KSE5 (1153101), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Атомный вес является среднимарифметическим величин масс изотопов, из которых состоит элемент. Изотопы – эторазновидность атомов, имеющих одинаковый заряд ядра, но отличающиеся по своеймассе. Таким образом, проблема химического элемента, которая с XVII века оставаласьпредметом многочисленных дискуссий, была решена. В настоящее время элементомназывают вещество, все атомы которого обладают одинаковым зарядом ядра, хотя иразличаются по своей массе, вследствие чего атомные веса элементов не выражаютсяцелыми числами.Выпишем подряд несколько элементов из периодической таблицы, пропустив двапервых элемента — водород и гелий.
Укажем приблизительную атомную массу элементов.вLiBeСNОFNeлитий бериллиборуглеродазот кислоро фторнеонйд6,9910,81214161920,2NMgAISiРSС1 Агнатри магний алюмини кремни фосфор сера хлор аргонййй2324,32728,13132,1 35,539,9Литий — одновалентный металл. За ним следует бериллий тоже металл, нодвухвалентный. После бериллия идёт бор — трёхвалентный элемент со слабовыраженными неметаллическими свойствами, но он проявляет и некоторые свойстваметалла.
Следующим является углерод — четырёхвалентный неметалл. Далее идут: азот— элемент с резко выраженными свойствами неметалла; кислород — типичный неметалл;фтор — самый активный из неметаллов. Таким образом, металлические свойства, наиболееярко выраженные у лития, постепенно ослабевают при переходе от одного элемента кдругому, уступая место неметаллическим свойствам, которые наиболее сильно выраженыу фтора. И одновременно с этим, по мере увеличения атомной массы валентностьэлементов по отношению к кислороду увеличивается на единицу для каждого следующегоэлемента, начиная с лития. Правда, есть и исключение: валентность фтора равна единице,но это объясняется особенностями строения атома фтора.Если бы и дальше свойства изменялись в том же порядке, то после фтора долженследовать элемент с ещё более выраженными неметаллическими свойствами.
Вдействительности же за фтором по признаку увеличения атомной массы следует неон —благородный газ, не соединяющийся с другими элементами и, стало быть, непроявляющий ни металлических, ни неметаллических свойств. За неоном идёт натрий —одновалентный металл, похожий на литий, а за натрием следует похожий на бериллиймагний, потом алюминий, хотя и металл, а не такой как бор, так как проявляет некоторыенеметаллические свойства.
Далее следуют: кремний — четырёхвалентный неметалл, вомногом сходный с углеродом, пятивалентный фосфор, похожий на азот по своимхимическим свойствам, сера с резко выраженными неметаллическими свойствами, хлор —активный неметалл, и, наконец, снова благородный газ аргон.Ряды элементов, в которых свойства изменяются последовательно, как в двухописанных выше рядах, называются периодамиЕсли периоды записать один под другим, как это сделано выше для двух периодов, то встолбцы таблицы попадут элементы с одинаковой валентностью и со сходнымисвойствами (например, литий и натрий, бериллий и магний).Совокупность элементов, записанная в виде таблицы, и есть периодическая системаэлементов.
Она состоит из десяти строк, называемых рядами, и восьми столбцов,называемых группами. Некоторые ряды объединены. Отдельные ряды или ихобъединения названы периодами.Первый период образован только двумя элементами — водородом и гелием. Второй итретий периоды, в каждом из которых по восемь элементов, — это приведённая вышетаблица. Эти три периода называют малыми.Четвёртый период также начинается со щелочного металла калия.
Можно было быожидать, что седьмым будет элемент, похожий на фтор и хлор, а восьмым — благородныйгаз. Однако на седьмом месте оказывается металл марганец, после которого стоят ещё триочень похожих друг на друга металла — железо, кобальт и никель. И только следующийпятый ряд, начинающийся с меди, заканчивается благородным газом криптоном. Такимобразом, четвёртый период состоит из двух рядов — большой период.Пятый большой период составляют следующие два ряда (две строки) — шестая иседьмая. Он начинается щелочным металлом рубидием и заканчивается благороднымгазом ксеноном, содержит восемнадцать элементов.В восьмом ряду после лантана идут четырнадцать очень сходных с лантаном элементов— лантаноидов (или лантанидов).
Их помещают вне общей таблицы отдельной строкой.Так как следующий за ксеноном благородный газ радон находится только в конце девятого ряда, то восьмой и девятый ряды объединены в один большой шестой период. Онсодержит тридцать два элемента.Десятый ряд, составляющий седьмой, пока незаконченный период, содержитдевятнадцать элементов, из них первый и последние тринадцать получены сравнительнонедавно искусственным путём. Следующие за актинием четырнадцать элементов сходныс актинием и также помещаются в отдельной строке (актиноиды или актиниды).Внутри больших периодов наблюдается некоторая периодичность в изменениисвойств.Итак, свойства элементов, атомная масса, валентность и другие характеристикиизменяются периодически как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.При построении периодической системы Менделеев руководствовался принципомрасположения элементов по возрастающим атомным массам.
Но в некоторых случаях этотпринцип был нарушен; так, аргон с атомной массой 39,948 (атомных единиц массы) онпоместил перед калием с атомной массой 39,098. Позднее оказались, что размещениеэлементов полностью соответствует строению атомов.Периодическая система элементов является руководящим принципом химии.Разработанная уже после Менделеева квантовая механика дала периодическому законуновое, более глубокое освещение.5.2.1 Периодический закон с позиций квантовой механикиИз квантовой механики известно, что заряд ядра, выраженный в единицах зарядаэлектрона, численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе.Иными словами, свойства элементов находятся в периодической зависимости от зарядаядра атомов.
Так как атом электрически нейтрален, то свойства атомов определяютсясвойствами его электронов.Напомним, что для характеристики свойств электронов определяющее значение имеетуравнение Шрёдингера. Оно записано для волновой функции ψ (х, у, z), квадрат которойвыражает плотность вероятности нахождения электрона в точке пространства (х, у, z).Можно сказать и так: электрон "размазан" по некоторому объёму и образует электронноеоблако, плотность в облаке пропорциональна квадрату волновой функции.
УравнениеШрёдингера имеет решения не при любых, а только при определённых (дискретных)значениях энергии. Квантованность энергетических состояний электрона в атоме являетсяследствием его волновых свойств.Возможные энергетические состояния электрона определяются главным квантовымчислом п, которое может принимать значения 1, 2, 3, ... Наименьшей энергией электронобладает при n = 1, с увеличением n энергия возрастает. Состояние электрона, котороехарактеризуется определенным квантовым числом, называется энергетическим уровнемэлектрона.
При п = 1 электрон находится на первом уровне, при п = 2 - на втором и т.д.Главное квантовое число определяет и размеры электронного облака. Чтобы увеличить ,размеры облака, часть его надо удалить от ядра, этому препятствуют силыэлектростатического притяжения электрона к ядру, на их преодоление требуется энергия.Поэтому большим размерам облака соответствует большая энергии и большее значениеглавного квантового числа. Электроны, характеризующиеся одним и тем же значением,образуют облака примерно одинакового размера. Поэтому можно говорить обэлектронных слоях или электронных оболочках отвечающих определённым значениямглавного квантового числаНе только энергия электрона в атоме и определяемый ею размер электронного облакаквантованы.
Произвольной не может быть. и форма электронного облака, она зависит оторбитального момента количества движения. Орбитальное квантовое число / принимаетзначения от нуля до (n-1). Состояния электрона, характеризующиеся различнымизначениями l, называются энергетическими подуровнями электрона в атоме. Имприсвоены следующие обозначения:Орбитальное квантовое число: 0 1 2 3Энергетический подуровень: s p d fКроме размера и формы квантованной величиной является и ориентация электронногооблака. Она определяется значением третьего - магнитного квантового числа т, котороеможет принимать значения от — / до + /, так что некоторому значению l соответствуют2l+1 возможных конфигураций облака в пространстве.Состояние электрона в атоме, характеризуемое квантовыми числами, которыеопределяют размер (n), форму (l) и ориентацию электронного облака (m), принятоназывать атомной электронной орбиталью.
Наконец, ещё одна квантованная величина —спин — определяет состояние электрона. Спин, как уже указывалось, может приниматьзначения s = ±1/2, так что всего имеется четыре числа: п,1,т и s.Для квантовой характеристики атома большое значение имеет так называемое правилозапрета (принцип Паули): в атоме не может быть двух электронов с четырьмяодинаковыми квантовыми числами. Это означает, в частности, что если у двух электроноводинаковы п, I и т, то нет третьего электрона с таким же набором и, во-вторых, эти дваимеют разные значения спина. Наибольшее число электронов на энергетическом уровне,характеризуемом главным квантовым числом п, равноZ = ∑ 2(2l + 1) = 2n2, где l изменяется от 0 до (n-1).В таблице 5.1 указаны возможные значения орбитального (l) и магнитного (m)квантовых чисел, а так же наибольшее возможное число электронов (z) на n-м уровне.Числа 2, 8, 18 и 32 совпадают с количествами элементов в периодах периодическойсистемы элементов (2, 8, 18 и 32).
Номер периода совпадает с номером главногоквантового числа элементов этого периода. Каждый период — это последовательностьэлементов, начинающаяся с ns1 -элемента.Первый электронный уровень последовательно заполняется в атомах водорода и гелия:1s', 1s2 ; во всех остальных элементах на этом уровне находятся по два электрона. Второйуровень имеется уже у лития (1s 2 2s 1 ) и у следующих за ним элементов, достраиваясь унеона до максимального числа электронов на двух уровнях: 2s22p6 (показатели степенипри s, p, d и f указывают число электронов данного подуровня).п/12340010120123тz00-1,0,+10-1,0,+1-2,-1,0,+1,+20-1,0,+1-2,-1,0, +1, +2-3,-2, -1, 0, +1, +2, +3281832Таблица 5.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
