La formulation de la loi périodique donnée par Mendeleïev. Tuteur de chimie

1. Prouver que la loi périodique de D. I. Mendeleev, comme toute autre loi de la nature, remplit des fonctions explicatives, généralisatrices et prédictives. Donnez des exemples illustrant ces fonctions d'autres lois que vous connaissez dans les cours de chimie, de physique et de biologie.

La loi périodique de Mendeleïev est l'une des lois fondamentales de la chimie. On peut affirmer que toute la chimie moderne est construite là-dessus. Il explique la dépendance des propriétés des atomes sur leur structure, généralise cette dépendance pour tous les éléments, les divisant en différents groupes, et prédit également leurs propriétés en fonction de la structure et la structure en fonction des propriétés.

Il existe d'autres lois qui ont des fonctions explicatives, généralisatrices et prédictives. Par exemple, la loi de conservation de l'énergie, la loi de réfraction de la lumière, la loi génétique de Mendel.

2. Nommez l'élément chimique dans l'atome dont les électrons sont disposés en niveaux selon une série de nombres : 2, 5. Quelle substance simple forme cet élément ? Quelle est la formule de son composé hydrogène et quel est son nom ? Quelle est la formule de l'oxyde le plus élevé de cet élément, quel est son caractère? Ecrire les équations de réaction caractérisant les propriétés de cet oxyde.

3. Le béryllium était autrefois classé comme élément du groupe III et sa masse atomique relative était considérée comme étant de 13,5. Pourquoi D. I. Mendeleev l'a-t-il transféré dans le groupe II et a-t-il corrigé la masse atomique du béryllium de 13,5 à 9 ?

Auparavant, l'élément béryllium était attribué par erreur au groupe III. La raison en était la détermination incorrecte de la masse atomique du béryllium (au lieu de 9, elle était considérée comme égale à 13,5). D. I. Mendeleev a suggéré que le béryllium appartient au groupe II, sur la base des propriétés chimiques de l'élément. Les propriétés du béryllium étaient très similaires à celles du Mg et du Ca, et complètement différentes de celles de l'Al. Sachant que les masses atomiques de Li et B, éléments voisins de Be, sont respectivement de 7 et 11, D. I. Mendeleev a suggéré que la masse atomique du béryllium est de 9.

4. Écrivez les équations des réactions entre une substance simple formée par un élément chimique dans l'atome duquel les électrons sont répartis sur des niveaux d'énergie selon une série de nombres : 2, 8, 8, 2, et des substances simples formées par les éléments n° 2. 7 et n° 8 dans le système périodique. Quel est le type de liaison chimique dans les produits de réaction ? Quelle est la structure cristalline des substances simples initiales et les produits de leur interaction ?

5. Disposez les éléments suivants dans l'ordre de renforcement des propriétés métalliques : As, Sb, N, P, Bi. Justifiez la série résultante en vous basant sur la structure des atomes de ces éléments.

N, P, As, Sb, Bi - renforcement des propriétés métalliques. Les propriétés métalliques des groupes sont améliorées.

6. Disposez les éléments suivants dans l'ordre de renforcement des propriétés non métalliques : Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Justifiez la série résultante en vous basant sur la structure des atomes de ces éléments.

Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl - renforcement des propriétés non métalliques. Les propriétés non métalliques dans les périodes sont améliorées.

7. Disposer dans l'ordre d'affaiblissement des propriétés acides des oxydes dont les formules sont : SiO2, P2O5, Al2O3, Na2O, MgO, Cl2O7. Justifier la série obtenue. Écrivez les formules des hydroxydes correspondant à ces oxydes. Comment leur caractère acide évolue-t-il dans la série que vous proposez ?

8. Écrivez les formules des oxydes de bore, de béryllium et de lithium et classez-les par ordre croissant des propriétés principales. Écrivez les formules des hydroxydes correspondant à ces oxydes. Quelle est leur nature chimique ?

9. Que sont les isotopes ? Comment la découverte des isotopes a-t-elle contribué à la formation de la loi périodique ?

Le système périodique des éléments reflète la relation des éléments chimiques. Le numéro atomique d'un élément est égal à la charge du noyau, numériquement il est égal au nombre de protons. Le nombre de neutrons contenus dans les noyaux d'un élément, contrairement au nombre de protons, peut être différent. Les atomes d'un même élément, dont les noyaux contiennent un nombre différent de neutrons, sont appelés isotopes.

Chaque élément chimique possède plusieurs isotopes (naturels ou artificiels). La masse atomique d'un élément chimique est égale à la valeur moyenne des masses de tous ses isotopes naturels, compte tenu de leur abondance.

Avec la découverte des isotopes, les charges des noyaux, plutôt que leurs masses atomiques, ont commencé à être utilisées pour répartir les éléments dans le système périodique.

10. Pourquoi les charges des noyaux atomiques des éléments du système périodique de D. I. Mendeleev changent-elles de manière monotone, c'est-à-dire que la charge du noyau de chaque élément suivant augmente de un par rapport à la charge du noyau atomique de l'élément précédent, et les propriétés des éléments et des substances qu'ils forment changent périodiquement ?

Cela est dû au fait que les propriétés des éléments et de leurs composés ne dépendent pas du nombre total d'électrons, mais uniquement des électrons de valence qui se trouvent sur la dernière couche. Le nombre d'électrons de valence change périodiquement, par conséquent, les propriétés des éléments changent également périodiquement.

11. Donnez trois formulations de la loi périodique, dans lesquelles la masse atomique relative, la charge du noyau atomique et la structure des niveaux d'énergie externes dans la couche électronique de l'atome sont prises comme base pour la systématisation des éléments chimiques.

1. Les propriétés des éléments chimiques et des substances qu'ils forment dépendent périodiquement des masses atomiques relatives des éléments.
2. Les propriétés des éléments chimiques et des substances formées par eux dépendent périodiquement de la charge des noyaux atomiques des éléments.
3. Les propriétés des éléments chimiques et des substances qu'ils forment dépendent périodiquement de la structure des niveaux d'énergie externes dans la couche électronique d'un atome.

Makhov B. F.

En lien avec l'élaboration par l'auteur du « Modèle Vibratoire de l'Atome Neutre » avec l'inclusion de « l'éther mondial », dans lequel les notions de « charge positive permanente du noyau atomique » et de « champ de Coulomb » deviennent redondantes, la question se pose d'une nouvelle formulation de la loi périodique. Une telle formulation est proposée dans cet article, où le problème de l'expression mathématique de la loi périodique est également considéré. Dans l'article, l'auteur utilise sa propre version du "Symetric Quantum Periodic System of Neutral Atoms (SC-PSA)", adéquate au Modèle Vibrationnel.

De plus en plus loin de nous 1869 - l'époque de la première formulation de la loi périodique par D.I. Mendeleev (PZM) et son développement du tableau périodique des éléments (PSE-M), dans lequel le poids atomique de l'élément était pris comme critère de classement principal, une caractéristique plus ou moins compréhensible alors disponible. Mais même Dmitry Ivanovich lui-même a déclaré que "nous ne connaissons pas les raisons de la périodicité". A cette époque, seuls 63 éléments étaient connus, et leurs propriétés (essentiellement chimiques) étaient peu connues et pas toujours précises.

Néanmoins, le problème de la systématisation des éléments s'est déjà déclaré et a nécessité une solution. L'intuition ingénieuse de Mendeleev lui a permis de faire face avec succès (au niveau de connaissances d'alors) à la tâche. Sa formulation du PZM (octobre 1971): "... les propriétés des éléments, et donc les propriétés des corps simples et complexes qu'ils forment, dépendent périodiquement de leur poids atomique."

Dmitri Ivanovitch a arrangé tous les éléments d'une série (série de Mendeleev) par ordre de poids atomique croissant, dans lequel, cependant, il a également autorisé des écarts pour des paires d'éléments connues (basées sur les propriétés chimiques), c'est-à-dire en fait, il y a une dépendance non seulement sur le poids atomique.

Il est devenu clair pour les scientifiques que lors du passage d'un élément du PSE-M à l'autre, certaines caractéristiques de l'élément augmentent par étapes de la même quantité. Cette valeur est Zétait appelé numéro de série (principalement par les chimistes) ou numéro atomique (par les physiciens). Il s'est avéré que le poids atomique lui-même dépend d'une certaine manière de Z. Par conséquent, comme critère de commande principal, le numéro de série Z a été adopté, qui a donc été inclus dans la 2e formulation du PZM au lieu du poids atomique.

Le temps a passé et de nouvelles possibilités de systématisation sont apparues. Il s'agit tout d'abord d'avancées dans l'étude des spectres optiques de raies (LOS) des atomes neutres et du rayonnement X caractéristique (XXR). Il s'est avéré que chaque élément a un spectre unique et un certain nombre de nouveaux éléments ont été découverts à partir d'eux. Nombres quantiques, termes spectraux, principe d'exclusion de W. Pauli, loi de G. Moseley... ont été proposés pour décrire les spectres. L'étude des atomes a abouti à la création des premiers modèles de l'atome (MOA), après la mort de D. I. Mendeleev.

La loi de Moseley, qui relie la fréquence du rayonnement X caractéristique au numéro de série Z, a apporté une contribution particulièrement importante à la science. Il a confirmé l'exactitude de la série de Mendeleev et a permis d'indiquer les numéros des éléments restants non découverts. Mais ensuite, guidé par de bonnes intentions, donner un numéro de série Z signification physique, les physiciens au niveau des connaissances du début du XIXe siècle (les premiers modèles de l'atome) sont arrivés à la conclusion hâtive qu'il ne peut s'agir que d'une charge électrique positive constante du noyau atomique (le nombre de charges électriques élémentaires -eZ).

En conséquence, les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu'une 2e formulation raffinée du PZM était nécessaire, dans laquelle la charge électrique positive constante du noyau atomique d'un élément était considérée comme le principal critère de systématisation.

Mais, malheureusement, au début du XXe siècle, les premiers modèles de l'atome étaient présentés de manière trop mécaniste (modèles nucléaires planétaires), et la neutralité électrique de l'atome dans son ensemble était représentée par la charge positive du noyau et la charge correspondante nombre de particules élémentaires négatives - électrons, c'est-à-dire également au niveau des connaissances primitives de l'époque sur l'électricité. En conséquence, le concept d'un champ électrique de Coulomb constant a été utilisé, qui attire les électrons en rotation autour du noyau, etc. Et Dieu interdit que l'électron tombe sur le noyau !

La découverte de la nature ondulatoire de l'électron et beaucoup de problèmes avec le modèle accepté de l'atome, ils ont conduit au passage au "modèle mécanique quantique de l'atome". La mécanique quantique (QM) a été saluée comme la plus grande réalisation du XXe siècle. Mais avec le temps, l'enthousiasme est retombé. La raison en est la fondation fragile sur laquelle est construit le CME, basé sur l'équation de Schrödinger, qui " décrit mouvement d'un électron. Tout d'abord, l'approche elle-même est fausse - au lieu de considérer l'état quantique d'équilibre d'un atome neutre dans son ensemble (au niveau macro, parlant dans le langage de la synergétique), le mouvement d'un électron est considéré dans CME (c'est-à-dire, ils travaillent à un niveau micro excessivement détaillé). Imaginez que pour le cas d'un gaz parfait, au lieu de le considérer au niveau macro avec des paramètres constants dans le temps de l'état du gaz (pression, température, volume), ils commenceraient soudainement à écrire les équations du mouvement pour chacun des les milliards d'atomes et de molécules du gaz, gémir bruyamment à la fois de la difficulté de la tâche et de la puissance insuffisante des ordinateurs modernes. Au niveau macro, l'ensemble du tableau est facilement et élégamment décrit à l'aide de l'équation de connexion des paramètres de l'état du gaz - l'équation de Clapeyron-Mendeleev. [FES, M, SE, 1984, p.288]

Quelque chose de similaire dans la complexité nous offre le CME en la personne de ses pères fondateurs, notamment pour le cas des atomes à grands numéros atomiques. Cependant, l'académicien Lev Landau (1908-68), lui-même l'un des piliers du CME, écrivait déjà : « Un atome à plus d'un électron est un système complexe d'électrons en interaction les uns avec les autres. Pour un tel système, on ne peut, à proprement parler, considérer que les états du système dans son ensemble. La même idée se retrouve dans les travaux du physicien spécialiste de la spectroscopie Acad. Académie des sciences de la BSSR Elyashevich M.A. (1908-95).

Revenons cependant à l'examen des formulations de la loi périodique. La formulation moderne (2e raffinée) du PZM est la suivante :

"Les propriétés des éléments sont en relation périodique avec la charge de leurs noyaux atomiques." Charge nucléaire eZ = numéro atomique (de série) de l'élément dans le système, multiplié par la charge électrique élémentaire (c'est-à-dire que Z est numériquement égal au nombre de charges électriques élémentaires).

Pourquoi une nouvelle 3e formulation du PZM est-elle nécessaire ?

1) À partir de la 2e formulation, les propriétés en question ne sont pas très claires - si elles sont chimiques, elles ne sont pas directement liées aux éléments (atomes neutres). Lorsque des atomes neutres interagissent, leurs CEM variables se chevauchent, par conséquent, ils exercent un certain degré d'excitation les uns sur les autres. Pour décrire une liaison chimique, vous devez savoir en outre - ce qui est lié à quoi (composition et structure de la substance) et dans quelles conditions physiques spécifiques (CFU), etc.

2) Selon le "Modèle Vibrationnel" développé par l'auteur, le noyau d'un atome neutre n'a ni une charge électrique constante ni un champ de Coulomb constant créé par lui (au lieu de cela, un noyau pulsant, un champ électromagnétique alternatif - EMF, EMW debout, résonance paramétrique, facteur de haute qualité des oscillations, atome de durabilité). Voir FI, 2008, n° 3, p.25

3) C'est-à-dire qu'il n'y a pas de définition claire d'un argument ou d'une fonction. Quant à la nature de la dépendance périodique, il n'y a pas non plus de certitude. Le PZM est inutile sans considérer simultanément le tableau du tableau périodique lui-même, c'est pourquoi il n'est souvent pas mentionné du tout dans les manuels dans la formulation actuelle ("cercle vicieux"). Ce n'est pas un hasard si nous n'avons toujours pas une théorie complète du système périodique et l'expression la plus mathématique du PZM.

4) Vous pouvez maintenant utiliser des opportunités fondamentalement nouvelles pour une formulation plus correcte de la loi périodique et la dérivation de son expression mathématique, qui donner"Modèle vibrationnel d'un atome neutre" (vibrations couplées du noyau et de son environnement) et "Système périodique quantique symétrique des atomes neutres (SC-PSA)", développés et publiés par l'auteur.

5) Selon l'approche synergique, l'état quantique d'équilibre de l'atome dans son ensemble » (approche macroscopique) peut être décrit par plusieurs paramètres indépendants du temps. L'auteur a montré qu'il s'agit d'un ensemble strictement individuel (principe d'exclusion de W. Pauli) de 4 nombres quantiques inhérents à chaque atome, déterminés à partir de son LOS (et non à partir des équations CME).

Tel un ensemble de nombres quantiques détermine de manière unique la place de l'élément (ses coordonnées) dans le SC-PSA développé par l'auteur.

6) Ces paramètres doivent répondre à un certain nombre d'exigences :

Répondre à la nature physique d'un atome neutre (selon le "Modèle Vibrationnel")

Soyez sans ambiguïté

Être entier (ce qui découle de l'essence même du rayonnement du noyau)

Il est facile à mesurer (à partir des spectres d'un atome neutre).

Ainsi, la signification des nombres quantiques connus pour chaque atome doit être affinée en fonction de leur nature physique.

7) Au lieu de l'équation CME d'E. Schrödinger, l'auteur propose d'utiliser les équations de connexion des nombres quantiques (équations de Makhov) (l'auteur a trouvé deux de ces équations), qui sont l'expression mathématique du PZM, adéquate à la nouvelle formulation. Plus d'informations à ce sujet dans un livre à paraître.

8) À la lumière du "modèle vibrationnel de l'atome neutre" et de la nouvelle idée de la FEM variable du noyau, pour la nouvelle formulation de la loi périodique, au lieu de la charge électrique élémentaire, une autre grandeur physique est nécessaire , qui, avec le nombre ordinal Z, caractérise l'intensité de l'interaction électromagnétique (changeant progressivement avec l'augmentation de Z) et déterminée uniquement à partir du spectre des atomes neutres. Et il existe une telle valeur - c'est la constante de structure fine (α) [FES-763], qui est généralement utilisée dans les recherches de la "limite supérieure du tableau périodique".

Nouvelle rédaction du PZM Ressemble à ça:

"Les caractéristiques des atomes neutres dépendent périodiquement de l'amplitude de la tension (aZ) champ électromagnétique alternatif (EMF) créé par leurs noyaux. L'auteur est arrivé à une formulation aussi brève le 22 novembre 2006, après une série de « longues ».

On peut en déduire qu'au lieu de l'amplitude de la charge électrique ( eZ), qui comprend une charge électrique élémentaire, on utilise la valeur d'intensité ( aZ), qui inclut α - constante de structure fine, qui "en électrodynamique quantique est considérée comme un paramètre naturel caractérisant la "force" de l'interaction électromagnétique" [FES, p.763].

Nous avons déjà parlé des caractéristiques des atomes neutres (des nombres quantiques, de leur nature physique, etc.), mais la nature de la dépendance périodique doit encore être un peu précisée. Déjà maintenant, il existe des conditions préalables à la dérivation des équations de connexion des nombres quantiques - c'est (n+ je)- règles de l'académicien V.M. Klechkovsky (1900-72) et (n- je)- règle dhn, prof. DN Trifonov, qui ont été utilisés par l'auteur pour construire le SC-PSA. En gardant à l'esprit la variable EMF et l'EMW permanent se propageant (à une profondeur spécifique pour chaque atome), nous pouvons dire que la somme de ces nombres quantiques représente l'énergie totale de l'EMW permanent, et la différence est la profondeur du changement dans le paramètre d'oscillation. Autrement dit, il existe déjà des faisceaux de nombres quantiques qui représentent dans le SC-PSA (n+ je)- période (ils sont tous appariés et forment des dyades), et (n- je)- groupes d'atomes consécutifs - rangées horizontales de SC-PSA (jusqu'à 4 dans une période dans Z ≤ 120), qui sont des séquences F-, ré-, p-, s- éléments. Autrement dit, à un niveau d'énergie quantique, il peut y avoir plusieurs états quantiques. Un examen plus approfondi des caractéristiques de l'EMW debout à deux unités nous permet de dériver les équations pour la connexion des nombres quantiques (équations de Makhov).

Exemple : Énergie EMW totale permanente E n + je =E n +E je = constante, où E n et E je - les valeurs moyennes de l'énergie des composants électriques et magnétiques de ses parties.

Pour clarifier la signification physique des nombres quantiques, nous utilisons la formule de l'énergie d'un émetteur quantique (sous forme générale) E = Eo (2k + 1), donc → = 2k

Plus précisément, on a pour E n + je= E o (2 + 1) → = n + je , c'est la somme des nombres quantiques (n+ je) est le rapport de l'incrément de l'énergie totale d'une EMW debout à sa valeur initiale, ce qui donne un sens physique à la première règle susmentionnée de l'académicien V.M. Klechkovsky.

Un EMW debout est un support matériel de résonance paramétrique (avec une énergie interne constante, l'énergie est transférée de l'électrique au magnétique et vice versa avec une fréquence énorme). Dans ce cas, la différence entre les valeurs moyennes de l'énergie des composants électriques et magnétiques de l'énergie totale de l'EMW E n - je = E n -E je - la quantité de changement de paramètre est également quantifiée.

E n - je= E o (2 + 1) → = n - je , cette attitude donne un sens physique à la règle de D.N. Trifonov et à partir de là, la règle devient claire n - je ≥ 1, car sinon il n'y a pas d'EMW permanent (il ne devrait pas y avoir d'onde progressive inhérente n = je, et la perte d'énergie associée). Vous pouvez introduire le concept de "valeur relative de changement de paramètre" : = = λ

Les valeurs moyennes des composants de l'énergie totale de l'EMW debout sont également quantifiées

E n=Eo(2 n + 1) → = 2n

E je=Eo(2 je + 1) → = 2je

d'où les nombres quantiques n et je acquièrent une nouvelle signification physique en tant que nombres quantiques des composants des énergies électriques et magnétiques de l'énergie totale d'une EMW debout (au lieu du "nombre quantique principal" et du "nombre quantique orbital").

Une fréquence élevée et constante d'une EMW debout est exprimée par des fonctions périodiques, par rapport à notre cas - trigonométrique. La dualité de l'EMW permanent réside dans l'attribution paramétrique de la fonction. Une EMW permanente en tant qu'onde harmonique peut être décrite par des équations sinusoïdales de la forme y = UN péché (ω t + φ ),

alors NT = n cosα et ça = je sin α (définition paramétrique d'une ellipse).

ici n et je - nombres quantiques (valeurs entières sans dimension), indicateurs de l'amplitude maximale de l'énergie relative des composants électriques et magnétiques de l'EMW debout, et NT et ça- valeurs actuelles des quantités fluctuantes ( composants EMW debout) à l'heure actuelle, c'est à dire. les quantités sont également sans dimension.*)

0 ≤ |n t| ≤n 0 ≤ |l t | ≤l

Précisons qu'il y a exactement deux dépendances- cosinus et sinusoïde A l'interface "Nyau-environnement" au moment initial du rayonnement, le premier a une amplitude maximale - pour = n (sinon il n'y a pas de rayonnement), et l'amplitude est différente - pour = 0 (c'est-à-dire qu'il y a un déphasage). Commençant à se propager à partir du noyau, un composant de l'EMW permanent en génère un autre et vice versa. L'auteur tient à mettre en garde contre le fait de sauter à la conclusion que pour = 0, alors la composante magnétique de l'énergie totale de l'EMW debout est également égale à zéro. Ce n'est pas le cas, il suffit de rappeler la formule d'un émetteur d'harmoniques quantiques.

C'est l'équation de l'ellipse + = 1 (sous forme canonique, commune pour la connexion des oscillations harmoniques) et c'est l'une des équations pour la connexion des nombres quantiques.

La signification physique de cette équation de couplage devient plus claire si certaines transformations sont effectuées. Pour ce faire, nous utilisons la représentation de l'ellipse sous forme d'hypotrochoïdes.

Pour notre cas ; .

Il s'agit de la 1ère équation de relation des nombres quantiques (équation de Makhov).

Ou assez clair .

On peut voir que l'équation reflète la constance de l'énergie totale d'un EMW debout. Ainsi, les faisceaux ci-dessus de nombres quantiques ( n+l) est le numéro de période dans SC-PSA, et ( n - je)- définit la séquence de localisation des lignes horizontales incluses dans la période - a trouvé sa place dans l'équation de la communication, et l'équation elle-même reflète bien la structure du SC-PSA.

Nous avons obtenu une autre équation de connexion pour les deux nombres quantiques restants (à partir de l'ensemble complet conformément au principe d'exclusion de W. Pauli) - m l etMme , mais vous ne pouvez pas dire à leur sujet en un mot, et avec la signification physique du nombre quantique "spin" Mme reste à déterminer - voir ici.

Début (numéro de série de l'élément d'origine - ZM) de chaque M-dyade (une paire de périodes SC-PSA) peut être obtenue à partir de la transformation identique de la formule par V.M. Klechkovsky pour le nombre Zl élément auquel la première fois qu'un élément avec des données apparaît valeur lmax

ZM = Zl -1 = = ,

alors àlmax = 0; 1; 2; 3; 4... on a ZM= 0 ; 4 ; 20; 56 ; 120..., soit ce sont les soi-disant nombres tétraédriques, qui sont indirectement liés à certains niveaux d'énergie quantique initiaux minimaux pour la dyade (un tétraèdre parmi tous les corps spatiaux a une surface minimale avec un volume fixe).

Plus en détail sur ce sujet et les deux équations de connexion des nombres quantiques mentionnées, l'auteur a l'intention de rendre compte dans les articles en cours de préparation pour publication.

L'auteur ne prétend pas ce travail, bien sûr, pour créer une théorie complète du système périodique des atomes neutres et de son expression mathématique, mais il le considère comme une étape nécessaire et importante sur ce chemin, et au mieux de sa capacité contribuera pour progresser davantage.

BIBLIOGRAPHIE:

Klechkovsky V.M. "La distribution des électrons atomiques et la règle de remplissage successive (n+ je)- groupe », M., Atomizdat, 1968
Klechkovsky V.M. "Développement de quelques problèmes théoriques du système périodique de D.I. Mendeleev" (rapport au symposium du X Congrès Mendeleïev). M., Nauka, 1971, pp. 54-67.
Trifonov D.N. "Structure et limites du système périodique", Moscou, Atomizdat, 1976, 271 pages.
Makhov B.F., livre "Symetric Quantum Periodic System of Elements" (SK-PSE), Moscou, 1997 - ISBN 5-86700-027-3
Makhov B.F., Article "Symetric Quantum Periodic System of Elements (neutral Atoms) - SC-PSA (ou New Periodization of the Periodic System", dans la revue RAE "Fundamental Research", 2007, n°9, pp. 30-36 - ISSN 1812 -7339
Makhov BF, Rapport "La manifestation de l'appariement dans le système périodique des atomes neutres (SC-PSA)", dans Actes du V-Int. conférence "Biniologie, symmétrologie et synergétique en sciences naturelles", sept. 2007, Tyumen, Tsogu, Section "Physique et Chimie", pp. 59-65 ISBN 978-5-88465-835-4
Makhov B.F., Article "Diffusion mondiale" D.I. Mendeleïev et sa place dans le système périodique », dans la revue RANH « Recherche fondamentale », 2008, n° 3, p. 25-28
Makhov B.F., Article "La nature physique des métaux à la lumière du modèle vibrationnel de l'atome", dans la revue de l'Académie russe des sciences naturelles "Recherche fondamentale", 2008, n° 3, p. 29-37
Landau L.D., Lifshitz E.M. "Mécanique quantique. Théorie non relativiste », Moscou : Nauka, 1974 (3e éd.). pp. 293. et 1989 (4e éd.). pages 302
Makhov BF, livre "Sur le modèle de l'atome neutre et les moyens de sortir de la crise en physique atomique" (préparé pour publication).
Makhov B.F., le livre "SC-PSA tridimensionnel" (préparé pour publication).
Bronstein I.N., Semendyaev K.A., Manuel de mathématiques pour ingénieurs et étudiants d'établissements d'enseignement supérieur. Moscou : Nauka, rédacteur en chef. FML, 1986 (13e, corr.), p.127
Article "Constante de structure fine", Dictionnaire Encyclopédique Physique - FES, p.763

Lien bibliographique

Makhov B. F. LOI PÉRIODIQUE D.I. MENDELEEV - NOUVELLE FORMULATION ET EXPRESSION MATHÉMATIQUE DE LA LOI // Succès des sciences naturelles modernes. - 2008. - N° 9. - P. 24-29 ;
URL : http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=10547 (date d'accès : 17/12/2019). Nous portons à votre connaissance les revues publiées par la maison d'édition "Academy of Natural History"

Loi périodique des éléments chimiques- une loi fondamentale de la nature, reflétant le changement périodique des propriétés des éléments chimiques à mesure que les charges des noyaux de leurs atomes augmentent. Ouvert le 1er mars (17 février selon l'ancien style) 1869 D.I. Mendeleev. Ce jour-là, il a compilé un tableau intitulé "L'expérience d'un système d'éléments basé sur leur poids atomique et leur similitude chimique". La formulation finale de la loi périodique a été donnée par Mendeleïev en juillet 1871. Elle se lisait comme suit :

"Les propriétés des éléments, et donc les propriétés des corps simples et complexes qu'ils forment, dépendent périodiquement de leur poids atomique."

La formulation de Mendeleev de la loi périodique existait dans la science depuis plus de 40 ans. Il a été révisé grâce aux réalisations exceptionnelles de la physique, principalement le développement du modèle nucléaire de l'atome (voir Atom). Il s'est avéré que la charge du noyau d'un atome (Z) est numériquement égale au numéro de série de l'élément correspondant dans le système périodique, et le remplissage des couches d'électrons et des sous-couches d'atomes en fonction de Z se produit de telle manière que des configurations électroniques similaires d'atomes se répètent périodiquement (voir Système périodique des éléments chimiques ). Par conséquent, la formulation moderne de la loi périodique est la suivante : les propriétés des éléments, des substances simples et de leurs composés dépendent périodiquement des charges des noyaux des atomes.
Contrairement à d'autres lois fondamentales de la nature, telles que la loi de la gravitation universelle ou la loi d'équivalence de la masse et de l'énergie, la loi périodique ne peut pas être écrite sous la forme d'une équation ou d'une formule générale. Son reflet visuel est le tableau périodique des éléments. Cependant, Mendeleev lui-même et d'autres scientifiques ont tenté de trouver équation mathématique de la loi périodique des éléments chimiques. Ces tentatives ne furent couronnées de succès qu'après le développement de la théorie de la structure de l'atome. Mais elles ne concernent que l'établissement d'une dépendance quantitative de l'ordre de distribution des électrons dans les couches et sous-couches des charges des noyaux atomiques.
Ainsi, en résolvant l'équation de Schrödinger, on peut calculer comment les électrons sont répartis dans les atomes avec différentes valeurs de Z. Et par conséquent, l'équation de base de la mécanique quantique est, pour ainsi dire, l'une des expressions quantitatives de la loi périodique.
Ou, par exemple, une autre équation : Z„, = „+,Z - - (21 + 1)2 - >n,(2t + 1) +
1
+ t „où „+, Z = - (n + 1+ 1)" +
+(+1+ 1. 2k(n+O 1
2 2 6
Malgré son encombrement, ce n'est pas si difficile. Les lettres i, 1, m et m ne sont rien d'autre que les nombres quantiques principaux, orbitaux, magnétiques et de spin (voir Atome). L'équation vous permet de calculer à quelle valeur de Z (le numéro de série de l'élément) un électron apparaît dans l'atome, dont l'état est décrit par une combinaison donnée de quatre nombres quantiques. En substituant les combinaisons possibles de u, 1, t et t dans cette équation, nous obtenons un ensemble de différentes valeurs de Z. Si ces valeurs sont disposées dans la séquence des nombres naturels 1, 2, 3, 4, 5, ..., puis, à son tour, on obtient un schéma clair pour construire les configurations électroniques des atomes à mesure que Z augmente.Ainsi, cette équation est aussi une sorte d'expression quantitative de la loi périodique. Essayez de résoudre vous-même cette équation pour tous les éléments du système périodique (vous apprendrez comment les valeurs et 1; m et m sont liées les unes aux autres à partir de l'article Atom).

La loi périodique est une loi universelle pour tout l'univers. Elle est valable partout où existent des atomes. Mais non seulement les structures électroniques des atomes changent périodiquement. La structure et les propriétés des noyaux atomiques obéissent également à une loi périodique particulière. Dans les noyaux constitués de neutrons et de protons, il existe des coquilles de neutrons et de protons dont le remplissage a un caractère périodique. Il y a même des tentatives pour construire un système périodique de noyaux atomiques.

: comme l'a noté au sens figuré le célèbre chimiste russe N. D. Zelinsky, la loi périodique était "la découverte de la connexion mutuelle de tous les atomes de l'univers".

Récit

La recherche de la base de la classification naturelle et de la systématisation des éléments chimiques a commencé bien avant la découverte de la loi périodique. Les difficultés rencontrées par les naturalistes qui ont été les premiers à travailler dans ce domaine ont été causées par le manque de données expérimentales: au début du XIXe siècle, le nombre d'éléments chimiques connus était faible et les valeurs acceptées de l'atome les masses de nombreux éléments sont incorrectes.

Les triades de Döbereiner et les premiers systèmes d'éléments

Au début des années 60 du XIXe siècle, plusieurs ouvrages sont apparus à la fois, qui ont immédiatement précédé la loi périodique.

Spirale de Chancourtois

Octaves de Newlands

Tableau Newlands (1866)

Peu de temps après la spirale de Chancourtois, le scientifique anglais John Newlands a tenté de comparer les propriétés chimiques des éléments avec leurs masses atomiques. En organisant les éléments dans l'ordre croissant de leurs masses atomiques, Newlands a remarqué qu'il y avait une similitude de propriétés entre chaque élément sur huit. Newlands a appelé le modèle trouvé la loi des octaves par analogie avec les sept intervalles de l'échelle musicale. Dans son tableau, il a disposé les éléments chimiques en groupes verticaux de sept éléments chacun, et a en même temps constaté que (avec un léger changement dans l'ordre de certains éléments) des éléments de propriétés chimiques similaires apparaissent sur la même ligne horizontale.

John Newlands, bien sûr, a été le premier à donner une série d'éléments classés par ordre croissant de masses atomiques, a attribué le numéro de série correspondant aux éléments chimiques et a remarqué une relation systématique entre cet ordre et les propriétés physico-chimiques des éléments. Il a écrit que dans une telle séquence, les propriétés des éléments sont répétées, dont les poids équivalents (masses) diffèrent de 7 unités, ou d'une valeur multiple de 7, c'est-à-dire comme si le huitième élément dans l'ordre répétait les propriétés du premier, comme en musique la croche se répète en premier. Newlands a tenté de donner à cette dépendance, qui existe en réalité pour les éléments légers, un caractère universel. Dans son tableau, des éléments similaires étaient disposés en rangées horizontales, mais des éléments de propriétés complètement différentes se trouvaient souvent dans la même rangée. De plus, Newlands a été contraint de placer deux éléments dans certaines cellules ; enfin, la table ne contenait pas de sièges vides ; en conséquence, la loi des octaves a été acceptée avec beaucoup de scepticisme.

Tableaux Odling et Meyer

Manifestations de la loi périodique en relation avec l'énergie d'affinité électronique

La périodicité des énergies d'affinité électronique atomique s'explique naturellement par les mêmes facteurs que ceux déjà notés dans la discussion des potentiels d'ionisation (voir la définition de l'énergie d'affinité électronique).

ont la plus grande affinité pour les électrons p-éléments du groupe VII. La plus faible affinité électronique pour les atomes de configuration s² ( , , ) et s²p 6 ( , ) ou avec des p-orbitales ( , , ) :

Manifestations de la loi périodique en relation avec l'électronégativité

À proprement parler, un élément ne peut pas se voir attribuer une électronégativité permanente. L'électronégativité d'un atome dépend de nombreux facteurs, notamment de l'état de valence de l'atome, de l'état d'oxydation formel, du nombre de coordination, de la nature des ligands qui composent l'environnement de l'atome dans le système moléculaire, et de Quelques autres. Récemment, l'électronégativité dite orbitale a été de plus en plus utilisée pour caractériser l'électronégativité, qui dépend du type d'orbitale atomique impliquée dans la formation d'une liaison et de sa population d'électrons, c'est-à-dire si l'orbitale atomique est occupée par une paire d'électrons non partagée , peuplé individuellement par un électron non apparié, ou est vacant. Mais, malgré les difficultés connues pour interpréter et déterminer l'électronégativité, il reste toujours nécessaire pour une description qualitative et la prédiction de la nature des liaisons dans un système moléculaire, y compris l'énergie de liaison, la distribution de charge électronique et le degré d'ionicité, la constante de force , etc.

La périodicité de l'électronégativité atomique est une partie importante de la loi périodique et peut être facilement expliquée sur la base de la dépendance immuable, bien que pas tout à fait sans ambiguïté, des valeurs d'électronégativité aux valeurs correspondantes des énergies d'ionisation et de l'affinité électronique.

Dans les périodes, il y a une tendance générale à l'augmentation de l'électronégativité, et dans les sous-groupes - sa chute. La plus petite électronégativité se trouve dans les éléments s du groupe I, la plus grande dans les éléments p du groupe VII.

Manifestations de la loi périodique en relation avec les rayons atomiques et ioniques

Riz. 4 Dépendance des rayons orbitaux des atomes sur le numéro atomique de l'élément.

La nature périodique du changement de taille des atomes et des ions est connue depuis longtemps. La difficulté ici réside dans le fait qu'en raison de la nature ondulatoire du mouvement électronique, les atomes n'ont pas de tailles strictement définies. Puisqu'une détermination directe des dimensions absolues (rayons) d'atomes isolés est impossible, dans ce cas, leurs valeurs empiriques sont souvent utilisées. Ils sont obtenus à partir des distances internucléaires mesurées dans les cristaux et les molécules libres, en divisant chaque distance internucléaire en deux parties et en assimilant l'une au rayon du premier atome (sur deux reliés par une liaison chimique correspondante), et l'autre au rayon du deuxième atome. Dans cette division, divers facteurs sont pris en compte, notamment la nature de la liaison chimique, les états d'oxydation des deux atomes liés, la nature de la coordination de chacun d'eux, etc. On obtient ainsi les rayons dits métalliques, covalents, ioniques et de van der Waals. Les rayons de Van der Waals doivent être considérés comme les rayons des atomes non liés ; ils se trouvent par des distances internucléaires dans des substances solides ou liquides, où les atomes sont très proches les uns des autres (par exemple, des atomes dans l'argon solide ou des atomes de deux molécules N 2 voisines dans l'azote solide), mais ne sont reliés par aucun produit chimique lien.

Mais, évidemment, la meilleure description de la taille effective d'un atome isolé est la position théoriquement calculée (distance du noyau) du maximum principal de la densité de charge de ses électrons externes. C'est ce qu'on appelle le rayon orbital de l'atome. La périodicité du changement des valeurs des rayons atomiques orbitaux en fonction du numéro atomique de l'élément se manifeste assez clairement (voir Fig. 4), et les principaux points ici sont la présence de maxima très prononcés correspondant au métal alcalin atomes, et les mêmes minima correspondant aux gaz nobles . La diminution des valeurs des rayons atomiques orbitaux lors de la transition d'un métal alcalin au gaz rare correspondant (le plus proche) est, à l'exception de la série -, un caractère non monotone, en particulier lorsque des familles d'éléments de transition (métaux) et des lanthanides ou des actinides apparaissent entre le métal alcalin et le gaz noble. En grandes périodes dans les familles ré- et F-éléments, une diminution moins nette des rayons est observée, puisque le remplissage des orbitales avec des électrons se produit dans la couche externe antécédente. Dans les sous-groupes d'éléments, les rayons des atomes et des ions du même type augmentent généralement.

Manifestations de la loi périodique en relation avec l'énergie d'atomisation

Il convient de souligner que l'état d'oxydation d'un élément, étant une caractéristique formelle, ne donne une idée ni des charges effectives des atomes de cet élément dans le composé, ni de la valence des atomes, bien que l'état d'oxydation soit souvent appelée la valence formelle. De nombreux éléments sont capables de présenter non pas un, mais plusieurs états d'oxydation différents. Par exemple, pour le chlore, tous les états d'oxydation de -1 à +7 sont connus, même si certains sont très instables, et pour le manganèse, de +2 à +7. Les valeurs les plus élevées de l'état d'oxydation changent périodiquement en fonction du numéro de série de l'élément, mais cette périodicité est complexe. Dans le cas le plus simple, dans une série d'éléments allant d'un métal alcalin à un gaz rare, l'état d'oxydation le plus élevé passe de +1 (F) à +8 (O 4). Dans d'autres cas, le degré d'oxydation le plus élevé du gaz noble est inférieur (+4 F 4) à celui de l'halogène précédent (+7 O 4 -). Par conséquent, sur la courbe de la dépendance périodique de l'état d'oxydation le plus élevé au numéro de série de l'élément, les maxima tombent soit sur le gaz rare, soit sur l'halogène qui le précède (les minima sont toujours sur le métal alcalin). L'exception est la série -, dans laquelle ni l'halogène () ni le gaz noble () n'ont du tout d'états d'oxydation élevés, et le membre intermédiaire de la série, l'azote, a la valeur la plus élevée de l'état d'oxydation le plus élevé; donc, dans la série -, la variation du plus haut degré d'oxydation passe par un maximum. En général, l'augmentation de l'état d'oxydation le plus élevé dans la série d'éléments allant d'un métal alcalin à un halogène ou à un gaz rare n'est en aucun cas monotone, principalement en raison de la manifestation d'états d'oxydation élevés par les métaux de transition. Par exemple, l'augmentation de l'état d'oxydation le plus élevé de la série - de +1 à +8 est "compliquée" par le fait que pour le molybdène, le technétium et le ruthénium des états d'oxydation aussi élevés que +6 (O 3), +7 (2 O 7), + 8 (O4).

Manifestations de la loi périodique en relation avec le potentiel d'oxydation

L'une des caractéristiques très importantes d'une substance simple est son potentiel d'oxydation, qui reflète la capacité fondamentale d'une substance simple à interagir avec des solutions aqueuses, ainsi que les propriétés redox qu'elle présente. La variation des potentiels d'oxydation des substances simples, en fonction du numéro atomique de l'élément, est également périodique. Mais il convient de garder à l'esprit que le potentiel d'oxydation d'une substance simple est influencé par divers facteurs, qui doivent parfois être considérés individuellement. Par conséquent, la périodicité de la variation des potentiels d'oxydation doit être interprétée avec beaucoup de prudence.

/Na + (aq)	/Mg 2+ (aq)	/Al 3+ (aq)
2.71V	2.37V	1.66V
/K + (aq)	/Ca2+ (aq)	/Sc 3+ (aq)
2.93V	2.87V	2.08V

Certaines séquences définies peuvent être trouvées dans le changement des potentiels d'oxydation des substances simples. En particulier, dans une série de métaux, lors du passage de l'alcalin aux éléments qui le suivent, les potentiels d'oxydation diminuent ( + (aq), etc. - cation hydraté):

Cela s'explique facilement par une augmentation de l'énergie d'ionisation des atomes avec une augmentation du nombre d'électrons de valence éliminés. Par conséquent, sur la courbe de dépendance des potentiels d'oxydation des substances simples sur le numéro atomique de l'élément, il existe des maxima correspondant aux métaux alcalins. Mais ce n'est pas la seule raison de la modification des potentiels d'oxydation des substances simples.

Périodicité interne et secondaire

s- et R-éléments

Les tendances générales dans la nature des changements dans les valeurs de l'énergie d'ionisation des atomes, l'énergie de l'affinité des atomes pour un électron, l'électronégativité, les rayons atomiques et ioniques, l'énergie d'atomisation des substances simples, le degré d'oxydation, les potentiels d'oxydation de substances simples à partir du numéro atomique de l'élément sont considérés ci-dessus. Avec une étude plus approfondie de ces tendances, on peut constater que les modèles de changement des propriétés des éléments dans les périodes et les groupes sont beaucoup plus compliqués. Dans la nature du changement des propriétés des éléments au cours de la période, la périodicité interne se manifeste, et pour le groupe - la périodicité secondaire (découverte par E. V. Biron en 1915).

Ainsi, lors du passage d'un élément s du groupe I à R-élément du groupe VIII sur la courbe de l'énergie d'ionisation des atomes et la courbe de variation de leurs rayons a des maxima et des minima internes (voir Fig. 1, 2, 4).

Ceci témoigne du caractère périodique interne de l'évolution de ces propriétés sur la période. Les régularités ci-dessus peuvent être expliquées à l'aide de la notion d'écrantage du noyau.

L'effet de blindage du noyau est dû aux électrons des couches internes qui, en protégeant le noyau, affaiblissent l'attraction de l'électron externe vers celui-ci. Ainsi, en passant du béryllium 4 au bore 5, malgré l'augmentation de la charge nucléaire, l'énergie d'ionisation des atomes diminue :

Riz. 5 Structure des derniers niveaux de béryllium, 9,32 eV (à gauche) et de bore, 8,29 eV (à droite)

C'est parce que l'attraction vers le noyau 2p-l'électron de l'atome de bore est affaibli en raison de l'effet d'écran 2s-les électrons.

Il est clair que le blindage du noyau augmente avec l'augmentation du nombre de couches électroniques internes. Ainsi, en sous-groupes s- et R-éléments, il y a une tendance à une diminution de l'énergie d'ionisation des atomes (voir Fig. 1).

La diminution de l'énergie d'ionisation de l'azote 7 N à l'oxygène 8 O (voir Fig. 1) s'explique par la répulsion mutuelle de deux électrons d'une même orbitale :

Riz. 6 Schéma de la structure des derniers niveaux d'azote, 14,53 eV (à gauche) et d'oxygène, 13,62 eV (à droite)

L'effet d'écrantage et de répulsion mutuelle des électrons d'une orbitale explique également la nature périodique interne du changement de période des rayons atomiques (voir Fig. 4).

Riz. 7 Dépendance périodique secondaire des rayons atomiques des orbitales p externes sur le numéro atomique

Riz. 8 Dépendance périodique secondaire de la première énergie d'ionisation des atomes sur le numéro atomique

Riz. 9 Distribution radiale de la densité électronique dans l'atome de sodium

Dans la nature des changements de propriété s- et R-éléments en sous-groupes, la périodicité secondaire est clairement observée (Fig. 7). Pour l'expliquer, l'idée de la pénétration des électrons dans le noyau est utilisée. Comme le montre la figure 9, un électron dans n'importe quelle orbitale est situé dans une région proche du noyau pendant un certain temps. En d'autres termes, les électrons externes pénètrent dans le noyau à travers des couches d'électrons internes. Comme on peut le voir sur la figure 9, externe 3 s-l'électron de l'atome de sodium a une probabilité très importante d'être proche du noyau dans la région de Pour- et L-couches électroniques.

La concentration de densité électronique (le degré de pénétration des électrons) avec le même nombre quantique principal est la plus élevée pour s-électron, moins - pour R-électron, encore moins - pour ré-électron, etc. Par exemple, à n = 3, le degré de pénétration diminue dans la séquence 3 s>3p>3ré(voir figure 10).

Riz. 10 Distribution radiale de la probabilité de trouver un électron (densité électronique) à distance r du noyau

Il est clair que l'effet de pénétration augmente la force de la liaison entre les électrons externes et le noyau. En raison d'une pénétration plus profonde s-les électrons protègent davantage le noyau que R-électrons, et ces derniers sont plus forts que ré-électrons, etc...

En utilisant l'idée de la pénétration des électrons dans le noyau, considérons la nature de la modification du rayon des atomes des éléments du sous-groupe du carbone. Dans la série - - - - il y a une tendance générale à augmenter le rayon de l'atome (voir Fig. 4, 7). Cependant, cette augmentation n'est pas monotone. En passant de Si à Ge, la R- les électrons traversent un écran de dix 3 ré-électrons et ainsi renforcer la liaison avec le noyau et comprimer la coquille électronique de l'atome. Réduction des effectifs 6 p-orbitales de Pb comparées à 5 R-orbital Sn dû à la pénétration de 6 p-électrons sous double écran dix 5 ré-électrons et quatorze 4 F-les électrons. Cela explique également la non-monotonicité de l'évolution de l'énergie d'ionisation des atomes de la série C-Pb et sa plus grande valeur pour Pb par rapport à l'atome Sn (voir Fig. 1).

ré-Éléments

Dans la couche externe des atomes ré-les éléments (sauf pour ) ont 1-2 électrons ( ns-état). Les électrons de valence restants sont situés dans (n-1) ré-état, c'est-à-dire dans la couche préexterne.

Une structure similaire des couches d'électrons des atomes détermine certaines propriétés générales ré-éléments . Ainsi, leurs atomes se caractérisent par des valeurs relativement faibles de la première énergie d'ionisation. Comme on peut le voir sur la figure 1, la nature de la variation de l'énergie d'ionisation des atomes sur la période de la série ré-les éléments sont plus lisses que dans une rangée s- et p-éléments. Lors du déplacement de ré-élément du groupe III à ré-élément du groupe II, les valeurs de l'énergie d'ionisation changent de manière non monotone. Ainsi, dans la section de la courbe (Fig. 1), deux zones sont visibles, correspondant à l'énergie d'ionisation des atomes, dans laquelle 3 ré Orbitales à un et deux électrons chacune. Remplissage 3 ré-les orbitales par un électron se terminent en (3d 5 4s 2), ce qui se traduit par une certaine augmentation de la stabilité relative de la configuration 4s 2 due à la pénétration des électrons 4s 2 sous l'écran de la configuration 3d 5. La valeur la plus élevée de l'énergie d'ionisation a (3d 10 4s 2), ce qui est conforme à l'achèvement complet de Z ré-sous-couche et stabilisation de la paire d'électrons due à la pénétration sous l'écran 3 ré 10 -configurations.

En sous-groupes ré-éléments, les valeurs de l'énergie d'ionisation des atomes augmentent généralement. Cela peut s'expliquer par l'effet de la pénétration des électrons dans le noyau. Donc, si tu ré-éléments de la 4ème période externe 4 s-les électrons pénètrent dans l'écran 3 ré-électrons, alors les éléments de la 6ème période ont 6 externes s-les électrons pénètrent déjà sous le double écran 5 ré- et 4 F-les électrons. Par example:

22 Ti …3d 2 4s 2	I = 6,82 eV
40 Zr …3d 10 4s 2 4p 6 4d 2 5s 2	I = 6,84 eV
72 Hf… 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 2 6s 2	I = 7,5 eV

Donc, ré-éléments de la 6ème période externe b s-les électrons sont plus fermement liés au noyau et, par conséquent, l'énergie d'ionisation des atomes est supérieure à celle des ré-éléments de la 4ème période.

Tailles d'atomes ré-les éléments sont intermédiaires entre les tailles des atomes s- et péléments de cette période. La variation des rayons de leurs atomes sur la période est plus douce que pour s- et p-éléments.

En sous-groupes ré-éléments, les rayons des atomes augmentent généralement. Il est important de noter la caractéristique suivante : une augmentation des rayons atomiques et ioniques dans les sous-groupes ré-éléments correspond principalement au passage de l'élément de la 4ème à l'élément de la 5ème période. Les rayons atomiques correspondants ré-les éléments des 5e et 6e périodes de ce sous-groupe sont approximativement les mêmes. Ceci s'explique par le fait que l'augmentation des rayons due à l'augmentation du nombre de couches d'électrons lors du passage de la 5ème à la 6ème période est compensée F- compression causée par le remplissage d'électrons 4 F-sous-couche y F-éléments de la 6e période. Dans ce cas F-la compression s'appelle lanthanide. Avec des configurations électroniques similaires des couches externes et approximativement les mêmes tailles d'atomes et d'ions pour ré-les éléments des 5e et 6e périodes de ce sous-groupe se caractérisent par une similarité particulière de propriétés.

Les éléments du sous-groupe du scandium n'obéissent pas aux régularités notées. Pour ce sous-groupe, les schémas caractéristiques des sous-groupes voisins sont typiques. s-éléments.

Loi périodique - la base de la systématique chimique

voir également

Remarques

Littérature

Akhmetov N.S. Thèmes d'actualité du cours de chimie inorganique. - M. : Lumières, 1991. - 224 s - ISBN 5-09-002630-0
Korolkov D.V. Fondamentaux de la chimie inorganique. - M. : Lumières, 1982. - 271 p.
Mendeleïev D. I. Fundamentals of Chemistry, volume 2. M.: Goshimizdat, 1947. 389 p.
Mendeleev D.I.// Dictionnaire encyclopédique de Brockhaus et Efron : En 86 volumes (82 volumes et 4 supplémentaires). - Saint-Pétersbourg. , 1890-1907.

Loi périodique de Mendeleïev. Découvert par D. I. Mendeleev en train de travailler sur le manuel "Fondamentaux de la chimie" (1868-1871). Initialement, un tableau a été élaboré (1er mars 1869) "Expérience d'un système d'éléments basé sur leur poids atomique et leur similitude chimique" (voir. Système périodique des éléments chimiques). Classique Formulation mendeleïev des périodiques. La loi stipulait: "Les propriétés des éléments, et donc les propriétés des corps simples et complexes formés par eux, dépendent périodiquement de leur poids atomique." Phys. La loi périodique a été justifiée par le développement du modèle nucléaire de l'atome (voir Fig. Atome) et expérimentez. preuve de chiffres. égalité du nombre ordinal de l'élément dans le périodique. au système de charge nucléaire (Z) de son atome (1913). En conséquence, la modernité formulation de la loi périodique : les propriétés des éléments, ainsi que les substances simples et complexes qu'ils forment, sont dans le périodique. dépendance de la charge du noyau Z. Dans le cadre de la théorie quantique de l'atome, il a été montré que lorsque Z augmente, la structure de l'ext. coquilles d'électrons d'atomes, ce qui détermine directement les spécificités du produit chimique. propriétés des éléments.

La particularité de la loi périodique est qu'elle n'a pas de grandeurs. tapis. expressions sous forme d'équation. Un reflet visuel de la loi périodique est périodique. système chimique. éléments. La périodicité des changements de leurs propriétés est également clairement illustrée par les courbes d'évolution de certaines physiques. grandeurs, telles que les potentiels d'ionisation. rayons et volumes atomiques.

La loi périodique est universelle pour l'univers, maintenant sa force partout où les structures atomiques de la matière existent. Cependant, ses manifestations spécifiques sont déterminées par les conditions dans lesquelles déc. propriétés chimiques. éléments. Par exemple, sur Terre, la spécificité de ces propriétés est due à l'abondance d'oxygène et de ses composés, incl. oxydes, qui ont notamment largement contribué à l'identification de la propriété même de la périodicité.

La structure du système périodique. Le système périodique moderne comprend 109 éléments chimiques (il existe des informations sur la synthèse en 1988 d'un élément avec Z = 110). Parmi ceux-ci, dans la nature objets trouvés 89; tous les éléments suivant U, ou éléments transuraniens (Z = 93 109), ainsi que Tc (Z = 43), Pm (Z = 61) et At (Z = 85) ont été synthétisés artificiellement à l'aide de décomp. réactions nucléaires. Les éléments avec Z= 106 109 n'ont pas encore reçu de noms, il n'y a donc pas de symboles qui leur correspondent dans les tableaux ; pour un élément avec Z = 109, les nombres de masse de max. isotopes à longue durée de vie.

Au cours de toute l'histoire du système périodique, plus de 500 versions différentes de son image ont été publiées. Cela était dû aux tentatives de trouver une solution rationnelle à certains problèmes controversés de la structure du système périodique (localisation de H, gaz nobles, lanthanides et éléments transuraniens, etc.). Naïb. propagation suivante. formes tabulaires de l'expression du système périodique : 1) une courte a été proposée par Mendeleïev (dans sa forme moderne, elle est placée au début du volume sur une page de garde colorée) ; 2) le long a été développé par Mendeleïev, amélioré en 1905 par A. Werner (Fig. 2) ; 3) escalier publié en 1921 par H. Bohr (Fig. 3). Au cours des dernières décennies, les formulaires courts et longs ont été particulièrement largement utilisés comme visuels et pratiquement pratiques. Tous répertoriés. formes présentent certains avantages et inconvénients. Cependant, il n'est guère possible d'offrir k.-l. universel une variante de l'image du système périodique, to-ry refléterait adéquatement toute la variété de St. in chem. éléments et les spécificités des modifications de leur composition chimique. comportement lorsque Z augmente.

Fondam. le principe de construction du système périodique est de distinguer des périodes (lignes horizontales) et des groupes (colonnes verticales) d'éléments. Le système périodique moderne se compose de 7 périodes (la septième, pas encore terminée, devrait se terminer par un élément hypothétique avec Z \u003d 118) et 8 groupes. un ensemble d'éléments commençant par un métal alcalin (ou l'hydrogène dans la première période) et se terminant par un gaz rare. Le nombre d'éléments dans les périodes augmente naturellement et, à partir de la seconde, ils se répètent par paires : 8, 8, 18, 18, 32, 32, ... (un cas particulier est la première période ne contenant que deux éléments). Le groupe d'éléments n'a pas de définition claire; formellement, son nombre correspond à max. la valeur de l'état d'oxydation de ses éléments constitutifs, mais cette condition n'est pas remplie dans un certain nombre de cas. Chaque groupe est divisé en sous-groupes principal (a) et secondaire (b); chacun d'eux contient des éléments similaires en chimie. Saint-vous, les atomes à-ryh sont caractérisés par la même structure externe. coques électroniques. Dans la plupart des groupes, les éléments des sous-groupes a et b présentent une certaine chimie. similitude, prim. dans des états d'oxydation plus élevés.

Le groupe VIII occupe une place particulière dans la structure du système périodique. Pendant toute la durée A l'époque, seuls des éléments de "triades" lui étaient attribués : Fe-Co-Ni et les métaux platine (Ru Rh Pd et Os-Ir-Pt), et tous les gaz nobles étaient placés à part. groupe zéro ; par conséquent, le système périodique contenait 9 groupes. Après dans les années 60. Les communications ont été reçues. Xe, Kr et Rn, les gaz rares ont commencé à être placés dans le sous-groupe VIIIa, et le groupe zéro a été aboli. Les éléments des triades constituaient le sous-groupe VIII6. Une telle "conception structurelle" du groupe VIII apparaît maintenant dans presque toutes les versions publiées de l'expression du système périodique.

Distinguer. La particularité de la première période est qu'elle ne contient que 2 éléments : H et He. Hydrogène en raison de la spécificité des St-in - unités. un élément qui n'a pas une place bien définie dans le tableau périodique. Le symbole H est placé soit dans le sous-groupe Ia, soit dans le sous-groupe VIIa, soit les deux à la fois, en encadrant le symbole entre parenthèses dans l'un des sous-groupes, ou, enfin, en le représentant décomposé. polices. Ces manières d'arranger H sont basées sur le fait qu'il présente certaines similitudes formelles avec les métaux alcalins et les halogènes.

Riz. 2. Périodique au long cours. systèmes chimiques. éléments (version moderne). Riz. 3. Forme d'échelle périodique. systèmes chimiques. éléments (H. Bohr, 1921).

La deuxième période (Li-Ne), contenant 8 éléments, commence par le métal alcalin Li (unité, degré d'oxydation + 1) ; il est suivi de Be métal (état d'oxydation + 2). métallique le caractère B (état d'oxydation +3) est faiblement exprimé, et C qui le suit est un non-métal typique (état d'oxydation +4). Les non-métaux N, O, F et Ne suivants, et seul N a l'état d'oxydation le plus élevé + 5 correspondant au numéro de groupe; O et F sont parmi les non-métaux les plus actifs.

La troisième période (Na-Ar) comprend également 8 éléments, la nature du changement de chem. st-in to-rykh ressemble à bien des égards à celui observé en deuxième période. Cependant, Mg et Al sont plus "métalliques" que resp. Be et B. Les éléments restants sont Si, P, S, Cl et Ar sont des non-métaux ; ils présentent tous des états d'oxydation égaux au numéro de groupe, à l'exception de Ar. T. arr., dans les deuxième et troisième périodes, à mesure que Z augmente, on observe un affaiblissement du métal et une augmentation des non métalliques. la nature des éléments.

Tous les éléments des trois premières périodes appartiennent aux sous-groupes a. Selon la modernité terminologie, les éléments appartenant aux sous-groupes Ia et IIa, appelés. éléments I (dans le tableau des couleurs, leurs symboles sont indiqués en rouge), aux sous-groupes IIIa-VIIIa-p-éléments (symboles orange).

La quatrième période (K-Kr) contient 18 éléments. Après métal alcalin K et alcalino-terreux. Ca (s-éléments) suit une série de 10 soi-disant. éléments transitionnels (Sc-Zn) ou d (symboles bleus), qui sont inclus dans les sous-groupes b. La plupart des éléments de transition (tous sont des métaux) présentent les états d'oxydation les plus élevés égaux au numéro de groupe, à l'exclusion de la triade Fe-Co-Ni, où Fe dans certaines conditions a un état d'oxydation de +6, et Co et Ni sont trivalent au maximum. Les éléments de Ga à Kr appartiennent aux sous-groupes a (éléments p), et la nature du changement de leur st-in est à bien des égards similaire au changement de st-in des éléments des deuxième et troisième périodes dans les intervalles correspondants de valeurs Z. Pour Kr, plusieurs. Comm. relativement stable, sous DOS. avec F

La cinquième période (Rb-Xe) est construite de manière similaire à la quatrième ; il a également un insert de 10 transitions ou éléments d (Y-Cd). Caractéristiques des changements dans les éléments St-in au cours de la période : 1) dans la triade Ru-Rh-Pd, le ruthénium montre max, état d'oxydation 4-8 ; 2) tous les éléments des sous-groupes a, y compris Xe, présentent les états d'oxydation les plus élevés égaux au numéro de groupe ; 3) J'ai un métal faible. sv. T. arr., les propriétés des éléments des quatrième et cinquième périodes à mesure que Z augmente sont plus difficiles à modifier que les propriétés des éléments des deuxième et troisième périodes, ce qui est principalement dû à la présence d'éléments d transitoires.

La sixième période (Cs-Rn) contient 32 éléments. En plus des dix éléments d (La, Hf-Hg), il comprend une famille de 14 éléments f (symboles noirs, de Ce à Lu)-lanthanides. Ils sont très similaires en chimie. St. vous (principalement à l'état d'oxydation +3) et donc pas m. b. placés dans différents groupes système. Dans la forme abrégée du système périodique, tous les lanthanides sont inclus dans le sous-groupe IIIa (cellule La), et leur totalité est déchiffrée sous le tableau. Cette technique n'est pas sans inconvénients, puisque 14 éléments semblent être en dehors du système. Dans les formes longues et en échelle du système périodique, la spécificité des lanthanides se reflète dans l'arrière-plan général de sa structure. Dr. caractéristiques des éléments de la période : 1) dans la triade Os Ir Pt, seul Os présente max. état d'oxydation +8 ; 2) At est plus prononcé que I métallique. personnage; 3) Rn max. réactif des gaz nobles, mais une forte radioactivité rend difficile l'étude de sa chimie. sv.

La septième période, comme la sixième, devrait contenir 32 éléments, mais n'est pas encore terminée. Éléments Fr et Ra resp. sous-groupes Ia et IIa, Ac analogue des éléments du sous-groupe III6. Selon le concept d'actinide de G. Seaborg (1944), Ac est suivi d'une famille de 14 éléments f d'actinides (Z = 90 103). Dans la forme abrégée du système périodique, ces derniers sont inclus dans la cellule Ac et, comme les lanthanides, s'écrivent comme séparés. ligne sous le tableau. Cette technique suppose la présence d'un certain chem. similitudes d'éléments de deux familles f. Cependant, une étude détaillée de la chimie des actinides a montré qu'ils présentent une gamme beaucoup plus large d'états d'oxydation, y compris tels que +7 (Np, Pu, Am). De plus, les actinides lourds se caractérisent par la stabilisation d'états d'oxydation inférieurs (+2 voire +1 pour Md).

Évaluation de la chim. la nature de Ku (Z = 104) et Ns (Z = 105), synthétisés dans le nombre d'atomes uniques à très courte durée de vie, a conduit à la conclusion que ces éléments sont respectivement des analogues. Hf et Ta, c'est-à-dire les éléments d, et doivent être placés dans les sous-groupes IV6 et V6. Chim. l'identification des éléments avec Z = 106 109 n'a pas été effectuée, mais on peut supposer qu'ils appartiennent aux éléments transitoires de la septième période. Les calculs informatiques indiquent que les éléments avec Z = 113 118 appartiennent aux éléments p (sous-groupes IIIa VIIIa).