 |
Периодический закон. Периодическая система Д.И. Менделеева. Периодические свойства элементов
|
|
|
|
Закон был открыт в 1869 году. Периодический закон (первоначальная формулировка):«Свойства элементов, а также свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов».
Периодический закон (современная формулировка): «Свойства элементов, а также свойства образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов».
Периодическая система состоит из семи периодов, расположенных в таблице горизонтально, и восьми групп, расположенных вертикально.
Периодом называется горизонтальный ряд элементов, начинающийся (за исключением 1-го периода) щелочным металлом и заканчивающийся благородным (инертным) газом. Периоды делят на малые (короткие) – с 1 по 3 и большие (длинные) – с 4 по 7.
Каждая группа периодической системы состоит из двух подгрупп: главная – А и побочная – В. Главная подгруппа содержит элементы малых и больших периодов (металлы и неметаллы). Побочная подгруппа содержит элементы только больших периодов (металлы). В отдельную группу выделяются семейства f-элементов – лантаноиды и актиноиды.
Так как электронное строение элементов изменяется периодически, то соответственно периодически изменяются и свойства элементов, определяемые их электронным строением, такие как энергия ионизации, размеры атомов и т.д.
1. Энергия ионизации атома – это энергия, необходимая для удаления (отрыва) одного моля электронов от одного моля атомов какого-либо элемента, находящегося в основном состоянии. Энергия ионизации по периоду возрастает. Наименьшей энергией обладают s- элементы 1-ой группы (щелочные металлы), наименьшей – р -элементы 8-ой группы. Но эта зависимость носит немонотонный характер, т.к. имеются внутренние максимумы и минимумы энергии - внутренняяпериодичность, которая характерна для элементов, расположенных в малых периодах.
|
|
|
В одной и той же группе энергия ионизации несколько уменьшается с увеличением порядкового номера элемента, что обусловлено увеличением размеров атомов и расстояния внешних подоболочек от ядра.
2. Энергией сродства к электрону называется энергетический эффект присоединения электрона к невозбужденному атому с превращением его в отрицательно заряженный ион. Энергия сродства к электрону носит периодический характер. Наибольшим сродством к электрону обладают галогены, кислород и сера, наименьшим – атомы гелия, бериллия, магния, цинка, а также элементы с наполовину заполненными р -подоболочками, например неон, аргон, криптон, азот, фосфор, мышьяк.
3. Под электроотрицательностью понимают относительную характеристику способности атома, находящегося в соединении притягивать электрон. В периодах наблюдается увеличение ЭО, а в подгруппах – ее падение. Наименьшие значения ЭО имеют s- элементы 1-ой подгруппы (щелочные металлы), наибольшие – р -элементы 6- и 7-ой групп.
4. Атомные радиусы. Изменение радиуса атома носит периодический характер. Увеличение заряда ядра и числа электронов в пределах одного энергетического уровня приводит к сжатию электронных оболочек, поэтому радиус атома по периоду, в общем, уменьшается. Наибольший радиус у s- элемента 1-ой группы, наименьший – у р- элемента 8-ой группы. В подгруппах периодической системы радиусы атомов в целом увеличиваются из-за роста числа энергетических уровней (сверху вниз). Радиусы атомов d-элементов 5-го и 6-го периодов оказываются примерно одинаковыми. Увеличение числа элементов в шестом периоде за чет лантаноидов компенсирует рост числа энергетических уровней. Этот эффект получил название лантаноидного сжатия или f-сжатия.
|
|
|
Свойства простых веществ и соединений элементов изменяются монотонно в каждом периоде и скачкообразно на граница периодов. Такой характер изменения свойств составляет смысл периодической зависимости.
Итак, основные закономерности изменения свойств элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ в периодах, следующие:
1. В периодах слева направо неметаллические свойства элементов монотонно усиливаются, а металлические – ослабевают. Из-за увеличения заряда ядра электронная оболочка все более стягивается к ядру, вследствие чего уменьшается радиус атома, что, в свою очередь, ведет к возрастанию потенциала ионизации увеличению электроотрицательности. В результате в начале периода (кроме первого) находится типичный металл, а в конце периода, перед инертным газом – типичный неметалл.
2. Растет максимальная положительная степень окисления, равная номеру группы (за исключением кислорода и фтора).
3. Для элементов 4-7 групп, обладающих высокой электроотрицательностью, убывает по абсолютной величине отрицательная степень окисления, равная восьми минус номер группы, т.е. числу электронов, недостающих до завершения 8-элетронной конфигурации на внешнем уровне.
4. Ослабевают основные и усиливаются кислотные свойства высших оксидов и соответствующих им гидратов. Так, гидроксид натрия – сильное растворимое основание – щелочь, гидроксид магния – слабое малорастворимое соединение.
В главных подгруппах с ростом заряда ядра атомов свойства элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ изменяются следующим образом:
1. Сверху вниз металлические свойства элементов усиливаются, а неметаллические – ослабевают. Увеличивается число уровней, заселенных электронами, что приводит к увеличению атомных радиусов, в результате чего, с учетом экранирования заряда ядра внутренними электронами, ослабевает взаимодействие электрона с ядром и, следовательно, понижается потенциал ионизации, уменьшается ЭО элемента. Так, например, в 5 группе, азот является типичным неметаллом, а висмут – металл.
2. Уменьшается прочность соединений, соответствующих высшей для элементов данной подгруппы степени окисления. Так, для алюминия и бора характерны исключительно соединения, соответствующие валентности – три, в то время как в случае таллия даже растворение металла в азотной кислоте приводит к окислению его лишь до таллия (I).
|
|
|
3. Уменьшается устойчивость соединений, в которых элемент проявляет отрицательную степень окисления. Так, фосфин РН3 – значительно менее устойчивое соединение, чем аммиак – NН3, а его аналоги – арсин AsН3, стибин SbН3 и особенно висмутин ВiН3 – еще менее устойчивы.
4. Усиливаются основные и ослабевают кислотные свойства оксидов и гидроксидов.
При сравнении элементов второго и третьего периодов обращает внимание на себя также диагональная аналогия между элементами указанных периодов. Заключается она в том, что по некоторым свойствам атомов, простых веществ и соединений элементы 2-го периода оказываются похожими на элементы, расположенные в 3-ем периоде в соседней группе справа: литий – на магний, бериллий – на алюминий, бор – на кремний, углерод – на фосфор, кислород – на хлор. Литий, как и магний, образует нитриды и карбиды, другие щелочные металлы с азотом и углеродом непосредственно не взаимодействуют. Бериллий и алюминий образуют амфотерные оксиды и гидроксиды. По окислительным свойствам хлор гораздо ближе к кислороду, чем ко фтору.
На основании сходства в химическом поведении некоторые элементы объединяют в «семейства» элементов, такие как:
· щелочные металлы (литий и его аналоги);
· щелочноземельные металлы (Са и его аналоги);
· галогены (фтор, хлор, бром, иод);
· халькогены (элементы главной подгруппы 6-ой группы);
· инертные (благородные) газы (неон, аргон, криптон, ксенон, радон, гелий);
· платиновые металлы (рутений, платина, палладий, осмий, родий и иридий);
· семейство железа (железо, кобальт, никель);
· редкоземельные элементы (лантан, скандий, иттрий и еще 14 лантаноидов);
· трансурановые элементы (уран и следующие элементы);
· лантаноиды;
· актиноиды.
|
|
|
