Химия Для студентов I курса специальностей: экология, товароведение и экспертиза товаров, технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности ИИИБС, кафедра ЭПП к.х.н., доцент А. Н. Саверченко

Периодический закон и периодическая система элементов

В 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев показал, что свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов. Выражением этого периодического закона послужила таблица, отражающая эти закономерности и получившая название периодической системы элементов Д.И. Менделеева. В 1914 г. английский ученый Г. Мозли показал, что заряд ядра атома численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Таким образом, заряд ядра атома или порядковый номер элемента определяют электронное строение атомов и соответственно свойства элемента. В настоящее время периодический закон имеет формулировку: свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома.

Периодическая система элементов отражает электронное строение атомов. Каждый период (горизонтальный ряд периодической системы) начинается элементом, в атоме которого появляется электрон с новым значением главного квантового числа n (номер периода совпадает со значением n для внешнего энергетического уровня). Группы (вертикальные столбцы) содержат элементы с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Они делятся на подгруппы- главную и побочную. К главным подгруппам (подгруппам А) принадлежат элементы, для валентных электронов которых n равно номеру периода, а l- нулю или единице, то есть все валентные электроны находятся на последнем энергетическом уровне. Элементы, в атомах которых валентные электроны находятся на s-подуровне, называются s-элементами. В том случае, когда валентные электроны элементов находятся на s- и p-подуровнях, они носят название p-элементов.

Элементы, у которых происходит формирование d- или f- подуровней, носят название d- или f-элементов. Они формируют побочные подгруппы (подгруппы B) периодической системы, в которых валентные электроны атомов занимают не только внешние, но и предвнешние подуровни. Первый, второй и третий периоды периодической системы содержат элементы только главных подгрупп, остальные- элементы как главных, так и побочных подгрупп. Электронная структура атомов однозначно определяется зарядом ядра. По мере роста заряда происходит закономерная периодическая повторяемость электронных структур атомов, а следовательно, и повторяемость свойств элементов.

Химические свойства элементов проявляются при взаимодействии их атомов. Периодическая система элементов отражает закономерное изменение этих свойств. Свойства химических элементов можно разделить на металлические (восстановительные, т.е. свойства отдавать электроны) и неметаллические( окислительные, т.е. свойства принимать электроны). Свойства химических элементов зависят от силы притяжения валентных электронов к положительно заряженному ядру атома и определяются следующими характеристиками.

Энергия ионизации (Е i ) -это энергия, которую необходимо затратить для отрыва и удаления электрона от атома, иона или молекулы. Она является мерой металлических (восстановительных) свойств элементов: чем ниже значение Е i, тем сильнее металлические свойства. В группах при увеличении порядкового номера элемента энергия ионизации уменьшается, а в периоде - увеличивается. Энергия сродства к электрону (Е a ) -это энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому или молекуле. Она характеризует неметаллические (окислительные) свойства элементов: чем выше значение Е a, тем сильнее неметаллические свойства. В периодах слева направо энергия сродства к электрону и неметаллические окислительные свойства элементов возрастают, а в группах сверху вниз энергия сродства к электрону, как правило, уменьшается.

Полусумма энергии ионизации и энергии сродства к электрону называется электроотрицательностью атома. Она возрастает с увеличением неметаллических свойств элементов и характеризует способность атомов элемента притягивать к себе общие пары электронов при образовании химической связи. В периодической системе элементы-неметаллы располагаются в главных подгруппах и занимают ее правую верхнюю часть. Чем правее и выше находится элемент, тем сильнее его неметаллические свойства (самый активный неметалл-фтор). Элементы- металлы главных подгрупп находятся в левой нижней части периодической системы (самый активный металл -франций). Все элементы побочных подгрупп проявляют металлические свойства.

Элементы, за исключением элементов 1-го и 2-го периодов периодической системы, проявляют высшие положительные степени окисления, которые совпадают с номером группы, в которой находится элемент. С увеличением степени окисления элемента возрастают кислотные и ослабевают основные свойства его оксидов и гидроксидов (оснований и кислот). Элементы-неметаллы могут проявлять (обычно в бескислородных соединениях) отрицательную степень окисления, которая равна (8- группы), в которой находится элемент.

10 Рекомендуемая литература Коровин Николай Васильевич. Общая химия: Учебник. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., с.: ил. Павлов Н.Н. Общая и неорганическая химия: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, – 448 с.: ил. Ахметов Наиль Сибгатович. Общая и неорганическая химия: Учебник для студ. химико-технологических спец. вузов / Н.С.Ахметов. - 4-е изд., исп. - М.:Высш. шк.: Академия, с.: ил. Глинка Николай Леонидович. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Н.Л.Глинка; Ермаков Л.И (ред.) – 29–е изд.; исп. – М.: Интеграл Пресс, 2002 – 727 с.: ил. Писаренко А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии – М.: Высшая школа,1975,1985. Альбицкая В.М., Серкова В.И. Задачи и упражнения по органической химии. – М.: Высш. шк., Грандберг И.И. Органическая химия – М.: Дрофа, Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия М.: Высш. Шк., 1981 Иванов В.Г., Гева О.Н., Гаверова Ю.Г. Практикум по органической химии – М.: Академия., 2000.