zgoraj navzdol poveča trdnost temeljev. Poleg tega, če lahko kovina tvori več hidroksidov, potem s povečanjem oksidacijskega stanja kovine, osnovne lastnosti hidroksidi oslabijo.
Po obdobju od leve proti desni moč kislin, ki vsebujejo kisik, se poveča. Pri premikanju od zgoraj navzdol znotraj ene skupine se moč kislin, ki vsebujejo kisik, zmanjša. V tem primeru se moč kisline poveča z naraščanjem oksidacijskega stanja elementa, ki tvori kislino.
Po obdobju od leve proti desni moč kislin brez kisika se poveča. Pri premikanju od zgoraj navzdol znotraj ene skupine se poveča moč kislin brez kisika.
kategorije ,ODKRITJE PERIODIČNEGA ZAKONA
Periodični zakon je odkril D. I. Mendeleev med delom na besedilu učbenika "Osnove kemije", ko je naletel na težave pri sistematizaciji dejanskega gradiva. Do sredine februarja 1869 je znanstvenik, ko je razmišljal o strukturi učbenika, postopoma prišel do zaključka, da so lastnosti preprostih snovi in atomske mase elementov povezane z določenim vzorcem.
Odkritje periodnega sistema elementov ni bilo naključno, bilo je rezultat ogromnega dela, dolgega in mukotrpnega dela, ki so ga porabili sam Dmitrij Ivanovič in številni kemiki iz vrst njegovih predhodnikov in sodobnikov. »Ko sem začel dokončati svojo klasifikacijo elementov, sem na ločene kartice zapisal vsak element in njegove spojine, nato pa sem jih razporedil po skupinah in serijah in dobil prvo vizualno tabelo periodnega zakona. Toda to je bil le zadnji akord, rezultat vsega prejšnjega dela ...« je dejal znanstvenik. Mendelejev je poudaril, da je njegovo odkritje rezultat dvajsetletnega razmišljanja o povezavah med elementi, razmišljanja o razmerjih elementov z vseh strani.
17. februarja (1. marca) je bil rokopis članka, ki je vseboval tabelo z naslovom »Poskus o sistemu elementov na podlagi njihove atomske mase in kemijskih podobnosti«, dokončan in oddan v tiskarno z opombami za pisce in datumom "17. februar 1869." Mendelejevo odkritje je objavil urednik Ruskega kemijskega društva, profesor N. A. Menšutkin, na sestanku društva 22. februarja (6. marca) 1869. Mendelejev sam ni bil prisoten na sestanku, saj je takrat po navodilih Svobodnega gospodarskega društva je pregledal Tverske sirarne in Novgorodske province.
V prvi različici sistema je znanstvenik elemente razporedil v devetnajst vodoravnih vrstic in šest navpičnih stolpcev. 17. februarja (1. marca) odkritje periodičnega zakona nikakor ni bilo dokončano, ampak se je šele začelo. Dmitrij Ivanovič je nadaljeval njegov razvoj in poglabljanje še skoraj tri leta. Leta 1870 je Mendelejev objavil drugo različico sistema v "Osnovah kemije" ("Naravni sistem elementov"): vodoravni stolpci analognih elementov so se spremenili v osem navpično razporejenih skupin; šest navpičnih stolpcev prve različice je postalo obdobij, ki se začnejo z alkalno kovino in končajo s halogenom. Vsako obdobje je bilo razdeljeno na dve seriji; elementi različnih serij, vključeni v skupino, so tvorili podskupine.
Bistvo Mendelejevega odkritja je bilo, da se s povečanjem atomske mase kemičnih elementov njihove lastnosti ne spreminjajo monotono, ampak periodično. Po določenem številu elementov z različnimi lastnostmi, razporejenih po naraščajoči atomski teži, se lastnosti začnejo ponavljati. Razlika med delom Mendelejeva in delom njegovih predhodnikov je bila v tem, da Mendelejev ni imel ene osnove za razvrščanje elementov, ampak dve – atomsko maso in kemijsko podobnost. Da bi se periodičnost v celoti upoštevala, je Mendelejev popravil atomske mase nekaterih elementov, v svoj sistem postavil več elementov v nasprotju s takrat sprejetimi predstavami o njihovi podobnosti z drugimi in pustil prazne celice v tabeli, kjer še neodkriti elementi bi moral biti postavljen.
Leta 1871 je Mendelejev na podlagi teh del oblikoval periodični zakon, katerega oblika se je sčasoma nekoliko izboljšala.
Periodni sistem elementov je imel velik vpliv na kasnejši razvoj kemije. Ne samo, da je bila to prva naravna klasifikacija kemijskih elementov, ki je pokazala, da tvorijo harmoničen sistem in so med seboj tesno povezani, ampak je bila tudi močno orodje za nadaljnje raziskave. V času, ko je Mendelejev sestavil svojo tabelo na podlagi periodičnega zakona, ki ga je odkril, je bilo veliko elementov še neznanih. Mendelejev ni bil samo prepričan, da morajo obstajati še neznani elementi, ki bi zapolnili te prostore, ampak je tudi vnaprej napovedal lastnosti takih elementov glede na njihov položaj med drugimi elementi periodnega sistema. V naslednjih 15 letih so bile Mendelejevove napovedi sijajno potrjene; odkriti so bili vsi trije pričakovani elementi (Ga, Sc, Ge), kar je bila največja zmaga periodičnega zakona.
DI. Mendelejev je predložil rokopis »Izkušnja sistema elementov na podlagi njihove atomske teže in kemijske podobnosti« // Predsedniška knjižnica // Dan v zgodovini http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006
RUSKO KEMIJSKO DRUŠTVO
Rusko kemijsko društvo je znanstvena organizacija, ustanovljena na univerzi v Sankt Peterburgu leta 1868 in je bilo prostovoljno združenje ruskih kemikov.
Potreba po ustanovitvi Društva je bila objavljena na 1. kongresu ruskih naravoslovcev in zdravnikov, ki je potekal v Sankt Peterburgu konec decembra 1867 - začetek januarja 1868. Na kongresu je bila objavljena odločitev udeležencev kemijske sekcije :
»Kemijska sekcija je izrazila soglasno željo po združitvi v Kemijsko društvo za komunikacijo že uveljavljenih sil ruskih kemikov. Sekcija verjame, da bo to društvo imelo člane v vseh mestih Rusije in da bo njegova publikacija vključevala dela vseh ruskih kemikov, objavljena v ruščini."
V tem času so bila v več evropskih državah že ustanovljena kemijska društva: Londonsko kemijsko društvo (1841), Francosko kemijsko društvo (1857), Nemško kemijsko društvo (1867); Ameriško kemijsko društvo je bilo ustanovljeno leta 1876.
Listino Ruskega kemijskega društva, ki jo je sestavil predvsem D. I. Mendelejev, je odobrilo ministrstvo za javno šolstvo 26. oktobra 1868, prvo srečanje društva pa je bilo 6. novembra 1868. Sprva je vključevalo 35 kemikov iz Sankt Peterburg, Kazan, Moskva, Varšava, Kijev, Harkov in Odesa. N. N. Zinin je postal prvi predsednik Ruskega kulturnega društva, N. A. Menshutkin pa tajnik. Člani društva so plačevali članarino (10 rubljev na leto), novi člani so bili sprejeti le na priporočilo treh obstoječih. V prvem letu svojega obstoja je RCS s 35 narasel na 60 članov in se postopoma povečeval tudi v naslednjih letih (129 leta 1879, 237 leta 1889, 293 leta 1899, 364 leta 1909, 565 leta 1917).
Leta 1869 je Rusko kemijsko društvo pridobilo svoj tiskani organ - Časopis Ruskega kemijskega društva (ZHRKhO); Revija je izhajala 9x letno (mesečno, razen v poletnih mesecih). Urednik ZhRKhO od 1869 do 1900 je bil N. A. Menshutkin, od 1901 do 1930 - A. E. Favorsky.
Leta 1878 se je Rusko kemijsko društvo združilo z Ruskim fizikalnim društvom (ustanovljeno leta 1872) v Rusko fizikalno-kemijsko društvo. Prva predsednika Ruskega zveznega kemijskega društva sta bila A. M. Butlerov (1878–1882) in D. I. Mendelejev (1883–1887). V zvezi z združitvijo leta 1879 (od 11. zvezka) se je "Časopis Ruskega kemijskega društva" preimenoval v "Časopis Ruskega fizikalno-kemijskega društva". Pogostost izhajanja je bila 10 številk letno; Revija je bila sestavljena iz dveh delov - kemičnega (ZhRKhO) in fizičnega (ZhRFO).
Mnoga dela klasikov ruske kemije so bila prvič objavljena na straneh ZhRKhO. Posebej lahko omenimo delo D. I. Mendelejeva o ustvarjanju in razvoju periodnega sistema elementov in A. M. Butlerova, povezano z razvojem njegove teorije o strukturi organskih spojin; raziskave N. A. Menšutkina, D. P. Konovalova, N. S. Kurnakova, L. A. Čugajeva na področju anorganske in fizikalne kemije; V. V. Markovnikov, E. E. Vagner, A. M. Zaitsev, S. N. Reformatsky, A. E. Favorsky, N. D. Zelinsky, S. V. Lebedev in A. E. Arbuzov na področju organske kemije. V obdobju od 1869 do 1930 je bilo v ZhRKhO objavljenih 5067 izvirnih kemijskih študij, povzetkov in preglednih člankov o nekaterih vprašanjih kemije ter prevodov najbolj zanimivih del iz tujih revij.
RFCS je postal ustanovitelj Mendelejevega kongresa o splošni in uporabni kemiji; Prvi trije kongresi so bili v letih 1907, 1911 in 1922 v Sankt Peterburgu. Leta 1919 je bila objava ZhRFKhO prekinjena in se je nadaljevala šele leta 1924.
