Тема 3 . Периодический закон и система элементов

Тема 3 . Периодический закон и система элементов Д. И. Менделеева 3. 1. Закон Д. И. Менделеева

n Li … 2 s 1 n K … 4 s 1 n Be… 2 s 2 n Ca … 4 s 2 n B… 2 s 22 p 1 n Sc… 4 s 23 d 1 n …. n Ti… 4 s 23 d 2 n F… 2 s 22 p 5 n ……… n Ne… 2 s 22 p 6 n Kr … 4 s 23 d 104 p 6 n Na … 3 s 1 n Rb … 5 s 1 n Mg … 3 s 2 n Sr … 5 s 2 n Al … 3 s 23 p 1 n Y. … 5 s 2 4 d 1 n …. . n Ti… 5 s 2 4 d 2 n Cl… 3 s 2 3 p 5 n ……… n Ar … 3 s 23 p 6 n Xe … 5 s 2 4 d 10 5 p 6 Во всех малых периодах после заполнения ns-поду- ровня заполняется np-подуровень (ns→ np). Во всех больших периодах после заполнения ns- подуровня заполняется (n-1)d-подуровень, а после него – np-подуровень (ns → (n-1)d →np).

Исключения (провал электронов) n Cu: … 4 s 23 d 9 n Cr: … 4 s 23 d 4 4 s 3 d Cu: … 4 s 13 d 10 4 s Cr: … 4 s 13 d 5 3 d 4 s Ag: … 5 s 14 d 10 3 d 5 s Mo: … 5 s 14 d 5 4 d 5 s Au: … 6 s 25 d 10 4 d 6 s 5 d

La … 6 s 25 d 1 n Ce … 6 s 25 d 14 f 1 n Pr … 6 s 25 d 14 f 2 n Nd… 6 s 25 d 14 f 3 n ……………… n Lu… 6 s 25 d 14 f 14 n Hf… 6 s 25 d 2(4 f 14) n В 6 -ом и 7 -ом периодах после формирования (n-1)d 1 конфигурации заполняется (n-2)f-подуровень. После его укомплектования завершается комплектация (n-1)d- подуровня, и только потом заполняется np-подуровень

Периодический закон (Д. И. Менделеев, 1869) n Химические свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов

Триады Деберейнера (1811 -1829) n F 2 – Cl 2 – I 2 n Ca – Sr – Ba n S – Se – Te n Не удалось объединить в 1780 -1849 триады все известные (56) элементы. Октавы Ньюлендса (1864) F 2 – Cl 2 – Br 2 – I 2 Li – Na – K – Cu – Rb – Ag – Cs – Tl В один ряд со сходными эле- ментами попали и элементы, не имеющие с ними ничего 1838 -1898 общего.

Д. И. Менделеев (1834 -1907) n Открыл периодический закон n Предсказал открытие и свойства ряда элементов, открытых позд- нее (галлий, скандий, германий и др. ) n Разработал химическую теорию растворов n Заложил теоретические основы нефтехимии n Разработал процесс получения жидкого топлива из угля n Открыл общее уравнение состояния газов

3. 2 Структура таблицы Д. И. Менделеева Таблица Д. И. Менделеева представляет собой графическое отражение периодического закона 8 групп (в основных подгруппах s- и p-элементы, в побочных 7 периодов: – d- элементы) 3 малых и 4 больших 2 графы с f-элементами

3. 2. Химические свойства элементов и их положение в таблице Д. И. Менделеева n Наиболее устойчивой является конфигурация инертного га- за, то есть такая, при которой на внешнем электронном уровне имеется 8 электронов (электронный октет). Стремясь к такой конфигурации, атомы либо «отдают лишние» электроны (проявляют восстановительные свойства), либо «принимают недостающие» (проявляют окислительные свойства). n Химические свойства элементов определяются их способно- стью «отдавать» или «принимать» электроны при вступлении в химическую реакцию.

Природа и свойства простых веществ и соединений элементов Элементы Простые вещества Металлы Неметаллы Инертные Металлоиды газы (всегда (окислители, но (всегда могут и (не проявляют восстановители) окислительно- восстанавливать) восстановительных свойств) Основные Амфотерные Кислотные оксиды и Не образуют гидроксиды ни оксидов, ни гидроксидов

Восстановительные свойства атомов элементов, характерные для металлов, определяются энергией (потенциалом) ионизации. Энергией (потенциалом) ионизации атома называется энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от невозбужденного атома или иона, [Дж/моль]. Величина энергии ионизации определяется кулоновским взаимодействием между электроном и ядром: qе - электрона (не меняется) qz - эффективный заряд ядра, то есть заряд ядра, нескомпенсированный внешними электронами. qz определяется как сумма заряда ядра и заряда всех электронов, кроме электронов внешнего (заполняемого) уровня. r – радиус атома

По мере увеличение заряда ядра n - в пределах одного периода qz увеличивается, а радиус атома практически не меняется → энергия ионизации увеличивается, достигая максимума у инертных газов; n - в пределах одной группы qz практически не изменяется, а радиус атома увеличивается → энергия ионизации падает. n Соответственно периодически изменяются восстановительные, металлические, свойства атомов элементов. По мере увеличения порядкового номера элемента в пределах одного периода метал- лические свойства ослабевают, а в пределах одной группы уси- ливаются.

Окислительные свойства атомов элементов, характерные для неметаллов, определяются энергией сродства к электрону. n Энергия сродства к электрону – это энергия, освобождающаяся присоединении электрона к электронейтральному атому, [к. Дж/моль]. n По мере увеличение заряда ядра n - в пределах одного периода энергия сродства к электрону возрастает и соответственно возрастают окислительные свойства атомов элементов; n в пределах одной группы энергия сродства к электрону уменьшается и соответственно убывают окислительные свойства. n Атом, присоединивший или потерявший электроны, превращается в ион. Строение внешних электронных слоев у ионов и атомов одного и того же элемента различны. Соответственно различны и химические свойства.