Периодическая система элементов

Периодическая система элементов

В основе конструкции периодической системы элементов лежит электронная структура атомов.

На рисунке представлена схема конструкции периодической системы на основе структуры электронных оболочек атомов.

Период ® (2) Число элементов

(8)

(8)

(18)

(18)

«Вклинивание»

3d- и 4d-

подуровней

(32)

(32)

«Вклинивание»

4f- и 5f-

подуровней

Схема конструкции Периодической системы

Структура периодической системы

Периодическая система химических элементов (короткопериодный вариант)

http://*****/chemi. html

Координатами каждого элемента периодической системы являются номера периода и группы.

Период – горизонтальная последовательность элементов, которая начинается щелочным металлом (I период – водородом) и заканчивается благородным газом с максимальным значением главного квантового числа n, равным номеру периода.

Всего периодов – 7.

Группа – вертикальная совокупность элементов, обладающих однотипной электронной конфигурацией и определенным химическим свойством.

В короткопериодном варианте периодической системы групп – 8, каждая делится на главную (А) и побочную (В) подгруппы.

Семейства элементов: s- и p-элементы

В зависимости от того, какой подуровень заполняется последним электроном, все элементы периодической системы делятся на 4 семейства: s-, p-, d- и f-.

· последним заполняется s-подуровень,

· на внешнем электронном уровне находятся 1 или 2 s-электрона с предшествующей

конфигурацией благородного газа.

· располагаются в IA и IIA подгруппах ПС: щелочные и щелочноземельные металлы.

Например, электронные формулы атомов натрия и кальция таковы:

11Na 1s22s22p63s1 20Ca 1s22s22p63s23p64s2

· последним заполняется p-подуровень,

· на внешнем электронном уровне находятся 2 s-электрона и от 1 до 6 p-электронов,

· располагаются в IIIA -VIIIA подгруппах ПС: все неметаллы (О, Si, Cl и др.), некоторые металлы (Sn, Al) и благородные газы (Kr, Ar и др).

Например, электронные формулы атомов кислорода и алюминия таковы:

8O 1s22s22p4 13Al 1s22s22p63s23p1

Семейства элементов: d- и f-элементы

· последним заполняется предвнешний d-подуровень,

· на предвнешнем электронном уровне находятся от 1 до 10 d-электронов, на внешнем электронном уровне – 2 (реже - 1) s-электрона,

· располагаются в IВ - VIIIВ подгруппах ПС: металлы, переходные элементы (Fe, Cu, Pt и др).

Например, электронные формулы атомов железа и технеция таковы:

26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 43Tc 1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s2

· последним заполняется f-подуровень третьего снаружи электронного уровня,

· на глубинном подуровне находятся от 1 до 14 f - электронов, на внешнем электронном уровне – 2 s-электрона,

· располагаются в IIIВ подгруппе, всего 28 элементов: 14 лантаноидов и 14 актиноидов.

Например, электронная формула атома церия такова:

58Ce 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f15s25p65d16s2

или в кратком виде: 58Ce [Xe] 4f15d16s2

Подгруппы

Главные подгруппы (А) периодической системы включают все s- и p-элементы. Суммарное число внешних s- и p-электронов в атоме определяет номер группы периодической системы, в которой находится элемент.

Например, электронная формула атома брома: 35Br [Ar]3d104s24p5. Это p-элемент (последним заполняется p-подуровень). Суммарное число внешних s- и p-электронов равно 7, следовательно, элемент располагается в VIIA подгруппе четвертого периода периодической системы.

Побочные подгруппы (В) периодической системы включают все d- и f-элементы. Номер группы, в которой находится элемент, в этом случае определяется суммой внешних s- и предвнешних d-электронов. Кроме того, если эта сумма равна 8, 9 или 10, то элементы располагаются в VIIIB подгруппе, а если эта сумма равна 11 или 12, то элементы располагаются в IB или IIB подгруппах соответственно.

Например, электронная формула атома скандия: 21Sc [Ar]3d14s2. Это d-элемент (последним заполняется d-подуровень). Сумма внешних s- и предвнешних d-электронов равна 3, следовательно, элемент располагается в IIIB подгруппе четвертого периода периодической системы.

Электронная формула атома никеля: 28Ni [Ar]3d84s2. Это также d-элемент, который располагается в VIIIB подгруппе четвертого периода периодической системы, так как сумма внешних s- и предвнешних d-электронов равна 10.

Проскок (провал) электронов

У девяти d-элементов (24Cr, 29Cu, 41Nb, 42Mo, 44Ru, 45Rh, 47Ag, 78Pt, 79Au) во внешнем уровне, т. е. на ns-подуровне содержится по одному электрону, а у палладия на внешнем уровне вообще отсутствуют электроны. Объясняется это тем, что у атомов этих элементов один электрон (а у Pd два) «проскакивает» с внешнего s-подуровня на предвнешний d-подуровень. Этот «проскок», или «провал», электронов сопровождается экзотермическим эффектом и приводит к образованию более устойчивой электронной конфигурации.

Наиболее устойчивые электронные состояния d-электронов - это состояния d0, d5, d10 (подуровень придает атому дополнительную устойчивость, если он заполнен наполовину, заполнен полностью или пуст).

Так, вместо ожидаемой для атома хрома 24Cr конфигурации 1s22s22p63s23p63d44s2 за счет проскока электрона с 4s-подуровня на 3d- подуровень реализуется следующая конфигурация:

24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1

Для атома меди вместо ожидаемой конфигурации 29Cu [Ar]3d94s2 за счет проскока электрона реализуется конфигурация:

29Cu [Ar]3d104s1