Lei periódica e tabela periódica de elementos químicos de D. Mendeleev

Primeira opção Tabela Periódica dos Elementos foi publicado por Dmitry Ivanovich Mendeleev em 1869 e foi chamado de “Experiência de um sistema de elementos”.

DI. Mendeleev organizou os 63 elementos conhecidos na época em ordem crescente de massa atômica e obteve uma série natural de elementos químicos, na qual descobriu a repetibilidade periódica das propriedades químicas. Esta série de elementos químicos é hoje conhecida como Lei Periódica (formulação de D.I. Mendeleev):

As propriedades dos corpos simples, bem como as formas e propriedades dos compostos dos elementos, dependem periodicamente dos pesos atômicos dos elementos.

A redação atual da lei é:

As propriedades dos elementos químicos, das substâncias simples, bem como a composição e propriedades dos compostos dependem periodicamente dos valores das cargas dos núcleos atômicos.

Representação gráfica lei periódicaé a tabela periódica.

A célula de cada elemento indica suas características mais importantes.

Tabela periódica contém grupos e períodos.

Grupo- uma coluna da tabela periódica na qual estão localizados os elementos químicos quimicamente semelhantes devido às configurações eletrônicas idênticas da camada de valência.

Sistema periódico D.I. Mendeleev contém oito grupos de elementos. Cada grupo consiste em dois subgrupos: principal (a) e secundário (b). O subgrupo principal contém e- E p- elementos, no secundário - d- elementos.

Nomes de grupos:

I-a Metais alcalinos.

II-a Metais alcalino-terrosos.

V-a Pnictógenos.

VI-a Calcogênios.

VII-a Halogênios.

VIII-a Gases nobres (inertes).

Períodoé uma sequência de elementos, escritos como uma string, dispostos em ordem crescente de cargas de seus núcleos. O número do período corresponde ao número de níveis eletrônicos no átomo.

O período começa com um metal alcalino (ou hidrogênio) e termina com um gás nobre.

A moderna tabela periódica de elementos químicos de Mendeleev.

Makhov B.F.

Em conexão com o desenvolvimento pelo autor do “Modelo Vibracional do Átomo Neutro” com a inclusão do “éter mundial”, no qual os conceitos de “carga positiva permanente do núcleo atômico” e “campo de Coulomb” tornam-se redundantes, surge a questão de uma nova formulação da Lei Periódica. Esta formulação é proposta neste artigo, que também considera o problema da expressão matemática da Lei Periódica. No artigo, o autor utiliza sua própria versão do “Sistema Periódico Quântico Simétrico de Átomos Neutros (SQ-PSA)”, que é adequado ao Modelo Vibracional.

Cada vez mais se afastando de nós 1869 - a época da primeira formulação da Lei Periódica por D.I. Mendeleev (PZM) e seu desenvolvimento da Tabela Periódica dos Elementos (PSE-M), na qual o peso atômico de um elemento, característica então acessível e mais ou menos compreensível, foi tomado como principal critério de ordenação. Mas até o próprio Dmitry Ivanovich disse que “não sabemos as razões da periodicidade”. Naquela época, apenas 63 elementos eram conhecidos, e pouco se sabia sobre suas propriedades (principalmente químicas) e nem sempre com precisão.

Porém, o problema da sistematização dos elementos já se havia declarado e precisava de solução. A brilhante intuição de Mendeleev permitiu-lhe enfrentar com sucesso (no nível de conhecimento da época) a tarefa. Sua formulação do PZM (outubro de 1971): “...as propriedades dos elementos e, portanto, as propriedades dos corpos simples e complexos que eles formam, dependem periodicamente de seu peso atômico”.

Dmitry Ivanovich organizou todos os elementos em uma série (série Mendeleev) em peso atômico crescente, no qual, no entanto, ele também permitiu desvios para pares conhecidos de elementos (com base nas propriedades químicas), ou seja, na verdade, existe uma dependência não apenas do peso atômico.

Ficou claro para os cientistas que, ao passar de um elemento no PSE-M para outro, algumas características do elemento aumentam gradualmente na mesma proporção. Este valor é Z recebeu o nome de número de série (principalmente entre os químicos) ou número atômico (entre os físicos). Descobriu-se que o próprio peso atômico depende de certa forma de Z. Portanto, adotou-se como principal critério de ordenação o número de série Z, que foi incluído na 2ª formulação do PZM em vez do peso atômico.

O tempo passou e surgiram novas possibilidades de sistematização. Trata-se, em primeiro lugar, de avanços no estudo dos espectros ópticos lineares (LOS) de átomos neutros e da radiação característica de raios X (CHR). Descobriu-se que cada elemento possui um espectro único e vários novos elementos foram descobertos com base neles. Para descrever os espectros foram propostos números quânticos, termos espectrais, princípio de exclusão de W. Pauli, lei de G. Moseley, etc. O estudo dos átomos culminou na criação dos primeiros modelos do átomo (MOA), após a morte do átomo. D.I.

A lei de Moseley, que relacionava a frequência da radiação característica de raios X ao número de série Z, fez contribuições particularmente grandes para a ciência. Ele confirmou a correção da série de Mendeleev e permitiu indicar os números dos elementos restantes não descobertos. Mas então, guiado por boas intenções, dê um número de série Z significado físico, os físicos do nível de conhecimento do início do século XIX (os primeiros modelos do átomo) chegaram à conclusão precipitada de que não pode ser outra coisa senão uma carga elétrica positiva constante do núcleo atômico (o número de elementos elementares cargas elétricas - eZ).

Como resultado, os cientistas chegaram à conclusão de que era necessária uma 2ª formulação refinada do PZM, na qual a carga elétrica positiva constante do núcleo do átomo de um elemento fosse adotada como principal critério de sistematização.

Mas, infelizmente, no início do século XX, os primeiros modelos do átomo foram apresentados de forma muito mecanística (modelos nucleares planetários), e a neutralidade elétrica do átomo como um todo foi representada pela carga positiva do núcleo e pelo correspondente número de partículas elementares negativas - elétrons, ou seja, também ao nível do conhecimento primitivo da época sobre a eletricidade. Como resultado, foi utilizado o conceito de campo elétrico constante de Coulomb, atraindo elétrons girando em torno do núcleo, etc. E Deus não permita que um elétron caia no núcleo!

Descoberta da natureza ondulatória do elétron e muitos problemas com o modelo aceito do átomo levou à transição para o “modelo da mecânica quântica do átomo”. A mecânica quântica (QME) foi aclamada como a maior conquista do século XX. Mas com o tempo, o entusiasmo diminuiu. A razão é a base instável sobre a qual o CME é construído, baseado na equação de Schrödinger, que “ descreve movimento dos elétrons." Em primeiro lugar, a abordagem em si está incorreta - em vez de considerar o estado quântico de equilíbrio de um átomo neutro como um todo (no nível macro, na linguagem da sinergética), o CME considera o movimento do elétron (ou seja, eles trabalham em um nível micro excessivamente detalhado). Imagine que, para o caso de um gás ideal, em vez de considerá-lo no nível macro com parâmetros constantes no tempo do estado do gás (pressão, temperatura, volume), eles de repente começaram a escrever equações de movimento para cada um dos bilhões de átomos e moléculas do gás, gemendo alto ao mesmo tempo, sobre a dificuldade da tarefa e a potência insuficiente dos computadores modernos. Enquanto no nível macro, todo o quadro é descrito de maneira fácil e elegante usando a equação para conectar os parâmetros do estado de um gás - a equação de Clapeyron-Mendeleev. [FES, M, SE, 1984, p.288]

Alguma coisa similar em termos de complexidade, o CME nos oferece na pessoa de seus fundadores, especialmente para o caso de átomos com grandes números atômicos. Contudo, o acadêmico Lev Landau (1908-68), ele próprio um dos pilares da CME, já escreveu: “Um átomo com mais de um elétron é um sistema complexo de elétrons interagindo entre si. Para tal sistema, pode-se, estritamente falando, considerar apenas os estados do sistema como um todo.” A mesma ideia é encontrada nos trabalhos do físico espectroscopista Acad. Academia de Ciências da BSSR Elyashevich M.A. (1908-95).

Contudo, voltemos à consideração das formulações da Lei Periódica. A formulação moderna (2ª refinada) do PZM soa assim:

“As propriedades dos elementos dependem periodicamente da carga de seus núcleos atômicos.” Carga nuclear eZ = número atômico (ordinal) do elemento no sistema multiplicado pela carga elétrica elementar (ou seja, Z é numericamente igual ao número de cargas elétricas elementares).

Por que é necessária uma nova e terceira formulação do PZM?

1) A partir da 2ª formulação não fica muito claro de quais propriedades estamos falando - se são químicas, então não estão diretamente relacionadas aos elementos (átomos neutros). Quando os átomos neutros interagem, suas variáveis ​​EMF se sobrepõem e, como resultado, exercem um certo grau de excitação entre si. Para descrever uma ligação química, é necessário saber adicionalmente o que está combinado com o quê (composição e estrutura da substância) e sob quais condições físicas específicas (UFC), etc.

2) De acordo com o “Modelo Oscilatório” desenvolvido pelo autor, o núcleo de um átomo neutro não tem carga elétrica constante nem um campo de Coulomb constante criado por ele (em vez disso - um núcleo pulsante, um campo eletromagnético alternado - EMF, EMF permanente , ressonância paramétrica, fator de oscilação de alta qualidade, durabilidade do átomo). Ver FI, 2008, nº 3, p.25

3) Ou seja, não existe uma definição clara de argumento ou função. Também não há certeza sobre a natureza da dependência periódica. O PZM é inútil sem considerar simultaneamente a tabela da própria Tabela Periódica, por isso muitas vezes não é mencionado nos livros didáticos em sua formulação existente (“círculo vicioso”). Não é por acaso que ainda não temos uma teoria completa da Tabela Periódica e a expressão mais matemática do PZM.

4) Agora é possível aproveitar oportunidades fundamentalmente novas para uma formulação mais correta da Lei Periódica e a derivação de sua expressão matemática, que dar“Modelo vibracional de um átomo neutro” (vibrações acopladas do núcleo e seu ambiente circundante) e “Sistema Periódico Quântico Simétrico de Átomos Neutros (SQ-PSA)”, desenvolvido e publicado pelo autor.

5) De acordo com a abordagem sinérgica, o estado quântico de equilíbrio do átomo como um todo” (abordagem macroscópica) pode ser descrito por vários parâmetros independentes do tempo. O autor mostra que se trata de um conjunto estritamente individual de 4 números quânticos inerentes a cada átomo (princípio de exclusão de W. Pauli), determinados a partir do seu VOC (e não das equações CME).

Tal um conjunto de números quânticos determina exclusivamente a localização de um elemento (suas coordenadas) no SK-PSA desenvolvido pelo autor.

6) Tais parâmetros devem atender a uma série de requisitos:

Correspondem à natureza física do átomo neutro (de acordo com o “Modelo de Vibração”)

Seja claro

Seja inteiro (o que decorre da própria essência da radiação nuclear)

Fácil de medir (a partir de espectros de átomos neutros).

Assim, o significado dos números quânticos conhecidos para cada átomo deve ser esclarecido de acordo com a sua natureza física.

7) Em vez da equação KME de E. Schrödinger, o autor propõe o uso de equações de conexão de números quânticos (equações de Mach) (o autor encontrou duas dessas equações), que são a expressão matemática do PZM, adequada à nova formulação. Mais detalhes sobre isso no livro em preparação para publicação.

8) À luz do “Modelo Vibracional do Átomo Neutro” e do novo conceito de CEM variável do núcleo, para uma nova formulação da Lei Periódica, em vez da carga elétrica elementar, é necessária outra grandeza física, juntamente com o número de série Z, caracterizando a força da interação eletromagnética (mudando gradativamente com o aumento de Z) e determinada exclusivamente a partir do espectro de átomos neutros. E existe esse valor - esta é a constante de estrutura fina (α) [FES-763], que normalmente é usada na busca pelo “limite superior da Tabela Periódica”.

Nova formulação de PZM parece com isso:

“As características dos átomos neutros dependem periodicamente da magnitude da tensão (αZ) campo eletromagnético alternado (EMF) criado por seus núcleos.” O autor chegou a essa breve formulação em 22 de novembro de 2006, após uma série de formulações “longas”.

Mostra que em vez da magnitude da carga elétrica ( eZ), que inclui uma carga elétrica elementar, é utilizado o valor da tensão ( αZ), que inclui α - constante de estrutura fina, que “na eletrodinâmica quântica é considerada um parâmetro natural que caracteriza a “força” da interação eletromagnética” [FES, p.763].

Já falamos sobre as características dos átomos neutros (números quânticos, sua natureza física, etc.), mas ainda precisamos explicar um pouco sobre a natureza da dependência periódica. Já existem pré-requisitos para derivar equações para a conexão de números quânticos - estes são (n+ eu)- regras do acadêmico V.M. Klechkovsky (1900-72) e (n- eu)- regra dkhn, prof. D. N. Trifonov, que foram utilizados pelo autor para construir o SK-PSA. Tendo em mente o EMF variável e o EMF permanente se propagando (para uma profundidade específica para cada átomo), podemos dizer que a soma desses números quânticos representa a energia total do EMF permanente, e a diferença é a profundidade da mudança no parâmetro de oscilação. Ou seja, já existem pacotes de números quânticos representados no SK-PSA (n+ eu)- período (todos eles estão emparelhados e formam díades), e (n- eu)- grupos de átomos consecutivos - linhas horizontais de SC-PSA (até 4 por período dentro de Z ≤ 120), representando sequências f-, d-, p-, é- elementos. Isto é, em um nível de energia quântica pode haver vários estados quânticos. Levar em consideração ainda as características de uma onda eletromagnética dupla torna possível derivar equações para a conexão de números quânticos (equações de Machov).

Exemplo: Energia total de uma onda eletromagnética estacionária E n + eu =E n +E eu = const, onde E n e E eu - valores médios da energia dos componentes elétricos e magnéticos de suas partes.

Para esclarecer o significado físico dos números quânticos, usaremos a fórmula da energia de um emissor quântico (na forma geral) E = Eo (2k + 1), portanto → = 2k

Especificamente, para E temos n + eu=E ó (2 + 1) → = n + eu , isto é, a soma dos números quânticos (n+ eu) - esta é a razão entre o incremento da energia total de uma onda eletromagnética estacionária e seu valor inicial, o que dá significado físico à primeira regra do Acadêmico V.M. Klechkovsky.

Uma onda eletromagnética estacionária é um portador material de ressonância paramétrica (com energia interna constante, a energia é transferida de elétrica para magnética e vice-versa com uma frequência enorme). Neste caso, a diferença nos valores médios de energia dos componentes elétricos e magnéticos da energia total da onda eletromagnética E n - eu = E n -E eu - a magnitude da alteração do parâmetro também é quantizada.

E n - eu= E o (2 + 1) → = n - eu , é uma atitude dá significado físico à regra de D.N. Trifonov e a partir daqui a regra fica clara n - eu ≥ 1, caso contrário não há força eletromagnética estacionária (não deveria haver uma onda viajante inerente n = eu, e a perda de energia associada). Você pode introduzir o conceito de “magnitude relativa da mudança de parâmetro” : = = λ

Os valores médios dos componentes da energia total de uma onda eletromagnética estacionária também são quantizados

E n=Eo(2 n + 1) → = 2n

E eu=Eo(2 eu + 1) → = 2eu

daí os números quânticos n E eu adquirem um novo significado físico como números quânticos dos componentes das energias elétrica e magnética da energia total de uma onda eletromagnética estacionária (em vez do “número quântico principal” e do “número quântico orbital”).

A alta e constante frequência das ondas eletromagnéticas estacionárias encontra sua expressão por meio de funções periódicas, em relação ao nosso caso - as trigonométricas. A dualidade das ondas eletromagnéticas estacionárias está na especificação paramétrica da função. Uma onda eletromagnética estacionária como uma onda harmônica pode ser descrita por equações senoidais da forma sim = A pecado (ω t + φ ),

Então não = n cos α e eu t = eu sin α (especificação paramétrica da elipse).

Aqui n E eu - números quânticos (quantidades inteiras adimensionais), indicadores da amplitude máxima da energia relativa dos componentes elétricos e magnéticos de uma onda eletromagnética estacionária, e não E eu t- valores atuais de quantidades flutuantes ( componentes de ondas eletromagnéticas estacionárias) neste momento no tempo, ou seja quantidades também são adimensionais.*)

0 ≤ |n·t| ≤n 0 ≤ |l t | ≤ eu

Vamos explicar que existem exatamente dois dependências- cosseno e senóide Na interface “Ambiente-núcleo” no momento inicial da radiação, o primeiro tem amplitude máxima - n para = n (caso contrário, não há radiação) e a amplitude é diferente - eu para = 0 (ou seja, há uma mudança de fase). Tendo começado a se espalhar a partir do núcleo, um componente de uma onda eletromagnética estacionária gera outro e vice-versa. O autor gostaria de alertar contra a conclusão precipitada de que, desde eu para = 0, então o componente magnético da energia total de uma onda eletromagnética estacionária também é zero. Não é assim; basta lembrar a fórmula de um emissor harmônico quântico.

Esta equação da elipse + = 1 (na forma canônica, usual para a conexão de oscilações harmônicas) é uma das equações para a conexão dos números quânticos.

O significado físico desta equação de acoplamento fica mais claro se algumas transformações forem feitas. Para isso, utilizaremos a representação da elipse como hipotrocoides.

Para o nosso caso; .

Esta é a primeira equação de relação de números quânticos (equação de Machov).

Ou muito claramente .

Pode-se observar que a equação reflete a constância da energia total de uma onda eletromagnética estacionária. Assim, os pacotes de números quânticos mencionados acima ( n+l) - número do período em SK-PSA, e ( n - eu)- define a sequência de localizações das linhas horizontais incluídas no período encontrou seu lugar na equação de conexão, e a própria equação reflete bem a estrutura do SC-PSA.

Obtivemos mais uma segunda equação de conexão para os dois números quânticos restantes (do conjunto completo de acordo com o princípio de exclusão de W. Pauli) - eu EEM , mas você não pode falar sobre eles em poucas palavras, e mesmo com o significado físico do número quântico de “spin” EM Ainda precisamos descobrir isso - veja mais sobre isso.

Início (número ordinal do elemento original - Z M) de cada díade M (pares de períodos SK-PSA) pode ser obtido a partir da transformação idêntica da fórmula de V.M. Klechkovsky para o número Z eu elemento em que o elemento com esses dados aparece pela primeira vez significado lmax

Z M = Z eu -1 = = ,

Então nolmax = 0; 1; 2; 3; 4... Nós temos Z M= 0; 4; 20; 56; 120..., ou seja Estes são os chamados números tetraédricos, que estão indiretamente relacionados a certos níveis mínimos de energia quântica inicial para a díade (o tetraedro entre todos os corpos espaciais tem a área superficial mínima para um volume fixo).

O autor pretende detalhar mais este tema e as mencionadas duas equações para a conexão de números quânticos em trabalhos em preparação para publicação.

O autor não pretende com este trabalho, naturalmente, criar uma teoria completa da Tabela Periódica dos átomos neutros e sua expressão matemática, mas considera-o uma etapa necessária e importante neste caminho, e na medida de sua capacidade contribuirá para progresso distante.

BIBLIOGRAFIA:

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7. Makhov B.F., artigo “World Broadcast” D.I. Mendeleev e seu lugar na Tabela Periódica”, na revista RAE “Fundamental Research”, 2008, No. 25-28
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10. Makhov B.F., livro “Sobre o modelo do átomo neutro e saídas para a crise na física atômica” (preparado para publicação).
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13. Artigo "Constante de estrutura fina", Dicionário Enciclopédico Físico - FES, p.763

Link bibliográfico

Desde suas primeiras aulas de química você usou a tabela de D.I. Demonstra claramente que todos os elementos químicos que formam as substâncias do mundo que nos rodeia estão interligados e obedecem a leis gerais, ou seja, representam um todo único - um sistema de elementos químicos. Portanto, na ciência moderna, a tabela de D.I. Mendeleev é chamada de Tabela Periódica dos Elementos Químicos.

Por que “periódico” também está claro para você, uma vez que os padrões gerais de mudanças nas propriedades dos átomos, substâncias simples e complexas formadas por elementos químicos, se repetem neste sistema em determinados intervalos - períodos. Alguns desses padrões mostrados na Tabela 1 já são conhecidos por você.

Assim, todos os elementos químicos existentes no mundo estão sujeitos a uma única Lei Periódica objetivamente válida na natureza, cuja representação gráfica é a Tabela Periódica dos Elementos. Esta lei e sistema têm o nome do grande químico russo D.I.

D.I. Mendeleev descobriu a Lei Periódica comparando as propriedades e massas atômicas relativas dos elementos químicos. Para fazer isso, D.I. Mendeleev anotou em um cartão para cada elemento químico: o símbolo do elemento, o valor da massa atômica relativa (na época de D.I. Mendeleev esse valor era chamado de peso atômico), as fórmulas e a natureza do óxido e hidróxido superiores. Ele organizou 63 elementos químicos conhecidos na época em uma cadeia em ordem crescente de suas massas atômicas relativas (Fig. 1) e analisou esse conjunto de elementos, tentando encontrar certos padrões nele. Como resultado de um intenso trabalho criativo, ele descobriu que nesta cadeia existem intervalos - períodos em que as propriedades dos elementos e das substâncias por eles formadas mudam de forma semelhante (Fig. 2).

Arroz. 1.
Cartões de elementos organizados em ordem crescente de suas massas atômicas relativas

Arroz. 2.
Cartões de elementos organizados em ordem de mudanças periódicas nas propriedades dos elementos e substâncias por eles formadas

Experiência de laboratório nº 2
Modelando a construção da Tabela Periódica de D. I. Mendeleev

Listemos mais uma vez, usando termos modernos, as mudanças regulares nas propriedades que se manifestam dentro dos períodos:

• as propriedades metálicas enfraquecem;
• as propriedades não metálicas são aprimoradas;
• o grau de oxidação dos elementos em óxidos superiores aumenta de +1 para +8;
• o grau de oxidação dos elementos em compostos voláteis de hidrogênio aumenta de -4 para -1;
• óxidos básicos a anfotéricos são substituídos por ácidos;
• hidróxidos de álcalis através de hidróxidos anfotéricos são substituídos por ácidos contendo oxigênio.

Com base nessas observações, D.I. Mendeleev chegou a uma conclusão em 1869 - formulou a Lei Periódica, que, em termos modernos, soa assim:

Sistematizando os elementos químicos com base em suas massas atômicas relativas, D. I. Mendeleev também prestou grande atenção às propriedades dos elementos e das substâncias por eles formadas, distribuindo elementos com propriedades semelhantes em colunas verticais - grupos. Às vezes, violando o padrão que havia identificado, ele colocava elementos mais pesados ​​na frente de elementos com massas atômicas relativas mais baixas. Por exemplo, ele escreveu o cobalto em sua tabela antes do níquel, o telúrio antes do iodo e, quando gases inertes (nobres) foram descobertos, o argônio antes do potássio. D.I. Mendeleev considerou esta ordem de arranjo necessária porque, caso contrário, esses elementos cairiam em grupos de elementos diferentes deles em propriedades. Assim, em particular, o metal alcalino potássio cairia no grupo dos gases inertes, e o gás inerte argônio cairia no grupo dos metais alcalinos.

D.I. Mendeleev não conseguiu explicar essas exceções à regra geral, bem como a razão da periodicidade nas mudanças nas propriedades dos elementos e das substâncias por eles formadas. Contudo, ele previu que esta razão residia na complexa estrutura do átomo. Foi a intuição científica de D.I. Mendeleev que lhe permitiu construir um sistema de elementos químicos não na ordem crescente de suas massas atômicas relativas, mas na ordem crescente de cargas de seus núcleos atômicos. O fato de as propriedades dos elementos serem determinadas precisamente pelas cargas de seus núcleos atômicos é eloquentemente demonstrado pela existência de isótopos que você conheceu no ano passado (lembre-se de quais são, dê exemplos de isótopos que você conhece).

De acordo com as ideias modernas sobre a estrutura do átomo, a base para a classificação dos elementos químicos são as cargas de seus núcleos atômicos, e a formulação moderna da Lei Periódica é a seguinte:

A periodicidade nas mudanças nas propriedades dos elementos e seus compostos é explicada pela repetição periódica na estrutura dos níveis de energia externos de seus átomos. É o número de níveis de energia, o número total de elétrons localizados neles e o número de elétrons no nível externo que refletem o simbolismo adotado no Sistema Periódico, ou seja, revelam o significado físico do número de série do elemento, ponto final número e número do grupo (em que consiste?).

A estrutura do átomo permite explicar as razões das mudanças nas propriedades metálicas e não metálicas dos elementos em períodos e grupos.

Consequentemente, a Lei Periódica e o Sistema Periódico de D.I. Mendeleev resumem as informações sobre os elementos químicos e as substâncias por eles formadas e explicam a periodicidade das mudanças em suas propriedades e o motivo da semelhança das propriedades dos elementos do mesmo grupo.

Esses dois significados mais importantes da Lei Periódica e do Sistema Periódico de D.I. Mendeleev são complementados por mais um, que é a capacidade de prever, ou seja, prever, descrever propriedades e indicar formas de descoberta de novos elementos químicos. Já na fase de criação da Tabela Periódica, D.I. Mendeleev fez uma série de previsões sobre as propriedades de elementos ainda não conhecidos na época e indicou os caminhos para sua descoberta. Na tabela que criou, D.I. Mendeleev deixou células vazias para esses elementos (Fig. 3).

Arroz. 3.
Tabela periódica de elementos proposta por D. I. Mendeleev

Exemplos vívidos do poder preditivo da Lei Periódica foram as subsequentes descobertas de elementos: em 1875, o francês Lecoq de Boisbaudran descobriu o gálio, previsto por D. I. Mendeleev cinco anos antes como um elemento chamado “ekaaluminum” (eka - próximo); em 1879, o sueco L. Nilsson descobriu o “ekabor” segundo D. I. Mendeleev; em 1886 pelo alemão K. Winkler - “exasilicon” segundo D. I. Mendeleev (determine os nomes modernos desses elementos na tabela de D. I. Mendeleev). A precisão de D.I. Mendeleev em suas previsões é ilustrada pelos dados da Tabela 2.

mesa 2
Propriedades previstas e descobertas experimentalmente do germânio

Os cientistas que descobriram novos elementos apreciaram muito a descoberta do cientista russo: “Dificilmente pode haver uma prova mais contundente da validade da doutrina da periodicidade dos elementos do que a descoberta do ainda hipotético ecassilício; constitui, claro, mais do que uma simples confirmação de uma teoria ousada – marca uma notável expansão do campo de visão químico, um passo gigante no campo do conhecimento” (K. Winkler).

Os cientistas americanos que descobriram o elemento nº 101 deram-lhe o nome de “mendelévio” em reconhecimento ao grande químico russo Dmitri Mendeleev, que foi o primeiro a usar a Tabela Periódica dos Elementos para prever as propriedades de elementos então não descobertos.

Vocês se conheceram na 8ª série e usarão um formulário da tabela periódica este ano chamado formulário de curto período. Porém, nas aulas especializadas e no ensino superior, utiliza-se predominantemente uma forma diferente - a versão de longo período. Compara-os. O que há de igual e de diferente nessas duas formas da tabela periódica?

Novas palavras e conceitos

1. Lei periódica de D. I. Mendeleev.
2. A tabela periódica de elementos químicos de D.I. Mendeleev é uma representação gráfica da Lei Periódica.
3. O significado físico do número do elemento, número do período e número do grupo.
4. Padrões de mudanças nas propriedades dos elementos em períodos e grupos.
5. O significado da Lei Periódica e da Tabela Periódica dos Elementos Químicos de D. I. Mendeleev.

Tarefas para trabalho independente

1. Prove que a Lei Periódica de D.I. Mendeleev, como qualquer outra lei da natureza, desempenha funções explicativas, generalizantes e preditivas. Dê exemplos que ilustrem essas funções de outras leis que você conhece nos cursos de química, física e biologia.
2. Cite um elemento químico em cujo átomo os elétrons estão organizados em níveis de acordo com uma série de números: 2, 5. Que substância simples esse elemento forma? Qual é a fórmula do seu composto de hidrogênio e como é chamado? Qual é a fórmula do óxido mais alto deste elemento, qual é a sua natureza? Escreva as equações de reação que caracterizam as propriedades deste óxido.
3. O berílio foi anteriormente classificado como elemento do Grupo III e sua massa atômica relativa foi considerada 13,5. Por que D.I. Mendeleev o transferiu para o grupo II e corrigiu a massa atômica do berílio de 13,5 para 9?
4. Escreva as equações de reação entre uma substância simples formada por um elemento químico, em um átomo cujos elétrons estão distribuídos entre os níveis de energia de acordo com uma série de números: 2, 8, 8, 2, e substâncias simples formadas pelos elementos nº 7 e Nº 8 da Tabela Periódica. Que tipo de ligação química está presente nos produtos da reação? Qual é a estrutura cristalina das substâncias simples originais e dos produtos de sua interação?
5. Organize os seguintes elementos em ordem crescente de propriedades metálicas: As, Sb, N, P, Bi. Justifique a série resultante com base na estrutura dos átomos desses elementos.
6. Organize os seguintes elementos em ordem crescente de propriedades não metálicas: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Justifique a série resultante com base na estrutura dos átomos desses elementos.
7. Organize em ordem de enfraquecimento das propriedades ácidas os óxidos cujas fórmulas são: SiO 2, P 2 O 5, Al 2 O 3, Na 2 O, MgO, Cl 2 O 7. Justifique a série resultante. Escreva as fórmulas dos hidróxidos correspondentes a esses óxidos. Como o caráter ácido deles muda na série que você propôs?
8. Escreva as fórmulas dos óxidos de boro, berílio e lítio e organize-as em ordem crescente de suas propriedades principais. Escreva as fórmulas dos hidróxidos correspondentes a esses óxidos. Qual é a sua natureza química?
9. O que são isótopos? Como a descoberta dos isótopos contribuiu para o desenvolvimento da Lei Periódica?
10. Por que as cargas dos núcleos atômicos dos elementos da Tabela Periódica de D.I. Mendeleev mudam monotonicamente, ou seja, a carga do núcleo de cada elemento subsequente aumenta em um em comparação com a carga do núcleo atômico do elemento anterior, e o as propriedades dos elementos e das substâncias que eles formam mudam periodicamente?
11. Dê três formulações da Lei Periódica, nas quais a massa atômica relativa, a carga do núcleo atômico e a estrutura dos níveis de energia externos na camada eletrônica do átomo são tomadas como base para a sistematização dos elementos químicos.

Lei periódica de D.I. Mendeleev, sua formulação moderna. Qual é a sua diferença daquela dada por D.I. Explique o que causou essa mudança na redação da lei? Qual é o significado físico da Lei Periódica? Explique a razão das mudanças periódicas nas propriedades dos elementos químicos. Como você entende o fenômeno da periodicidade?

A lei periódica foi formulada por D.I. Mendeleev na seguinte forma (1871): “as propriedades dos corpos simples, bem como as formas e propriedades dos compostos dos elementos e, portanto, as propriedades dos corpos simples e complexos que eles formam, são periodicamente dependente de seu peso atômico.”

Atualmente, a Lei Periódica de D. I. Mendeleev tem a seguinte formulação: “as propriedades dos elementos químicos, bem como as formas e propriedades das substâncias e compostos simples que eles formam, dependem periodicamente da magnitude das cargas dos núcleos de seus átomos. ”

A peculiaridade da Lei Periódica entre outras leis fundamentais é que ela não possui expressão em forma de equação matemática. A expressão gráfica (tabular) da lei é a Tabela Periódica dos Elementos desenvolvida por Mendeleev.

A lei periódica é universal para o Universo: como observou figurativamente o famoso químico russo N.D. Zelinsky, a lei periódica foi “a descoberta da conexão mútua de todos os átomos do universo”.

No seu estado atual, a Tabela Periódica dos Elementos consiste em 10 linhas horizontais (períodos) e 8 colunas verticais (grupos). As três primeiras linhas formam três pequenos períodos. Os períodos subsequentes incluem duas linhas. Além disso, a partir do sexto período, os períodos incluem séries adicionais de lantanídeos (sexto período) e actinídeos (sétimo período).

Ao longo do período, observa-se um enfraquecimento das propriedades metálicas e um aumento nas propriedades não metálicas. O elemento final do período é um gás nobre. Cada período subsequente começa com um metal alcalino, ou seja, à medida que a massa atômica dos elementos aumenta, a mudança nas propriedades químicas tem caráter periódico.

Com o desenvolvimento da física atômica e da química quântica, a Lei Periódica recebeu uma justificativa teórica estrita. Graças aos trabalhos clássicos de J. Rydberg (1897), A. Van den Broek (1911), G. Moseley (1913), o significado físico do número de série (atômico) de um elemento foi revelado. Mais tarde, um modelo de mecânica quântica foi criado para mudanças periódicas na estrutura eletrônica dos átomos de elementos químicos à medida que as cargas de seus núcleos aumentam (N. Bohr, W. Pauli, E. Schrödinger, W. Heisenberg, etc.).

Propriedades periódicas de elementos químicos

Em princípio, as propriedades de um elemento químico combinam todas, sem exceção, as suas características no estado de átomos livres ou íons, hidratados ou solvatados, no estado de substância simples, bem como as formas e propriedades dos numerosos compostos que ele constitui. formulários. Mas geralmente as propriedades de um elemento químico significam, em primeiro lugar, as propriedades de seus átomos livres e, em segundo lugar, as propriedades de uma substância simples. A maioria dessas propriedades exibe uma clara dependência periódica dos números atômicos dos elementos químicos. Entre estas propriedades, as mais importantes, e de particular importância para explicar ou prever o comportamento químico dos elementos e dos compostos que eles formam, são:

Energia de ionização dos átomos;

Energia de afinidade eletrônica dos átomos;

Eletro-negatividade;

Raios atômicos (e iônicos);

Energia de atomização de substâncias simples

Estados de oxidação;

Potenciais de oxidação de substâncias simples.

O significado físico da lei periódica é que a mudança periódica nas propriedades dos elementos está em total conformidade com as estruturas eletrônicas semelhantes dos átomos, renovadas periodicamente em níveis de energia cada vez mais elevados. Com sua mudança regular, as propriedades físicas e químicas mudam naturalmente.

O significado físico da lei periódica ficou claro após a criação da teoria da estrutura atômica.

Assim, o significado físico da lei periódica é que a mudança periódica nas propriedades dos elementos está em total conformidade com as estruturas eletrônicas semelhantes dos átomos, renovadas periodicamente em níveis de energia cada vez mais elevados. Com sua mudança regular, as propriedades físicas e químicas dos elementos mudam naturalmente.

Qual é o significado físico da lei periódica.

Estas conclusões revelam o significado físico da lei periódica de D.I. Mendeleev, que permaneceu obscura durante meio século após a descoberta desta lei.

Segue-se que o significado físico da lei periódica de D.I. Mendeleev consiste na repetição periódica de configurações eletrônicas semelhantes com aumento do número quântico principal e na unificação dos elementos de acordo com a proximidade de sua estrutura eletrônica.

A teoria da estrutura atômica mostrou que o significado físico da lei periódica é que, com um aumento sucessivo nas cargas nucleares, estruturas eletrônicas de valência semelhantes dos átomos se repetem periodicamente.

De tudo o que foi dito acima, fica claro que a teoria da estrutura atômica revelou o significado físico da lei periódica de D.I. Mendeleev e revelou ainda mais claramente seu significado como base para o desenvolvimento da química, da física e de uma série de outras ciências.

Substituir a massa atômica pela carga do núcleo foi o primeiro passo para revelar o significado físico da lei periódica. Além disso, era importante estabelecer as razões da ocorrência da periodicidade, a natureza da função periódica da dependência das propriedades. sobre a carga do núcleo, explique os valores dos períodos, o número de elementos de terras raras, etc.

Para elementos analógicos, o mesmo número de elétrons é observado em camadas de mesmo nome com diferentes valores do número quântico principal. Portanto, o significado físico da Lei Periódica reside na mudança periódica nas propriedades dos elementos como resultado de camadas eletrônicas semelhantes de átomos renovadas periodicamente com um aumento consistente nos valores do número quântico principal.

Para elementos analógicos, o mesmo número de elétrons é observado nos orbitais de mesmo nome em diferentes valores do número quântico principal. Portanto, o significado físico da Lei Periódica reside na mudança periódica nas propriedades dos elementos como resultado de camadas eletrônicas semelhantes de átomos renovadas periodicamente com um aumento consistente nos valores do número quântico principal.

Assim, com um aumento consistente nas cargas dos núcleos atômicos, a configuração das camadas eletrônicas se repete periodicamente e, como consequência, as propriedades químicas dos elementos se repetem periodicamente. Este é o significado físico da lei periódica.

A lei periódica de D.I. Mendeleev é a base da química moderna. O estudo da estrutura dos átomos revela o significado físico da lei periódica e explica os padrões de mudanças nas propriedades dos elementos nos períodos e nos grupos do sistema periódico. O conhecimento da estrutura dos átomos é necessário para compreender as razões da formação de uma ligação química. A natureza da ligação química nas moléculas determina as propriedades das substâncias. Portanto, esta seção é uma das seções mais importantes da química geral.

ecossistema periódico de história natural

Lei periódica dos elementos químicos- uma lei fundamental da natureza, refletindo a mudança periódica nas propriedades dos elementos químicos à medida que as cargas dos núcleos de seus átomos aumentam. Inaugurado em 1º de março (17 de fevereiro, estilo antigo) de 1869 D.I. Mendeleiev. Neste dia, ele compilou uma tabela chamada “Experiência de um sistema de elementos com base em seu peso atômico e semelhança química”. A formulação final da lei periódica foi dada por Mendeleev em julho de 1871. Dizia:

“As propriedades dos elementos e, portanto, as propriedades dos corpos simples e complexos que eles formam, dependem periodicamente do seu peso atômico.”

A formulação da lei periódica de Mendeleev existia na ciência há pouco mais de 40 anos. Foi revisado devido a conquistas notáveis ​​na física, principalmente o desenvolvimento do modelo nuclear do átomo (ver Átomo). Descobriu-se que a carga do núcleo de um átomo (Z) é numericamente igual ao número de série do elemento correspondente na tabela periódica, e o preenchimento das camadas eletrônicas e subcamadas dos átomos, dependendo de Z, ocorre em tal uma maneira pela qual configurações eletrônicas semelhantes de átomos se repetem periodicamente (ver Sistema periódico de elementos químicos). Portanto, a formulação moderna da lei periódica é a seguinte: as propriedades dos elementos, das substâncias simples e de seus compostos dependem periodicamente das cargas dos núcleos atômicos.
Ao contrário de outras leis fundamentais da natureza, como a lei da gravitação universal ou a lei da equivalência de massa e energia, a lei periódica não pode ser escrita na forma de qualquer equação ou fórmula geral. Seu reflexo visual é a tabela periódica dos elementos. No entanto, o próprio Mendeleev e outros cientistas fizeram tentativas para encontrar equação matemática da lei periódica dos elementos químicos. Essas tentativas foram coroadas de sucesso somente após o desenvolvimento da teoria da estrutura atômica. Mas eles dizem respeito apenas ao estabelecimento da dependência quantitativa da ordem de distribuição dos elétrons nas camadas e subcamadas das cargas dos núcleos atômicos.
Assim, resolvendo a equação de Schrödinger, pode-se calcular como os elétrons estão distribuídos em átomos com diferentes valores de Z. E, portanto, a equação básica da mecânica quântica é, por assim dizer, uma das expressões quantitativas da lei periódica.
Ou, por exemplo, outra equação: Z„, = „+,Z - - (21 + 1)2 - >n,(2t + 1) +
1
+ m„onde „+,Z = - (n + 1+ 1)" +
+(+1+ 1. 2k(p+O 1
2 2 6
Apesar de seu volume, não é tão difícil. As letras u, 1, t e m nada mais são do que os números quânticos principais, orbitais, magnéticos e de spin (ver Átomo). A equação permite calcular em que valor de Z (o número atômico de um elemento) um elétron aparece em um átomo, cujo estado é descrito por uma determinada combinação de quatro números quânticos. Substituindo possíveis combinações de u, 1, m e m nesta equação, obtemos um conjunto de diferentes valores de Z. Se esses valores forem organizados na sequência dos números naturais 1, 2, 3, 4, 5, ..., então, por sua vez, obtém-se um esquema claro para a construção das configurações eletrônicas dos átomos à medida que Z aumenta. Assim, esta equação também é uma espécie de expressão quantitativa da lei periódica. Tente resolver você mesmo esta equação para todos os elementos da tabela periódica (você aprenderá como os valores de u, 1; m e m estão relacionados entre si no artigo Átomo).

A lei periódica é uma lei universal para todo o Universo. Tem poder onde quer que existam átomos. Mas não são apenas as estruturas eletrônicas dos átomos que mudam periodicamente. A estrutura e as propriedades dos núcleos atômicos também obedecem a uma lei periódica peculiar. Nos núcleos constituídos por nêutrons e prótons, existem camadas de nêutrons e prótons, cujo preenchimento é periódico. Existem até tentativas conhecidas de construir um sistema periódico de núcleos atômicos.