Тема № 2 _Периодический закон и периодическая система д.И.Мендилеева

Ключевые слова и понятия

2.1. Периодический закон.

2.2. Период.

2.3. Группа.

2.4. Электронные аналоги

2.5. Спинвалентность.

2.6. Ковалентный радиус

2.7.Энергия ионизации.

2.8.Энергия сродства к электрону.

2.9.Относительная электроотрицательность.

Входная информация

Приступая к изучению данной темы, Вам необходимо восстановить в памяти (или восполнить) знания из прошлых периодов обучения:

- из курса средней школы: значение понятий молекула, электрон, ядро, химический элемент.

- из курса «Химия» для студентов технических специальностей: валентные электроны (1.1.), электроотрицательность (1.2.), атомный радиус (1.6), энергетический уровень(1.7.), энергетический подуровень(1.8.), квантовая ячейка(1.9.)

Структура темы

1. Формулировка и физический смысл периодического закона.

2. Понятия об энергии ионизации, сродстве к электрону, относительной электроотрицательности.

3. Зависимость от положения в периодической системе энергии ионизации, сродства к электрону, относительной электроотрицательности.

4.Седения об элементах, получаемые из таблицы Д.И.Менделеева.

1. Формулировка и физический смысл периодического закона.

Исследуя изменение химических свойств элементов в зависимости от величины их относительной атомной массы (атомного веса), Д. И. Менделеев в 1869 г. открыл закон периодичности этих свойств: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от атомных весов элементов».

Периодический закон (2.1.) - . свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от атомных весов элементов

Физическая основа периодического закона была установлена в 1922 г. Н. Бором. Поскольку химические свойства обусловлены строением электронных оболочек атома, периодическая система Менделеева – это естественная классификация элементов по электронным структурам их атомов.

Поэтому современное формулирование периодического закона: «свойства элементов находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов».

Это обстоятельство отражено в периодической системе в виде горизонтальных и вертикальных рядов – периодов (2.2) и групп (2.3.).

Период – горизонтальный ряд, имеющий одинаковое число электронных уровней, номер периода совпадает со значением главного квантового числа n внешнего уровня (слоя). Таких периодов в периодической системе семь. Второй и последующие периоды начинаются щелочным элементом (ns¹) и заканчивается благородным газом (ns²np⁶).

Период (2.2) – горизонтальный ряд, имеющий одинаковое число электронных уровней, номер периода совпадает со значением главного квантового числа n внешнего уровня (слоя), начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом.

Группа - это вертикальный столбец элементов, сходных между собой по строению внешнего энергетического уровня.

Группа (2.3.)-это вертикальный столбец элементов, сходных между собой по строению внешнего энергетического уровня.

По вертикали периодическая система подразделяется на восемь групп, которые делятся на главные – А, состоящие из s- и p-элементов, и побочные – B - подгруппы, содержащие d-элементы. Подгруппа III B, кроме d-элементов, содержит по 14 4f- и 5f-элементов (4f- и 5f-семейства). Главные подгруппы содержат на внешнем электронном слое (1.7.) одинаковое число электронов, которое равно номеру группы.

В главных подгруппах валентные электроны (1.1.) (электроны, способные образовывать химические связи) расположены на s- и p-орбиталях внешнего энергетического уровня (1.7.), в побочных – на s-орбиталях внешнего и d-орбиталях предвнешнего слоя. Для f-элементов валентными являются (n–2)f, (n–1)d- и ns-электроны.

Сходство элементов внутри каждой группы – наиболее важная закономерность в периодической системе. Элементы, размещенные в одной группе периодической системы элементов Д.И. Менделеева на валентных орбиталях атомов содержат одинаковое число электронов. Элементы, размещенные в одной подгруппе периодической системы являются электронными аналогами (имеют подобное строение валентного энергетического уровня).

Электронные аналоги (2.4.)- атомы элементов, имеющие подобное строение валентного энергетического уровня.

Следует, кроме того, отметить такую закономерность, как диагональное сходство у пар элементов Li и Mg, Be и Al, B и Si и др. Эта закономерность обусловлена тенденцией смены свойств по вертикали (в группах) и их изменением по горизонтали (в периодах).

Все сказанное выше подтверждает, что структура электронного уровня атомов элемента изменяется периодически с ростом порядкового номера элемента. С другой стороны, свойства определяются строением валентного электронного уровня и, следовательно, находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома.

Валентность определяется числом химических связей, которые может образовать элемент, засчет валентных электронов (неспаренных или парных) или свободных квантовых ячеек (1.9.).

Спинвалентность определяется числом неспаренных валентных электронов.

Спинвалентность (2.5).- число неспаренных валентных электронов.

Если на валентном уровне атома элемента имеются спаренные валентные электроны и свободные орбитали (квантовые ячейки (1.9.)), то атом способен переходить в возбужденное состояние, повышая свою спинвалентность (2.5).