Makhov B.F.
În legătură cu dezvoltarea de către autor a „Modelului vibrațional al atomului neutru” cu includerea „eterului mondial”, în care conceptele de „încărcare pozitivă permanentă a nucleului atomic” și „câmpul Coulomb” devin redundante, se pune problema unei noi formulări a Legii periodice. O astfel de formulare este propusă în acest articol, unde este luată în considerare și problema exprimării matematice a Legii periodice. În articol, autorul folosește propria sa versiune a „Symmetric Quantum Periodic System of Neutral Atoms (SC-PSA)”, adecvată Modelului vibrațional.
Din ce în ce mai departe de noi 1869 - momentul primei formulări a Legii periodice de către D.I. Mendeleev (PZM) și dezvoltarea sa a Tabelului Periodic al Elementelor (PSE-M), în care greutatea atomică a elementului a fost luată ca principal criteriu de ordonare, o caracteristică mai mult sau mai puțin de înțeles disponibilă atunci. Dar chiar și Dmitri Ivanovici însuși a spus că „nu știm motivele periodicității”. La acel moment, erau cunoscute doar 63 de elemente, iar proprietățile lor (în mare parte chimice) erau cunoscute puțin și nu întotdeauna cu acuratețe.
Cu toate acestea, problema sistematizării elementelor sa declarat deja și a cerut o soluție. Intuiția ingenioasă a lui Mendeleev i-a permis să facă față cu succes (la nivelul de cunoștințe de atunci) sarcinii. Formularea sa a PZM (octombrie 1971): „... proprietățile elementelor și, prin urmare, proprietățile simple și corpuri complexe, se află într-o relație periodică cu greutatea lor atomică.
Dmitri Ivanovici a aranjat toate elementele într-o serie (seria lui Mendeleev) în ordinea creșterii greutății atomice, în care, totuși, a permis și abateri pentru perechile cunoscute de elemente (pe baza proprietăților chimice), adică. de fapt, există o dependență nu numai de greutatea atomică.
Oamenii de știință au devenit clar că atunci când se trece de la un element din PSE-M la altul, unele caracteristici ale elementului cresc în trepte cu aceeași cantitate. Această valoare este Z a fost numit număr de serie (în principal de chimiști) sau număr atomic (de fizicieni). S-a dovedit că greutatea atomică în sine depinde într-un anumit fel de Z. Prin urmare, ca principal criteriu de ordonare, a fost adoptat numărul de serie Z, care, în consecință, a fost inclus în a 2-a formulare a PZM în locul greutății atomice.
Timpul a trecut și au apărut noi posibilități de sistematizare. În primul rând, acestea sunt progrese în studiul spectrelor optice de linie (LOS) ale atomilor neutri și al radiației caracteristice cu raze X (XXR). S-a dovedit că fiecare element are un spectru unic și din ele au fost descoperite o serie de elemente noi. Pentru a descrie spectrele au fost propuse numere cuantice, termeni spectrale, principiul excluderii lui W. Pauli, legea lui G. Moseley etc.. Studiul atomilor a culminat cu crearea primelor modele ale atomului (MOA), dupa moartea lui D. I. Mendeleev.
Legea lui Moseley, care a legat frecvența radiației caracteristice cu raze X la numărul de serie Z, a adus o contribuție deosebit de mare la știință. El a confirmat corectitudinea seriei Mendeleev și i-a permis să indice numerele elementelor rămase nedescoperite. Dar apoi, ghidat de bunele intenții, să dea un număr de serie Z sens fizic, fizicienii de la nivelul cunoștințelor de la începutul secolului al XIX-lea (primele modele ale atomului) au ajuns la concluzia grăbită că nu poate fi altceva decât o sarcină electrică pozitivă constantă a nucleului atomic (numărul de elemente elementare). sarcini electrice - eZ).
Drept urmare, oamenii de știință au ajuns la concluzia că este nevoie de o a doua formulare rafinată a PZM, în care sarcina electrică pozitivă constantă a nucleului atomic al unui element a fost luată ca principal criteriu de sistematizare.
Dar, din păcate, la începutul secolului al XX-lea, primele modele ale atomului au fost prezentate prea mecanic (modele nucleare planetare), iar neutralitatea electrică a atomului în ansamblu era reprezentată de sarcina pozitivă a nucleului și corespunzătoare. numărul de particule elementare negative - electroni, adică tot la nivelul cunoștințelor primitive de atunci despre electricitate. Drept urmare, a fost folosit conceptul unui câmp electric coulombian constant, care atrage electronii care se rotesc în jurul nucleului etc. Și Doamne ferește ca electronul să cadă pe nucleu!
Descoperirea naturii ondulatorii a electronului si multe probleme cu modelul acceptat al atomului, au dus la trecerea la „modelul mecanic cuantic al atomului”. Mecanica cuantică (QM) a fost salutată drept cea mai mare realizare a secolului al XX-lea. Dar cu timpul, entuziasmul s-a domolit. Motivul este fundația șubredă pe care este construit CME, bazată pe ecuația Schrödinger, care „ descrie mișcarea unui electron. În primul rând, abordarea în sine este greșită - în loc să luăm în considerare starea cuantică de echilibru a unui atom neutru în ansamblu (la nivel macro, vorbind în limbajul sinergetic), mișcarea unui electron este luată în considerare în CME (adică, lucrează la un nivel micro excesiv de detaliat). Imaginează-ți că, în cazul unui gaz ideal, în loc să-l considere la nivel macro cu parametrii constanti în timp ai stării gazului (presiune, temperatură, volum), ar începe brusc să scrie ecuațiile de mișcare pentru fiecare dintre miliardele de atomi și molecule ale gazului, gemând tare în acelaşi timp despre dificultatea sarcinii şi puterea insuficientă a calculatoarelor moderne. În timp ce la nivel macro, întreaga imagine este ușor și elegant descrisă folosind ecuația pentru conectarea parametrilor de stare a gazului - ecuația Clapeyron-Mendeleev. [FES, M, SE, 1984, p.288]
Ceva similarîn complexitate ne oferă CME-ul în persoana părinţilor săi fondatori, mai ales în cazul atomilor cu numere atomice mari. Totuși, academicianul Lev Landau (1908-68), el însuși unul dintre pilonii CME, scria deja: „Un atom cu mai mult de un electron este sistem complex electronii care interacționează între ei. Pentru un astfel de sistem, se pot lua în considerare, strict vorbind, doar stările sistemului în ansamblu. Aceeași idee se regăsește și în lucrările fizicianului în spectroscopie Acad. Academia de Științe a BSSR Elyashevich M.A. (1908-95).
Să revenim însă la luarea în considerare a formulărilor Legii periodice. Formularea modernă (a doua rafinată) a PZM este următoarea:
„Proprietățile elementelor sunt într-o relație periodică cu sarcina nucleelor lor atomice”. Sarcina nucleară eZ = numărul atomic (de serie) al elementului din sistem, înmulțit cu sarcina electrică elementară (adică Z este numeric egal cu numărul de sarcini electrice elementare).
De ce este necesară o nouă, a treia formulare a PZM?
1) Din a 2-a formulare nu este foarte clar ce proprietăți sunt în discuție - dacă sunt chimice, atunci nu sunt direct legate de elemente (atomi neutri). Când atomii neutri interacționează, EMF-urile lor variabile se suprapun, ca urmare, ei exercită un anumit grad de excitare unul asupra celuilalt. Pentru a descrie o legătură chimică, trebuie să știți în plus - ce este conectat la ce (compoziția și structura substanței) și în ce condiții fizice specifice (CFU) etc.
2) Conform „Modelului vibrațional” dezvoltat de autor, nucleul unui atom neutru nu are nici o sarcină electrică constantă, nici un câmp Coulomb constant creat de acesta (în loc de acesta, un nucleu pulsatoriu, un câmp electromagnetic alternant - EMF, EMW în picioare, rezonanță parametrică, factor de înaltă calitate al oscilațiilor, durabilitate atom). Vezi FI, 2008, nr. 3, p.25
3) Adică nu există o definiție clară a unui argument sau a unei funcții. În ceea ce privește natura dependenței periodice, nu există nici o certitudine. PZM este inutil fără a lua în considerare simultan tabelul tabelului periodic în sine, motiv pentru care adesea nu este menționat deloc în manuale în formularea sa actuală („cercul vicios”). Nu întâmplător nu avem încă o teorie completă a sistemului periodic și cea mai matematică expresie a PZM.
4) Acum puteți folosi oportunități fundamental noi pentru o formulare mai corectă a Legii periodice și derivarea expresiei sale matematice, care da„Modelul vibrațional al unui atom neutru” (vibrații cuplate ale nucleului și ale mediului său) și „Symmetric quantum periodic system of neutri atoms (SC-PSA)”, dezvoltat și publicat de autor.
5) Conform abordării sinergice, starea cuantică de echilibru a atomului ca întreg (abordare macroscopică) poate fi descrisă prin mai mulți parametri independenți de timp. Autorul a arătat că sunt un set strict individual (principiul excluderii W. Pauli) de 4 numere cuantice inerente fiecărui atom, determinate din LOS acestuia (și nu din ecuațiile CME).
Astfel de un set de numere cuantice determină în mod unic locul elementului (coordonatele acestuia) în SC-PSA elaborat de autor.
6) Astfel de parametri trebuie să îndeplinească o serie de cerințe:
Răspunde la natura fizică a unui atom neutru (conform „modelului vibrațional”)
Fii lipsit de ambiguitate
Să fie întreg (care decurge din însăși esența radiației nucleului)
Este ușor de măsurat (din spectrele unui atom neutru).
Astfel, sensul numerelor cuantice cunoscute pentru fiecare atom trebuie rafinat în funcție de natura lor fizică.
7) În locul ecuației CME a lui E. Schrödinger, autorul propune să se utilizeze ecuațiile de conexiune a numărului cuantic (ecuațiile lui Makhov) (autorul a găsit două astfel de ecuații), care sunt expresia matematică a PZM, adecvată noii formulări. Mai multe despre asta într-o carte viitoare.
8) În lumina „Modelului vibrațional al atomului neutru” și a noii idei a EMF variabilă a nucleului, pentru noua formulare a Legii periodice, în locul sarcinii electrice elementare, este nevoie de o altă mărime fizică , care, împreună cu numărul ordinal Z, caracterizează intensitatea interacțiunii electromagnetice (schimbându-se treptat odată cu creșterea Z) și determinată unic din spectrul atomilor neutri. Și există o astfel de valoare - aceasta este constanta de structură fină (α) [FES-763], care este de obicei folosită în căutările pentru „limita superioară a tabelului periodic”.
Noua formulare a PZM arata asa:
„Caracteristicile atomilor neutri sunt într-o dependență periodică de mărimea tensiunii (aZ) câmp electromagnetic alternant (EMF) creat de nucleele lor. La o astfel de scurtă formulare a ajuns autorul pe 22 noiembrie 2006, după o serie de „lungimi”.
Din aceasta se poate observa că în loc de mărimea sarcinii electrice ( eZ), care include o sarcină electrică elementară, se utilizează valoarea intensității ( aZ), care include α - constantă de structură fină, care „în electrodinamica cuantică este considerată un parametru natural care caracterizează „puterea” interacțiunii electromagnetice” [FES, p.763].
Am vorbit deja despre caracteristicile atomilor neutri (despre numerele cuantice, natura lor fizică etc.), dar natura dependenței periodice mai trebuie clarificată puțin. Deja acum există condiții preliminare pentru derivarea ecuațiilor de conectare a numerelor cuantice - aceasta este (n+ l)- regulile academicianului V.M. Klechkovsky (1900-72) și (n- l)- regula dhn, prof. D.N. Trifonov, care au fost folosite de autor pentru a construi SC-PSA. Ținând cont de variabila EMF și de EMW permanent care se propagă (la o adâncime specifică pentru fiecare atom), putem spune că suma acestor numere cuantice reprezintă energia totală a EMW în picioare, iar diferența este adâncimea schimbării în parametru de oscilație. Adică, există deja pachete de numere cuantice care reprezintă în SC-PSA (n+ l)- perioada (toți sunt perechi și formează diade) și (n- l)- grupuri de atomi consecutivi - rânduri orizontale de SC-PSA (până la 4 într-o perioadă în Z ≤ 120), care sunt secvențe f-, d-, p-, s- elemente. Adică, la un nivel de energie cuantică pot exista mai multe stări cuantice. O analiză suplimentară a caracteristicilor EMW cu două unități ne permite să derivăm ecuațiile pentru conexiunea numerelor cuantice (ecuațiile lui Makhov).
Exemplu: Energie EMW totală E n + l = E n + E l = const, unde E n si E l - valorile medii ale energiei componentelor electrice și magnetice ale părților sale.
Pentru a clarifica semnificația fizică a numerelor cuantice, folosim formula pentru energia unui emițător cuantic (în vedere generala) E = Eo (2k + 1), deci → = 2k
Mai exact, avem pentru E n + l= E o (2 + 1) → = n + l , aceasta este suma numerelor cuantice (n+ l) este raportul dintre creșterea energiei totale a unui EMW în picioare și valoarea sa inițială, ceea ce dă un sens fizic primei reguli menționate mai sus a academicianului V.M. Klechkovsky.
Un EMW în picioare este un purtător material de rezonanță parametrică (cu o energie internă constantă, energia este transferată de la electric la magnetic și invers cu o frecvență uriașă). În acest caz, diferența dintre valorile medii ale energiei componentelor electrice și magnetice ale energiei totale a EMW E n - l = E n - E l - cantitatea de modificare a parametrilor este de asemenea cuantificată.
E n - l= E o (2 + 1) → = n - l , această atitudine dă sens fizic regulii lui D.N.Trifonov și de aici regula devine clară n - l ≥ 1, deoarece altfel nu există EMW permanent (nu ar trebui să fie inerent valului de călătorie n = l, și pierderea de energie asociată). Puteți introduce conceptul de „valoare relativă a modificării parametrilor” : = = λ
Sunt de asemenea cuantificate valorile medii ale componentelor energiei totale a EMW în picioare
E n=Eo(2 n + 1) → = 2n
E l=Eo(2 l + 1) → = 2l
de aici numerele cuantice nși l dobândesc o nouă semnificație fizică ca numerele cuantice ale componentelor energiilor electrice și magnetice ale energiei totale a unui EMW permanent (în loc de „număr cuantic principal” și „număr cuantic orbital”).
O frecvență ridicată și constantă a unui EMW în picioare este exprimată prin funcții periodice, în raport cu cazul nostru - trigonometric. Dualitatea EMW în picioare se află în alocarea parametrică a funcției. O EMW permanentă ca undă armonică poate fi descrisă prin ecuații sinusoidale de formă y = A păcat (ω t + φ ),
apoi n t = n cosα și lt = l sin α (definiția parametrică a unei elipse).
Aici nși l - numere cuantice (valori întregi adimensionale), indicatori ai amplitudinii maxime a energiei relative a componentelor electrice și magnetice ale EMW în picioare și n tși lt- valorile curente ale cantităților fluctuante ( componente EMW în picioare) în acest moment timp, adică cantitățile sunt, de asemenea, adimensionale.*)
0 ≤ |n t| ≤n 0 ≤ |l t | ≤l
Să lămurim că sunt exact două dependențe- cosinus și sinusoid La interfața „Nucleu-mediu” în momentul inițial al radiației, primul are o amplitudine maximă - la = n (altfel nu există radiație), iar amplitudinea este diferită - la = 0 (adică există o schimbare de fază). Începând să se propagă din nucleu, o componentă a EMW permanent generează alta și invers. Autorul ar dori să avertizeze împotriva sărituri la concluzia că la = 0, atunci componenta magnetică a energiei totale a EMW în picioare este, de asemenea, egală cu zero. Nu este așa, este suficient să ne amintim formula unui emițător armonic cuantic.
Aceasta este ecuația elipsei + = 1 (în formă canonică, comună pentru conectarea oscilațiilor armonice) și este una dintre ecuațiile pentru conectarea numerelor cuantice.
Sensul fizic al acestei ecuații de cuplare devine mai clar dacă se fac unele transformări. Pentru a face acest lucru, folosim reprezentarea elipsei ca hipotrocoide.
Pentru cazul nostru; .
Aceasta este prima ecuație a relației de număr cuantic (ecuația lui Makhov).
Sau destul de clar 
.
Se poate observa că ecuația reflectă constanța energiei totale a unui EMW în picioare. Astfel, pachetele de numere cuantice de mai sus ( n+l) este numărul perioadei în SC-PSA și ( n - l)- defineste succesiunea de amplasare a rândurilor orizontale incluse în perioadă - și-a găsit locul în ecuația de comunicare, iar ecuația în sine reflectă bine structura SC-PSA.
Am mai obținut o ecuație de conexiune a 2-a pentru celelalte două numere cuantice (din mulțimea completă în conformitate cu principiul excluderii W. Pauli) - m l șiDomnișoară , dar nu poți spune despre ele pe scurt și chiar și cu semnificația fizică a „învârtirii” număr cuantic Domnișoarăîncă mai trebuie să fie descoperit - vezi aici.
Început (numărul de serie al elementului original - ZM) din fiecare M-diadă (o pereche de perioade SC-PSA) poate fi obținută din transformarea identică a formulei prin V.M. Klechkovsky pentru număr Zl element la care prima dată când apare un element cu date valoare lmax
ZM = Zl -1 = = ,
apoi lalmax = 0; 1; 2; 3; 4... noi avem ZM= 0; 4; 20; 56; 120..., adică acestea sunt așa-numitele numere tetraedrice, care sunt indirect legate de niște niveluri minime de energie cuantică inițială pentru diada (un tetraedru dintre toate corpurile spațiale are o suprafață minimă cu un volum fix).
Autorul intenționează să raporteze mai detaliat despre acest subiect și despre cele două ecuații de mai sus ale relației numerelor cuantice în lucrările în curs de pregătire pentru publicare.
Autorul nu pretinde că această lucrare, desigur, să creeze o teorie completă a Sistemului periodic de atomi neutri și a expresiei sale matematice, dar o consideră o etapă necesară și importantă pe această cale și, în măsura posibilităților sale, va contribui. pentru a progresa în continuare.
BIBLIOGRAFIE:
- Klechkovsky V.M. „Repartiția electronilor atomici și regula de umplere succesivă (n+ l)- grup”, M., Atomizdat, 1968
- Klechkovsky V.M. „Elaborarea unor probleme teoretice ale Sistemului periodic al D.I. Mendeleev" (raport la simpozionul celui de-al X-lea Congres Mendeleev). M., Nauka, 1971, p. 54-67.
- Trifonov D.N. „Structura și limitele sistemului periodic”, Moscova, Atomizdat, 1976, 271 pagini.
- Makhov B.F., cartea „Symmetric Quantum Periodic System of Elements” (SK-PSE), Moscova, 1997 - ISBN 5-86700-027-3
- Makhov B.F., Articolul „Symmetric quantum periodic system of elements (neutral atoms) - SC-PSA (or New Periodization of the Periodic System”, în revista RAE „Fundamental Research”, 2007, nr. 9, pp. 30-36 - ISSN 1812 -7339
- Makhov B.F., Raport „Manifestarea împerecherii în sistemul periodic de atomi neutri (SC-PSA)”, în Proceedings of the V-Int. conferința „Biniologie, simetrologie și sinergetică în științele naturii”, sept. 2007, Tyumen, Tsogu, Secțiunea „Fizică și chimie”, pp. 59-65 ISBN 978-5-88465-835-4
- Makhov B.F., Articolul „Difuzarea mondială” D.I. Mendeleev și locul său în sistemul periodic”, în revista RANH „Fundamental Research”, 2008, nr.3, p. 25-28
- Makhov B.F., Articolul „Natura fizică a metalelor în lumina modelului vibrațional al atomului”, în revista Academiei Ruse de Științe Naturale „Cercetare fundamentală”, 2008, nr. 3, p. 29-37
- Landau L.D., Lifshits E.M. "Mecanica cuantică. Teoria non-relativistă”, Moscova: Nauka, 1974 (ed. a III-a). p. 293. și 1989 (ed. a IV-a). pagina 302
- Makhov BF, carte „Despre modelul atomului neutru și căile de ieșire din criză în fizica atomică” (pregătită pentru publicare).
- Makhov B.F., cartea „SC-PSA tridimensional” (pregătită pentru publicare).
- Bronstein I.N., Semendyaev K.A., Manual de matematică pentru ingineri și studenți ai instituțiilor de învățământ superior. Moscova: Nauka, redactor-șef. FML, 1986 (13e, cor.), p.127
- Articolul „Constantă de structură fină”, Fizic Dicţionar enciclopedic- FES, p.763
Link bibliografic
Makhov B.F. LEGEA PERIODICA D.I. MENDELEEV - NOUA FORMULARE ȘI EXPRIMERE MATEMATICĂ A LEGII // Succesele științelor naturale moderne. - 2008. - Nr. 9. - P. 24-29;URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=10547 (data accesului: 29/02/2020). Vă aducem la cunoștință jurnale publicate de editura „Academia de Istorie Naturală”
Aici cititorul va găsi informații despre una dintre cele mai importante legi descoperite vreodată de om în domeniul științific - legea periodică a lui Mendeleev Dmitri Ivanovici. Veți face cunoștință cu semnificația și influența sa asupra chimiei, vor fi luate în considerare Dispoziții generale, caracteristicile și detaliile legii periodice, istoria descoperirii și principalele prevederi.
Care este legea periodică
Legea periodică este lege naturala de natură fundamentală, care a fost descoperit pentru prima dată de D. I. Mendeleev încă din 1869, iar descoperirea în sine a avut loc datorită unei comparații a proprietăților unor elemente chimice și a valorilor masei atomice cunoscute la acea vreme.
Mendeleev a susținut că, conform legii sale, corpurile simple și complexe și diverșii compuși ai elementelor depind de dependența lor de tipul periodic și de greutatea atomului lor.
Legea periodică este unică în felul ei și asta se datorează faptului că nu este exprimată prin ecuații matematice, spre deosebire de alte legi fundamentale ale naturii și ale universului. Grafic, își găsește expresia în tabelul periodic al elementelor chimice.
Istoria descoperirilor
Descoperirea legii periodice a avut loc în 1869, dar încercările de sistematizare a tuturor elementelor x cunoscute au început cu mult înainte.
Prima încercare de a crea un astfel de sistem a fost făcută de I. V. Debereiner în 1829. El a clasificat toate elementele chimice cunoscute de el în triade, interconectate prin apropierea a jumătate din sumă. mase atomice incluse în acest grup de trei componente. În urma lui Debereiner, s-a încercat crearea unui tabel unic de clasificare a elementelor de către A. de Chancourtua, el a numit sistemul său „spirala pământului”, iar după el octava Newlands a fost întocmită de John Newlands. În 1864, aproape simultan, William Olding și Lothar Meyer au publicat tabele create independent.
Legea periodică a fost prezentată comunității științifice pentru revizuire la 8 martie 1869, iar acest lucru s-a întâmplat în timpul unei reuniuni a Societății a X-a a Rusiei. Mendeleev Dmitri Ivanovici și-a anunțat descoperirea în fața tuturor și în același an a fost publicat manualul lui Mendeleev „Fundamentals of Chemistry”, unde a fost afișat pentru prima dată tabelul periodic creat de el. Un an mai târziu, în 1870, a scris un articol și l-a trimis spre revizuire la RCS, unde a fost folosit pentru prima dată conceptul de lege periodică. În 1871, Mendeleev a oferit o descriere exhaustivă a cercetării sale în celebrul său articol despre valabilitatea periodică a elementelor chimice.
O contribuție neprețuită la dezvoltarea chimiei
Valoarea legii periodice este incredibil de mare pentru comunitatea științifică din întreaga lume. Acest lucru se datorează faptului că descoperirea sa a dat un impuls puternic dezvoltării atât a chimiei, cât și a altor științe ale naturii, precum fizica și biologia. Relația elementelor cu caracteristicile lor calitative chimice și fizice a fost deschisă, iar acest lucru a făcut posibilă înțelegerea esenței construcției tuturor elementelor după un singur principiu și a dat naștere formulării moderne a conceptelor de elemente chimice, pentru a concretiza cunoștințe despre substanțe cu structură complexă și simplă.
Utilizarea legii periodice a făcut posibilă rezolvarea problemei predicției chimice, determinarea cauzei comportării elementelor chimice cunoscute. Fizica atomică, inclusiv energia nucleară, a devenit posibilă ca urmare a aceleiași legi. La rândul lor, aceste științe au făcut posibilă extinderea orizontului esenței acestei legi și adâncirea în înțelegerea ei.
Proprietățile chimice ale elementelor sistemului periodic
De fapt, elementele chimice sunt interconectate prin caracteristicile inerente lor atât în starea unui atom liber, cât și a unui ion, solvatat sau hidratat, într-o substanță simplă și în forma pe care o pot forma numeroșii lor compuși. Cu toate acestea, proprietățile x-a constau de obicei în două fenomene: proprietăți caracteristice unui atom în stare liberă și o substanță simplă. Acest tip de proprietăți include multe dintre tipurile lor, dar cele mai importante sunt:
- Ionizarea atomică și energia sa, în funcție de poziția elementului în tabel, numărul său ordinal.
- Relația energetică dintre atom și electron, care, ca și ionizarea atomică, depinde de locația elementului în tabelul periodic.
- Electronegativitatea unui atom, care nu are o valoare constantă, dar se poate modifica în funcție de diverși factori.
- Razele atomilor și ionilor - aici, de regulă, sunt utilizate date empirice, care sunt asociate cu natura ondulatorie a electronilor într-o stare de mișcare.
- Atomizarea substanțelor simple - o descriere a capacității unui element de a reactivitate.
- Stările de oxidare sunt o caracteristică formală, însă apar ca una dintre cele mai importante caracteristici ale unui element.
- Potențialul de oxidare pentru substanțele simple este o măsurare și indicare a potențialului unei substanțe de a acționa în soluții apoase, precum și nivelul de manifestare a proprietăților redox.
Periodicitatea elementelor de tip intern și secundar
Legea periodică oferă o înțelegere a unei alte componente importante a naturii - periodicitatea internă și secundară. Domeniile de studiu ale proprietăților atomice menționate mai sus sunt, de fapt, mult mai complexe decât s-ar putea crede. Acest lucru se datorează faptului că elementele s, p, d ale tabelului își modifică caracteristicile calitative în funcție de poziția lor în perioadă (periodicitate internă) și grup (periodicitate secundară). De exemplu, procesul intern de tranziție a elementului s de la primul grup la al optulea la elementul p este însoțit de puncte minime și maxime pe curba energetică a atomului ionizat. Acest fenomen arată inconstanța internă a periodicității modificărilor proprietăților unui atom în funcție de poziția sa în perioadă.
Rezultate
Acum, cititorul are o înțelegere clară și o definiție a ceea ce este legea periodică a lui Mendeleev, își dă seama de semnificația ei pentru om și dezvoltarea diferitelor științe și are o idee despre prevederile sale actuale și despre istoria descoperirii.
Ca rezultat al dezvoltării cu succes a materialului din acest capitol, studentul ar trebui:
stiu
- formularea modernă a legii periodice;
- legătura dintre structura sistemului periodic și secvența energetică a subnivelurilor din atomii multielectroni;
- definițiile conceptelor „perioadă”, „grup”, „5-elemente”, „p-elemente”, "d- elemente”, „/-elemente”, „energie de ionizare”, „afinitate electronică”, „electronegativitate”, „raza van der Waals”, „clarke”;
- legea de bază a geochimiei;
a fi capabil să
Descrieți structura sistemului periodic în conformitate cu regulile lui Klechkovsky;
proprii
Idei despre natura periodică a modificării proprietăților atomilor și proprietățile chimice ale elementelor, despre caracteristicile versiunii pe perioadă lungă a sistemului periodic; despre relația dintre abundența elementelor chimice cu poziția lor în sistemul periodic, despre macro și microelemente din litosferă și materia vie.
Formularea modernă a legii periodice
legea periodica - cea mai generală lege a chimiei - a fost descoperită de Dmitri Ivanovici Mendeleev în 1869. În acel moment, structura atomului nu era încă cunoscută. D. I. Mendeleev și-a făcut descoperirea pe baza schimbării regulate a proprietăților elementelor cu creșterea maselor atomice.
După descoperirea structurii atomilor, a devenit clar că proprietățile lor sunt determinate de structura învelișurilor de electroni, care depinde de numărul total electroni într-un atom. Numărul de electroni dintr-un atom este egal cu sarcina nucleului său. Prin urmare, formularea modernă a legii periodice este următoarea.
Proprietățile elementelor chimice și substanțele simple și complexe pe care le formează sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleului atomilor lor.
Semnificația legii periodice constă în faptul că este principalul instrument de sistematizare și clasificare a informațiilor chimice, un mijloc foarte important de interpretare a informațiilor chimice, un instrument puternic pentru prezicerea proprietăților compușilor chimici și un mijloc de căutare direcționată a compuși cu proprietăți prestabilite.
Legea periodică nu are o expresie matematică sub formă de ecuații, ea se reflectă într-un tabel numit sistem periodic de elemente chimice. Există multe variante ale tabelului tabelului periodic. Cele mai utilizate sunt versiunile cu termen lung și scurt, plasate pe prima și a doua inserție coloră a cărții. Unitatea structurală principală a sistemului periodic este perioada.
Perioada cu numărul p numită succesiune de elemente chimice dispuse în ordinea crescătoare a sarcinii nucleului unui atom, care începe cu ^-elemente și se termină cu ^-elemente.
In aceasta definitie P - număr de perioadă egal cu numărul cuantic principal pentru nivelul energetic superior din atomii tuturor elementelor acestei perioade. în atomi s-elemente Se completează 5-subniveluri, în atomi elemente p - respectiv p-subnivelurile. Excepția de la definiția de mai sus este prima perioadă, în care nu există elemente p, deoarece la primul nivel de energie (n = 1) există doar 15 niveluri. Tabelul periodic mai conține d-elemente, ale căror ^-subniveluri sunt completate și /-elemente, ale căror /-subniveluri sunt completate.
Legea periodică a lui DIMendeleev, formularea sa modernă. Care este diferența sa față de cea dată de D.I. Mendeleev? Explicați care este motivul unei astfel de modificări în formularea legii? Care este sensul fizic al Legii periodice? Explicați motivul modificării periodice a proprietăților elementelor chimice. Cum înțelegeți fenomenul de periodicitate?
Legea periodică a fost formulată de D. I. Mendeleev sub următoarea formă (1871): „proprietăți corpuri simple, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor și, prin urmare, proprietățile corpurilor simple și complexe formate de aceștia, stau într-o dependență periodică de greutatea lor atomică.
În prezent, Legea periodică a lui D. I. Mendeleev are următoarea formulare: „proprietățile elementelor chimice, precum și formele și proprietățile substanțelor și compușilor simple pe care îi formează, sunt într-o dependență periodică de mărimea sarcinilor nucleele atomilor lor.”
O caracteristică a Legii periodice printre alte legi fundamentale este că nu are o expresie sub forma unei ecuații matematice. Expresia grafică (tabulară) a legii este Tabelul periodic al elementelor dezvoltat de Mendeleev.
Legea periodică este universală pentru Univers: așa cum a remarcat în mod figurativ binecunoscutul chimist rus N. D. Zelinsky, Legea periodică a fost „descoperirea interconexiunii tuturor atomilor din univers”.
În starea sa actuală, Tabelul Periodic al Elementelor este format din 10 rânduri orizontale (perioade) și 8 coloane verticale (grupe). Primele trei rânduri formează trei perioade mici. Perioadele ulterioare includ două rânduri. În plus, începând cu a șasea, perioadele includ serii suplimentare de lantanide (perioada a șasea) și actinide (perioada a șaptea).
Pe parcursul perioadei se constată o slăbire a proprietăților metalice și o creștere a celor nemetalice. Elementul final al perioadei este un gaz nobil. Fiecare perioadă ulterioară începe cu un metal alcalin, adică, pe măsură ce masa atomică a elementelor crește, modificarea proprietăților chimice are un caracter periodic.
Odată cu dezvoltarea fizicii atomice și a chimiei cuantice, Legea periodică a primit o justificare teoretică riguroasă. Datorită lucrărilor clasice ale lui J. Rydberg (1897), A. Van den Broek (1911), G. Moseley (1913), a fost dezvăluit semnificația fizică a numărului ordinal (atomic) al unui element. Mai târziu, a fost creat un model mecanic cuantic pentru modificarea periodică a structurii electronice a atomilor elementelor chimice pe măsură ce sarcinile nucleelor acestora cresc (N. Bohr, W. Pauli, E. Schrödinger, W. Heisenberg și alții).
Proprietățile periodice ale elementelor chimice
În principiu, proprietățile unui element chimic îmbină toate, fără excepție, caracteristicile sale în stare de atomi sau ioni liberi, hidratați sau solvați, în starea unei substanțe simple, precum și formele și proprietățile numeroșilor compuși pe care îi forme. Dar, de obicei, proprietățile unui element chimic înseamnă, în primul rând, proprietățile atomilor săi liberi și, în al doilea rând, proprietățile unei substanțe simple. Majoritatea acestor proprietăți arată o dependență periodică clară de numerele atomice ale elementelor chimice. Dintre aceste proprietăți, cele mai importante, care au o importanță deosebită în explicarea sau prezicerea comportamentului chimic al elementelor și al compușilor pe care îi formează, sunt:
Energia de ionizare a atomilor;
Energia afinității atomilor pentru un electron;
Electronegativitatea;
Raze atomice (și ionice);
Energia de atomizare a substanțelor simple
stări de oxidare;
Potențialele de oxidare ale substanțelor simple.
Sensul fizic al legii periodice este că schimbarea periodică a proprietăților elementelor este în deplină concordanță cu structurile electronice similare reînnoite periodic ale atomilor la niveluri de energie din ce în ce mai înalte. Cu schimbarea lor regulată, fizică și Proprietăți chimice.
Sensul fizic al legii periodice a devenit clar după crearea teoriei structurii atomului.
Deci, semnificația fizică a legii periodice este că schimbarea periodică a proprietăților elementelor este în deplină concordanță cu reînnoirea periodică la niveluri de energie din ce în ce mai mari a structurilor electronice similare ale atomilor. Odată cu schimbarea lor regulată, proprietățile fizice și chimice ale elementelor se schimbă în mod natural.
Care este sensul fizic al legii periodice.
Aceste concluzii relevă semnificația fizică a legii periodice a lui D. I. Mendeleev, care a rămas neclară timp de o jumătate de secol după descoperirea acestei legi.
De aici rezultă că semnificația fizică a legii periodice a lui D. I. Mendeleev constă în periodicitatea repetarii configurațiilor electronice similare cu creșterea numărului cuantic principal și combinarea elementelor în funcție de apropierea structurii lor electronice.
Teoria structurii atomilor a arătat că sensul fizic al legii periodice este că, odată cu creșterea succesivă a sarcinilor nucleelor, se repetă periodic structuri electronice de valență similare ale atomilor.
Din toate cele de mai sus, este clar că teoria structurii atomului a dezvăluit semnificația fizică a legii periodice a lui D. I. Mendeleev și chiar mai clar a dezvăluit semnificația acesteia ca bază pentru dezvoltarea ulterioară a chimiei, fizicii și a unui număr. a altor stiinte.
Înlocuirea masei atomice cu sarcina nucleului a fost primul pas în dezvăluirea semnificației fizice a legii periodice.În continuare, a fost important să se stabilească cauzele apariției periodicității, natura funcției periodice a dependenței proprietăților. pe sarcina nucleului, pentru a explica magnitudinea perioadelor, numărul de elemente de pământuri rare etc.
Pentru elemente analoge, există acelasi numar electroni pe cochilii cu același nume la valori diferite ale numărului cuantic principal. Prin urmare, sensul fizic al Legii periodice constă în schimbarea periodică a proprietăților elementelor ca urmare a reînnoirii periodice a învelișurilor electronice similare ale atomilor cu o creștere succesivă a valorilor numărului cuantic principal.
Pentru elemente - analogi, același număr de electroni este observat în aceiași orbitali la diferite valori ale numărului cuantic principal. Prin urmare, sensul fizic al Legii periodice constă în schimbarea periodică a proprietăților elementelor ca urmare a reînnoirii periodice a învelișurilor electronice similare ale atomilor cu o creștere succesivă a valorilor numărului cuantic principal.
Astfel, cu o creștere succesivă a sarcinilor nucleelor atomice, configurația învelișurilor de electroni se repetă periodic și, ca urmare, se repetă periodic proprietățile chimice ale elementelor. Acesta este sensul fizic al legii periodice.
Legea periodică a lui D. I. Mendeleev este baza chimiei moderne. Studiul structurii atomilor dezvăluie semnificația fizică a legii periodice și explică modelele de modificări ale proprietăților elementelor în perioade și în grupuri ale sistemului periodic. Cunoașterea structurii atomilor este necesară pentru a înțelege motivele formării unei legături chimice. Natura legăturii chimice în molecule determină proprietățile substanțelor. Prin urmare, această secțiune este una dintre cele mai importante secțiuni ale chimiei generale.
ecosistem periodic de științe naturale
Până în momentul în care a fost descoperită legea periodică, erau cunoscute 63 de elemente chimice și au fost descrise proprietățile diferiților lor compuși.
Lucrările predecesorilor lui D.I. Mendeleev:
1. Clasificarea Berzelius, care nu și-a pierdut actualitatea nici astăzi (metale, nemetale)
2. Triadele Debereiner (de exemplu, litiu, sodiu, potasiu)
4. Shankurtur cu axa spirală
5. Curba Meyer
Participarea D.I. Mendeleev la Congresul Internațional de Chimie de la Karlruhe (1860), unde au fost stabilite ideile de atomism și conceptul de greutate „atomică”, care acum este cunoscut sub numele de „masă atomică relativă”.
Calitati personale marele om de știință rus D.I. Mendeleev.
Ingeniosul chimist rus s-a remarcat prin cunoștințele enciclopedice, scrupulozitatea experimentului chimic, cea mai mare intuiție științifică, încrederea în adevărul poziției sale și de aici riscul neînfricat în apărarea acestui adevăr. DI. Mendeleev a fost un mare și minunat cetățean al țării ruse.
D.I. Mendeleev a aranjat toate elementele chimice cunoscute de el într-un lanț lung în ordinea crescătoare a greutăților lor atomice și a notat segmentele în el - perioade în care proprietățile elementelor și substanțele formate de acestea s-au schimbat în mod similar și anume:
unu). Proprietățile metalice s-au slăbit;
2) Au fost îmbunătățite proprietățile nemetalice;
3) Gradul de oxidare în oxizi superiori a crescut de la +1 la +7(+8);
4) Gradul de oxidare a elementelor în hidroxizi, compuși solidi asemănător sărurilor ai metalelor cu hidrogen a crescut de la +1 la +3, iar apoi în compușii volatili cu hidrogen de la -4 la -1;
5) Oxizii de la bazici la amfoteri au fost înlocuiți cu cei acizi;
6) Hidroxizii din alcalii, prin acizi amfoteri au fost înlocuiți cu acizi.
Concluzia lucrării sale a fost prima formulare a legii periodice (1 martie 1869): proprietățile elementelor chimice și substanțele formate de acestea sunt într-o dependență periodică de masele lor atomice relative.
Legea periodică și structura atomului.
Formularea legii periodice dată de Mendeleev a fost inexactă și incompletă, deoarece reflecta starea științei într-un moment în care structura complexă a atomului nu era încă cunoscută. Prin urmare, formularea modernă a legii periodice sună diferit: proprietățile elementelor chimice și substanțele formate de acestea sunt într-o dependență periodică de sarcina nucleelor lor atomice.
Sistemul periodic și structura atomului.
Sistemul periodic este afisaj grafic lege periodică.
Fiecare desemnare din sistemul periodic reflectă o trăsătură sau un model în structura atomilor elementelor:
Semnificația fizică a numărului elementului, perioadei, grupului;
Cauzele modificărilor proprietăților elementelor și substanțelor formate de acestea orizontal (în perioade) și vertical (în grupuri).
În aceeași perioadă, proprietățile metalice slăbesc, iar proprietățile nemetalice cresc, deoarece:
1) Încărcăturile nucleelor atomice cresc;
2) Numărul de electroni la nivelul exterior crește;
3) Numărul de niveluri de energie este constant;
4) Raza atomului scade
În cadrul aceluiași grup (în subgrupul principal), proprietățile metalice sunt îmbunătățite, proprietățile nemetalice sunt slăbite, deoarece:
unu). Sarcinile nucleelor atomice cresc;
2). Numărul de electroni din nivelul exterior este constant;
3). Numărul de niveluri de energie crește;
4). Raza atomului crește
Drept urmare, s-a dat o formulare cauzală a legii periodice: proprietățile elementelor chimice și substanțele formate de acestea sunt într-o dependență periodică de modificările structurilor electronice externe ale atomilor lor.
Semnificația legii periodice și a sistemului periodic:
1. Permis să stabilească relația dintre elemente, să le combine după proprietăți;
2. Aranjați elementele chimice într-o succesiune naturală;
3. Periodicitate deschisă, i.e. repetabilitatea proprietăților generale ale elementelor individuale și ale compușilor acestora;
4. Corectați și clarificați masele atomice relative ale elementelor individuale (de la 13 la 9 pentru beriliu);
5. Corectați și clarificați stările de oxidare ale elementelor individuale (beriliu +3 până la +2)
6. Preziceți și descrieți proprietățile, indicați calea de descoperire a elementelor încă nedescoperite (scandiu, galiu, germaniu)
Folosind tabelul, comparăm cele două teorii principale ale chimiei.
| Fundamentele filozofice ale comunității | Legea periodică a lui D.I. Mendeleev | Teoria compușilor organici A.M. Butlerov | |
| 1. 1. Ora de deschidere | 1869 | 1861 | |
| II. Cerințe preliminare. 1. Acumularea materialului faptic 2. 2. Lucrarea predecesorilor 3. Congresul chimiștilor de la Karlsruhe (1860) 4. Calități personale. | În momentul în care a fost descoperită legea periodică, erau cunoscute 63 de elemente chimice și au fost descrise proprietățile numeroșilor lor compuși. | Sunt cunoscuți multe zeci și sute de mii de compuși organici, formați doar din câteva elemente: carbon, hidrogen, oxigen, mai rar azot, fosfor și sulf. | |
| - J. Berzellius (metale și nemetale) - I.V. Debereiner (triade) - D.A.R. Newlands (octave) - L. Meyer | - J. Berzellius, J. Liebig, J. Dumas (teoria radicală); -J.Dumas, Ch.Gerard, O.Laurent (teoria tipurilor); - J. Berzellius a introdus în practică termenul de „izomerie”; -F.Vehler, N.N. Zinin, M. Berthelot, A. Butlerov însuși (sinteze materie organică, colapsul vitalismului); -F.A.Kukule (structura benzenului) | ||
| DI. Mendeleev a fost prezent ca observator | A. M. Butlerov nu a participat, dar a studiat activ materialele congresului. Cu toate acestea, a luat parte la congresul medicilor și naturaliștilor din orașul Speyer (1861), unde a realizat un raport „Despre structura corpurilor organice” | ||
| Ambii autori s-au distins de alți chimiști prin natura enciclopedică a cunoștințelor chimice, capacitatea de a analiza și generaliza faptele, prognoza științifică, mentalitatea rusă și patriotismul rus. | |||
| III. Rolul practicii în dezvoltarea teoriei | DI. Mendeleev prezice și indică modalitățile de descoperire a galiului, scandiului și germaniului, încă necunoscute științei. | A.M. Butlerov prezice și explică izomeria multor compuși organici. El însuși realizează multe sinteze | |
Test cu subiecte
Legea periodică și sistemul periodic al elementelor D.I. Mendeleev
1. Cum se modifică razele atomilor într-o perioadă:
2. Cum se modifică razele atomilor în principalele subgrupe:
a) crește b) scade c) rămâne la fel
3. Cum se determină numărul de niveluri de energie dintr-un atom al unui element:
a) prin numărul de serie al elementului b) prin numărul grupului
c) după numărul rândului d) după numărul perioadei
4. Cum este locul unui element chimic în sistemul periodic al D.I. Mendeleev:
a) numărul de electroni din nivelul exterior b) numărul de neutroni din nucleu
c) sarcina nucleului unui atom d) masa atomica
5. Câte niveluri de energie are un atom de scandiu: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4
6. Ce determină proprietățile elementelor chimice:
a) valoarea masei atomice relative b) numarul de electroni de pe stratul exterior
c) sarcina nucleului unui atom d) numărul de electroni de valență
7. Cum se modifică proprietățile chimice ale elementelor într-o perioadă:
a) se întăresc cele metalice b) se întăresc cele nemetalice
c) nu se schimbă d) nemetalice slăbesc
8. Indicați elementul care conduce perioada lungă a Tabelului periodic al elementelor: a) Cu (nr. 29) b) Ag (nr. 47) c) Rb (nr. 37) d) Au (nr. 79)
9. Care element are cele mai pronunțate proprietăți metalice:
a) Magneziu b) Aluminiu c) Siliciu
10. Care element are cele mai pronunțate proprietăți nemetalice:
a) Oxigen b) Sulf c) Seleniu
11. Care este motivul principal pentru modificarea proprietăților elementelor în perioade:
a) într-o creştere a maselor atomice
b) într-o creştere treptată a numărului de electroni la nivelul energiei externe
c) la o creştere a numărului de electroni dintr-un atom
d) la o creştere a numărului de neutroni din nucleu
12. Care element conduce subgrupul principal al celui de-al cincilea grup:
a) vanadiu b) azot c) fosfor d) arsen
13. Care este numărul de orbitali de pe subnivelul d: a) 1 b) 3 c) 7 d) 5
14. Care este diferența dintre atomii izotopilor unui element:
a) numărul de protoni b) numărul de neutroni c) numărul de electroni d) sarcina nucleară
15. Ce este un orbital:
a) un anumit nivel de energie la care se află un electron
b) spațiul din jurul nucleului în care se află electronul
c) spațiul din jurul nucleului, unde probabilitatea de a găsi un electron este cea mai mare
d) traiectoria pe care se deplasează electronul
16. În ce orbital electronul are cea mai mare energie: a) 1s b) 2s c) 3s d) 2p
17. Stabiliți ce element este 1s 2 2s 2 2p 1: a) Nr. 1 b) Nr. 3 c) Nr. 5 d) Nr. 7
18. Care este numărul de neutroni dintr-un atom +15 31 P a)31 b)16 c)15 e)46
19. Ce element are structura stratului electronic exterior ... 3s 2 p 6:
a) neon b) clor c) argon d) sulf
20. Pe baza formulei electronice, determinați ce proprietăți are elementul 1s 2 2s 2 2p 5:
a) metal b) nemetal c) element amfoter d) element inert
21. Câte elemente chimice în perioada a șasea: a) 8 b) 18 c) 30 d) 32
22. Care este numărul de masă al azotului +7 N care conține 8 neutroni:
a)14 b)15 c)16 d)17
23. Un element al cărui nucleu conține 26 de protoni: a) S b) Cu c) Fe d) Ca
