Периодический закон и периодическая система Д. И. Менделеева

Периодический закон был сформулирован Д.И.Менделеевым в 1989 году: " Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов".

То есть, если расположить элементы в порядке возрастания их атомных масс, то оказывается, что сходные свойства повторяются периодически.

Периодически изменяются не только химические свойства элементов, но и многие физические свойства соответствующих им простых веществ: плотность, t_пл., t_кип. и т.д.

В 1913 г ученик Резерфорда английский ученый Мозли, исследуя спектры лучей Рентгена для различных элементов установил, что заряд ядра атома элемента (т.е. число протонов в ядре атома) совпадает с порядковым номером, который соответствует элементу в Периодической системе.

Из закон Мозли следует, что порядковый номер это не простая нумерация элементов, а выражение конкретного внутреннего свойства атома. Поэтому периодический закон получил новую формулировку в 1913 году: " Свойства простых тел, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов элементов".

При дальнейшем изучении строения атомов и развития квантово–механических представлений оказалось, что в периодической системе элементов наблюдается периодическое повторение у атомов элементов строения внешнего энергетического уровня. А поскольку от числа электронов на внешнем уровне, в основном, зависят свойства элементов то и они периодически повторяются.

Поэтому периодический закон получил новую современную формулировку: " Периодическое изменение свойств элементов и их соединений зависит от периодически повторяющихся подобной структуры электронной оболочки и их атомов"

По подобию электронных оболочек атомов в периодической системе различают s–, p–, d–, f– элементы.

s– элементы – это элементы в атомах которых формируется s – подуровень внешнего энергетического уровня. Это элементы главных подгрупп I, II групп, а также водород и гелий.

р – элементы – это элементы в атомах которых формируется р– подуровень внешнего энергетического уровня. Это элементы главных подгрупп III –VIII групп.

d– элементы – это элементы в атомах которых формируется d – подуровень предвнешнего энергетического уровня. К ним относятся элементы побочных подгрупп.

f– элементы – это элементы, в атомах которых формируется f – подуровень 3 – го снаружи энергетического уровня. К ним относятся лантаноиды и актиноиды.

С увеличением порядкового номера наблюдается периодичность в изменении тех свойств атомов элементов, которые связаны с распределением электронов в атоме.

Периодически изменяются атомные радиусы элементов: а периоде атомные радиусы уменьшаются слева направо. Это объясняется ростом силы притяжения электронов с увеличением заряда ядра.

В группах сверху вниз атомный радиус возрастает за счет возникновения новых электронных орбиталей.

Периодически изменяются такие характеристики как потенциал ионизации (J) сродство к электрону (Е) и электроотрицательность (ЭО).

Потенциал ионизации (J) атома это энергия, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из атома на бесконечное расстояние.

Для любого атома возможно столько потенциалов ионизации, сколько у него электронов.

Чем ниже потенциал ионизации, тем легче атом теряет свои электроны и тем сильнее у него выражены "металлические" свойства, т.е. J – является мерой восстановительной способностью элемента.

Сродство к электрону (Е) – это энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому.

Чем выше Е, тем в большей степени выражены неметаллические свойства. Е является мерой окислительной способности элемента.

Электроотрицательность (ЭО) – это способность атома в молекуле притягивать к себе электроны.

ЭО = J + Е (кДж/моль или эВ/атом).

За единицу ЭО принята ЭО лития. ЭО_Li =9,03эВ и с ней сравнивают ЭО других элементов поэтому получаются безразмерные величины относительной электроотрицательности, так

Деление элементов на металлы и неметаллы условно. С усилением у элемента неметаллических свойств происходит ослабление металлических свойств.

Условной границей между металлами и неметаллами считают относительную ЭО» 2.

Таким образом, чем больше величина относительной ЭО элемента, тем сильнее его окислительные свойства, а чем меньше эта величина, тем сильнее элемент проявляет восстановительные свойства.

В каждом периоде при переходе от одного элемента к другому слева направо значения ионизационного потенциала (J), сродства к электрону (Е) и электроотрицательности (ЭО) увеличивается восстановительная способность элемента и металлические свойства.

В группах у элементов главных подгрупп сверху вниз уменьшаются значения J, Е, ЭО, т.е усиливается восстановительная способность и ослабевает окислительная способность элементов, усиливаются металлические свойства.

Короткий вариант периодической системы состоит из периодов, рядов, групп. По горизонталям имеется 7 периодов, из них I, II, III называются малыми, а IV, V, VI VII – большими. Элементы II и III периодов Д.И.Менделеев назвал типическими. Свойства их закономерно изменяются от типичного металла до благородного газа.

В системе 10 рядов. Каждый малый период состоит из одного ряда, каждый большой период – из двух рядов: четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших периодов (четвертом, шестом, восьмом и десятом) находятся одни металлы, и свойства элементов в этом ряду слева направо изменяются слабо. В нечетных рядах больших периодов (пятого, седьмого и девятого) свойства элементов в ряду слева направо изменяются, как у типических элементов.

По вертикали в периодической системе расположены восемь групп. Номер группы связан со степенью окисления элементов, проявляемой ими в соединениях. Как правило, высшая положительная степень окисления элементов равна номеру группы исключением является фтор – его степень окисления равна – 1; медь, серебро, золото проявляют степень окисления +1, +2 и +3. Из элементов восьмой группы степень окисления +8 известна только для осмия, рутения и ксенона.

Каждая группа делится на две подгруппы – главную и побочную. Главную подгруппу составляют типические элементы (элементы II и III периодов) и сходные с ними по химическим свойствам элементы больших периодов. Побочную подгруппу составляют только металлы – элементы больших периодов.

ЭЛЕКТРОХИМИЯ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ