Periodiek recht en het periodiek systeem van chemische elementen van Mendelejev. Periodiek recht en periodiek systeem Wiskundige formule van de periodieke wet van Mendelejev

ONTDEKKING VAN DE PERIODIEKE WET

De periodieke wet werd ontdekt door D.I. Mendelejev terwijl hij werkte aan de tekst van het leerboek 'Fundamentals of Chemistry', toen hij moeilijkheden ondervond bij het systematiseren van het feitelijke materiaal. Halverwege februari 1869 kwam de wetenschapper, nadenkend over de structuur van het leerboek, geleidelijk tot de conclusie dat de eigenschappen van eenvoudige stoffen en de atoommassa's van elementen met elkaar verbonden zijn door een bepaald patroon.

De ontdekking van het periodiek systeem der elementen gebeurde niet toevallig; het was het resultaat van enorm werk, lang en nauwgezet werk, dat werd besteed door Dmitry Ivanovich zelf en vele scheikundigen onder zijn voorgangers en tijdgenoten. “Toen ik mijn classificatie van de elementen begon af te ronden, schreef ik elk element en zijn samenstellingen op afzonderlijke kaarten, en vervolgens, door ze in de volgorde van groepen en reeksen te rangschikken, ontving ik de eerste visuele tabel van de periodieke wet. Maar dit was slechts het slotakkoord, het resultaat van al het voorgaande werk...' zei de wetenschapper. Mendelejev benadrukte dat zijn ontdekking het resultaat was van twintig jaar nadenken over de verbanden tussen elementen, nadenken over de relaties tussen elementen van alle kanten.

Op 17 februari (1 maart) werd het manuscript van het artikel, dat een tabel bevatte met de titel ‘Een experiment met een systeem van elementen gebaseerd op hun atoomgewichten en chemische overeenkomsten’, voltooid en aan de pers voorgelegd met aantekeningen voor zetters en de datum “17 februari 1869.” De aankondiging van de ontdekking van Mendelejev werd gedaan door de redacteur van de Russian Chemical Society, professor N.A. Menshutkin, tijdens een bijeenkomst van de vereniging op 22 februari (6 maart) 1869. Mendelejev zelf was niet aanwezig bij de bijeenkomst, aangezien op dat moment in opdracht van de Free Economic Society onderzocht hij de Tverskaya-kaasfabrieken en de provincies van Novgorod.

In de eerste versie van het systeem werden de elementen door de wetenschapper gerangschikt in negentien horizontale rijen en zes verticale kolommen. Op 17 februari (1 maart) was de ontdekking van de periodieke wet nog lang niet voltooid, maar pas begonnen. Dmitry Ivanovich zette zijn ontwikkeling en verdieping nog bijna drie jaar voort. In 1870 publiceerde Mendelejev de tweede versie van het systeem in “Fundamentals of Chemistry” (“Natural System of Elements”): horizontale kolommen van analoge elementen veranderd in acht verticaal gerangschikte groepen; de zes verticale kolommen van de eerste versie werden periodes die begonnen met alkalimetaal en eindigden met halogeen. Elke periode was verdeeld in twee series; elementen van verschillende series die deel uitmaakten van de groep vormden subgroepen.

De essentie van de ontdekking van Mendelejev was dat met een toename van de atomaire massa van chemische elementen hun eigenschappen niet monotoon, maar periodiek veranderen. Na een bepaald aantal elementen met verschillende eigenschappen, gerangschikt in toenemend atoomgewicht, beginnen de eigenschappen zich te herhalen. Het verschil tussen het werk van Mendelejev en het werk van zijn voorgangers was dat Mendelejev niet één basis had voor het classificeren van elementen, maar twee: atomaire massa en chemische gelijkenis. Om de periodiciteit volledig in acht te nemen, corrigeerde Mendelejev de atoommassa's van sommige elementen, plaatste hij verschillende elementen in zijn systeem in strijd met de destijds aanvaarde ideeën over hun gelijkenis met andere, en liet hij lege cellen in de tabel achter waar nog niet ontdekte elementen aanwezig waren. geplaatst had moeten worden.

In 1871 formuleerde Mendelejev op basis van deze werken de Periodieke Wet, waarvan de vorm in de loop van de tijd enigszins werd verbeterd.

Het periodiek systeem der elementen had een grote invloed op de daaropvolgende ontwikkeling van de chemie. Het was niet alleen de eerste natuurlijke classificatie van chemische elementen, waaruit bleek dat ze een harmonieus systeem vormen en nauw met elkaar verbonden zijn, maar het was ook een krachtig hulpmiddel voor verder onderzoek. Toen Mendelejev zijn tabel samenstelde op basis van de periodieke wet die hij ontdekte, waren veel elementen nog onbekend. Mendelejev was er niet alleen van overtuigd dat er nog onbekende elementen moesten zijn die deze ruimtes zouden opvullen, maar hij voorspelde ook vooraf de eigenschappen van dergelijke elementen op basis van hun positie tussen andere elementen van het periodiek systeem. In de daaropvolgende vijftien jaar werden de voorspellingen van Mendelejev op briljante wijze bevestigd; alle drie de verwachte elementen werden ontdekt (Ga, Sc, Ge), wat de grootste triomf van de periodieke wet was.

DI. Mendelejev diende het manuscript in: “Ervaring van een systeem van elementen gebaseerd op hun atoomgewicht en chemische gelijkenis” // Presidentiële Bibliotheek // Dag in de Geschiedenis http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006

RUSSISCHE CHEMISCHE SAMENLEVING

De Russian Chemical Society is een wetenschappelijke organisatie opgericht aan de Universiteit van St. Petersburg in 1868 en was een vrijwillige vereniging van Russische chemici.

De noodzaak om de Vereniging op te richten werd aangekondigd op het eerste congres van Russische natuuronderzoekers en artsen, dat eind december 1867 - begin januari 1868 in Sint-Petersburg werd gehouden. Op het congres werd het besluit van de deelnemers van de Chemische Sectie bekendgemaakt. :

“De Chemische Sectie sprak de unanieme wens uit om zich te verenigen in de Chemical Society voor de communicatie van de reeds gevestigde krachten van Russische scheikundigen. De sectie gelooft dat deze vereniging leden zal hebben in alle steden van Rusland, en dat de publicatie ervan de werken van alle Russische scheikundigen zal omvatten, gepubliceerd in het Russisch.

Tegen die tijd waren er in verschillende Europese landen al chemische verenigingen opgericht: de London Chemical Society (1841), de French Chemical Society (1857), de German Chemical Society (1867); De American Chemical Society werd in 1876 opgericht.

Het Charter van de Russian Chemical Society, hoofdzakelijk samengesteld door D.I. Mendelejev, werd op 26 oktober 1868 goedgekeurd door het Ministerie van Openbaar Onderwijs en de eerste bijeenkomst van de Society vond plaats op 6 november 1868. St. Petersburg, Kazan, Moskou, Warschau, Kiev, Charkov en Odessa. N. N. Zinin werd de eerste president van de Russische Culturele Vereniging, en N. A. Menshutkin werd de secretaris. Leden van de vereniging betaalden lidmaatschapsgelden (10 roebel per jaar), nieuwe leden werden alleen toegelaten op aanbeveling van drie bestaande leden. In het eerste jaar van zijn bestaan ​​groeide de RCS van 35 naar 60 leden en bleef de daaropvolgende jaren soepel groeien (129 in 1879, 237 in 1889, 293 in 1899, 364 in 1909, 565 in 1917).

In 1869 had de Russian Chemical Society zijn eigen gedrukte orgel: het Journal of the Russian Chemical Society (ZHRKhO); Het tijdschrift verscheen 9 keer per jaar (maandelijks, behalve de zomermaanden). De redacteur van ZhRKhO van 1869 tot 1900 was N. A. Menshutkin, en van 1901 tot 1930 - A. E. Favorsky.

In 1878 fuseerde de Russian Chemical Society met de Russian Physical Society (opgericht in 1872) om de Russian Physico-Chemical Society te vormen. De eerste presidenten van de Russische Federale Chemische Vereniging waren AM Butlerov (in 1878–1882) en DI Mendelejev (in 1883–1887). In verband met de eenwording in 1879 (vanaf het 11e deel) werd het “Journal of the Russian Chemical Society” omgedoopt tot “Journal of the Russian Physico-Chemical Society”. De publicatiefrequentie was 10 nummers per jaar; Het tijdschrift bestond uit twee delen: chemisch (ZhRKhO) en fysiek (ZhRFO).

Veel werken van klassiekers uit de Russische chemie werden voor het eerst gepubliceerd op de pagina's van ZhRKhO. We kunnen vooral het werk van D. I. Mendelejev opmerken over de creatie en ontwikkeling van het periodiek systeem der elementen en A. M. Butlerov, geassocieerd met de ontwikkeling van zijn theorie over de structuur van organische verbindingen; onderzoek door N.A. Menshutkin, D.P. Konovalov, N.S. Kurnakov, L.A. Chugaev op het gebied van anorganische en fysische chemie; V.V. Markovnikov, E.E. Vagner, A.M. Zaitsev, S.N. Reformatsky, A.E. Favorsky, N.D. Zelinsky, S.V. Lebedev en A.E. Arbuzov op het gebied van de organische chemie. In de periode van 1869 tot 1930 werden 5067 originele chemische studies gepubliceerd in ZhRKhO, samenvattingen en overzichtsartikelen over bepaalde kwesties van de chemie, en vertalingen van de meest interessante werken uit buitenlandse tijdschriften.

RFCS werd de oprichter van de Mendelejev-congressen over algemene en toegepaste scheikunde; De eerste drie congressen werden gehouden in Sint-Petersburg in 1907, 1911 en 1922. In 1919 werd de publicatie van ZHRFKhO opgeschort en pas in 1924 hervat.

Goedkeuring van de atoom-moleculaire theorie aan het begin van de 18e-19e eeuw. ging gepaard met een snelle toename van het aantal bekende chemische elementen. Pas in het eerste decennium van de 19e eeuw. Er werden 14 nieuwe elementen ontdekt. De Engelse chemicus G. Davy (1778–1829) gebruikte elektrolyse om in één jaar tijd zes nieuwe elementen te verkrijgen: natrium, kalium, magnesium, calcium, strontium en barium. In 1830 bereikte het aantal bekende elementen 55.

Het bestaan ​​van een dergelijk aantal elementen, zeer divers in eigenschappen, bracht scheikundigen in verwarring en vereiste systematisering van de elementen. Sommige wetenschappers, die de overeenkomsten tussen verschillende elementen opmerkten, combineerden ze in afzonderlijke groepen, maar de redenen voor de merkbare verandering in eigenschappen waren niet vastgesteld. Periodieke wet van chemische elementen- een fundamentele natuurwet - werd ontdekt door de grote Russische scheikundige D.I. Mendelejev in 1869 als gevolg van de systematisering van chemische elementen, afhankelijk van hun atoomgewicht: de eigenschappen van eenvoudige lichamen, evenals de vormen en eigenschappen van verbindingen van elementen, zijn periodiek afhankelijk van de atoomgewichten van de elementen.

Ondanks de enorme betekenis van Mendelejevs ontdekking vertegenwoordigde deze slechts een briljante empirische generalisatie van feiten, en hun fysieke betekenis bleef lange tijd onduidelijk. De reden was dat in de 19e eeuw. er was geen begrip van de complexe structuur van het atoom. Mendelejev zelf schreef bij deze gelegenheid: “De periodieke variabiliteit van eenvoudige en complexe lichamen is onderworpen aan een hogere wet, waarvan de aard, en vooral de oorzaak, nog steeds niet te begrijpen is. Naar alle waarschijnlijkheid ligt deze in het fundamentele principes van de interne mechanica van atomen en deeltjes.”

Gegevens over de structuur van de atoomkern en de verdeling van elektronen in atomen stellen ons in staat een frisse blik te werpen op de periodieke wet, die in zijn moderne formulering luidt: de eigenschappen van eenvoudige stoffen, evenals de vormen en eigenschappen van verbindingen van elementen, zijn periodiek afhankelijk van de lading van de atoomkern (rangnummer).

Deze formulering van de wet is niet in tegenspraak met de formulering van Mendelejev. Het is alleen gebaseerd op nieuwe gegevens die de wet fysieke geldigheid geven en de juistheid ervan bevestigen. Voorbeelden die de manifestatie van de periodieke wet van chemische elementen illustreren, kunnen de periodieke afhankelijkheid zijn van de dichtheid van eenvoudige stoffen in de vaste toestand van het atoomnummer van het element (kernlading), of dergelijke kenmerken van een atoom als zijn grootte, ionisatie-energie , elektronegativiteit, oxidatietoestand, die een periodieke afhankelijkheid hebben van de lading van de atoomkern ( rijst. 4.3).

De tabelvorm voor het weergeven van de periodieke wet is periodiek systeem van chemische elementen, ontwikkeld door Mendelejev in 1869-1871.

Rijst. 4.3 Afhankelijkheid van de dichtheid van eenvoudige stoffen in de vaste toestand van het atoomnummer.

In het periodieke systeem van chemische elementen zijn alle momenteel bekende chemische elementen gerangschikt in oplopende volgorde van de ladingen van hun atoomkernen, numeriek gelijk aan het atoomnummer van het element, en vormen ze 7 horizontale perioden, die elk, met uitzondering van de eerste begint met een alkalimetaal en eindigt met een inert gas, en de zevende periode is onvolledig. De eerste drie perioden, bestaande uit één rij, worden klein genoemd, de rest - groot.

Verticaal zijn de chemische elementen gerangschikt in 8 verticale kolommengroepen, en elke groep is verdeeld in twee subgroepen: de hoofdgroep, bestaande uit elementen uit de tweede en derde periode en soortgelijke elementen uit grote perioden, en een secundaire, bestaande uit metalen uit grote perioden. Afzonderlijk onderaan de tabel staan ​​elementen met serienummers 58-71, lanthaniden genoemd, en elementen met serienummers 90-103, actiniden genoemd. In elke cel van het periodieke systeem van chemische elementen wordt, naast de naam van het element en zijn serienummer, de waarde van de relatieve atomaire massa van het element gegeven en wordt de verdeling van elektronen naar energieniveaus weergegeven ( rijst. 4.4).

Rijst. 4.4. Fragment van het periodiek systeem van chemische elementen.

Op basis van de periodieke wet van chemische elementen en het periodiek systeem kwam Mendelejev tot de conclusie over het bestaan ​​van nieuwe elementen, waarvan hij de eigenschappen in detail beschreef en ze conventionele namen gaf: ekaboron, ekaaluminum en ekasilicon. De voorspellingen van Mendelejev werden op briljante wijze bevestigd: alle drie de elementen werden ontdekt en kregen de namen van de landen waar ontdekkingen werden gedaan en mineralen werden gevonden die deze elementen bevatten: gallium,scandium,germanium. Zo voerde Mendelejev een briljante theoretische analyse uit van een groot aantal experimentele gegevens, synthetiseerde zijn resultaten in de vorm van een algemene wet en maakte op basis daarvan voorspellingen, die al snel experimenteel werden bevestigd. Dit werk is een klassiek voorbeeld van een wetenschappelijke benadering om de wereld om ons heen te begrijpen.

De periodieke wet van chemische elementen is een fundamentele natuurwet die de periodiciteit van veranderingen in de eigenschappen van chemische elementen vaststelt naarmate de ladingen van de kernen van hun atomen toenemen. De datum van ontdekking van de wet wordt beschouwd als 1 maart (17 februari, oude stijl) 1869, toen D.I. Mendelejev de ontwikkeling voltooide van de ‘Ervaring van een systeem van elementen gebaseerd op hun atoomgewicht en chemische gelijkenis’. De wetenschapper gebruikte eind 1870 voor het eerst de term ‘periodieke wet’ (‘wet van periodiciteit’). Volgens Mendelejev hebben ‘drie soorten gegevens’ bijgedragen aan de ontdekking van de periodieke wet. Ten eerste de aanwezigheid van een voldoende groot aantal bekende elementen (63); ten tweede een bevredigende kennis van de eigenschappen van de meeste ervan; ten derde het feit dat de atoomgewichten van veel elementen met goede nauwkeurigheid werden bepaald, waardoor chemische elementen in een natuurlijke reeks konden worden gerangschikt in overeenstemming met de toename van hun atoomgewicht. Mendelejev beschouwde de beslissende voorwaarde voor de ontdekking van de wet als de vergelijking van alle elementen op basis van hun atoomgewichten (voorheen werden alleen chemisch vergelijkbare elementen vergeleken).

De klassieke formulering van de periodieke wet, gegeven door Mendelejev in juli 1871, luidde: “De eigenschappen van de elementen, en dus de eigenschappen van de eenvoudige en complexe lichamen die ze vormen, zijn periodiek afhankelijk van hun atoomgewicht.” Deze formulering bleef ruim veertig jaar van kracht, maar de periodieke wet bleef slechts een weergave van feiten en had geen fysieke basis. Dit werd pas halverwege de jaren tien mogelijk, toen het nucleaire planetaire model van het atoom werd ontwikkeld (zie Atoom) en werd vastgesteld dat het serienummer van een element in het periodiek systeem numeriek gelijk is aan de lading van de kern van zijn element. atoom. Als gevolg hiervan werd de fysieke formulering van de periodieke wet mogelijk: “De eigenschappen van elementen en de eenvoudige en complexe stoffen die ze vormen zijn periodiek afhankelijk van de grootte van de ladingen van de kernen (Z) van hun atomen.” Het wordt nog steeds veel gebruikt. De essentie van de periodieke wet kan met andere woorden worden uitgedrukt: “De configuraties van de buitenste elektronenschillen van atomen worden periodiek herhaald naarmate Z toeneemt”; Dit is een soort “elektronische” formulering van de wet.

Een essentieel kenmerk van de periodieke wet is dat deze, in tegenstelling tot sommige andere fundamentele natuurwetten (bijvoorbeeld de wet van de universele zwaartekracht of de wet van de gelijkwaardigheid van massa en energie), geen kwantitatieve uitdrukking heeft, dat wil zeggen dat ze niet kan worden uitgedrukt. worden geschreven in de vorm van een of andere wiskundige formule of vergelijking. Ondertussen probeerden Mendelejev zelf en andere wetenschappers te zoeken naar een wiskundige uitdrukking van de wet. In de vorm van formules en vergelijkingen kunnen verschillende patronen voor het construeren van elektronische configuraties van atomen kwantitatief worden uitgedrukt, afhankelijk van de waarden van de hoofd- en orbitale kwantumgetallen. Wat de periodieke wet betreft, deze heeft een duidelijke grafische weerspiegeling in de vorm van een periodiek systeem van chemische elementen, voornamelijk weergegeven door verschillende soorten tabellen.

De periodieke wet is een universele wet voor het hele universum en manifesteert zich overal waar materiële structuren van het atomaire type bestaan. Het zijn echter niet alleen de configuraties van atomen die periodiek veranderen naarmate Z toeneemt. Het bleek dat de structuur en eigenschappen van atoomkernen ook periodiek veranderen, hoewel de aard van de periodieke verandering hier veel gecompliceerder is dan in het geval van atomen: in de kernen vindt een regelmatige vorming van protonen- en neutronenschillen plaats. Kernen waarin deze schillen zijn gevuld (ze bevatten 2, 8, 20, 50, 82, 126 protonen of neutronen) worden 'magie' genoemd en worden beschouwd als een soort grenzen van de perioden van het periodieke systeem van atoomkernen.

Periodieke wet van D.I.

De eigenschappen van chemische elementen, en dus de eigenschappen van de eenvoudige en complexe lichamen die ze vormen, zijn periodiek afhankelijk van de grootte van het atoomgewicht.

Fysische betekenis van de periodieke wet.

De fysieke betekenis van de periodieke wet ligt in de periodieke verandering in de eigenschappen van elementen, als resultaat van periodiek herhalende e-de schillen van atomen, met een consistente toename van n.

Moderne formulering van Mendelejevs PZ.

De eigenschappen van chemische elementen, evenals de eigenschappen van de eenvoudige of complexe stoffen die ze vormen, hangen periodiek af van de grootte van de lading van de kernen van hun atomen.

Periodiek systeem der elementen.

Het periodieke systeem is een systeem van classificaties van chemische elementen, gecreëerd op basis van de periodieke wet. Het periodiek systeem legt relaties vast tussen chemische elementen en weerspiegelt hun overeenkomsten en verschillen.

Periodiek systeem (er zijn twee soorten: kort en lang) van elementen.

Het periodiek systeem der elementen is een grafische weergave van het periodieke systeem der elementen, bestaat uit 7 perioden en 8 groepen.

Vraag 10

Periodiek systeem en structuur van elektronische omhulsels van atomen van elementen.

Vervolgens bleek dat niet alleen het serienummer van een element een diepe fysieke betekenis heeft, maar dat ook andere eerder besproken concepten geleidelijk een fysieke betekenis kregen. Het groepsnummer, dat de hoogste valentie van een element aangeeft, onthult daarmee bijvoorbeeld het maximale aantal elektronen in een atoom van een bepaald element dat kan deelnemen aan de vorming van een chemische binding.

Het periodenummer bleek op zijn beurt gerelateerd te zijn aan het aantal energieniveaus dat aanwezig was in de elektronenschil van een atoom van een element van een bepaalde periode.

Zo betekenen de “coördinaten” van tin Sn (serienummer 50, periode 5, hoofdsubgroep van groep IV) bijvoorbeeld dat er 50 elektronen in een tinatoom zitten, ze zijn verdeeld over 5 energieniveaus, slechts 4 elektronen zijn valentie .

De fysieke betekenis van het vinden van elementen in subgroepen van verschillende categorieën is uiterst belangrijk. Het blijkt dat voor elementen die zich in subgroepen van categorie I bevinden, het volgende (laatste) elektron zich bevindt s-subniveau extern niveau. Deze elementen behoren tot de elektronische familie. Voor atomen van elementen die zich in subgroepen van categorie II bevinden, bevindt het volgende elektron zich p-subniveau extern niveau. Dit zijn elementen van de “p” elektronische familie. Het volgende 50e elektron in tinatomen bevindt zich dus op het p-subniveau van het externe, dat wil zeggen het 5e energieniveau.

Voor atomen van elementen van categorie III-subgroepen bevindt het volgende elektron zich op d-subniveau, maar al op extern niveau zijn dit elementen van de elektronische ‘d’-familie. Bij lanthanide- en actinide-atomen bevindt het volgende elektron zich op het f-subniveau, vóór het buitenste niveau. Dit zijn de elementen van de elektronische familie "F".

Het is daarom geen toeval dat de aantallen subgroepen van deze vier categorieën die hierboven zijn vermeld, dat wil zeggen 2-6-10-14, samenvallen met de maximale aantallen elektronen in de s-p-d-f-subniveaus.

Maar het blijkt dat het mogelijk is om de kwestie van de volgorde van het vullen van de elektronenschil op te lossen en de elektronische formule voor een atoom van welk element dan ook af te leiden op basis van het periodieke systeem, dat met voldoende duidelijkheid het niveau en subniveau van elk element aangeeft. opeenvolgende elektron. Het periodieke systeem geeft ook de plaatsing van elementen achter elkaar aan in perioden, groepen, subgroepen en de verdeling van hun elektronen over niveaus en subniveaus, omdat elk element zijn eigen laatste elektron heeft dat het kenmerkt. Laten we als voorbeeld eens kijken naar het samenstellen van een elektronische formule voor een atoom van het element zirkonium (Zr). Het periodieke systeem geeft de indicatoren en “coördinaten” van dit element: serienummer 40, periode 5, groep IV, secundaire subgroep: a) er zijn in totaal 40 elektronen, b) deze 40 elektronen zijn verdeeld over vijf energieën. niveaus; c) van de 40 elektronen zijn er slechts 4 valentie; d) het volgende 40e elektron ging het d-subniveau binnen vóór het buitenste, d.w.z. vierde energieniveau. Soortgelijke conclusies kunnen worden getrokken over elk van de 39 elementen die aan zirkonium voorafgaan, alleen de indicatoren en coördinaten zullen elke keer anders zijn.

DI. Mendelejev formuleerde in 1869 de Periodieke Wet, die gebaseerd was op een van de belangrijkste kenmerken van een atoom: atoommassa. De daaropvolgende ontwikkeling van de Periodieke Wet, namelijk de verwerving van een grote hoeveelheid experimentele gegevens, veranderde de oorspronkelijke formulering van de wet enigszins, maar deze veranderingen zijn niet in tegenspraak met de belangrijkste betekenis van D.I. Mendelejev. Deze veranderingen gaven de wet en het periodiek systeem alleen maar wetenschappelijke geldigheid en bevestiging van de juistheid.

Moderne formulering van de Periodieke Wet door D.I. Mendelejev is als volgt: de eigenschappen van chemische elementen, evenals de eigenschappen en vormen van verbindingen van elementen, zijn periodiek afhankelijk van de grootte van de lading van de kernen van hun atomen.

Structuur van het periodiek systeem van chemische elementen D.I. Mendelejev

Inmiddels zijn er een groot aantal interpretaties van het periodiek systeem, maar de meest populaire zijn die met korte (kleine) en lange (grote) perioden. Horizontale rijen worden perioden genoemd (ze bevatten elementen met opeenvolgende vulling van hetzelfde energieniveau), en verticale kolommen worden groepen genoemd (ze bevatten elementen die hetzelfde aantal valentie-elektronen hebben - chemische analogen). Ook kunnen alle elementen worden onderverdeeld in blokken volgens het type externe (valentie) orbitaal: s-, p-, d-, f-elementen.

Er zijn in totaal 7 perioden in het systeem (tabel) en het nummer van de periode (aangegeven door een Arabisch cijfer) is gelijk aan het aantal elektronische lagen in het atoom van het element, het nummer van de externe (valentie) energieniveau, en de waarde van het hoofdkwantumgetal voor het hoogste energieniveau. Elke periode (behalve de eerste) begint met een s-element - een actief alkalimetaal en eindigt met een inert gas, voorafgegaan door een p-element - een actief niet-metaal (halogeen). Als je de periode van links naar rechts doorloopt, zal met een toename van de lading van de kernen van atomen van chemische elementen in kleine perioden het aantal elektronen op het externe energieniveau toenemen, waardoor de eigenschappen van de elementen veranderen - van typisch metallisch (aangezien er aan het begin van de periode een actief alkalimetaal is), via amfoteer (het element vertoont de eigenschappen van zowel metalen als niet-metalen) naar niet-metaalachtig (het actieve niet-metaal is halogeen aan het einde van de periode), d.w.z. metallische eigenschappen verzwakken geleidelijk en niet-metallische eigenschappen nemen toe.

In grote perioden, naarmate de lading van kernen toeneemt, is het vullen van elektronen moeilijker, wat een complexere verandering in de eigenschappen van elementen verklaart in vergelijking met elementen met kleine perioden. Dus in even rijen van lange perioden, met toenemende lading van de kern, blijft het aantal elektronen in het buitenste energieniveau constant en gelijk aan 2 of 1. Daarom, terwijl het niveau naast het buitenste (tweede van buiten) gevuld met elektronen veranderen de eigenschappen van de elementen in de even rijen langzaam. Bij het overgaan naar oneven reeksen, met toenemende nucleaire lading, neemt het aantal elektronen op het externe energieniveau toe (van 1 naar 8), de eigenschappen van de elementen veranderen op dezelfde manier als in kleine perioden.

Verticale kolommen in het periodiek systeem zijn groepen elementen met vergelijkbare elektronische structuren en die chemische analogen zijn. Groepen worden aangegeven met Romeinse cijfers van I tot VIII. Er zijn hoofd- (A) en secundaire (B) subgroepen, waarvan de eerste s- en p-elementen bevat, de tweede - d-elementen.

Het getal A van de subgroep toont het aantal elektronen in het buitenste energieniveau (het aantal valentie-elektronen). Voor B-subgroepelementen is er geen direct verband tussen het groepsnummer en het aantal elektronen op het buitenste energieniveau. In A-subgroepen nemen de metallische eigenschappen van elementen toe, en nemen de niet-metallische eigenschappen af ​​naarmate de lading van de kern van het atoom van het element toeneemt.

Er is een verband tussen de positie van elementen in het periodiek systeem en de structuur van hun atomen:

- atomen van alle elementen uit dezelfde periode hebben een gelijk aantal energieniveaus, gedeeltelijk of volledig gevuld met elektronen;

- atomen van alle elementen van de A-subgroepen hebben een gelijk aantal elektronen op het buitenste energieniveau.

Periodieke eigenschappen van elementen

De gelijkenis van de fysisch-chemische en chemische eigenschappen van atomen is te wijten aan de gelijkenis van hun elektronische configuraties, en de verdeling van elektronen over de buitenste atomaire orbitaal speelt een belangrijke rol. Dit manifesteert zich in het periodiek verschijnen, naarmate de lading van de atoomkern toeneemt, van elementen met vergelijkbare eigenschappen.

Dergelijke eigenschappen worden periodiek genoemd, waarvan de belangrijkste zijn: 1. Aantal elektronen in de buitenste elektronenschil ( – bevolking w bevolking). In korte perioden met toenemende nucleaire lading bevolking de buitenste elektronenschil neemt monotoon toe van 1 naar 2 (1e periode), van 1 naar 8 (2e en 3e periode). In grote perioden tijdens de eerste 12 elementen

2. niet groter is dan 2, en vervolgens maximaal 8. Atoom- en ionische stralen

(r), gedefinieerd als de gemiddelde stralen van een atoom of ion, gevonden uit experimentele gegevens over interatomaire afstanden in verschillende verbindingen. Afhankelijk van de periode neemt de atoomstraal af (geleidelijk toevoegen van elektronen wordt beschreven door orbitalen met vrijwel gelijke kenmerken; volgens de groep neemt de atoomstraal toe naarmate het aantal elektronenlagen toeneemt (figuur 1).

Rijst. 1. Periodieke verandering in atomaire straal

3. Dezelfde patronen worden waargenomen voor de ionenstraal. Opgemerkt moet worden dat de ionenstraal van het kation (positief geladen ion) groter is dan de atoomstraal, die op zijn beurt groter is dan de ionenstraal van het anion (negatief geladen ion). Ionisatie-energie

(E en) is de hoeveelheid energie die nodig is om een ​​elektron uit een atoom te verwijderen, d.w.z. de energie die nodig is om een ​​neutraal atoom om te zetten in een positief geladen ion (kation).

E 0 - → E + + E en< Е и 2 < Е и 3 <….Энергии ионизации отражают дискретность структуры электронных слоев и оболочек атомов химических элементов.

4. E en wordt gemeten in elektronvolt (eV) per atoom. Binnen de groep van het periodiek systeem nemen de waarden van de ionisatie-energie van atomen af ​​met toenemende ladingen van de atoomkernen van elementen. Alle elektronen kunnen opeenvolgend worden verwijderd uit atomen van chemische elementen door discrete waarden van E en te rapporteren. Bovendien, E en 1

Elektronenaffiniteit

E e wordt ook uitgedrukt in eV en hangt, net als E, af van de straal van het atoom, daarom ligt de aard van de verandering in E e over perioden en groepen van het Periodiek Systeem dicht bij de aard van de verandering in de atomaire straal . Groep VII p-elementen hebben de hoogste elektronenaffiniteit.

5. Regeneratieve activiteit(VA) – het vermogen van een atoom om een ​​elektron aan een ander atoom te geven. Kwantitatieve maatstaf – E en. Als E toeneemt, neemt BA af en omgekeerd.

6. Oxidatieve activiteit(OA) – het vermogen van een atoom om een ​​elektron van een ander atoom te hechten. Kwantitatieve maatstaf E e. Als E e toeneemt, neemt OA ook toe en omgekeerd.

7. Afschermende werking– het verminderen van de impact van de positieve lading van de kern op een bepaald elektron vanwege de aanwezigheid van andere elektronen tussen de kern en de kern. De afscherming neemt toe met het aantal elektronenlagen in een atoom en vermindert de aantrekking van buitenste elektronen naar de kern. Het tegenovergestelde van afschermen penetratie-effect, vanwege het feit dat het elektron zich op elk punt in de atomaire ruimte kan bevinden. Het penetratie-effect vergroot de sterkte van de binding tussen het elektron en de kern.

8. Oxidatietoestand (oxidatiegetal)– de denkbeeldige lading van een atoom van een element in een verbinding, die wordt bepaald op basis van de aanname van de ionische structuur van de stof. Het groepsnummer van het periodiek systeem geeft de hoogste positieve oxidatietoestand aan die elementen van een bepaalde groep in hun verbindingen kunnen hebben. Uitzonderingen zijn metalen uit de kopersubgroep, zuurstof, fluor, broom, metalen uit de ijzerfamilie en andere elementen uit groep VIII. Naarmate de nucleaire lading in een bepaalde periode toeneemt, neemt de maximale positieve oxidatietoestand toe.

9. Elektronegativiteit, samenstellingen van hogere waterstof- en zuurstofverbindingen, thermodynamische, elektrolytische eigenschappen, enz.

Voorbeelden van probleemoplossing

VOORBEELD 1