Электронные структуры атомов элементов 1-III периодов.
При l=0, т.е. на s-подуровне *, имеется всего одна орбиталь *, которую принято изображать в виде клетки. В атоме Н единственный электрон находится на самом низком из возможных энергетических состояний, т.е. на s-подуровне первого электронного слоя (на 1s-подуровне). Электронную структуру атома Н можно представить схемой:
В атоме гелия, порядковый номер которого в периодической системе * (или заряд ядра Z) равен 2, второй электрон тоже находится в состоянии 1s. Электронная структура атома гелия:
У этого атома завершается заполнение ближайшего к ядру K-слоя и тем самым завершается построение первого периода системы элементов.
Рассмотренные для атомов H и He способы описания электронных оболочек называются электронно-графическими формулами (орбиталиизображаются в виде клеток) и электронными формулами (подуровни обозначаются буквами, а количество электронов на них указано верхним индексом).
У следующего за гелием элемента лития (Z=3) третий электрон уже не может разместиться на орбитали K-слоя: это противоречило бы принципу Паули *. Поэтому он занимает s-состояние второго энергетического уровня (L-слой, n=2). Его электронная структура записывается формулой 1s22s1, что соответствует схеме:
Далее формирование электронных оболочек у элементов 2-го периода происходит следующим образом:
Для атома углерода уже можно предположить три возможных схемы заполнения электронных оболочек в соответствии с электронно-графическими формулами:
Правило Хунда определяет порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным. Сформулировано Фридрихом Хундом в 1925 году.
Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а только после исчерпания незаполненных орбиталей на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако) и, в результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.
19. Периодический закон. Современная формулировка.
Периодический закон — фундаментальный закон природы, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году при сопоставлении свойств известных в то время химических элементов и величин их атомных масс.
Периодический закон был сформулирован Д. И. Менделеевым в следующем виде (1871): «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Современная формулировка периодического закона такова: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов».
Аргон, кобальт, теллур и торий помещены соответственно перед калием, никелем, йодом и протактинием потому, что положение в таблице не зависит от атомной массы, а определяется количеством протонов в ядре и электронов в оболочке.
20. Периодическая система элементов.
Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса.
Характеристика элемента по положению в периодической системе.
Характеризуют химический элемент по следующему плану.
1. Определяют период, группу и подгруппу химического элемента в Периодической таблице, его порядковый номер и относительную атомную массу.
Например, Si (кремний) находится в 3 периоде, IV группе, главной подгруппе (A), его порядковый номер 14, масса 28 а.е.м.
2. Определяют является химический элемент металлом или нет. Металлические свойства убывают слева направо и возрастают сверху вниз.
Кремний расположен ниже углерода (который неметалл) и выше галлия (который уже проявляет металлические свойства). Если смотреть по периоду то до кремния находится алюминий (металл), а после него — фосфор (неметалл). Таким образом, сделать вывод о том, чем является кремний достаточно сложно. Это надо знать. Кремний — это неметалл.
3. Определяют максимальную валентность элемента и составляют формулу его высшего оксида.
Так как кремний находится в IV группе, то его максимальная валентность равна IV, а высший оксид — SiO2. Данному оксиду соответствует кремниевая кислота, следовательно, он кислотный.
4. Если элемент неметалл, то для него указывают формулу водородного соединения.
Гидрид кремния — SiH4.
Физический смысл периодического закона.
Итак, физический смысл периодического закона состоит в том, что периодическое изменение свойств элементов находится в полном соответствии с периодически возобновляющимися на все более высоких энергетических уровнях сходными электронными структурами атомов. С их закономерным изменением закономерно изменяются физические и химические свойства элементов.
Физический смысл П. з. был вскрыт лишь после выяснения того, что заряд ядра атома возрастает при переходе от одного химического элемента к соседнему (в периодической системе) на единицу элементарного заряда. Численно заряд ядра равен порядковому номеру (атомному номеру Z) соответствующего элемента в периодической системе, то есть числу протонов в ядре, в свою очередь равному числу электронов соответствующего нейтрального атома (см. Атом). Химические свойства атомов определяются структурой их внешних электронных оболочек, периодически изменяющейся с увеличением заряда ядра, и, следовательно, в основе П. з. лежит представление об изменении заряда ядра атомов, а не атомной массы элементов. Наглядная иллюстрация П. з.- кривые периодические изменения некоторых физических величин (ионизационных потенциалов, атомных радиусов, атомных объёмов) в зависимости от Z (см. Атомная физика).Какого-либо общего математического выражения П. з. не существует.