Открытие Периодического закона Менделеевым. Принцып построения химических элементов. Структура. Изменение свойств элементов

Свойства хим эл. и их соединение находится в зависимости от атомных масс элементов. Менделеев взял атомную массу элементов и учел их хим св-ва.

Периодическая система - математическое сопровождение периодического закона.

Таблица – графическое изображение периодической системы на плоскости: короткопериодная (Менделев), длинопериодная (Сиборг), пиромидальное (Бор).

Структура:

Период - горизонтальные ряды эл. с одинаковым максимальным значением главного квантового числа валентных электронов.

Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента. Последний, седьмой период незавершен. Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом (s-элементом), а заканчиваются благородным газом (ns² np⁶).

Металлические св-ва рассматриваются, как способность атомов элементов легко отдавать электроны, а неметаллические - присоединять электроны из-за стремления атомов приобрести устойчивую конфигурацию с заполненными подуровнями. Заполнение внешнего s- подуровня указывает на металлические св-ва атома, а формирование внешнего p- подуровня - на неметаллические св-ва. Увеличение числа электронов на p- подуровне усиливает неметаллические св-ва атома. Атомы с полностью сформированной, энергетически устойчивой конфигурацией внешнего электронного слоя (ns² np⁶) химически инертны.

Группы - вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы.

Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних ns- и np- подуровнях.

Побочные подгруппы состоят из элементов только больших периодов. Их валентные электроны находятся на внешнем ns- подуровне и внутреннем (n - 1) d- подуровне (или (n - 2) f- подуровне).

В зависимости от того, какой подуровень (s-, p-, d- или f-) заполняется валентными электронами, элементы периодической системы подразделяются на: s- элементы (главной подгруппы I и II групп), p- элементы (главных подгрупп III - VII групп), d- элементы (побочных подгрупп), f- элементы (лантаноиды, актиноиды).

В главных подгруппах сверху вниз металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Элементы главных и побочных групп сильно отличаются по свойствам.

Общими для элементов главных и побочных подгрупп являются формулы высших оксидов. У высших оксидов и их гидратов элементов I - III групп (кроме бора) преобладают основные свойства, с IV по VIII - кислотные.

 

Группа	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII (кроме инертных газов)
Высший оксид	Э2О	ЭО	Э2О3	ЭО2	Э2О5	ЭО3	Э2О7	ЭО4
Гидрат высшего оксида	ЭОН	Э(ОН)2	Э(ОН)3	Н2ЭО3	Н3ЭО4	Н2ЭО4	НЭО4	Н4ЭО4

 

Для элементов главных подгрупп общими являются формулы водородных соединений. Элементы главных подгрупп I - III групп образуют твердые вещества - гидриды (водород в степени окисления - 1), а IV - VII групп - газообразные. Водородные соединения элементов главных подгрупп IV группы (ЭН₄) - нейтральны, V группы (ЭН₃) - основания, VI и VII групп (Н₂Э и НЭ) - кислоты.

От положения элементов в периодической системе зависят свойства атома: атомный радиус - по периоду слева направо уменьшается, а в подгруппе сверху вниз возрастает; энергия ионизации - по периоду возрастает, а в подгруппе ум.; электроотрицательность - по периоду увеличивается, а в подгруппе ум.

Пример

На основании периодической таблицы охарактеризуйте хим элементы с порядковыми номерами 21 и 34.

Для характеристики химического элемента по периодической системе Д.И.Менделеева следует рассмотреть:

1. Положение в периодической таблице (порядковый номер; период, ряд; атомная масса).

2. Строение атома (заряд ядра; состав ядра - количество протонов p₁¹, нейтронов n₀¹ и электронов ē; число энергетических уровней и подуровней; написать формулу электронной конфигурации).

3. Формулы и химический характер соединений (высшего оксида и гидроксида; водородных соединений).

4. Сравнить с соседями (по периоду, по группе).

a) Порядковый номер элемента Z = 21 обозначает: заряд ядра атома элемента (скандия): ⁶⁵₂₁Sc – +21; число протонов p₁¹: ₂₁Sc – 21 p₁¹; число электронов ē: ₂₁Sc – 21ē; число нейтронов n₀¹ = A_r – Z = 65 – 21 = 44 – 44n₁⁰

Формула состава атома

 

6521Sc (	21p11; 44n10	; 21ē)
	состав ядра

 

Скандий находится в IV периоде; номер периода обозначает число энергетических уровней - 4.

Скандий расположен в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны будут находится на 4s- и 3d-подуровнях.

Электронная формула скандия

 

21Sc	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6	3d1 4s2
	[Ar]

 

или в виде сокращенной записи: [Ar] 3d¹4s²

Электронная формула в виде квантовых ячеек:

 

21Sc [Ar]

 

Скандий – d- элемент. Электронное строение атома заканчивается s- электронами, поэтому элемент будет проявлять металлические свойства.

Формула высшего оксида – Sc₂O₃, гидроксида – Sc(OH)₃ обладают слабыми основными свойствами. Соединений с водородом не образует.

b) Порядковый номер 34 имеет селен Se. Элемент находится в IV периоде, значит в атоме имеется 4 энергетических уровня. Он находится в главной подгруппе VI группы; его валентные электроны распределены на 4s и 4p-подуровнях.

Электронная формула селена:

₃₄Se 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

Внешний уровень в виде квантовых ячеек имеет вид:

 

 

Атом селена имеет 6 валентных электронов; поэтому высшая валентность равна 6, что соответствует номеру группы.

Селен - p- элемент, поэтому будет проявлять свойства неметалла.

Высший оксид SeO₃, его гидроксид H₂SeO₄ и газообразное водородное соединение H₂Se имеют кислотный характер.