Büyük petrol ve gaz ansiklopedisi. Tüm değerlik elektronlarının son seviyede yer aldığı dikey bir öğe sırası

Periyodik tablodaki elementlerin çekirdeklerinin yükleri sürekli olarak artar ve basit maddelerin özellikleri periyodik olarak tekrarlanır. Bu nasıl açıklanır?

D.I. Mendeleev, elementlerin özelliklerinin, kütle sayılarının artan değerleriyle periyodik olarak tekrarlandığını fark etti. O zamana kadar keşfedilen 63 elementi kimyasal ve fiziksel özelliklerini dikkate alarak artan atom kütlelerine göre sıraladı. Mendeleev, keşfettiği periyodik yasanın, maddenin iç yapısındaki derin kalıpların bir yansıması olduğuna inanıyordu; elementlerin özelliklerinde periyodik değişiklikler olduğu gerçeğini belirtti, ancak periyodikliğin nedenlerini bilmiyordu.

Atomun yapısının daha ileri incelenmesi, maddelerin özelliklerinin atom çekirdeğinin yüküne bağlı olduğunu ve elementlerin elektronik yapılarına göre sistematik hale getirilebileceğini gösterdi. Basit maddelerin ve bunların bileşiklerinin özellikleri, elementin atomlarının değerlik alt seviyesinin periyodik olarak tekrarlanan elektronik konfigürasyonuna bağlıdır. Dolayısıyla “elektronik analoglar” aynı zamanda “kimyasal analoglardır”.

İkinci ve yedinci grupların ana alt gruplarının elementlerinin atomlarının elektronik formüllerini yazalım.

İkinci grubun elemanları, değerlik elektronları ns 2'nin genel bir elektronik formülüne sahiptir. Elektronik formüllerini yazalım:

1s 2 ol 2s 2,

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

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

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

Yedinci grubun elemanları değerlik elektronları için ortak bir elektronik formüle sahiptir. ns 2 np 5 ve tam elektronik formüller şunlardır:

F 1s 2 2s 2 2p 5 ,

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

Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4'ler 2 3 boyutlu 10 4p5 ,

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

Böylece, atomların elektronik yapıları aynı grubun elemanları için periyodik olarak tekrarlanır, bu nedenle özellikleri, esas olarak değerlik elektronlarının elektronik konfigürasyonuna bağlı oldukları için periyodik olarak tekrarlanır. Aynı gruba ait elementlerin ortak özellikleri vardır ancak farklılıklar da vardır. Bu, atomların değerlik elektronlarıyla aynı elektronik yapıya sahip olmasına rağmen, bu elektronların çekirdekten farklı mesafelerde bulunmasına rağmen, çekirdeğe olan çekim kuvvetinin, periyottan periyoda, atom yarıçapına doğru hareket ederken zayıflamasıyla açıklanabilir. arttıkça değerlik elektronları daha hareketli hale gelir ve bu da maddelerin özelliklerini etkiler.

41. Periyodik tablodaki germanyum, sezyum ve teknetyumun konumuna bağlı olarak aşağıdaki bileşikler için formüller oluşturun: en yüksek oksidasyon durumuna karşılık gelen meta ve ortogermanik asitler, sezyum dihidrojen fosfat ve teknetyum oksit. Bu bileşiklerin yapısal formüllerini çiziniz.

42. İyonlaşma enerjisi nedir? Hangi birimlerle ifade edilir? Periyodik tablonun gruplarındaki s ve p elementlerinin indirgeme aktivitesi artan atom numarasıyla nasıl değişir? Neden?

43. Elektronegatiflik nedir? Periyodik sistemin atom numarası artan bir grubunda elementlerin elektronegatifliği ikinci ve üçüncü periyotlarda nasıl değişir?

44. Periyodik tablodaki germanyum, molibden ve renyumun konumuna göre aşağıdaki bileşiklerin brüt formüllerini oluşturun: en yüksek oksidasyon durumuna karşılık gelen germanyum, renyum asit ve molibden oksitin hidrojen bileşiği. Bu bileşiklerin yapısal formüllerini çiziniz.

45. Elektron ilgisi nedir? Hangi birimlerle ifade edilir? Ametallerin oksidatif aktivitesi periyodik sistemin bir periyodunda ve bir grubunda atom numarasının artmasıyla nasıl değişir? Cevabınızı ilgili elementin atomik yapısıyla motive edin.

46. ​​Periyodik tablonun üçüncü periyodundaki elementlerin oksitleri ve hidroksitleri için en yüksek oksidasyon durumlarına karşılık gelen formüller oluşturun. Sodyumdan klora geçerken bu bileşiklerin kimyasal karakteri nasıl değişir?

47. Dördüncü periyodun elementlerinden hangisi - vanadyum veya arsenik - daha belirgin metalik özelliklere sahiptir? Hangi element hidrojenle gaz halinde bir bileşik oluşturur? Cevabınızı bu elementlerin atomlarının yapısına göre motive edin.

48. Hangi elementler hidrojenle gaz halinde bileşikler oluşturur? Bu elementler periyodik tablonun hangi gruplarında yer alıyor? Klor, tellür ve antimonun hidrojen ve oksijen bileşikleri için en düşük ve en yüksek oksidasyon durumlarına karşılık gelen formüller oluşturun.

49. Dördüncü periyodun hangi elementi - krom veya selenyum - daha belirgin metalik özelliklere sahiptir? Bu elementlerden hangisi hidrojenle gaz halinde bir bileşik oluşturur? Cevabınızı krom ve selenyum atomlarının yapısına göre motive edin.

50. Klor, kükürt, nitrojen ve karbonun en düşük oksidasyon durumu nedir? Neden? Bu elementlerin oksidasyon durumlarında olduğu alüminyum bileşikleri için formüller oluşturun. Karşılık gelen bileşiklerin adları nelerdir?

51. Periyodik tablonun beşinci grubunun p elementlerinden hangisi - fosfor veya antimon - metalik olmayan özelliklere daha belirgindir? Bu elementlerin hidrojen bileşiklerinden hangisi daha güçlü indirgeyici maddedir? Cevabınızı bu elementlerin atomik yapısıyla motive edin.

52. Metalin periyodik tablodaki konumuna göre soruya motive edici bir cevap verin; iki hidroksitten hangisi daha güçlü bir bazdır: Ba(OH)2 veya Mg(OH)2; Ca(OH)2 veya Fe(OH)2; Cd(OH)2 mi yoksa Sr(OH)2 mi?

53. Manganez neden metalik özellikler sergiliyor ve klor neden metalik değil? Cevabınızı bu elementlerin atomlarının elektronik yapısına göre motive edin. Klor ve manganezin oksit ve hidroksitlerinin formüllerini yazın.

54. Hidrojen, flor, kükürt ve nitrojenin en düşük oksidasyon durumu nedir? Neden? Bu elementlerin oksidasyon durumlarında olduğu kalsiyum bileşikleri için formüller oluşturun. Karşılık gelen bileşiklerin adları nelerdir?

55. Silikon, arsenik, selenyum ve klorun en düşük ve en yüksek oksidasyon durumları nelerdir? Neden? Bu oksidasyon durumlarına karşılık gelen bu elementlerin bileşikleri için formüller oluşturun.

56. Son elektronu 4f ve 5f yörüngelerine giden atomlardaki elementler hangi aileye aittir? Bu ailelerin her biri kaç element içerir?

57. Periyodik tablodaki elementlerin atom kütleleri sürekli artarken, basit cisimlerin özellikleri periyodik olarak değişir. Bu nasıl açıklanabilir?

58. Periyodik yasanın modern formülasyonu nedir? Periyodik element tablosunda argon, kobalt, tellür ve toryumun atom kütleleri daha büyük olmasına rağmen neden sırasıyla potasyum, nikel, iyot ve protaktinyumdan önce yer aldığını açıklayın?

59. Karbon, fosfor, kükürt ve iyotun en düşük ve en yüksek oksidasyon durumları nelerdir? Neden? Bu oksidasyon durumlarına karşılık gelen bu elementlerin bileşikleri için formüller oluşturun.

Periyodiklik, basit maddelerin ve bunların bileşiklerinin kimyasal ve bazı fiziksel özelliklerinin, elementlerin sıra sayısı değiştiğinde tekrarlanabilirliğidir. Her şeyden önce, atom numarası arttıkça atomların elektronik yapısının tekrarlanabilirliği (ve dolayısıyla çekirdeğin yükü ve atomdaki elektron sayısı) ile ilişkilidir.

Kimyasal periyodiklik, kimyasal davranış analojisinde ve kimyasal reaksiyonların tekdüzeliğinde kendini gösterir. Bu durumda değerlik elektronlarının sayısı, karakteristik oksidasyon durumları ve bileşiklerin formülleri farklı olabilir. Benzer özellikler periyodik olarak tekrarlandığı gibi, elementlerin atom numaraları arttıkça kimyasal özelliklerinde de önemli farklılıklar meydana gelir.

Atomların bazı fizikokimyasal özellikleri (iyonlaşma potansiyeli, atom yarıçapı), basit ve karmaşık maddeler sadece niteliksel olarak değil aynı zamanda niceliksel olarak da elementin atom numarasına bağımlılık şeklinde sunulabilir ve onlar için açıkça tanımlanmış maksimum ve minimumlar periyodik olarak ortaya çıkar. .

Dikey periyodiklik

Dikey periyodiklik, Periyodik Tablonun dikey sütunlarında basit maddelerin ve bileşiklerin özelliklerinin tekrarlanabilirliğidir. Bu, tüm unsurların gruplar halinde birleştirildiği ana periyodiklik türüdür. Aynı grubun elemanları aynı elektronik konfigürasyonlara sahiptir. Elementlerin ve bileşiklerinin kimyası genellikle bu tür periyodiklik temelinde değerlendirilir.

Dikey periyodiklik ayrıca atomların bazı fiziksel özelliklerinde, örneğin iyonlaşma enerjilerinde de bulunur. e Ben(kJ/mol):

Yatay frekans

Yatay periyodiklik, basit madde ve bileşiklerin özelliklerinin her periyotta maksimum ve minimum değerlerinin ortaya çıkmasından oluşur. Bu özellikle VIIIB grubu elementleri ve lantanitler için dikkat çekicidir (örneğin atom numarası çift olan lantanitler tek olanlardan daha yaygındır).

İyonlaşma enerjisi ve elektron ilgisi gibi fiziksel özellikler de son enerji alt seviyelerindeki elektron sayısındaki periyodik değişimle ilişkili yatay periyodiklik sergiler:

Çapraz periyodiklik

Çapraz periyodiklik, basit maddelerin ve bileşiklerin özelliklerinin Periyodik Tablonun köşegenleri boyunca tekrarlanabilirliğidir. Soldan sağa periyotlarda ve gruplarda aşağıdan yukarıya doğru metalik olmayan özelliklerin artmasıyla ilişkilidir. Bu nedenle lityum magnezyuma, berilyum alüminyuma, bor silikona ve karbon fosfora benzer. Böylece lityum ve magnezyum, organik kimyada sıklıkla kullanılan birçok alkil ve aril bileşiği oluşturur. Berilyum ve alüminyum benzer redoks potansiyellerine sahiptir. Bor ve silikon uçucu, oldukça reaktif moleküler hidritler oluşturur.

Çapraz periyodiklik atomik, moleküler, termodinamik ve diğer özelliklerin mutlak benzerliği olarak anlaşılmamalıdır. Yani, bileşiklerinde lityum atomunun oksidasyon durumu (+I) ve magnezyum atomunun oksidasyon durumu (+II) vardır. Bununla birlikte, Li + ve Mg2+ iyonlarının özellikleri çok benzerdir ve özellikle karbonatların ve ortofosfatların düşük çözünürlüğünde kendini gösterir.

Dikey, yatay ve çapraz periyodikliğin birleştirilmesi sonucunda yıldız periyodikliği olarak adlandırılan şey ortaya çıkar. Bu nedenle germanyumun özellikleri, kendisini çevreleyen galyum, silikon, arsenik ve kalay özelliklerine benzemektedir. Bu tür "jeokimyasal yıldızlara" dayanarak minerallerde ve cevherlerde bir elementin varlığı tahmin edilebilir.

İkincil periyodiklik

Gruplardaki elementlerin pek çok özelliği monoton olarak değil, özellikle IIIA-VIIA gruplarındaki elementler için periyodik olarak değişir. Bu olguya ikincil periyodiklik denir. Bu nedenle, germanyum özellikleri bakımından silikondan çok karbona benzer. Silanın sulu bir çözeltide hidroksit iyonlarıyla reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkardığı, metan ve germanyumun ise aşırı hidroksit iyonlarıyla bile reaksiyona girmediği bilinmektedir.

Elementlerin kimyasal davranışlarındaki benzer anormallikler diğer gruplarda da gözlenmektedir. Örneğin, VA-VIIA gruplarında (As, Se, Br) yer alan 4. periyodun elemanları, en yüksek oksidasyon durumunda bileşiklerin düşük stabilitesi ile karakterize edilir. Pentaflorürler, pentaklorürler ve pentaiyodürler fosfor ve antimon için bilinirken, arsenik durumunda şu ana kadar yalnızca pentaflorür elde edildi. Selenyum heksaflorür, karşılık gelen kükürt ve tellür florürlerden daha az stabildir. Halojenler grubunda klor(VII) ve iyot(VII) oksijene dayanıklı anyonları oluştururken, yalnızca 1968'de sentezlenen perbromat iyonu çok güçlü bir oksitleyici maddedir.

İkincil periyodiklik, özellikle değerliklerin göreceli eylemsizliğiyle ilişkilidir. S-aynı temel kuantum sayısı için çekirdeğe yakın elektron yoğunluğundaki artış sırayla azaldığından "çekirdeğe nüfuz etme" nedeniyle elektronlar ns > n.p. > ve > nf.

Bu nedenle Periyodik Tabloda ilk doldurulan elementlerden hemen sonra gelen elementler P-, D- veya F-alt düzey, bileşiklerinin en yüksek oksidasyon durumunda stabilitesinde bir azalma ile karakterize edilir. Bunlar sodyum ve magnezyumdur (ilk kez p-alt düzeyi dolan elementlerden sonra gelir), R-galyumdan kriptona kadar 4. dönemin elemanları (dolu D-alt seviye) ve ayrıca hafniyumdan radona kadar lantanit sonrası elementler.

Atom yarıçaplarının periyodik değişimi

Kuantum mekaniği kavramlarına göre atomların net sınırları yoktur, ancak belirli bir çekirdeğe bağlı bir elektronu bu çekirdeğe belirli bir mesafede bulma olasılığı, mesafe arttıkça hızla azalır. Bu nedenle, elektron yoğunluğunun çoğunluğunun (%90'dan fazlası) bu yarıçapın küresinde bulunduğuna inanılarak atoma belirli bir yarıçap atanır.

Elementlerin atomlarının yarıçapları periyodik olarak atom numaralarına bağlıdır.

Dönemlerde, çekirdeğin yükü arttıkça, genel olarak atomların yarıçapları azalır, bu da dış elektronların çekirdeğe çekilmesindeki artışla ilişkilidir. Atom yarıçaplarındaki en büyük azalma kısa periyotlu elementlerde görülür. Element gruplarında, elektron katmanlarının sayısı arttıkça atomların yarıçapları genellikle artar. Böylece, elementlerin atom yarıçaplarındaki değişimde farklı periyodiklik türleri görülebilir: dikey, yatay ve çapraz.

İkinci periyodun element atomlarının küçük boyutları, ek örtüşmeyle oluşan çoklu bağların stabilitesine yol açar R-nükleerler arası eksene dik olan yörüngeler. Dolayısıyla karbondioksit, molekülü iki çift bağ içeren gaz halinde bir monomerdir ve silikon dioksit, Si-O bağlarına sahip kristalin bir polimerdir. Oda sıcaklığında nitrojen, nitrojen atomlarının güçlü bir üçlü bağla bağlandığı stabil N2 molekülleri formunda bulunur. Beyaz fosfor P4 moleküllerinden oluşurken siyah fosfor bir polimerdir.

Görünüşe göre, üçüncü periyodun elemanları için, birkaç tekli bağın oluşumu, bir çoklu bağın oluşumundan daha avantajlıdır. Ek örtüşme nedeniyle R-karbon ve nitrojen için -orbitaller CO 3 2− ve NO 3− anyonları (üçgen şekli) ile karakterize edilirken, silikon ve fosfor için tetrahedral anyonlar SiO 4 4− ve PO 4 3− daha kararlıdır.

Periyodik Kanunun Anlamı

Periyodik yasa kimyanın ve diğer doğa bilimlerinin gelişmesinde büyük rol oynadı. Tüm elementler ile bunların fiziksel ve kimyasal özellikleri arasındaki karşılıklı ilişki keşfedildi. Bu, doğa bilimine çok büyük öneme sahip bilimsel ve felsefi bir sorunla karşı karşıya kaldı: Bu karşılıklı bağlantının açıklanması gerekiyor. Periyodik Yasanın keşfinden sonra, tüm elementlerin atomlarının tek bir prensibe göre inşa edilmesi gerektiği ve yapılarının elementlerin özelliklerinin periyodikliğini yansıtması gerektiği ortaya çıktı. Böylece periyodik yasa, atom-moleküler bilimin evriminde önemli bir bağlantı haline geldi ve atom yapısı teorisinin gelişimi üzerinde önemli bir etkiye sahip oldu. Ayrıca modern “kimyasal element” kavramının formüle edilmesine ve basit ve karmaşık maddelerle ilgili fikirlerin netleştirilmesine katkıda bulundu.

Periyodik Yasayı kullanan D.I. Mendeleev, kimyada tahmin problemlerini çözmeyi başaran ilk araştırmacı oldu. Bu, Periyodik Element Tablosunun oluşturulmasından yalnızca birkaç yıl sonra, Mendeleev tarafından tahmin edilen yeni kimyasal elementlerin keşfedilmesiyle ortaya çıktı. Periyodik yasa aynı zamanda halihazırda keşfedilen elementlerin kimyasal davranışının birçok özelliğinin açıklığa kavuşturulmasına da yardımcı oldu. Nükleer enerji ve yapay elementlerin sentezi de dahil olmak üzere atom fiziğindeki ilerlemeler ancak Periyodik Kanun sayesinde mümkün oldu. Buna karşılık Mendeleev yasasının özünü genişletip derinleştirdiler ve Periyodik Element Tablosunun sınırlarını genişlettiler.

Periyodik yasa evrensel bir yasadır. Doğada gerçekten var olan genel bilimsel yasalardan biridir ve bu nedenle bilgimizin evrimi sürecinde önemini asla kaybetmeyecektir. Sadece atomun elektronik yapısının değil, aynı zamanda atom çekirdeğinin ince yapısının da periyodikliğe tabi olduğu tespit edilmiştir; bu, temel parçacıklar dünyasındaki özelliklerin periyodik doğasını gösterir.

Zamanla Periyodik Kanunun rolü azalmaz. İnorganik kimyanın en önemli temeli haline geldi. Örneğin önceden belirlenmiş özelliklere sahip maddelerin sentezinde, yeni malzemelerin oluşturulmasında ve etkili katalizörlerin seçiminde kullanılır.

Genel ve inorganik kimyanın öğretilmesinde Periyodik Kanunun önemi paha biçilmezdir. Keşfi, Mendeleev'in o zamanlar bilinen 63 kimyasal element hakkında bilgileri net bir şekilde sunmaya çalıştığı bir kimya ders kitabının oluşturulmasıyla ilişkilendirildi. Artık elementlerin sayısı neredeyse iki katına çıktı ve Periyodik Kanun, Periyodik Tablodaki konumlarını kullanarak çeşitli kimyasal elementlerin özelliklerindeki benzerlikleri ve modelleri tanımlamayı mümkün kılıyor.

D.I.'nin periyodik yasasına göre. Mendeleev'e göre periyodik sistemde atom numarası artan elementlerin tüm özellikleri sürekli değişmez, belirli sayıda elementten sonra periyodik olarak tekrarlanır. Elementlerin özelliklerindeki değişikliklerin periyodik doğasının nedeni, değerlik alt seviyelerinin benzer elektronik konfigürasyonlarının periyodik olarak tekrarlanmasıdır: değerlik alt seviyelerinin herhangi bir elektronik konfigürasyonu tekrarlandığında, örneğin örnek 3.1.3'te tartışılan ns 2 np 2 konfigürasyonu. elementin özellikleri büyük ölçüde benzer elektronik yapıya sahip önceki elementleri tekrarlamaktadır.

Herhangi bir elementin en önemli kimyasal özelliği, atomlarının elektron verme veya kazanma yeteneğidir; bu, ilk durumda elementin indirgeyici aktivitesini, ikincisinde ise elementin oksidatif aktivitesini karakterize eder. Bir elementin indirgeme aktivitesinin niceliksel bir özelliği iyonizasyon enerjisidir (potansiyel), oksidatif aktivite ise elektron ilgisidir.

İyonlaşma enerjisi (potansiyel), bir atomdan bir elektronu çıkarmak ve çıkarmak için harcanması gereken enerjidir. 6 . İyonlaşma enerjisinin ne kadar düşük olduğu açıktır. Bir atomun elektron verme yeteneği ne kadar belirgin olursa, elementin indirgeme aktivitesi de o kadar yüksek olur. İyonlaşma enerjisi, elementlerin herhangi bir özelliği gibi, periyodik sistemdeki atom numarasının artmasıyla birlikte monoton olarak değil periyodik olarak değişir. Sabit sayıda elektron katmanı bulunan bir periyotta, çekirdeğin yükünün artmasına bağlı olarak dış elektronların atom çekirdeğine çekim kuvvetinin artması nedeniyle atom numarasının artmasıyla birlikte iyonlaşma enerjisi de artar. . Bir sonraki periyodun ilk elemanına geçerken iyonizasyon enerjisinde keskin bir azalma meydana gelir - o kadar güçlü ki iyonizasyon enerjisi, alt gruptaki önceki analogun iyonizasyon enerjisinden daha az olur. Bunun nedeni, yeni bir döneme geçiş sırasında elektronik katman sayısının artmasına bağlı olarak atom yarıçapının önemli ölçüde artması nedeniyle çıkarılan dış elektronun çekirdeğe olan çekim kuvvetinin keskin bir şekilde azalmasıdır. Yani atom numarasının artmasıyla bir periyotta iyonlaşma enerjisi artar. 7 ve ana alt gruplarda azalır. Yani en büyük indirgeyici aktiviteye sahip elementler periyotların başında ve ana alt grupların altında yer alır.

Elektron ilgisi, bir atomun elektron alması sırasında açığa çıkan enerjidir. Elektron ilgisi ne kadar büyük olursa, atomun bir elektronu bağlama yeteneği o kadar güçlü olur ve sonuç olarak elementin oksidatif aktivitesi de o kadar yüksek olur. Bir periyotta atom numarası arttıkça, dış katmandaki elektronların çekirdeğe olan ilgisinin artması nedeniyle elektron ilgisi artar ve element gruplarında dış elektronların çekirdeğe olan çekim kuvvetinin azalması nedeniyle elektron ilgisi azalır. çekirdek ve atom yarıçapındaki artış nedeniyle. Böylece en büyük oksidatif aktiviteye sahip elementler 8. periyodun sonunda ve periyodik tablonun gruplarının en üstünde yer alır.

Elementlerin redoks özelliklerinin genelleştirilmiş bir özelliği Elektronegatiflik, iyonlaşma enerjisinin ve elektron ilgisinin toplamının yarısıdır. Periyodik sistemin periyotları ve gruplarındaki iyonlaşma enerjisi ve elektron ilgisindeki değişimlerin şekline dayanarak, elektronegatifliğin periyotlarda soldan sağa arttığı, gruplarda yukarıdan aşağıya azaldığı sonucunu çıkarmak kolaydır. Sonuç olarak, elektronegatiflik ne kadar büyük olursa, elementin oksidatif aktivitesi o kadar belirgin ve indirgeme aktivitesi o kadar zayıf olur.

Örnek 3.2.1.Elementlerin redoks özelliklerinin karşılaştırmalı özellikleriI.A.- VeV.A.-2. ve 6. periyotların grupları.

Çünkü periyotlarda iyonlaşma enerjisi, elektron ilgisi ve elektronegatifliğin soldan sağa arttığı, gruplarda yukarıdan aşağıya doğru azaldığı, karşılaştırılan elementler arasında nitrojenin en büyük oksitleyici aktiviteye sahip olduğu ve fransiyumun en güçlü indirgeyici ajan olduğu görülmektedir.

Atomları yalnızca indirgeyici özellikler gösterebilen elementlere genellikle metalik (metaller) denir. Metalik olmayan elementlerin (ametaller) atomları hem indirgeyici özellikler hem de oksitleyici özellikler sergileyebilir, ancak oksitleyici özellikler onlar için daha karakteristiktir.

Metaller genellikle az sayıda dış elektrona sahip elementlerdir. Metaller, yan grupların tüm elementlerini, lantanitleri ve aktinitleri içerir, çünkü bu elementlerin atomlarının dış katmanındaki elektron sayısı 2'yi geçmez. Ana alt gruplarda metalik elementler de bulunur. 2. periyodun ana alt gruplarında Li ve Be tipik metallerdir. 2. periyotta bora geçiş sırasında dış elektronik katmana üçüncü bir elektron girdiğinde metalik özelliklerin kaybı meydana gelir. Temel periyotların ana alt gruplarında, atom yarıçapındaki artışa bağlı olarak elementlerin indirgeme aktivitesindeki artışa bağlı olarak metaller ve metal olmayanlar arasındaki sınırda bir konum sağa doğru tutarlı bir kayma vardır. Böylece, 3. periyotta metalleri ve metal olmayanları ayıran geleneksel sınır Ali ve Si arasından geçer; 4. periyotta ilk tipik metal olmayan arseniktir, vb.

Elementlerin özelliklerindeki değişimlerin sıklığı. Periyodik yasa D.I. Mendeleyev

Kimyasal elementlerin periyodik tablosu 1869'da büyük yurttaşımız Dmitry Ivanovich Mendeleev tarafından oluşturuldu.

Seleflerinden farklı olarak Mendeleev, yalnızca benzer değil, esas olarak farklı elementleri ve bunların gruplarını (örneğin alkali metaller ve halojenler) karşılaştırdı ve bunları elementin ana (o zamana kadar bilinen) karakteristiği olan atom ağırlığına göre düzenledi.

O dönemde kanunun metni şöyleydi:

Kimyasal elementlerin özellikleri ve bileşiklerinin özellikleri ve formları periyodik olarak atom ağırlıklarına bağlıdır.

Daha sonra Mendeleev, elementlerin atom ağırlığından daha temel bir özelliğini, yani çekirdeğin pozitif yüküyle belirlenen atom numaralarını kullandı; bir atomun çekirdeğindeki proton sayısı. Periyotlar ve gruplar halinde elementlerin özelliklerindeki değişim kalıpları oluşturuldu.

Kimyasal elementleri tanımlamak ve sistematik hale getirmek için onların özelliklerini bilmek gerekir: atom numarası (atom çekirdeğinin yükü) ve bağıl atom kütlesi.

Bunlardan atom çekirdeğinin yükü, kimyasal reaksiyonlar sırasında değişmeyen, bir elementin belirlenmesinin temel özelliğidir.

Unsurları tanımlamak için yukarıda listelenen niceliksel özelliklere ek olarak, unsurun niteliksel özellikleri de dahil olmak üzere diğerlerine ihtiyaç vardır. Bunlar atomlarının elektronik yapısı ve özellikleridir.

Dış elektronik katmanda bulunan elektronlar, yani değerlik elektronları özellikle önemlidir. Metal elementler genellikle 1 - 2, daha az sıklıkla 3, metal olmayanlar - 4 veya daha fazladır. Yan alt grupların büyük periyotlarının elemanları için, değerlik elektronları yalnızca dış değil, aynı zamanda ön-dış katmandır. Atomların diğer atomlarla kimyasal bağlar oluşturma ve kimyasal bileşikler oluşturma konusundaki reaktivitesi değerlik elektronlarına bağlıdır.

Kimyasal bir bileşik, belirli bir bileşime sahip, basit bir elementin kimyasal olarak bağlı atomlarından veya karmaşık bir maddedeki birkaç elementten oluşan, kimyasal olarak ayrı bir maddedir.

Basit ve karmaşık maddeler, doğadaki elementlerin gerçek varlığının biçimleridir. Elementlerin doğası, oluşturdukları maddelerin özelliklerini etkiler ve bunun tersi de, maddelerin özelliklerini bilerek, elementin doğasını yargılayabilir.

Dmitry Ivanovich Mendeleev, karakterizasyonu için bir elementin tipik oksijen ve hidrojen bileşiklerinin formları ve özellikleri hakkındaki bilgilere büyük önem verdi. Bileşiklerin biçiminden, genel formüllerle ifade edilen bir grup element için tipik olan bileşiklerinin bileşimindeki benzerliği anladı. Böylece, periyodik tablonun VI. grubunun ana alt grubunun elemanları aşağıdaki oksijen ve hidrojen bileşikleri formlarına sahiptir: RO3, H2R.

Örneğin: kükürt oksit ve hidrojen sülfür.

Tipik metalik elementler bazik oksitler ve hidroksitler oluşturur ve bu bileşik formlarında düşük değerlik değerleri sergiler. Metalik olmayan elementlerde, daha yüksek oksijen bileşikleri (oksitler ve hidroksitler) doğası gereği asidiktir. Bu elementler gaz halindeki hidrojen bileşiklerini oluşturur. Birçok element ara özellikler sergiler.

Sıra sayılarındaki artışla birlikte elementlerin özelliklerinde meydana gelen değişim modellerini türetelim.

1. Bir elementin en önemli niceliksel özellikleri - atomlarının çekirdeğinin yükü ve atom kütlesi - monoton olarak artar.

2. Dış elektronik katmanın yapıları aniden değişir.

3. Elementlerin oksit ve hidroksitlerinin formları ve özellikleri periyodik olarak tekrarlanır.

4. Periyodik olarak elementlerin oksijen açısından değeri hidrojen için artar ve azalır.

Bir elementin monoton ve periyodik olarak değişen özellikleri arasında nasıl bir ilişki vardır?

Bu ilişkiyi atom çekirdeğinin ve dış elektronlarının yükü örneğini kullanarak ele alalım. Bunu yapmak için bir grafik oluşturalım. Yatay çizgiye atom çekirdeğinin yükünü, dikey çizgiye ise elementlerin atomlarının dış katmanındaki elektronların sayısını not edelim.

Element atomlarının dış elektron katmanındaki elektron sayısı, atom çekirdeğinin yük değerindeki monoton bir artışla periyodik olarak değişir.

Periyodik yasanın keşfi, kimyanın gelişiminde yeni bir dönemin, yani modern aşamanın başlangıcına işaret ediyordu. Bundan önce bilimde biriken gerçeklerin hiçbir iç bağlantısı yoktu.

Periyodik yasa, elementler arasında derin bir bağlantıyı ortaya çıkardı, bilim adamlarının henüz keşfedilmemiş elementlerin ve bunların bileşiklerinin özelliklerini tahmin etmelerine ve bilinçli olarak yenilerini aramalarına olanak sağladı.

Dmitry Ivanovich Mendeleev açık hukukun güvenilirliğinden şüphe etmedi, geleceğine ve gelişimine kesinlikle inanıyordu. Ölümünden kısa bir süre önce şöyle yazmıştı: "...periyodik yasaya göre gelecek, yıkımı tehdit etmiyor, yalnızca üst yapılar ve gelişme vaat ediyor."

Periyodik yasa:

Unsurlar arasında derin bir iç bağlantı kuruldu;

Bilim adamlarının tüm atomların ortak bir plana göre inşa edildiğini varsaymalarına izin verildi;

Böylece, bilimin gelişiminde yeni bir aşamaya geçişin, atomların iç yapısının bilgisine - elektronun keşfi, radyoaktivite, atom yapısı teorisinin gelişimi vb. için önkoşulları yarattı.

Bir sonraki aşama, atomik yapı teorisine dayanan yasanın fiziksel özünün açıklanmasıydı.

Zaten atomların yapısına aşinasınız ve atom çekirdeğinin yükünün onun ana özelliği olduğunu biliyorsunuz. Çekirdeğin yükü Mendeleev'in periyodik tablosundaki elementin atom numarasına denk gelir.

Rutherford'un öğrencisi İngiliz fizikçi Henry Moseley, 1913'te her elementin kendine ait bir x-ışını radyasyonu dalga boyuna sahip olduğunu tespit etti. Artan atom kütlesi ile artar. Moseley bu radyasyonun frekansını elementin seri numarasıyla ilişkilendirdi. Moseley yasası, Mendeleev'in periyodik tablodaki elementlerin atom numaralarındaki değişiminin, atom çekirdeklerinin yüklerinde tutarlı bir artışa karşılık geldiğini doğruladı. Bu konuyu izotopları incelerken zaten tartışmıştık.

Atomun yapısı alanındaki yeni keşiflerle bağlantılı olarak periyodik yasa aşağıdaki modern formülasyonu benimsemiştir:

Elementlerin özellikleri ve bunların bileşiklerinin formları ve özellikleri periyodik olarak atom çekirdeğinin yükünün büyüklüğüne bağlıdır.

Elementlerin ve bileşiklerinin özellikleri neden periyodik olarak değişir?

Periyodikliğin nedeni nedir?

Bu sorunun cevabı atomun yapısı teorisiyle de verilebilir:

Nükleer yükün büyüklüğü, bir elementin temel özelliği, bireyselliğinin bir ölçüsüdür. Elementin diğer tüm özellikleri bu özelliğe bağlıdır; atomdaki elektronların sayısını ve durumlarını belirler.

Atom çekirdeğinin yüklerinde ilk elementten son elemente kadar bir artış, atomların elektronik yapılarının ve dış enerji seviyesindeki elektron sayısının periyodik olarak tekrarlanmasına yol açar. Periyodik yasanın fiziksel anlamı ve elementlerin özelliklerindeki değişikliklerin periyodik olmasının nedeni budur.

Elementlerin özelliklerindeki periyodik değişiklikler, dış enerji seviyesindeki elektron sayısının ve atomların elektronik yapılarının periyodik olarak tekrarlanmasıyla açıklanmaktadır.

Atomun yapısı teorisi, periyodik kanunun ve kimyasal elementlerin periyodik sisteminin geliştirilmesine ve bunların modern içeriklerinin belirlenmesine katkıda bulunmuştur. Maddelerin iç yapısının incelenmesine, yeni elementlerin keşfedilmesine ve üretilmesine ivme kazandırdı.

“Elementlerin özellikleri ve dolayısıyla oluşturdukları basit ve karmaşık cisimler (maddeler), periyodik olarak atom ağırlıklarına bağlıdır.”

Çağdaş ifadeler:

"Kimyasal elementlerin özellikleri (yani oluşturdukları bileşiklerin özellikleri ve biçimi), periyodik olarak kimyasal elementlerin atomlarının çekirdeğinin yüküne bağlıdır."

Kimyasal periyodikliğin fiziksel anlamı

Kimyasal elementlerin özelliklerindeki periyodik değişiklikler, atomlarının dış enerji seviyesinin (değerlik elektronları) elektronik konfigürasyonunun çekirdeğin yükündeki artışla doğru tekrarlanmasından kaynaklanır.

Periyodik yasanın grafiksel bir temsili periyodik tablodur. 7 periyot ve 8 grup içerir.

Dönem - değerlik elektronlarının temel kuantum sayısının aynı maksimum değerine sahip yatay element sıraları.

Periyot numarası, bir elementin atomundaki enerji seviyelerinin sayısını gösterir.

Periyotlar, dış enerji seviyesindeki elektron sayısına bağlı olarak 2 (birinci), 8 (ikinci ve üçüncü), 18 (dördüncü ve beşinci) veya 32 (altıncı) elementten oluşabilir. Son yedinci periyot henüz tamamlanmadı.

Tüm periyotlar (birinci hariç) alkali metalle başlar ( S- element) ve soy gazla biter ( ns2 np6).

Metalik özellikler, elementlerin atomlarının kolayca elektron verme yeteneği ve metalik olmayan özelliklerin, atomların dolu alt seviyelerle kararlı bir konfigürasyon elde etme arzusu nedeniyle elektron kazanma yeteneği olarak kabul edilir. Dış doldurma S- alt seviye atomun metalik özelliklerini ve dış katmanın oluşumunu gösterir. P- alt seviye - metalik olmayan özelliklerde. Elektron sayısının artması P- alt seviye (1'den 5'e kadar) atomun metalik olmayan özelliklerini arttırır. Dış elektron katmanının tamamen oluşmuş, enerji açısından kararlı bir konfigürasyonuna sahip atomlar ( ns 2 np 6) kimyasal olarak inert.

Büyük periyotlarda, özelliklerin aktif bir metalden soy gaza geçişi kısa periyotlara göre daha düzgün gerçekleşir, çünkü iç oluşumu ( n - 1) d - dış yüzeyi korurken alt seviye ns2 - katman. Büyük periyotlar çift ve tek serilerden oluşur.

Dış katmandaki çift sıralı elemanlar için ns2 - elektronlar, dolayısıyla metalik özellikler baskındır ve nükleer yükün artmasıyla zayıflamaları küçüktür; tek sıralarda oluşur np- metalik özelliklerin önemli ölçüde zayıflamasını açıklayan alt seviye.

Gruplar - grup numarasına eşit aynı sayıda değerlik elektronuna sahip dikey element sütunları. Ana ve ikincil alt gruplar vardır.

Ana alt gruplar, değerlik elektronları dış tarafta bulunan küçük ve büyük periyotlu elementlerden oluşur. ns - ve np - alt seviyeleri.

Yan alt gruplar yalnızca büyük dönemlerin elemanlarından oluşur. Değerlik elektronları dış taraftadır ns- alt düzey ve dahili ( n - 1) d - alt düzey (veya (n - 2) f - alt düzey).

Hangi alt seviyeye bağlı olarak ( s -, p -, d - veya f -) Değerlik elektronlarıyla dolu olan periyodik tablonun elemanları şu şekilde ayrılır: S- elemanlar (ana alt grubun elemanları Grup I ve II), p - elemanlar (ana alt grupların elemanları III - VII grupları), d - elemanlar (yan alt grupların elemanları), F- elementler (lantanitler, aktinitler).

Ana alt gruplarda yukarıdan aşağıya doğru metalik özellikler artarken, metalik olmayan özellikler zayıflar. Ana ve ikincil grupların elemanları özellikler bakımından büyük farklılıklar gösterir.

Grup numarası, öğenin en yüksek değerliliğini gösterir (hariç)İLE İLGİLİ, bakır alt grubunun elemanları ve sekizinci grup).

Daha yüksek oksitlerin (ve bunların hidratlarının) formülleri, ana ve ikincil alt grupların elementleri için ortaktır. Daha yüksek oksitlerde ve bunların element hidratlarında ben - III grupların (bor hariç) temel özellikleri baskındır; IV ila VIII - asidik.