тема:Периодический закон и периодическая система элементов Менделеева
1)Предпосылки создания закона:
§ Накопление фактологического материала
Ко времени открытия Периодического закона было известно 63 элемента и описаны свойства их многочисленных соединений
§ Работы предшественников
Й. Берцелиус (Металлы и неметаллы)
И.В. Деберейнер (Триады)
Д.А.Р. Ньюлендс (Октавы)
Л.Мейер
§ Съезд химиков в г.Карлсруэ в 1860 г.
Д.И. Менделеев присутствовал в роли наблюдателя
§ Личностные качества
Д.И. Менделеева от других химиков отличали: энциклопедичность химических знаний, умение анализировать и обобщать факты, научное прогнозирование, русский менталитет и русский патриотизм
Формулировка периодического закона, данная Д.И. Менделеевым-свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов этих элементов.
Современная формулировка гласит: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов или периодически повторяющихся сходных электронных структур.
Такое уточнение потребовалось, поскольку к моменту установления Менделеевым периодического закона еще не было известно о строении атома
2)Главной характеристикой атома является не атомная масса, а заряд ядра. Он определяет число электронов в оболочке атома, ее строение, и тем самым все свойства элемента и его положение в периодической системе.
Структура периодической системы:
Современная периодическая система включает 109 химических элементов. Из 109 химических элементов 89 обнаружены в природных объектов. Все остальные элементы синтезированы искусственно. Все элементы, которые располагаются после урана называются трансурановыми химическими элементами. Они синтезированы при помощи ядерных реакций.
В периодической системе существуют горизонтальные и вертикальные ряды химических элементов.
Период – это горизонтальный ряд химических элементов, расположенные в порядке возрастания заряда атомного ядра(порядкового номера)
Всего существует семь периодов. Различают малые и большие периоды химических элементов.
Малые периоды содержат один ряд химических элементов ( первый период – два элемента второй период – восемь элементов и третий период – то же восемь химических элементов).
Большие периоды содержат по два ряда химических элементов ( Четвертый период – восемнадцать элементов пятый период – восемнадцать элементов и шестой период – тридцать два химических;элемента седьмой -не завершен
Каждый период начинается со щелочного металла и заканчивается инертным газом. Изменение свойств химических элементов в пределах периода называется горизонтальной периодичностью.
Группа – вертикальные ряды, объединяющий элементы,которые имеют одинаковую высшую валентность в оксидах и других соединениях.Эта валентность равно номеру группы.
Каждая группа состоит из двух подгрупп: главной и побочной. Главная подгруппа – содержит элементы малых и больших периодов(металлы ,неметаллы)S и P элементы. Побочная подгруппа – содержит элементы только больших периодов(металлы
В главных подгруппах сверху вниз металлические свойства усиливаются, а не металлические свойства ослабляются. Все элементы побочных подгрупп являются металлами.
Электронные аналоги – элементы, объединенные в одну подгруппу и имеющие аналогичную электронную формулу (пример: Cr, Mg, W).
Электронные семейства-Это связь между положением элемента в периодической системе и электронным строением его атомов. От того, какой энергетический подуровень заполняется последним, различают 4 электронных семейства элементов: s, p, d и f:
1. s-Элементы – семейство элементов, у которых при заполнении электронных уровней электронами, последний электрон идет на внешний s-подуровень. Это первая и вторая группа главной подгруппы. На внешнем энергетическом уровне у них 1 или 2 электрона. Например, Na: 14s2 1s2 2s2 2p6 3s1, валентным является один s-электрон.
2. У p-элементов последний электрон идет на p-подуровень внешнего уровня. Это элементы III - VIII групп главной подгруппы каждого периода.
3. У d-элементов сначала заполняется s-подуровень внешнего уровня, а последний электрон идет на d-подуровень предвнешнего уровня. d-Элементы находятся в побочных подгруппах п. с. (У d-элементов возможен проскок электронов с s-подуровня внешнего уровня на свободную d-орбиталь предвнешнего уровня, если это энергетически выгодно.)
4. У f-Элементов последний электрон идет на f-подуровень предпредвнешнего уровня. К ним относятся лантаноиды и актиноиды.
3)энергетические характеристики атомов
Энергия ионизации.
Энергия, необходимая для удаления одного моля электронов от одного моля атомов какого либо элемента, называется первой энергией ионизации (потенциалом ионизации).
В результате ионизации атомы превращаются в положительно заряженные ионы. Энергию ионизации выражают в кДж/моль, либо в эВ.
Эта энергия характеризует восстановительную способность элемента. Она возрастает в периоде слева направо и в группе снизу вверх, что обусловлено увеличением размеров атомов и расстояния внешних подуровней от ядра. Наименьшие значения энергии ионизации имеют щелочные элементы, находящиеся в начале периода, наибольшими значениями энергии ионизации характеризуются благородные газы, находящиеся в конце периода.
Сродство к электрону
энергетический эффект присоединения моля электронов к молю нейтральных атомов.
Единицы измерения кДж/моль или эВ. Наибольшие значения сродства к электрону имеют галогены фтор, кислород, сера. В периоде слева направо она увеличивается, а в группе снизу вверх растет.
4) Электpоoтрицательность— способность атома удерживать внешние (валентные) электроны. Она определяется степенью притяжения этих электронов к положительно заряженному ядру
Изменение свойств элементов и энергетических характеристик в малых и главных подгруппах
Изменение свойств элементов:
В малых периодах по мере увеличения порядкового номера элемента увеличивается число электронов на внешнем слое. Поэтому свойства элементов изменяются скачкообразно. В главных подгруппах с увеличением зарядов атомных ядер элементов (сверху вниз) металлические свойства (восстановительные – способность отдавать внешние электроны) усиливаются, неметаллические (окислительные – способность удерживать внешние электроны и принимать новые) ослабевают, т.к. - Число электронов на внешнем уровне атомов остается одинаковым; - Увеличивается число энергетических уровней в атоме; - Увеличивается радиус атомов.
Значение периодической системы. Эта система сыграла и продолжает играть огромную роль в развитии мн. естественнонауч. дисциплин. Она стала важным звеном в эволюции атомно-мол. учения, способствовала формулировке совр. понятия "хим. элемент" и уточнению представлений о простых в-вах и соед., оказала значит. влияние на разработку теории строения атомов и возникновение понятия изотопии. С периодической системой связана строго науч. постановка проблемы прогнозирования в химии, что проявилось как в предсказании существования неизвестных элементов и их св-в, так и новых особенностей хим. поведения уже открытых элементов. Периодическая система - важнейшая основа неорг. химии; она служит, напр., задачам синтеза в-в с заранее заданными св-вами, созданию новых материалов, в частности полупроводниковых, подбору специфич. катализаторов для разл. хим. процессов. Периодическая система -науч. база преподавания общей и неорг. химии а также нек-рых разделов атомной физики.
Значение периодического закона:Периодический закон сыграл огромную роль в развитии химии и других естественных наук. Была открыта взаимная связь между всеми элементами, их физическими и химическими свойствами. Это поставило перед естествознанием научно-философскую проблемы огромной важности: эта взаимная связь должно получить объяснение. После открытия Периодического закона стало ясно, что атомы всех элементов должны быть построены по единому принципу, а их строение должно отображать периодичность свойств элементов