Formulacija periodičnog zakona koju je dao Mendeljejev. Učiteljica kemije

1. Dokažite da periodični zakon D. I. Mendeljejeva, kao i svaki drugi zakon prirode, ima eksplanatornu, generalizirajuću i prediktivnu funkciju. Navedite primjere koji ilustriraju ove funkcije drugih zakona koji su vam poznati iz kolegija kemije, fizike i biologije.

Mendeljejevljev periodični zakon jedan je od temeljnih zakona kemije. Može se tvrditi da je sva moderna kemija izgrađena na tome. On objašnjava ovisnost svojstava atoma o njihovoj strukturi, generalizira tu ovisnost za sve elemente, dijeleći ih u različite skupine, a također predviđa njihova svojstva ovisno o strukturi i strukturi ovisno o svojstvima.

Postoje i drugi zakoni koji imaju eksplanatornu, generalizirajuću i prediktivnu funkciju. Na primjer, zakon održanja energije, zakon loma svjetlosti, Mendelov genetski zakon.

2. Navedite kemijski element u atomu čiji su elektroni raspoređeni u razine prema nizu brojeva: 2, 5. Koja jednostavna tvar tvori ovaj element? Koja je formula njegovog vodikovog spoja i kako se zove? Koju formulu ima najviši oksid ovog elementa, kakav je njegov karakter? Zapišite reakcijske jednadžbe koje karakteriziraju svojstva ovog oksida.

3. Berilij je bio klasificiran kao element III skupine, a njegova relativna atomska masa smatrala se 13,5. Zašto ga je D. I. Mendeljejev prenio u skupinu II i ispravio atomsku masu berilija sa 13,5 na 9?

Ranije je element berilij greškom pripisan grupi III. Razlog tome bilo je netočno određivanje atomske mase berilija (umjesto 9, smatralo se da je jednaka 13,5). D. I. Mendelejev je sugerirao da je berilij u skupini II, na temelju kemijskih svojstava elementa. Svojstva berilija bila su vrlo slična Mg i Ca, a potpuno drugačija od svojstava Al. Znajući da su atomske mase Li i B, susjednih elemenata Be, 7 odnosno 11, D. I. Mendeljejev je sugerirao da je atomska masa berilija 9.

4. Napišite jednadžbe reakcije između jednostavne tvari koju formira kemijski element, u čijem su atomu elektroni raspoređeni po energetskim razinama prema nizu brojeva: 2, 8, 8, 2, i jednostavnih tvari koje tvore elementi br. 7 i 8 u periodnom sustavu. Koja je vrsta kemijske veze u produktima reakcije? Kakva je kristalna struktura početnih jednostavnih tvari i produkti njihove interakcije?

5. Rasporedite sljedeće elemente prema jačanju metalnih svojstava: As, Sb, N, P, Bi. Dobiveni niz obrazložite na temelju strukture atoma tih elemenata.

N, P, As, Sb, Bi - jačanje metalnih svojstava. Metalna svojstva u skupinama su poboljšana.

6. Slijedite sljedeće elemente prema jačanju nemetalnih svojstava: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Dobiveni niz obrazložite na temelju strukture atoma tih elemenata.

Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl - jačanje nemetalnih svojstava. Nemetalna svojstva u periodima su poboljšana.

7. Rasporedite redoslijedom slabljenja kiselinskih svojstava oksida čije su formule: SiO2, P2O5, Al2O3, Na2O, MgO, Cl2O7. Obrazložite dobiveni niz. Zapišite formule hidroksida koji odgovaraju tim oksidima. Kako se mijenja njihov kiseli karakter u seriji koju ste predložili?

8. Napišite formule za okside bora, berilija i litija i poredajte ih uzlaznim redoslijedom glavnih svojstava. Zapišite formule hidroksida koji odgovaraju tim oksidima. Koja je njihova kemijska priroda?

9. Što su izotopi? Kako je otkriće izotopa pridonijelo nastanku periodičnog zakona?

Periodični sustav elemenata odražava odnos kemijskih elemenata. Atomski broj elementa jednak je naboju jezgre, numerički je jednak broju protona. Broj neutrona sadržanih u jezgri jednog elementa, za razliku od broja protona, može biti različit. Atomi istog elementa, čije jezgre sadrže različit broj neutrona, nazivaju se izotopi.

Svaki kemijski element ima nekoliko izotopa (prirodnih ili umjetnih). Atomska masa kemijskog elementa jednaka je prosječnoj vrijednosti masa svih njegovih prirodnih izotopa, uzimajući u obzir njihovu količinu.

S otkrićem izotopa, naboji jezgri, a ne njihove atomske mase, počeli su se koristiti za distribuciju elemenata u periodnom sustavu.

10. Zašto se naboji atomskih jezgri elemenata u Periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva mijenjaju monotono, tj. naboj jezgre svakog sljedećeg elementa raste za jedan u usporedbi s nabojem atomske jezgre prethodnog elementa, i svojstva elemenata i tvari koje tvore se povremeno mijenjaju?

To je zbog činjenice da svojstva elemenata i njihovih spojeva ne ovise o ukupnom broju elektrona, već samo o valentnim elektronima koji se nalaze na posljednjem sloju. Broj valentnih elektrona se povremeno mijenja, stoga se povremeno mijenjaju i svojstva elemenata.

11. Navedite tri formulacije periodičnog zakona u kojima se kao osnova za sistematizaciju kemijskih elemenata uzimaju relativna atomska masa, naboj atomske jezgre i struktura vanjskih energetskih razina u elektronskoj ljusci atoma.

1. Svojstva kemijskih elemenata i tvari koje oni nastaju u periodičnoj su ovisnosti o relativnim atomskim masama elemenata.
2. Svojstva kemijskih elemenata i tvari nastalih od njih u periodičnoj su ovisnosti o naboju atomskih jezgri elemenata.
3. Svojstva kemijskih elemenata i tvari nastalih od njih u periodičnoj su ovisnosti o strukturi vanjskih energetskih razina u elektronskoj ljusci atoma.

1

Makhov B.F.

U vezi s razvojem autora “Vibracijskog modela neutralnog atoma” s uključivanjem “svjetskog etera”, u kojem koncepti “trajnog pozitivnog naboja atomske jezgre” i “Coulombovog polja” postaju suvišni, postavlja se pitanje nove formulacije periodičnog zakona. Takva je formulacija predložena u ovom članku, gdje se razmatra i problem matematičkog izraza periodnog zakona. U članku autor koristi vlastitu verziju "Simetričnog kvantnog periodičnog sustava neutralnih atoma (SC-PSA)", adekvatnu vibracijskom modelu.

Sve više i više dalje od nas 1869. godine - vrijeme prve formulacije Periodnog zakona od strane D.I. Mendeljejev (PZM) i njegov razvoj Periodnog sustava elemenata (PSE-M), u kojem je atomska težina elementa uzeta kao glavni kriterij uređenja, više ili manje razumljiva karakteristika tada dostupna. Ali čak je i sam Dmitrij Ivanovič rekao da "ne znamo razloge za periodičnost". Tada su bila poznata samo 63 elementa, a njihova svojstva (uglavnom kemijska) bila su poznata malo i ne uvijek točno.

Ipak, problem sistematizacije elemenata već se deklarirao i zahtijevao rješenje. Mendeljejevljeva genijalna intuicija omogućila mu je da se uspješno (na tadašnjoj razini znanja) nosi sa zadatkom. Njegova formulacija PZM-a (listopad 1971.): "... svojstva elemenata, a time i svojstva jednostavnih i složenih tijela koja tvore, u periodičnoj su ovisnosti o njihovoj atomskoj težini."

Dmitrij Ivanovič je sve elemente posložio u niz (serija Mendeljejeva) po rastućoj atomskoj težini, pri čemu je, međutim, dopuštao i odstupanja za poznate parove elemenata (na temelju kemijskih svojstava), t.j. zapravo, ne postoji ovisnost samo o atomskoj težini.

Znanstvenicima je postalo jasno da se pri prelasku s jednog elementa u PSE-M na drugi, neke karakteristike elementa povećavaju u koracima za isti iznos. Ova vrijednost je Z zvali su serijski broj (uglavnom od strane kemičara) ili atomski broj (fizičari). Pokazalo se da sama atomska težina na određeni način ovisi o Z. Stoga je kao glavni kriterij naručivanja usvojen serijski broj Z, koji je, prema tome, umjesto atomske težine uvršten u 2. formulaciju PZM-a.

Vrijeme je prolazilo, a pojavile su se nove mogućnosti sistematizacije. Prije svega, to su napredak u proučavanju linijskih optičkih spektra (LOS) neutralnih atoma i karakterističnog rendgenskog zračenja (XXR). Pokazalo se da svaki element ima jedinstveni spektar i iz njih je otkriven niz novih elemenata. Za opisivanje spektra predloženi su kvantni brojevi, spektralni pojmovi, princip isključenja W. Paulija, zakon G. Moseleya itd. Proučavanje atoma kulminiralo je stvaranjem prvih modela atoma (MOA), nakon smrti D. I. Mendeljejev.

Moseleyjev zakon, koji povezuje frekvenciju karakterističnog rendgenskog zračenja s serijskim brojem Z, dao je posebno velik doprinos znanosti. Potvrdio je ispravnost Mendeljejevljevog niza i omogućio navođenje brojeva preostalih neotkrivenih elemenata. Ali onda, vođeni dobrim namjerama, dati serijski broj Z fizičko značenje, fizičari na razini znanja ranog 19. stoljeća (prvi modeli atoma) došli su do ishitrenog zaključka da to ne može biti ništa drugo do konstantan pozitivni električni naboj atomske jezgre (broj elementarnih električnih naboja). - eZ).

Kao rezultat toga, znanstvenici su došli do zaključka da je potrebna rafinirana 2. formulacija PZM-a, u kojoj je kao glavni kriterij sistematizacije uzet stalni pozitivni električni naboj atomske jezgre elementa.

No, na žalost, početkom 20. stoljeća prvi modeli atoma predstavljeni su previše mehanički (planetarni nuklearni modeli), a električna neutralnost atoma u cjelini predstavljena je pozitivnim nabojem jezgre i odgovarajućim broj negativnih elementarnih čestica – elektrona, t.j. također na razini primitivnog znanja onoga vremena o elektricitetu. Kao rezultat, korišten je koncept konstantnog Coulombovog električnog polja koje privlači elektrone koji se rotiraju oko jezgre itd. I ne daj Bože da elektron padne na jezgru!

Otkriće valne prirode elektrona i puno problema s prihvaćenim modelom atoma doveli su do prijelaza na "kvantnomehanički model atoma". Kvantna mehanika (QME) hvaljena je kao najveće dostignuće 20. stoljeća. No s vremenom je entuzijazam splasnuo. Razlog su klimavi temelji na kojima je izgrađen CME, na temelju Schrödingerove jednadžbe, koja " opisuje gibanje elektrona. Prije svega, sam pristup je pogrešan - umjesto razmatranja ravnotežnog kvantnog stanja neutralnog atoma kao cjeline (na makro razini, govoreći jezikom sinergetike), gibanje elektrona se razmatra u CME (tj. rade na pretjerano detaljnoj mikrorazini). Zamislite da bi za slučaj idealnog plina, umjesto da ga razmatraju na makro razini s vremenski konstantnim parametrima stanja plina (tlak, temperatura, volumen), odjednom počeli pisati jednadžbe gibanja za svaki od milijarde atoma i molekula plina, stenjajući glasno istodobno o težini zadatka i nedovoljnoj snazi ​​suvremenih računala. Dok je na makrorazini, cijela se slika lako i elegantno opisuje pomoću jednadžbe za povezivanje parametara plinskog stanja - Clapeyron-Mendeleev jednadžbe. [FES, M, SE, 1984, str. 288]

Nešto slično u složenosti nam nudi CME u osobi njegovih osnivača, posebno za slučaj atoma s velikim atomskim brojevima. Međutim, akademik Lev Landau (1908-68), i sam jedan od stupova CME, već je napisao: “Atom s više od jednog elektrona složen je sustav elektrona koji međusobno djeluju. Za takav se sustav može, strogo govoreći, razmatrati samo stanja sustava u cjelini. Ista se ideja nalazi u radovima spektroskopskog fizičara akad. Akademija znanosti BSSR-a Elyashevich M.A. (1908-95).

No, vratimo se na razmatranje formulacija Periodnog zakona. Moderna (rafinirana 2.) formulacija PZM-a je sljedeća:

"Svojstva elemenata su u periodičnom odnosu s nabojem njihovih atomskih jezgri." Nuklearni naboj eZ = atomski (serijski) broj elementa u sustavu, pomnožen s elementarnim električnim nabojem (tj. Z je brojčano jednak broju elementarnih električnih naboja).

Zašto je potrebna nova, 3. formulacija PZM-a?

1) Iz 2. formulacije nije baš jasno o kojim je svojstvima riječ – ako su kemijska, onda nisu izravno povezana s elementima (neutralnim atomima). Kada neutralni atomi interaguju, njihovi varijabilni EMF-ovi se preklapaju, kao rezultat toga, oni međusobno vrše određeni stupanj pobuđenosti. Da biste opisali kemijsku vezu, potrebno je dodatno znati - što je s čime povezano (sastav i struktura tvari) i pod kojim specifičnim fizikalnim uvjetima (CFU) itd.

2) Prema “Vibracijskom modelu” koji je razvio autor, jezgra neutralnog atoma nema niti stalan električni naboj niti konstantno Coulombovo polje koje stvara (umjesto toga, pulsirajuća jezgra, izmjenično elektromagnetno polje - EMF, stojeća EMW, parametarska rezonancija, visoki faktor kvalitete oscilacija, atom trajnosti). Vidi FI, 2008, br. 3, str.25

3) To jest, ne postoji jasna definicija ni argumenta ni funkcije. Što se tiče prirode periodične ovisnosti, također nema sigurnosti. PZM je beskoristan bez istovremenog razmatranja tablice samog periodnog sustava, zbog čega se često uopće ne spominje u udžbenicima u sadašnjoj formulaciji (“začarani krug”). Nije slučajno da još uvijek nemamo cjelovitu teoriju periodnog sustava i najmatematičkiji izraz PZM-a.

4) Sada možete koristiti temeljno nove mogućnosti za ispravniju formulaciju periodnog zakona i izvođenje njegovog matematičkog izraza, koji dati"Vibracijski model neutralnog atoma" (spregnute vibracije jezgre i njezine okoline) i "Simetrični kvantni periodični sustav neutralnih atoma (SC-PSA)", razvijen i objavljen od strane autora.

5) Prema sinergetskom pristupu, ravnotežno kvantno stanje atoma u cjelini (makroskopski pristup) može se opisati s nekoliko vremenski neovisnih parametara. Autor je pokazao da su oni strogo individualni (načelo isključenja W. Paulija) skup od 4 kvantna broja svojstvena svakom atomu, određena iz njegovog LOS-a (a ne iz CME jednadžbi).

Takav skup kvantnih brojeva jedinstveno određuje mjesto elementa (njegove koordinate) u SC-PSA koji je razvio autor.

6) Takvi parametri moraju ispunjavati niz zahtjeva:

Odgovorite na fizičku prirodu neutralnog atoma (prema "Vibracijskom modelu")

Budite nedvosmisleni

biti cijeli broj (što proizlazi iz same suštine zračenja jezgre)

Lako je izmjeriti (iz spektra neutralnog atoma).

Dakle, značenje kvantnih brojeva poznatih za svaki atom mora se pročistiti prema njihovoj fizičkoj prirodi.

7) Umjesto E. Schrödingerove CME jednadžbe, autor predlaže korištenje jednadžbi veza kvantnih brojeva (Mahovove jednadžbe) (autor je pronašao dvije takve jednadžbe), koji su matematički izraz PZM-a, adekvatan novoj formulaciji. Više o tome u nadolazećoj knjizi.

8) U svjetlu “Vibracijskog modela neutralnog atoma” i nove ideje promjenjivog EMF-a jezgre, za novu formulaciju periodičnog zakona, umjesto elementarnog električnog naboja, potrebna je druga fizička veličina , koji zajedno s rednim brojem Z karakterizira intenzitet elektromagnetske interakcije (postupno se mijenja s povećanjem Z) i jedinstveno određen iz spektra neutralnih atoma. I postoji takva vrijednost - to je konstanta fine strukture (α) [FES-763], koja se obično koristi u potrazi za "gornjom granicom periodnog sustava".

Nova formulacija PZM-a izgleda ovako:

„Karakteristike neutralnih atoma su u periodičnoj ovisnosti o veličini napetosti (aZ) izmjeničnog elektromagnetskog polja (EMF) koje stvaraju njihove jezgre. Do ovako kratke formulacije autor je došao 22. studenog 2006., nakon niza "dugotrajnih".

Iz njega se može vidjeti da umjesto veličine električnog naboja ( eZ), koji uključuje elementarni električni naboj, koristi se vrijednost intenziteta ( aZ), koje uključuje α - konstanta fine strukture, koja se “u kvantnoj elektrodinamici smatra prirodnim parametrom koji karakterizira “snagu” elektromagnetske interakcije” [FES, str.763].

Već smo govorili o karakteristikama neutralnih atoma (o kvantnim brojevima, njihovoj fizičkoj prirodi itd.), ali prirodu periodične ovisnosti treba još malo razjasniti. Već sada postoje preduvjeti za izvođenje jednadžbi povezanosti kvantnih brojeva - to je (n+ l)- pravila akademika V.M. Klečkovskog (1900-72) i (n- l)- dhn pravilo, prof. D.N. Trifonov, koje je autor koristio za konstruiranje SC-PSA. Imajući na umu promjenjivu EMF i stajaću EMW koja se širi (do određene dubine za svaki atom), možemo reći da zbroj ovih kvantnih brojeva predstavlja ukupnu energiju stojećeg EMW, a razlika je dubina promjene u parametar oscilacije. To jest, već postoje skupovi kvantnih brojeva koji predstavljaju u SC-PSA (n+ l)- period (svi su upareni i tvore dijade), i (n- l)- skupine uzastopnih atoma - horizontalni redovi SC-PSA (do 4 u razdoblju unutar Z ≤ 120), koji su sekvence f-, d-, str-, s- elementi. To jest, na jednoj kvantnoj energetskoj razini može postojati nekoliko kvantnih stanja. Daljnje razmatranje značajki dvojediničnog stojećeg EMW omogućuje nam da izvedemo jednadžbe za vezu kvantnih brojeva (Mahovove jednadžbe).

Primjer: Ukupna stajaća EMW energija E n + l =E n + E l = konst, gdje je E n i E l - prosječne vrijednosti energije električnih i magnetskih komponenti njegovih dijelova.

Da bismo razjasnili fizičko značenje kvantnih brojeva, koristimo formulu za energiju kvantnog emitera (općenito) E = Eo (2k + 1), dakle → = 2k

Konkretno, imamo za E n + l=E o (2 + 1) → = n + l , to je zbroj kvantnih brojeva (n+ l) je omjer prirasta ukupne energije stojećeg EMW-a i njegove početne vrijednosti, što daje fizički smisao gore spomenutom prvom pravilu akademika V.M. Klečkovskog.

Stojeći EMW je materijalni nositelj parametarske rezonancije (uz stalnu unutarnju energiju, energija se prenosi s električne na magnetsku i obrnuto velikom frekvencijom). U ovom slučaju, razlika između prosječnih vrijednosti energije električne i magnetske komponente ukupne energije EMW E n - l = E n - E l - količina promjene parametra je također kvantizirana.

E n - l= E o (2 + 1) → = n - l , ovaj stav daje fizičko značenje pravilu D.N. Trifonova i odavde pravilo postaje jasno n - l ≥ 1, budući da inače nema stajaćeg EMW (ne bi trebao biti svojstven putujućem valu n = l, i povezani gubitak energije). Možete uvesti koncept "relativne vrijednosti promjene parametra" : = = λ

Kvantiziraju se i prosječne vrijednosti komponenti ukupne energije stajaćeg EMW

E n=Eo(2 n + 1) → = 2n

E l=Eo(2 l + 1) → = 2l

dakle kvantni brojevi n i l dobivaju novo fizičko značenje kao kvantni brojevi komponenti električne i magnetske energije ukupne energije stajaćeg EMW (umjesto "glavnog kvantnog broja" i "orbitalnog kvantnog broja").

Visoka i konstantna frekvencija stojećeg EMW-a izražava se kroz periodične funkcije, u odnosu na naš slučaj - trigonometrijske. Dvostrukost stojećeg EMW je u parametarskom dodjeljivanju funkcije. Stojeći EMW kao harmonijski val može se opisati sinusoidnim jednadžbama oblika y = A grijeh (ω t + φ ),

zatim n t = n cosα i lt = l sin α (parametrijska definicija elipse).

ovdje n i l - kvantne brojeve (bezdimenzijske cjelobrojne vrijednosti), pokazatelje maksimalne amplitude relativne energije električne i magnetske komponente stajaće EMW, i n t i lt- trenutne vrijednosti fluktuirajućih veličina ( stalne EMW komponente) Trenutno, tj. količine su također bezdimenzionalne.*)

0 ≤ |n t| ≤n 0 ≤ |l t | ≤l

Pojasnimo da postoje točno dva ovisnosti- kosinus i sinusoida Na sučelju "Jezgra-okolina" u početnom trenutku zračenja prva ima maksimalnu amplitudu - do = n (inače nema zračenja), a amplituda je drugačija - do = 0 (tj. postoji fazni pomak). Počevši se širiti iz jezgre, jedna komponenta stalne EMW stvara drugu i obrnuto. Autor bi želio upozoriti da se ne prerano zaključuje da do = 0, tada je i magnetska komponenta ukupne energije stajaće EMW jednaka nuli. To nije tako, dovoljno je prisjetiti se formule kvantnog harmonijskog emitera.

Ovo je jednadžba elipse + = 1 (u kanonskom obliku, uobičajena za vezu harmonijskih oscilacija) i jedna je od jednadžbi za vezu kvantnih brojeva.

Fizičko značenje ove jednadžbe spajanja postaje jasnije ako se izvrše neke transformacije. Da bismo to učinili, koristimo prikaz elipse kao hipotrohoide.

Za naš slučaj; .

Ovo je 1. jednadžba odnosa kvantnih brojeva (Mahovova jednadžba).

Ili dovoljno jasno .

Može se vidjeti da jednadžba odražava konstantnost ukupne energije stajaćeg EMW. Dakle, gore spomenuti snopovi kvantnih brojeva ( n+l) je broj razdoblja u SC-PSA, i ( n - l)- definira slijed položaja horizontalnih redova uključenih u razdoblje - našli su svoje mjesto u jednadžbi komunikacije, a sama jednadžba dobro odražava strukturu SC-PSA.

Dobili smo još jednu, 2. veznu jednadžbu za preostala dva kvantna broja (iz kompletnog skupa u skladu s načelom isključenja W. Paulija) - m l im s , ali ne možete reći o njima ukratko, i s fizičkim značenjem "spin" kvantnog broja m s još treba shvatiti - pogledajte ovdje.

Početak (serijski broj izvornog elementa - ZM) svake M-dijade (par SC-PSA perioda) može se dobiti identičnom transformacijom formule V.M. Klečkovskom za broj Zl element kod kojeg prvi put kada se pojavi element s podacima vrijednost lmax

ZM = Zl -1 = = ,

zatim nalmax = 0; 1; 2; 3; 4... imamo ZM= 0; 4; 20; 56; 120..., tj. to su takozvani tetraedarski brojevi, što je neizravno povezano s nekim minimalnim početnim kvantnim energetskim razinama za dijadu (tetraedar među svim prostornim tijelima ima minimalnu površinu s fiksnim volumenom).

Detaljnije o ovoj temi i spomenutim dvjema jednadžbama veze kvantnih brojeva autor namjerava izvijestiti u radovima koji se pripremaju za tisak.

Autor, naravno, ne tvrdi da ovaj rad stvara cjelovitu teoriju Periodnog sustava neutralnih atoma i njegovog matematičkog izraza, ali ga smatra nužnom i važnom etapom na tom putu, te će po svojoj moći doprinijeti za daljnji napredak.

BIBLIOGRAFIJA:

1. Klečkovsky V.M. „Distribucija atomskih elektrona i pravilo uzastopnog punjenja (n+ l)- grupa”, M., Atomizdat, 1968
2. Klečkovsky V.M. “Razvoj nekih teorijskih problema periodnog sustava D.I. Mendeljejev" (izvješće na simpoziju X Mendeljejevskog kongresa). M., Nauka, 1971, str. 54-67.
3. Trifonov D.N. "Struktura i granice periodnog sustava", Moskva, Atomizdat, 1976, 271 str.
4. Makhov B.F., knjiga "Simetrični kvantni periodični sustav elemenata" (SK-PSE), Moskva, 1997. - ISBN 5-86700-027-3
5. Makhov B.F., Članak "Simetrični kvantni periodični sustav elemenata (neutralnih atoma) - SC-PSA (ili Nova periodizacija periodnog sustava", u časopisu RAE "Fundamental Research", 2007, br. 9, str. 30-36 - ISSN 1812 -7339
6. Makhov B.F., Izvještaj "Manifestacija uparivanja u periodičnom sustavu neutralnih atoma (SC-PSA)", u Proceedings of the V-Int. Konferencija "Biniologija, simetrija i sinergetika u prirodnim znanostima", ruj. 2007., Tyumen, Tsogu, odjeljak "Fizika i kemija", str. 59-65 ISBN 978-5-88465-835-4
7. Makhov B.F., članak "Svjetsko emitiranje" D.I. Mendeljejev i njegovo mjesto u periodičnom sustavu”, u časopisu RANH “Fundamental Research”, 2008., br. 3, str. 25-28 (prikaz, stručni).
8. Makhov B.F., Članak "Fizička priroda metala u svjetlu vibracijskog modela atoma", u časopisu Ruske akademije prirodnih znanosti "Fundamentalna istraživanja", 2008., br. 3, str. 29-37 (prikaz, stručni).
9. Landau L.D., Lifshitz E.M. "Kvantna mehanika. Nerelativistička teorija”, Moskva: Nauka, 1974 (3. izd.). str. 293. i 1989. (4. izd.). stranica 302
10. Makhov BF, knjiga "O modelu neutralnog atoma i načinima izlaska iz krize u atomskoj fizici" (pripremljena za tisak).
11. Makhov B.F., knjiga "Trodimenzionalni SC-PSA" (pripremljena za objavljivanje).
12. Bronstein I.N., Semendyaev K.A., Priručnik iz matematike za inženjere i studente visokoškolskih ustanova. Moskva: Nauka, glavni urednik. FML, 1986 (13e, ispr.), str.127
13. Članak "Konstanta fine strukture", Fizički enciklopedijski rječnik - FES, str.763

Bibliografska poveznica

Makhov B.F. PERIODIČNO PRAVO D.I. MENDELEEV - NOVA FORMULACIJA I MATEMATIČKI IZRAZ ZAKONA // Uspjesi moderne prirodne znanosti. - 2008. - Broj 9. - Str. 24-29;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=10547 (datum pristupa: 17.12.2019.). Predstavljamo Vam časopise u izdanju izdavačke kuće "Academy of Natural History"

Periodični zakon kemijskih elemenata- temeljni zakon prirode, koji odražava periodičnu promjenu svojstava kemijskih elemenata kako se naboji jezgri njihovih atoma povećavaju. Otvoren 1. ožujka (17. veljače po starom stilu) 1869. D.I. Mendeljejev. Na današnji dan sastavio je tablicu pod nazivom "Iskustvo sustava elemenata na temelju njihove atomske težine i kemijske sličnosti". Konačnu formulaciju periodičnog zakona dao je Mendeljejev u srpnju 1871. Glasio je:

"Svojstva elemenata, a time i svojstva jednostavnih i složenih tijela koja tvore, stoje u periodičnoj ovisnosti o njihovoj atomskoj težini."

Mendeljejevljeva formulacija periodičnog zakona postojala je u znanosti više od 40 godina. Revidiran je zahvaljujući izvanrednim dostignućima fizike, uglavnom razvoju nuklearnog modela atoma (vidi Atom). Pokazalo se da je naboj jezgre atoma (Z) brojčano jednak serijskom broju odgovarajućeg elementa u periodnom sustavu, a punjenje elektronskih ljuski i podljuska atoma ovisno o Z događa se na taj način da se slične elektronske konfiguracije atoma periodično ponavljaju (vidi Periodični sustav kemijskih elemenata). Stoga je moderna formulacija periodičkog zakona sljedeća: svojstva elemenata, jednostavnih tvari i njihovih spojeva u periodičnoj su ovisnosti o nabojima jezgri atoma.
Za razliku od drugih temeljnih zakona prirode, poput zakona univerzalne gravitacije ili zakona ekvivalencije mase i energije, periodični zakon ne može se napisati u obliku bilo koje opće jednadžbe ili formule. Njegov vizualni odraz je periodni sustav elemenata. Međutim, i sam Mendeljejev i drugi znanstvenici pokušali su pronaći matematička jednadžba periodnog zakona kemijskih elemenata. Ti su pokušaji okrunjeni uspjehom tek nakon razvoja teorije strukture atoma. Ali tiču ​​se samo uspostavljanja kvantitativne ovisnosti reda raspodjele elektrona u ljuskama i podljuskama o nabojima atomskih jezgri.
Dakle, rješavanjem Schrödingerove jednadžbe može se izračunati kako su elektroni raspoređeni u atomima s različitim vrijednostima Z. Stoga je osnovna jednadžba kvantne mehanike, takoreći, jedan od kvantitativnih izraza periodičkog zakona.
Ili, na primjer, druga jednadžba: Z„, = „+,Z - - (21 + 1)2 - >n,(2t + 1) +
1
+ t „gdje je „+, Z = - (n + 1+ 1)" +
+(+1+ 1. 2k(n+O 1
2 2 6
Unatoč svojoj glomaznosti, nije tako teško. Slova i, 1, m i m nisu ništa drugo nego glavni, orbitalni, magnetski i spinski kvantni brojevi (vidi Atom). Jednadžba vam omogućuje da izračunate pri kojoj vrijednosti Z (serijski broj elementa) se elektron pojavljuje u atomu, čije je stanje opisano danom kombinacijom četiri kvantna broja. Zamjenom mogućih kombinacija u, 1, t i t u ovu jednadžbu, dobivamo skup različitih vrijednosti Z. Ako su te vrijednosti poredane u niz prirodnih brojeva 1, 2, 3, 4, 5, ..., zatim se, pak, dobiva jasna shema za konstruiranje elektroničkih konfiguracija atoma kako raste Z. Dakle, ova jednadžba je i svojevrsni kvantitativni izraz periodnog zakona. Pokušajte sami riješiti ovu jednadžbu za sve elemente periodnog sustava (kako su vrijednosti i i 1; m, i m međusobno povezane iz članka Atom).

Periodični zakon je univerzalni zakon za cijeli svemir. Vrijedi gdje god postoje atomi. Ali ne samo da se elektronske strukture atoma povremeno mijenjaju. Struktura i svojstva atomskih jezgri također se pokoravaju osebujnom periodičnom zakonu. U jezgrama koje se sastoje od neutrona i protona nalaze se neutronske i protonske ljuske, čije punjenje ima periodični karakter. Postoje čak i pokušaji da se konstruira periodični sustav atomskih jezgri.

: kako je slikovito primijetio poznati ruski kemičar N. D. Zelinsky, periodični zakon je bio "otkriće međusobne povezanosti svih atoma u svemiru".

Priča

Potraga za osnovom prirodne klasifikacije i sistematizacije kemijskih elemenata započela je mnogo prije otkrića periodičnog zakona. Poteškoće s kojima su se susreli prirodoslovci koji su se prvi bavili ovim područjem uzrokovane su nedostatkom eksperimentalnih podataka: početkom 19. stoljeća broj poznatih kemijskih elemenata bio je mali, a prihvaćene vrijednosti atomskih mase mnogih elemenata su netočne.

Döbereinerova trijada i prvi sustavi elemenata

Početkom 60-ih godina XIX stoljeća pojavilo se nekoliko djela odjednom, koja su neposredno prethodila Periodičnom zakonu.

Spiral de Chancourtois

Oktave Newlandsa

Newlands Table (1866.)

Ubrzo nakon de Chancourtoisove spirale, engleski znanstvenik John Newlands pokušao je usporediti kemijska svojstva elemenata s njihovim atomskim masama. Raspoređujući elemente uzlaznim redoslijedom njihovih atomskih masa, Newlands je primijetio da postoji sličnost u svojstvima između svakog osmog elementa. Newlands je pronađeni uzorak nazvao zakonom oktava po analogiji sa sedam intervala glazbene ljestvice. U svojoj je tablici kemijske elemente rasporedio u okomite skupine od po sedam elemenata, a ujedno je otkrio da se (uz neznatnu promjenu redoslijeda nekih elemenata) elementi slični po kemijskim svojstvima pojavljuju na istoj horizontalnoj liniji.

John Newlands je, naravno, bio prvi koji je dao niz elemenata poredanih uzlaznim redoslijedom atomskih masa, dodijelio odgovarajući serijski broj kemijskim elementima i uočio sustavni odnos između tog reda i fizikalno-kemijskih svojstava elemenata. Napisao je da se u takvom nizu ponavljaju svojstva elemenata čije se ekvivalentne težine (mase) razlikuju za 7 jedinica, ili za vrijednost koja je višekratnik 7, tj. kao da osmi element po redu ponavlja svojstva prvoga, kao što se u glazbi prvo ponavlja osma nota. Newlands je pokušao ovoj ovisnosti, koja se zapravo događa za svjetlosne elemente, dati univerzalni karakter. U njegovoj tablici slični elementi bili su raspoređeni u vodoravne redove, ali se često ispostavilo da su elementi potpuno različitih svojstava u istom redu. Osim toga, Newlands je bio prisiljen smjestiti dva elementa u neke ćelije; konačno, stol nije sadržavao prazna mjesta; zbog toga je zakon oktava prihvaćen krajnje skeptično.

Odling i Meyer stolovi

Manifestacije periodičnog zakona u odnosu na energiju afiniteta elektrona

Periodičnost energija afiniteta atoma prema elektronima prirodno se objašnjava istim čimbenicima koji su već navedeni u raspravi o potencijalima ionizacije (vidi definiciju energije afiniteta elektrona).

imaju najveći afinitet prema elektronima str-elementi VII grupe. Najniži afinitet elektrona za atome s konfiguracijom s² ( , , ) i s²p 6 ( , ) ili s napola ispunjenim str-orbitale ( , , ):

Manifestacije periodičnog zakona u odnosu na elektronegativnost

Strogo govoreći, elementu se ne može dodijeliti trajna elektronegativnost. Elektronegativnost atoma ovisi o mnogim čimbenicima, posebice o valentnom stanju atoma, formalnom oksidacijskom stanju, koordinacijskom broju, prirodi liganada koji čine okolinu atoma u molekularnom sustavu i o neki drugi. U posljednje vrijeme se za karakterizaciju elektronegativnosti sve više koristi tzv. orbitalna elektronegativnost, koja ovisi o vrsti atomske orbitale koja je uključena u stvaranje veze i o njezinoj populaciji elektrona, odnosno o tome je li atomska orbita zauzeta nedijeljenim elektronskim parom. , pojedinačno naseljen nesparenim elektronom, ili je prazan. No, unatoč poznatim poteškoćama u tumačenju i određivanju elektronegativnosti, ona uvijek ostaje neophodna za kvalitativni opis i predviđanje prirode veza u molekularnom sustavu, uključujući energiju veze, elektroničku raspodjelu naboja i stupanj ionnosti, konstantu sile. , itd.

Periodičnost atomske elektronegativnosti važan je dio periodičkog zakona i može se lako objasniti na temelju nepromjenjive, iako ne posve jednoznačne, ovisnosti vrijednosti elektronegativnosti o odgovarajućim vrijednostima energija ionizacije i afiniteta elektrona.

U razdobljima postoji opći trend povećanja elektronegativnosti, au podskupinama - njezinog pada. Najmanja elektronegativnost je u s-elementima skupine I, najveća je u p-elementima grupe VII.

Manifestacije periodičnog zakona u odnosu na atomske i ionske radijuse

Riža. 4 Ovisnost orbitalnih polumjera atoma o atomskom broju elementa.

Periodična priroda promjene veličine atoma i iona odavno je poznata. Poteškoća je u tome što zbog valne prirode elektronskog gibanja atomi nemaju strogo definirane veličine. Budući da je izravno određivanje apsolutnih dimenzija (radijusa) izoliranih atoma nemoguće, u ovom slučaju se često koriste njihove empirijske vrijednosti. Dobivaju se iz izmjerenih međunuklearnih udaljenosti u kristalima i slobodnim molekulama, dijeleći svaku međunuklearnu udaljenost na dva dijela i izjednačujući jedan s polumjerom prvog (od dva povezana odgovarajućom kemijskom vezom) atoma, a drugi s polumjerom drugog atoma. U ovoj podjeli uzimaju se u obzir različiti čimbenici, uključujući prirodu kemijske veze, oksidacijska stanja dvaju vezanih atoma, prirodu koordinacije svakog od njih itd. Na taj način dobivaju se tzv. metalni, kovalentni, ionski i van der Waalsov radijusi. Van der Waalsove radijuse treba smatrati radijusima nevezanih atoma; nalaze se međunuklearnim udaljenostima u čvrstim ili tekućim tvarima, gdje su atomi u neposrednoj blizini jedni drugima (na primjer, atomi u čvrstom argonu ili atomi iz dvije susjedne N 2 molekule u čvrstom dušiku), ali nisu povezani nikakvom kemijskom veza .

Ali, očito, najbolji opis efektivne veličine izoliranog atoma je teoretski izračunati položaj (udaljenost od jezgre) glavnog maksimuma gustoće naboja njegovih vanjskih elektrona. Ovo je takozvani orbitalni polumjer atoma. Periodičnost promjene vrijednosti orbitalnih atomskih radijusa ovisno o atomskom broju elementa očituje se prilično jasno (vidi sliku 4), a glavne točke ovdje su prisutnost vrlo izraženih maksimuma koji odgovaraju alkalnom metalu atoma, a isti minimumi koji odgovaraju plemenitim plinovima. Smanjenje vrijednosti orbitalnih atomskih radijusa tijekom prijelaza iz alkalnog metala u odgovarajući (najbliži) plemeniti plin je, s izuzetkom - serije, nemonotonskog karaktera, posebno kada su obitelji prijelaznih elemenata (metali) a između alkalnog metala i plemenitog plina pojavljuju se lantanidi ili aktinidi. U velikim razdobljima u obiteljima d- i f- elemenata, uočava se manje oštro smanjenje radijusa, budući da se punjenje orbitala elektronima događa u prethodnom vanjskom sloju. U podskupinama elemenata, polumjeri atoma i iona istog tipa općenito se povećavaju.

Manifestacije periodičnog zakona u odnosu na energiju atomizacije

Treba naglasiti da oksidacijsko stanje elementa, kao formalna karakteristika, ne daje predodžbu ni o efektivnim nabojima atoma ovog elementa u spoju, niti o valenciji atoma, iako je oksidacijsko stanje često se naziva formalna valencija. Mnogi elementi su sposobni pokazati ne jedno, već nekoliko različitih oksidacijskih stanja. Na primjer, za klor su poznata sva oksidacijska stanja od -1 do +7, iako su i ona vrlo nestabilna, a za mangan od +2 do +7. Najveće vrijednosti oksidacijskog stanja periodično se mijenjaju ovisno o serijskom broju elementa, ali je ta periodičnost složena. U najjednostavnijem slučaju, u nizu elemenata od alkalnog metala do plemenitog plina, najveće oksidacijsko stanje raste od +1 (F) do +8 (O 4). U ostalim slučajevima najviši stupanj oksidacije plemenitog plina je manji (+4 F 4) nego kod prethodnog halogena (+7 O 4 −). Stoga, na krivulji periodične ovisnosti najvećeg oksidacijskog stanja o serijskom broju elementa, maksimumi padaju ili na plemeniti plin ili na halogen koji mu prethodi (minimumi su uvijek na alkalni metal). Iznimka je - serija, u kojoj ni halogen () ni plemeniti plin () uopće nemaju visoka oksidacijska stanja, a srednji član niza, dušik, ima najveću vrijednost najvećeg oksidacijskog stanja; stoga se u - seriji pokazuje da promjena najvišeg stupnja oksidacije prolazi kroz maksimum. Općenito, povećanje najvišeg oksidacijskog stanja u nizu elemenata od alkalnog metala do halogena ili do plemenitog plina nikako nije monotono, uglavnom zbog ispoljavanja visokih oksidacijskih stanja od strane prijelaznih metala. Na primjer, povećanje najvišeg oksidacijskog stanja u nizu - od +1 do +8 je "komplicirano" činjenicom da su za molibden, tehnecij i rutenij takva visoka oksidacijska stanja kao što su +6 (O 3), +7 (2 O 7), + 8 (O4).

Manifestacije periodičnog zakona u odnosu na oksidacijski potencijal

Jedna od vrlo važnih karakteristika jednostavne tvari je njezin oksidacijski potencijal, koji odražava temeljnu sposobnost jednostavne tvari u interakciji s vodenim otopinama, kao i redoks svojstva koja pokazuje. Promjena oksidacijskih potencijala jednostavnih tvari, ovisno o atomskom broju elementa, također je periodična. No, treba imati na umu da na oksidacijski potencijal jednostavne tvari utječu različiti čimbenici, koje ponekad treba uzeti u obzir pojedinačno. Stoga periodičnost promjene oksidacijskih potencijala treba tumačiti vrlo pažljivo.

/Na + (aq)	/Mg 2+ (aq)	/Al 3+ (aq)
2,71 V	2,37 V	1,66 V
/K + (aq)	/Ca 2+ (aq)	/Sc 3+ (aq)
2,93 V	2,87 V	2,08 V

Neki određeni slijedovi mogu se pronaći u promjeni oksidacijskih potencijala jednostavnih tvari. Konkretno, u nizu metala, pri prelasku iz alkalnih u elemente koji ga slijede, oksidacijski potencijali se smanjuju ( + (aq) itd. - hidratizirani kation):

To se lako može objasniti povećanjem energije ionizacije atoma s povećanjem broja uklonjenih valentnih elektrona. Stoga se na krivulji ovisnosti oksidacijskih potencijala jednostavnih tvari o atomskom broju elementa nalaze maksimumi koji odgovaraju alkalnim metalima. Ali to nije jedini razlog promjene oksidacijskih potencijala jednostavnih tvari.

Interna i sekundarna periodičnost

s- i R-elementi

Opći trendovi u prirodi promjene vrijednosti energije ionizacije atoma, energije afiniteta atoma za elektron, elektronegativnosti, atomskog i ionskog radijusa, energije atomizacije jednostavnih tvari, stupnja oksidacije , gore su razmotreni oksidacijski potencijali jednostavnih tvari iz atomskog broja elementa. Dubljim proučavanjem ovih tendencija može se ustanoviti da su obrasci u promjeni svojstava elemenata u razdobljima i skupinama mnogo kompliciraniji. U prirodi promjene svojstava elemenata tijekom razdoblja očituje se unutarnja periodičnost, a za skupinu - sekundarna periodičnost (otkrio E. V. Biron 1915.).

Dakle, pri prelasku sa s-elementa skupine I na R-element grupe VIII na krivulji energije ionizacije atoma i krivulji promjene njihovih polumjera ima unutarnje maksimume i minimume (vidi slike 1, 2, 4).

To svjedoči o unutarnjoj periodičnoj prirodi promjena ovih svojstava tijekom razdoblja. Navedene pravilnosti mogu se objasniti uz pomoć pojma screeninga jezgre.

Zaštitni učinak jezgre nastaje zbog elektrona unutarnjih slojeva, koji štiteći jezgru, slabe privlačnost vanjskog elektrona prema njoj. Dakle, pri prelasku od berilija 4 do bora 5, unatoč povećanju nuklearnog naboja, energija ionizacije atoma se smanjuje:

Riža. 5 Struktura posljednjih razina berilija, 9,32 eV (lijevo) i bora, 8,29 eV (desno)

To je zbog privlačnosti prema jezgri 2p-elektron atoma bora je oslabljen zbog djelovanja probira 2s-elektroni.

Jasno je da se zaštita jezgre povećava s povećanjem broja unutarnjih elektronskih slojeva. Stoga u podskupinama s- i R-elemenata, postoji tendencija smanjenja energije ionizacije atoma (vidi sliku 1).

Smanjenje energije ionizacije s dušika 7 N na kisik 8 O (vidi sliku 1) objašnjava se međusobnim odbijanjem dvaju elektrona iste orbitale:

Riža. 6 Dijagram strukture zadnjih razina dušika, 14,53 eV (lijevo) i kisika, 13,62 eV (desno)

Učinak skriniranja i međusobnog odbijanja elektrona jedne orbitale također objašnjava unutarnju periodičnu prirodu promjene razdoblja atomskih radijusa (vidi sliku 4).

Riža. 7 Sekundarna periodična ovisnost atomskih radijusa vanjskih p-orbitala o atomskom broju

Riža. 8 Sekundarna periodična ovisnost prve energije ionizacije atoma o atomskom broju

Riža. 9 Radijalna raspodjela elektronske gustoće u atomu natrija

U prirodi imovinskih promjena s- i R-elementi u podskupinama, jasno se uočava sekundarna periodičnost (slika 7.). Da bi se to objasnilo, koristi se ideja o prodoru elektrona u jezgru. Kao što je prikazano na slici 9, elektron na bilo kojoj orbitali se određeno vrijeme nalazi u području blizu jezgre. Drugim riječima, vanjski elektroni prodiru u jezgru kroz slojeve unutarnjih elektrona. Kao što se može vidjeti na slici 9, vanjski 3 s-elektron atoma natrija ima vrlo značajnu vjerojatnost da se nalazi u blizini jezgre u području unutarnjeg Do- i L-elektronički slojevi.

Koncentracija gustoće elektrona (stupanj prodiranja elektrona) s istim glavnim kvantnim brojem najveća je za s-elektron, manje - za R-elektron, još manje - za d-elektron itd. Na primjer, pri n = 3, stupanj penetracije se smanjuje u nizu 3 s>3str>3d(vidi sl. 10).

Riža. 10 Radijalna raspodjela vjerojatnosti pronalaska elektrona (gustoća elektrona) na udaljenosti r iz jezgre

Jasno je da učinak penetracije povećava snagu veze između vanjskih elektrona i jezgre. Zbog dubljeg prodora s-elektroni štite jezgru u većoj mjeri nego R-elektrona, a potonji su jači od d-elektroni itd.

Koristeći ideju prodiranja elektrona u jezgru, razmotrimo prirodu promjene polumjera atoma elemenata u podskupini ugljika. U nizu - - - - postoji opća tendencija povećanja polumjera atoma (vidi sl. 4, 7). Međutim, ovo povećanje nije monotono. Kada se ide od Si do Ge, vanjski R- elektroni prolaze kroz ekran od deset 3 d-elektrona i time jačaju vezu s jezgrom i sabijaju elektronsku ljusku atoma. Smanjenje broja 6 str-orbitale Pb u usporedbi s 5 R-orbitalni Sn zbog prodora 6 str-elektroni ispod dvostrukog ekrana deset 5 d-elektrona i četrnaest 4 f-elektroni. To također objašnjava nemonotonost u promjeni energije ionizacije atoma u nizu C-Pb i njegovu veću vrijednost za Pb u usporedbi s atomom Sn (vidi sliku 1).

d-Elementi

U vanjskom sloju atoma d-elementi (osim ) imaju 1-2 elektrona ( ns-stanje). Preostali valentni elektroni nalaze se u (n-1) d-stanje, tj. u predvanjskom sloju.

Slična struktura elektronskih ljuski atoma određuje neka opća svojstva d-elementi . Dakle, njihove atome karakteriziraju relativno niske vrijednosti prve energije ionizacije. Kao što se može vidjeti na slici 1, priroda promjene energije ionizacije atoma tijekom razdoblja u nizu d-elementi su glatkiji nego u nizu s- i str-elementi. Prilikom prelaska iz d-grupa III element to d-element grupe II, vrijednosti energije ionizacije se mijenjaju nemonotono. Dakle, u presjeku krivulje (slika 1.) vidljiva su dva područja, koja odgovaraju ionizacijskoj energiji atoma, u kojima 3 d Orbitale po jedan i dva elektrona. Punjenje 3 d-orbitale za jedan elektron završava na (3d 5 4s 2), što je zabilježeno nekim povećanjem relativne stabilnosti 4s 2 konfiguracije zbog prodora 4s 2 elektrona ispod ekrana 3d 5 konfiguracije. Najveću vrijednost energije ionizacije ima (3d 10 4s 2), što je u skladu s potpunim dovršenjem Z d-podsloj i stabilizacija elektronskog para zbog prodora ispod ekrana 3 d 10 -konfiguracije.

U podskupinama d-elemenata, vrijednosti energije ionizacije atoma općenito rastu. To se može objasniti učinkom prodiranja elektrona u jezgru. Dakle, ako u d-elementi 4. perioda eksterni 4 s-elektroni prodiru u ekran 3 d-elektroni, tada elementi 6. perioda imaju vanjski 6 s-elektroni prodiru već ispod dvostrukog zaslona 5 d- i 4 f-elektroni. Na primjer:

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

Stoga, d-elementi 6. razdoblja vanjski b s-elektroni su čvršće vezani za jezgru i stoga je energija ionizacije atoma veća od energije d-elementi 4. perioda.

Veličine atoma d-elementi su srednji između veličina atoma s- i str elementi ovog razdoblja. Promjena polumjera njihovih atoma tijekom razdoblja je glatkija nego za s- i str-elementi.

U podskupinama d-elementi, polumjeri atoma općenito rastu. Važno je napomenuti sljedeću značajku: povećanje atomskog i ionskog radijusa u podskupinama d-elementi uglavnom odgovara prijelazu iz elementa 4. u element 5. razdoblja. Odgovarajući atomski radijusi d-elementi 5. i 6. razdoblja ove podskupine su približno isti. To se objašnjava činjenicom da se povećanje radijusa zbog povećanja broja elektronskih slojeva tijekom prijelaza iz 5. u 6. razdoblje kompenzira f- kompresija uzrokovana punjenjem elektronima 4 f-podsloj y f-elementi 6. razdoblja. U ovom slučaju f-kompresija se zove lantanid. Sa sličnim elektroničkim konfiguracijama vanjskih slojeva i približno istim veličinama atoma i iona za d-elemente 5. i 6. razdoblja ove podskupine karakterizira posebna sličnost svojstava.

Elementi podskupine skandij ne poštuju uočene pravilnosti. Za ovu podskupinu tipični su obrasci karakteristični za susjedne podskupine. s-elementi.

Periodični zakon – osnova kemijske sistematike

vidi također

Bilješke

Književnost

1. Ahmetov N. S. Aktualna pitanja kolegija anorganske kemije. - M.: Prosvjeta, 1991. - 224 s - ISBN 5-09-002630-0
2. Korolkov D.V. Osnove anorganske kemije. - M.: Prosvjeta, 1982. - 271 str.
3. Mendeljejev D. I. Osnove kemije, vol. 2. M.: Goshimizdat, 1947. 389 str.
4. Mendeljejev D.I.// Enciklopedijski rječnik Brockhausa i Efrona: U 86 svezaka (82 sveska i 4 dodatna). - St. Petersburg. , 1890-1907.

Periodični zakon Mendeljejeva. Otkrio D. I. Mendeljejev u procesu rada na udžbeniku "Osnove kemije" (1868-1871). Izvorno je razvijena (1. ožujka 1869.) tablica "Iskustvo sustava elemenata na temelju njihove atomske težine i kemijske sličnosti" (vidi. Periodični sustav kemijskih elemenata). Klasični Mendeljejevljeva formulacija periodike. Zakon je rekao: "Svojstva elemenata, a time i svojstva jednostavnih i složenih tijela koja su od njih formirana, u periodičnoj su ovisnosti o njihovoj atomskoj težini." fiz. Periodični zakon potkrijepljen je razvojem nuklearnog modela atoma (vidi sl. Atom) i eksperimentirati. dokaz brojeva. jednakost rednog broja elementa u periodici. na sustav nuklearnog naboja (Z) svog atoma (1913). Kao rezultat toga, moderno formulacija periodičnog zakona: svojstva elemenata, kao i jednostavne i složene tvari koje tvore, nalaze se u periodici. ovisnost o naboju jezgre Z. U okviru kvantne teorije atoma pokazano je da kako raste Z, struktura ekst. elektronske ljuske atoma, što izravno određuje specifičnosti kemikalije. svojstva elementa.

Posebnost periodičnog zakona je u tome što nema količine. mat. izrazi u obliku jednadžbe. Vizualni odraz periodičnog zakona je periodičan. kemijski sustav. elementi. Periodičnost promjena njihovih svojstava jasno je ilustrirana i krivuljama promjena u nekim fizikalnim. veličine, kao što su ionizacijski potencijali. atomski radijusi i volumeni.

Periodični zakon je univerzalan za svemir, održavajući svoju snagu gdje god postoje atomske strukture materije. Međutim, njegove specifične manifestacije određuju uvjeti u kojima se dec. kemijska svojstva. elementi. Na primjer, na Zemlji je specifičnost ovih svojstava zbog obilja kisika i njegovih spojeva, uklj. oksida, što je, posebice, uvelike pridonijelo identifikaciji samog svojstva periodičnosti.

Struktura periodnog sustava. Suvremeni periodični sustav uključuje 109 kemijskih elemenata (postoje podaci o sintezi 1988. elementa sa Z=110). Od toga, u prirodi pronađeni predmeti 89; svi elementi koji slijede U, odnosno transuranski elementi (Z = 93 109), kao i Tc (Z = 43), Pm (Z = 61) i At (Z = 85) umjetno su sintetizirani korištenjem dekomp. nuklearne reakcije. Elementi sa Z= 106 109 još nisu dobili nazive, tako da u tablicama nema simbola koji im odgovaraju; za element sa Z = 109, maseni brojevi max. dugovječni izotopi.

Tijekom cijele povijesti periodnog sustava objavljeno je više od 500 različitih verzija njegove slike. To je bilo zbog pokušaja pronalaženja racionalnog rješenja za neke kontroverzne probleme strukture periodnog sustava (lokacija H, plemenitih plinova, lantanida i transuranskih elemenata, itd.). Naib. širiti slijedeći. tablični oblici izraza periodnog sustava: 1) kratki je predložio Mendeljejev (u suvremenom obliku nalazi se na početku sveska na obojanom mušnom listu); 2) dugu je razvio Mendeljejev, poboljšao 1905. A. Werner (sl. 2); 3) stubište koje je 1921. objavio H. Bohr (sl. 3). Posljednjih desetljeća kratki i dugi oblici posebno su se široko koristili kao vizualni i praktično praktični. Sve navedeno. oblici imaju određene prednosti i nedostatke. Međutim, teško da je moguće ponuditi k.-l. univerzalni varijanta slike periodnog sustava, to-ry bi primjereno odražavao čitavu raznolikost St. u kem. elemenata i specifičnosti promjena u njihovoj kemijskoj. ponašanje kako Z raste.

Fundam. princip izgradnje periodnog sustava je razlikovanje razdoblja (horizontalni redovi) i skupine (vertikalni stupci) elemenata u njemu. Suvremeni periodični sustav sastoji se od 7 razdoblja (sedmo, još nedovršeno, treba završiti hipotetičkim elementom sa Z = 118) i 8 skupina. skup elemenata koji počinje alkalnim metalom (ili vodikom u prvom razdoblju) i završava plemenitim plinom. Broj elemenata u periodima prirodno raste i, počevši od drugog, ponavljaju se u parovima: 8, 8, 18, 18, 32, 32, ... (poseban slučaj je prvi period koji sadrži samo dva elementa). Skupina elemenata nema jasnu definiciju; formalno, njegov broj odgovara max. vrijednost oksidacijskog stanja njegovih sastavnih elemenata, ali taj uvjet nije zadovoljen u nizu slučajeva. Svaka grupa je podijeljena na glavne (a) i sekundarne (b) podskupine; svaki od njih sadrži elemente slične u kem. St. vas, atome to-ryh karakterizira ista struktura vanjske. elektronske školjke. U većini skupina elementi podskupina a i b pokazuju određenu kem. sličnost, prim. u višim oksidacijskim stanjima.

Grupa VIII zauzima posebno mjesto u strukturi periodnog sustava. Tijekom cijelog trajanja vremena, pripisivali su joj se samo elementi "trijada": Fe-Co-Ni i metali platine (Ru Rh Pd i Os-Ir-Pt), a svi plemeniti plinovi su stavljeni u svoje. nulta grupa; stoga je periodni sustav sadržavao 9 skupina. Nakon što je 60-ih godina. Primljene su poruke. Xe, Kr i Rn, plemeniti plinovi počeli su se stavljati u podskupinu VIIIa, a nulta skupina je ukinuta. Elementi trozvuka činili su podskupinu VIII6. Takav "strukturalni dizajn" grupe VIII sada se pojavljuje u gotovo svim objavljenim verzijama izraza periodnog sustava.

Razlikovati. Značajka prvog razdoblja je da sadrži samo 2 elementa: H i He. Vodik zbog specifičnosti St-in - jedinstva. element koji nema dobro definirano mjesto u periodnom sustavu. Simbol H stavlja se ili u podskupinu Ia, ili u podskupinu VIIa, ili oboje u isto vrijeme, zatvarajući simbol u zagrade u jednoj od podskupina, ili, na kraju, prikazujući njegovu dekompciju. fontove. Ovi načini raspoređivanja H temelje se na činjenici da ima određene formalne sličnosti i s alkalnim metalima i s halogenima.

Riža. 2. Periodični dugi oblik. kemijski sustavi. elementi (moderna verzija). Riža. 3. Periodični oblik ljestvice. kemijski sustavi. elemenata (H. Bohr, 1921).

Drugi period (Li-Ne), koji sadrži 8 elemenata, počinje s alkalnim metalom Li (jedinstvo, oksidacijsko stanje + 1); slijedi Be metal (oksidacijsko stanje + 2). metalik znak B (oksidacijsko stanje +3) je slabo izražen, a C nakon njega je tipičan nemetal (oksidacijsko stanje +4). Sljedeći N, O, F i Ne-nemetali, a samo N ima najviše oksidacijsko stanje + 5 što odgovara broju grupe; O i F su među najaktivnijim nemetalima.

Treće razdoblje (Na-Ar) također uključuje 8 elemenata, prirodu promjene u kem. st-in to-rykh je u mnogočemu sličan onom uočenom u drugom razdoblju. Međutim, Mg i Al su više "metalni" nego odn. Be i B. Preostali elementi su Si, P, S, Cl i Ar su nemetali; svi oni pokazuju oksidacijska stanja jednaka broju skupine, osim Ar. T. arr., u drugom i trećem razdoblju, kako se Z povećava, uočava se slabljenje metala i povećanje nemetala. priroda elemenata.

Svi elementi prva tri razdoblja pripadaju podskupinama a. Prema modernim terminologija, elementi koji pripadaju podskupinama Ia i IIa, tzv. I-elementi (u tablici boja njihovi simboli su dati crvenom bojom), u podskupine IIIa-VIIIa-p-elementi (narančasti simboli).

Četvrto razdoblje (K-Kr) sadrži 18 elemenata. Nakon alkalnog metala K i zemnoalkalijskog. Ca (s-elementi) slijedi niz od 10 tzv. prijelazni (Sc-Zn), ili d-elementi (plavi simboli), koji su uključeni u podskupine b. Većina prijelaznih elemenata (svi su metali) pokazuje najviša oksidacijska stanja jednaka broju grupe, isključujući trijadu Fe-Co-Ni, gdje Fe pod određenim uvjetima ima oksidacijsko stanje od +6, a Co i Ni su maksimalno trovalentan. Elementi od Ga do Kr pripadaju podskupinama a (p-elementi), a priroda promjene njihovog st-in u mnogome je slična promjeni st-in elemenata drugog i trećeg razdoblja u odgovarajućim intervalima vrijednosti Z. Za Kr nekoliko. relativno stabilna komunikacija, u DOS-u. s F.

Peto razdoblje (Rb-Xe) konstruirano je slično četvrtom; također ima umetak od 10 prijelaznih, odnosno d-elemenata (Y-Cd). Značajke promjena St-in elemenata u razdoblju: 1) u trijadi Ru-Rh-Pd rutenij pokazuje max, oksidacijsko stanje 4-8; 2) svi elementi podskupine a, uključujući Xe, pokazuju najviša oksidacijska stanja jednaka broju skupine; 3) Imam slab metalik. sv. T. arr., svojstva elemenata četvrtog i petog razdoblja s povećanjem Z teže se mijenjaju nego svojstva elemenata u drugom i trećem razdoblju, što je prvenstveno zbog prisutnosti prijelaznih d-elemenata.

Šesto razdoblje (Cs-Rn) sadrži 32 elementa. Uz deset d-elemenata (La, Hf-Hg), uključuje obitelj od 14 f-elemenata (crni simboli, od Ce do Lu)-lantanida. Vrlo su slični u kem. St. ti (prvenstveno u oksidacijskom stanju +3) i stoga ne m. b. smješteni u različitim grupe sustava. U kratkom obliku periodnog sustava, svi lantanoidi su uključeni u podskupinu IIIa (stanica La), a njihova ukupnost dešifrirana je pod tablicom. Ova tehnika nije bez nedostataka, jer se čini da je 14 elemenata izvan sustava. U dugim i ljestvičastim oblicima periodnog sustava, specifičnost lantanida ogleda se u općoj pozadini njegove strukture. dr. obilježja elemenata razdoblja: 1) u trijadi Os Ir Pt samo Os pokazuje max. oksidacijsko stanje +8; 2) At je izraženiji u odnosu na I metalik. lik; 3) Rn max. reaktivan iz plemenitih plinova, ali jaka radioaktivnost otežava proučavanje njegove kem. sv.

Sedmo razdoblje, kao i šesto, treba sadržavati 32 elementa, ali još nije dovršeno. Fr i Ra elementi odn. podskupine Ia i IIa, Ac analog elemenata podskupine III6. Prema aktinidnom konceptu G. Seaborga (1944), Ac slijedi obitelj od 14 f-elemenata aktinida (Z = 90 103). U kratkom obliku periodnog sustava, potonji su uključeni u ćeliju Ac i, poput lantanoida, zapisani su kao odvojeni. liniju ispod stola. Ova tehnika pretpostavljala je prisutnost određene kem. sličnosti elemenata dviju f-familija. Međutim, detaljna studija kemije aktinida pokazala je da oni pokazuju mnogo širi raspon oksidacijskih stanja, uključujući kao što je +7 (Np, Pu, Am). Uz to, teške aktinide karakterizira stabilizacija nižih oksidacijskih stanja (+2 ili čak +1 za Md).

Procjena kem. priroda Ku (Z = 104) i Ns (Z = 105), sintetiziranih u broju pojedinačnih vrlo kratkoživih atoma, dovela je do zaključka da su ti elementi analozi. Hf i Ta, tj. d-elementi, i treba ih smjestiti u podskupine IV6 i V6. Chem. identifikacija elemenata sa Z = 106 109 nije provedena, ali se može pretpostaviti da pripadaju prijelaznim elementima sedmog razdoblja. Računalni proračuni pokazuju da elementi sa Z = 113 118 pripadaju p-elementima (podskupine IIIa VIIIa).