Какво представлява периодичният закон? Периодичен закон и периодична система на Д.И.Менделеев (лекция)
Периодичен закон на Менделеев. Открит от Д. И. Менделеев по време на работа върху учебника „Основи на химията“ (1868-1871 г.). Първоначално е разработена таблицата „Опит на система от елементи въз основа на тяхното атомно тегло и химическо сходство“ (1 март 1869 г.) (вж. Периодичната система на химичните елементи).Класически Периодична формулировка на Менделеев. законът гласи: „Свойствата на елементите и следователно свойствата на простите и сложните тела, които образуват, периодично зависят от тяхното атомно тегло.“ Phys. Периодичният закон получи своето оправдание благодарение на развитието на ядрения модел на атома (вж. атом) и експериментирайте. доказателство за числа равенство на поредния номер на елемента в периодика. системен заряд на ядрото (Z) на неговия атом (1913). В резултат на това се появи модерният. формулиране на периодичния закон: свойствата на елементите, както и образуваните от тях прости и сложни вещества са в периодичен ред. в зависимост от заряда на ядрото Z. В рамките на квантовата теория на атома беше показано, че с увеличаване на Z структурата на външната структура периодично се повтаря. електронни обвивки на атомите, което пряко определя спецификата на хим. свойства на елементите.
Особеността на периодичния закон е, че той няма количества. мат. изрази под формата на някакво уравнение. Визуалното отражение на периодичния закон е периодично. химическа система елементи. Честотата на промените в техните свойства също е ясно илюстрирана от кривите на промяна на някои физични свойства. количества, като йонизационни потенциали. атомни радиуси и обеми.
Периодичният закон е универсален за Вселената, запазвайки своята сила навсякъде, където съществуват атомни структури на материята. Конкретните му прояви обаче се определят от условията, в които се реализират различни функции. химични свойства елементи. Така например на Земята спецификата на тези свойства се дължи на изобилието от кислород и неговите съединения, вкл. оксиди, които по-специално допринесоха значително за идентифицирането на самото свойство на периодичността.
Структура на периодичната таблица.Съвременната периодична система включва 109 химични елемента (има информация за синтеза през 1988 г. на елемент с Z = 110). От тях в естествени намерени предмети 89; всички елементи след U или трансуранови елементи (Z = 93,109), както и Tc (Z = 43), Pm (Z = 61) и At (Z = 85) са изкуствено синтезирани с помощта на разлагане. ядрени реакции. Елементите със Z = 106 109 все още не са получили имена, така че в таблиците няма съответстващи символи; за елемент с Z = 109 масовите числа все още не са известни. дългоживеещи изотопи.
През цялата история на периодичната таблица са публикувани повече от 500 различни версии на нейното изображение. Това се дължи на опитите да се намери рационално решение на някои противоречиви проблеми на структурата на периодичната система (разположение на Н, благородни газове, лантаниди и трансуранови елементи и др.). Наиб. разпределете както следва. таблични форми на изразяване на периодичната система: 1) кратката е предложена от Менделеев (в сегашния си вид е поставена в началото на тома върху цветната форзаца); 2) дългата е разработена от Менделеев, подобрена през 1905 г. от А. Вернер (фиг. 2); 3) стълбище, публикувано през 1921 г. от Х. Бор (фиг. 3). През последните десетилетия кратките и дългите форми са особено широко използвани, тъй като са визуални и практически удобни. Всички изброени. Формите имат определени предимства и недостатъци. Едва ли обаче е възможно да се предложи к.-л. вселени. вариант на представянето на периодичната таблица, който би отразявал адекватно цялото многообразие на света на химията. елементи и спецификата на техните химични изменения. поведение, когато Z нараства.
Фундамент. Принципът на конструиране на периодичната таблица е да се разграничат периоди (хоризонтални редове) и групи (вертикални колони) от елементи в нея. Съвременната периодична система се състои от 7 периода (седмият, който все още не е завършен, трябва да завършва с хипотетичен елемент с Z = 118) и 8 групи. съвкупност от елементи, започващи с алкален метал (или първи период на водород) и завършващи с благороден газ. Броят на елементите в периодите естествено се увеличава и, започвайки от втория, се повтаря по двойки: 8, 8, 18, 18, 32, 32, ... (специален случай е първият период, съдържащ само два елемента). Групата от елементи няма ясна дефиниция; Формално неговият брой отговаря на макс. стойността на степента на окисление на съставните му елементи, но това условие в някои случаи не е изпълнено. Всяка група е разделена на главна (а) и вторична (б) подгрупи; всеки от тях съдържа елементи, които са химически подобни. свети за вас, чиито атоми се характеризират със същата външна структура. електронни черупки. В повечето групи елементите от подгрупи a и b показват определен химикал. подобие, прем. в по-високи степени на окисление.
VIII група заема специално място в структурата на периодичната система. За дълго време Тогава в него бяха включени само елементи от „триадите“: Fe-Co-Ni и платинени метали (Ru Rh Pd и Os-Ir-Pt), а всички благородни газове бяха поставени в независими газове. нулева група; следователно периодичната таблица съдържа 9 групи. След като през 60-те години. бяха получени съед. Xe, Kr и Rn, благородните газове започнаха да се поставят в подгрупа VIIIa, а нулевата група беше премахната. Елементите на триадите съставляват подгрупа VIII6. Този „структурен дизайн“ на група VIII сега се появява в почти всички публикувани изрази на периодичната таблица.
Ще различи. Особеността на първия период е, че той съдържа само 2 елемента: H и He. Водород поради спецификата на св. – единство. елемент, който няма ясно определено място в периодичната система. Символът H се поставя или в подгрупа Ia, или в подгрупа VIIa, или и в двете едновременно, затваряйки символа в скоби в една от подгрупите или накрая го изобразявайки като отделен. шрифтове. Тези методи за подреждане на Н се основават на факта, че той има определени формални прилики както с алкалните метали, така и с халогените.
Ориз. 2. Дълга периодична форма. химически системи елементи (модерна версия). Ориз. 3. Периодична форма на стълба. химически системи елементи (H. Bohr, 1921).
Вторият период (Li-Ne), съдържащ 8 елемента, започва с алкалния метал Li (единство, степен на окисление + 1); последвано от Be метал (степен на окисление + 2). Металик знак B (степен на окисление +3) е слабо изразен, а следващият, C, е типичен неметал (степен на окисление +4). Следват N, O, F и Ne-неметали, като само за N най-високата степен на окисление + 5 съответства на номера на групата; O и F са сред най-реактивоспособните неметали.
Третият период (Na-Ar) също включва 8 елемента, естеството на химическата промяна. Св. в който е в много отношения подобен на наблюдавания през втория период. Mg и Al обаче са по-„метални“ от съответните. Be и B. Останалите елементи са Si, P, S, Cl и Ar неметали; всички те показват степени на окисление, равни на номера на групата, с изключение на Ar. Т. проба, във втория и третия период, с увеличаване на Z се наблюдава отслабване на металните и увеличаване на неметалните. природата на елементите.
Всички елементи от първите три периода принадлежат към подгрупи а. Според съвременните терминология се наричат елементи, принадлежащи към подгрупи Ia и IIa. I-елементи (в таблицата с цветове техните символи са дадени в червено), към подгрупи IIIa-VIIIa-p-елементи (оранжеви символи).
Четвъртият период (K-Kr) съдържа 18 елемента. След алкален метал К и алкалоземен. Ca (s-елементи) следва поредица от 10 т.нар. преход (Sc-Zn), или d-елементи (сини символи), които са включени в подгрупи b. Повечето преходни елементи (всички те са метали) показват по-високи степени на окисление, равни на номера на групата, с изключение на триадата Fe-Co-Ni, където Fe при определени условия има степен на окисление +6, а Co и Ni са максимално тривалентен. Елементите от Ga до Kr принадлежат към подгрупи a (p-елементи) и естеството на промяната в техните свойства е в много отношения подобно на промяната в свойствата на елементите от втория и третия период в съответните интервали от Z стойности За Kr бяха получени няколко. относително стабилни съединения, главно с Ф.
Петият период (Rb-Xe) е конструиран подобно на четвъртия; също има вмъкване от 10 преходни или d-елемента (Y-Cd). Особености на промените в свойствата на елементите в периода: 1) в триадата Ru-Rh-Pd рутеният проявява максимално ниво на окисление 4-8; 2) всички елементи от подгрупи а, включително Xe, показват по-високи степени на окисление, равни на номера на групата; 3) I има слаби метални свойства. Св. Например, свойствата на елементите от четвъртия и петия период се променят по-сложно с увеличаване на Z, отколкото свойствата на елементите от втория и третия период, което се дължи главно на наличието на преходни d-елементи.
Шестият период (Cs-Rn) съдържа 32 елемента. В допълнение към десет d-елемента (La, Hf-Hg), той включва семейство от 14 f-елемента (черни символи, от Ce до Lu)-лантаниди. Те са много сходни по химия. Свети за вас (предимно в степен на окисление +3) и следователно не може. поставени според различни системни групи. В кратката форма на периодичната таблица всички лантаниди са включени в подгрупа IIIa (клетка La) и тяхната съвкупност е дешифрирана под таблицата. Тази техника не е лишена от недостатъци, тъй като 14-те елемента изглеждат извън системата. В дългите и стълбовидни форми на периодичната таблица спецификата на лантанидите се отразява в общия фон на нейната структура. д-р особености на елементите от периода: 1) в триадата Os Ir Pt само Os проявява макс. степен на окисление +8; 2) At има по-изразен метален ефект в сравнение с I. характер; 3) Rn макс. е реактивен с благородни газове, но силната радиоактивност затруднява изучаването на неговата химия. Св.
Седмият период, както и шестият, трябва да съдържа 32 елемента, но все още не е завършен. Fr и Ra елементи съответно. подгрупи Ia и IIa, Ac е аналог на елементи от подгрупа III6. Според актинидната концепция на G. Seaborg (1944), след Ac идва семейство от 14 актинидни f елемента (Z = 90 103). В кратката форма на периодичната система последните са включени в клетката Ac и подобно на лантанидите се записват отделно. ред под таблицата. Тази техника предполага наличието на определен химикал. прилики между елементи от две f-семейства. Въпреки това, подробно проучване на химията на актинидите показа, че те проявяват много по-широк диапазон от окислителни състояния, включително такива като +7 (Np, Pu, Am). В допълнение, тежките актиниди се характеризират със стабилизиране на по-ниски степени на окисление (+ 2 или дори + 1 за Md).
Химична оценка естеството на Ku (Z = 104) и Ns (Z = 105), синтезирани в броя на единичните, много краткотрайни атоми, ни позволи да заключим, че тези елементи са аналози на съответно. Hf и Ta, т.е. d-елементи, и трябва да бъдат разположени в подгрупи IV6 и V6. Chem. елементи с Z = 106 109 не са идентифицирани, но може да се приеме, че принадлежат към преходните елементи на седмия период. Компютърните изчисления показват, че елементите с Z = 113,118 принадлежат към p-елементите (подгрупа IIIa VIIIa).
Този урок разглежда Периодичния закон и Периодичната таблица на химичните елементи от Д. И. Менделеев в светлината на теорията за структурата на атома. Обясняват се следните понятия: съвременната формулировка на периодичния закон, физическото значение на периода и номерата на групите, причините за периодичността на промените в характеристиките и свойствата на атомите на елементите и техните съединения, като се използват примери за малки и големи периоди. , основните подгрупи, физическото значение на периодичния закон, общите характеристики на елемента и свойствата на неговите съединения въз основа на позицията на елемент в периодичната система.
Тема: Строеж на атома. Периодичен закон
Урок: Периодичен закон и периодична система на химичните елементи Д.И. Менделеев
По време на формирането на науката за химията учените се опитаха да систематизират информация за няколко десетки известни дотогава. Този проблем също очарова D.I. Менделеев. Той търсеше модели и връзки, които да обхващат всички елементи, а не само някои от тях. Менделеев смята, че най-важната характеристика на елемента е масата на неговия атом. След като анализира цялата известна по това време информация за химичните елементи и ги подрежда в нарастващ ред на техните атомни маси, през 1869 г. той формулира периодичния закон.
Декларация на закона:свойствата на химичните елементи, простите вещества, както и съставът и свойствата на съединенията периодично зависят от стойността на атомните маси.
По времето, когато е формулиран периодичният закон, структурата на атома и съществуването на елементарни частици все още не са били известни. Впоследствие също беше установено, че свойствата на веществото не зависят от атомните маси, както предполага Менделеев. Въпреки че без тази информация Д. И. Менделеев не е направил нито една грешка в таблицата си.
След откритието на Моузли, който експериментално установи, че зарядът на ядрото на атома съвпада с поредния номер на химичния елемент, посочен от Менделеев в неговата таблица, бяха направени промени във формулировката на неговия закон.
Съвременна редакция на закона: свойствата на химичните елементи, простите вещества, както и съставът и свойствата на съединенията периодично зависят от стойностите на зарядите на атомните ядра.
Ориз. 1. Графичният израз на периодичния закон е Периодичната таблица на химичните елементи от Д. И. Менделеев
Ориз. 2. Нека разгледаме нотацията, приета в него, използвайки примера на рубидий
Във всяка клетка, съответстваща на даден елемент, са представени: химически символ, име, пореден номер, съответстващ на броя на протоните в атома, относителна атомна маса. Броят на електроните в един атом съответства на броя на протоните. Броят на неутроните в един атом може да се намери чрез разликата между относителната атомна маса и броя на протоните, т.е. атомното число.
н(н 0 ) = A r - З
Количество относителен ред
неутрони атомна маса номер на елемент
Например за изотопа на хлора 35 клброят на неутроните е: 35-17= 18
Компонентите на периодичната система са групи и периоди.
Периодичната таблица съдържа осем групи елементи. Всяка група се състои от две подгрупи: главни и второстепенни.Основните са обозначени с буквата а, а страничните - с буква b. Главната подгрупа съдържа повече елементи от вторичната подгрупа. Главната подгрупа съдържа s- и p-елементи, вторичната подгрупа съдържа d-елементи.
Група- колона от периодичната таблица, която съчетава химични елементи, които са химически подобни поради подобни електронни конфигурации на валентния слой. Това е основният принцип за конструиране на периодичната таблица. Нека разгледаме това като пример за елементите от първите две групи.
Таблица 1
Таблицата показва, че елементите от първата група на главната подгрупа имат един валентен електрон. Елементите от втората група на основната подгрупа имат два валентни електрона.
Някои основни подгрупи имат свои собствени специални имена:
Таблица 2
Низ, наречен период, е последователност от елементи, подредени по реда на увеличаване на заряда на техните ядра, започвайки с алкален метал (или водород) и завършвайки с благороден газ.
Номерпериодът е равен брой електронни нивав атом.
Има два основни варианта за представяне на периодичната система: дългопериодична, в която се разграничават 18 групи (фиг. 3) и краткопериодична, в която има 8 групи, но се въвежда концепцията за главни и второстепенни подгрупи (фиг. 1).
Домашна работа
1. № 3-5 (стр. 22) Рудзитис Г.Е. Химия. Основи на общата химия. 11 клас: учебник за общообразователни институции: основно ниво / G.E. Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - 14-то изд. - М.: Образование, 2012.
2. Сравнете електронната конфигурация на въглеродните и силициевите атоми. Какви валентни и окислителни степени могат да проявяват в химичните съединения? Дайте формули за съединения на тези елементи с водород. Дайте формулите на техните съединения с кислород в най-висока степен на окисление.
3. Напишете електронните формули на външните обвивки на следните елементи: 14 Si, 15 P, 16 S, 17 Cl, 34 Se, 52 Te. Три елемента от тази серия са химически аналози (показват подобни химични свойства). Какви са тези елементи?
1. Докажете, че периодичният закон на Д. И. Менделеев, както всеки друг закон на природата, изпълнява обяснителни, обобщаващи и предсказващи функции. Дайте примери, илюстриращи тези функции на други закони, познати ви от курсовете по химия, физика и биология.
Периодичният закон на Менделеев е един от основните закони на химията. Може да се твърди, че цялата съвременна химия е изградена върху него. Той обяснява зависимостта на свойствата на атомите от тяхната структура, обобщава тази зависимост за всички елементи, разделяйки ги на различни групи, а също така прогнозира техните свойства в зависимост от структурата и структурата в зависимост от свойствата.
Има и други закони, които имат обяснителна, обобщаваща и предсказваща функция. Например законът за запазване на енергията, законът за пречупване на светлината, генетичният закон на Мендел.
2. Назовете химичен елемент, в атома на който електроните са подредени на нива според поредица от числа: 2, 5. Какво просто вещество образува този елемент? Каква е формулата на неговото водородно съединение и как се нарича? Каква е формулата на най-високия оксид на този елемент, какъв е неговият характер? Напишете уравненията на реакцията, характеризиращи свойствата на този оксид.
3. Берилият преди е бил класифициран като елемент от група III и неговата относителна атомна маса се е считала за 13,5. Защо Д. И. Менделеев го премести в група II и коригира атомната маса на берилия от 13,5 на 9?
Преди това елементът берилий погрешно беше причислен към група III. Причината за това е неправилното определяне на атомната маса на берилия (вместо 9 се счита за равно на 13,5). Д. И. Менделеев предполага, че берилият е във II група, въз основа на химичните свойства на елемента. Свойствата на берилия са много подобни на тези на Mg и Ca и напълно различни от тези на Al. Знаейки, че атомните маси на Li и B, съседни на Be елементи, са равни съответно на 7 и 11, Д. И. Менделеев приема, че атомната маса на берилия е 9.
4. Напишете уравненията на реакцията между просто вещество, образувано от химичен елемент, в атом на който електроните са разпределени между енергийни нива според поредица от числа: 2, 8, 8, 2, и прости вещества, образувани от елементи No. 7 и номер 8 в периодичната таблица. Какъв тип химична връзка присъства в продуктите на реакцията? Каква кристална структура имат първоначалните прости вещества и продуктите от тяхното взаимодействие?
5. Подредете следните елементи в реда на увеличаване на металните свойства: As, Sb, N, P, Bi. Обосновете получената серия въз основа на структурата на атомите на тези елементи.
N, P, As, Sb, Bi - укрепване на металните свойства. Металните свойства на групите се подобряват.
6. Подредете следните елементи в ред на нарастване на неметалните свойства: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Обосновете получената серия въз основа на структурата на атомите на тези елементи.
Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl - укрепване на неметалните свойства. Неметалните свойства се увеличават с периоди.
7. Подредете по ред на отслабване на киселинните свойства оксидите, чиито формули са: SiO2, P2O5, Al2O3, Na2O, MgO, Cl2O7. Обосновете получената серия. Запишете формулите на хидроксидите, съответстващи на тези оксиди. Как се променя техният кисел характер в сериала, който предложихте?
8. Напишете формулите на борните, берилиевите и литиевите оксиди и ги подредете във възходящ ред на основните свойства. Запишете формулите на хидроксидите, съответстващи на тези оксиди. Каква е тяхната химическа природа?
9. Какво представляват изотопите? Как откриването на изотопите допринесе за развитието на периодичния закон?
Периодичната таблица на елементите отразява връзката на химичните елементи. Атомният номер на елемента е равен на заряда на ядрото, а числено е равен на броя на протоните. Броят на неутроните, съдържащи се в ядрата на един елемент, за разлика от броя на протоните, може да бъде различен. Атомите на един и същ елемент, чиито ядра съдържат различен брой неутрони, се наричат изотопи.
Всеки химичен елемент има няколко изотопа (естествени или изкуствено получени). Атомната маса на химичния елемент е равна на средната стойност на масите на всички негови естествени изотопи, като се вземе предвид тяхното изобилие.
С откриването на изотопите зарядите на ядрата, а не техните атомни маси, започнаха да се използват за разпределяне на елементите в периодичната таблица.
10. Защо зарядите на атомните ядра на елементите в периодичната таблица на Д. И. Менделеев се променят монотонно, т.е. зарядът на ядрото на всеки следващ елемент се увеличава с единица в сравнение с заряда на атомното ядро на предишния елемент и свойствата на елементите и образуваните от тях вещества се променят периодично?
Това се дължи на факта, че свойствата на елементите и техните съединения не зависят от общия брой електрони, а само от валентните, които се намират в последния слой. Броят на валентните електрони се променя периодично, следователно свойствата на елементите също се променят периодично.
11. Дайте три формулировки на периодичния закон, в които относителната атомна маса, зарядът на атомното ядро и структурата на външните енергийни нива в електронната обвивка на атома се вземат като основа за систематизирането на химичните елементи.
1. Свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества са периодично зависими от относителните атомни маси на елементите.
2. Свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества са периодично зависими от заряда на атомните ядра на елементите.
3. Свойствата на химичните елементи и образуваните от тях вещества са периодично зависими от структурата на външните енергийни нива в електронната обвивка на атома.
Периодичният закон на Д.И.Менделеев.
Свойствата на химичните елементи и следователно свойствата на образуваните от тях прости и сложни тела периодично зависят от големината на атомното тегло.
Физически смисъл на периодичния закон.
Физическият смисъл на периодичния закон се състои в периодичната промяна на свойствата на елементите в резултат на периодично повтарящи се e-ти обвивки на атоми с последователно увеличаване на n.
Съвременна формулировка на ПЗ на Д.И.Менделеев.
Свойствата на химичните елементи, както и свойствата на образуваните от тях прости или сложни вещества, периодично зависят от големината на заряда на ядрата на техните атоми.
Периодична система от елементи.
Периодичната система е система от класификации на химични елементи, създадена въз основа на периодичния закон. Периодичната таблица установява връзки между химичните елементи, отразявайки техните прилики и разлики.
Периодична таблица (има два вида: къса и дълга) на елементите.
Периодичната таблица на елементите е графично представяне на периодичната система от елементи, състои се от 7 периода и 8 групи.
Въпрос 10
Периодична система и структура на електронните обвивки на атомите на елементите.
По-късно беше установено, че не само серийният номер на даден елемент има дълбоко физическо значение, но и други понятия, обсъдени по-рано, също постепенно придобиха физическо значение. Например номерът на групата, показващ най-високата валентност на даден елемент, по този начин разкрива максималния брой електрони в атом на даден елемент, който може да участва в образуването на химична връзка.
Номерът на периода, от своя страна, се оказа свързан с броя на енергийните нива, присъстващи в електронната обвивка на атом на елемент от даден период.
Така например „координатите“ на калай Sn (сериен номер 50, период 5, главна подгрупа на група IV) означават, че в атома на калай има 50 електрона, те са разпределени на 5 енергийни нива, само 4 електрона са валентни .
Физическият смисъл на намирането на елементи в подгрупи от различни категории е изключително важен. Оказва се, че за елементите, разположени в подгрупи от категория I, следващият (последният) електрон се намира на s-поднивовъншно ниво. Тези елементи принадлежат към семейството на електрониката. За атоми на елементи, разположени в подгрупи от категория II, следващият електрон се намира на p-поднивовъншно ниво. Това са елементи от електронното семейство "p". По този начин следващият 50-ти електрон в атомите на калай се намира на p-подниво на външното, т.е. 5-то енергийно ниво.
За атоми на елементи от подгрупи от категория III следващият електрон се намира на d-подниво, но вече на външно ниво това са елементи от електронното семейство „d“. В лантаноидните и актинидните атоми следващият електрон се намира на f-поднивото, преди външното ниво. Това са елементите от семейството на електроните "е".
Следователно не е съвпадение, че номерата на подгрупите от тези 4 категории, отбелязани по-горе, т.е. 2-6-10-14, съвпадат с максималния брой електрони в поднивата s-p-d-f.
Но се оказва, че е възможно да се реши въпросът за реда на запълване на електронната обвивка и да се изведе електронната формула за атом на всеки елемент на базата на периодичната система, която с достатъчна яснота показва нивото и поднивото на всеки последователен електрон. Периодичната система също така показва подреждането на елементите един след друг в периоди, групи, подгрупи и разпределението на техните електрони между нива и поднива, тъй като всеки елемент има свой собствен, характеризиращ последния му електрон. Като пример, нека разгледаме съставянето на електронна формула за атом на елемента цирконий (Zr). Периодичната система дава показатели и „координати” на този елемент: пореден номер 40, период 5, група IV, вторична подгрупа: а) има общо 40 електрона, б) тези 40 електрона са разпределени на пет енергийни нива; в) от 40 електрона само 4 са валентни, г) следващият 40-ти електрон е навлязъл на d-подниво преди външното, т.е. четвъртото енергийно ниво, могат да се направят подобни заключения за всеки от 39-те елемента, предшестващи циркония, само за индикаторите и. координатите ще бъдат различни всеки път.
