ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физическая сущность периодического закона из "Неорганическая химия" Периодическая система химических элементов тесно связана не только с превращением атомов, но и с их строением. В свете квантовой волновой теории модель атома потеряла свою наглядность, поскольку в соответствии с этой теорией электрон размазан по всему атому. Это как бы не имеющее резких границ вращающееся веретено или другая фигура, называемая в общем виде электронным облаком, которое обладает магнитным моментом. [c.48] Электронные аналоги (атомы или ионы) характеризуются близкими химическими свойствами. [c.49] В общем виде периодичность свойств элементов объясняется особым периодическим распределением электронов в электрическом поле ядра, при котором электроны занимают уровни с наименьшими доступными для них энергиями. В многоэлектронных атомах ус 1ливается взаимодействие между электронами внешних оболочек и атомными остовами . Энергия внешних электронов начинает сильно зависеть от главного квантового числа. Поэтому, начиная с четвертого периода, электронам становится энергетически более выгодным попадать в оболочку с большим значением главного квантового числа я, несмотря на то, что оболочка с меньшим значением я еще не завершена. Если построить Вависимссть энергии электрона от заряда ядра, то из этой зависимости вытекает приведенная выше реальная последовательность заполнения электронных оболочек. По В. М. Клечковскому такая последовательность определяется суммой квантовых чисел (я -Ь /) и подчиняется следующим закономерностям. [c.50] Прав ило Гунда удобно проиллюстрировать на модели атома азота, электронная конфигурация которого отвечает формуле 5 25 2р . Для записывания взаимной ориентации спинов возможны два варианта, изображенные на рис. 13. Здесь электроны изображены в виде квантовых ячеек . В каждой квантовой ячейке возможно размещение только двух электронов с противоположными спинами. [c.52] Следовательно, в соответствии с правилом Гунда, реализуется первый вариант. Как это вытекает из правила Гунда, электроны избегают находиться в одной и той же квантовой ячейке. Заполнение квантовой ячейки вторым электроном происходит лишь после того, как все квантовые ячейки заполняющегося подуровня уже содержат по одному электрону. Пример заполнения квантовых ячеек (для первых 10 элементов) приведен на рис. 14. [c.52] Последовательность заполнения электронных орбиталей освещена выше. Детали видны из табл. 16 (периодической системы), в которой для каждого элемента приведены электронные уровни. [c.52] Анодный процесс С1 — е 1 С12. [c.53] Эти факты дают основание помещать водород в группу галоидов,-располагая его над фтором. Такой дуалистический характер свойств-водорода побуждал многих химиков помещать водород одновременно-в двух местах периодической системы — над литием и над фтором. Поскольку каждый элемент может занимать лишь одно место в периодической системе и поскольку элементы, заряды ядер атомов которых отличаются на единицу, должны располагаться рядом, то удобнее всего расположить водород перед гелием над фтором, т. е. в седьмой группе. [c.53] Не меньшую дискуссию вызвало размещение редкоземельных элементов. Сам Д. И. Менделеев окончательно не решил этот вопрос. В частности, он рассматривал церий как элемент четвертой группы. Остальные редкоземельные элементы Д. И. Менделеев пытался расположить в различных группах (третьей, четвертой, пятой) пятого и шестого периодов. Вопрос о размещении редкоземельных элементов был решен Н. Бором на основе квантовой теории строения атомов. Из системы квантовых чисел (см. табл. 12) вытекает, что число возможных орбиталей для размещения электронов 4/-уровня не превышает 14.. Поскольку атомы редкоземельных элементов строятся таким образом, что у них в конечном счете происходит построение 4/-орбиталей, то число соответствующих элементов должно быть равным 14. Исследование строения атомов редкоземельных элементов (с применением оптических методов) показало, что внешние орбитали у них аналогичны Следовательно, все эти элементы являются аналогами и должны быть отнесены к одной и той же группе периодической системы — к третьей. Строение лантана, гадолиния и лютеция характеризуется наличием Бй-орбитали, электронные формулы этих элементов имеют вид 4/ 5 5526р 6з . Определение зарядов ядер лантана и 14 редкоземельных элементов окончательно подтвердили размещение их под атомными номерами 57—71 в третьей группе шестого периода. Несмотря на это, некоторые авторы до сих пор пытаются распределить редкоземельные элементы между различными группами периодической системы. [c.53] Некоторую дискуссию вызвало размещение элементов триад (Ре, Со, Ри, НЬ, Рс1 Оз, 1г, Р1), а также инертных газов. На протяжении долгого времени триады рассматривались как элементы восьмой группы, а инертные газы — как элементы нулевой группы. Наличие таких соединений, как 0з04 и Ки04, как будто оправдывало нахождение элементов триад в восьмой группе, а отсутствие каких-либо соединений у инертных газов объясняло их расположение в нулевой группе. [c.54] Эти изменения происходят крупными скачками в малых периодах и более мелкими скачками — в больших. Кроме того, в больших периодах изменение химических свойств элементов происходит несколько своеобразно. Например, в четвертом периоде ослабле-иие металлических свойств происходит лишь, у первых семи элементов (от К ДО Мп), затем наблюдается временное усиление металлических свойств (от Ре до Си), после чего вновь продолжается ослабление металлических и усиление неметаллических свойств. Подобная закономерность наблюдается во всех больших периодах. Максимумы металлических свойств в середине больших периодов приходятся на Си, Ag и Ли. В рамках каждой подгруппы периодической системы наблюдается закономерное усиление металлических свойств с увеличением атомного номера. [c.55] Причиной сходственности перечисленных подгрупп элементов, расположенных по горизонтали, является подобие самых внешних электронных орбиталей, что уже отмечалось выше. [c.55] Причинами аналогии по диагонали являются а) близость силы поляризующего действия б) близость ионных радиусов. Величины ионных радиусов обусловливают нередко химические свойства соответствующих ионов. Часто атомы различных групп элементов, теряя одинаковое количество электронов, могут образовывать ионы одинакового заряда с близкими ионными радиусами. Химические свойства таких ионов весьма близки, например, и Zn или А1 и Сг . [c.56] Можно считать весьма вероятным, что подобная внутренняя периодичность будет наблюдаться и для группы актиноидов. [c.57] Интересной закономерностью, связанной с периодической системой, является так называемая вторичная периодичность. Впервые эта закономерность была наблюдена в 1881 г. русским химиком Базаровым. Позже она была проанализирована в 1916 г. Бироном. В последнее время этот вопрос успешно разрабатывался С. А. Щукаревым. Вторичная периодичность заключается в том, что в пределах групп элементов полных аналогов изменение некоторых свойств происходит не монотонно, а в какой-то мере периодически. Для иллюстраций вторичной периодичности можно привести несколько примеров. [c.57] Вернуться к основной статье