Периодическая система элементов Д.И. Менделеева
Периодическая система элементов является графическим
(табличным) изображением периодического закона.
Прообразом периодической системы был «Опыт системы элементов,
основанный на их «атомном весе и химическом сходстве», составленный Д.И.
Менделеевым 1 марта 1869 г. Это так называемый вариант длинной формы системы
элементов, в нем периоды располагались одной строкой.
Короткая форма периодической системы была опубликована
Д.И. Менделеевым в декабре 1870г. В этом варианте периоды разбиваются на ряды,
а группы — на подгруппы (главные и побочные).
Основным недостатком короткой формы было сочетание в одной
группе несходных элементов. Недостатком длинной формы — растянутость,
некомпактность.
Короткий вариант периодической системы (см. таблицу)
подразделяется на семь периодов — горизонтальных последовательностей элементов,
расположенных по возрастанию порядкового номера, и восемь групп — вертикальных
последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией
атомов и сходными химическими свойствами.
Первые три периода называются малыми, остальные — большими.
Первый период включает два элемента, второй и третий периоды — по восемь,
четвертый и пятый — по восемнадцать, шестой — тридцать два, седьмой
(незавершенный) — двадцать один элемент.
Каждый период (исключая первый) начинается щелочным металлом
и заканчивается благородным газом.
Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.
Малые периоды состоят из одного ряда, большие — из двух рядов:
четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших периодов
расположены металлы и свойства элементов слева направо изменяются слабо. В
нечетных рядах больших периодов свойства элементов изменяются слева направо,
как у элементов 2 и 3 периодов.
В периодической системе любой формы для каждого элемента
указывается его символ и порядковый номер, название элемента и значение
относительной атомной массы. Координатами положения элемента в системе является
номер периода и номер группы.
Элементы с порядковыми номерами 58—71, именуемые
лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 — актиноиды — помещаются отдельно
внизу таблицы.
Группы элементов, обозначаемые римскими цифрами, делятся на
главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы содержат 5 элементов (или
более). В побочные подгруппы входят элементы периодов, начиная с четвертого.
VIII группа кроме подгруппы гелия содержит «триады»
.элементов, составляющих семейства железа (Fe — Со — Ni) ж платиновых металлов (Ru —Rh — Pd, Os — Ir — Pt). В диадах элементов наблюдается
горизонтальная аналогия. В некоторых вариантах таблицы под каждой группой
расположены формулы высших оксидов элементов, они ^относятся к элементам
главных и побочных подгрупп (исключая элементы, не проявляющие степень
окисления, равную номеру группы; гелий, неон, аргон не образуют кислородных
соединений). Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют
водородные соединения, формулы которых также приведены внизу таблицы.
Дальнейшее развитие науки показало, что химические свойства
элементов обусловлены строением их атома, а точнее, строением
электронной оболочки атомов.
Периодический закон Д.И. Менделеева в настоящее время
формулируется так:
Свойства химических элементов, а также формы и свойства их
соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов этих
элементов.
Сопоставление строения электронных оболочек с положением
элементов в периодической системе позволяет установить ряд важных
закономерностей.
Номер периода равен общему числу энергетических уровней,
заполняемых электронами, у атомов данного элемента.
В малых периодах и нечетных рядах больших периодов с ростом
положительного заряда ядер возрастает число электронов на внешнем
энергетическом уровне (с 1 до 2 в первом периоде и с 1 до 8 в последующих). С
этим связано ослабление металлических и усиление неметаллических свойств
элементов слева направо по периодам.
В четных рядах больших периодов с ростом заряда ядер
происходит заполнение электронами предвнешнего уровня при постоянном числе
электронов на внешнем уровне (2 или 1), чем и объясняется медленное изменение
свойств этих элементов.
Строение внешнего электронного уровня атомов элементов, относящихся
к одной подгруппе, однотипно. Номер группы, как правило, указывает число
электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей
(валентных электронов). У атомов элементов главных подгрупп это электроны
внешнего электронного уровня. У атомов элементов побочных подгрупп валентными
являются электроны не только внешнего, но и предпоследнего уровня.
В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов
элементов усиливаются их металлические и ослабляются неметаллические свойства.
В зависимости от строения электронных оболочек атомов все
элементы периодической системы Д.И. Менделеева делят на четыре семейства: s-, p-, d- и f-элементы.
К семейству s-элементов относят химические элементы, в
атомах которых происходит заполнение электронами s-подуровня внешнего уровня. К
ним относятся первые два элемента каждого периода.
Элементы, у которых происходит заполнение электронами
р-подуровня внешнего уровня, принадлежат к р-элементам. К ним относятся
последние 6 элементов каждого периода. Семейство d-элементов включает
переходные элементы, у которых электронами заполняется d-подуровень второго
снаружи уровня. К ним относятся элементы больших периодов, расположенные между
s-и р-элементами.
У семейства f-элементов происходит заполнение f-подуровня
третьего снаружи уровня. К ним относятся лантаноиды и актиноиды.
Принцип Паули
Для определения состояния электрона в многоэлектронном атоме
важное значение имеет сформулированное В. Паули положение (принцип Паули),
согласно которому в атоме не может быть двух электронов, у которых все
четыре квантовых числа были бы, одинаковыми. Из этого следует, что каждая
атомная орбиталь, характеризующаяся определенными значениями п, I и т,
может быть занята не более чем двумя электронами, спины которых имеют противоположные
знаки. Два таких электрона,
находящиеся на одной орбитали и обладающие противоположно направленными
спинами, называются спаренными, в отличие от одиночного (т. е. не спаренного)
электрона, занимающего какую-либо орбиталь.
Распространенность химических
элементов во вселенной и на земле
Природа щедро разбросала свои материальные ресурсы по нашей
планете. Но если сравнить их с наиболее часто употребляемыми материалами, то
нетрудно заметить между ними некую обратную зависимость: чаще всего человек использует
те вещества, запасы сырья которых ограничены, и наоборот, крайне слабо
использует такие химические элементы и их соединения, сырьевые ресурсы которых
почти безграничны. В самом деле, 98,б% массы физически доступного слоя Земли
составляют всего восемь химических элементов. Среди этих восьми элементов
железа почти в два раза меньше, чем алюминия. Между тем более 95% всех
металлических изделий, конструкций самых разнообразных машин и механизмов,
транспортных путей производятся из железорудного сырья. Ясно, что такая
практика расточительна с точки зрения как исчерпания ресурсов железа, так и
энергетических затрат на первичную обработку железорудного сырья.
Химическая связь и структура химических соединений. Синтез
новых материалов.
Ж. Пруст установил закон постоянства состава: любое
индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным
составом, прочным притяжением составных частей(атомов) и тем отличается от смесей. Но Н.С. Курнаков в
результате точнейших физико-химических
исследований соединений, состоящих из двух металлов, установил образование
настоящих индивидуальных соединений переменного состава и нашел границы их
однородности. Химические соединения переменного состава он назвал бертоллидами,
а постоянного состава- дальтонидами .
Суть проблемы химических соединений состоит не столько в
постоянстве(непостоянстве) химического состава, сколько в физической природе
химических связей, объединяющих атомы в единую квантово-механическую систему-
молекулу. Химические связи- обменное взаимодостижение электронов,
обобщение валентных электронов, «перекрывание электронных облаков».
Число химических соединений огромно. Они отличаются как
составом, так и химическими и физическими свойствами. Но химическое
соединение – качественно определенное вещество, состоящее из одного или
нескольких химических элементов, атомы которых за счет химической связи
объединены в частицы-молекулы, комплексы, монокристаллы или иные системы.
Химические соединения могут состоять как из многих, так и из одного элемента.
Современную материально-техническую базу примерно на 90
процентов составляют 2 вида материалов: металлы и керамика. Преимущество
керамики- ее плотность на 40 процентов ниже плотности металла. С применением
новых химич. Элементов(титана, бора, хрома) в последнее время синтезируют
термостойкую высокотвердую керамику. Детали машин из технической керамики
нового состава производятся прессованием порошков с получением готовых изделий
заданных форм и размеров. Также керамика обладает сверхпроводимостью при
температурах выше температуры кипения азота, что открывает просторы для
научно-технического прогресса. «Революционером» в химической промышленности
стала химия фторорганических соединений. Она противопоставляет
углеводородам фтороуглероды, где атом углерода несет слабый положительный
заряд, а атом фтора- слабый отрицательный. Фтороуглероды устойчивы даже в средах кислот и щелочей и
обладают поверхностной активностью, способностью поглощать кислород и перекиси.
При подготовке этой работы были использованы материалы с сайта
http://www.studentu.ru