Періодична таблиця елементів

Періодична таблиця елементів є графічним виразом періодичного закону. Існує кілька форм Періодичної таблиці. Давайте спробуємо на основі електронної будови атомів скласти поки не всю таблицю, а хоча б її частину.

Напевно багато хто з вас вже здогадалися, що точно так само, як можна об’єднати в одну групу елементи з валентними оболонками типу s1, об’єднуються між собою в інші групи і елементи з типом оболонок s2, і елементи з типом оболонок s2p1 і так далі.

Скільки ж може бути таких груп схожих за своїми властивостями елементів ? Давайте спробуємо записувати елементи в рядок по мірі заповнення їх електронних оболонок. При цьому будемо робити “перенесення ” на новий рядок щоразу, коли оболонка рівня заповнюється повністю. У цьому випадку елементи розташуються один під одним так, що в кожній вертикальній колонці виявиться по групі схожих за своїми властивостями елементів (таблиця 4-2).

Ми не станемо намагатися використовувати для цього всі відомі на сьогоднішній день елементи – адже поки нам важливо зрозуміти лише загальні закономірності побудови таблиці Д.І. Менделєєва. Елемент гелій (He), на перший погляд, має електронне схожість з берилієм (Be), магнієм (Mg) і кальцієм (Ca), а не з неоном (Ne) і аргоном (Ar). Тим не менш, в табл. 4-2 гелій треба перемістити в VIII групу, як це і зроблено в цієї Періодичної таблиці. Чим же це пояснюється ?

Справа в тому, що зовнішня оболонка гелію 1s2 – завершена електронна оболонка. На наступному (2-м) електронному рівні оболонка берилію 2s2 вже не є завершеною, оскільки тут крім 2s – підрівня потрібно заповнювати електронами ще й 2p – підрівень.

Завершені електронні оболонки характерні для інертних газів, тому елемент гелій слід помістити в групу, де зібрані всі інертні елементи з завершеними електронними оболонками.

Таблиця 4-2 поки що лише віддалено нагадує Періодичну таблицю елементів Д.І. Менделєєва. Давайте наведемо її до більш звичного для хіміків увазі (рис. 4-2). Ми отримаємо тільки частина Періодичної таблиці елементів Д.І. Менделєєва, але вона вже містить багато важливі деталі, в яких нам необхідно розібратися. Горизонтальні рядки Періодичної таблиці називають періодом, а вертикальні – ГРУПАМИ.

У групах зібрані елементи зі схожими хімічними властивостями, а в періодах хімічні властивості поступово змінюються.

Якщо порівняти між собою елементи різних періодів, то можна відзначити важливу особливість:

Номер ПЕРІОДУ, в якому знаходиться елемент, збігається з номером його валентної оболонки. Ця валентна оболонка поступово заповнюється від початку до кінця періоду.

У цьому полягає фізичний і хімічний сенс номери періоду. Як же змінюються властивості елементів одного періоду?

У лівій частині періодів елементи виявляють яскраво виражені відновні властивості. Більшість з цих елементів є металами (Li, Na, Mg, Ca).

У правій частині зібрані типові неметали, володіють окисними властивостями (O, F, Cl).

У середині періодів розташовуються елементи, що володіють як відновними, так і окисними властивостями. Ці окисні або відновні властивості залежать від того, з яким елементом вони реагують. Періоди об’єднують в собі несхожі за своїми властивостями елементи. Тим не менш, всі періоди підпорядковуються важливою загальної закономірності:

Кожен період Періодичної таблиці починається активним металом і закінчується інертним газом.

Про те, який електронний ознака об’єднує елементи в групи, ми вже знаємо: елементи у всіх групах мають однакове електронна будова зовнішніх електронних оболонок.

Номер групи збігається з числом валентних електронів, які можуть брати участь в утворенні хімічних зв’язків.

Тому номер групи часто збігається з валентністю елементів. Наприклад, номер групи збігається з валентністю s – елементів і з найбільшою можливою валентністю p – елементів. У цьому полягає фізичний зміст номера групи. Слід розповісти про кілька особливому положенні водню в Періодичної таблиці. Водень має електронну конфігурацію 1s1. Цьому елементу в Періодичній таблиці в рівній мірі підходить місце і в 1- й групі (де лужні метали можуть легко віддавати свій єдиний s – електрон), так і в 7 -й групі (де елементам досить прийняти 1 електрон для завершення зовнішньої оболонки). Тому водень формально можна помістити в будь-яку з цих груп. Обидва варіанти будуть правильними.

Кожна клітинка Періодичної таблиці несе певну інформацію про елемент, яку треба вміти читати.

У багатьох виданнях Періодичної таблиці s -, p -, d – і f – елементи виділяють різними кольорами. Клітини елементів, у яких заповнюються s – орбіталі, зазвичай фарбують у червоний колір. Клітини з елементами, у яких в процесі заповнення знаходяться p – орбіталі – в жовтий колір. Таким чином, в червоних клітинах знаходяться s – елементи, а в жовтих – p – елементи.

Блакитним кольором позначені клітини з d – елементами і зеленим – з f – елементами. Кольори носять допоміжний характер і в різних виданнях таблиці можуть бути різними. Але ви повинні однаково добре орієнтуватися і в чорно -білій таблиці. Багато хто з вас напевно помітили, що серед порядкових номерів елементів у Періодичній таблиці немає перерв. Це означає, що всі прийдешні відкриття нових елементів можливі тільки для елементів з порядковим номером більше 109, а всі клітинки Періодичної таблиці з порядковими номерами від 1 до 109 вже заповнені і тут не слід очікувати відкриттів якихось нових елементів. До появи Періодичної таблиці це цілком ясне нам з вами обставина зовсім не було очевидним, і пошуки багатьох нових елементів велися хіміками практично наосліп.

** Збіг зарядів ядер Z з порядковими номерами елементів є надзвичайно важливим фактом. Періодична таблиця була складена Д.І. Менделєєвим в 1869 році, а заряди ядер атомів елементів навчилися визначати тільки в 1914 році.

Збіг говорить насамперед про те, що перед нами не просто один із способів систематизації елементів (таких було чимало в історії хімії), а фундаментальний закон природи, записаний Д. І. Менделєєвим у вигляді Періодичної таблиці.

Продовжимо розгляд окремої клітини Періодичної таблиці (рис. 4-3). У багатьох її виданнях праворуч за рамкою таблиці відзначені вже заповнені або ще заповнюються електронні рівні. Рівні 1, 2, 3,… також часто позначають літерами K, L, M (і так далі за латинським алфавітом). Нам потрібно мати на увазі, що головні рівні в різних виданнях таблиці можуть позначатися не тільки цифрами, але й буквами.

У правій частині кожної клітинки іноді пишуть число електронів, яке є у даного елемента на кожному рівні.

Наприклад, у елемента магнію (Mg) є 2 електрона на першому рівні К, 8 електронів на другому рівні L і ще 2 електрони на третьому рівні М. У сумі це становить 12 електронів.

Магній є s – елементом (тому клітинку з Mg зазвичай фарбують у червоний колір), має порядковий (атомний) номер 12 і такий же заряд ядра Z. Його атомний вага становить 24,305 а.е.м. (атомних одиниць маси).

Магній – s – елемент, що знаходиться в II групі, тому він повинен бути металом (адже всім металам далеко до завершення зовнішнього електронного рівня !). Його валентність у сполуках з іншими елементами повинна бути рівною номеру групи, тобто II. Наприклад, формула сполуки магнію з киснем (оксиду магнію) повинна бути такою: MgO.

За своїми хімічними властивостями найближчими аналогами магнію є його сусіди по II групі Періодичної таблиці – берилій (Be) і кальцій (Ca). Обидва вони Двовалентне, а формули їх оксидів відповідно BeO і CaO.

Це лише частина корисної інформації про елемент, яку можна отримати, заглянувши в Періодичну таблицю.

Посилання на основну публікацію