И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 3 (1110089), страница 307
Текст из файла (страница 307)
физ. обоснование реальная схема получила благодаря применению методов квантовой механики к описанию строения атомов. В кваитовомех. интерпретации теории строения атомов понятие электронных оболочек и подоболочек при строгом подходе утратило свой исходный смысл; ныне широко используется представление об атомных арбишааях. Тем не менее разработанный Бором приншш физ, интерпретапии явления периодичности не потерял сапего значения и в первом приближении достаточно исчерпывающе объясняет теоретнч.
основы П.с, Во всяком случае, в публикуемых формах изображения П.с. отраэкается представление о карактере распределения электронов по ооолочкам н цодоболочкам. Строение атома и химячееиие свойства элементов. Осн. особенности хим. поведения элементов определяются характером конфигураций внешних (одной-двух) электронных оболочек атомов.
Эти особенности различны для элементов подгрупп а (л- н р-элементов), подгрупп б (Ы-элементы), угсемейств (лантаноиды н актиноиды). Особое место занимают 1л-элементы первого периода (Н и Не). Водород вследствие присутствия в атоме только одного электрона отличается большой специфичиосзъю св-в. Исвпо Штелыюй прочностью характеризуется конфигурация атома Не (1зз), что обусловливает его хим.
инертибсть. Поскольку у элементов подгрупп и происходит заполнение анену. электронных оболочек (с л, равным номеру периода), св-ва элементрв заметно изменяются по мере возрастайия а в соответствующиХ периодах, что выражается и ослаблении металднческих и усилении неметаллнч. св-в. Все неметаллы, кроме'Н и Не,— р-элементы В то же время в каждой подгруппе а по мере увеличения а наблюдается усиление металлич.
св-в. Эти закономерности объясняются ослаблением энергии связи внеш. электронов с ядром при переходе от периода к периоду. В атомдх переходных Ы-элеменуов подгрупп б лостраиваются незавершенные оболочки с л, на елиницу меньше номера перюша. Конфигурация внеш, оболочек у них, как правило, лзз; все аьэлементы — металлы. Аналогичная структура внеш. оболочки г(-элементов в кажлом периоде приводит к тому, чта изменение нх св-в по мере возрастания а иа происходит резко Четкое различие проявляется в случае высших степеней окислеишг, при а-рых д-элементы обнаруживают определенное схолство с р-элементами соответствующих групп П.с.
Для большииотва атомов лаитаиондов ха)зактернв электронная кгшфигурвция внеш. оболочек 4)"бк; однако в атомах Се и Об содержится 5«ьэлектрон Подоболочка 47' завершается в атоме гЪ (Л 70), а у слелующего 1л (а = 7!) начинается снстематич. заполнение 5д-полоболочки, т.е. фактически Еп относится к а'элементам. Эти особенности построения реальной схемы в интервале а = 57-71 заключаются, в частности, в том, что для нек-рых лантанондов известны степени окисления, отличные от +3, напр.
+4 для Се„рт, ТЬ и +2 дли Вш, Ен и г'Ь. Тем не менее цреобладвюшей и наиб. стабильной оказывается степень окислении + 3, что н ипрцлгляат большое хин сходство лантана н лвихвпоидов. Эта степень окисления реализуется за счет лвув бк-электронов и одного нз электронов 4бподоболочки (в атомах Се и Сб принимает участие 5«ьзлектрои). В облаати В т 57-7! впервые отмечается «размывание периодичности», т.е. нарушение порядка заполнения соседншг последовательных электронных подоболочек, что абъясняагся близостью энергий связи 5г(- и 4)'-злектроноя. Более Резко «размывание периоличностн» проявляется в области актиноидов (а =90-103), что обусловлено еще бо!цшай близостью энергий связи 5)'- и 6г(-электронов. В результате эдемантьг первой половины ряда способны цроядлять высокие атепенц окисления (до + 7); о др.
стороны, спацифические энергвтич. закономерности способствуют аномально высокой устойчивости низших степенен окисления (+2 и-+1) у нек-рых прелогавителей второй половины рада вктдиоидов. В степени окисления + 3 сходство акуиноидов н-лвнтаноидов несомненно, что, в частности, было цщроко испалвзовано при хим. ндентификапни синтезир.
акгинондов. Однако этот фактор не может считаться определяющим прц сопоставлении характера хим. новадения элементов двух,/-семейств В иолом химия актииоидов су)дсатваиио богаче и разнообразнее, чем химия лантаноидов, в закономерности изменения св-в актиноидов по мере роста а весьма епецнфнчнм. Семейагво актиноидов завершается Ег )Л = 103, электронная конфигурация виаш. оболочек 5Р»6»( 7г'), к-рый подобно Еи должен быть б-элементом. с Ег начинается систематич.
занолненне бб-падоболочки Ориентировочная эксперим. оценка св-в следующего )«и и Рз дает основания рассматривать их в качестве бд-элементов, но вопрос об их реальной хюи. природе нельав считать решенным, поскольку соответствующие исслалования провали пюь на единичных атомах. Наряду с этим расчеты на ЭВХ1 показали, что, напр., для Ки вероятна электронная конфшурадия внеш оболочек атома в осн. еостовнни 7з'7рз Если это в действительности так, то Ки, скорее, следовало бы считать аналогам Р(» .Вае известные сейчас трансурановые элементы получены искусаэвецнп и в природе не встречаются (обнаружены лишь 961 ПЕРИОДИЧЕСКАЯ 485 следы Ыр я Ри, отдельные изотопы к-рых образуются в результате прир.
ядерных реакций) Изотопы элементов с а «з!02 характеризуются настолько малой продолжительностью жизни, что не м.б накоплены даже в самых не- значит, кол-вах. Это существенно затрудняет изучение их св-в Нерешенные проблемы П.с. Главная из них заключается в неопределенности верх. границы П с Теоретич. оценки прелельного значения Л неоднозначны и противоречивы. Допустимо, что верх, граница опрелеляется пределом синтеза элементов Ныне он доведен ло а = 110, но дальнейшие перспективы пока неясны. В сер.
60-х гг, учеными США и СССР была вылвинута гипотеза о существовании в области больших значений а т.наз. островков относительной стабильности нуклидов. В соответствии с ней гипотетич. нуклиды, отвечающие «магическим» значениям а = 110, ! 14, ! 26 и 164 или Дг = ! 84 (М = число нейтронов), должны быть достаточно долго- живущими (относительно стабильнымн) по отношению к спонтанному делению (см, Род«о«кто«»ость, Ндро атомное). До настоящего времени эта гипотеза не нашла подтверждения Попытки обнаружения в природе нек-рых из подобных нуклццов успеха не имели; эксперименты ио их синтезу пока не дали наложит.
результатов. Однако эти попытки стимулировали ировеление расчетов на ЭВМ электронных конфигураций осн, состояний атомов и оценку иаиб важных хим. св-в элементов в интервале а = 104 — !72. Полученные данные позволяют предполагать, что в этой области значений а изменение св-в элементов носило бы весьма сложный характер, не имеющий прецедентов в предшествующих областях П.с., т.е, происходило бы резко выраженное «размывание периодичности». Прн больших значениях а, т.е. при наличии в атомах большого числа электронов, энергии цоследннх иа заполияюшихся внеш.
подоболочках имеют близкие значения. Поэтому четкая последовательность заполнения подоболочек нарушается (в ряде случаев весьма существенно), что неизбежно должно отразиться на св-вах соответствующих элементов. В связи с этим структура П.с. для У > 118 в настоящее время не м б, предсказана с достаточной точностью. Только успешный синтез к.-л. из гииотетич. элементов и оценка их хим. св-в смогут внести определенную ясность в данную проблему. Пока неизвестно конечное число элементов, охватываемых П.с., нельзя составить полного представления о характере и закономерностях феномена периодичности (во всем возможном интервале а). Выше в общих чертах были объяснены ирнчины и особенности периодич изменения св-в известных элементов ио мере роста а Это объяснение базируется на анализе закономерностей реальной схемы формирования электронных конфигураций своб.
атомов в оси. состоянии, Олнако в ряде случаев знание электронной конфигурации своб. атома не позволяет однозначно судить о важнейших хим, св-вах, к-рые должен проявлять тот или иной элемент. Поэтому принцип периодического повторения (по мере возрастания 2) сходных типов электронных конфигураций прежде всего лежит в основе периоднч, системы своб. атомов. Что касается П с, то она отражает закономерное изменение св-в элементов, проявляемых ими при хим. взаимолействиях, в холе к.рых перестраиваются (иногда значительно) конфигурации реагирующих атомов.
Всчедствие этого строгое количеств объяснение всей спепнфики проявления хим. элементами св-в и периодического их изменения оказывается чрезвычайно сложной задачей, к-рая решается в русле совр. методов квантовой механики. Значение П.с. Эта система сыграла и продолжает играть играм«ую роль в развитии мн естественнонауч. дисциплин. Она стала важным звеном в эволюции атомно-мол. учения, способствовала формулировке совр понятия «хим.
элемент» и уточнению представлений о простых в-вах н саед,, оказала значит влияние на разработку теории строения атомов н возникновение понятия изозопии. С П.с. связана строго науч. постановка проблемы прогнозирования в химии, что 962 Несло электре~гас е перст«псы сосгомшн Топалогнч. тнп перекоп»ого соггоаппе мсбяусоескнй кюкксшескей раэрсшана эапрсшеаа марсо»на рсэрмшн ° 8 йчг С»ВФ Ф,. 6. 963 964 48б ПЕРИОДИЧЕСКИЕ проявилось как в предсказании существования неизвестных элементов и их св-в, так н новых особенностей хим.
поведения уже открытых элементов, П,с,-важнейшая основа неорг. химии; она слуэкит, напр., задачам синтеза в-в с заранее заланными св-вами, созданию новых материалов, в частности полупроводниковых, подбору спецнфич. катали. заторов для разл. хим. пропессов. П.с.-науч, база преподавания общей и иеорг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
