Классификация атомов по способу застройки электронных оболочек

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА

Периодический закон был открыт Д.И.Менделеевым в 1869г., его современная формулировка: свойства элементов находятся в периодической зависимости от их порядкового номера. Теоретическое обоснование периодический закон получил в квантово-механической теории строения атома.

Совмещение электронных формул, выведенных по правилам Клечковского для элементов, имеющих различное количество электронов, с положением этих элементов в периодической системе Д.И.Менделеева показывает, что:

- застройка каждого нового энергетического уровня (кроме второго) начинается после заполнения внешнего уровня 8-ю электронами.

- каждый уровень начинается с заполнения s-подуровня и завершается заполнением р- подуровня. Эти подуровни внешние. Они принадлежат одному энергетическому слою (главное квантовое число одно и то же).

- подуровни d и f – внутренние. Заполнение d-пoдурoвня отстает на единицу, а f-подуровня - с отставанием на две единицы от номера внешнего уровня.

По мере последовательного заполнения слоев строение внешних и предвнешних (внутренних) подуровней периодически повторяется. Эта повторяемость наблюдается после заполнения слоев соответственно 8-ю, 18-ю и 32-мя электронами. Через такие же интервалы наблюдается и периодическое изменение свойств химических элементов в периодической системе по мере увеличения порядкового номера.

Таким образом, периодическое изменение свойств химических элементов и их соединений есть результат периодического повторения электронных конфигураций атомов.

Классификация атомов по способу застройки электронных оболочек

В зависимости от способа застройки электронных оболочек атомы химических элементов подразделяются на четыре группы (электронные семейства): s-, p-, d- и f-элементы.

s-элементы	застраивается внешний s-подуровень:	ns^1-2;
p-элементы	застраивается внешний p-подуровень:	np^1-6;
d-элементы	застраивается d-подуровень предвнешнего уровня	(n-1)d^1-10;
f-элементы	застраивается f-подуровень второго уровня считая от внешнего	(n-2)f^1-14

Структурными единицами периодической системы являются: клеточки, периоды, ряды, группы, подгруппы, электронные семейства.

В каждой клеточке, как правило, указан символ элемента, его порядковый номер и атомная масса. Физический смысл порядкового номера – количество протонов в ядре, и соответственно, количество электронов в электронной оболочке нейтрального атома. Разность между округленным значением атомной массы и порядковым номером соответствует количеству нейтронов в ядре наиболее распространенного изотопа атома элемента.

Пример 1. Определите состав атомных ядер Si (кремния) и Ge (германия).

Решение: Находим кремний и германий в периодической системе, определяем их порядковые номера – это 14 и 32. Это значит, что в электронной оболочке атома кремния 14, а у германия 32 электрона, такое же количество протонов в их ядрах. Для нахождения количества нейтронов необходимо найти атомные массы элементов – они равны соответственно 28,086 и 72,61 а.е.м., округляем эти величины и получаем 28 и 73. Из полученных величин вычитаем порядковые номера (количество протонов) и получаем 14 и 41, что соответствует количеству нейтронов в ядрах наиболее распространенных изотопов кремния и германия соответственно.

Номер периода совпадает с количеством энергетических уровней и номером внешнего энергетического уровня атомов. В начале каждого периода расположены по два s-элемента (ns^1–2). Завершается период шестью р-элементами (nр^1–6).

Элементы d-электронного семейства (10 элементов) расположены между s- и р-элементами в 4-, 5-, 6- и 7-м периодах. При этом 3d-элементы расположены в четвертом периоде, 4d – в пятом, 5d – в шестом, 6d – в седьмом периоде.

4f- элементы (лантаноиды) расположены в 6-м периоде; а 5f- элементы (актиноиды) - в 7-м периоде. Все элементы d-электронных семейств называются переходными. Элементы f-электронных семейств называются внутренними переходными элементами.

Элементы, у которых заполняются внешние s- и p-подуровни, называются типическими элементами. Все группы состоят из главных (А) и побочных (В) подгрупп. Типические элементы (s- и p-элементы) формируют главные подгруппы. S-элементы расположены в 1А и IIА подгруппах; p-элементы – в IIIA-VIIIA подгруппах; d-элементы – в побочных подгруппах всех групп (с IВ по VIIIВ), f-элементы вынесены за пределы таблицы и представлены двумя семействами элементов: лантаноидами и актиноидами. В таблице они занимают место в подгруппе IIIВ шестого (VI) и седьмого (VII) периодов (между лантаном и гафнием, актинием и дубнием).

Пример 2. Определите положение Fr (франция) и Br (брома) в периодической системе, к каким электронным семействам они относятся. Напишите их электронные паспорта, определите количество неспаренных электронов, максимальную и минимальную валентности.

Решение: Fr (франций) находится в VII периоде, IА подгруппе Он относится к s- электронному семейству, его электронный паспорт 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²5d¹4f¹⁴5d^2-106p⁶7s¹. На внешнем уровне у него один неспаренный электрон и максимальная валентность равна 1.

Br (бром) находится в IV периоде, VIIА подгруппе. Он относится к p- электронному семейству, его электронный паспорт 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵. На внешнем уровне у него семь электронов: два на s- подуровне, пять на p- подуровне один из которых неспаренный. Максимальная валентность 7, минимальная 1.

Пример 3. Определите положение Cr (хрома) и Gd (гадолиния) в периодической системе, к каким электронным семействам они относятся. Напишите их электронные паспорта, определите количество неспаренных электронов, максимальную и минимальную валентности.

Решение: Cr (хром) находится в IV периоде, VIВ подгруппе. Он относится к d- электронному семейству, его электронный паспорт 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵ (проскок электрона). На внешнем уровне у него один неспаренный электрон (проявляет металлические свойства) и пять неспаренных электронов на d- подуровне предвнешнего (3-го) уровня. Максимальная валентность равна 6.

Gd (гадолиний) находится в VI периоде, IIIВ подгруппе. Он относится к f- электронному семейству, его электронный паспорт 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²5d¹4f⁷. На внешнем уровне у него два электрона, оба спарены. На 5d – один электрон неспаренный, на 4f семь электронов – все неспаренные. Максимальная валентность равна 3 (в образовании химической связи участвуют два s- электрона и один d- электрон.

Дата добавления: 2015-07-08