Періодична система Д. І

Лекція № 2

Періодична система хімічних елементів Д.І. Менделєєва

План:

Відкриття Д.І. Менделєєвим Періодичного закону

Принцип побудови періодичної системи

Періодичний закон у формулюванні Д.І. Менделєєва.

Періодична система хімічних елементів – природна класифікація хімічних елементів, яка є графічним (табличним) виразом періодичного закону хімічних елементів. Структура її, багато в чому подібна до сучасної, розроблена Д. І. Менделєєвим на основі періодичного закону в 1869-1871 гг.

Прообразом періодичної системи був « Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості»складений Д.І. Менделєєвим 1 березня 1869 р. Протягом двох років учений безперервно вдосконалював «Досвід системи», ввів уявлення про групи, ряди та періоди елементів. У результаті структура періодичної системи набула багато в чому сучасних обрисів.

Важливим для її еволюції стало поняття про місце елемента в системі, що визначається номерами групи та періоду. Маючи це поняття, Менделєєв дійшов висновку, що необхідно змінити атомні маси деяких хімічних елементів: урану, індія, церію та її супутників. Це було перше практичне застосування періодичної системи. Менделєєв також уперше передбачив існування кількох невідомих елементів. Вчений описав найважливіші властивості екаалюмінію (майбутнього галію), екабору (скандію) та екасиліцію (німецьку). Крім того, він передбачив існування аналогів марганцю (майбутніх технеції та ренію), телуру (полонія), йоду (астата), цезію (франція), барію (радію), танталу (протактінія). Прогнози вченого щодо цих елементів мали загальний характер, оскільки ці елементи розташовувалися в маловивчених областях періодичної системи.

Перші варіанти періодичної системи хімічних елементів багато в чому представляли лише емпіричне узагальнення. Адже був незрозумілий фізичний зміст періодичного закону, не було пояснення причин періодичної зміни властивостей елементів залежно від зростання атомних мас. У зв'язку з цим залишалися невирішеними багато проблем. Чи є межі періодичної системи? Чи можна визначити точну кількість наявних елементів? Залишалася неясною структура шостого періоду - яка точна кількість рідкісноземельних елементів. Було невідомо, чи існують ще елементи між воднем та літієм, якою є структура першого періоду. Тому до фізичного обгрунтування періодичного закону та розробки теорії періодичної системи перед нею неодноразово виникали серйозні труднощі. Несподіваним було відкриття 1894 - 1898 рр. плеяди інертних газів, яким, здавалося, не було місця в періодичній системі. Ця проблема була усунена завдяки ідеї включити до структури періодичної системи самостійну нульову групу. Масове відкриття радіоелементів на стику ХІХ і ХХ ст. (до 1910 їх число становило близько 40) призвело до різкого протиріччя між необхідністю їх розміщення в періодичній системі та її сформованою структурою. Для них було лише 7 вакантних місць у шостому та сьомому періодах. Ця проблема була вирішена в результаті встановлення правил зсуву та відкриття ізотопів.

Одна з головних причин неможливості пояснити фізичний зміст періодичного закону та структуру періодичної системи полягала в тому, що було невідомо, як побудовано атом (див. Атом). Найважливішою віхою шляху розвитку періодичної системи стало створення атомної моделі Еге. Резерфордом (1911). На її основі голландський учений А. Ван ден Брук (1913) висловив припущення, що порядковий номер елемента у періодичній системі чисельно дорівнює заряду ядра його атома (Z). Це експериментально підтвердив англійська вчена Г. Мозлі (1913). Періодичний закон отримав фізичне обгрунтування: періодичність зміни властивостей елементів стала розглядатися залежно від Z-заряду ядра атома елемента, а чи не від атомної маси.

Через війну структура періодичної системи Менделєєва значно зміцнилася. Було визначено нижню межу системи. Це водень - елемент із мінімальним Z = 1. Стало можливим точно оцінити кількість елементів між воднем та ураном. Були визначені «прогалини» в періодичній системі, що відповідають невідомим елементам з Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Однак залишалися неясними питання про точну кількість рідкісноземельних елементів і, що особливо важливо, не були розкриті причини періодичності зміни властивостей елементів залежно від Z.

Спираючись на структуру періодичної системи та результати вивчення атомних спектрів, що склалася, датський вченийН. Бор у 1918 - 1921мм. розвинув уявлення про послідовність побудови електронних оболонок та підболочок в атомах. Вчений дійшов висновку, що подібні типи електронних змін атомів періодично повторюються. Таким чином, було показано, що періодичність зміни властивостей хімічних елементів пояснюється існуванням періодичності у побудові електронних оболонок та підболінок атомів.

Нині періодична система охоплює 117 елементів.З них усі трансуранові елементи (Z" = 93 – 117), а також елементи з Z = 43 (технецій), 61 (прометій), 85 (астат), 87 (францій) отримані штучно. За всю історію існування періодичної системи було запропоновано велика кількість (> 500) варіантів її графічного зображення, переважно у вигляді таблиць, а також у вигляді різних геометричних фігур (просторових і площинних), аналітичних кривих (спіралей та ін.) Найбільше поширення набули коротка, довга та сходова форми таблиць Менделєєва В даний час перевага надається короткою.

Фундаментальним принципом побудови періодичної системи є їїпідрозділ на групи та періоди.Менделєєвське поняття рядів елементів нині не вживається, оскільки не має фізичного сенсу.Групи, у свою чергу, поділяються на головну (а) та побічну (b) підгрупи.У кожній підгрупі містяться елементи – хімічні аналоги. Елементи а- і b-підгруп у більшості груп також виявляють між собою певну подібність, головним чином у вищих ступенях окислення, які, як правило, дорівнюють номеру групи.

Періодом називається сукупність елементів, що починається лужним металом і закінчується інертним газом (особливий випадок – перший період).Кожен період містить певну кількість елементів. Періодична система складається з восьми груп та семи періодів, причому сьомий поки що не завершений.

Особливість першого періоду полягаєу тому, що він міститьвсього 2 елементи: водень та гелій. Місце водню у системі неоднозначно. Оскільки він виявляє властивості, загальні з лужними металами і з галогенами, його поміщають або в I А-, або в VII А-підгрупу, причому останній варіант використовується частіше. Гелій-перший представник VIII А-підгрупи. Довгий час гелій та всі інертні гази виділяли у самостійну нульову групу. Це положення вимагало перегляду після синтезу хімічних сполук криптону, ксенону та радону. В результаті інертні гази та елементи колишньої VIII групи (залізо, кобальт, нікель та платинові метали) були об'єднані в рамках однієї групи. Цей варіант не бездоганний, оскільки інертність гелію та неону не викликає сумнівів.

Другий період містить 8 елементів.Він починається лужним металом літієм, єдиний ступінь окислення якого + 1. Далі слідує берилій (метал, ступінь окислення + 2). Бор виявляє вже слабко виражений металевий характері є неметалом (ступінь окислення + 3). Наступний за бором вуглець - типовий неметал, який виявляє ступінь окислення як +4, так і - 4. Азот, кисень, фтор і неон - усі неметали, причому у азоту найвищий ступінь окислення + 5 відповідає номеру групи; для фтору відомий ступінь окислення + 7. Інертний газ неон завершує період.

Третій період (натрій – аргон) також містить 8 елементів. Характер зміни їх властивостей багато в чому аналогічний тому, що спостерігався елементів другого періоду. Але тут є й своя специфіка. Так, магній на відміну берилію більш металевий, як і і алюміній проти бором. Кремній, фосфор, сірка, хлор, аргон – це типові неметали. І всі вони, крім аргону, виявляють найвищі ступені окислення, рівні номеру групи.

Як бачимо, в обох періодах у міру збільшення Z спостерігається ослаблення металевих та посилення неметалічних властивостей елементів.Д. І. Менделєєв називав елементи другого та третьогоперіодів (за його словами, малих) типовими.Елементи малих періодів належать до найпоширеніших у природі. Вуглець, азот та кисень (поряд із воднем) - органогени, тобто. основні елементи органічної матерії

Усі елементи першого - третього періодів розміщуються в А-підгрупах.

Четвертий період (калій – криптон) містить 18 елементів.За Менделєєвим, це перший великий період. Після лужного металу калію і лужноземельного металу кальцію слідує ряд елементів, що складається з 10 так званих перехідних металів (скандій - цинк). Усі вони входять до b-підгрупи. Більшість перехідних металів виявляють найвищі ступені окислення, рівні номеру групи, крім заліза, кобальту та нікелю. Елементи, починаючи з галію та закінчуючи криптоном, належать до А-підгруп. Криптон на відміну попередніх інертних газів може утворювати хімічні сполуки.

П'ятий період (рубідій - ксенон) за своєю побудовою аналогічний четвертому. У ньому також міститься вставка з 10 перехідних металів (ітрій – кадмій). Елементи цього періоду мають свої особливості. У тріаді рутеній - родій - паладій для рутенію відомі сполуки, де він виявляє ступінь окислення +8. Усі елементи А-підгруп виявляють вищі ступеня окислення, рівні номеру групи, крім ксенон. Можна помітити, що особливості зміни властивостей елементів четвертого і п'ятого періодів у міру зростання Z мають у порівнянні з другим і третім періодами більш складний характер.

Шостий період (цезій – радон) включає 32 елементи.У цьому періоді крім 10 перехідних металів (лантан, гафній – ртуть) міститься ще й сукупність із 14 лантаноїдів – від церію до лютецію. Елементи від церію до лютецію хімічно дуже схожі, і на цій підставі їх давно включають до сімейства рідкісноземельних елементів. У короткій формі періодичної системи ряд лантан видів включають клітину лантану і розшифровку цього ряду дають внизу таблиці.

У чому полягає специфіка елементів шостого періоду? У тріаді осмій – іридій – платина для осмію відома ступінь окислення +8. Астат має досить виражений металевий характер. Радон, ймовірно, має найбільшу реакційну здатність з усіх інертних газів. На жаль, через те, що він дуже радіоактивний, його хімія мало вивчена).

Сьомий період починається з Франції.Подібно до шостого, він також повинен містити 32 елементи, але з них поки що відомий 21. Францій і радій відповідно є елементами I а- і I I а-підгруп, актиній належить до III b-підгрупи. Подальша побудова сьомого періоду спірна. Найбільш поширене уявлення про сімейство актиноїдів, яке включає елементи від торію до лоуренсія та аналогічно лантаноїдам. Розшифровка цього ряду елементів дається внизу таблиці.

Як змінюються властивості хімічних елементів у підгрупах періодичної системи Менделєєва?

Основна закономірність цієї зміни полягає у посиленні металевого характеру елементів у міру зростання Z. Особливо чітко ця закономірність проявляється у IIIа-VIIa-підгрупах. Для металів І А-ІІІ А-підгруп спостерігається зростання хімічної активності. У елементів IVА - VIIА-підгруп зі збільшенням Z спостерігається ослаблення хімічної активності елементів. У елементів b-підгруп зміна хімічної активності складніше.

Теорія періодичної системи була розроблена Н. Бором та іншими вченими у 20-х роках.ХХ ст. і ґрунтується на реальній схемі формування електронних конфігурацій атомів. Відповідно до цієї теорії, у міру зростання Z заповнення електронних оболонок і підболілок в атомах елементів, що входять у періоди періодичної системи, відбувається в наступній послідовності:

Номери періодів

1 2 3 4 5 6 7

1s2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p7s5f6d7p

З теорії періодичної системи можна дати таке визначення періоду:період є сукупність елементів, що починається елементом із значенням n. рівним номеру періоду, l=0 (s-елементи) і закінчується елементом з тим же значенням n і l = 1 (р-елементи). Виняток становить перший період, що містить лише 1s-елементи. З теорії періодичної системи випливають і числа елементів у періодах: 2, 8, 8. 18, 18, 32...

До b-підгруп відносяться ті елементи, в атомах яких відбувається добудова оболонок, що раніше залишалися незавершеними. Саме тому перший, другий та третій періоди не містять елементів b-підгруп.

Структура періодичної системи хімічних елементів тісно пов'язані з будовою атомів хімічних елементів. У міру зростання Z періодично повторюються подібні типи зміни зовнішніх електронних оболонок. Саме вони визначають основні особливості хімічної поведінки елементів. Ці особливості по-різному проявляються для елементів A-підгруп (s- та р-елементи), для елементів b-підгруп (перехідні d-елементи) та елементів f-родин - лантаноїдів та актиноїдів. Особливий випадок є елементами першого періоду - водень і гелій. Для водню характерна висока хімічна активність, тому що його єдиний електрон легко відщеплюється. У той самий час конфігурація гелію (1st) дуже стійка, що зумовлює його повну хімічну бездіяльність.

У елементів А-підгруп відбувається заповнення зовнішніх електронних оболонок (з n, рівним номеру періоду); тому властивості цих елементів помітно змінюються зі зростанням Z. Так, у другому періоді літій (конфігурація 2s) - активний метал, легко втрачає єдиний валентний електрон; берилій (2s~) - також метал, але менш активний внаслідок того, що його зовнішні електрони міцніше пов'язані з ядром. Далі, бор (2з"р) має слабо виражений металевий характер, а всі наступні елементи другого періоду, у яких відбувається побудова 2р-подоболочки, є вже неметалами. Восьмиелектронна конфігурація зовнішньої електронної оболонки неону (2s~р~) - інертного газу - дуже міцна.

Хімічні властивості елементів другого періоду пояснюються прагненням їх атомів придбати електронну конфігурацію найближчого інертного газу (конфігурацію гелію для елементів від літію до вуглецю або конфігурацію неону для елементів від вуглецю до фтору). Ось чому, наприклад, кисень не може виявляти вищого ступеня окислення, що дорівнює номеру групи: адже йому легше досягти конфігурації неону шляхом придбання додаткових електронів. Такий самий характер зміни властивостей проявляється в елементів третього періоду та у s-і р-елементів усіх наступних періодів. У той самий час ослаблення міцності зв'язку зовнішніх електронів з ядром А-підгрупах у міру зростання Z проявляється у властивостях відповідних елементів. Так, для s-елементів відзначається помітне зростання хімічної активності зі зростанням Z, а р-элементов - наростання металевих властивостей.

В атомах перехідних d-елементів добудовуються незавершені раніше оболонки зі значенням головного квантового числа і, на одиницю меншою за номери періоду. За окремими винятками конфігурація зовнішніх електронних оболонок атомів перехідних елементів - ns . Тому всі d-елементи є металами, і саме тому зміни властивостей 1-елементів у міру зростання Z не такі різкі, як ми це бачили у s і р-елементів. У вищих ступенях окислення d-елементи виявляють певну подібність до р-елементів відповідних груп періодичної системи.

Особливості властивостей елементів тріад (VIII b-підгрупа) пояснюються тим, що d-подоболочки близькі до завершення. Ось чому залізо, кобальт, нікель та платинові метали, як правило, не схильні давати сполуки вищих ступенів окиснення. Виняток становлять лише рутеній та осмій, що дають оксиди RuO4 та OsO4. У елементів I- та II B-підгруп d-подоболочка фактично виявляється завершеною. Тому вони виявляють ступеня окиснення, рівні номеру групи.

В атомах лантаноїдів та актиноїдів (усі вони метали)відбувається добудова раніше не завершених електронних оболонок зі значенням головного квантового числа та на дві одиниці менше за номер періоду. У атомах цих елементів конфігурація зовнішньої електронної оболонки (ns2) зберігається незмінною. У той самий час f-электроны мало впливають на хімічні властивості. Ось чому лантаноїди такі подібні.

У актиноїдів справа набагато складніша.В інтервалі зарядів ядер Z = 90 - 95 електрони бd та 5/ можуть брати участь у хімічних взаємодіях. А звідси випливає, що актиноїди виявляють набагато ширший діапазон ступенів окиснення. Наприклад, для нептунія, плутонію та америція відомі сполуки, де ці елементи виступають у семи валентному стані. Тільки в елементів, починаючи з кюрію (Z = = 96), стає стійким тривалентний стан. Таким чином, властивості актиноїдів значно відрізняються від властивостей лантаноїдів, і обидва сімейства тому не можна вважати подібними.

Сімейство актиноїдів закінчується елементом із Z = 103 (лоуренсій). Оцінка хімічних властивостей курчата (Z = 104) і нільсборія (Z = 105) показує, що ці елементи повинні бути аналогами відповідно гафнію та танталу. Тому вчені вважають, що після сімейства актиноїдів в атомах починається систематичне заповнення 6d-подоболочки.

Кінцева кількість елементів, що охоплює періодична система, невідома. Проблема її верхньої межі – це, мабуть, основна загадка періодичної системи. Найбільш важкий елемент, який вдалося виявити в природі, це плутоній (Z = = 94). Досягнута межа штучного ядерного синтезу – елемент із порядковим номером 107. Залишається відкритим питання: чи вдасться отримати елементи з великими порядковими номерами, які та скільки? На нього не можна поки що відповісти будь-що точно.

За допомогою найскладніших розрахунків, виконаних на комп'ютері, вчені спробували визначити будову атомів та оцінити найважливіші властивості таких «наделементів», аж до величезних порядкових номерів (Z = 172 і навіть Z = 184). Отримані результати виявилися несподіваними. Наприклад, в атомі елемента Z = 121 передбачається поява 8р-електрона; це після того, як в атомах з Z = 119 і 120 завершилося формування 8s-подоболочки. Адже поява р-електронів слідом за s-електронами спостерігається лише в атомах елементів другого та третього періодів. Розрахунки показують також, що в елементів восьмого гіпотетичного періоду заповнення електронних оболонок і підболочок атомів відбувається в дуже складній і своєрідній послідовності. Тому оцінити властивості відповідних елементів – проблема дуже складна. Здавалося б, восьмий період має містити 50 елементів (Z = 119 - 168), але за розрахунками, він має завершуватися в елемента з Z = 164, тобто. на 4 порядкові номери раніше. А «екзотичний» дев'ятий період, виявляється, має складатися із 8 елементів. Ось його "електронний" запис: 9s"Зр 9р". Іншими словами, він містив би лише 8 елементів, як другий і третій періоди.

Важко сказати, наскільки відповідали б істині розрахунки, зроблені за допомогою комп'ютера. Проте, якби їх було підтверджено, то довелося б серйозно переглянути закономірності, що лежать в основі періодичної системи елементів та її структури.

Періодична система зіграла і продовжує грати величезну роль розвитку різних галузей природознавства.Вона стала найважливішим досягненням атомно-молекулярного вчення, сприяла появі сучасного поняття «хімічний елемент» та уточненню понять про прості речовини та сполуки.

Закономірності, розкриті періодичною системою,вплинули на розробку теорії будови атомів, відкриття ізотопів, появу уявлень про ядерну періодичність. З періодичною системою пов'язана суворо наукова постановка проблеми прогнозування хімії. Це виявилося у передбаченні існування та властивостей невідомих елементів та нових особливостей хімічної поведінки елементів, вже відкритих. Нині періодична система представляє фундамент хімії, насамперед неорганічної, суттєво допомагаючи розв'язанню задачі хімічного синтезу речовин із заздалегідь заданими властивостями, розробці нових напівпровідникових матеріалів, підбору специфічних каталізаторів для різних хімічних процесів тощо. І нарешті, періодична система є основою викладання хімії.

Періодичний закон Менделєєва

Періодичний закон хімічних елементів - фундаментальний закон природи, що відбиває періодичне зміна властивостей хімічних елементів зі збільшенням зарядів ядер їх атомів. Відкрито 1 березня (17 лютого за ст. стилем) 1869 р. Д.І. Менделєєвим. Цього дня їм було складено таблицю, названу «Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості». Остаточне формулювання періодичного закону було дано Менделєєвим у липні 1871 р. Вона гласила:

« Властивості елементів, а тому й властивості утворених ними простих і складних тіл, стоять у періодичній залежності від їхньої атомної ваги».

Менделєєвська формулювання періодичного закону проіснувала в науці 40 років. Вона була переглянута завдяки визначним досягненням фізики, головним чином розробці ядерної моделі атома. Виявилося,заряд ядра атома (Z)чисельно дорівнюєпорядковому номерувідповідного елемента в періодичній системі, а заповнення електронних оболонок і підболілок атомів залежно від Z відбувається таким чином, що подібні електронні конфігурації атомів періодично повторюються (див. Періодична система хімічних елементів). Тому сучасне формулювання періодичного закону таке:властивості елементів, простих речовин та його сполук перебувають у періодичної залежності від зарядів ядер атомів.

На відміну від інших фундаментальних законів природи, таких як закон всесвітнього тяжіння або закон еквівалентності маси та енергії, періодичний закон не може бути записаний у вигляді будь-якого загального рівняння або формули. Його наочним відображенням є періодична система елементів. Однак і сам Менделєєв, та інші вчені намагалися знайти математичне рівняння періодичного закону хімічних елементів. Ці спроби увінчалися успіхом після розробки теорії будови атома. Але вони стосуються лише встановлення кількісної залежності порядку розподілу електронів в оболонках та підболочках від зарядів ядер атомів.

Періодичний закон – це універсальний закон для всього Всесвіту.Він має силу скрізь, де є атоми. Але періодично змінюються як електронні структури атомів. Будова та властивості атомних ядер також підпорядковуються своєрідному періодичному закону. У ядрах, що з нейтронів і протонів, існують нейтронні і протонні оболонки, заповнення яких має періодичний характер. Відомі навіть спроби побудови періодичної системи атомних ядер.

Дмитро Іванович Менделєєв (1834 – 1907)

Російський учений відкрив періодичний закон хімічних елементів.

У 1955 р. американськіфізики на чолі з Г. Сіборг синтезували хімічний елемент з порядковим номером101. Вони дали йому назвуМенделєвий- На знак визнання заслуг великого російського вченого.Періодична система Менделєєва вже понад 100 років є ключем до відкриття нових елементів.

Періодичний закон та періодична система стали найважливішим внеском Д. І. Менделєєва у розвиток природознавства. Але вони становлять лише частину величезної творчої спадщини вченого.Повне зібрання його творів – 25 об'ємних томів, справжня енциклопедія знань.

Менделєєв навів у систему розрізнені відомості про ізоморфізм, і це відіграло роль розвитку геохімії. Він відкрив критичну температуру кипіння, вище за яку речовина не може перебувати в рідкому стані, розробив гідратну теорію розчинів і тим самим по праву вважається видатним фізико-хіміком. Він провів глибокі дослідження властивостей розріджених газів, показавши себе визначним фізиком-експериментатором. Менделєєв запропонував теорію неорганічного походження нафти, яка досі має прихильників; розробив процес приготування бездимного пороху; вивчав повітроплавання, метеорологію, удосконалював техніку вимірів. Будучи керуючим Головної палати заходів та ваг, багато зробив для розвитку метрології. За свої наукові заслуги Менделєєв був обраний членом понад 50 академій та наукових товариств різних країн світу. У науковій діяльності вчений бачив, за його словами, свою «першу службу Батьківщині».

Друга служба – педагогічна діяльність. Менделєєв був автором підручника «Основи хімії», який за його життя витримав 8 видань і неодноразово перекладався іноземними мовами. Менделєєв викладав у багатьох навчальних закладах Петербурга. «З тисяч моїх учнів багато тепер скрізь відомих діячів, і, зустрічаючи їх, завжди чув, що добре в них насіння вважав, а не просту відбував обов'язок», - писав учений на схилі років

Багатогранною та корисною була «третя служба Батьківщині» - на ниві промисловості та сільського господарства. Тут Менделєєв виявив себе справжнім патріотом, що дбав про розвиток і майбутнє Росії. У своєму маєтку Боблово він ставив «досліди щодо розведення хлібів». Детально вивчав способи видобутку нафти та дав багато цінних рекомендацій щодо їх удосконалення. Він постійно вникав у насущні потреби промисловості, відвідував фабрики та заводи, рудники та шахти. Авторитет Менделєєва був настільки високий, що його постійно запрошували експертом на вирішення складних економічних проблем. Незадовго до смерті він опублікував книгу "До пізнання Росії", в якій намітив велику програму розвитку продуктивних сил країни.

«Посів науковий зійде для жнив народних» - таким був девіз усієї діяльності вченого.

Менделєєв був одним із найкультурніших людей свого часу. Він глибоко цікавився літературою та мистецтвом, зібрав величезну колекцію репродукцій картин художників різних країн та народів. На його квартирі часто відбувалися зустрічі визначних діячів культури.

Контрольні питання:

У якому році було відкрито періодичний закон хімічних елементів, як він сформульований Д. І. Менделєєвим?

У чому суть закону періодичності? Які його основні риси?

Що таке період, група, підгрупа у періодичній системі?

Які підгрупи називаються головними та які – побічними?

Як змінюються металеві властивості елементів у групі та в періоді?

Як змінюються окислювально-відновлювальні властивості атомів елементів із збільшенням порядкового номера?

У яких групах періодичної системи є елементи, що утворюють газоподібні сполуки з воднем? Які з них мають кислотні властивості?

Якщо провести лінію в періодичній системі від бору до астату, то елементи з якими властивостями виявляться ліворуч цієї лінії?

У чому суть квантово-механічної теорії будов атома?

Наведіть сучасне формулювання періодичного закону Д. І. Менделєєва?

Знайдіть у періодичній таблиці елемент, розташований у IV періоді, в V ряді і валентність VI, що виявляє в кисневому поєднанні. Яка його валентність воднем?

Література:

Габрієлян О,С. Хімія для професій та спеціальностей технічного профілю: підручник/О.С. Габрієлян, І.Г. Остроумів. - М.: Видавничий центр «Академія, 2009. - 256с.

Габрієлян О,С. Хімія: навчань для студ. середовищ. проф. навч. закладів/О.С. Габрієлян, І.Г. Остроумів. - 6-те вид., Стер. - М.: Видавничий центр «Академія, 2009. - 336с.

Властивості хімічних елементів дозволяють об'єднувати їх у відповідні групи. На цьому принципі було створено періодичну систему, яка змінила уявлення про існуючі речовини і дозволила припустити існування нових, раніше невідомих елементів.

Вконтакте

Періодична система Менделєєва

Періодична таблиця хімічних елементів було складено Д. І. Менделєєвим у другій половині ХІХ століття. Що таке це, і навіщо вона потрібна? Вона поєднує всі хімічні елементи по зростанню атомної ваги, причому всі вони розставлені так, що їх властивості змінюються періодичним чином.

Періодична система Менделєєва звела в єдину систему всі існуючі елементи, які раніше вважалися просто окремими речовинами.

На підставі її вивчення було передбачено, а згодом - синтезовано нові хімічні речовини. Значення цього відкриття для науки неможливо переоцінити, Воно значно випередило свій час і дало поштовх до розвитку хімії на багато десятиліть.

Існує три найбільш поширені варіанти таблиці, які умовно іменуються «коротка», «довга» і «наддовга» ». Основною вважається довга таблиця, вона затверджено офіційно.Відмінністю між ними є компонування елементів та довжина періодів.

Що таке період

Система містить 7 періодів. Вони представлені графічно як горизонтальних рядків. При цьому період може мати один або два рядки, звані рядами. Кожен наступний елемент відрізняється від попереднього зростання заряду ядра (кількості електронів) на одиницю.

Якщо не ускладнювати, період – це горизонтальний рядок періодичної таблиці. Кожен із них починається металом і закінчується інертним газом. Власне, це створює періодичність - властивості елементів змінюються всередині одного періоду, знову повторюючись у наступному. Перший, другий та третій періоди - неповні, вони називаються малими та містять відповідно 2, 8 та 8 елементів. Інші – повні, вони мають по 18 елементів.

Що таке група

Група – це вертикальний стовпецьмістить елементи з однаковою електронною будовою або, говорячи простіше, з однаковою вищою . Офіційно затверджена довга таблиця містить 18 груп, які починаються з лужних металів та закінчуються інертними газами.

Кожна група має назву, що полегшує пошук або класифікацію елементів. Посилюються металеві властивості незалежно від елемента у напрямку зверху-вниз. Це з збільшенням кількості атомних орбіт — що їх більше, тим слабші електронні зв'язку, що робить яскравіше вираженою кристалічну решітку.

Метали у періодичній таблиці

Метали у таблиціМенделєєва мають переважну кількість, список їх досить великий. Вони характеризуються загальними ознаками, за властивостями вони неоднорідні і поділяються на групи. Деякі з них мають мало спільного з металами у фізичному сенсі, а інші можуть існувати лише частки секунди і в природі абсолютно не зустрічаються (принаймні на планеті), оскільки створені, точніше, обчислені та підтверджені в лабораторних умовах штучно. Кожна група має власні ознаки, назва і досить помітно відрізняється від інших. Особливо ця відмінність виражена у першої групи.

Положення металів

Яке становище металів у періодичній системі? Елементи розташовані щодо збільшення атомної маси або кількості електронів та протонів. Їх властивості змінюються періодично, тому акуратного розміщення за принципом один до одного в таблиці немає. Як визначити метали, і чи можливо це зробити за таблицею Менделєєва? Щоб спростити питання, придуманий спеціальний прийом: умовно по місцях з'єднання елементів проводиться діагональна лінія від Бора до Полонія (або до Астата). Ті, що виявляються ліворуч – метали, праворуч – неметали. Це було б дуже просто і здорово, але є винятки – Німеччина та Сурма.

Така «методика» - свого роду шпаргалка, вона придумана лише спрощення процесу запам'ятовування. Для більш точного уявлення слід запам'ятати, що список неметалів складає всього 22 елементи,тому відповідаючи питанням, скільки всього металів всього міститься у таблиці Менделєєва

На малюнку можна наочно побачити, які елементи є неметалами і як вони розміщуються в таблиці за групами та періодами.

Загальні фізичні властивості

Існують загальні фізичні властивості металів. До них відносяться:

Пластичність.
Характерний блиск.
Електропровідність.
Висока теплопровідність.
Усі, крім ртуті, у твердому стані.

Слід розуміти, що властивості металів дуже різняться щодо їхньої хімічної чи фізичної суті. Деякі їх мало схожі на метали у повсякденному розумінні цього терміна. Наприклад, ртуть займає особливе становище. Вона за звичайних умов перебуває у рідкому стані, немає кристалічної решітки, наявності якої зобов'язані своїми властивостями інші метали. Властивості останніх у разі умовні, із нею ртуть ріднять переважно хімічні властивості.

Цікаво!Елементи першої групи, лужні метали, у чистому вигляді не зустрічаються, перебуваючи у складі різних сполук.

Найм'якший метал, що існує в природі – цезій – відноситься до цієї групи. Він, як і інші подібні лужні речовини, мало спільного має з більш типовими металами. Деякі джерела стверджують, що насправді найм'якший метал калій, що складно оскаржити або підтвердити, оскільки ні той, ні інший елемент не існує сам по собі — будучи виділеним у результаті хімічної реакції вони швидко окислюються або вступають у реакцію.

Друга група металів - лужноземельні - набагато ближча до основних груп. Назва «лужноземельні» походить із давніх часів, коли оксиди називалися «землями», оскільки вони мають пухку розсипчасту структуру. Більш-менш звичними (в повсякденному сенсі) властивостями мають метали починаючи з 3 групи. Зі збільшенням номера групи кількість металів зменшується.

p align="justify"> Періодична система хімічних елементів. Періодична система хім. ел тов ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ, природна класифікація хімічних елементів, що є табличним виразом періодичного закону. Сучасна… … Ілюстрований енциклопедичний словник

ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ- Створена Д. І. Менделєєвим і полягає в розташуванні х. е. у строго визначеному порядку з їхньої атомної ваги; властивості х. е. знаходяться у тісному зв'язку з їх місцезнаходженням у п. с., а правильне розташування в останній х. е. дало можливість… … Словник іноземних слів російської мови

періодична система хімічних елементів- природна система хімічних елементів, розроблена Д. І. Менделєєвим на основі відкритого ним (1869) періодичного закону. Сучасне формулювання цього закону звучить так: властивості елементів перебувають у періодичній залежності від заряду. Енциклопедичний словник

ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ- природ. система хім. елементів, розроблена Д. І. Менделєєвим на основі відкритого ним (1869) періодич. закону. Совр. Формулювання цього закону звучить так: властивості елементів знаходяться в періодич. залежність від заряду їх атомних ядер. Заряд… …

ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ- впорядковане безліч хім. елементів, їх єств. класифікація, що є табличним виразом періодичного закону Менделєєва. Прообразом періодич. системи хім. елементів (П. с.) послужила таблиця Досвід системи елементів, заснованої на їх… Хімічна енциклопедія

ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ- Відносні маси наведені за Міжнародною таблицею 1995 року (точність зазначена для останньої цифри). Для елементів, що не мають стабільних нуклідів (за винятком Th, Ра та U, поширених у земній корі), у квадратних дужках. Природознавство. Енциклопедичний словник

Періодична законність хімічних елементів

Періодична таблиця хімічних елементів- Періодична система хімічних елементів (таблиця Менделєєва) – класифікація хімічних елементів, що встановлює залежність різних властивостей елементів від заряду атомного ядра. Система є графічним виразом періодичного закону, ... Вікіпедія

Система хімічних елементів періодична- Система хімічних елементів, розроблена російським ученим Д. І. Менделєєвим (1834-1907) на основі відкритого ним (1869) періодичного закону. Сучасне формулювання цього закону звучить так: властивості елементів знаходяться в періодичній… Концепція сучасного природознавства. Словник основних термінів

ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ЕЛЕМЕНТІВ- ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ЕЛЕМЕНТІВ, періодичний закон. Вже з давніх-давен були роблені спроби встановити залежність властивостей елементів від їхньої атомної ваги: Деберейнер (Dobereiner, 1817) вказав на тріади подібних елементів, між атомними вагами до ... Велика медична енциклопедія

Книги

Періодична система хімічних елементів Менделєєва,. Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Настінне видання. (Увімк. нові елементи). Розмір 69, 6 х 91 см. Матеріал: крейдований… Купити за 339 руб
Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Таблиця розчинності, . Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва та довідкові таблиці з хімії… Купити за 44 руб
Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Розчинність кислот, основ та солей у воді. Настінна таблиця (двостороння, ламінована) . Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва. + Таблиця розчинності кислот, основ та солей у воді…

Графічним відображенням періодичного закону є Періодична система хімічні елементи. Відомо більше (700) форм періодичної таблиці. Офіційним за рішенням Міжнародної спілки хіміків є її довжелезний варіант.

Кожному хімічному елементу в таблиці відведена одна клітина, в якій вказано символ та назву елемента, порядковий номер та відносну атомну масу.

Ламана лінія позначає межу між металами та неметалами.

Послідовність розташування елементів який завжди збігається зі зростанням атомної маси. Є кілька винятків із правила. Так, відносна атомна маса аргону менша за атомну масу калію, в телурі - менше, ніж йоду.

Кожен елемент має свій порядковий (атомний) номер , Розташовується в певному періоді та певній групі.

Період - горизонтальний ряд хімічних елементів, що починається лужним металом (або воднем) і інертним (благородним) газом, що закінчується.

В таблиці сім періодів. У кожному міститься певна кількість елементів:

\(1\)-й період - \(2\) елемента,

\(2\)-й період - \(8\) елементів,

\(3\)-й період - \(8\) елементів,

\(4\)-й період - \(18\) елементів,

\(5\)-й період - \(18\) елементів,

\(6\)-й період - \(32\) елемента (\(18 + 14\)),

\(7\)-й період - \(32\) елемента (\(18 + 14\)).

Три перші періоди називають малими періодами, решта - великими . І в малих, і у великих періодах відбувається поступове ослаблення металевих властивостей і посилення неметалічних , Тільки великих періодах воно відбувається більш плавно.

Елементи з порядковими номерами (58) - (71) ( лантаноїди ) та \(90\)–\(103\) ( актиноїди ) винесені з таблиці та розташовуються під нею. Це елементи групи IIIB. Лантаноїди відносяться до шостому періоду, а актиноїди - до сьомому .

Восьмий період з'явиться у Періодичній таблиці, коли будуть відкриті нові елементи.

Група – вертикальний стовпець хімічних елементів, що мають подібні властивості.

У Періодичній таблиці (18) груп, пронумерованих арабськими цифрами. Часто використовують нумерацію римськими цифрами з додаванням букв (A) або (B). У такому разі груп (8).

Групи (A) починаються елементами малих періодів, включають також елементи великих періодів; містять і метали, і неметали. У короткому варіанті Періодичної таблиці це головні підгрупи .

Групи (B) містять елементи великих періодів, і це тільки метали. У короткому варіанті Періодичної таблиці це побічні підгрупи .

Число елементів у групах:

IA , VIIIA - по \ (7 \) елементів;

IIA - VIIA - по (6) елементів;

IIIB - \(32\) елемента (\(4 + 14\) лантаноїдів \(+ 14\) актиноїдів);

VIIIB - \(12\) елементів;

IB, IIB, IVB - VIIB - по \ (4 \) елемента.

Кількісний склад груп змінюватиметься в міру додавання до таблиці нових елементів.

Римський номер групи, як правило, показує найвищу валентність у оксидах. Але для деяких елементів це правило не виконується. Так, фтор не буває семивалентним, а кисень - шестивалентним. Не виявляють валентність, рівну номеру групи, гелій , неон і аргон - ці елементи не утворюють сполук із киснем. Мідь буває двовалентною, а золото - Тривалентним, хоча це елементи першої групи.

Періодична система - упорядковане безліч хімічних елементів, їх природна класифікація, що є графічним (табличним) виразом періодичного закону хімічних елементів. Структура її, багато в чому подібна до сучасної, розроблена Д. І. Менделєєвим на основі періодичного закону в 1869–1871 гг.

Прообразом періодичної системи був «Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній подібності», складений Д. І. Менделєєвим 1 березня 1869 р. Протягом двох з половиною років вчений безперервно вдосконалював «Досвід системи», ввів уявлення про групи, ряди та періоди елементів. У результаті структура періодичної системи набула багато в чому сучасних обрисів.

Важливим для її еволюції стало поняття про місце елемента в системі, що визначається номерами групи та періоду. Маючи це поняття, Менделєєв дійшов висновку, що необхідно змінити атомні маси деяких елементів: урану, індія, церію та її супутників. Це було перше практичне застосування періодичної системи. Менделєєв також вперше передбачив існування та властивості кількох невідомих елементів. Вчений докладно описав найважливіші властивості екаалюмінію (майбутнього галію), екабору (скандію) та екасиліцію (німецьку). Крім того, він передбачив існування аналогів марганцю (майбутніх технеції та ренію), телуру (полонія), йоду (астата), цезію (франція), барію (радію), танталу (протактінія). Прогнози вченого щодо цих елементів мали загальний характер, оскільки ці елементи розташовувалися в маловивчених областях періодичної системи.

Перші варіанти періодичної системи багато в чому представляли лише емпіричне узагальнення. Адже був незрозумілий фізичний зміст періодичного закону, не було пояснення причин періодичної зміни властивостей елементів залежно від зростання атомних мас. У зв'язку з цим залишалися невирішеними багато проблем. Чи є межі періодичної системи? Чи можна визначити точну кількість наявних елементів? Залишалася неясною структура шостого періоду - яка точна кількість рідкісноземельних елементів? Було невідомо, чи існують ще елементи між воднем та літієм, якою є структура першого періоду. Тому до фізичного обгрунтування періодичного закону та розробки теорії періодичної системи перед нею неодноразово виникали серйозні труднощі. Несподіваним було відкриття у 1894–1898 роках. п'яти інертних газів, яким, здавалося, не було місця в періодичній системі. Ця проблема була усунена завдяки ідеї включити до структури періодичної системи самостійну нульову групу. Масове відкриття радіоелементів з кінця XIX і XX ст. (До 1910 їх число склало близько 40) призвело до різкого протиріччя між необхідністю їх розміщення в періодичній системі і її сформованою структурою. Для них було лише 7 вакантних місць у шостому та сьомому періодах. Ця проблема була вирішена в результаті встановлення правил зсуву та відкриття ізотопів.

Одна з головних причин неможливості пояснити фізичний зміст періодичного закону та структуру періодичної системи полягала в тому, що було невідомо, як влаштований атом (див. Атом). Найважливішою віхою шляху розвитку періодичної системи стало створення атомної моделі Еге. Резерфордом (1911). На її основі голландський учений А. Ван ден Брук (1913) висловив припущення, що порядковий номер елемента у періодичній системі чисельно дорівнює заряду ядра його атома (Z). Це експериментально підтвердив англійська вчена Г. Мозлі (1913). Періодичний закон отримав фізичне обгрунтування: періодичність зміни властивостей елементів стала розглядатися залежно від Z – заряду ядра атома елемента, а чи не від атомної маси (див. «Періодичний закон хімічних елементів»).

Через війну структура періодичної системи значно зміцнилася. Було визначено нижню межу системи. Це водень - елемент із мінімальним Z = 1. Стало можливим точно оцінити кількість елементів між воднем та ураном. Були визначені «прогалини» в періодичній системі, що відповідають невідомим елементам з Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Однак залишалися неясними питання про точну кількість рідкісноземельних елементів і, що особливо важливо, не були розкриті причини періодичності зміни властивостей елементів залежно від Z.

Спираючись на структуру періодичної системи, що склалася, і результати вивчення атомних спектрів, датський вчений Н. Бор у 1918–1921 рр. в. розвинув уявлення про послідовність побудови електронних оболонок та підболочок в атомах. Вчений дійшов висновку, що подібні типи електронних змін зовнішніх оболонок атомів періодично повторюються. Таким чином, було показано, що періодичність зміни властивостей хімічних елементів пояснюється існуванням періодичності у побудові електронних оболонок та підболінок атомів.

Періодична система охоплює понад 100 елементів. З них усі трансуранові елементи (Z = 93–110), а також елементи з Z = 43 (технецій), 61 (прометій), 85 (астат), 87 (францій) отримані штучно. За всю історію існування періодичної системи було запропоновано дуже велику кількість (>500) варіантів її графічного зображення, переважно у вигляді таблиць, а також у вигляді різних геометричних фігур (просторових та площинних), аналітичних кривих (спіралей тощо) тощо. Найбільшого поширення набули коротка, напівдовга, довга і сходова форми таблиць. В даний час перевага надається короткій формі.

Фундаментальним принципом побудови періодичної системи є її підрозділ групи і періоди. Менделєєвське поняття рядів елементів нині не вживається, оскільки не має фізичного сенсу. Групи, у свою чергу, поділяються на головну (а) та побічну (Ь) підгрупи. У кожній підгрупі містяться елементи – хімічні аналоги. Елементи a- і b-підгруп у більшості груп також виявляють між собою певну подібність, головним чином у вищих ступенях окислення, які, як правило, дорівнюють номеру групи. Періодом називається сукупність елементів, що починається лужним металом і закінчується інертним газом (особливий випадок – перший період). Кожен період містить певну кількість елементів. Періодична система складається з восьми груп та семи періодів, причому сьомий період поки що не завершено.

Особливість першогоперіоду полягає в тому, що він містить всього 2 газоподібні у вільному вигляді елементи: водень і гелій. Місце водню у системі неоднозначно. Оскільки він виявляє властивості, загальні з лужними металами і з галогенами, його поміщають або в 1a-, або в Vlla-підгрупу, або в обидві одночасно, укладаючи в одній з підгруп символ в дужки. Гелій – перший представник VIIIa-підгрупи. Довгий час гелій та всі інертні гази виділяли у самостійну нульову групу. Це положення вимагало перегляду після синтезу хімічних сполук криптону, ксенону та радону. В результаті інертні гази та елементи колишньої VIII групи (залізо, кобальт, нікель та платинові метали) були об'єднані в рамках однієї групи.

Другийперіод містить 8 елементів. Він починається лужним металом літієм, єдиний ступінь окислення якого +1. Далі слідує берилій (метал, ступінь окислення +2). Бор виявляє вже слабко виражений металевий характері є неметалом (ступінь окислення +3). Наступний за бором вуглець - типовий неметал, який виявляє ступені окислення як +4, і -4. Азот, кисень, фтор і неон - усі неметали, причому в азоту найвищий ступінь окислення +5 відповідає номеру групи. Кисень і фтор відносяться до найактивніших неметалів. Інертний газ неон завершує період.

Третійперіод (натрій – аргон) також містить 8 елементів. Характер зміни їх властивостей багато в чому аналогічний тому, що спостерігався елементів другого періоду. Але тут є й своя специфіка. Так, магній на відміну берилію більш металевий, як і і алюміній проти бором. Кремній, фосфор, сірка, хлор, аргон – це типові неметали. І всі вони, крім аргону, виявляють найвищі ступені окислення, рівні номеру групи.

Як бачимо, в обох періодах у міру збільшення Z спостерігається чітке ослаблення металевих та посилення неметалічних властивостей елементів. Д. І. Менделєєв називав елементи другого та третього періодів (за його словами, малих) типовими. Елементи малих періодів належать до найпоширеніших у природі. Вуглець, азот та кисень (поряд з воднем) - органогени, тобто основні елементи органічної матерії.

Усі елементи першого - третього періодів розміщуються в a-підгрупах.

Четвертийперіод (калій – криптон) містить 18 елементів. За Менделєєвим, це перший великий період. Після лужного металу калію і лужноземельного металу кальцію слідує ряд елементів, що складається з 10 так званих перехідних металів (скандій - цинк). Усі вони входять до b-підгрупи. Більшість перехідних металів виявляють найвищі ступені окислення, рівні номеру групи, крім заліза, кобальту та нікелю. Елементи, починаючи з галію та закінчуючи криптоном, належать до а-підгруп. Для криптону відома низка хімічних сполук.

П'ятийперіод (рубідій – ксенон) за своєю побудовою аналогічний четвертому. У ньому також міститься вставка з 10 перехідних металів (ітрій – кадмій). Елементи цього періоду мають свої особливості. У тріаді рутеній - родій - паладій для рутенію відомі сполуки, де він виявляє ступінь окислення +8. Усі елементи a-підгруп виявляють найвищі ступені окислення, рівні номеру групи. Особливості зміни властивостей елементів четвертого і п'ятого періодів у міру зростання Z мають порівняно з другим і третім періодами більш складний характер.

Шостийперіод (цезій – радон) включає 32 елементи. У цьому періоді крім 10 перехідних металів (лантан, гафній – ртуть) міститься ще й сукупність із 14 лантаноїдів – від церію до лютецію. Елементи від церію до лютецію хімічно дуже схожі, і на цій підставі їх давно включають до сімейства рідкісноземельних елементів. У короткій формі періодичної системи ряд лантаноїдів включають у клітину лантану і розшифровку цього ряду дають унизу таблиці (див. Лантаноїди).

У чому полягає специфіка елементів шостого періоду? У тріаді осмій – іридій – платина для осмію відома ступінь окислення +8. Астат має досить виражений металевий характер. Радон має найбільшу реакційну здатність з усіх інертних газів. На жаль, через те, що він дуже радіоактивний, його хімія мало вивчена (див. Радіоактивні елементи).

Сьомийперіод починається з Франції. Подібно до шостого, він також повинен містити 32 елементи, але з них поки що відомі 24. Францій і радій відповідно є елементами Ia- і IIa-підгруп, актиній належить до IIIb-підгрупи. Далі слідує сімейство актиноїдів, яке включає елементи від торію до лоуренсія і розміщується аналогічно лантаноїдів. Розшифровка цього ряду елементів дається внизу таблиці.

Тепер подивимося, як змінюються властивості хімічних елементів у підгрупахперіодичної системи. Основна закономірність цієї зміни полягає у посиленні металевого характеру елементів у міру зростання Z. Особливо чітко ця закономірність проявляється у IIIa-VIIa-підгрупах. Для металів Ia-IIIa-підгруп спостерігається зростання хімічної активності. У елементів IVa–VIIa‑підгруп із збільшенням Z спостерігається послаблення хімічної активності елементів. У елементів b-підгруп характер зміни хімічної активності складніший.

Теорія періодичної системи була розроблена Н. Бором та іншими вченими у 20-х роках. XX ст. і ґрунтується на реальній схемі формування електронних конфігурацій атомів (див. Атом). Відповідно до цієї теорії, у міру зростання Z заповнення електронних оболонок і підболілок в атомах елементів, що входять у періоди періодичної системи, відбувається в наступній послідовності:

Номери періодів
1	2	3	4	5	6	7
1s	2s2p	3s3p	4s3d4p	5s4d5p	6s4f5d6p	7s5f6d7p

На підставі теорії періодичної системи можна дати таке визначення періоду: період є сукупність елементів, що починається елементом зі значенням n, рівним номеру періоду, і l = 0 (s-елементи) і закінчується елементом з тим самим значенням n і l = 1 (p- елементи) (див. Атом). Виняток становить перший період, що містить лише 1s-елементи. З теорії періодичної системи випливають числа елементів у періодах: 2, 8, 8, 18, 18, 32…

У таблиці символи елементів кожного типу (s-, p-, d-і f-елементи) зображені на певному колірному тлі: s-елементи - на червоному, p-елементи - на помаранчевому, d-елементи - на синьому, f-елементи - На зеленому. У кожній клітині наведено порядкові номери та атомні маси елементів, а також електронні конфігурації зовнішніх електронних оболонок.

З теорії періодичної системи випливає, що до a-підгруп належать елементи з n, рівним номеру періоду, і l = 0 і 1. До b-підгруп відносяться ті елементи, в атомах яких відбувається добудова оболонок, що раніше залишалися незавершеними. Саме тому перший, другий та третій періоди не містять елементів b-підгруп.

Структура періодичної системи елементів тісно пов'язана із будовою атомів хімічних елементів. У міру зростання Z періодично повторюються подібні типи зміни зовнішніх електронних оболонок. Саме вони визначають основні особливості хімічної поведінки елементів. Ці особливості по-різному проявляються для елементів a-підгруп (s-і р-елементи), для елементів b-підгруп (перехідні d-елементи) та елементів f-родин - лантаноїдів та актиноїдів. Особливий випадок є елементами першого періоду - водень і гелій. Для водню характерна висока хімічна активність, тому що його єдиний 1s-електрон легко відщеплюється. У той самий час конфігурація гелію (1s 2) дуже стійка, що зумовлює його хімічну бездіяльність.

p align="justify"> У елементів а-підгруп відбувається заповнення зовнішніх електронних оболонок атомів (з n, рівним номеру періоду), тому властивості цих елементів помітно змінюються в міру зростання Z. Так, у другому періоді літій (конфігурація 2s) - активний метал, що легко втрачає єдиний валентний електрон ; берилій (2s 2) - також метал, але менш активний через те, що його зовнішні електрони міцніше пов'язані з ядром. Далі, бор (2s 2 p) має слабко виражений металевий характер, проте наступні елементи другого періоду, у яких відбувається побудова 2p-подоболочки, є вже неметалами. Восьмиелектронна конфігурація зовнішньої електронної оболонки неону (2s 2 p 6) – інертного газу – дуже міцна.

Хімічні властивості елементів другого періоду пояснюються прагненням їх атомів придбати електронну конфігурацію найближчого інертного газу (конфігурацію гелію для елементів від літію до вуглецю або конфігурацію неону для елементів від вуглецю до фтору). Ось чому, наприклад, кисень не може виявляти вищого ступеня окислення, що дорівнює номеру групи: адже йому легше досягти конфігурації неону шляхом придбання додаткових електронів. Такий самий характер зміни властивостей проявляється в елементів третього періоду та у s-і p-елементів всіх наступних періодів. У той самий час ослаблення міцності зв'язку зовнішніх електронів з ядром в a‑підгрупах зі зростанням Z виявляється у властивостях відповідних елементів. Так, для s-елементів відзначається помітне зростання хімічної активності зі зростанням Z, а p-елементів - наростання металевих властивостей.

В атомах перехідних d-елементів добудовуються незавершені раніше оболонки зі значенням головного квантового числа n, на одиницю меншою за номери періоду. За окремими винятками конфігурація зовнішніх електронних оболонок атомів перехідних елементів - ns 2 . Тому всі d-елементи є металами, і саме тому зміни властивостей d-елементів у міру зростання Z не так різання, як це спостерігається у s-і p-елементів. У вищих ступенях окислення d-елементи виявляють певну схожість з p-елементами відповідних груп періодичної системи.

Особливості властивостей елементів тріад (VIIIb-підгрупа) пояснюються тим, що b-подоболочки близькі до завершення. Ось чому залізо, кобальт, нікель та платинові метали, як правило, не схильні давати сполуки вищих ступенів окиснення. Виняток становлять лише рутеній та осмій, що дають оксиди RuO 4 та OsO 4 . У елементів Ib-і IIb-підгруп d-подоболочка фактично виявляється завершеною. Тому вони виявляють ступеня окиснення, рівні номеру групи.

В атомах лантаноїдів та актиноїдів (всі вони метали) відбувається добудова раніше не завершених електронних оболонок зі значенням головного квантового числа n на дві одиниці менше за номер періоду. В атомах цих елементів конфігурація зовнішньої електронної оболонки (ns 2) зберігається незмінною, а заповнюється третя зовні N-оболонка 4f-електронами. Ось чому лантаноїди такі подібні.

У актиноїдів справа складніша. В атомах елементів з Z = 90–95 електрони 6d та 5f можуть брати участь у хімічних взаємодіях. Тому актиноїди мають набагато більше ступенів окиснення. Наприклад, для нептунія, плутонію та америція відомі сполуки, де ці елементи виступають у семивалентному стані. Тільки в елементів, починаючи з кюрію (Z = 96), стає стійким тривалентний стан, але тут є свої особливості. Таким чином, властивості актиноїдів значно відрізняються від властивостей лантаноїдів, і обидва сімейства тому не можна вважати подібними.

Кінцева кількість елементів, що охоплює періодична система, невідома. Проблема її верхньої межі - це, мабуть, головна загадка періодичної системи. Найбільш важкий елемент, який вдалося виявити в природі, це плутоній (Z = 94). Досягнута межа штучного ядерного синтезу – елемент із порядковим номером 110. Залишається відкритим питання: чи вдасться отримати елементи з великими порядковими номерами, які та скільки? На нього не можна поки відповісти будь-яким чином.

За допомогою найскладніших розрахунків, виконаних на електронних обчислювальних машинах, вчені спробували визначити будову атомів та оцінити найважливіші властивості «наделементів», аж до величезних порядкових номерів (Z = 172 і навіть Z = 184). Отримані результати виявилися несподіваними. Наприклад, в атомі елемента Z = 121 передбачається поява 8p-електрона; це після того, як в атомах з Z = 119 і 120 завершилося формування 8s-подоболочки. Адже поява p-електронів слідом за s-електронами спостерігається лише в атомах елементів другого та третього періодів. Розрахунки показують також, що у елементів гіпотетичного восьмого періоду заповнення електронних оболонок і підоболонок атомів відбувається в дуже складній і своєрідній послідовності. Тому оцінити властивості відповідних елементів – проблема дуже складна. Здавалося б, восьмий період має містити 50 елементів (Z = 119–168), але, згідно з розрахунками, він повинен завершуватися у елемента з Z = 164, тобто на 4 порядкові номери раніше. А «екзотичний» дев'ятий період, виявляється, має складатися із 8 елементів. Ось його "електронний" запис: 9s 2 8p 4 9p 2 . Іншими словами, він містив би лише 8 елементів, як другий і третій періоди.

Важко сказати, наскільки відповідали б істині розрахунки, зроблені за допомогою комп'ютера. Однак якби вони були підтверджені, то довелося б серйозно переглянути закономірності, що лежать в основі періодичної системи елементів та її структури.

Періодична система зіграла і продовжує грати величезну роль розвитку різних галузей природознавства. Вона стала найважливішим досягненням атомно-молекулярного вчення, сприяла появі сучасного поняття «хімічний елемент» та уточненню понять про прості речовини та сполуки.

Закономірності, розкриті періодичною системою, істотно вплинули на розробку теорії будови атомів, відкриття ізотопів, появу уявлень про ядерну періодичність. З періодичною системою пов'язана суворо наукова постановка проблеми прогнозування хімії. Це виявилося у передбаченні існування та властивостей невідомих елементів та нових особливостей хімічної поведінки елементів уже відкритих. Нині періодична система є фундаментом хімії, в першу чергу неорганічною, суттєво допомагаючи вирішенню задачі хімічного синтезу речовин із заздалегідь заданими властивостями, розробці нових напівпровідникових матеріалів, підбору специфічних каталізаторів для різних хімічних процесів тощо. І нарешті, періодична система лежить в основі викладання хімії.