Processing math: 100%
Справочник от Автор24
Найди эксперта для помощи в учебе
Найти эксперта
+2

Периодическая система элементов

Замечание 1

Периодическая повторяемость свойств химических элементов, которая была показана Д.И. Менделеевым в его известной периодической системе, получила объяснение в 1922 г. Это сделал Н. Бор на основании своей теории строения атома. Было показано, что заряд ядра атома находится в основе системы химических элементов. Если в качестве единицы принять заряд электрона, то заряд ядра будет целым числом (Z). Z определяет номер химического элемента в периодической системе. Заряд ядра равен количеству электронов находящихся в электронной оболочке атома, которая окружает ядро. Свойства элемента зависят от количества электронов, которые присутствуют в электронной оболочке и от того, как эта оболочка построена. Химические свойства элемента определены электронами внешней оболочки атома.

Объяснение системы химических элементов было сделано после открытия принципа Паули. Определение максимального количества электронов в электронной оболочке атома в определённом квантовом состоянии дало возможность объяснить распределение химических элементов по группам и периодам системы.

В естественном состоянии найдено 90 элементов. Самый большой номер у урана (Z=92). Такие элементы как технеций (Tc) и прометий (Pm) в естественных состояниях не встречены. Данные два элемента являются радиоактивными. Их период полураспада много меньше возраста Земли. Со времени возникновения Земли Tc и Pm полностью распались. Возникнуть же, как результат радиоактивных преобразований соседних по таблице элементов (из состава тех, что имеются в природе) они не могли, так как соседи стабильны. Элементы, имеющие атомные номера больше 92 носят название трансурановых. Они все являются радиоактивными и получаются искусственно. На сегодняшний момент получены 126 элементов.

Поскольку химические свойства элементов связывают с наличием валентных электронов в атоме, то периодичность свойств элементов определена периодичностью расположения электронов в атомах. Следовательно, для трактования таблицы можно считать, что каждый следующий элемент образуется добавлением к ядру протона и одного электрона к электронной оболочке атома. Взаимодействием электронов, по началу, можно пренебречь и вносить только соответствующие поправки.

«Периодическая система элементов» 👇
Помощь эксперта по теме работы
Найти эксперта
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Решить задачу
Помощь с рефератом от нейросети
Написать ИИ

Рассмотри некоторые атомы химических элементов в основном состоянии. В атоме водорода один электрон в 1s состоянии с квантовыми числами n=1,l=0,m=0, ms=±12. Электроны атома гелия находятся в 1s состоянии, при этом спины их имеют противоположные направления. Электронная конфигурация атома He пишется как 1s2, что означает два 1s электрона. При этом K- оболочка является заполненной. И это обозначает окончание 1 периода системы элементов. Третий электрон атома лития (Z=3) в соответствии с принципом Паули не может быть размещен в заполненной K-оболочке и занимает низшее энергосостояние в L-оболочке (n=2), то есть имеем 2s -- состояние. При этом электронная конфигурация атома лития имеет вид: 1s22s. Атом лития начинает второй период системы ДИ. Менделеева. Четвертый электрон заканчивает заполнение (элемент бериллий Z=4) подоболочки 2s. Для следующих шести элементов постепенно заполняется подоболочка 2p (это элементы от B (Z=5) до Ne (Z=10)). Второй период системы заканчивает инертный газ -- неон. Для него подоболочка 2p заполнена полностью. Подобные рассуждения применимы ко всем элементам периодической системы. Отметим только то, что начальными элементами периодов являются щелочные металлы и их последний электрон находится в s -- состоянии. Завершают периоды инертные газы, для которых s- и p-состояния наружной оболочки являются заполненными полностью. Элементы от лантана (Z=57) до лютеция (Z=71) (лантаниды) и от актиния (Z=89) до лоуренсия (Z=103) (актиниды) размещают в одной клетке системы, так как химические свойства данных элементов очень близки. Объяснение схожести в свойствах всех лантанидов и всех актинидов простое. У лантанидов заполняется подоболочка 4f, которая может содержать 14 электронов, только тогда, когда полностью будут заполнены подоболочки 5s,5p,6s. Для данных элементов внешняя P -- оболочка (6s2) является одинаковой. Подобным образом одинаковой становится Q- оболочка (7s2) для актинидов.

Так, периодичность химических свойств элементов объясняется повторяемостью структуры внешних оболочек атомов родственных элементов.

Недостатки теории периодической системы элементов

В теории периодической системы определяются состояния отдельных электронов оболочки атома, а не как единой системы, что является существенным недостатком. Состояние оболочки электронов надо определять при помощи волновой функции всех координат, принадлежащих оболочке электронов, и при этом учитывать их (электронов) взаимодействие. Точный смысл имеет состояние именно всей оболочки, а не каждого электрона в отдельности. Однако точно найти волновую функцию имеющимися на сегодняшний день методами невозможно. Это и заставляет вводить разного рода приближения.

Кроме того, электроны в оболочках атомов характеризуют при помощи орбитального квантового числа (l). Что предполагает неизменность численной величины орбитального момента количества движения каждого электрона. Однако закон сохранения момента количества движения выполняется только для частицы, которая перемещается в поле с центральной симметрией. Поле атома не имеет такой симметрии. Даже если имеется только один внешний электрон, то поле в котором перемещается электрон является сферически симметричным только как результат квантово -- механического усреднения.

Пример 1

Задание: Используя периодическую систему Д.И. Менделеева, определите количество нейтронов (N) и протонов (Z) в атомах платины.

Решение:

В периодической системе платина обозначена как 19578Pt. Это означает, что платина имеет порядковый номер Z=78. Относительную атомную массу A=195. Соответственно получим, что количество протонов равно 78, число нейтронов найдем как разность:

N=AZ (1.1).

Поведем вычисления, получим:

N=19578=117.

Ответ: Протонов 78, нейтронов 117.

Пример 2

Задание: Используя периодическую систему Д.И. Менделеева, определите какую часть массы атома углерода (mC=1,991026кг) составляет масса его электронной оболочки (mobmC).

Решение:

В периодической системе углерод обозначен как 126C. Это означает, что он имеет порядковый номер Z=6. Относительную атомную массу A=12. Нам известно, что масса электрона составляет me=9,11031кг. Порядковый номер элемента определяет число протонов в ядре и количество электронов в электронной оболочке атома, следовательно, для нахождения суммарной массы всех электронов (электронной оболочки) надо найти произведение:

mob=Zme(2.1).

Тогда искомое отношение равно:

mobmC=Zmem (2.2).

Проведем вычисления:

mobmC=69,110311,9910262,743104.

Ответ: mobmC=2,74104.

Дата последнего обновления статьи: 22.06.2024
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Все самое важное и интересное в Telegram

Все сервисы Справочника в твоем телефоне! Просто напиши Боту, что ты ищешь и он быстро найдет нужную статью, лекцию или пособие для тебя!

Перейти в Telegram Bot

Изучаешь тему "Периодическая система элементов"? Могу объяснить сложные моменты или помочь составить план для домашнего задания!

AI Assistant