Периодический закон и Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Графическим отбражением периодического закона является Периодическая система элементов (П.С.Э.). Формы П.С.Э. различны. Наиболее широко используются 3 вида: 1) короткая, 8-клеточная; 2)длинная 32-клеточная; 3)полудлинная - 18-клеточная. Принципиальный подход для всех видов П.С.Э. один: Х.Э. располагаются в порядке возрастания зарядов их ядер. Физической основой структуры П.С.Э служит определенная последовательность формирования электронных оболочек атомов по мере роста порядкового (атомного) номера элемента Z. Каждый последующий Х.Э. содержит в электронной оболочке на 1 электрон больше, чем предыдущий (сохраняя электронную конфигурацию предыдущих элементов).

В зависимости от того, какой энергетический подуровень заполняется последним (последний электрон называется формирующим), различают 4 типа элементов: 1) s-элементы - последним заполняется s-подуровень внешнего уровня; 2) р-элементы - последним заполняется p-подуровень внешнего уровня; 3) d -элементы - последним заполняется d-подуровень предпоследнего уровня; 4) f-элементы - последним заполняется f-подуровень предпредпоследнего уровня (находятся в 2-х рядах внизу П.С.Э.).

Традиционной является короткопериодная П.С.Э. Она состоит из 7 периодов, и 8 групп. Группы содержат по 2 вертикальных столбца: длинный - главная подгруппа "А"; короткий - побочная подгруппа "В". Кроме того, внизу таблицы - 2 ряда по 14 f-элементов, 1-ый из которых - лантаноиды ("подобные лантану" La), Х.Э. принадлежащие тем же периоду, группе и подгруппе, что и лантан,т.е. VI3B; 2-ой ряд - актиноиды ("подобные актинию", Ас), или трансурановые - принадлежат как и Ас VII3В (все радиоактивны).

Связь индексов Х.Э. в П.С.Э. со строением их атомов.

1) Номер Х.Э. № - равен заряду ядра атома Х.Э. и общему количеству е в электронной оболочке.

2) Номер периода (обозначается арабской цифрой) - количество энергетических уровней (оболочек, квантовых слоев), совпадает со значением главного квантового числа n для внешнего (самого удаленного от ядра) квантового слоя (и с его номером).

3) Номер группы (обозначается римской цифрой) - определяет максимальное количество валентных е, способных участвовать в образовании хим. связей. Остальные е Х.Э. локализованы вокруг ядра и не участвуют в образовании химических связей.

4) Принадлежность Х.Э. к "А" или "В" подгруппе

а) У элементов "А" подгрупп все валентные электроны находятся на внешних уровнях. Это все s- и p-элементы. Каждый период начинается двумя s-элементами 1А и 2А групп, а заканчивается (кроме I-го периода) 6-ю р-элементами IIIA-VIIIA групп.

б) К элементам "В" подгрупп относятся: все d-элементы, у которых часть валентных е (1 или 2 s-электронов) находятся на внешнем уровне, а остальные - d-электроны- на предвнешнем уровне (№_период-1);

все f-элементы - валентные е находятся: - 1-2 s-электрона - на внешнем уровне, 1d-электрон на предвнешнем уровне (№ _{периода}- 1)

и f-электроны на предпредвнешнем уровне (№_{периода} -2).

Координаты Х.Э. в П.С.Э.: впереди арабской цифрой обозначен номер периода, затем римской цифрой - номер группы, затем буква А или В.

В каждом периоде электронная конфигурация внешнего электронного слоя изменяется от ns¹ до ns²np⁶ (кроме I-го, там - от ns¹ до ns²). n совпадает с №_{внешнего уровня} В четвертом и пятом периодах электронные конфигурации внешнего слоя содержат между ns¹ - np² (n-1)d^1-10-электроны. А в шестом и седьмом и f-электроны.

Составление формул электронных конфигураций атомов Х.Э.

I период (короткий) - заполнение К-оболочки у 2-х элементов: ₁Н - 1s¹; ₂He - 1s² .

II период (короткий) - заполнение L-оболочки у 8-и элементов:

₃Li - 1s² 2s¹. ₄Be - 1s² 2s².......₅B - 1s² 2s²2p¹................₁₀Ne - 1s² 2s²2p⁶.

III период (короткий) - заполнение М-оболочки у 8 элементов:

₁₁Na - 1s²2s²2p⁶ 3s¹......₁₃Al - 1s²2s²2p⁶ 3s²3p¹....... ₁₈Ar - 1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶.

IV период (длинный) - заполнение N-оболочки у 18 элементов:

₁₉K - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 4s¹ ...₂₁Sc - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 4s¹3d¹ ...

₃₀ Zn - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 4s²3d¹⁰....₃₁Ga - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p¹...₃₆Kr

V период (длинный) - заполнение О-уровня у 18 элементов аналогично IV периоду.

Наиболее сложно заполнение электронных оболочек в V и VI периодах, где содержатся f-элементы.

ектронных оболочек в V и VI периодах, где содержатся f-элементы.

Эффект "провала электрона". Для d- и f-подуровней существуют наиболее устойчивые конфигурации, а именно:

для d-подуровня; d⁰ d⁵ d¹⁰

для f-подуровня; f⁰ f⁷ f¹⁴

Когда до устойчивой конфигурации не хватает одного электрона, он "проваливается" с более внешнего уровня, например, ₉₅Am..... 7s²6d¹5f⁶ ® 7s²6d⁰5f⁷ (показать в квантовых ячейках и прокомментировать).

Обязательно нужно учитывать эффект провала электрона у элементов

I B группы, т.к. только тогда можно объяснить их местоположение в ПС.Э.:

Cu....4s²3d⁹ ® 4s¹3d¹⁰

Ag....5s²4d⁹®5s¹4d¹⁰

Au....6s²5d⁹....6s¹5d¹⁰ Пример.

Запишите электронную конфигурацию Х.Э. № 95; выделите его валентные электроны; для последних составьте таблицу набора квантовых чисел.

Это - америций (Am). Координаты в П.С.Э. - 7IIIB, f-элемент (астиноид), т.к. находится во втором ряду внизу П.С.Э.

Валентные е:...7s²6d¹5f⁶. Полную электронную конфигурацию можно записать, пользуясь рядом Клечковского и "читая " П.С.Э.

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²5d¹⁰4f¹⁴6p⁶ 7s²6d¹5f⁶

Всего валентных 9 электронов. Изобразим их в квантовых ячейках:

(рисуем в клеточках), что пригодится при заполнении таблицы для определения кв. чисел m _l и m_s.

Таблица квантовых чисел для валентных е Am (без учета "провала е")

У элементов одной подгруппы электронная оболочка (валентные подуровни) имеют аналогичное строение, т.е. они - электронные аналоги. Химические свойства электронных аналогов в общем случае так же аналогичны. Например, в I А группе находятся элементы с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами - щелочные металлы (ns¹).

е аналоги. Химические свойства электронных аналогов в общем случае так же аналогичны. Например, в I А группе находятся элементы с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами - щелочные металлы (ns¹).