Периодическая система химических элементов Менделеева

 

 

Периодическая система химических элементов Менделеева

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Филатова Владислава

Фарм 108

Проверила: Алимбекова Аяужан Алибековна

 

Периодическая система элементов  является графическим (табличным) изображением периодического закона.

Прообразом периодической  системы был «Опыт системы элементов, основанный на их «атомном весе и химическом сходстве», составленный Д.И. Менделеевым 1 марта 1869 г. Это так называемый вариант длинной формы системы элементов, в нем периоды располагались одной строкой.

Короткая форма периодической системы была опубликована Д.И. Менделеевым в декабре 1870г. В этом варианте периоды разбиваются на ряды, а группы — на подгруппы (главные и побочные).

Основным недостатком  короткой формы было сочетание в одной группе несходных элементов. Недостатком длинной формы — растянутость, некомпактность.

Короткий вариант периодической  системы (см. таблицу) подразделяется на семь периодов — горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера, и восемь групп — вертикальных последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сходными химическими свойствами.

Первые три периода  называются малыми, остальные — большими. Первый период включает два элемента, второй и третий периоды — по восемь, четвертый и пятый — по восемнадцать, шестой — тридцать два, седьмой (незавершенный) — двадцать один элемент.

Каждый период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом.

Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.

Малые периоды состоят  из одного ряда, большие — из двух рядов: четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших  периодов расположены металлы и  свойства элементов слева направо  изменяются слабо. В нечетных рядах  больших периодов свойства элементов  изменяются слева направо, как у  элементов 2 и 3 периодов.

В периодической системе  любой формы для каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и значение относительной атомной массы. Координатами положения элемента в системе  является номер периода и номер группы.

Элементы с порядковыми  номерами 58—71, именуемые лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 — актиноиды — помещаются отдельно внизу таблицы.

Группы элементов, обозначаемые римскими цифрами, делятся на главные  и побочные подгруппы. Главные подгруппы содержат 5 элементов (или более). В побочные подгруппы входят элементы периодов, начиная с четвертого.

VIII группа кроме подгруппы  гелия содержит «триады»

.элементов, составляющих  семейства железа (Fe — Со —  Ni) ж платиновых металлов (Ru —Rh —  Pd, Os — Ir — Pt). В диадах элементов  наблюдается горизонтальная аналогия. В некоторых вариантах таблицы  под каждой группой расположены  формулы высших оксидов элементов,  они ^относятся к элементам  главных и побочных подгрупп (исключая  элементы, не проявляющие степень  окисления, равную номеру группы; гелий, неон, аргон не образуют  кислородных соединений). Элементы  главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют водородные соединения, формулы которых также приведены  внизу таблицы.

Дальнейшее развитие науки  показало, что химические свойства элементов обусловлены строением  их атома, а точнее, строением электронной оболочки атомов.

Периодический закон Д.И. Менделеева в настоящее время  формулируется так:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической  зависимости от заряда ядер атомов этих элементов.

Сопоставление строения электронных  оболочек с положением элементов в периодической системе позволяет установить ряд важных закономерностей.

Номер периода равен общему числу энергетических уровней, заполняемых  электронами, у атомов данного элемента.

В малых периодах и нечетных рядах больших периодов с ростом положительного заряда ядер возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне (с 1 до 2 в первом периоде и  с 1 до 8 в последующих). С этим связано  ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов  слева направо по периодам.

В четных рядах больших  периодов с ростом заряда ядер происходит заполнение электронами предвнешнего уровня при постоянном числе электронов на внешнем уровне (2 или 1), чем и  объясняется медленное изменение  свойств этих элементов.

Строение внешнего электронного уровня атомов элементов, относящихся к одной подгруппе, однотипно. Номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей (валентных электронов). У атомов элементов главных подгрупп это электроны внешнего электронного уровня. У атомов элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешнего, но и предпоследнего уровня.

В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов элементов усиливаются  их металлические и ослабляются неметаллические свойства.

В зависимости от строения электронных оболочек атомов все  элементы периодической системы  Д.И. Менделеева делят на четыре семейства: s-, p-, d- и f-элементы.

К семейству s-элементов относят химические элементы, в атомах которых происходит заполнение электронами s-подуровня внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода.

Элементы, у которых происходит заполнение электронами р-подуровня внешнего уровня, принадлежат к р-элементам. К ним относятся последние 6 элементов каждого периода. Семейство d-элементов включает переходные элементы, у которых электронами заполняется d-подуровень второго снаружи уровня. К ним относятся элементы больших периодов, расположенные между s-и р-элементами.

У семейства f-элементов происходит заполнение f-подуровня третьего снаружи уровня. К ним относятся лантаноиды и актиноиды.

 

Принцип Паули

Для определения состояния  электрона в многоэлектронном атоме  важное значение имеет сформулированное В. Паули положение (принцип Паули), согласно которому в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы, одинаковыми.Из этого следует, что каждая атомная орбиталь, характеризующаяся определенными значениями п, I и т, может быть занята не более чем двумя электронами, спины которых имеют противоположные знаки. Два таких электрона, находящиеся на одной орбитали и обладающие противоположно направленными спинами, называются спаренными, в отличие от одиночного (т. е. не спаренного) электрона, занимающего какую-либо орбиталь.

 

Распространенность  химических элементов во вселенной  и на земле

Природа щедро разбросала свои материальные ресурсы по нашей  планете. Но если сравнить их с наиболее часто употребляемыми материалами, то нетрудно заметить между ними некую  обратную зависимость: чаще всего человек  использует те вещества, запасы сырья  которых ограничены, и наоборот, крайне слабо использует такие химические элементы и их соединения, сырьевые ресурсы которых почти безграничны. В самом деле, 98,б% массы физически  доступного слоя Земли составляют всего  восемь химических элементов. Среди  этих восьми элементов железа почти  в два раза меньше, чем алюминия. Между тем более 95% всех металлических  изделий, конструкций самых разнообразных  машин и механизмов, транспортных путей производятся из железорудного  сырья. Ясно, что такая практика расточительна  с точки зрения как исчерпания ресурсов железа, так и энергетических затрат на первичную обработку железорудного  сырья.

 

Химическая связь  и структура химических соединений. Синтез новых материалов.

Ж. Пруст установил закон постоянства состава: любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным, неизменным составом, прочным притяжением составных частей(атомов) и тем  отличается от смесей. Но Н.С. Курнаков в результате  точнейших физико-химических исследований соединений, состоящих из двух металлов, установил образование настоящих индивидуальных соединений переменного состава и нашел границы их однородности. Химические соединения переменного состава он назвалбертоллидами, а постоянного состава- дальтонидами .

Суть проблемы химических соединений состоит не столько в  постоянстве(непостоянстве) химического  состава, сколько в физической природе  химических связей, объединяющих атомы  в единую квантово-механическую систему- молекулу. Химические связи- обменное взаимодостижение электронов, обобщение валентных электронов, «перекрывание электронных облаков».

Число химических соединений огромно. Они отличаются как составом, так и химическими и физическими  свойствами. Но химическое соединение – качественно определенное вещество, состоящее из одного или нескольких химических элементов, атомы которых за счет химической связи объединены в частицы-молекулы, комплексы, монокристаллы или иные системы. Химические соединения могут состоять как из многих, так и из одного элемента.

Современную материально-техническую  базу примерно на 90 процентов составляют 2 вида материалов: металлы и керамика. Преимущество керамики- ее плотность  на 40 процентов ниже плотности металла. С применением новых химич. Элементов(титана, бора, хрома) в последнее время  синтезируют термостойкую высокотвердую  керамику. Детали машин из технической  керамики нового состава производятся прессованием порошков с получением готовых изделий заданных форм и  размеров. Также керамика обладает сверхпроводимостьюпри температурах выше температуры кипения азота, что открывает просторы для научно-технического прогресса. «Революционером» в химической промышленности стала химия фторорганических соединений. Она противопоставляет углеводородам фтороуглероды, где атом углерода несет слабый положительный заряд, а атом фтора- слабый отрицательный. Фтороуглероды  устойчивы даже в средах кислот и щелочей и обладают поверхностной активностью, способностью поглощать кислород и перекиси.

1.Открытие Менделеевым  Периодического закона

Первый вариант Периодической  таблицы элементов был опубликован  Д. И. Менделеевым в 1869 году - задолго  до того, как было изучено строение атома. В это время Менделеев  преподавал химию в Петербургском  университете. Готовясь к лекциям, собирая  материал для своего учебника "Основы химии", Д. И. Менделеев раздумывал над тем, как систематизировать  материал таким образом, чтобы сведения о химических свойствах элементов  не выглядели набором разрозненных фактов.

Ориентиром в этой работе Д. И. Менделееву послужили атомные массы (атомные веса) элементов. После Всемирного конгресса химиков в 1860 году, в работе которого участвовал и Д. И. Менделеев, проблема правильного определения атомных весов была постоянно в центре внимания многих ведущих химиков мира, в том числе и Д. И. Менделеева.

Располагая элементы в  порядке возрастания их атомных  весов, Д. И. Менделеев обнаружил  фундаментальный закон природы, который теперь известен как Периодический  закон:

Свойства  элементов периодически изменяются в соответствии с их атомным весом.

Приведенная формулировка нисколько  не противоречит современной, в которой  понятие "атомный вес" заменено понятием "заряд ядра". Ядро состоит  из протонов и нейтронов. Число протонов и нейтронов в ядрах большинства  элементов примерно одинаково, поэтому  атомный вес увеличивается примерно так же, как увеличивается число  протонов в ядре (заряд ядра Z).

Принципиальная новизна  Периодического закона заключалась  в следующем:

1. Устанавливалась  связь между НЕСХОДНЫМИ по  своим свойствам элементами. Эта  связь заключается в том, что  свойства элементов плавно и  примерно одинаково изменяются  с возрастанием их атомного  веса, а затем эти изменения  ПЕРИОДИЧЕСКИ ПОВТОРЯЮТСЯ.

2. В тех случаях,  когда создавалось впечатление,  что в последовательности изменения  свойств элементов не хватает  какого-нибудь звена, в Периодической  таблице предусматривались ПРОБЕЛЫ,  которые надо было заполнить  еще не открытыми элементами.

Во всех предыдущих попытках определить взаимосвязь между элементами другие исследователи стремились создать законченную картину, в которой не было места еще не открытым элементам. Наоборот, Д. И. Менделеев считал важнейшей частью своей Периодической таблицы те ее клеточки, которые оставались пока пустыми. Это давало возможность предсказать существование еще неизвестных элементов.

Достойно восхищения, что  свое открытие Д. И. Менделеев сделал в то время, когда атомные веса многих элементов были определены весьма приблизительно, а самих элементов  было известно всего 63 - то есть чуть больше половины известных нам сегодня.

В свою Периодическую таблицу, опубликованную в марте 1869 года, Д. И. Менделеев поместил элементов больше, чем было открыто к тому времени!

Глубокое знание химических свойств различных элементов  позволило Менделееву не только указать  на еще не открытые элементы, но и  точно предсказать их свойства! Д. И. Менделеев точно предсказал свойства элемента, названного им "эка-силицием". Спустя 16 лет этот элемент действительно был открыт немецким химиком Винклером и назван германием.