Правило Хунда

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Правило Хунда (Гунда) определяет порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным.

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а только после исчерпания незаполненных орбиталей на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако) и, в результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.

Другая формулировка: Ниже по энергии лежит тот атомный терм, для которого выполняются два условия.

1. Мультиплетность максимальна

2. При совпадении мультиплетностей суммарный орбитальный момент L максимален.

Разберём это правило на примере заполнения орбиталей p-подуровня p-элементов второго периода (то есть от бора до неона (в приведённой ниже схеме горизонтальными чёрточками обозначены орбитали, вертикальными стрелками — электроны, причём направление стрелки обозначает ориентацию спина):

Порядок заполнения орбиталей p-подуровня p-элементов второго периода

Как видно, сначала появляется один электрон на 2p_x-орбитали, затем один электрон на 2p_y-орбитали, после этого один электрон на 2p_z-орбитали, затем появляются парные электроны на 2p_x-, 2p_y- и 2p_z-орбиталях.

[Править] Мнемоническое правило

Для запоминания Правила Хунда существует мнемоническое «правило трамвайного вагона»:

Ты приглядись, решив присесть, К местам трамвайного вагона: Когда ряды пустые есть, Подсаживаться нет резона

Электронные формулы атомов химических элементов

Свойства электронов и других микрообъектов таковы, что для их описания оказываются недостаточным законы Ньютона, на которых основывается классическая механика и которые применимы лишь к макроскопическим телам. В частности, вместо точных координат можно говорить лишь о вероятности нахождения электрона в какой–либо точке около ядра атома. В связи с этим электрон в атоме удобно описывать как целое облако отрицательного заряда («электронное облако»), причем плотность этого облака в какой-то точке пропорциональна вероятности нахождения в ней электрона. Изображая электронное облако на рисунке, имеют в виду, что изображается условная поверхность, ограничивающая область, в которой сосредоточена большая часть (скажем, 95%) электронного облака, плотность которого хотя и очень быстро, но все же постепенно убывает по мере удаления от ядра.

Электроны в атоме располагаются по энергетическим уровням (первый, второй, третий и т.д.), которые, в свою очередь, состоят из подуровней, обозначаемых латинскими буквами (s, p, d и f – подуровней). Максимальное число электронов на каждом уровне равно 2n², где n – порядковый номер уровня. Таким образом, на первом уровне не может быть больше двух электронов, а втором – не больше 8, на третьем – 18 и на четвертом – 32. По ряду причин, рассмотрение которых выходит за рамки школьного курса, максимальное число электронов на данном уровне достигается не всегда, поэтому экспериментально наблюдается не более 32 электронов на всех уровнях, начиная с четвертого.

На первом уровне могут находиться только s-электроны. Так как электронное облако s-электрона имеет сферическую симметрию, оно может быть ориентировано относительно трех координатных осей одним единственным способом; в таком случае говорят, что имеется одна s-орбиталь, на которой могут поместиться два электрона, отличающиеся знаком собственного магнитного момента («спин»).

На втором и последующих уровнях, помимо s-подуровня, есть еще p-подуровень. Электронное облако p-электрона имеет осевую симметрию, поэтому возможны три ориентации p-облаков вдоль трех координатных осей, что соответствует трем p-орбиталям. Поскольку одна орбиталь может вмещать два электрона, на каждом p- подуровне может находиться не больше 6 электронов. На третьем и последующих уровнях помимо s- и p-подуровней имеется еще d-подуровень. вмещающий 10 электронов, располагающихся на пяти d-орбиталях.

На четвертом и последующих уровнях есть помимо перечисленных выше еще и f-подуровни, вмещающий 14 электронов, располагающихся на семи f-орбиталях.

В многоэлектронном атоме энергия электронов на s-, p-, d- и f- подуровнях разная (строго говоря, речь идет об энергии всего атома, соответствующей нахождению электрона на том или ином уровне, но для простоты мы часто говорим просто об энергии данного электрона). Минимальная энергия соответствует s-подуровню, затем в порядке возрастания энергии следуют p-, d- и f- подуровни.

Переход от атома водорода к атомам с последующими атомными номерами можно представить себе как происходящий путем последовательного введения протонов в ядро, сопровождающегося увеличением его заряда, а также соответствующего количества электронов в электронную оболочку атома. В свободном, невозбужденном, атоме (содержащем электроны в состоянии, отвечающем минимуму энергии) новый электрон попадает на тот свободный подуровень, который характеризуется минимальной энергией, т.е. соответствует минимуму энергии всей системы, состоящей из ядра и окружающих его электронов. Поэтому при увеличении заряда ядра атомов от водород до аргона включительно последовательно заполняются первый, второй и третий уровни причем сначала s-, p- подуровни.

На третьем уровне максимальное число электронов равно 18 (два электрона на s- подуровне, 6 электронов – на p-подуровне и 10 - на d - подуровне). Однако после заполнения 3s- и 3p- подуровней следующие два электрона попадают не на 3d-, а на 4s- подуровень, начиная застройку четвертого уровня – в этом случае энергия системы оказывается более низкой, чем при попадании электронов на 3d - подуровень. И лишь после кальция (Z = 20) начинается заполнение 3d - подуровня, что соответствует элементам с порядковыми номерами от 21 (скандий) до 30 (цинк) включительно. У цинка третий подуровень оказывается целиком заполненным, поэтому у следующих за ним шести элементов заполняется 4p- подуровень.

При последовательном увеличении заряда ядра периодически повторяется как количество электронов, находящихся на внешнем уровне, так и симметрия их облаков. свойства химических элементов определяются строением электронных оболочек их атомов и прежде всего электронами, находящимися на внешнем уровне, которые выступают в роли валентных электронов, т.е электронов, ответственных за химические связи, образуемые данным атомом как с такими же, так и с другими атомами. Валентные электроны определяют все химическое поведение элемента. Поэтому с возрастанием атомного номера (заряда ядра) свойства химических элементов также изменяются периодически. Таким образом, именно периодическое появление аналогичных электронных конфигураций является физической причиной периодичности, составляющей сущность периодического закона, открытого Д.И. Менделеевым в 1869 г.

Важно отметить, что периодический закон был открыт Менделеевым еще задолго до того, как было установлено, что атомы состоят из ядер и электронов. Менделеев положил в основу формулировки периодического закона атомную массу (по терминологии того времени – «атомный вес»), но тем не менее в некоторых случаях расположил элементы не в порядке возрастания атомных масс, а в том порядке, который диктовался всей совокупностью их свойств. В настоящее время периодический закон формулируется так: свойства элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ являются периодической функцией от зарядов их ядер.

Открытие периодического закона позволило Менделееву объединить все химические элементы, часто весьма непохожие один на другой, в единую естественную (т.е. основанную на объективном признаке) систему – периодическую систему – и показать, что свойства элементов и образуемых ими конкретных веществ закономерным образом зависят от их положения в этой системе. Таким образом, периодический закон и периодическая систем элементов составили основу химической систематики.

Одновременно с открытием периодического закона и на основании его Менделеев предсказал свойства нескольких неизвестных тогда элементов, а также исправил атомные массы ряда элементов. Наиболее детально и точно были предсказаны им свойства элементов с вероятными атомными массами 44, 68 и 72. Вскоре были открыты эти элементы, получившие названия «галлий» (Ar=69,7), «скандий» (45,0) и «германий» (72,6).

Предсказания Менделеева были блестяще подтверждены экспериментальными данными о свойствах простых веществ и соединений этих элементов.

Открытие периодического закона и утверждение в науке учения о периодичности стимулировало развитие теории строения атома и тем самым оказало огромное влияние на развитие не только химии, но также физики и других связанных с физикой и химией наук. В дальнейшем к известным элементам прибавилась группа открытых после 1893 г. инертных газов. В 1912 г. Мозли показал, что основой периодичности являются не атомные массы, а заряды ядер. Исследования Мозли подтвердили правильность расположения в периодической системе тех элементов, которые, если использовать атомные массы как основу для системы, стояли не на своем месте: это кобальт (Ar=58,9) перед никелем (58,7), теллур (127,6) перед йодом (126,9) и аргон (39,9) перед калием (39,1). С точки зрения заряда ядра эти элементы были размещены в системе правильно. Одновременно был уточнен и вопрос о числе еще не открытых элементов до урана (Z=92). В частности, было доказано, что в первом периоде нет элементов между водородом и гелием и что общее число элементов между барием и танталом, где предполагалось существование еще не открытых элементов, равно 16.

 

Слои расположены в порядке заполнения подуровней.

s-элементы p-элементы d-элементы f-элементы

№ эл-та	Хим. знак	Название элемента	Электронная формула
1	Н	водород	1s^1
2	Не	гелий	1s^2
II период
3	Li	литий	1s^22s^1
4	Be	берилий	1s^22s^2
5	B	бор	1s^22s^22p^1
6	C	углерод	1s^22s^22p^2
7	N	азот	1s^22s^22p^3
8	O	кислород	1s^22s^22p^4
9	F	фтор	1s^22s^22p^5
10	Ne	неон	1s^22s^22p^6
III период
11	Na	натрий	1s^22s^22p^63s^1
12	Mg	магний	1s^22s^22p^63s^2
13	Al	алюминий	1s^22s^22p^63s^23p^1
14	Si	кремний	1s^22s^22p^63s^23p^2
15	P	фосфор	1s^22s^22p^63s^23p^3
16	S	сера	1s^22s^22p^63s^23p^4
17	Cl	хлор	1s^22s^22p^63s^23p^5
18	Ar	аргон	1s^22s^22p^63s^23p^6
IV период
19	K	калий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^1
20	Ca	кальций	1s^22s^22p^63s^23p^64s^2
21	Sc	скандий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^1
22	Ti	титан	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^2
23	V	ванадий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^3
24	Cr	хром	1s^22s^22p^63s^23p^64s^13d^5
25	Mn	марганец	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^5
26	Fe	железо	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^6
27	Co	кобальт	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^7
28	Ni	никель	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^8
29	Cu	медь	1s^22s^22p^63s^23p^64s^13d^10
30	Zn	цинк	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^10
31	Ga	галлий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^1
32	Ge	германий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^2
33	As	мышьяк	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^3
34	Se	селен	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^4
35	Br	бром	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^5
36	Kr	криптон	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^6
V период
37	Rb	рубидий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^1
38	Sr	стронций	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^2
39	Y	иттрий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^1
40	Zr	цирконий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^2
41	Nb	ниобий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^14d^4
42	Mo	молибден	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^14d^5
43	Tc	технеций	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^5
44	Ru	рутений	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^14d^7
45	Rh	родий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^14d^8
46	Pd	палладий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^04d^10
47	Ag	серебро	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^14d^10
48	Cd	кадмий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^10
49	In	индий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^1
50	Sn	олово	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^2
51	Sb	сурьма	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^3
52	Te	теллур	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^4
53	I	йод	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^5
54	Xe	ксенон	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^6
VI период
55	Cs	цезий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^1
56	Ba	барий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^2
57	La	лантан	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^25d^1
58	Ce	церий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^2
59	Pr	празеодим	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^3
60	Nd	неодим	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^4
61	Pm	прометий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^5
62	Sm	самарий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^6
63	Eu	европий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^7
64	Gd	гадолиний	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^75d^1
65	Tb	тербий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^9
66	Dy	диспрозий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^10
67	Ho	гольмий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^11
68	Er	эрбий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^12
69	Tm	тулий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^13
70	Yb	иттербий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^14
71	Lu	лютеций	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^1
72	Hf	гафний	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^2
73	Ta	тантал	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^3
74	W	вольфрам	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^4
75	Re	рений	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^5
76	Os	осмий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^6
77	Ir	иридий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^7
78	Pt	платина	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^14f^145d^9
79	Au	золото	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^14f^145d^10
80	Hg	ртуть	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^10
81	Tl	таллий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^1
82	Pb	свинец	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^2
83	Bi	висмут	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^3
84	Po	полоний	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^4
85	At	астат	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^5
86	Rn	радон	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^6
VII период (не полностью)
87	Fr	франций	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^67s^1
88	Ra	радий	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^67s^2
89	Ac	актиний	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^67s^26d^1
90	Th	торий	1s^22s^22p^63s^23p^64s ^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^67s^26d^25f^0
91	Pa	протактиний	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^67s^25f^26d^1
92	U	уран	1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^104p^65s^24d^105p^66s^24f^145d^106p^67s^25f^36d^1

 Список химических элементов упорядочен в порядке возрастания атомных номеров с возможностью сортировки по другим параметрам. В таблице приводятся название химического элемента, используемый для его обозначения символ (признанный Международным союзом теоретической и прикладной химии), группа и период в Периодической системе химических элементов, атомная масса (наиболее стабильного изотопа), плотность, температура плавления, температура кипения, год открытия, фамилия первооткрывателя. Цвета строк отвечают семействам элементов:

п·о·р Семейства химических элементов
	Щелочные металлы		Неметаллы
	Щелочноземельные металлы		Галогены
	Переходные металлы		Инертные газы
	Металлы		Лантаноиды
	Полуметаллы — металлоиды		Актиноиды

№	Название	Символ	Период, группа	Атомная масса (г/моль)	Плотность (г/см³) при 20 °C	Температура плавления (°C)	Температура кипения (°C)	Год открытия	Первооткрыватель
1	Водород	H	1, 1	1,00794 (7)	0,084 г/л	-259,1	-252,9	1766	Кавендиш
2	Гелий	He	1, 18	4,002602 (2)	0,17 г/л	-272,2 (при 2,5 МПа)	-268,9	1895	Рамзай и Клеве
3	Литий	Li	2, 1	6,941 (2)	0,53	180,5	1317	1817	Арфведсон
4	Бериллий	Be	2, 2	9,012182 (3)	1,85	1278	2970	1797	Воклен
5	Бор	B	2, 13	10,811 (7)	2,46	2300	2550	1808	Дэви и Гей-Люссак
6	Углерод	C	2, 14	12,0107 (8)	3,51	3550	4827	доисторический период	неизвестен
7	Азот	N	2, 15	14,0067 (2)	1,17 г/л	-209,9	-195,8	1772	Резерфорд
8	Кислород	O	2, 16	15,9994 (3)	1,33 г/л	-218,4	-182,9	1774	Пристли и Шееле
9	Фтор	F	2, 17	18,9984032 (5)	1,58 г/л	-219,6	-188,1	1886	Муассан
10	Неон	Ne	2, 18	20,1797 (6)	0,84 г/л	-248,7	-246,1	1898	Рамзай и Трэверс
11	Натрий	Na	3, 1	22,98976928 (2)	0,97	97,8	892	1807	Дэви
12	Магний	Mg	3, 2	24,3050 (6)	1,74	648,8	1107	1808	Дэви
13	Алюминий	Al	3, 13	26,9815386 (8)	2,70	660,5	2467	1825	Эрстед
14	Кремний	Si	3, 14	28,0855 (3)	2,33	1410	2355	1824	Берцелиус
15	Фосфор	P	3, 15	30,973762 (2)	1,82	44 (P4)	280 (P4)	1669	Бранд
16	Сера	S	3, 16	32,065 (5)	2,06	113	444,7	доисторический период	неизвестен
17	Хлор	Cl	3, 17	35,453 (2)	2,95 г/л	-101	-34,6	1774	Шееле
18	Аргон	Ar	3, 18	39,948 (1)	1,66 г/л	-189,4	-185,9	1894	Рамзай и Рэлей
19	Калий	K	4, 1	39,0983 (1)	0,86	63,7	774	1807	Дэви
20	Кальций	Ca	4, 2	40,078 (4)	1,54	839	1487	1808	Дэви
21	Скандий	Sc	4, 3	44,955912 (6)	2,99	1539	2832	1879	Нильсон
22	Титан	Ti	4, 4	47,867 (1)	4,51	1660	3260	1791	Грегор и Клапрот
23	Ванадий	V	4, 5	50,9415 (1)	6,09	1890	3380	1801	дель Рио
24	Хром	Cr	4, 6	51,9961 (6)	7,14	1857	2482	1797	Воклен
25	Марганец	Mn	4, 7	54,938045 (5)	7,44	1244	2097	1774	Ган
26	Железо	Fe	4, 8	55,845 (2)	7,87	1535	2750	доисторический период	неизвестен
27	Кобальт	Co	4, 9	58,933195 (5)	8,89	1495	2870	1735	Брандт
28	Никель	Ni	4, 10	58,6934 (2)	8,91	1453	2732	1751	Кронштедт
29	Медь	Cu	4, 11	63,546 (3)	8,92	1083,5	2595	доисторический период	неизвестен
30	Цинк	Zn	4, 12	65,409 (4)	7,14	419,6	907	доисторический период	неизвестен
31	Галлий	Ga	4, 13	69,723 (1)	5,91	29,8	2403	1875	де Буабодран
32	Германий	Ge	4, 14	72,64 (1)	5,32	937,4	2830	1886	Винклер
33	Мышьяк	As	4, 15	74,92160 (2)	5,72	613	613 (subl.)	ca. 1250	Альберт Великий
34	Селен	Se	4, 16	78,96 (3)	4,82	217	685	1817	Берцелиус
35	Бром	Br	4, 17	79,904 (1)	3,14	-7,3	58,8	1826	Балар
36	Криптон	Kr	4, 18	83,798 (2)	3,48 г/л	-156,6	-152,3	1898	Рамзай и Трэверс
37	Рубидий	Rb	5, 1	85,4678 (3)	1,53	39	688	1861	Бунзен и Кирхгоф
38	Стронций	Sr	5, 2	87,62 (1)	2,63	769	1384	1790	Кроуфорд
39	Иттрий	Y	5, 3	88,90585 (2)	4,47	1523	3337	1794	Гадолин
40	Цирконий	Zr	5, 4	91,224 (2)	6,51	1852	4377	1789	Клапрот
41	Ниобий	Nb	5, 5	92,906 38 (2)	8,58	2468	4927	1801	Хэтчетт
42	Молибден	Mo	5, 6	95,94 (2)	10,28	2617	5560	1778	Шееле
43	Технеций	Tc	5, 7		11,49	2172	5030	1937	Перрье и Сегре
44	Рутений	Ru	5, 8	101,07 (2)	12,45	2310	3900	1844	Клаус
45	Родий	Rh	5, 9	102,90550 (2)	12,41	1966	3727	1803	Уолластон
46	Палладий	Pd	5, 10	106,42 (1)	12,02	1552	3140	1803	Уолластон
47	Серебро	Ag	5, 11	107,8682 (2)	10,49	961,9	2212	доисторический период	неизвестен
48	Кадмий	Cd	5, 12	112,411 (8)	8,64	321	765	1817	Штромейер
49	Индий	In	5, 13	114,818 (3)	7,31	156,2	2080	1863	Райх и Рихтер
50	Олово	Sn	5, 14	118,710 (7)	7,29	232	2270	доисторический период	неизвестен
51	Сурьма	Sb	5, 15	121,760 (1)	6,69	630,7	1750	доисторический период	неизвестен
52	Теллур	Te	5, 16	127,60 (3)	6,25	449,6	990	1782	фон Райхенштайн
53	Иод	I	5, 17	126,90447 (3)	4,94	113,5	184,4	1811	Куртуа
54	Ксенон	Xe	5, 18	131,293 (6)	4,49 г/л	-111,9	-107	1898	Рамзай и Трэверс
55	Цезий	Cs	6, 1	132,9054519 (2)	1,90	28,4	690	1860	Бунзен и Кирхгоф
56	Барий	Ba	6, 2	137,327 (7)	3,65	725	1640	1808	Дэви
57	Лантан	La	6	138,90547 (7)	6,16	920	3454	1839	Мосандер
58	Церий	Ce	6	140,116 (1)	6,77	798	3257	1803	фон Хисингер и Берцелиус
59	Празеодим	Pr	6	140,90765 (2)	6,48	931	3212	1895	Ауэр фон Вельсбах
60	Неодим	Nd	6	144,242 (3)	7,00	1010	3127	1895	Ауэр фон Вельсбах
61	Прометий	Pm	6		7,22	1080	2730	1945	Маринский и Гленденин
62	Самарий	Sm	6	150,36 (2)	7,54	1072	1778	1879	де Буабодран
63	Европий	Eu	6	151,964 (1)	5,25	822	1597	1901	Демарсе
64	Гадолиний	Gd	6	157,25 (3)	7,89	1311	3233	1880	де Мариньяк
65	Тербий	Tb	6	158,92535 (2)	8,25	1360	3041	1843	Мосандер
66	Диспрозий	Dy	6	162,500 (1)	8,56	1409	2335	1886	де Буабодран
67	Гольмий	Ho	6	164,93032 (2)	8,78	1470	2720	1878	Соре
68	Эрбий	Er	6	167,259 (3)	9,05	1522	2510	1842	Мосандер
69	Тулий	Tm	6	168,93421 (2)	9,32	1545	1727	1879	Клеве
70	Иттербий	Yb	6	173,04 (3)	6,97	824	1193	1878	де Мариньяк
71	Лютеций	Lu	6, 3	174,967 (1)	9,84	1656	3315	1907	Урбэн
72	Гафний	Hf	6, 4	178,49 (2)	13,31	2150	5400	1923	Костер и де Хевеши
73	Тантал	Ta	6, 5	180,9479 (1)	16,68	2996	5425	1802	Экеберг
74	Вольфрам	W	6, 6	183,84 (1)	19,26	3407	5927	1783	Элюяр
75	Рений	Re	6, 7	186,207 (1)	21,03	3180	5627	1925	Ноддак, Такке и Берг
76	Осмий	Os	6, 8	190,23 (3)	22,61	3045	5027	1803	Теннант
77	Иридий	Ir	6, 9	192,217 (3)	22,65	2410	4130	1803	Теннант
78	Платина	Pt	6, 10	195,084 (9)	21,45	1772	3827	1557	Скалигер
79	Золото	Au	6, 11	196,966569 (4)	19,32	1064,4	2940	доисторический период	неизвестен
80	Ртуть	Hg	6, 12	200,59 (2)	13,55	-38,9	356,6	доисторический период	неизвестен
81	Таллий	Tl	6, 13	204,3833 (2)	11,85	303,6	1457	1861	Крукс
82	Свинец	Pb	6, 14	207,2 (1)	11,34	327,5	1740	доисторический период	неизвестен
83	Висмут	Bi	6, 15	208,98040 (1)	9,80	271,4	1560	1753	Жоффруа
84	Полоний	Po	6, 16		9,20	254	962	1898	Мария и Пьер Кюри
85	Астат	At	6, 17			302	337	1940	Д. Р. Корсон, К. Р. Маккензи и Э. Сегре
86	Радон	Rn	6, 18		9,23 г/л	-71	-61,8	1900	Дорн
87	Франций	Fr	7, 1		1,87	27	677	1939	Перей
88	Радий	Ra	7, 2		5,50	700	1140	1898	Мария и Пьер Кюри
89	Актиний	Ac	7		10,07	1047	3197	1899	Дебьерн
90	Торий	Th	7	232,03806 (2)	11,72	1750	4787	1829	Берцелиус
91	Протактиний	Pa	7	231,03588 (2)	15,37	1554	4030	1917	Содди, Кранстон и Ган
92	Уран	U	7	238,02891 (3)	18,97	1132,4	3818	1789	Клапрот
93	Нептуний	Np	7		20,48	640	3902	1940	Макмиллан и Абелсон
94	Плутоний	Pu	7		19,74	641	3327	1940	Сиборг
95	Америций	Am	7		13,67	994	2607	1944	Сиборг
96	Кюрий	Cm	7		13,51	1340		1944	Сиборг
97	Берклий	Bk	7		13,25	986		1949	Сиборг
98	Калифорний	Cf	7		15,1	900		1950	Сиборг
99	Эйнштейний	Es	7			860		1952	Сиборг
100	Фермий	Fm	7					1952	Сиборг
101	Менделевий	Md	7					1955	Сиборг
102	Нобелий	No	7					1958	Сиборг
103	Лоуренсий	Lr	7, 3					1961	Гиорсо
104	Резерфордий	Rf	7, 4					1964/69	Флёров
105	Дубний	Db	7, 5					1967/70	Флёров
106	Сиборгий	Sg	7, 6					1974	Флёров
107	Борий	Bh	7, 7					1976	Оганесян
108	Хассий	Hs	7, 8					1984	GSI (*)
109	Мейтнерий	Mt	7, 9					1982	GSI
110	Дармштадтий	Ds	7, 10					1994	GSI
111	Рентгений	Rg	7, 11					1994	GSI
112	Коперниций	Cn	7, 12					1996	GSI
113	Унунтрий	Uut	7, 13					2004	ОИЯИ (*), LLNL (*)
114	Унунквадий	Uuq	7, 14					1999	ОИЯИ
115	Унунпентий	Uup	7, 15					2004	ОИЯИ, LLNL
116	Унунгексий	Uuh	7, 16					1999	LBNL (*)
117	Унунсептий	Uus	7, 17					2010	ОИЯИ
118	Унуноктий	Uuo	7, 18					2004	ОИЯИ

п·о·р Семейства химических элементов
	Щелочные металлы		Неметаллы
	Щелочноземельные металлы		Галогены
	Переходные металлы		Инертные газы
	Металлы		Лантаноиды
	Полуметаллы — металлоиды		Актиноиды

Периодический закон Д. И. Менделеева — фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д. И. Менделеевым в марте 1869 года при сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс. Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».^[1] Графическим (табличным) выражением периодического закона является разработанная Менделеевым периодическая система элементов.

[скрыть]

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

H

 

He

2

Li

Be

 

B

C

N

O

F

Ne

3

Na

Mg

 

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

 

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

 

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

7

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

Щелочные металлы

Щёлочноземельные металлы

Лантаноиды

Актиноиды

Переходные металлы

Другие металлы

Металлоиды

Другие неметаллы

Галогены

Инертные газы

Щелочные металлы

Щёлочноземельные металлы

Переходные металлы

Лёгкие металлы

Полуметаллы

Инертные газы

Неметаллы

Галогены

Лантаноиды

Актиноиды

Содержание

 [убрать] 

• 1 История открытия Периодического закона

  • 1.1 Триады Дёберейнера и первые системы элементов

  • 1.2 Спираль де Шанкуртуа

  • 1.3 Октавы Ньюлендса

  • 1.4 Таблицы Одлинга и Мейера

  • 1.5 Открытие Периодического закона

  • 1.6 Развитие Периодического закона в XX веке

• 2 Периодические свойства химических элементов

  • 2.1 Проявления периодического закона в отношении энергии ионизации

  • 2.2 Проявления периодического закона в отношении энергии сродства к электрону

  • 2.3 Проявления периодического закона в отношении электроотрицательности

  • 2.4 Проявления периодического закона в отношении атомных и ионных радиусов

  • 2.5 Проявления периодического закона в отношении энергии атомизации

  • 2.6 Проявления периодического закона в отношении степени окисления

  • 2.7 Проявления периодического закона в отношении окислительного потенциала

• 3 Внутренняя и вторичная периодичность

  • 3.1 s- и р-элементы

  • 3.2 d-Элементы

• 4 Периодический закон — основа химической систематики

• 5 Математическое выражение Периодического закона

• 6 См. также

• 7 Примечания

• 8 Литература

• 9 Ссылки

[править] История открытия Периодического закона

Поиски основы естественной классификации химических элементов и их систематизации начались задолго до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели, которые первыми работали в этой области, были вызваны недостаточностью экспериментальных данных: в начале XIX века число известных химических элементов было ещё слишком мало, а принятые значения атомных масс многих элементов неточны.

[править] Триады Дёберейнера и первые системы элементов

В 1829 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер предпринял первую значимую попытку систематизации элементов^[2]. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами:

Li	Ca	P	S	Cl
Na	Sr	As	Se	Br
K	Ba	Sb	Te	I

Сущность предложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что атомная масса среднего элемента триады была близка к полусумме (среднему арифметическому) атомных масс двух крайних элементов триады. Несмотря на то, что триады Деберейнера в какой-то мере являются прообразами менделеевских групп, эти представления в целом ещё слишком несовершенны. Отсутствие магния в едином семействе кальция, стронция и бария или кислорода в семействе серы, селена и теллура является результатом искусственного ограничения совокупностей сходных элементов лишь тройственными союзами. Очень показательна в этом смысле неудача Деберейнера выделить триаду из четырех близких по своим свойствам элементов: P, As, Sb, Bi. Дёберейнер отчётливо видел глубокие аналогии в химических свойствах фосфора и мышьяка, сурьмы и висмута, но, заранее ограничив себя поисками триад, он не смог найти верного решения. Спустя полвека Лотар Майер скажет, что если бы Дёберейнер хоть ненадолго отвлекся от своих триад, то он сразу же увидел бы сходство всех этих четырех элементов одновременно.

Хотя разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в соответствии с их атомными массами.

Идеи Дёберейнера были развиты другим немецким химиком Леопольдом Гмелиным, который показал, что взаимосвязь между свойствами элементов и их атомными массами значительно сложнее, нежели триады. В 1843 году Гмелин опубликовал таблицу, в которой химически сходные элементы были расставлены по группам в порядке возрастания соединительных (эквивалентных) весов. Элементы составляли триады, а также тетрады и пентады (группы из четырёх и пяти элементов), причём электроотрицательность элементов в таблице плавно изменялась сверху вниз.

В 1850-х годах Макс фон Петтенкофер и Жан Дюма предложили «дифференциальные системы», направленные на выявление общих закономерностей в изменении атомного веса элементов, которые детально разработали немецкие химики Адольф Штреккер и Густав Чермак.

В начале 60-х годов XIX века появилось сразу несколько работ, которые непосредственно предшествовали Периодическому закону.

[править] Спираль де Шанкуртуа

Александр де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания (т. н. земная спираль)^[3]. При развертывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий; бериллий, магний, кальций; кислород, сера, селен, теллур и т. д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы — ничего общего с ними не имеющий титан.

[править] Октавы Ньюлендса

Вскоре после спирали де Шанкуртуа английский учёный Джон Ньюлендс сделал попытку сопоставить химические свойства элементов с их атомными массами^[4]. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом. Найденную закономерность Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что (при небольшом изменении порядка некоторых элементов) сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии.

до	ре	ми	фа	соль	ля	си
H	Li	Be	B	C	N	O
F	Na	Mg	Al	Si	P	S
Cl	K	Ca	Ti	Cr	Mn	Fe
Co Ni	Cu	V	Zn	In	As	Se

Джон Ньюлендс, безусловно, первым дал ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, присвоил химическим элементам соответствующий порядковый номер и заметил систематическое соотношение между этим порядком и физико-химическими свойствами элементов. Он писал, что в такой последовательности повторяются свойства элементов, эквивалентные веса (массы) которых отличаются на 7 единиц, или на значение, кратное 7, т. е. как будто бы восьмой по порядку элемент повторяет свойства первого, как в музыке восьмая нота повторяет первую. Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица не содержала свободных мест; в итоге закон октав был принят чрезвычайно скептически.

[править] Таблицы Одлинга и Мейера

В 1864 году Уильям Одлинг опубликовал таблицу, в которой элементы были размещены согласно их атомным весам и сходству химических свойств, не сопроводив её, однако, какими-либо комментариями.

В том же 1864 году появилась первая таблица немецкого химика Лотара Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям^[5]. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

	Валентность IV	Валентность III	Валентность II	Валентность I	Валентность I	Валентность II	Разность масс
I ряд					Li	Be	~16
II ряд	C	N	O	F	Na	Mg	~16
III ряд	Si	P	S	Cl	K	Ca	~45
IV ряд		As	Se	Br	Rb	Sr	~45
V ряд	Sn	Sb	Te	I	Cs	Ba	~90
VI ряд	Pb	Bi			Tl		~90

В 1870 году вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин «периодичность», уже предложенный к тому времени Менделеевым.

[править] Открытие Периодического закона

Д. И. Менделеев

В марте 1869 года русский химик Дмитрий Иванович Менделеев представил Русскому химическому обществу сообщение об открытии им Периодического закона химических элементов^[6]. В том же году вышло первое издание менделеевского учебника «Основы химии», в котором была приведена его периодическая таблица. В конце 1870 года он доложил РХО статью «Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов», в которой предсказал свойства нескольких не открытых ещё элементов. Для предсказания свойств простых веществ и соединений Менделеев исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних элементов в группе периодической таблицы (то есть сверху и снизу) и одновременно двух соседних элементов в периоде (слева и справа).

В 1871 года в итоговой статье «Периодическая законность химических элементов» Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от атомного веса». Тогда же Менделеев придал своей периодической таблице вид, ставший классическим (т. н. короткий вариант).

В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. На основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, он взял на себя смелость изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства неоткрытых ещё элементов.

Д. И. Менделеев на протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (Поль Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Ларс Нильсон, 1879) и германий (Клеменс Винклер, 1886) — соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

[править] Развитие Периодического закона в XX веке

В начале XX века Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведения в соответствие с новейшими научными данными. Д. И. Менделеев и У. Рамзай пришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы элементов, в которую вошли инертные газы^[7]. Инертные газы явились, таким образом, элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунер нашёл решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложив в 1902 г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинном варианте таблицы шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый, которые, в свою очередь, длиннее, чем второй и третий периоды.

Дальнейшее развитие Периодического закона было связано с успехами физики: установление делимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности в конце концов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов и создать теорию Периодической системы.

Для химии серьёзную проблему составляла необходимость размещения в Периодической таблице многочисленных продуктов радиоактивного распада, имеющих близкие атомные массы, но значительно отличающихся периодами полураспада. Т. Сведберг в 1909 г. доказал, что свинец и неон, полученные в результате радиоактивного распада и отличающиеся по величине атомных масс от «обычных» элементов, химически им полностью тождественны. В 1911 г. Ф. Содди предложил размещать химически неразличимые элементы, имеющие различные атомные массы (изотопы) в одной ячейке таблицы.

В 1913 г. английский физик Г. Мозли установил, что корень из характеристической частоты рентгеновского излучения элемента (ν) линейно зависит от целочисленной величины — атомного номера (Z), который совпадает с номером элемента в Периодической таблице:

ν=R(Z-σ)²(1/m²-1/n²), где R — постоянная Ридберга, σ — постоянная экранирования.

Закон Мозли дал возможность экспериментально определить положение элементов в Периодической таблице. Атомный номер, совпадающий, как предположил в 1911 г. голландский физик А. Ван ден Брук, с величиной положительного заряда ядра атома, стал основой классификации химических элементов. В 1920 г. английский физик Дж. Чедвик экспериментально подтвердил гипотезу Ван ден Брука; тем самым был раскрыт физический смысл порядкового номера элемента в Периодической системе. Периодический закон получил современную формулировку: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов».

В 1921—1923 гг., основываясь на модели атома Бора-Зоммерфельда, представляющей собой компромисс между классическими и квантовыми представлениями, Н. Бор заложил основы формальной теории Периодической системы. Причина периодичности свойств элементов, как показал Бор, заключалась в периодическом повторении строения внешнего электронного уровня атома.

Были разработаны полудлинный (см. выше) и длинный варианты Периодической таблицы, состоящие из блоков, в которых внешние электронные орбитали атомов одинаковы по орбитальному квантовому числу (в упрощённом представлении — по форме). В химии орбитальные квантовые числа обозначаются буквами s, p, d и f. В s- блок входят щелочные и щёлочноземельные металлы, в d — переходные металлы, в f — лантаноиды и актиноиды, в p — остальные элементы. Термины лантаноиды и актиноиды были предложены профессором ЛГУ С. А. Щукаревым в 1948 году.

В середине XX века В. М. Клечковский эмпирически установил и теоретически обосновал правило, описывающее последовательность заполнения электронных орбиталей атомов по мере роста заряда ядра. В отличие от предыдущих подходов, это правило учитывает взаимодействие между электронами в атоме.

[править] Периодические свойства химических элементов

В принципе, свойства химического элемента объединяют все без исключения его характеристики в состоянии свободных атомов или ионов, гидратированных или сольватированных, в состоянии простого вещества, а также формы и свойства образуемых им многочисленных соединений. Но обычно под свойствами химического элемента подразумевают, во-первых, свойства его свободных атомов и, во-вторых, свойства простого вещества. Большинство этих свойств проявляет явную периодическую зависимость от атомных номеров химических элементов^[8]. Среди этих свойств наиболее важными, имеющими особое значение при объяснении или предсказании химического поведения элементов и образуемых ими соединений являются:

• энергия ионизации атомов;

• энергия сродства атомов к электрону;

• электроотрицательность;

• атомные (и ионные) радиусы;

• энергия атомизации простых веществ

• степени окисления;

• окислительные потенциалы простых веществ.

[править] Проявления периодического закона в отношении энергии ионизации

Рис. 1 Зависимость энергии ионизации атомов от порядкового номера элемента.

Зависимость энергии ионизации атома от порядкового номера элемента (рис. 1) носит отчетливо периодический характер. Легче всего удалить электрон из атомов щелочных металлов, включающих по одному валентному электрону, труднее всего — из атомов благородных газов, обладающих замкнутой электронной оболочкой. Поэтому периодичность изменения энергии ионизации атомов характеризуется минимумами, отвечающими щелочным металлам, и максимумами, приходящимися на благородные газы. Наряду с этими резко выраженными минимумами и максимумами на кривой энергии ионизации атомов наблюдаются слабо выраженные минимумы и максимумы, которые по-прежнему нетрудно объяснить с учетом упомянутых эффектов экранирования и проникновения, эффектов межэлектронных взаимодействий и т. д^[9].

[править] Проявления периодического закона в отношении энергии сродства к электрону

Рис. 2 Зависимость сродства к электрону атома от атомного номера элемента (экзоэффект указан со знаком минус, эндоэффект со знаком плюс)

Периодичность значений энергий сродства атомов к электрону объясняется, естественно, теми же самыми факторами, которые уже были отмечены при обсуждении ионизационных потенциалов (см. определение энергии сродства к электрону).

Наибольшим сродством к электрону обладают p-элементы VII группы. Наименьшее сродство к электрону у атомов с конфигурацией s² (Be, Mg, Zn) и s²p⁶ (Ne, Ar) или с наполовину заполненными p-орбиталями (N, P, As)^[10]:

	Li	Be	B	C	N	O	F	Ne
Электронная конфигурация	s^1	s²	s²p^1	s²p²	s²p³	s²p^4	s²p^5	s²p^6
ε, эВ	-0,59	0,19	-0,30	-1,27	0,21	-1,47	-3,45	0,22

[править] Проявления периодического закона в отношении электроотрицательности

Рис. 3 Шкала электроотрицательности по Полингу

Строго говоря, элементу нельзя приписать постоянную электроотрицательность. Электроотрицательность атома зависит от многих факторов, в частности от валентного состояния атома, формальной степени окисления, координационного числа, природы лигандов, составляющих окружение атома в молекулярной системе, и от некоторых других. В последнее время все чаще для характеристики электроотрицательности используют так называемую орбитальную электроотрицательность, зависящую от типа атомной орбитали, участвующей в образовании связи, и от её электронной заселенности, т. е. от того, занята атомная орбиталь неподелённой электронной парой, однократно заселена неспаренным электроном или является вакантной. Но, несмотря на известные трудности в интерпретации и определении электроотрицательности, она всегда остается необходимой для качественного описания и предсказания природы связей в молекулярной системе, включая энергию связи, распределение электронного заряда и степень ионности, силовую постоянную и т. д.

Периодичность атомной электроотрицательности является важной составной частью периодического закона и легко может быть объяснена, исходя из непреложной, хотя и не совсем однозначной, зависимости значений электроотрицательности от соответствующих значений энергий ионизации и сродства к электрону^[11].

В периодах наблюдается общая тенденция роста электроотрицательности, а в подгруппах — её падение. Наименьшая электроотрицательность у s-элементов I группы, наибольшая — у p-элементов VII группы.

[править] Проявления периодического закона в отношении атомных и ионных радиусов

Рис. 4 Зависимость орбитальных радиусов атомов от порядкового номера элемента.

Периодический характер изменения размеров атомов и ионов известен давно. Сложность здесь состоит в том, что из-за волновой природы электронного движения атомы не имеют строго определенных размеров. Так как непосредственное определение абсолютных размеров (радиусов) изолированных атомов невозможно, в данном случае часто используют их эмпирические значения. Их получают из измеренных межъядерных расстояний в кристаллах и свободных молекулах, разбивая каждое межъядерное расстояние на две части и приравнивая одну из них к радиусу первого (из двух связанных соответствующей химической связью) атома, а другую — к радиусу второго атома. При таком разделении учитывают различные факторы, включая природу химической связи, степени окисления двух связанных атомов, характер координации каждого из них и т. д^[12]. Таким способом получают так называемые металлические, ковалентные, ионные и ван-дер-ваальсовы радиусы. Ван-дер-ваальсовы радиусы следует рассматривать как радиусы несвязанных атомов; их находят по межъядерным расстояниям в твердых или жидких веществах, где атомы находятся в непосредственной близости друг от друга (например, атомы Ar в твердом аргоне или атомы N из двух соседних молекул N₂ в твердом азоте), но не связаны между собой какой-либо химической связью.

Но, очевидно, лучшим описанием эффективных размеров изолированного атома является теоретически рассчитанное положение (расстояние от ядра) главного максимума зарядовой плотности его наружных электронов. Это так называемый орбитальный радиус атома. Периодичность в изменении значений орбитальных атомных радиусов в зависимости от порядкового номера элемента проявляется довольно отчетливо (см. рис. 4), и основные моменты здесь состоят в наличии очень ярко выраженных максимумов, приходящихся на атомы щелочных металлов, и таких же минимумов, отвечающих благородным газам. Уменьшение значений орбитальных атомных радиусов при переходе от щелочного металла к соответствующему (ближайшему) благородному газу носит, за исключением ряда Li—Ne, немонотонный характер, особенно при появлении между щелочным металлом и благородным газом семейств переходных элементов (металлов) и лантаноидов или актиноидов. В больших периодах в семействах d- и f-элементов наблюдается менее резкое уменьшение радиусов, так как заполнение орбиталей электронами происходит в пред- предвнешнем слое. В подгруппах элементов радиусы атомов и однотипных ионов в общем увеличиваются.

[править] Проявления периодического закона в отношении энергии атомизации

Энергия атомизации простых веществ является характеристикой, которая во многом определяет их реакционную способность^[13]. Зависимость энергии атомизации простых веществ от порядкового номера элемента имеет периодический характер. Основные моменты такой периодической зависимости состоят в следующем: энергия атомизации растет при переходе от щелочного металла (для них эти значения сравнительно невелики и близки 84 кДж/моль) к следующим за ним элементам, достигает максимума, затем убывает, становясь очень небольшой для галогена (63—126 кДж/моль) и, наконец, превращается в нуль в случае примыкающего к галогену благородного газа, который, как известно, при стандартных условиях существует в виде практически не взаимодействующих атомов. Положение максимума энергии атомизации в ряду элементов от щелочного металла до соответствующего (ближайшего) благородного газа зависит от многих факторов, выходящих за рамки настоящего изложения. Так, в ряду Li—Ne наибольшей энергией атомизации характеризуется углерод (718,2 кДж/моль), а в рядах K—Kr и Cs—Rn наибольшими энергиями атомизации обладают переходные металлы: ванадий (516,6 кДж/моль) и вольфрам (844,2 кДж/моль). Неравномерное изменение энергии атомизации в пределах одного ряда элементов от щелочного металла до благородного газа оказывается довольно сложным, особенно если этот ряд включает семейство переходных металлов.

[править] Проявления периодического закона в отношении степени окисления

Одним из основных понятий в химии было и остается понятие степени окисления (степень окисления, состояние окисления, окислительное состояние). Несмотря на то что степень окисления представляется во многом формальной и более искусственной относительно других традиционных химических понятий, она до сих пор остается широко распространенной и сохраняет свою значимость для обобщения и более глубокого понимания основных принципов образования химических соединений^[14].

Следует подчеркнуть, что степень окисления элемента, будучи формальной характеристикой, не дает представления ни об эффективных зарядах атомов этого элемента в соединении, ни о валентности атомов, хотя степень окисления часто называют формальной валентностью. Многие элементы способны проявлять не одну, а несколько различных степеней окисления. Например, для хлора известны все степени окисления от −1 до +7, хотя четные очень неустойчивы, а для марганца — от +2 до +7. Высшие значения степени окисления изменяются в зависимости от порядкового номера элемента периодически, но эта периодичность имеет сложный характер. В простейшем случае в ряду элементов от щелочного металла до благородного газа высшая степень окисления возрастает от +1 (RbF) до +8 (XeО₄). В других случаях высшая степень окисления благородного газа оказывается меньше (Kr⁺⁴F₄), чем для предшествующего галогена (Br⁺⁷О₄⁻). Поэтому на кривой периодической зависимости высшей, степени окисления от порядкового номера элемента максимумы приходятся или на благородный газ, или на предшествующий ему галоген (минимумы — всегда на щелочной металл). Исключение составляет ряд Li—Ne, в котором ни для галогена (F), ни для благородного газа (Ne) вообще неизвестны высокие степени окисления, а наибольшим значением высшей степени окисления обладает средний член ряда — азот; поэтому в ряду Li—Ne изменение высшей степени окисления оказывается проходящим через максимум. В общем случае возрастание высшей степени окисления в ряду элементов от щелочного металла до галогена или до благородного газа происходит отнюдь не монотонно, главным образом по причине проявления высоких степеней окисления переходными металлами. Например, возрастание высшей степени окисления в ряду Rb—Xe от +1 до +8 «осложняется» тем, что для молибдена, технеция и рутения известны такие высокие степени окисления, как +6 (MoО₃), +7 (Tc₂О₇), +8 (RuO₄).

[править] Проявления периодического закона в отношении окислительного потенциала

Одной из очень важных характеристик простого вещества является его окислительный потенциал, отражающий принципиальную способность простого вещества к взаимодействию с водными растворами, а также проявляемые им окислительно-восстановительные свойства^[15]. Изменение окислительных потенциалов простых веществ в зависимости от порядкового номера элемента также носит периодический характер. Но при этом следует иметь в виду, что на окислительный потенциал простого вещества оказывают влияние различные факторы, которые иногда нужно рассматривать индивидуально. Поэтому периодичность в изменении окислительных потенциалов следует интерпретировать очень осторожно.

Na/Na^+(aq)	Mg/Mg^2+(aq)	Al/Al^3+(aq)
2,71В	2,37В	1,66В
K/K^+(aq)	Ca/Ca^2+(aq)	Sc/Sc^3+(aq)
2,93В	2,87В	2,08В

Можно обнаружить некоторые определенные последовательности в изменении окислительных потенциалов простых веществ. В частности, в ряду металлов при переходе от щелочного к следующим за ним элементам происходит уменьшение окислительных потенциалов (Na⁺_(aq) и т. д. — гидратированный катион):

Это легко объясняется увеличением энергии ионизации атомов с увеличением числа удаляемых валентных электронов. Поэтому на кривой зависимости окислительных потенциалов простых веществ от порядкового номера элемента имеются максимумы, отвечающие щелочным металлам. Но это не единственная причина изменения окислительных потенциалов простых веществ.

[править] Внутренняя и вторичная периодичность

[править] s- и р-элементы

Выше рассмотрены общие тенденции в характере изменения значений энергии ионизации атомов, энергии сродства атомов к электрону, электроотрицательности, атомных и ионных) радиусов, энергии атомизации простых веществ, степени окисления, окислительных потенциалов простых веществ от атомного номера элемента. При более глубоком изучении этих тенденций можно обнаружить, что закономерности в изменении свойств элементов в периодах и группах значительно сложнее. В характере изменения свойств элементов по периоду проявляется внутренняя периодичность, а по группе — вторичная периодичность (открыта Е. В. Бироном в 1915 году).

Так, при переходе от s-элемента I группы к р-элементу VIII группы на кривой энергии ионизации атомов и кривой изменения их радиусов имеются внутренние максимумы и минимумы^[16] (см. рис. 1, 2, 4).

Это свидетельствует о внутреннепериодическом характере изменения этих свойств по периоду. Объяснение отмеченных закономерностей можно дать с помощью представления об экранировании ядра.

Эффект экранирования ядра обусловлен электронами внутренних слоев, которые, заслоняя ядро, ослабляют притяжение к нему внешнего электрона. Так, при переходе от бериллия ₄Be к бору ₅B, несмотря на увеличение заряда ядра, энергия ионизации атомов уменьшается:

Рис. 5 Схема строения последних уровней бериллия, 9.32 эВ (слева) и бора, 8,29 эВ (справа)

Это объясняется тем, что притяжение к ядру 2р-электрона атома бора ослаблено за счет экранирующего действия 2s-электронов.

Понятно, что экранирование ядра возрастает с увеличением числа внутренних электронных слоев. Поэтому в подгруппах s- и р-элементов наблюдается тенденция к уменьшению энергии ионизации атомов ^[17](см. рис. 1).

Уменьшение энергии ионизации от азота ₇N к кислороду ₈О (см. рис. 1) объясняется взаимным отталкиванием двух электронов одной и той же орбитали:

Рис. 6 Схема строения последних уровней азота, 14,53 эВ (слева) и кислорода, 13,62 эВ (справа)

Эффектом экранирования и взаимного отталкивания электронов одной орбитали объясняется также внутреннепериодический характер изменения по периоду атомных радиусов (см. рис. 4).

Рис. 7 Вторичнопериодическая зависимость радиусов атомов внешних p-орбиталей от атомного номера

Рис. 8 Вторичнопериодическая зависимость первой энергии ионизации атомов от атомного номера

Рис. 9 Радиальное распределение электронной плотности в атоме натрия

В характере изменения свойств s- и р-элементов в подгруппах отчетливо наблюдается вторичная периодичность (рис. 7). Для её объяснения привлекается представление о проникновении электронов к ядру. Как показано на рисунке 9, электрон любой орбитали определенное время находится в области, близкой к ядру. Иными словами, внешние электроны проникают к ядру через слои внутренних электронов. Как видно из рисунка 9, внешний 3s-электрон атома натрия обладает весьма значительной вероятностью находиться вблизи ядра в области внутренних К- и L-электронных слоев.

Концентрация электронной плотности (степень проникновения электронов) при одном и том же главном квантовом числе наибольшая для s-электрона, меньше — для р-электрона, ещё меньше — для d-электрона и т. д. Например, при n = 3 степень проникновения убывает в последовательности 3s>3p>3d (см. рис. 10).

Рис. 10 Радиальное распределение вероятности нахождения электрона (электронной плотности) на расстоянии r от ядра

Понятно, что эффект проникновения увеличивает прочность связи внешних электронов с ядром. Вследствие более глубокого проникновения s-электроны в большей степени экранируют ядро, чем р-электроны, а последние — сильнее, чем d-электроны, и т. д.

Пользуясь представлением о проникновении электронов к ядру, рассмотрим характер изменения радиуса атомов элементов в подгруппе углерода. В ряду C—Si—Ge—Sn—Pb проявляется общая тенденция увеличения радиуса атома (см. рис. 4, 7). Однако это увеличение имеет немонотонный характер. При переходе от Si к Ge внешние р-электроны проникают через экран из десяти 3d-электро-нов и тем самым упрочняют связь с ядром и сжимают электронную оболочку атома. Уменьшение размера 6p-орбитали Pb по сравнению с 5р-орбиталью Sn обусловлено проникновением 6p-электронов под двойной экран десяти 5d-электронов и четырнадцати 4f-электронов. Этим же объясняется немонотонность в изменении энергии ионизации атомов в ряду C—Pb и большее значение её для Pb по сравнению с атомом Sn (см. рис. 1).

[править] d-Элементы

Во внешнем слое у атомов d-элементов (за исключением Pd) находятся 1—2 электрона (ns-состояние). Остальные валентные электроны расположены в (n—1)d-состоянии, т. е. в предвнешнем слое.

Подобное строение электронных оболочек атомов определяет некоторые общие свойства d-элементов^[18]. Так, их атомы характеризуются сравнительно невысокими значениями первой энергии ионизации. Как видно на рисунке 1, при этом характер изменения энергии ионизации атомов по периоду в ряду d-элементов более плавный, чем в ряду s- и p-элементов. При переходе от d-элемента III группы к d-элементу II группы значения энергии ионизации изменяются немонотонно. Так, на участке кривой (рис. 1) видны две площадки, соответствующие энергии ионизации атомов, в которых заполняются Зd-орбитали по одному и по два электрона. Заполнение 3d-орбиталей по одному электрону заканчивается у Mn (3d⁵4s²), что отмечается некоторым повышением относительной устойчивости 4s²-конфигурации за счет проникновения 4s²-электронов под экран 3d⁵-конфигурации. Наибольшее значение энергии ионизации имеет Zn (3d¹⁰4s²), что находится в соответствии с полным завершением Зd-подслоя и стабилизацией электронной пары за счет проникновения под экран 3d¹⁰-конфигурации.

В подгруппах d-элементов значения энергии ионизации атомов в общем увеличиваются. Это можно объяснить эффектом проникновения электронов к ядру. Так, если у d-элементов 4-го периода внешние 4s-электроны проникают под экран 3d-электронов, то у элементов 6-го периода внешние 6s-электроны проникают уже под двойной экран 5d- и 4f-электронов. Например:

22Ti …3d^24s^2	I = 6,82 эВ
40Zr …3d^104s^24p^64d^25s^2	I = 6,84 эВ
72Hf… 4d^104f^145s^25p^65d^26s^2	I = 7,5 эВ

Поэтому у d-элементов 6-го периода внешние бs-электроны связаны с ядром более прочно и, следовательно, энергия ионизации атомов больше, чем у d-элементов 4-го периода.

Размеры атомов d-элементов являются промежуточными между размерами атомов s- и p-элементов данного периода. Изменение радиусов их атомов по периоду более плавное, чем для s- и p-элементов.

В подгруппах d-элементов радиусы атомов в общем увеличиваются. Важно отметить следующую особенность: увеличение атомных и ионных радиусов в подгруппах d-элементов в основном отвечает переходу от элемента 4-го к элементу 5-го периода. Соответствующие же радиусы атомов d-элементов 5-го и 6-го периодов данной подгруппы примерно одинаковы. Это объясняется тем, что увеличение радиусов за счет возрастания числа электронных слоев при переходе от 5-го к 6-му периоду компенсируется f-сжатием, вызванным заполнением электронами 4f-подслоя у f-элементов 6-го периода. В этом случае f-сжатие называется лантаноидным. При аналогичных электронных конфигурациях внешних слоев и примерно одинаковых размерах атомов и ионов для d-элементов 5-го и 6-го периодов данной подгруппы характерна особая близость свойств.

Отмеченным закономерностям не подчиняются элементы подгруппы скандия. Для этой подгруппы типичны закономерности, характерные для соседних подгрупп s-элементов.

[править] Периодический закон — основа химической систематики

В предыдущем разделе были кратко обсуждены свойства и периодичность в изменении этих свойств элементов как таковых, вне прямой связи с образованием химических соединений. Периодичность же форм химических соединений и их свойств составляет ту самую основу, на которой единственно возможны строгое и полное обобщение и систематизация необозримой химической информации^[16]. Разберем это на примере водородных и кислородных соединений, являющихся в большинстве случаев наиболее яркими представителями, определяющими специфику химического поведения элементов.

Несмотря на многочисленность форм и разнообразие свойств водородных соединений, их можно классифицировать в рамках периодического закона довольно несложным способом. В ряду элементов от щелочного металла до благородного газа происходит закономерное изменение форм существования и физико-химической природы водородных соединений, и суть этого изменения в основном состоит в следующем. Щелочной металл и примыкающие к нему активные непереходные металлы (например, Na, Mg, Al) образуют солеобразные гидриды. В их структурах состояние водородных атомов близко состоянию гидридного аниона (Н⁻). Поэтому солеобразные гидриды обладают чрезвычайно высокой реакционной способностью и являются очень сильными восстановителями. Гидролиз солеобразных гидридов сопровождается образованием гидроксидов соответствующего металла и молекулярного водорода. При электролизе расплавленных солеобразных гидридов молекулярный водород выделяется на аноде. Многие солеобразные гидриды образуют гидридные комплексы, в которых координированными на атомах металла лигандами являются водородные анионы Н⁻, например: Na[BH₄], Li[AlH₄], Li[GaH₄], Be[BH₄]₂, Al[BH₄]₃, и др. Основным структурным фрагментом в перечисленных гидридных комплексах являются тетраэдрические координационные анионы ВН₄⁻, AlH₄⁻, GaH₄⁻.

Типичные неметаллы, примыкающие к благородному газу, образуют с водородом летучие соединения: СН₄, SiH₄, NH₃, PH₃, AsH₃, H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te и др. Некоторые летучие водородные соединения являются полиядерными структурами: В₂Н₆, В₄Н₁₀, В₅Н₁₁, B₆H₁₂, Si₂H₆, Si₄H₁₀, С₅H₁₂ и др.

Летучие водородные соединения типичных неметаллов можно подразделить на две разновидности, в одной из которых степень ионности связи A—H невелика и эффективный заряд на атоме водорода мал (водородные соединения бора, углерода, кремния и т. д.), а в другой степень ионности связи A—H значительна и атом водорода имеет существенный эффективный положительный заряд (водородные соединения азота, фосфора, элементы группы кислорода и серы, фтора и других галогенов). Летучие водородные соединения второй разновидности, как правило, эффективно взаимодействуют с водой с образованием очень важных для химии соответствующих элементов производных (растворы гидроксида аммония, соляной кислоты и т. д.), в которых возникают гидроксид-анионы OH⁻_(aq) или (значительно чаще) катионы гидроксония H₃O⁺_(aq).

Отметим, что между солеобразными гидридами и летучими водородными соединениями не всегда можно провести четкую границу. Так, гидрид бериллия BeН₂, приближаясь по свойствам к солеобразным гидридам типа СаН₂, имеет в твердом состоянии полимерную структуру с мостиковыми связями Be—H—Be, подобными мостиковым связям в молекулярных структурах бороводородов.

Периодичность в изменении форм и свойств оксидов значительно сложнее. Причин тому несколько, но на первый план выступают две: 1) часто один и тот же элемент образует несколько оксидов (Cl₂О, Cl₂О₂, ClO₂, Cl₂О₆, Cl₂О₇ или MnO, Mn₂O₃, MnO₂, MnO₃, Mn₂O₇); 2) свойства и устойчивость одной и той же формы оксидов для элементов-аналогов во многих случаях существенно изменяются при увеличении атомного номера элемента (N₂O₃ --> P₂O₃ --> As₂O₃ --> Sb₂O₃ --> Bi₂O₃). Поэтому остановимся на периодическом изменении форм и свойств высших оксидов, образуемых элементами на высшей из всех возможных для данного элемента ступени окисления.

Суть изменения свойств высших оксидов в ряду элементов от щелочного металла до благородного газа можно в принципе описать следующим образом. Щелочной и соседний с ним щёлочноземельный металлы образуют основные оксиды (Rb₂O, SrO), гидратные формы которых проявляют ярко выраженные свойства оснований, а благородный газ и примыкающие к нему неметаллы образуют оксиды (XeО₄, I₂O₇, TeO₃, Sb₂O₅), гидраты которых проявляют свойства кислот. Непереходные элементы, находящиеся между упомянутыми металлами и неметаллами, образуют амфотерные высшие оксиды (In₂O₃, SnO₂), которым отвечают гидратные формы, обладающие свойствами как оснований, так и кислот. Этот переход от основных через амфотерные к кислотным оксидам резко осложняется кислородными соединениями переходных металлов. Первые в V периоде переходные металлы образуют амфотерные высшие оксиды (Y₂O₃ с преобладающим основным характером, ZrO₂ с преобладающим кислотным характером). Срединные переходные металлы образуют оксиды с кислотным характером (Nb₂O₅, MoO₃, Te₂О₇, RuO₄), а завершающие переходные металлы, как правило, высшие оксиды основного типа (Rh₂O₃, PdO, AgO, CdO); у родия и палладия существуют лишь малоустойчивые гидроксиды (Rh(OH)₄ и Pd(OH)₄).

Похожую периодическую классификацию можно составить и для других классов неорганических соединений: галогенидов, нитридов, фосфидов и т. д.

[править] Математическое выражение Периодического закона

Полноценное объяснение и понимание периодического изменения свойств элементов стало возможным только с развитием квантовой теории в начале XX века, которая рассматривает атомы как системы взаимодействующих элементарных частиц в рамках квантовой химии. Это позволяет получить полную картину и объяснить их свойства.^[19] Однако, аналитическое решение уравнения Шредингера возможно только для простейших одноэлектронных атомов, численное решение является чрезвычайно сложной задачей, особенно для тяжёлых атомов, которая требует привлечения особого математического аппарата учитывающего многочисленные физические эффекты, например спин-орбитальное взаимодействие и релятивисткие поправки.

Рис. 11. Зависимость энергии ионизации атомов элементов p-блока от суммы всех p-электронов.

Тем не менее, на основе квантовой теории были развиты представлении о распределении электронов по оболочкам и подоболочкам (s, p, d и f, см. выше). В соответствии с этим в общепринятом варианте периодической системы, утверждённым Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC), элементы распределены по соответствующим (s, p, d и f) блокам [1].

При рассмотрении элементов по блокам можно получить периодические зависимости, существенно более чётко выраженные, чем на рисунках типа рис.1. Для этого нужно свойства элементов и их соединений рассматривать в зависимости от общего числа электронов, определяющих принадлежность атома к блоку. Для s-блока — это сумма всех s-электронов в атоме, для p-блока — это сумма p-электронов, и так далее.

Для иллюстрации на рис.11 показана зависимость энергии ионизации атомов элементов p-блока от суммы всех p-электронов в атоме.

Полученные зависимости настолько точны, что их можно описать уравнениями (см. Периодическая функция, Периодичность).

Изложенное предложено считать дальнейшим уточнением формулировки Периодического закона (для характеристики, от которой зависят свойства) в последовательности: атомный вес — заряд ядра — общее число электронов в атоме, устанавливающих принадлежность элемента к определённому блоку (Имянитов).

Электроотрицательность (χ) — фундаментальное химическое свойство атома, количественная характеристика способности атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.

Современное понятие об электроотрицательности атомов было введено американским химиком Л. Полингом. Л. Полинг использовал понятие электроотрицательности для объяснения того факта, что энергия гетероатомной связи A—B (A, B — символы любых химических элементов) в общем случае больше среднего геометрического значения гомоатомных связей A—A и B—B.

В настоящее время для определения электроотрицательностей атомов существует много различных методов, результаты которых хорошо согласуются друг с другом, за исключением относительно небольших различий, и во всяком случае внутренне непротиворечивы.

Первая и широко известная шкала относительных атомных электроотрицательностей Полинга охватывает значения от 0,7 для атомов франция до 4,0 для атомов фтора. Фтор — наиболее электроотрицательный элемент, за ним следует кислород (3,5) и далее азот и хлор (3,0). Активные щелочные и щёлочноземельные металлы имеют наименьшие значения электроотрицательности, лежащие в интервале 0,7—1,2, а галогены — наибольшие значения, находящиеся в интервале 4,0—2,5. Электроотрицательность типичных неметаллов находится в середине общего интервала значений и, как правило, близка к 2 или немного больше 2. Электроотрицательность водорода принята равной 2,1. Для большинства переходных металлов значения электроотрицательности лежат в интервале 1,5—2,0. Близки к 2,0 значения электроотрицательностей тяжёлых элементов главных подгрупп. Существует также несколько других шкал электроотрицательности, в основу которых положены разные свойства веществ. Но относительное расположение элементов в них примерно одинаково.

Теоретическое определение электроотрицательности было предложено американским физиком Р. Малликеном. Исходя из очевидного положения о том, что способность атома в молекуле притягивать к себе электронный заряд зависит от энергии ионизации атома и его сродства к электрону, Р. Малликен ввёл представление об электроотрицательности атома А как о средней величине энергии связи наружных электронов при ионизации валентных состояний (например, от А⁻ до А⁺) и на этой основе предложил очень простое соотношение для электроотрицательности атома:

где J₁^A и ε_A — соответственно энергия ионизации атома и его сродство к электрону.

Помимо шкалы Малликена, описанной выше, существует более 20-ти различных других шкал электроотрицательности, среди которых шкала Л. Полинга (основана на энергии связи при образовании сложного вещества из простых), шкала Олреда-Рохова (основана на электростатической силе, действующей на внешний электрон) и др.

Строго говоря, элементу нельзя приписать постоянную электроотрицательность. Электроотрицательность атома зависит от многих факторов, в частности, от валентного состояния атома, формальной степени окисления, координационного числа, природы лигандов, составляющих окружение атома в молекулярной системе, и от некоторых других. В последнее время все чаще для характеристики электроотрицательности используют так называемую орбитальную электроотрицательность, зависящую от типа атомной орбитали, участвующей в образовании связи, и от её электронной заселённости, т. е. от того, занята атомная орбиталь неподелённой электронной парой, однократно заселена неспаренным электроном или является вакантной. Но, несмотря на известные трудности в интерпретации и определении электроотрицательности, она всегда остаётся необходимой для качественного описания и предсказания природы связей в молекулярной системе, включая энергию связи, распределение электронного заряда и степень ионности, силовую постоянную и т. д.

В период бурного развития квантовой химии как средства описания молекулярных образований (середина и вторая половина XX века) плодотворной оказался подход Л.Полинга, который в числе прочих исследований ввел собственную шкалу электроотрицательностей, в которой из «стандартных» элементов максимальную имеет фтор (), а минимальную — цезий (). Степень ионности связи, то есть вклад структуры, при которой более электроотрицательный атом полностью «забирает» себе валентные электроны, в общую резонансную «картину», в этой теории определяется как

где  — разность электроотрицетельностей образующих связь атомов.

Одним из наиболее развитых в настоящее время подходов является подход Сандерсона. В основу этого подхода легла идея выравнивания электроотрицательностей атомов при образовании химической связи между ними. В многочисленных исследованиях были найдены зависимости между электроотрицательностями Сандерсона и важнейшими физико-химическими свойствами неорганических соединений подавляющего большинства элементов периодической таблицы.^[1] Очень плодотворной оказалась и модификация метода Сандерсона, основанная на перераспределении электроотрицательности между атомами молекулы для органических соединений.^[2][3][4]

[править] Значения электроотрицательности

Группа

I A

II A

III B

IV B

V B

VI B

VII B

VIII B

VIII B

VIII B

I B

II B

III A

IV A

V A

VI A

VII A

VIII A

Период

1

H 2,20

He

2

Li 0,98

Be 1,57

B 2,04

C 2,55

N 3,04

O 3,44

F 3,98

Ne

3

Na 0,99

Mg 1,31

Al 1,61

Si 1,90

P 2,19

S 2,58

Cl 3,16

Ar

4

K 0,82

Ca 1,00

Sc 1,36

Ti 1,54

V 1,63

Cr 1,66

Mn 1,55

Fe 1,83

Co 1,88

Ni 1,91

Cu 1,90

Zn 1,65

Ga 1,81

Ge 2,01

As 2,18

Se 2,55

Br 2,96

Kr 3,00

5

Rb 0,82

Sr 0,95

Y 1,22

Zr 1,33

Nb 1,6

Mo 2,16

Tc 1,9

Ru 2,2

Rh 2,28

Pd 2,20

Ag 1,93

Cd 1,69

In 1,78

Sn 1,96

Sb 2,05

Te 2,1

I 2,66

Xe 2,60

6

Cs 0,79

Ba 0,89

*

Hf 1,3

Ta 1,5

W 2,36

Re 1,9

Os 2,2

Ir 2,20

Pt 2,28

Au 2,54

Hg 2,00

Tl 1,62

Pb 2,33

Bi 2,02

Po 2,0

At 2,2

Rn 2,2

7

Fr 0,7

Ra 0,9

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

Лантаноиды

*

La 1,1

Ce 1,12

Pr 1,13

Nd 1,14

Pm 1,13

Sm 1,17

Eu 1,2

Gd 1,2

Tb 1,1

Dy 1,22

Ho 1,23

Er 1,24

Tm 1,25

Yb 1,1

Lu 1,27

Актиноиды

**

Ac 1,1

Th 1,3

Pa 1,5

U 1,38

Np 1,36

Pu 1,28

Am 1,13

Cm 1,28

Bk 1,3

Cf 1,3

Es 1,3

Fm 1,3

Md 1,3

No 1,3

Lr 1,291