Периодический закон и электронные конфигурации атомов.

Лекция 3.

Квантово-механическая модель строения атома

Квантовая механика (КМ)– это раздел физики, который изучает состояние и движение объектов микромира, к которому нельзя применить классическую механику Ньютона.

Электрон

Д.И.Менделеев: Свойства элементов, а потому свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости т их атомного веса. Д.И.Менделеев предсказал существование трех элементов и дал характеристику их свойств исходя из периодической зависимости свойств известных к тому времени элементов на основе составленной им ПТ. Это элементы галлий (аналог известного к тому времени алюминия), германий (аналог кремния) и скандий (эка-бор).

Современная формулировка. Свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов.

Физический смысл ПЗ заключается в периодической зависимости изменения свойств элементов, т.к. периодически повторяются электронные конфигурации валентных электронов в атоме при последовательном возрастании значений главного квантового числа.

Периодическая система элементов – система классификации химических элементов, созданная Д.И.Менделеевым. ПС позволяет выявить связи между химическими элементами, отражающие их сходство и различие. Она основана на периодической зависимости физических и химических свойств элементов от зарядов их ядер. Периодическая таблица – это графическое представление периодического закона. Структура ПТ с ее группами, подгруппами, периодами может рассматриваться как проявление определенной последовательности заполнения электронами энергетических уровней.

Период – совокупность химических элементов, горизонтально и последовательно расположенных в ПТ в порядке возрастания зарядов ядра их атомов.

Группы – совокупность элементов, образующих вертикальные столбцы и обладающих сходными свойствами, потому что они имеют одинаково заполненные внешние электронные слои.

Различают короткую и длинную форму ПТ. Короткая – это форма, при которой большие периоды записываются в две строки. При записи образуются главные (А) и побочные (В) подгруппы (элементы главной подгруппы смещены обычно влево, а побочной – вправо). Первый, второй и третий называют малыми (короткими) периодами, а четвертый- седьмой – большими (длинными) периодами. Декада (вставная декада) – совокупность десяти элементов одного периода, характеризующихся последовательным заполнением в их атомах d- подуровня.

Номер периода численно равен максимальному значению главного квантового числа внешних электронов элементов рассматриваемого периода.

Номер группы численно равен максимальной положительной степени окисления элемента или стехиометрической валентности. Аналоги ( электронные аналоги)– элементы, близкие по свойствам, входящие в состав одной подгруппы ПС.

Большинство химических элементов – это металлы (их более 90). Характерным свойством металлов является способность их атомов отдавать внешние электроны и превращаться в положительно заряженные ионы: Ме = Меⁿ⁺ + nе.

Характерным свойством неметаллов является способность их атомов присоединять электроны и образовывать отрицательно заряженные ионы. В том и другом случаях атомы стремятся образовать устойчивую электронную конфигурацию, характерную для инертных (благородных) газов, расположенных в VIII группе.

Рассмотрим электронные конфигурации всех элементов ПС в основном состоянии (состояние с наименьшей энергией электронов данного атома). Электроны, находящиеся на орбиталях внешнего электронного уровня, называются валентными и играют основную роль в образовании химической связи. Элементы, у которых заполняется s,p,d,f подуровни называют соответственно s,p,d,f –элементами.

Внутренняя горизонтальная периодичность элементов обусловлена двухэтапным заполнением электронами p,d,f орбиталей. Первый этап заполнения заключается заполнением электронами с одинаковым спином, а второй – с противоположным.

Электронная конфигурация

s–элементы ns^1-2 IA,IIA (щелочные и щелочно-земельные металлы)

p –элементы ns²np^1-6 IIIA-VIIIA (металлы-неметаллы-благородные газы)

d – элементы ns² (n-1)d^1-10 IB- VIIIB (металлы)

f - элементы ns² (n-1)d¹ (n-2)f^1-14 IIIB (лантаноиды и актиноиды).

Изменение свойств в периодах и группах:

Усиление немет. свойств (увеличение П.И., ЭО, умен. радиуса атомов)

__________________________________ (в периодах)

Усиление мет. свойств

(умен.П.И.,ЭО, увел. радиуса атома)

(в группах)