Перший закон Менделєєва. Періодичний закон, періодична система хімічних елементів менделєєва та будова атома

Перший варіант Періодична таблиця елементівбув опублікований Дмитром Івановичем Менделєєвим у 1869 році та називався «Досвід системи елементів».

Д.І. Менделєєв розташував 63 відомих на той час елемента в порядку зростання їх атомних масі отримав природний ряд хімічних елементів, у якому він виявив періодичну повторюваність хімічних властивостей. Цей рядхімічних елементів тепер відомий як Періодичний закон (формулювання Д.І. Менделєєва):

Властивості простих тіл, а також форми та властивості сполук елементів знаходяться у періодичній залежності від величини атомних ваг елементів.

Сучасне формулювання закону звучить так:

властивості хімічних елементів, простих речовин, а також склад і властивості сполук знаходяться в періодичній залежності від значень зарядів ядер атомів.

Графічним зображенням періодичного законує періодична таблиця.

У осередку кожного елемента вказані найважливіші характеристики.

Періодична таблицямістить групи та періоди.

Група- Стовпець періодичної системи, в якому розташовуються хімічні елементи, що мають хімічну подібність внаслідок ідентичних електронних конфігурацій валентного шару.

Періодична система Д.І. Менделєєва містить вісім груп елементів. Кожна група складається з двох підгруп: головної (а) та побічної (б).У головній підгрупі містяться s-і p-елементи, в побічній - d-елементів.

Назви груп:

I-a Лужні метали.

II-a Лужноземельні метали.

V-a Пніктогени.

VI-a Халькогени.

VII-a Галогени.

VIII-a Шляхетні (інертні) гази.

Період- це послідовність елементів, записана як рядки, розташованих у порядку збільшення зарядів їх ядер. Номер періоду відповідає кількості електронних рівнів в атомі.

Період починається із лужного металу (або водню) і закінчується благородним газом.

Параметр	По групі вниз	За періодом праворуч
Заряд ядра	Збільшується	Збільшується
Число валентних електронів	Не змінюється	Збільшується
Число енергетичних рівнів	Збільшується	Не змінюється
Радіус атома	Збільшується	Зменшується
Електронегативність	Зменшується	Збільшується
Металеві властивості	Збільшуються	Зменшуються
Ступінь окиснення у вищому оксиді	Не змінюється	Збільшується
Ступінь окиснення у водневих сполуках (для елементів IV-VII груп)	Не змінюється	Збільшується

Сучасна періодична таблиця хімічних елементів Менделєєва.

Тут читач знайде інформацію про один із найважливіших законів, коли-небудь відкритих людиною в науковій галузі – періодичний закон Менделєєва Дмитра Івановича. Ви ознайомитеся з його значенням та впливом на хімію, будуть розглянуті загальні положення, характеристика та деталі періодичного закону, історія відкриття та основні положення.

Що таке періодичний закон

Періодичний закон – це природний законфундаментального характеру, який був відкритий вперше Д. І. Менделєєвим ще в 1869, а саме відкриття відбулося завдяки порівнянню властивостей деяких хімічних елементів і величин маси атома, відомих у ті часи.

Менделєєв стверджував, що, згідно з його законом, прості та складні тілата різноманітні сполуки елементів залежать від їхньої залежності періодичного типу та від ваги їхнього атома.

Періодичний закон є унікальним у своєму роді і це пов'язано з тим фактом, що він не виражається математичними рівняннями на відміну від інших фундаментальних законів природи та всесвіту. Графічно своє вираження знаходить у періодичної системі хімічних елементів.

Історія відкриття

Відкриття періодичного закону відбулося в 1869 році, але спроби систематизувати всі відомі х-кі елементи почалися задовго до цього.

Першу спробу створити таку систему зробив І. В. Деберейнер у 1829 році. Він класифікував усі відомі йому хімічні елементи в тріади, пов'язані між собою близькістю половини суми атомних мас, що входять до цієї групи трьох компонентів. Слідом за Деберейнером спробували створити унікальну таблицю класифікації елементів А. де Шанкуртуа, він назвав свою систему «земною спіраллю», а після нього була складена Джоном Ньюлендсом октава Ньюлендса. У 1864 р. практично одночасно Вільям Олдінг і Лотар Мейєр опублікували створені незалежно один від одного таблиці.

Періодичний закон був представлений науковому співтовариству на огляд восьмого березня 1869 року, і сталося це під час засідання Російського х-кого суспільства. Менделєєв Дмитро Іванович заявив при всіх про своє відкриття і того ж року було випущено менделєєвський підручник «Основи хімії», де вперше було показано періодичну таблицю, створену ним. Роком пізніше, в 1870, він написав статтю і дав її на огляд у РХО, де вперше було вжито поняття періодичного закону. У 1871 р. Менделєєв дав вичерпну характеристику свого з-на в знаменитій статті періодичної законності хімічних елементів.

Неоціненний внесок у розвиток хімії

Значення періодичного закону неймовірно велике для наукової спільноти всього світу. Це з тим, що відкриття його дало потужний поштовх розвитку, як хімії, і інших наук про природу, наприклад, фізики та біології. Відкритим був взаємозв'язок елементів з їх якісними хімічними та фізичними характеристиками, також це дозволило зрозуміти суть побудови всіх елементів за одним принципом та дало початок сучасному формулюванню понять про хімічні елементи, конкретизувати знання уявлення про речовини складної та простої будови.

Використання періодичного закону дозволило вирішувати проблему хімічного прогнозування, визначити причину поведінки відомих хімічних елементів. Атомна фізика, а також ядерна енергетика, стали можливими внаслідок цього ж закону. У свою чергу, дані науки дозволили розширити горизонти сутності цього закону та заглибитись у його розуміння.

Хімічні властивості елементів періодичної системи

По суті, хімічні елементи взаємопов'язані між собою характеристиками, властивими їм у стані вільного як атома, так і іона, сольватованого або гідратованого, у простій речовині та формі, яку можуть утворити їх численні сполуки. Однак х-кі властивості зазвичай полягають у двох явищах: властивості, характерні для атома у вільному стані, та простої речовини. До такого роду властивостей відноситься безліч їх видів, але найважливіші це:

1. Атомна іонізація та її енергія, що залежить від положення елемента в таблиці, його порядкового числа.
2. Енергетична спорідненість атома та електрона, яка так само, як і атомна іонізація, залежить від місця знаходження елемента у періодичній таблиці.
3. Електронегативність атома, що не носить постійне значення, а здатна змінюватися в залежності від різноманітних факторів.
4. Радіуси атомів та іонів - тут, як правило, використовуються емпіричні дані, що пов'язано з хвильовою природою електронів у стані руху.
5. Атомізація простих речовин – опис можливостей елемента до реакційної спроможності.
6. Ступеня окиснення - формальна характеристика, проте фігурує як одна з найважливіших характеристик елемента.
7. Потенціал окиснення для простих речовин - це вимірювання та показання потенціалу речовини до дії його у водних розчинах, а також рівень прояву властивостей окиснювально-відновного характеру.

Періодичність елементів внутрішнього та вторинного типу

Періодичний закон дає розуміння ще однієї важливої ​​складової частки природи - внутрішньої та вторинної періодичності. Вищезгадані області вивчення атомних властивостей насправді набагато складніші, ніж можна подумати. Пов'язано це з тим фактом, що елементи s, p, d таблиці змінюють свої якісні характеристики залежно від положення в періоді (періодичність внутрішнього характеру) та групі (періодичність вторинного характеру). Наприклад, внутрішній процес переходу елемента s від першої групи до восьмої p-елементу супроводжується точками мінімуму і максимуму на кривій лінії енергії іонізованого атома. Це явище показує внутрішню непостійність періодичності зміни властивостей атома за становищем у періоді.

Підсумки

Тепер читач має чітке розуміння та визначення того, що являє собою періодичний закон Менделєєва, усвідомлює його значення для людини та розвитку різних наук та має уявлення про його сучасні положення та історію відкриття.

В результаті успішного освоєння матеріалу цього розділу студент повинен:

знати

• сучасне формулювання періодичного закону;
• зв'язок структури періодичної системи та енергетичної послідовності підрівнів у багатоелектронних атомах;
• визначень понять «період», «група», «5-елементи», «р-елементи», «d-елементи», «/-елементи», «енергія іонізації», «спорідненість до електрона», «електронегативність», «радіус Ван-дер-Ваальса», «кларк»;
• основний закон геохімії;

вміти

описувати структуру періодичної системи відповідно до правил Клечковського;

володіти

Уявленнями про періодичний характер зміни властивостей атомів та хімічних властивостей елементів, про особливості довгоперіодного варіанта періодичної системи; про зв'язок поширеності хімічних елементів зі своїми становищем у періодичної системі, про макро- і мікроелементах у літосфері і живому речовині.

Сучасне формулювання періодичного закону

Періодичний закон -найбільш загальний закон хімії - був відкритий Дмитром Івановичем Менделєєвим у 1869 р. У той час будова атома ще не була відома. Д. І. Менделєєв зробив своє відкриття, ґрунтуючись на закономірній зміні властивостей елементів зі збільшенням атомних мас.

Після відкриття будови атомів стало ясно, що їх властивості визначаються будовою електронних оболонок, що залежить від загальної кількостіелектронів у атомі. Число електронів в атомі дорівнює заряду його ядра. Тому сучасне формулювання періодичного закону звучить так.

Властивості хімічних елементів і простих і складних речовин, що утворюються ними, знаходяться в періодичній залежності від заряду ядра їх атомів.

Значення періодичного закону полягає в тому, що він є головним інструментом систематизації та класифікації хімічної інформації, дуже важливим засобом інтерпретації, тлумачення хімічної інформації, потужним інструментом передбачення властивостей хімічних сполук та засобом спрямованого пошуку сполук із заздалегідь заданими властивостями.

Періодичний закон не має математичного вираження у вигляді рівнянь, він знаходить своє відображення у таблиці, яку називають періодичною системою хімічних елементів.Існує багато варіантів таблиць періодичної системи. Найбільш широкого поширення набули довгоперіодний та короткоперіодний варіанти, вміщені на першій та другій кольорових вклейках книги. Основною структурною одиницею періодичної системи є період.

Період з номером пназивають послідовність хімічних елементів, розташованих у порядку зростання заряду ядра атома, яка починається ^-елементами і закінчується ^-елементами.

У цьому визначенні п -номер періоду, що дорівнює головному квантовому числудля верхнього енергетичного рівня атомах всіх елементів цього періоду. В атомах s-елементівдобудовуються 5-підрівні, в атомах р-елементів -відповідно р-підрівні.Виняток із наведеного вище визначення становить перший період, у якому немає p-елементів, тому що на першому енергетичному рівні (п = 1) існує тільки 15-нодуровень. У періодичній системі присутні також d-елементи, у яких добудовуються ^-підрівні, та /-елементи,у яких добудовуються /-підрівні.

Дані про будову ядра і розподіл електронів в атомах дозволяють розглянути періодичний закон і періодичну систему елементів з фундаментальних фізичних позицій. На основі сучасних уявлень періодичний закон формулюється так:

Властивості простих речовин, і навіть форми і властивості сполук елементів перебувають у періодичної залежність від величини заряду ядра атома (порядкового номера).

Періодична таблиця Д.І. Менделєєва

Нині відомо понад 500 варіантів зображення періодичної системи: це різні форми передачі періодичного закону.

Першим варіантом системи елементів, запропонованим Д.І. Менделєєвим 1 березня 1869, був так званий варіант довгої форми. У цьому варіанті періоди розташовувалися одним рядком.

У періодичної системі по горизонталі є 7 періодів, їх перші три називаються малими, інші - великими. У першому періоді знаходиться 2 елементи, у другому та третьому – по 8, у четвертому та п'ятому – по 18, у шостому – 32, у сьомому (незавершеному) – 21 елемент. Кожен період, крім першого, починається лужним металом і закінчується благородним газом (7-й період - незакінчений).

Всі елементи періодичної системи пронумеровані в тому порядку, в якому вони йдуть один за одним. Номери елементів називаються порядковими чи атомними номерами.

У системі 10 рядів. Кожен малий період складається з одного ряду, кожен великий період - із двох рядів: парного (верхнього) та непарного (нижнього). У парних рядах великих періодів (четвертому, шостому, восьмому та десятому) знаходяться одні метали, і властивості елементів у ряду зліва направо змінюються слабо. У непарних рядах великих періодів (п'ятого, сьомого та дев'ятого) властивості елементів у ряду зліва направо змінюються, як у типових елементів.

Основною ознакою, за якою елементи великих періодів розділені на два ряди, є їхній ступінь окислення. Їхні однакові значення двічі повторюються в періоді зі зростанням атомних мас елементів. Наприклад, у четвертому періоді ступеня окиснення елементів від До до Mn змінюються від +1 до +7, потім слідує тріада Fe, С, Ni (це елементи парного ряду), після чого спостерігається таке ж зростання ступенів окиснення у елементів від Cu до Br ( це елементи непарного ряду). Те саме ми бачимо в інших великих періодах, крім сьомого, який складається з одного (парного) ряду. Двічі повторюються у великих періодах та форми з'єднань елементів.

У шостому періоді слідом за лантаном розташовуються 14 елементів з порядковими номерами 58-71, званих лантаноїдами (слово "лантаноїди" означає подібні лантану, а "актиноїди" - "подібні актинію"). Іноді їх називають лантанідами і актинідами, лантаном, що йдуть за актинієм).Лантаноїди поміщені окремо внизу таблиці, а в клітці зірочкою вказано на послідовність їх розташування в системі: La-Lu.Хімічні властивості лантаноїдів дуже подібні.Наприклад, всі вони є реакційно-здатними металами, реагують з водою з утворенням гідроксиду і водню З цього випливає, що у лантаноїдів сильно виражена горизонтальна аналогія.

У сьомому періоді 14 елементів із порядковими номерами 90-103 складають сімейство актиноїдів. Їх також поміщають окремо - під лантаноїдами, а відповідній клітині двома зірочками вказано на послідовність їх розташування в системі: Ас-Lr. Однак, на відміну від лантаноїдів, горизонтальна аналогія у актиноїдів виражена слабо. Вони у своїх сполуках виявляють більше різних ступенів окиснення. Наприклад, ступінь окислення актинія +3, а урану +3, +4, +5 та +6. Вивчення хімічних властивостей актиноїдів дуже складно внаслідок нестійкості їх ядер.

У періодичній системі по вертикалі розташовано вісім груп (позначені римськими цифрами). Номер групи пов'язаний зі ступенем окиснення елементів, що виявляється ними у з'єднаннях. Як правило, найвищий позитивний ступінь окислення елементів дорівнює номеру групи. Винятком є ​​фтор – його ступінь окиснення дорівнює -1; мідь, срібло, золото виявляють ступінь окиснення +1, +2 та +3; з елементів VIII групи ступінь окислення +8 відома тільки для осмію, рутенію та ксенону.

У VIII групі розміщено благородні гази. Раніше вважалося, що вони не здатні утворювати хімічні сполуки.

Кожна група поділяється на дві підгрупи - головну та побічну, що в періодичній системі підкреслюється усуненням одних праворуч, а інших ліворуч. Головну підгрупу складають типові елементи (елементи другого та третього періодів) та подібні до них за хімічними властивостями елементи великих періодів. Побічну підгрупу становлять лише метали – елементи великих періодів. VIII група відрізняється від інших. Крім головної підгрупи гелію вона містить три побічні підгрупи: підгрупу заліза, підгрупу кобальту та підгрупу нікелю.

Хімічні властивості елементів основних та побічних підгруп значно різняться. Наприклад, в VII групіголовну підгрупу становлять неметали F, СI, Вг, I, Аt, побічну - метали Мn, Тc, Rе. Таким чином, підгрупи поєднують найбільш подібні між собою елементи.

Усі елементи, крім гелію, неону та аргону, утворюють кисневі сполуки; Існує всього 8 форм кисневих сполук. У періодичній системі їх часто зображують загальними формулами, розташованими під кожною групою в порядку зростання ступеня окислення елементів: R 2 O, RО, R 2 O 3 , RO 2 , R 2 O 5 , RО 3 ,R 2 O 7 , RO 4 , де R – елемент цієї групи. Формули вищих оксидів відносяться до всіх елементів групи (головної та побічної), крім тих випадків, коли елементи не виявляють ступеня окиснення, що дорівнює номеру групи.

Елементи головних підгруп, починаючи з IV групи, утворюють газоподібні водневі сполуки форм таких сполук 4. Їх також зображують загальними формулами в послідовності RН 4 , RН 3 , RН 2 , RН. Формули водневих сполук розташовуються під елементами основних підгруп і лише до них належать.

Властивості елементів у підгрупах закономірно змінюються: зверху вниз посилюються металеві властивості та слабшають неметалеві. Очевидно, металеві властивості найбільш сильно виражені у Франції, потім у цезію; неметалеві – у фтору, потім – у кисню.

Наочно простежити періодичність якостей елементів можна і з розгляду електронних змін атомів.

Число електронів, що знаходяться на зовнішньому рівні в атомах елементів, що розташовуються у порядку збільшення порядкового номера, періодично повторюється. p align="justify"> Періодична зміна властивостей елементів зі збільшенням порядкового номера пояснюється періодичною зміною будови їх атомів, а саме числом електронів на їх зовнішніх енергетичних рівнях. За кількістю енергетичних рівнів в електронній оболонці атома елементи поділяються на сім періодів. Перший період складається з атомів, у яких електронна оболонка складається з одного енергетичного рівня, у другому періоді - з двох, у третьому - з трьох, у четвертому - з чотирьох і т. д. Кожен новий період починається тоді, коли починає заповнюватися новий рівень.

У періодичній системі кожен період починається елементами, атоми яких на зовнішньому рівні мають один електрон, - атомами лужних металів - і закінчується елементами, атоми яких на зовнішньому рівні мають 2 (у першому періоді) або 8 електронів (у всіх наступних) - атомами благородних газів .

Далі бачимо, що зовнішні електронні оболонки подібні в атомів елементів (Li, Na, До, Rb, Cs); (Ве, Mg, Са, Sr); (F, Сl, Вг, I); (Не,Nе, Аг, Kr, Хе) і т. д. Саме тому кожна з вищенаведених груп елементів виявляється в певній головній підгрупі періодичної таблиці: Li, Na, К, Rb, Cs в I групі, F, Сl, Вг, I - у VII і т.д.

Саме внаслідок подібності будови електронних оболонок атомів подібні їх фізичні та хімічні властивості.

Число головних підгрупвизначається максимальною кількістю елементів на енергетичному рівні і дорівнює 8. Число перехідних елементів (елементів побічних підгруп)визначається максимальним числом електронів на d-підрівні і дорівнює 10 у кожному з більших періодів.

Оскільки у періодичній системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва одна з побічних підгруп містить відразу три перехідні елементи, близькі за хімічними властивостями (так звані тріади Fe-Со-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), то число побічних підгруп, так само як і головних, одно 8.

За аналогією з перехідними елементами число лантаноїдів та актиноїдів, винесених унизу періодичної системи у вигляді самостійних рядів, дорівнює максимальному числу електронів на f-підрівні, тобто 14.

p align="justify"> Період починається елементом, в атомі якого на зовнішньому рівні знаходиться один s-електрон: у першому періоді це водень, в інших - лужні метали. Завершується період благородним газом: перший - гелієм (1s 2), інші періоди - елементами, атоми яких зовнішньому рівні мають електронну конфігурацію ns 2 np 6 .

Перший період містить два елементи: водень (Z = 1) та гелій (Z = 2). Другий період починається елементом літієм (Z = 3) і завершується неоном (Z= 10). У другому періоді вісім елементів. Третій період починається з натрію (Z = 11), електронна конфігурація якого 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. З нього почалося заповнення третього енергетичного рівня. Завершується воно у інертного газу аргону (Z = 18), Зs- та 3p-підрівні якого повністю заповнені. Електронна формула аргону: 1s 2 2s 2 2p 6 Зs 2 3p 6 . Натрій – аналог літію, аргон – неону. У третьому періоді, як і в другому, вісім елементів.

Четвертий період починається калієм (Z = 19), електронна будова якого виражається формулою 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p64s 1 . Його 19-й електрон зайняв 4s-підрівень, енергія якого нижча за енергію Зd-підрівня. Зовнішній 4s-електрон надає елементу властивості, подібні до властивостей натрію. У кальцію (Z = 20) 4s-підрівень заповнений двома електронами: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3р 6 4s 2 .З елемента скандію (Z = 21) починається заповнення Зd-підрівня, так як він енергетично більш вигідний -підрівень. П'ять орбіталей 3d-підрівня можуть бути зайняті десятьма електронами, що здійснюється у атомів від скандію до цинку (Z = 30). Тому електронна будова Sc відповідає формулі 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 ,а цинку - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 = 36) йде заповнення 4p-підрівня. У четвертому періоді 18 елементів.

П'ятий період містить елементи від рубідії (Z = 37) до інертного газу ксенону (Z = 54). Заповнення їх енергетичних рівнів йде так само, як у елементів четвертого періоду: після Rb та Sr у десяти елементів від ітрію (Z= 39) до кадмію (Z = 48) заповнюється 4d-підрівень, після чого електрони займають 5p-підрівень. У п'ятому періоді, як і в четвертому, 18 елементів.

В атомах елементів шостого періоду цезію (Z = 55) та барію (Z = 56) заповнюється 6s-підрівень. У лантана (Z = 57) один електрон надходить на 5d-підрівень, після чого заповнення цього підрівня зупиняється, а починає заповнюватися 4f-підрівень, сім орбіталей якого можуть бути зайняті 14 електронами. Це відбувається у атомів елементів лантаноїдів з Z = 58 - 71. Оскільки у цих елементів заповнюється глибинний 4f-подуровій третього зовні рівня, вони мають дуже близькі хімічні властивості. З гафнію (Z = 72) відновлюється заповнення d-підрівня та закінчується у ртуті (Z = 80), після чого електрони заповнюють 6p-підрівень. Заповнення рівня завершується у благородного газу радону (Z = 86). У шостому періоді 32 елементи.

Сьомий період – незавершений. Заповнення електронами електронних рівнів аналогічно шостому періоду. Після заповнення 7s-підрівня у Франція (Z = 87) і радію (Z = 88) електрон актинія надходить на 6d-підрівень, після якого починає заповнюватися 5f-підрівень 14 електронами. Це відбувається у атомів елементів актиноїдів з Z = 90 - 103. Після 103-го елемента йде заповнення б d-підрівня: у курчати (Z = 104), нільсборія (Z = 105), елементів Z = 106 і Z = 107. Актиноїди, як і лантаноїди, мають багато подібних хімічних властивостей.

Хоча 3d-підрівень заповнюється після 4s-підрівня, у формулі він ставиться раніше, тому що послідовно записуються всі підрівні даного рівня.

Залежно від того, який рівень останнім заповнюється електронами, всі елементи ділять на чотири типи (родини).

1. s – Елементи: заповнюється електронами s-підрівень зовнішнього рівня. До них відносяться перші два елементи кожного періоду.

2. р – Елементи: заповнюється електронами р-підрівень зовнішнього рівня. Це останні 6 елементів кожного періоду (крім першого та сьомого).

3. d – Елементи: заповнюється електронами d-підрівень другого зовні рівня, а на зовнішньому рівні залишається один або два електрони (у Pd – нуль). До них відносяться елементи вставних декад великих періодів, розташованих між s- і р-елементами (їх також називають перехідними елементами).

4. f - Елементи: заповнюється електронами f-подуровень третього зовні рівня, але в зовнішньому рівні залишається два электрона. Це лантаноїди та актиноїди.

У періодичній системі s-елементів 14, р-елементів 30, d-елементів 35, f-елементів 28. Елементи одного типу мають низку загальних хімічних властивостей.

Періодична система Д. І. Менделєєва є природною класифікацією хімічних елементів за електроною структурою їх атомів. Про електронну структуру атома, а значить, і властивості елемента судять за становищем елемента у відповідному періоді та підгрупі періодичної системи. Закономірностями заповнення електронних рівнів пояснюється різна кількість елементів у періодах.

Таким чином, строга періодичність розташування елементів у періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва повністю пояснюється послідовним характером заповнення енергетичних рівнів.

Висновки:

Теорія будови атомів пояснює періодичну зміну властивостей елементів. Зростання позитивних набоїв атомних ядер від 1 до 107 зумовлює періодичне повторення будови зовнішнього енергетичного рівня. А оскільки властивості елементів в основному залежать від числа електронів на зовнішньому рівні, то вони періодично повторюються. У цьому – фізичний зміст періодичного закону.

У малих періодах зі зростанням позитивного заряду ядер атомів зростає кількість електронів на зовнішньому рівні (від 1 до 2 - у першому періоді, і від 1 до 8 - у другому та третьому періодах), що пояснює зміну властивостей елементів: на початку періоду (крім першого періоду) знаходиться лужний метал, потім металеві властивості поступово слабшають і посилюються неметалеві властивості.

У великих періодах із зростанням заряду ядер заповнення рівнів електронами відбувається складніше, що пояснює і складніша зміна властивостей елементів проти елементами малих періодів. Так, у парних рядах великих періодів зі зростанням заряду число електронів на зовнішньому рівні залишається постійним і дорівнює 2 або 1. Тому, поки що йде заповнення електронами наступного за зовнішнім (другого зовні) рівня, властивості елементів у цих рядах змінюються вкрай повільно. Лише у непарних рядах, коли зі зростанням заряду ядра збільшується число електронів на зовнішньому рівні (від 1 до 8), властивості елементів починають змінюватися так само, як у типових.

У світлі вчення про будову атомів стає обґрунтованим поділ Д.І. Менделєєвим всіх елементів на сім періодів. Номер періоду відповідає числу енергетичних рівнів атомів, що заповнюються електронами.

Легко зрозуміло і розподіл груп на підгрупи, заснований на відмінності заповнення електронами енергетичних рівнів. У елементів головних підгруп заповнюються або s-підрівні (це s-елементи), або р-підрівні (це р-елементи) зовнішніх рівнів. У елементів побічних підгруп заповнюється (d-підрівень другого зовні рівня (це d-елементи). У лантаноїдів та актиноїдів заповнюються відповідно 4f- та 5f-підрівні (це f-елементи). Таким чином, у кожній підгрупі об'єднані елементи, атоми яких мають подібна будова зовнішнього електронного рівня.При цьому атоми елементів головних підгруп містять на зовнішніх рівнях число електронів, що дорівнює номеру групи.У побічні ж підгрупи входять елементи, атоми яких мають на зовнішньому рівні два чи по одному електрону.

Відмінності у будові зумовлюють і відмінності у властивостях елементів різних підгруп однієї групи. Так, на зовнішньому рівні атомів елементів підгрупи галогенів є сім електронів підгрупи марганцю - по два електрони. Перші – типові метали, а другі – метали.

Але в елементів цих підгруп є і загальні властивості: вступаючи в хімічні реакціївсі вони (за винятком фтору F) можуть віддавати по 7 електронів на утворення хімічних зв'язків. При цьому атоми підгрупи марганцю віддають 2 електрони із зовнішнього та 5 електронів з наступного за ним рівня. Таким чином, у елементів побічних підгруп валентними є електрони не тільки зовнішніх, а й передостанніх (других зовні) рівнів, у чому полягає основна відмінність у властивостях елементів головних та побічних підгруп.

Звідси випливає, що номер групи, зазвичай, вказує кількість електронів, які можуть брати участь у освіті хімічних зв'язків. У цьому – фізичний зміст номера групи.

Отже, будова атомів зумовлює дві закономірності:

1) зміна властивостей елементів по горизонталі – у періоді зліва право послаблюються металеві та посилюються неметалічні властивості;

2) зміна властивостей елементів по вертикалі – у підгрупі зі зростанням порядкового номера посилюються металеві властивості та слабшають неметалеві.

У такому разі елемент (і клітина системи) знаходиться на перетині горизонталі та вертикалі, що визначає його властивості. Це допомагає знаходити та описувати властивості елементів, ізотопи яких отримують штучним шляхом.

1. Доведіть, що Періодичний закон Д. І. Менделєєва, як і будь-який інший закон природи, виконує пояснювальну, узагальнюючу та передбачувальну функції. Наведіть приклади, що ілюструють ці функції інших законів, відомих вам з курсів хімії, фізики та біології.

Періодичний закон Менделєєва - один з основних законів хімії. Можна стверджувати, що вся сучасна хімія побудована на ньому. Він пояснює залежність властивостей атомів від своїх будови, узагальнює цю залежність всім елементів, поділяючи їх у різні групи, і навіть передбачає їх властивості залежно від будівлі та будову залежно від властивостей.

Існують інші закони, що несуть пояснювальну, узагальнюючу та передбачувальну функції. Наприклад, закон збереження енергії, закон заломлення світла, генетичний закон Менделя.

2. Назвіть хімічний елемент, в атомі якого електрони розташовуються за рівнями згідно з рядом чисел: 2, 5. Яка проста речовина утворює цей елемент? Яку формулу має його воднева сполука і як вона називається? Яку формулу має найвищий оксид цього елемента, який його характер? Запишіть рівняння реакцій, що характеризують властивості цього оксиду.

3. Берилій раніше відносили до елементів III групи, та його відносна атомна маса вважалася рівною 13,5. Чому Д. І. Менделєєв переніс його у ІІ групу та виправив атомну масу берилію з 13,5 на 9?

Раніше елемент берилій помилково відносили до ІІІ групи. Причина цього полягала у неправильному визначенні атомної маси берилію (замість 9 її вважали рівною 13,5). Д. І. Менделєєв припустив, що берилій знаходиться у II групі, ґрунтуючись на хімічні властивостіелемент. Властивості берилію були дуже схожі на властивості Mg та Ca, і зовсім не схожі на властивості Al. Знаючи, що атомні маси Li і В, сусідніх елементів Be, рівні відповідно 7 і 11, Д. І. Менделєєв припустив, що атомна маса берилію дорівнює 9.

4. Напишіть рівняння реакцій між простою речовиною, утвореною хімічним елементом, в атомі якого електрони розподілені за енергетичними рівнями згідно з рядом чисел: 2, 8, 8, 2, та простими речовинами, утвореними елементами № 7 та № 8 у Періодичній системі. Який тип хімічного зв'язку у продуктах реакції? Яку кристалічну будову мають вихідні прості речовини та продукти їхньої взаємодії?

5. Розташуйте як посилення металевих властивостей такі елементи: As, Sb, N, Р, Bi. Обґрунтуйте отриманий ряд, виходячи із будови атомів цих елементів.

N, Р, As, Sb, Bi – посилення металевих властивостей. Металеві властивості у групах посилюються.

6. Розташуйте як посилення неметалічних властивостей такі елементи: Si, Al, Р, S, Cl, Mg, Na. Обґрунтуйте отриманий ряд, виходячи із будови атомів цих елементів.

Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl – посилення неметалічних властивостей. Неметалічні властивості у періодах посилюються.

7. Розташуйте як ослаблення кислотних властивостей оксиди, формули яких: SiO2, Р2O5, Al2O3, Na2O, MgO, Cl2O7. Обґрунтуйте отриманий ряд. Запишіть формули гідроксидів, які відповідають цим оксидам. Як змінюється їхній кислотний характер у запропонованому вами ряду?

8. Напишіть формули оксидів бору, берилію та літію та розташуйте їх у порядку зростання основних властивостей. Запишіть формули гідроксидів, які відповідають цим оксидам. Який їхній хімічний характер?

9. Що таке ізотопи? Як відкриття ізотопів сприяло становленню періодичного закону?

Періодична система елементів відбиває взаємозв'язок хімічних елементів. Атомний номер елемента дорівнює заряду ядра, чисельно він дорівнює числупротонів. Число нейтронів, які у ядрах одного елемента, на відміну кількості протонів, то, можливо різним. Атоми одного елемента, ядра яких містять різне числонейтрони називаються ізотопами.

Кожен хімічний елемент має кілька ізотопів (природних чи отриманих штучно). Атомна маса хімічного елемента дорівнює середньому значенню мас всіх його природних ізотопів з урахуванням їх поширеності.

З відкриттям ізотопів для розподілу елементів за періодичною системою стали використовувати заряди ядер, а чи не їх атомні маси.

10. Чому заряди атомних ядер елементів у Періодичній системі Д. І. Менделєєва змінюються монотонно, тобто заряд ядра кожного наступного елемента зростає на одиницю порівняно із зарядом атомного ядра попереднього елемента, а властивості елементів та речовин, що ними утворюються, змінюються періодично?

Так відбувається через те, що властивості елементів та їх сполук залежать не від загальної кількості електронів, а лише від валентних, що знаходяться на останньому шарі. Кількість валентних електронів змінюється періодично, отже, властивості елементів також періодично змінюються.

11. Наведіть три формулювання Періодичного закону, в яких за основу систематизації хімічних елементів взято відносну атомну масу, заряд атомного ядра та будову зовнішніх енергетичних рівнів в електронній оболонці атома.

1. Властивості хімічних елементів та утворених ними речовин перебувають у періодичній залежності від відносних атомних мас елементів.
2. Властивості хімічних елементів та утворених ними речовин перебувають у періодичній залежності від заряду атомних ядер елементів.
3. Властивості хімічних елементів та утворених ними речовин перебувають у періодичній залежності від будови зовнішніх енергетичних рівнів у електронній оболонці атома.