Периодическая система Д.И.Менделеева

В 1869 году русский ученый Д.И.Менделеев составил таблицу, включающую большинство известных элементов, в которой элементы были сгруппированы в нескольких горизонтальных рядах так, что вертикальные столбцы включали элементы, сходные по химическим свойствам. Эта таблица, которую Менделеев называл системой элементов.

Кроме того, был открыт и сформулирован закон периодичности, основанный на закономерности изменений свойств элементов при увеличении масс атомов: «Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Ко времени открытия Д.И.Менделеевым периодического закона строение атома было неизвестно.

Современная формулировка ПЗ:

«Свойства химических элементов и образуемых ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов».

Структура ПС элементов определяется строением электронных уровней и подуровней атомов. Основной структурной единицей системы элементов является период.

Периодом с номером n называется совокупность химических элементов, начинающаяся s-элементами и заканчивающаяся p-элементами.

Исключение составляет первый период, в котором нет p-элементов, т.к. на первом энергетическом уровне (n=1) существует только 1s-подуровень, в нем содержится всего два элемента: Н и Не. Водород вследствие специфичности свойств помещают либо в первую группу, либо в седьмую, либо в обе одновременно, заключая в одной из групп символ в скобки. Эти способы расположения водорода основаны на том, что он имеет некоторые формальные черты сходства как со щелочными металлами, так и с галогенами.

S -элементы – достраивается s подуровень

P-элементы – достраивается p подуровень

D-элементы – достраивается d подуровень

F-элементы – достраивается f подуровень

Второй и третий периоды содержат по восемь элементов (по два s, по шесть p), четвертый и пятый периоды включают, кроме того, по 10 d-элементов, а шестой и седьмой периоды имеют в составе еще и по 14 f-элементов.

В периодах происходит повторение строения валентных электронных оболочек. Элементы с одинаковыми конфигурациями электронных оболочек образуют вертикально расположенные в ПС подгруппы и группы.

Свойства химических элементов закономерно изменяются в периодах при переходе от щелочных металлов к благородным газам, а также в группах при переходе от элементов с малыми номерами периодов к элементам с большими номерами периодов (от Li к Cs, от F к I).

Широкое распространение получили коротко и длиннопериодный вариант ПС.

Длиннопериодный вариант является более наглядным, но менее компактным.

Особенности данного варианта:

1. Вся совокупность элементов распадается на s, p, d, f-элементы;

2. s-элементы образуют два вертикальных столбца–группы, p-элементы – 6 групп, d-элементы – 10 групп, f-элементы – 14 групп;

в пределах групп соблюдается подобие элементов;

3. периоды сильно различаются по числу входящих в них элементов;

4. неметаллы образуют компактный «треугольник», состоящий из 1s и части p-элементов.

Элементы B, Si, As, Te, At, находящиеся на диагональной границе треугольника, иногда называют полуметаллами из-за их двойственных свойств.

Короткопериодный вариант таблицы получен механическим выносом f-элементов в отдельную таблицу и совмещением d-элементов с s-элементами, их внесением в группы с тем же числом внешних электронов.

Особенности:

1. f-элементы выносятся в отдельную подтаблицу;

2. в каждом периоде, начиная с четвертого (появляется d-подуровень), появляются два ряда;

s и p-элементы разделены секцией d-элементов (в 6 и 7 периоде еще и секцией f-элементов), поэтому d-элементы ещё называются переходными элементами.

3. группы элементов раздваиваются, появляется понятие «подгруппа».

В подгруппах содержатся элементы, схожие по химическим свойствам. В большинстве групп элементы главной и побочной подгрупп обнаруживают определенное химическое сходство, преимущественно в высших степенях окисления.

Все s и p- элементы относятся к элементам главных подгрупп (А), все d и - к элементам побочных подгрупп (Б).

Для атомов элементов главных подгрупп валентными являются электроны застраивающихся s и p-подуровней, для атомов элементов побочных групп – электроны s и d-подуровней, к которым у атомов лантаноидов и актиноидов добавляются электроны f-подуровня.

Именно между этими валентными подуровнями происходит «перескок» электронов, который вызывает отклонение электронных конфигураций от последовательности заполнения. Однако большого влияния на химические свойства элементов такие переходы как у хрома (3d⁴4s → 3d⁵4s¹) или меди (3d⁹4s² → 3d¹⁰4s¹) существенного влияния не оказывают, т.к. эти электроны все равно останутся валентными.

4. восьмая группа включает четыре подгруппы: подгруппу благородных газов и подгруппы железа, кобальта и никеля.

Чаще используют короткопериодный вариант, ввиду его компактности.