Головні і побічні підгрупи Періодичної таблиці. d-Елементи

Властивості елементів періодично змінюються відповідно до зарядів ядер їх атомів.

Поступово переходячи до атомів з усе більшим і більшим зарядом ядра (і, отже, з усе більшим числом електронів), ми неминуче зіткнемося з елементами, у яких починає заповнюватися d-підрівень. В ряду заповнення підрівнів (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d…) перший зустрівся нам 3d-підрівень починає заповнюватися електронами після 4s – підрівня.

Елемент з валентною оболонкою 4s2 – це кальцій 20Ca.

Отже, елемент із зарядом ядра Z = 21 (скандій 21Sc) буде першим d – елементом з валентною оболонкою… 4s2 3d1.

Оскільки існує п’ять d – орбіталей, кожна з яких може вміщати тільки 2 електрони, поступове їх заповнення електронами має дати 10 d – елементів. Це видно з електронних формул елементів, починаючи з 11Na до 21Sc (першого d-елемента) і далі – до 10-го за рахунком d-елемента цинку 30Zn.

У традиційній (її називають короткою) формі Періодичної таблиці перший d – елемент скандій (Sc) потрапляє в клітинку, розташовану відразу за кальцієм (Ca) – тобто в одну групу з бором (B) і алюмінієм (Al).

Але бор і алюміній – p-елементи. Їх хімічні властивості не можуть бути аналогічні властивостям d-елементів. Тому скандій поміщений в одній групі з бором і алюмінієм, але не прямо під символами цих елементів, а осторонь – у так званій побічній підгрупі. Так само довелося вчинити і з іншими d-елементами.

Отже, символи d-елементів в короткій формі періодичної таблиці розташовують не під символами інших елементів даної групи, а виділяють в окрему побічну підгрупу. d-елементи також виділяють кольором (частіше – блакитним).

Наприклад: d-елементи:

  • титан (Ti);
  • цирконій (Zr);
  • гафній (Hf);
  • резерфорд (Rf) – це елементи побічної підгрупи IV-ї групи.

А p-елементи:

  • вуглець (C);
  • кремній (Si);
  • германій (Ge);
  • олово (Sn);
  • свинець (Pb) – це елементи головної підгрупи тієї ж IV-ї групи.

У короткій формі Періодичної таблиці кожна група елементів підрозділяється на головну підгрупу і побічну підгрупу. У головну підгрупу входять s- і p- елементи, в побічну – d-елементи.

Або, в іншому формулюванні:

Підгрупи, в яких розташовані s- і p-елементи, називають головними, а підгрупи з d-елементами побічної підгрупи. Головні і побічні підгрупи іноді позначають відповідно літерами “А” і “Б”, або “А” і “В”, або “а” і “б”.

Елементи побічних підгруп (d-елементи) називають перехідними елементами або перехідними металами (всі d-елементи – метали).

Термін “перехідні метали” виник внаслідок того, що всі d – елементи в періодах (рядках таблиці) служать як би “перехідним містком” від металевих s – елементів до p – елементів, серед яких вже багато неметалів.

Іноді термін “перехідні метали” застосовують і до f-елементів.

Оскільки в періодах (горизонтальних рядках Періодичної таблиці) є всього по 2 s -елемента і по 6 p – елементів (в сумі 8), а d-елементів з визначення повинно бути більше (10 в кожному періоді), виникла маса незручностей в оформленні таблиці.

Наприклад, у VIII групі разом з інертними газами (головна підгрупа) довелося розташувати не по одному, а по 3 елементи побічної підгрупи в кожному рядку!

Зрозуміло, яскраво виражені метали – залізо (Fe), кобальт (Co), нікель (Ni) та інші елементи цієї побічної підгрупи нічого спільного не мають з елементами головної групи:

  • гелієм;
  • неоном;
  • аргоном та іншими інертними газами.

Електронна будова і хімічні властивості елементів головних і побічних підгруп можуть не мати нічого спільного.

Збіги носять скоріше випадковий характер. Наприклад, скандій (Sc) має валентну оболонку з трьох електронів:… 4s2 3d1, тому проявляє в з’єднаннях валентність III і ступінь окислення +3 точно так само, як його сусіди (але в головній підгрупі) бор (2s2 2p1) і алюміній (3s2 3p1).

Інший приклад: елемент побічної підгрупи марганець (Mn… 4s2 3d5) може віддавати з валентної оболонки 7 електронів і мати найбільшу ступінь окислення +7 точно так само, як знаходяться з ним в одній групі (але в головній підгрупі!) Хлор, бром, йод. Але в I-й і особливо в VIII-й групах дуже добре видно, наскільки різні елементи зібралися в головній та побічній підгрупах. Тут дійсно немає нічого спільного між елементами головних і побічних підгруп.

Існує набагато більш зручна – так звана «довга» форма Періодичної таблиці, де ці труднощі усунені. Саме довга форма Періодичної таблиці рекомендована ІЮПАК до використання в усьому світі ще в 1989 році. Тут немає підгруп,а є тільки групи.

Посилання на основну публікацію