2.8. Электронные семейства элементов

В зависимости от того, какой подуровень последним заполняется электронами, все элементы делятся на четыре типа – электронные семейства:

1. s – элементы; заполняется электронами s – подуровень внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода. Валентными¹являютсяs-электроны внешнего уровня.

2. p – элементы; заполняется электронами р – подуровень внешнего уровня. Это последние шесть элементов каждого периода (кроме I и VII). Валентными являются s- и p- электроны внешнего уровня.

3. d – элементы; заполняется электронами d – подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне – один или два электрона (y ₄₆Pd – нуль). К ним относятся элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s – и p – элементами (их также называют переходными элементами). Валентными являются s – электроны внешнего уровня и d – электроны предвнешнего уровня (второго снаружи).

4. f – элементы; заполняется электронами f – подуровень третьего снаружи уровня, а на внешнем уровне остается два электрона. Они расположены в 6 – м (4f – элементы) и 7 – м (5f – элементы) периодах периодической системы. 4f – элементы объединяют в семейство лантаноидов, а 5f – элементы – семейство актиноидов.

В периодической системе s – элементов 14, p – элементов 30, d – элементов 38, f – элементов 28.

2.9. Понятие об электронных аналогах

Атомы элементов с одинаковым заполнением внешнего энергетического уровня носят название электронных аналогов.Например:

;

.

Элементы с одинаковым строением внешнего и предвнешнего энергетических уровней называют полными электронными аналогами.Например:

;

.

2.10. Периодический закон и периодическая система элементов д.И. Менделеева

Важнейшим событием химии в 19 веке было открытие периодического закона, сделанное в 1869 г. гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым. Периодический закон в формулировке Д. И. Менделеева гласит: “ свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса”.

Графическим выражением этого закона стала созданная им периодическая система элементов.

В настоящее время известно несколько сотен вариантов периодической системы элементов, но все они в своей основе содержат предложенные Менделеевым принципы её построения. Наибольшее распространение получили короткая (восьмиклеточная) и длинная (тридцатидвухклеточная) формы периодической система элементов.

Развитие учения о строении атома вскрыло глубокий физической смысл периодического закона. Как было доказано, свойства элементов зависят, прежде всего, от заряда атомных ядер, который в свою очередь определяет распределение электронов на электронных оболочках атомов. Основной характеристикой атома является положительный заряд ядра, численно равный порядковому номеру элемента. В нейтральном атоме заряд ядра и общее число электронов равны. Распределением электронов на электронных оболочках атомов определяются свойства элементов и их соединений, положение элемента в периодической системе. Периодичность изменения свойств химических элементов и их соединений зависит от периодически повторяющейся сходной структуры электронных оболочек атомов.

В 1913 г. ученик Резерфорда английский ученый Мозли, исследуя спектры лучей Рентгена для различных элементов, установил простое соотношение между длиной волны рентгеновских лучей и порядковым номером элемента (закон Мозли):

Корень квадратный из величины, обратной длине волны рентгеновских лучей, испускаемых атомами различных элементов, находится в линейной зависимости от порядкового номера элемента, т. е.

где  – длина волны; Z – порядковый номер элемента;  – постоянная, одинаковая для всех элементов.

Из уравнения следует, что, зная  и измерив , можно вычислить порядковый номер элемента. Это экспериментальный метод проверки правильности распределения элементов в периодической системе по возрастанию заряда ядра. Закон Мозли показал, что Д.И. Менделеев правильно расположил элементы в периодической системе, позволил установить общее число элементов в каждом периоде, а главное, направил усилия ученых на открытие предсказанных им элементов. Вскоре несколько элементов было открыто с помощью анализа рентгеновских спектров (гафний, Z=72; рений, Z=75 и др.).

Вместе с тем из закона Мозли следует, что порядковый номер – это не простая нумерация элементов, а выражение конкретного внутреннего свойства атома – величины элементарных положительных зарядов ядра. Именно положительный заряд ядра (а не атомная масса) является главной характеристикой атома.

В свете современных представлений о строении атома изменилась и формулировка периодического закона: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда атомных ядер.