Сторінка
1

Періодичний закон і періодична cистема елементів Д.Менделєєва. Будова атому. Хімічний зв‘язок

Формулювання періодичного закону. Структура періодичної системи. Періоди, групи, підгрупи. Зміна властивостей елементів у періодах та групах. Характеристика хімічних елементів за їх положенням у періодичній таблиці.

Основи сучасної теорії будови атома. Склад атомних ядер. Електронні оболонки атомів. Розташування електронів по квантових електронних рівнях та підрівнях. Електронні формули атомів. Квантові комірки. Валентні електрони. Утворення хімічного зв‘язку. Типи хімічного зв‘язку.

Періодичний закон і періодична таблиця елементів

Періодичний закон хімічних елементів і його графічне відображення – періодична таблиця – є сучасною основою для вивчення властивостей елементів та їх сполук. Перше формулювання закону було таким: властивості елементів та їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини атомної ваги елементів (Д.Менделєєв, 1869 р.). З часом формулювання закону змінювалось і в сучасному викладенні читається так: властивості хімічних елементів та їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини заряду ядер їх атомів (порядкового номера або протонного числа). Періодична таблиця побудована за зростанням порядкових номерів елементів і поділяється на горизонтальні періоди і вертикальні групи відповідно з тим, що елементи періодично утворюють однотипні форми сполук, мають одакову валентність. Всього відомо 7 періодів і 8 груп елементів.

Період – це сукупність (ряд) хімічних елементів, побудований в порядку зростання заряду ядер атомів, який починається (крім першого) активним лужним металом і закінчується благородним газом. Періоди діляться на малі і великі. Малі періоди: 1, 2, 3,- мають відповідно 2, 8, 8 елементів. Великі періоди: 4, 5, 6, - мають відповідно 18, 18, 32 елементів. 7 великий період незавершений.

У періоді зліва направо спостерігається зменшення металічних властивостей елементів і зростання неметалічних. Останні члени ряду – благородні гази, хімічно мало активні.

За подібністю хімічних властивостей елементи в таблиці поділяються на 8 груп, які складаються з двох підгруп: головної і побічної. Головні підгрупи містять елементи малих і великих періодів, наприклад, головна підгрупа І -ої групи складається з елементів H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr; головна підгрупа ІV-ої групи – з C, Si, Ge, Sn, Pb; головна підгрупа VII-ої групи – з F, Cl, Br, I, At. До побічних підгруп входять елементи тільки великих періодів: 4, 5, 6, 7, - які мають металічні властивості. Наприклад, побічна підгрупа І-ої групи складається з металів: Cu, Ag, Au; побічна підгрупа ІІІ-ої групи – Sc, Y, La, Ac; побічна підгрупа VІ-ої групи – Сr, Mo, W.

Характеристика хімічних елементів за їх положенням у періодичній таблиці

Знаючи місце елемента в періодичній таблиці: порядковий номер, період, групу, підгрупу, - можна досить чітко визначити деякі його властивості. По-перше, якщо елемент знаходиться на початку періоду, в І, ІІ, ІІІ групах, він має металічні властивості, якщо в кінці періоду – неметалічні властивості. Всі елементи побічних підгруп є металами. Можна також визначити атомну масу, густину, температуру плавлення та інше як середнє аріфметичне від відповідних костант його чотирьох “сусідів” ліворуч, праворуч, зверху, знизу. Наприклад, атомна маса селену

АSe = (75 + 80 + 32 + 128) / 4 = 78,7,

що дуже близько до табличної (78,96).

Номер головної підгрупи дозволяє визначити валентність елемента за киснем і за воднем, як показано в темі 1. Наприклад, для елемента V- групи головної підгрупи № 33 миш‘яку As валентність за киснем дорівнює ІІІ або V; валентність за воднем: (8 - № групи) = 8 – 5 = 3 (ІІІ) в сполуках As2O3, As2O5; AsH3.

У VIII групі знаходяться трiади елементів: Fe, Co, Ni; Ru, Ro, Pd; Os, Ir, Pt; які дуже схожі за фізичними і хімічними властивостями і називаються родинами: родина заліза, родина платини та ін. Також дуже схожі за властивостями елементи – лантаноїди і актиноїди, які розміщуються внизу таблиці.

Періодичний закон і система елементів зробили великий вплив на розвиток хімії. Наприклад, видатні вчені В.Вернадський і О.Ферсман показали тісний зв‘язок між геохімічними властивостями елементів – їх поширеністю у земній корі, міграцією та інше – і періодичним законом. Велике значення має він для розвитку ядерної хімії та синтезу нових позауранових елементів, сучасної теорії сплавів, теорії каталізу. Велике філософське значення закону у пізнанні всесвіту.

Основи сучасної теорії будови атома

Всі елементи побудовані з атомів, які складаються з позитивно зарядженого ядра і електронів і відрізняються атомною масою. Маса атома складається з маси протонів +1 р і нейтронів 01n. Число протонів дорівнює порядковому номеру елемента в таблиці і числу електронів навколо ядра. Число нейтронів можна визначити, якщо від атомної маси відняти число протонів.

При хімічних реакціях cклад ядра атомів залишається сталим, змінюються тільки електронні оболонки. Тому для розуміння хімічної поведінки елементів треба знати будову електронних шарів їх атомів. Електронні шари на різних відстанях від ядра розрізняються енергією, утворюють енергетичний рівень. Число енергетичних рівнів в атомі дорівнює номеру періода, в якому знаходиться елемент, тобто всього відомо 7 енергетичних рівнів. Наприклад, елементи І-ого періоду мають один енергетичний рівень, другого – два, третього – три і т.д. до семи. Максимальне число електронів, яке може бути у тому чи іншому енергетичному рівні, дорівнює 2, 8, 18, 32, - і визначається за формулою Ne = 2 n2 , де n – головне квантове число або номер періоду.

Енергетичні рівні діляться на підрівні. Всього відомо 4 енергетичних підрівня, які позначаються літерами s, p, d, f. Емність підрівнів: s2, p6, d10, f14. Число електронів на останньому зовнішньому підрівні дорівнює номеру групи в таблиці. Ці електрони називаються зовнішніми або валентними, вони беруть участь в утворенні хімічних зв‘язків з іншими атомами. Наприклад, атом магнію Mg, який знаходиться в 3-ому періоді і ІІ-ій групі, порядковий номер 12, має 12 електронів, які розташовані на трьох енергетичних рівнях по 2, 8, 2 електрона. Зовнішніми є два електрони третього періоду, вони знаходяться на підрівні s.

Взагалі для будь-якого атома в таблиці порядок заповнення енергетичних рівнів і підрівнів має вигляд 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d104p6 5s24d105p6 6s24f145d106p6 7s25f146d10… З цього ряду видно, що елементи побічних підгруп в 4, 5, 6,7 періодах є d10- елементами – металами; лантаноїди і актиноїди – 4 f14 та 5f14 – елементами. Кожний період починається двома s – елементами – активними металами, а закінчується шістьма р-елементами - амфотерними металами і неметалами.

За допомогою електронних формул можна записати електронну структуру будь-якого атома. Наприклад, електронна формула атома сірки, порядковий номер 16, має вигляд 1s22s22p63s23p4. Електронна формула атома заліза, порядковий номер 26, буде 1s22s22p63s23p64s23d6.