Периодический закон и строение атома

16 Сен

Модель строения атома

Научные исследования, проводившиеся в конце XIX – начале XX вв. позволили предложить следующую модель строения атома:

  1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.
  2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре.
  3. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (нуклонов). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.
  4. Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.

Модель атома

Ядро – это центральная позитивно заряженная часть атома, в которой сосредоточена его масса.

Электрон – частица с негативным зарядом, который условно принят за –1.

Нейтрон нейтральная частица, не имеющая электрического заряда. Масса нейтрона равна 1 а. е. м.

Протон положительно заряженная частица, с такой же массой, как и нейтрон. Заряд протона равен заряду электрона и противоположен по знаку.

Число протонов в ядре атома равно числу электронов. Это число определяет заряд ядра атома элемента и его порядковый номер элемента в таблице Менделеева.

При известных условиях нейтрон может превращаться в протон и наоборот.

Атомные массы элементов в периодической таблице являются средним значением из массовых чисел природных смесей из изотопов. Поэтому они не могут, как считал Менделеев, служить главной характеристикой атома и элемента. Такой характеристикой является заряд ядра атома. Он определяет число электронов в нейтральном атоме, которые распределяются вокруг ядра по определенным орбитам и определяют химические свойства атомов. В результате этого было дано новое определение химического элемента и уточнена формулировка периодического закона:

Химический элемент это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Свойства элементов, а также свойства и формы их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома элемента.

Открытое Беккерелем явление радиоактивности было первым примером ядерных реакций превращений ядер одного элемента в ядра другого элемента. Сейчас известно очень много ядерных реакций; все они относятся к физическим явлениям и поэтому в обычном курсе химии не рассматриваются.

явление радиоактивности

Основные положения периодического закона Д. И. Менделеева

За основу классификации химических элементов Менделеев принял массу атомов элементов. Располагая известные на то время элементы в порядке возрастания их атомных весов, Менделеев обнаружил, что свойства элементов периодически повторяются. В 1869 г. Менделеев открыл периодический закон и в 1871 г. так его сформулировал: “Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости от их атомного веса”.

Сейчас основной характеристикой, определяющей принадлежность атома к тому или иному элементу, является заряд ядра атома, который соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе. Поэтому современная формулировка периодического закона  такова: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов элементов или от порядкового номера элементов.

Например, в ряду от лития до неона по мере возрастания зарядов ядер свойства элементов изменяются в совершенно определенном направлении. Валентность по кислороду от лития к азоту у каждого последующего элемента увеличивается на единицу, а валентность по водороду от углерода к фтору, наоборот, уменьшается на единицу. Металлические свойства от лития к фтору постепенно ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

В ряду от натрия до аргона свойства элементов в значительной степени повторяют свойства элементов от лития до неона. Причем повторение проявляется в определенной последовательности: натрий повторяет свойства лития, магний – бериллия, алюминий – бора и так далее. Следующий за аргоном калий повторяет свойства натрия и лития, кальций – магния и бериллия, иначе говоря, свойства элементов периодической системы повторяются. Эту периодичность нельзя рассматривать как простое повторение свойств. Однако свойства элементов повторяются в различной степени.

Всю совокупность элементов можно представить в виде единой природной системы – периодической системы химических элементов.

В периодической системе все элементы составляют 7 периодов. Первый период включает 2 элемента – водород и гелий. С калия до криптона и с рубидия до ксенона четвертый и пятый периоды включают в себя уже 18 элементов. Шестой период содержит 32 элемента. Седьмой период не закончен. Периодичность в повторении свойств химических элементов различна. Три первых периода называются малыми, остальные – большими.

Если в малых периодах с увеличением порядкового номера все химические свойства элементов изменяются последовательно, то в больших периодах некоторые свойства элементов повторяются внутри периода..

Периодическую систему химических элементов можно отобразить в форме таблицы. Было создано множество различных вариантов таблиц. Однако наиболее наглядными, а значит, наиболее часто используемыми являются развернутая и сокращенная формы таблицы.

Таблица МенделееваТаблица Менделеева. Длиннопериодный вариант

Развернутую форму таблицы получают, когда последовательные периоды элементов разместить в виде горизонтальных рядов, так чтобы сходные по свойствам элементы оказались строго друг под другом. В такой таблице короткие периоды оказываются разделенными – по 2 элемента в начале и по 6 в конце таблицы, а между ними в четвертом и пятом периодах по 10 элементов, в шестом – 32 элемента (14 лантаноидов вместе с лантаном размещаются в одной клетке); всего 10 столбцов. Элементы с похожими свойствами в вертикальных столбцах этой таблицы образуют подгруппы. Подгруппы с элементами второго и третьего коротких периодов называются главными, а остальные – побочными. Всего в таблице 8 главных и 8 побочных подгрупп: всего 16. Главные подгруппы обозначаются индексом “а” – Iа, IIа. Побочные подгруппы обозначаются индексом “б” – Iб, IIб и т. д.

В подгруппу IIIб входят по 14 элементов семейства лантаноидов и актиноидов, вынесенные в виде отдельных строк за пределы основной таблицы. Это происходит потому, что элементы этих семейств имеют большое сходство химических свойств и размещаются в одной клетке основной таблицы.

В сокращенной форме таблицы периодической системы главные и побочные подгруппы совмещены в одну группу, но сдвинуты по горизонтали таким образом, что элементы главных и побочных подгрупп образуют отдельные столбцы. Большие периоды в сокращенной форме таблицы образуют два ряда. Чаще всего используется именно сокращенная форма таблицы, в силу ее компактности и удобства использования.

Также существует множество других форм периодической системы:

Формы периодической системы химических элементов 3Формы периодической системы химических элементов 4ФФормы периодической системы химических элементов 5

Строение атома и периодический закон

Изучение строения атомов и химических свойств соответствующих элементов с характером распределения электронов по энергетическим уровням в атомах показало, что химические свойства элементов определяются в основном строением внешней электронной оболочки.

Так как периодичность в изменении химических свойств элементов неодинакова, т. е. периодическая система включает в себя один период из 2 элементов, два по 8, два по 18 и один 32 элемента. Последний, седьмой, период незакончен и содержит 19 элементов. Такая периодичность связана с закономерностями заполнения электронами энергетических уровней атома (принцип Паули, правило Гунда, правило Клечковского):

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d<7p.

Из приведенного ряда вытекают два правила:  на внешнем энергетическом уровне любого атома не может быть больше 8 электронов и на предвнешнем энергетическом уровне любого атома не может быть больше 18 электронов. Так как любой внешний уровень не может содержать более 8 электронов, внешние оболочки с 8 электронами называются завершенными. Они характерны лишь для атомов благородных газов и являются очень устойчивыми.

В зависимости от орбитали, которые заполняются электронами при формировании электронных оболочек, различают s-, p-, d и f-элементы.

Зная последовательность заполнения электронами атомных орбиталей, можно понять особенности периодической системы химических элементов. Поскольку каждый период начинается с формирования новой электронной оболочки, то число электронных оболочек у атома равно номеру периода, в котором находится атом. s— и р-элементы составляют главные подгруппы таблицы периодической системы, d- и f-элементы – побочные.

Характер изменения свойств элементов в периодах и группах

У элементов главных подгрупп (это s- и р-элементы) количество электронов на внешней оболочке равно номеру группы.

У всех d-элементов на внешней электронной оболочке находятся только два электрона, так как у них заполняются d-орбитали предвнешнего слоя. Поэтому они и называются d-элементами. Характер изменения свойств в периоде у этих элементов будет определяться прежде всего изменением состояния предвнешней электронной оболочки. Поэтому у d-элементов в периоде свойства изменяются не так резко, как у s- или р-элементов, все
d-элементы являются металлами.

У f-элементов заполняются в основном f-орбитали, которые закрыты восьмиэлектронной предвнешней и двухэлектронной внешней оболочками. Поэтому влияние электронной конфигурации f-оболочки на свойствах практически не отражается, и f-элементы настолько похожи, что их помещают в одну клетку таблицы.

Характер изменения свойств элементов в периодах и группах

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Одноклассники

Комментарии: