Formulacija periodičnega zakona, ki ga je dal Mendelejev. Učitelj kemije

1. Dokažite, da periodični zakon D. I. Mendelejeva, tako kot kateri koli drug zakon narave, opravlja pojasnjevalne, posploševalne in napovedne funkcije. Navedite primere, ki ponazarjajo te funkcije drugih zakonov, ki so vam znani iz tečajev kemije, fizike in biologije.

Mendelejev periodični zakon je eden od temeljnih zakonov kemije. Lahko trdimo, da je vsa sodobna kemija zgrajena na tem. Pojasni odvisnost lastnosti atomov od njihove strukture, to odvisnost posploši za vse elemente, jih razdeli v različne skupine, napoveduje pa tudi njihove lastnosti glede na strukturo in strukturo glede na lastnosti.

Obstajajo tudi drugi zakoni, ki imajo pojasnjevalno, posploševalno in napovedno funkcijo. Na primer zakon ohranjanja energije, zakon loma svetlobe, Mendelov genetski zakon.

2. Poimenuj kemijski element, v čigar atomu so elektroni razporejeni po nivojih glede na vrsto številk: 2, 5. Katera preprosta snov tvori ta element? Kakšna je formula njegove vodikove spojine in kako ji je ime? Kakšno formulo ima najvišji oksid tega elementa, kakšen je njegov značaj? Zapišite reakcijske enačbe, ki označujejo lastnosti tega oksida.

3. Berilij je bil nekoč razvrščen kot element skupine III, njegova relativna atomska masa pa je veljala za 13,5. Zakaj ga je D. I. Mendelejev prenesel v skupino II in popravil atomsko maso berilija s 13,5 na 9?

Prej je bil element berilij pomotoma pripisan skupini III. Razlog za to je bila napačna določitev atomske mase berilija (namesto 9 je veljala za enako 13,5). D. I. Mendelejev je na podlagi kemičnih lastnosti elementa predlagal, da je berilij v skupini II. Lastnosti berilija so bile zelo podobne lastnostim Mg in Ca in popolnoma drugačne od lastnosti Al. Ker ve, da sta atomski masi Li in B, sosednjih elementov Be, 7 oziroma 11, je D. I. Mendelejev predlagal, da je atomska masa berilija 9.

4. Napiši enačbe reakcij med preprosto snovjo, ki jo tvori kemični element, v atomu katerega so elektroni razporejeni po energijskih ravneh glede na vrsto številk: 2, 8, 8, 2, in enostavnimi snovmi, ki jih tvorijo elementi št. 7 in 8 v periodičnem sistemu. Kakšna je vrsta kemične vezi v reakcijskih produktih? Kakšna je kristalna struktura začetnih enostavnih snovi in produktov njihove interakcije?

5. Razporedite naslednje elemente po vrstnem redu krepitve kovinskih lastnosti: As, Sb, N, P, Bi. Utemeljite nastalo serijo na podlagi strukture atomov teh elementov.

N, P, As, Sb, Bi - krepitev kovinskih lastnosti. Kovinske lastnosti v skupinah so izboljšane.

6. Po zaporedju krepitve nekovinskih lastnosti razporedite naslednje elemente: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Utemeljite nastalo serijo na podlagi strukture atomov teh elementov.

Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl - krepitev nekovinskih lastnosti. Nekovinske lastnosti v obdobjih se izboljšajo.

7. Razporedite po zaporedju oslabitve kislinskih lastnosti okside, katerih formule so: SiO2, P2O5, Al2O3, Na2O, MgO, Cl2O7. Utemeljite nastalo serijo. Zapišite formule hidroksidov, ki ustrezajo tem oksidom. Kako se njihov kisli značaj spremeni v seriji, ki ste jo predlagali?

8. Napiši formule za okside bora, berilija in litija ter jih razporedi v naraščajočem vrstnem redu glavnih lastnosti. Zapišite formule hidroksidov, ki ustrezajo tem oksidom. Kakšna je njihova kemična narava?

9. Kaj so izotopi? Kako je odkritje izotopov prispevalo k nastanku periodičnega zakona?

Periodični sistem elementov odraža razmerje kemičnih elementov. Atomsko število elementa je enako naboju jedra, številčno je enako številu protonov. Število nevtronov, ki jih vsebujejo jedra enega elementa, je v nasprotju s številom protonov lahko različno. Atomi istega elementa, katerih jedra vsebujejo različno število nevtronov, se imenujejo izotopi.

Vsak kemični element ima več izotopov (naravnih ali umetnih). Atomska masa kemičnega elementa je enaka povprečni vrednosti mas vseh njegovih naravnih izotopov, ob upoštevanju njihove številčnosti.

Z odkritjem izotopov so se za distribucijo elementov v periodnem sistemu začeli uporabljati naboji jeder in ne njihove atomske mase.

10. Zakaj se naboji atomskih jeder elementov v periodnem sistemu D. I. Mendelejeva spreminjajo monotono, to pomeni, da se naboj jedra vsakega naslednjega elementa poveča za eno v primerjavi z nabojem atomskega jedra prejšnjega elementa in se lastnosti elementov in snovi, ki jih tvorijo, občasno spreminjajo?

To je posledica dejstva, da lastnosti elementov in njihovih spojin niso odvisne od skupnega števila elektronov, temveč le od valenčnih elektronov, ki so na zadnji plasti. Število valenčnih elektronov se občasno spreminja, zato se občasno spreminjajo tudi lastnosti elementov.

11. Navedite tri formulacije periodičnega zakona, v katerih so za osnovo za sistematizacijo kemijskih elementov vzeti relativna atomska masa, naboj atomskega jedra in struktura zunanjih energijskih nivojev v elektronski lupini atoma.

1. Lastnosti kemičnih elementov in snovi, ki jih tvorijo, so v periodični odvisnosti od relativnih atomskih mas elementov.
2. Lastnosti kemičnih elementov in snovi, ki jih tvorijo, so v periodični odvisnosti od naboja atomskih jeder elementov.
3. Lastnosti kemičnih elementov in iz njih tvorjenih snovi so v periodični odvisnosti od strukture zunanjih energijskih nivojev v elektronski lupini atoma.

Makhov B.F.

V povezavi z razvojem avtorja "Vibracijskega modela nevtralnega atoma" z vključitvijo "svetovnega etra", v katerem postaneta pojma "trajni pozitivni naboj atomskega jedra" in "Coulombovo polje" odveč, postavlja se vprašanje nove formulacije periodičnega zakona. Takšna formulacija je predlagana v tem članku, kjer se obravnava tudi problem matematičnega izraza periodnega zakona. V članku avtor uporablja lastno različico "Simetričnega kvantnega periodičnega sistema nevtralnih atomov (SC-PSA)", ki ustreza vibracijskemu modelu.

Vedno bolj stran od nas 1869 - čas prve formulacije periodičnega zakona D.I. Mendelejev (PZM) in njegov razvoj periodnega sistema elementov (PSE-M), v katerem je bila atomska teža elementa vzeta kot glavni kriterij za urejanje, kar je bila takrat bolj ali manj razumljiva značilnost. Toda tudi sam Dmitrij Ivanovič je dejal, da "ne poznamo razlogov za periodičnost." Takrat je bilo znanih le 63 elementov, njihove lastnosti (večinoma kemične) pa so bile znane malo in ne vedno natančno.

Kljub temu se je problem sistematizacije elementov že izrazil in zahteva rešitev. Iznajdljiva intuicija Mendelejeva mu je omogočila, da se je uspešno (na takratni ravni znanja) spopadel z nalogo. Njegova formulacija PZM (oktober 1971): "... lastnosti elementov in torej lastnosti preprostih in kompleksnih teles, ki jih tvorijo, so v periodični odvisnosti od njihove atomske teže."

Dmitrij Ivanovič je vse elemente razporedil v niz (serija Mendelejeva) po naraščanju atomske teže, pri čemer pa je dovolil tudi odstopanja za znane pare elementov (na podlagi kemijskih lastnosti), t.j. pravzaprav ni odvisnosti samo od atomske teže.

Znanstvenikom je postalo jasno, da se pri premikanju od enega elementa v PSE-M do drugega nekatere značilnosti elementa postopoma povečajo za enako količino. Ta vrednost je Z imenovali serijsko številko (predvsem kemiki) ali atomsko številko (fiziki). Izkazalo se je, da je sama atomska teža na določen način odvisna od Z. Zato je bila kot glavno merilo naročila sprejeta serijska številka Z, ki je bila zato namesto atomske teže vključena v 2. formulacijo PZM.

Čas je minil in pojavile so se nove možnosti sistematizacije. Najprej gre za napredek pri preučevanju linijskih optičnih spektrov (LOS) nevtralnih atomov in karakterističnega rentgenskega sevanja (XXR). Izkazalo se je, da ima vsak element edinstven spekter in iz njega so odkrili številne nove elemente. Za opis spektrov so bili predlagani kvantna števila, spektralni izrazi, izključitveno načelo W. Paulija, zakon G. Moseleyja itd. Študija atomov je dosegla vrhunec z ustvarjanjem prvih modelov atoma (MOA), po smrti D. I. Mendelejev.

Moseleyjev zakon, ki povezuje frekvenco karakterističnega rentgenskega sevanja z serijsko številko Z, je še posebej veliko prispeval k znanosti. Potrdil je pravilnost Mendelejevske serije in omogočil navedbo številk preostalih neodkritih elementov. Ampak potem, vodjen z dobrimi nameni, dati serijsko številko Z fizični pomen, so fiziki na ravni znanja zgodnjega 19. stoletja (prvi modeli atoma) prišli do prenagljene ugotovitve, da ne more biti nič drugega kot stalen pozitivni električni naboj atomskega jedra (število elementarnih električnih nabojev). - eZ).

Posledično so znanstveniki prišli do zaključka, da je potrebna izpopolnjena 2. formulacija PZM, v kateri je bil kot glavno merilo sistematizacije vzet stalen pozitivni električni naboj atomskega jedra elementa.

Toda na žalost so bili v začetku 20. stoletja prvi modeli atoma predstavljeni preveč mehanično (planetarni jedrski modeli), električno nevtralnost atoma kot celote pa je predstavljal pozitiven naboj jedra in ustrezni število negativnih elementarnih delcev - elektronov, t.j. tudi na ravni takratnega primitivnega znanja o elektriki. Kot rezultat, je bil uporabljen koncept konstantnega Coulombovega električnega polja, ki privlači elektrone, ki se vrtijo okoli jedra itd. In Bog ne daj, da bi elektron padel na jedro!

Odkritje valovne narave elektrona in veliko težav s sprejetim modelom atoma so pripeljali do prehoda na »kvantno mehanski model atoma«. Kvantna mehanika (QM) je bila razglašena za največji dosežek 20. stoletja. Toda sčasoma se je navdušenje umirilo. Razlog je v trhkih temeljih, na katerih je zgrajen CME, ki temelji na Schrödingerjevi enačbi, ki " opisuje gibanje elektrona. Prvič, sam pristop je napačen – namesto da bi upoštevali ravnotežno kvantno stanje nevtralnega atoma kot celote (na makro ravni, če govorimo v jeziku sinergetike), se gibanje elektrona obravnava v CME (tj. delujejo na pretirano podrobni mikro ravni). Predstavljajte si, da bi za primer idealnega plina, namesto da bi ga obravnavali na makro ravni s časovno konstantnimi parametri stanja plina (tlak, temperatura, prostornina), nenadoma začeli pisati enačbe gibanja za vsako od milijarde atomov in molekul plina, glasno stokanje hkrati o težavnosti naloge in premajhni moči sodobnih računalnikov. Medtem ko je na makroravni, je celotna slika enostavno in elegantno opisana z enačbo za povezavo parametrov plinskega stanja - enačbo Clapeyron-Mendeleeva. [FES, M, SE, 1984, str. 288]

Nekaj podobnega v kompleksnosti nam ponuja CME v osebi njegovih ustanovnih očetov, zlasti v primeru atomov z velikimi atomskimi številkami. Vendar je akademik Lev Landau (1908-68), ki je bil tudi sam eden od stebrov CME, že zapisal: »Atom z več kot enim elektronom je zapleten sistem elektronov, ki medsebojno delujejo. Za tak sistem lahko, strogo gledano, upoštevamo le stanja sistema kot celote. Enako idejo najdemo v delih spektroskopskega fizika akad. Akademija znanosti BSSR Elyashevich M.A. (1908-95).

Vendar pa se vrnimo k obravnavi formulacij periodičnega zakona. Sodobna (prečiščena 2.) formulacija PZM je naslednja:

"Lastnosti elementov so v periodičnem razmerju z nabojem njihovih atomskih jeder." Jedrski naboj eZ = atomska (serijska) številka elementa v sistemu, pomnožena z osnovnim električnim nabojem (t.j. Z je številčno enak številu elementarnih električnih nabojev).

Zakaj je potrebna nova, tretja formulacija PZM?

1) Iz 2. formulacije ni zelo jasno, za katere lastnosti gre - če so kemične, potem niso neposredno povezane z elementi (nevtralnimi atomi). Ko nevtralni atomi medsebojno delujejo, se njihovi spremenljivi EMF prekrivajo, zato izvajajo določeno stopnjo vzbujanja drug na drugega. Če želite opisati kemično vez, morate dodatno vedeti - kaj je s čim povezano (sestava in struktura snovi) in pod kakšnimi specifičnimi fizikalnimi pogoji (CFU) itd.

2) Po "vibracijskem modelu", ki ga je razvil avtor, jedro nevtralnega atoma nima niti stalnega električnega naboja niti konstantnega Coulombovega polja, ki ga ustvari (namesto tega pulzirajoče jedro, izmenično elektromagnetno polje - EMF, stoječi EMW, parametrična resonanca, visok faktor kakovosti nihanja, vzdržljivostni atom). Glej FI, 2008, št. 3, str.25

3) To pomeni, da ni jasne definicije niti argumenta niti funkcije. Kar zadeva naravo periodične odvisnosti, prav tako ni gotovosti. PZM je neuporaben brez hkratnega upoštevanja tabele samega periodnega sistema, zato ga v učbenikih v trenutni formulaciji (»začarani krog«) pogosto sploh ne omenjajo. Ni naključje, da še vedno nimamo popolne teorije periodnega sistema in najbolj matematičnega izraza PZM.

4) Zdaj lahko uporabite bistveno nove priložnosti za pravilnejšo formulacijo periodičnega zakona in izpeljavo njegovega matematičnega izraza, ki daj"Vibracijski model nevtralnega atoma" (sprežene vibracije jedra in njegovega okolja) in "Simetrični kvantni periodični sistem nevtralnih atomov (SC-PSA)", ki ga je razvil in objavil avtor.

5) Po sinergijskem pristopu lahko ravnotežno kvantno stanje atoma kot celote (makroskopski pristop) opišemo z več časovno neodvisnimi parametri. Avtor je pokazal, da gre za strogo individualen (načelo izključitve W. Paulija) 4 kvantnih števil, ki so inherentna vsakemu atomu, določena iz njegovega LOS (in ne iz enačb CME).

Takšne niz kvantnih števil enolično določa mesto elementa (njegove koordinate) v SC-PSA, ki ga je razvil avtor.

6) Takšni parametri morajo izpolnjevati številne zahteve:

Odziv na fizično naravo nevtralnega atoma (v skladu z "vibracijskim modelom")

Bodite nedvoumni

Bodite celo število (kar izhaja iz samega bistva sevanja jedra)

Izmeriti ga je enostavno (iz spektrov nevtralnega atoma).

Tako je treba pomen kvantnih števil, znanih za vsak atom, izpopolniti glede na njihovo fizično naravo.

7) Avtor namesto enačbe CME E. Schrödingerja predlaga uporabo kvantnih številskih povezovalnih enačb (Mahovove enačbe) (avtor je našel dve takšni enačbi), ki so matematični izraz PZM, ki ustreza novi formulaciji. Več o tem v prihodnji knjigi.

8) V luči "vibracijskega modela nevtralnega atoma" in nove ideje o spremenljivi EMF jedra je za novo formulacijo periodičnega zakona namesto osnovnega električnega naboja potrebna druga fizična količina , ki skupaj z redno številko Z označuje intenzivnost elektromagnetne interakcije (postopno se spreminja z naraščanjem Z) in je enolično določena iz spektra nevtralnih atomov. In obstaja taka vrednost - to je konstanta fine strukture (α) [FES-763], ki se običajno uporablja pri iskanju "zgornje meje periodnega sistema".

Novo besedilo PZM izgleda takole:

"Lastnosti nevtralnih atomov so v periodični odvisnosti od velikosti napetosti (aZ) izmenično elektromagnetno polje (EMF), ki ga ustvarjajo njihova jedra. Do tako kratke formulacije je avtor prišel 22. novembra 2006 po vrsti »dolgih«.

Iz njega je razvidno, da namesto velikosti električnega naboja ( eZ), ki vključuje elementarni električni naboj, se uporabi vrednost intenzitete ( aZ), kar vsebuje α - konstanta fine strukture, ki »v kvantni elektrodinamiki velja za naravni parameter, ki označuje »moč« elektromagnetne interakcije« [FES, str.763].

O značilnostih nevtralnih atomov (o kvantnih številih, njihovi fizični naravi itd.) smo že govorili, vendar je treba naravo periodične odvisnosti še nekoliko razjasniti. Že zdaj obstajajo predpogoji za izpeljavo enačb povezave kvantnih števil - to je (n+ l)- pravila akademika V.M. Klečkovski (1900-72) in (n- l)- dhn pravilo, prof. D.N. Trifonov, ki jih je avtor uporabil za konstruiranje SC-PSA. Ob upoštevanju spremenljivke EMF in stoječe EMW, ki se širi (do določene globine za vsak atom), lahko rečemo, da vsota teh kvantnih števil predstavlja skupno energijo stoječe EMW, razlika pa je globina spremembe v parameter nihanja. To pomeni, da že obstajajo svežnji kvantnih števil, ki predstavljajo v SC-PSA (n+ l)- obdobje (vsi so seznanjeni in tvorijo diade) in (n- l)- skupine zaporednih atomov - vodoravne vrstice SC-PSA (do 4 v obdobju znotraj Z ≤ 120), ki so zaporedja f-, d-, str-, s- elementov. To pomeni, da je na eni kvantni energetski ravni lahko več kvantnih stanj. Nadaljnje obravnavo značilnosti dvoenotnega stoječega EMW nam omogoča, da izpeljemo enačbe za povezavo kvantnih števil (Mahovove enačbe).

Primer: skupna stoječa EMW energija E n + l = E n + E l = konst, kjer E n in E l - povprečne vrednosti energije električnih in magnetnih komponent njegovih delov.

Za pojasnitev fizičnega pomena kvantnih števil uporabljamo formulo za energijo kvantnega oddajnika (v splošni obliki) E = Eo (2k + 1), torej → = 2k

Natančneje, imamo za E n + l= E o (2 + 1) → = n + l , to je vsota kvantnih števil (n+ l) je razmerje prirastka celotne energije stoječe EMW do njegove začetne vrednosti, kar daje fizični pomen zgoraj omenjenemu prvemu pravilu akademika V.M. Klečkovski.

Stoječi EMW je materialni nosilec parametrične resonance (s konstantno notranjo energijo se energija prenaša iz električne v magnetno in obratno z ogromno frekvenco). V tem primeru je razlika med povprečnimi vrednostmi energije električne in magnetne komponente skupne energije EMW E n - l = E n - E l - količina spremembe parametra je tudi kvantizirana.

E n - l= E o (2 + 1) → = n - l , ta odnos daje fizični pomen pravilu D.N. Trifonova in od tu pravilo postane jasno n - l ≥ 1, ker sicer ni stoječega EMW (potujočemu valu ne bi smelo biti lastno n = l, in s tem povezane izgube energije). Lahko uvedete koncept "relativne vrednosti spremembe parametra" : = = λ

Kvantizirane so tudi povprečne vrednosti komponent skupne energije stoječe EMW

E n=Eo(2 n + 1) → = 2n

E l=Eo(2 l + 1) → = 2l

od tod kvantna števila n in l pridobijo nov fizični pomen kot kvantna števila komponent električne in magnetne energije celotne energije stoječe EMW (namesto »glavnega kvantnega števila« in »orbitalnega kvantnega števila«).

Visoka in konstantna frekvenca stoječe EMW je izražena preko periodičnih funkcij, glede na naš primer - trigonometrične. Dvojnost stoječega EMW je v parametrični dodelitvi funkcije. Stoječi EMW kot harmonično valovanje lahko opišemo s sinusoidnimi enačbami oblike y = A greh (ω t + φ ),

potem n t = n cosα in lt = l sin α (parametrična definicija elipse).

tukaj n in l - kvantna števila (brezrazmerne cele vrednosti), indikatorji maksimalne amplitude relativne energije električne in magnetne komponente stoječe EMW in n t in lt- trenutne vrednosti nihajočih količin ( stoječe komponente EMW) v tem trenutku, tj. količine so tudi brezdimenzionalne.*)

0 ≤ |n t| ≤n 0 ≤ |l t | ≤l

Naj pojasnimo, da sta natanko dve odvisnosti- kosinus in sinusoida Na vmesniku "jedro-okolje" v začetnem trenutku sevanja ima prva največja amplituda - do = n (sicer ni sevanja) in amplituda je drugačna - do = 0 (tj. pride do faznega premika). Ko se začne širiti iz jedra, ena komponenta stoječe EMW generira drugo in obratno. Avtor želi opozoriti, da ne prehitro sklepamo, da do = 0, potem je tudi magnetna komponenta skupne energije stoječe EMW enaka nič. To ni tako, dovolj je, da se spomnimo formule kvantnega harmonskega oddajnika.

To je enačba elipse + = 1 (v kanonski obliki, običajna za povezavo harmoničnih nihanj) in je ena od enačb za povezavo kvantnih števil.

Fizični pomen te povezovalne enačbe postane jasnejši, če se izvedejo nekatere transformacije. Za to uporabimo predstavitev elipse kot hipotrohoide.

Za naš primer; .

To je 1. enačba razmerja kvantnih števil (Mahovova enačba).

Ali dovolj jasno .

Vidimo lahko, da enačba odraža konstantnost celotne energije stoječe EMW. Tako prej omenjeni snopi kvantnih števil ( n+l) je številka obdobja v SC-PSA in ( n - l)- opredeljuje zaporedje lokacije vodoravnih vrstic, vključenih v obdobje - so našli svoje mesto v enačbi komunikacije, sama enačba pa dobro odraža strukturo SC-PSA.

Dobili smo še eno, 2. povezovalno enačbo za preostali dve kvantni števili (iz celotnega niza po principu izključitve W. Paulija) - m l ingospa , vendar o njih ne morete reči na kratko in s fizičnim pomenom "spin" kvantnega števila gospa je treba še ugotoviti - glej tukaj.

Začetek (serijska številka izvirnega elementa - Z M) vsake M-diade (par obdobij SC-PSA) je mogoče dobiti z identično transformacijo formule, ki jo je izvedel V.M. Klechkovsky za številko Zl element, pri katerem ko se prvič pojavi element s podatki pomen lmax

Z M = Zl -1 = = ,

potem prilmax = 0; 1; 2; 3; 4... imamo Z M= 0; štiri; dvajset; 56; 120..., tj. to so tako imenovana tetraedrska števila, kar je posredno povezano z nekaterimi minimalnimi začetnimi kvantnimi energijskimi nivoji za diado (tetraeder med vsemi prostorskimi telesi ima najmanjšo površino s fiksno prostornino).

Podrobneje o tej temi in omenjenih dveh enačbah povezave kvantnih števil namerava avtor poročati v prispevkih, ki so v pripravi za objavo.

Avtor seveda ne trdi, da bi to delo ustvarilo popolno teorijo periodičnega sistema nevtralnih atomov in njegovega matematičnega izraza, vendar meni, da je nujna in pomembna stopnja na tej poti in bo po svojih najboljših močeh prispevala za nadaljnji napredek.

BIBLIOGRAFIJA:

Klečkovski V.M. "Razporeditev atomskih elektronov in pravilo zaporednega polnjenja (n+ l)- skupina”, M., Atomizdat, 1968
Klečkovski V.M. "Razvoj nekaterih teoretičnih problemov periodnega sistema D.I. Mendelejev" (poročilo na simpoziju X Mendelejevskega kongresa). M., Nauka, 1971, str. 54-67.
Trifonov D.N. "Struktura in meje periodičnega sistema", Moskva, Atomizdat, 1976, 271 strani.
Makhov B.F., knjiga "Simetrični kvantni periodični sistem elementov" (SK-PSE), Moskva, 1997 - ISBN 5-86700-027-3
Makhov B.F., Članek "Simetrični kvantni periodični sistem elementov (nevtralnih atomov) - SC-PSA (ali Nova periodizacija periodičnega sistema", v reviji RAE "Fundamental Research", 2007, št. 9, str. 30-36 - ISSN 1812 -7339
Makhov B.F., Poročilo "Manifestacija združevanja v periodičnem sistemu nevtralnih atomov (SC-PSA)", v Zborniku V-Int. Konferenca "Biniologija, simetrologija in sinergetika v naravoslovju", sept. 2007, Tjumen, Tsogu, oddelek "Fizika in kemija", str. 59-65 ISBN 978-5-88465-835-4
Makhov B.F., članek "Svetovna oddaja" D.I. Mendelejev in njegovo mesto v periodičnem sistemu", v reviji RANH "Fundamentalne raziskave", 2008, št. 3, str. 25-28
Makhov B.F., Članek "Fizična narava kovin v luči vibracijskega modela atoma", v reviji Ruske akademije naravoslovnih znanosti "Fundamentalne raziskave", 2008, št. 3, str. 29-37
Landau L.D., Lifshitz E.M. "Kvantna mehanika. Nerelativistična teorija”, Moskva: Nauka, 1974 (3. izd.). str. 293. in 1989 (4. izd.). stran 302
Makhov BF, knjiga "O modelu nevtralnega atoma in načinih izhoda iz krize v atomski fiziki" (pripravljena za objavo).
Makhov B.F., knjiga "Tridimenzionalni SC-PSA" (pripravljena za objavo).
Bronstein I.N., Semendyaev K.A., Priročnik za matematiko za inženirje in študente visokošolskih ustanov. Moskva: Nauka, glavni urednik. FML, 1986 (13e, popr.), str.127
Članek "Konstanta fine strukture", Fizični enciklopedični slovar - FES, str.763

Bibliografska povezava

Makhov B.F. PERIODIČNO PRAVO D.I. MENDELEEV - NOVA FORMULACIJA IN MATEMATIČNI IZRAZ ZAKONA // Uspehi sodobnega naravoslovja. - 2008. - Št. 9. - Str. 24-29;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=10547 (datum dostopa: 17. 12. 2019). Predstavljamo vam revije, ki jih izdaja založba "Academy of Natural History"

Periodični zakon kemičnih elementov- temeljni zakon narave, ki odraža periodične spremembe lastnosti kemičnih elementov, ko se naboji jeder njihovih atomov povečujejo. Odprt 1. marca (17. februarja po starem slogu) 1869 D.I. Mendelejev. Na ta dan je sestavil tabelo z naslovom "Izkušnja sistema elementov na podlagi njihove atomske teže in kemijske podobnosti." Končno formulacijo periodičnega zakona je dal Mendelejev julija 1871. Glasilo se je:

"Lastnosti elementov in s tem lastnosti preprostih in zapletenih teles, ki jih tvorijo, so v periodični odvisnosti od njihove atomske teže."

Mendelejevska formulacija periodičnega zakona je v znanosti obstajala več kot 40 let. Revidiran je bil zahvaljujoč izjemnim dosežkom fizike, predvsem razvoju jedrskega modela atoma (glej Atom). Izkazalo se je, da je naboj jedra atoma (Z) številčno enak zaporedni številki ustreznega elementa v periodnem sistemu, polnjenje elektronskih lupin in podlupine atomov, odvisno od Z, pa poteka na tak način da se podobne elektronske konfiguracije atomov periodično ponavljajo (glej Periodični sistem kemičnih elementov). Zato je sodobna formulacija periodičnega zakona naslednja: lastnosti elementov, preprostih snovi in njihovih spojin so v periodični odvisnosti od nabojev jeder atomov.
Za razliko od drugih temeljnih zakonov narave, kot sta zakon univerzalne gravitacije ali zakon enakovrednosti mase in energije, periodnega zakona ni mogoče zapisati v obliki kakršne koli splošne enačbe ali formule. Njegov vizualni odsev je periodni sistem elementov. Vendar so tako Mendelejev kot drugi znanstveniki poskušali najti matematična enačba periodnega zakona kemijskih elementov. Ti poskusi so bili kronani z uspehom šele po razvoju teorije zgradbe atoma. A zadevajo le vzpostavitev kvantitativne odvisnosti vrstnega reda porazdelitve elektronov v lupinah in podlupinah od nabojev atomskih jeder.
Torej, z reševanjem Schrödingerjeve enačbe lahko izračunamo, kako so elektroni razporejeni v atomih z različnimi vrednostmi Z. Zato je osnovna enačba kvantne mehanike tako rekoč eden od kvantitativnih izrazov periodnega zakona.
Ali na primer druga enačba: Z„, = „+,Z - - (21 + 1)2 - >n,(2t + 1) +
1
+ t „kjer je „+, Z = - (n + 1+ 1)" +
+(+1+ 1. 2k(n+O 1
2 2 6
Kljub svoji obsežnosti ni tako težko. Črke i, 1, m in m niso nič drugega kot glavna, orbitalna, magnetna in spinska kvantna števila (glej Atom). Enačba vam omogoča, da izračunate, pri kateri vrednosti Z (serijska številka elementa) se pojavi elektron v atomu, katerega stanje je opisano z dano kombinacijo štirih kvantnih števil. Če v to enačbo nadomestimo možne kombinacije u, 1, t in t, dobimo nabor različnih vrednosti Z. Če so te vrednosti razporejene v zaporedju naravnih števil 1, 2, 3, 4, 5, ..., nato pa dobimo jasno shemo za konstruiranje elektronskih konfiguracij atomov z naraščanjem Z. Tako je ta enačba tudi nekakšen kvantitativni izraz periodičnega zakona. Poskusite sami rešiti to enačbo za vse elemente periodičnega sistema (kako so vrednosti in in 1; m, in m povezane med seboj, boste izvedeli iz članka Atom).

Periodični zakon je univerzalni zakon za celotno vesolje. Velja povsod, kjer obstajajo atomi. Vendar se občasno ne spreminjajo samo elektronske strukture atomov. Tudi struktura in lastnosti atomskih jeder so podrejene posebnemu periodičnemu zakonu. V jedrih, sestavljenih iz nevtronov in protonov, so nevtronske in protonske lupine, katerih polnjenje ima periodični značaj. Obstajajo celo poskusi konstruiranja periodičnega sistema atomskih jeder.

: kot je slikovito zapisal slavni ruski kemik N. D. Zelinsky, je bil periodični zakon "odkritje medsebojne povezanosti vseh atomov v vesolju."

Zgodba

Iskanje osnov naravne klasifikacije in sistematizacije kemičnih elementov se je začelo že dolgo pred odkritjem periodičnega zakona. Težave, s katerimi so se soočali naravoslovci, ki so prvi delali na tem področju, je povzročilo pomanjkanje eksperimentalnih podatkov: na začetku 19. stoletja je bilo število znanih kemičnih elementov majhno, sprejete vrednosti atomskih mase mnogih elementov so napačne.

Döbereinerjeve triade in prvi sistemi elementov

V zgodnjih 60-ih letih XIX stoletja se je naenkrat pojavilo več del, ki so bila neposredno pred periodičnim zakonom.

Chancourtoisova spirala

Oktave Newlandsa

Newlands Table (1866)

Kmalu po de Chancourtoisovi spirali je angleški znanstvenik John Newlands poskusil primerjati kemijske lastnosti elementov z njihovo atomsko maso. Z razporeditvijo elementov v naraščajočem vrstnem redu njihovih atomskih mas je Newlands opazil, da je med vsakim osmim elementom podobnost v lastnostih. Newlands je najdeni vzorec imenoval zakon oktav po analogiji s sedmimi intervali glasbene lestvice. V svoji tabeli je kemijske elemente razporedil v navpične skupine po sedem elementov, hkrati pa ugotovil, da se (z rahlo spremembo vrstnega reda nekaterih elementov) na isti vodoravni črti pojavljajo podobni po kemijskih lastnostih elementi.

John Newlands je bil seveda prvi, ki je dal vrsto elementov, razporejenih v naraščajočem vrstnem redu atomskih mas, kemijskim elementom dodelil ustrezno zaporedno številko in opazil sistematično razmerje med tem vrstnim redom in fizikalno-kemijskimi lastnostmi elementov. Zapisal je, da se v takem zaporedju ponavljajo lastnosti elementov, katerih enakovredne teže (mase) se razlikujejo za 7 enot ali za vrednost, ki je večkratnik 7, torej kot da osmi element po vrsti ponavlja lastnosti prvega, saj se v glasbi najprej ponovi osma nota. Newlands je skušal tej odvisnosti, ki dejansko poteka za svetlobne elemente, dati univerzalen značaj. V njegovi tabeli so bili podobni elementi razporejeni v vodoravne vrstice, vendar se je pogosto izkazalo, da so elementi popolnoma različnih lastnosti v isti vrsti. Poleg tega je bil Newlands prisiljen v nekatere celice postaviti dva elementa; končno, miza ni vsebovala praznih sedežev; posledično je bil zakon oktav sprejet skrajno skeptično.

Odlingove in Meyerjeve mize

Manifestacije periodičnega zakona v zvezi z energijo afinitete elektronov

Periodičnost energij afinitete atomskih elektronov je seveda razložena z istimi dejavniki, ki smo jih že opazili pri razpravi o ionizacijskih potencialih (glej definicijo energije afinitete elektronov).

imajo največjo afiniteto do elektronov str-elementi skupine VII. Najnižja elektronska afiniteta za atome s konfiguracijo s² ( , , ) in s²p 6 ( , ) ali s pol napolnjenimi str-orbitale ( , , ):

Manifestacije periodičnega zakona v zvezi z elektronegativnostjo

Strogo gledano, elementu ni mogoče pripisati trajne elektronegativnosti. Elektronegativnost atoma je odvisna od številnih dejavnikov, zlasti od valenčnega stanja atoma, formalnega oksidacijskega stanja, koordinacijskega števila, narave ligandov, ki sestavljajo okolje atoma v molekularnem sistemu, in od nekateri drugi. V zadnjem času se za karakterizacijo elektronegativnosti vse pogosteje uporablja tako imenovana orbitalna elektronegativnost, ki je odvisna od vrste atomske orbitale, ki sodeluje pri tvorbi vezi, in od njene elektronske populacije, torej od tega, ali atomsko orbitalo zaseda nedeljeni elektronski par. , posamezno poseljen z neparnim elektronom ali je prazen. Toda kljub znanim težavam pri interpretaciji in določanju elektronegativnosti ostaja vedno potrebna za kvalitativni opis in napovedovanje narave vezi v molekularnem sistemu, vključno z energijo vezi, elektronsko porazdelitvijo naboja in stopnjo ionnosti, konstanto sile. , itd

Periodičnost atomske elektronegativnosti je pomemben del periodičnega zakona in jo je mogoče enostavno razložiti na podlagi nespremenljive, čeprav ne povsem nedvoumne odvisnosti vrednosti elektronegativnosti od ustreznih vrednosti ionizacijskih energij in afinitete elektronov.

V obdobjih je splošen trend naraščanja elektronegativnosti, v podskupinah pa njen padec. Najmanjša elektronegativnost je pri s-elementih skupine I, največja pri p-elementih skupine VII.

Manifestacije periodičnega zakona v zvezi z atomskimi in ionskimi polmeri

riž. 4 Odvisnost orbitalnih polmerov atomov od atomskega števila elementa.

Periodična narava spremembe velikosti atomov in ionov je že dolgo znana. Težava je v tem, da atomi zaradi valovne narave elektronskega gibanja nimajo strogo določenih velikosti. Ker je neposredna določitev absolutnih dimenzij (polmerov) izoliranih atomov nemogoča, se v tem primeru pogosto uporabljajo njihove empirične vrednosti. Dobimo jih iz izmerjenih medjedrnih razdalj v kristalih in prostih molekulah, pri čemer vsako medjedrsko razdaljo razdelimo na dva dela in enega od njih enačimo s polmerom prvega (od dveh povezanih z ustrezno kemično vezjo) atoma, drugega pa s polmerom drugega atoma. Pri tej delitvi se upoštevajo različni dejavniki, vključno z naravo kemične vezi, oksidacijskimi stanji dveh vezanih atomov, naravo koordinacije vsakega od njiju itd. Na ta način dobimo tako imenovani kovinski, kovalentni, ionski in van der Waalsov polmer. Van der Waalsove polmere je treba obravnavati kot polmere nevezanih atomov; najdemo jih z medjedrnimi razdaljami v trdnih ali tekočih snoveh, kjer so atomi v neposredni bližini drug drugega (na primer atomi v trdnem argonu ali atomi dveh sosednjih molekul N 2 v trdnem dušiku), vendar niso povezani z nobeno kemikalijo vez .

Toda očitno je najboljši opis učinkovite velikosti izoliranega atoma teoretično izračunan položaj (razdalja od jedra) glavnega maksimuma gostote naboja njegovih zunanjih elektronov. To je tako imenovani orbitalni polmer atoma. Periodičnost spremembe vrednosti orbitalnih atomskih polmerov glede na atomsko število elementa se kaže precej jasno (glej sliko 4), glavne točke pa so prisotnost zelo izrazitih maksimumov, ki ustrezajo alkalijski kovini. atomi in enaki minimumi, ki ustrezajo žlahtnim plinom. Zmanjšanje vrednosti orbitalnih atomskih polmerov pri prehodu iz alkalijske kovine v ustrezen (najbližji) žlahtni plin je, z izjemo serije -, nemonotoničen značaj, še posebej, če so družine prehodnih elementov (kovine) med alkalijsko kovino in žlahtnim plinom se pojavijo lantanidi ali aktinidi. V velikih obdobjih v družinah d- in f- elementov, opazimo manj močno zmanjšanje polmerov, saj se polnjenje orbital z elektroni pojavi v predhodni zunanji plasti. V podskupinah elementov se polmeri atomov in ionov iste vrste na splošno povečajo.

Manifestacije periodičnega zakona v zvezi z energijo atomizacije

Poudariti je treba, da oksidacijsko stanje elementa, ki je formalna značilnost, ne daje pojma niti o efektivnih nabojih atomov tega elementa v spojini niti o valenci atomov, čeprav je oksidacijsko stanje pogosto imenovana formalna valenca. Številni elementi so sposobni pokazati ne eno, ampak več različnih oksidacijskih stanj. Na primer, za klor so znana vsa oksidacijska stanja od -1 do +7, čeprav so celo zelo nestabilna, za mangan pa od +2 do +7. Najvišje vrednosti oksidacijskega stanja se občasno spreminjajo glede na serijsko številko elementa, vendar je ta periodičnost zapletena. V najpreprostejšem primeru se v nizu elementov od alkalijske kovine do žlahtnega plina najvišje oksidacijsko stanje poveča od +1 (F) do +8 (O 4). V drugih primerih je najvišja stopnja oksidacije žlahtnega plina manjša (+4 F 4) kot pri prejšnjem halogenu (+7 O 4 −). Zato na krivulji periodične odvisnosti najvišjega oksidacijskega stanja od serijske številke elementa padejo maksimumi bodisi na žlahtni plin bodisi na halogen pred njim (minimumi so vedno na alkalijski kovini). Izjema je serija -, pri kateri niti halogen () niti žlahtni plin () sploh nimata visokih oksidacijskih stanj, srednji član serije, dušik, pa ima najvišjo vrednost najvišjega oksidacijskega stanja; zato se v seriji - izkaže, da sprememba najvišje stopnje oksidacije prehaja skozi maksimum. Na splošno povečanje najvišjega oksidacijskega stanja v nizu elementov iz alkalijske kovine v halogen ali v žlahtni plin nikakor ni monotono, predvsem zaradi manifestacije visokih oksidacijskih stanj s prehodnimi kovinami. Na primer, povečanje najvišjega oksidacijskega stanja v seriji - od +1 do +8, je "zapleteno" zaradi dejstva, da so za molibden, tehnecij in rutenij tako visoka oksidacijska stanja, kot so +6 (O 3), +7 (2 O 7), + 8 (O4).

Manifestacije periodičnega zakona v zvezi z oksidacijskim potencialom

Ena od zelo pomembnih značilnosti preproste snovi je njen oksidacijski potencial, ki odraža temeljno sposobnost enostavne snovi za interakcijo z vodnimi raztopinami, pa tudi redoks lastnosti, ki jih izkazuje. Periodična je tudi sprememba oksidacijskih potencialov enostavnih snovi, odvisno od atomskega števila elementa. Vendar je treba upoštevati, da na oksidacijski potencial preproste snovi vplivajo različni dejavniki, ki jih je včasih treba obravnavati posamezno. Zato je treba periodičnost spremembe oksidacijskih potencialov razlagati zelo previdno.

/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

Nekaj določenih zaporedij je mogoče najti v spremembi oksidacijskih potencialov enostavnih snovi. Zlasti v seriji kovin se pri prehodu iz alkalijskih v elemente, ki ji sledijo, zmanjšajo oksidacijski potenciali ( + (aq) itd. - hidratirani kation):

To je enostavno razložiti s povečanjem ionizacijske energije atomov s povečanjem števila odstranjenih valenčnih elektronov. Zato na krivulji odvisnosti oksidacijskih potencialov preprostih snovi od redne številke elementa obstajajo maksimumi, ki ustrezajo alkalijskim kovinam. A to ni edini razlog za spremembo oksidacijskih potencialov enostavnih snovi.

Notranja in sekundarna periodičnost

s- in R-elementi

Splošni trendi v naravi sprememb vrednosti ionizacijske energije atomov, energije afinitete atomov za elektron, elektronegativnosti, atomskih in ionskih polmerov, energije atomizacije preprostih snovi, stopnje oksidacije , so zgoraj obravnavani oksidacijski potenciali preprostih snovi iz atomskega števila elementa. S poglobljenim preučevanjem teh tendenc lahko ugotovimo, da so vzorci spreminjanja lastnosti elementov v obdobjih in skupinah veliko bolj zapleteni. V naravi spremembe lastnosti elementov v obdobju se kaže notranja periodičnost, v skupini pa sekundarna periodičnost (odkril E. V. Biron leta 1915).

Torej, pri prehodu iz s-elementa skupine I v R-element skupine VIII na krivulji ionizacijske energije atomov in krivulji spremembe njihovih polmerov ima notranje maksimume in minimume (glej sl. 1, 2, 4).

To priča o notranji periodični naravi sprememb teh lastnosti v obdobju. Zgornje zakonitosti je mogoče razložiti s pomočjo pojma presejanja jedra.

Zaščitni učinek jedra je posledica elektronov notranjih plasti, ki z zaščito jedra oslabijo privlačnost zunanjega elektrona nanj. Torej, ko gre od berilija 4 do bora 5, se kljub povečanju jedrskega naboja ionizacijska energija atomov zmanjša:

riž. 5 Struktura zadnjih nivojev berilija, 9,32 eV (levo) in bora, 8,29 eV (desno)

To je zato, ker privlačnost do jedra 2p-elektron atoma bora je zaradi presejalnega delovanja oslabljen 2s-elektroni.

Jasno je, da se zaščita jedra povečuje s povečanjem števila notranjih elektronskih plasti. Zato v podskupinah s- in R-elementov, obstaja težnja k zmanjšanju ionizacijske energije atomov (glej sliko 1).

Zmanjšanje ionizacijske energije iz dušika 7 N na kisik 8 O (glej sliko 1) je razloženo z medsebojnim odbijanjem dveh elektronov iste orbitale:

riž. 6 Shema strukture zadnjih nivojev dušika 14,53 eV (levo) in kisika 13,62 eV (desno)

Učinek presejanja in medsebojnega odbijanja elektronov ene orbitale pojasnjuje tudi notranjo periodično naravo spremembe obdobja atomskih polmerov (glej sliko 4).

riž. 7 Sekundarna periodična odvisnost atomskih polmerov zunanjih p-orbital od atomskega števila

riž. 8 Sekundarna periodična odvisnost prve ionizacijske energije atomov od atomskega števila

riž. 9 Radialna porazdelitev elektronske gostote v atomu natrija

V naravi lastninskih sprememb s- in R-elementi v podskupinah, je jasno opazna sekundarna periodičnost (slika 7). Za razlago se uporablja ideja o prodoru elektronov v jedro. Kot je prikazano na sliki 9, se elektron na kateri koli orbitali za določen čas nahaja v območju blizu jedra. Z drugimi besedami, zunanji elektroni prodrejo v jedro skozi plasti notranjih elektronov. Kot je razvidno iz slike 9, zunanji 3 s-elektron natrijevega atoma ima zelo veliko verjetnost, da bo blizu jedra v območju notranjega Za- in L-elektronske plasti.

Koncentracija elektronske gostote (stopnja penetracije elektronov) z enakim glavnim kvantnim številom je največja za s-elektron, manj - za R-elektron, še manj - za d-elektron itd. Na primer, pri n = 3 se stopnja penetracije zmanjša v zaporedju 3 s>3str>3d(glej sliko 10).

riž. 10 Radialna porazdelitev verjetnosti iskanja elektrona (gostota elektronov) na razdalji r iz jedra

Jasno je, da učinek penetracije poveča moč vezi med zunanjimi elektroni in jedrom. Zaradi globljega vdora s-elektroni ščitijo jedro v večji meri kot R-elektroni, slednji pa so močnejši od d-elektroni itd.

Z uporabo ideje o prodoru elektronov v jedro razmislimo o naravi spremembe polmera atomov elementov v podskupini ogljika. V seriji - - - - obstaja splošna težnja po povečanju polmera atoma (glej sliko 4, 7). Vendar to povečanje ni monotono. Ko gremo od Si do Ge, zunanje R- elektroni prehajajo skozi zaslon deset 3 d-elektroni in s tem okrepijo vez z jedrom in stisnejo elektronsko lupino atoma. Zmanjšanje 6 str-orbitale Pb v primerjavi s 5 R-orbitalni Sn zaradi prodora 6 str-elektroni pod dvojnim zaslonom deset 5 d-elektroni in štirinajst 4 f-elektroni. To pojasnjuje tudi nemonotonost pri spremembi ionizacijske energije atomov v seriji C-Pb in njeno večjo vrednost za Pb v primerjavi z atomom Sn (glej sliko 1).

d-Elementi

V zunanji plasti atomov d-elementi (razen ) imajo 1-2 elektrona ( ns- stanje). Preostali valenčni elektroni se nahajajo v (n-1) d-stanje, torej v predzunanji plasti.

Podobna struktura elektronskih lupin atomov določa nekatere splošne lastnosti d-elementi. Tako so za njihove atome značilne razmeroma nizke vrednosti prve ionizacijske energije. Kot je razvidno iz slike 1, je narava spremembe ionizacijske energije atomov v obdobju v seriji d-elementi so bolj gladki kot v vrsti s- in str-elementi. Pri premikanju iz d- element III skupine do d-element skupine II, se vrednosti ionizacijske energije spreminjajo nemonotono. Tako sta na odseku krivulje (slika 1) vidni dve območji, ki ustrezata ionizacijski energiji atomov, v katerih sta 3 d Orbitale po en in dva elektrona. Polnjenje 3 d-orbitale enega elektrona se končajo pri (3d 5 4s 2), kar je opazno z nekaj povečanja relativne stabilnosti konfiguracije 4s 2 zaradi prodiranja elektronov 4s 2 pod zaslon konfiguracije 3d 5. Najvišjo vrednost ionizacijske energije ima (3d 10 4s 2), kar je v skladu s popolnim zaključkom Z d-podsloj in stabilizacija elektronskega para zaradi prodiranja pod zaslon 3 d 10 -konfiguracije.

V podskupinah d-elementov, vrednosti ionizacijske energije atomov na splošno naraščajo. To je mogoče razložiti z učinkom prodiranja elektronov v jedro. Torej, če u d-elementi 4. obdobja eksterno 4 s-elektroni prodrejo v zaslon 3 d-elektroni, potem imajo elementi 6. obdobja zunanji 6 s-elektroni prodirajo že pod dvojni zaslon 5 d- in 4 f-elektroni. Na primer:

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

zato d-elementi 6. obdobja zunanji b s-elektroni so trdneje vezani na jedro, zato je energija ionizacije večja od energije atomov. d-elementi 4. obdobja.

Velikosti atomov d-elementi so vmesni med velikostmi atomov s- in str elementov tega obdobja. Sprememba polmerov njihovih atomov v obdobju je bolj gladka kot za s- in str-elementi.

V podskupinah d-elementov, se polmeri atomov na splošno povečajo. Pomembno je omeniti naslednjo značilnost: povečanje atomskega in ionskega polmera v podskupinah d-elementov v glavnem ustreza prehodu iz elementa 4. v element 5. obdobja. Ustrezni atomski radiji d-elementi 5. in 6. obdobja te podskupine so približno enaki. To je razloženo z dejstvom, da se povečanje polmerov zaradi povečanja števila elektronskih plasti med prehodom iz 5. v 6. obdobje kompenzira f- stiskanje zaradi polnjenja z elektroni 4 f-podsloj y f-elementi 6. obdobja. V tem primeru f- se imenuje stiskanje lantanidi. S podobnimi elektronskimi konfiguracijami zunanjih plasti in približno enakimi velikostmi atomov in ionov za d-za elemente 5. in 6. obdobja te podskupine je značilna posebna podobnost lastnosti.

Elementi skandijeve podskupine ne upoštevajo opaženih pravilnosti. Za to podskupino so značilni vzorci, značilni za sosednje podskupine. s-elementi.

Periodični zakon - osnova kemijske sistematike

Poglej tudi

Opombe

Literatura

Akhmetov N. S. Aktualna vprašanja predmeta anorganska kemija. - M.: Razsvetljenje, 1991. - 224 s - ISBN 5-09-002630-0
Korolkov D.V. Osnove anorganske kemije. - M.: Razsvetljenje, 1982. - 271 str.
Mendelejev D.I. Osnove kemije, letnik 2. M.: Goshimizdat, 1947. 389 str.
Mendelejev D.I.// Enciklopedični slovar Brockhausa in Efrona: V 86 zvezkih (82 zvezkih in 4 dodatni). - St. Petersburg. , 1890-1907.

Periodični zakon Mendelejeva. Odkril ga je D. I. Mendelejev v procesu dela na učbeniku "Osnove kemije" (1868-1871). Prvotno je bila razvita (1. marca 1869) tabela "Izkušnje sistema elementov na podlagi njihove atomske teže in kemijske podobnosti" (gl. Periodični sistem kemičnih elementov). klasična Mendelejevska formulacija periodike. Zakon je navedel: "Lastnosti elementov in s tem lastnosti preprostih in zapletenih teles, ki jih tvorijo, so v periodični odvisnosti od njihove atomske teže." fiz. Periodični zakon je bil utemeljen z razvojem jedrskega modela atoma (glej sl. Atom) in eksperimentirajte. dokaz številk. enakost redne številke elementa v periodiki. na sistem jedrskega naboja (Z) njegovega atoma (1913). Posledično sodobna formulacija periodičnega zakona: lastnosti elementov, pa tudi enostavne in zapletene snovi, ki jih tvorijo, so v periodiki. odvisnost od naboja jedra Z. V okviru kvantne teorije atoma se je pokazalo, da se z naraščanjem Z struktura ekst. elektronske lupine atomov, kar neposredno določa posebnosti kemikalije. lastnosti elementov.

Posebnost periodičnega zakona je, da nima količin. mat. izrazi v obliki enačbe. Vizualni odraz periodičnega zakona je periodičen. kemični sistem. elementov. Periodičnost sprememb njihovih lastnosti nazorno ponazarjajo tudi krivulje sprememb nekaterih fizikalnih. količine, kot so ionizacijski potenciali. atomski polmeri in prostornine.

Periodični zakon je univerzalen za vesolje in ohranja svojo moč povsod, kjer obstajajo atomske strukture snovi. Vendar pa njegove specifične manifestacije določajo pogoji, v katerih je dec. kemične lastnosti. elementov. Na primer, na Zemlji je specifičnost teh lastnosti posledica številčnosti kisika in njegovih spojin, vklj. oksidov, kar je predvsem v veliki meri pripomoglo k prepoznavanju same lastnosti periodičnosti.

Struktura periodnega sistema. Sodobni periodični sistem vključuje 109 kemičnih elementov (obstajajo podatki o sintezi elementa z Z=110 leta 1988). Od tega v naravi najdenih predmetov 89; vsi elementi, ki sledijo U ali transuranskim elementom (Z = 93 109), kot tudi Tc (Z = 43), Pm (Z = 61) in At (Z = 85) so bili umetno sintetizirani z uporabo razč. jedrske reakcije. Elementi z Z= 106 109 še niso prejeli imen, zato v tabelah ni simbolov, ki bi jim ustrezali; za element z Z = 109 masna števila max. dolgoživi izotopi.

V celotni zgodovini periodnega sistema je bilo objavljenih več kot 500 različnih različic njegove podobe. To je bilo posledica poskusov iskanja racionalne rešitve za nekatere kontroverzne probleme strukture periodnega sistema (lokacija H, žlahtnih plinov, lantanidov in transuranskih elementov itd.). Naib. širiti sledi. tabelarne oblike izraza periodnega sistema: 1) kratko je predlagal Mendelejev (v sodobni obliki je postavljen na začetek zvezka na barvnem muharskem listu); 2) dolgega je razvil Mendelejev, izboljšal ga je leta 1905 A. Werner (slika 2); 3) stopnišče, ki ga je leta 1921 objavil H. Bohr (slika 3). V zadnjih desetletjih so bile kratke in dolge oblike še posebej razširjene kot vizualne in praktično priročne. Vse naštete. obrazci imajo določene prednosti in slabosti. K.-l pa je komaj mogoče ponuditi. univerzalna variant podobe periodnega sistema, bi to-ry ustrezno odražal vso raznolikost St. v kem. elementov in posebnosti sprememb njihove kem. obnašanje, ko se Z povečuje.

Temelj načelo konstrukcije periodnega sistema je v njem razlikovati obdobja (vodoravne vrstice) in skupine (navpični stolpci) elementov. Sodobni periodični sistem je sestavljen iz 7 obdobij (sedmo, še nedokončano, bi se moralo končati s hipotetičnim elementom z Z = 118) in 8 skupin. zbirka elementov, ki se začnejo z alkalijsko kovino (ali vodikom v prvem obdobju) in končajo z žlahtnim plinom. Število elementov v obdobjih se naravno povečuje in se od drugega ponavljajo v parih: 8, 8, 18, 18, 32, 32, ... (poseben primer je prva doba, ki vsebuje samo dva elementa). Skupina elementov nima jasne definicije; formalno njegovo število ustreza max. vrednost oksidacijskega stanja njegovih sestavnih elementov, vendar ta pogoj v številnih primerih ni izpolnjen. Vsaka skupina je razdeljena na glavno (a) in sekundarno (b) podskupino; vsak od njih vsebuje elemente, podobne kem. St. ti, atomi to-ryh so značilni po enaki zgradbi zunanji. elektronske lupine. V večini skupin elementi podskupin a in b kažejo določeno kem. podobnost, prim. v višjih oksidacijskih stanjih.

VIII. skupina zavzema posebno mesto v strukturi periodnega sistema. Ves čas trajanja času so ji pripisovali le elemente »triad«: Fe-Co-Ni in platinaste kovine (Ru Rh Pd in Os-Ir-Pt), vse žlahtne pline pa dajali v svoje. ničelna skupina; zato je periodični sistem vseboval 9 skupin. Potem ko v 60. Prejeta so bila sporočila. Xe, Kr in Rn, žlahtne pline so začeli umeščati v podskupino VIIIa, ničelno skupino pa ukinili. Elementi triad so sestavljali podskupino VIII6. Takšna "strukturna zasnova" skupine VIII se zdaj pojavlja v skoraj vseh objavljenih različicah izraza periodnega sistema.

Razlikovati. Značilnost prvega obdobja je, da vsebuje samo 2 elementa: H in He. Vodik zaradi specifičnosti St-in - enot. element, ki nima dobro določenega mesta v periodnem sistemu. Simbol H je umeščen bodisi v podskupino Ia, bodisi v podskupino VIIa ali oboje hkrati, pri čemer simbol zapremo v oklepaje v eni od podskupin ali na koncu prikažemo razčlenitev. pisave. Ti načini razporeditve H temeljijo na dejstvu, da ima določene formalne podobnosti tako z alkalijskimi kovinami kot s halogeni.

riž. 2. Dolga oblika periodična. kemični sistemi. elementi (sodobna različica). riž. 3. Periodična oblika lestve. kemični sistemi. elementov (H. Bohr, 1921).

Drugo obdobje (Li-Ne), ki vsebuje 8 elementov, se začne z alkalijsko kovino Li (enota, oksidacijsko stanje + 1); sledi mu kovina Be (oksidacijsko stanje + 2). kovinski znak B (oksidacijsko stanje +3) je šibko izražen, C za njim pa tipična nekovina (oksidacijsko stanje +4). Naslednji N, O, F in Ne-nekovine in samo N ima najvišje oksidacijsko stanje + 5, ki ustreza številki skupine; O in F sta med najbolj aktivnimi nekovinami.

Tretje obdobje (Na-Ar) vključuje tudi 8 elementov, naravo spremembe kem. st-in to-rykh je v mnogih pogledih podoben tistemu, ki smo ga opazili v drugem obdobju. Vendar sta Mg in Al bolj "kovinska" kot oz. Be in B. Preostali elementi so Si, P, S, Cl in Ar so nekovine; vsi imajo oksidacijsko stanje, ki je enako številki skupine, razen Ar. T. arr., v drugem in tretjem obdobju, ko narašča Z, opazimo oslabitev kovine in povečanje nekovinskega. narava elementov.

Vsi elementi prvih treh obdobij spadajo v podskupine a. Po sodobnih terminologije, elementi, ki spadajo v podskupini Ia in IIa, imenovani. I-elementi (v barvni tabeli so njihovi simboli navedeni z rdečo), v podskupine IIIa-VIIIa-p-elementi (oranžni simboli).

Četrto obdobje (K-Kr) vsebuje 18 elementov. Po alkalijski kovini K in zemeljski alkalijski. Ca (s-elementi) sledi seriji 10 ti. prehodni (Sc-Zn) ali d-elementi (modri simboli), ki so vključeni v podskupine b. Večina prehodnih elementov (vsi so kovine) ima najvišja oksidacijska stanja, enaka številki skupine, razen triade Fe-Co-Ni, kjer ima Fe pod določenimi pogoji oksidacijsko stanje +6, Co in Ni pa sta maksimalno trivalentno. Elementi od Ga do Kr spadajo v podskupine a (p-elementi), narava spremembe njihovega st-in pa je v marsičem podobna spremembi st-in elementov drugega in tretjega obdobja v ustreznih intervalih vrednosti Z. Za Kr več. relativno stabilen Comm., v DOS. z F.

Peto obdobje (Rb-Xe) je zgrajeno podobno kot četrto; ima tudi vložek 10 prehodnih ali d-elementov (Y-Cd). Značilnosti sprememb St-in elementov v obdobju: 1) v triadi Ru-Rh-Pd kaže rutenij max, oksidacijsko stanje 4-8; 2) vsi elementi podskupin a, vključno z Xe, imajo najvišja oksidacijska stanja, enaka številki skupine; 3) Imam šibko kovinsko. sv. T. arr., je lastnosti elementov četrtega in petega obdobja z naraščanjem Z težje spremeniti kot lastnosti elementov v drugem in tretjem obdobju, kar je predvsem posledica prisotnosti prehodnih d-elementov.

Šesto obdobje (Cs-Rn) vsebuje 32 elementov. Poleg desetih d-elementov (La, Hf-Hg) vključuje družino 14 f-elementov (črni simboli, od Ce do Lu)-lantanidov. Kemično sta si zelo podobni. St. ti (predvsem v oksidacijskem stanju +3) in zato ne m. b. postavljeni v različne sistemske skupine. V kratki obliki periodnega sistema so vsi lantanidi vključeni v podskupino IIIa (celica La), njihova celota pa je dešifrirana pod tabelo. Ta tehnika ni brez pomanjkljivosti, saj se zdi, da je 14 elementov zunaj sistema. V dolgih in lestvenih oblikah periodnega sistema se specifičnost lantanidov odraža v splošnem ozadju njegove strukture. dr. značilnosti elementov obdobja: 1) v triadi Os Ir Pt le Os izkazuje max. oksidacijsko stanje +8; 2) At je bolj izrazit v primerjavi z I kovinskim. značaj; 3) Rn max. reaktiven iz žlahtnih plinov, vendar močna radioaktivnost otežuje preučevanje njegove kem. sv.

Sedmo obdobje bi moralo, tako kot šesto, vsebovati 32 elementov, vendar še ni končano. Fr in Ra elementa oz. podskupini Ia in IIa, Ac analog elementov podskupine III6. Po aktinidnem konceptu G. Seaborga (1944) Ac sledi družina 14 f-elementov aktinidov (Z = 90 103). V kratki obliki periodnega sistema so slednji vključeni v celico Ac in so tako kot lantanidi zapisani kot ločeni. vrstico pod tabelo. Ta tehnika je predvidevala prisotnost določene kemikalije. podobnosti elementov dveh f-družin. Vendar pa je podrobna študija kemije aktinidov pokazala, da imajo veliko širši razpon oksidacijskih stanj, vključno s +7 (Np, Pu, Am). Poleg tega je za težke aktinide značilna stabilizacija nižjih oksidacijskih stanj (+2 ali celo +1 za Md).

Ocena kem. Narava Ku (Z = 104) in Ns (Z = 105), sintetizirana v številu posameznih zelo kratkoživih atomov, je privedla do zaključka, da so ti elementi analogi. Hf in Ta, torej d-elementa, in jih je treba uvrstiti v podskupini IV6 in V6. Chem. identifikacija elementov z Z = 106 109 ni bila izvedena, lahko pa domnevamo, da sodijo med prehodne elemente sedmega obdobja. Računalniški izračuni kažejo, da elementi z Z = 113 118 spadajo v p-elemente (podskupine IIIa VIIIa).