Главная Обратная связь

Дисциплины:






Теоретическое обоснование периодической системы элементов Д. И. Менделеева



Порядок заполнения электронов энергетических уровней (электронных слоев) и подуровней (подслоев) теоретически обосновывает периодическую систему элементов Д. И. Менделеева. Уже из рассмотрения электронных формул элементов первого и второго периодов (§4) легко сделать вывод, что период начинается с элементов, в атоме которых на внешнем энергетическом уровне находится один s-электрон: в первом периоде это водород, в остальных — щелочные металлы. Завершается период благородным газом: первый — гелием (1s2), остальные периоды — элементами, атомы которых на внешнем уровне имеют электронную конфигурацию ns2np6.
Итак, первый период содержит два элемента: водород (Z=1) и гелий (Z=2). Второй период начинается элементом литием (Z=3) и завершается неоном (Z=10). Во втором периоде восемь элементов. Третий период начинается с натрия (Z=11), электронная конфигурация которого 1s22s22p63s1. С него начинается заполнение третьего энергетического уровня. Завершается оно у инертного газа аргона (Z=18), 3s- и Зр-подуровни которого полностью заполнены. Электронная формула аргона: 1s22s22p63s23p6. Натрий — аналог лития, аргон — неона. В третьем периоде, как и во втором, восемь элементов.
Четвертый период начинается калием (Z=19), электронное строение которого выражается формулой 1s22s22p63sЗр64s1 . Его 19-й электрон занял 4s-подуровень, энергия которого ниже энергии 3d -подуровня (см. рис. 4). Внешний 4s-электрон придает элементу свойства, сходные со свойствами натрия. У кальция (Z=20) 4s-подуровень заполнен двумя электронами: 1s22s 22p6 3s2Зр6 4s2 .С элемента Sc скандия (Z=21) начинается заполнение 3d-подуровня, так как он энергетически более выгоден, чем 4p-подуровень (см. рис. 4) Пять орбиталей 4d-подуровня могут быть заняты десятью электронами, что осуществляется у атомов от скандия до цинка (Z=30). Поэтому электронное строение скандия Sc соответствует формуле 1s22s22p63s23p63dl4s2, а цинка (хотя Зd-подуровень заполняется после 4s-подуровня, в формуле он ставится раньше, так как последовательно записываются все подуровни данного уровня)—1s22s22p63s23p63d104s2. В атомах последующих элементов вплоть до инертного газа криптона (Z=36) идет заполнение 4р-подуровня. В четвертом периоде 18 элементов.
Пятый период содержит элементы от рубидия (Z=37) до инертного газа ксенона (Z=54). Заполнение их энергетических уровней идет так же, как у элементов четвертого периода: после Rb и Sr у десяти элементов от иттрия (Z=39) до кадмия (Z=48) заполняется 4d-подуровень, после чего электроны занимают 5р-подуровень. В пятом периоде, как и в четвертом, 18 элементов.
В атомах элементов шестого периода цезия (Z=55) и бария (Z = 56) заполняется бs-подуровень. У лантана (Z=57) один электрон поступает на 5d-подуровень, после чего заполнение этого подуровня приостанавливается, а начинает заполняться 4f-подуровень, семь орбиталей которого могут быть заняты 14 электронами. Это происходит у атомов элементов лантаноидов c Z=58-71. Поскольку у этих элементов заполняется глубинный 4f-подуровень третьего снаружи уровня, они обладают весьма близкими химическими свойствами. С гафния (Z=72) возобновляется заполнение d-подуровня и заканчивается у ртути (Z=80), после чего электроны заполняют бр-подуровень. Заполнение уровня завершается у благородного газа радона (Z=86). В шестом периоде 32 элемента.
Седьмой период — незавершенный. Заполнение электронами электронных уровней аналогично шестому периоду. После заполнения 7s-подуровня у франция (Z=87) и радия (Z=88) электрон актиния поступает на 6d-подуровень, после которого начинает заполняться 5f-подуровень 14 электронами. Это происходит у атомов элементов актиноидов c Z=90-103. После 103 элемента идет заполнение 6d-подуровня: у курчатовия (Z=104), нильсбория (Z=105), элементов Z=106 и Z=107. Актиноиды, как и лантаноиды, обладают многими сходными химическими свойствами.
В зависимости от того, какой уровень последним заполняется электронами, все элементы делятся на четыре типа (семейства):
1) s-элементы: заполняется электронами s-подуровень внешнего уровня; к ним относятся первые два элемента каждого периода;
2) р-элементы: заполняется электронами р-подуровень внешнего уровня; это последние 6 элементов каждого периода (кроме первого и седьмого);
3) d-элементы: заполняется электронами d-подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне остается один или два электрона (у Pd — ноль); к ним относятся элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s— и р-элементами (их также называют переходными элементами);
4) f-элементы: заполняется электронами f-подуровень третьего снаружи уровня, а на внешнем уровне остается два электрона; это лантаноиды и актиноиды.
В периодической системе 14 s-элементов, 30 р-элементов, 35 d-элементов, 28 f-элементов.
Элементы одного типа имеют ряд общих химических свойств.
Итак, периодическая система Д. И. Менделеева является естественной классификацией химических элементов по электронной структуре их атомов. Об электронной структуре атома, а значит о свойствах элемента судят по его положению в соответствующем периоде, подгруппе периодической системы. Закономерностями заполнения электронных уровней объясняется различное число элементов в периоде.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...