скачать книгу бесплатно
3s
;
Al 1s
2s
2p
3s
3p
;
P 1s
2s
2p
3s
3p
;
Cl 1s
2s
2p
3s
3p
;
K 1s
2s
2p
3s
3p
4s
.
Орбиталь с минимальной энергией – это s-орбиталь. У атома водорода она занята его единственным электроном.
На одной орбитали могут находиться два электрона, поэтому оба электрона атома гелия размещаются на 1s-орбитали. Электронная оболочка завершена и очень устойчива – это благородный газ.
У элементов второго периода заполняется L-уровень (n = 2), причем сначала орбиталь s-подуровня, а затем три орбитали р-подуровня. Третий электрон в атоме
Li занимает 2s-орбиталь. Электрон 2s
намного слабее связан с ядром атома, чем 1s-электроны, поэтому атом лития может его свободно терять, образуя ион лития Li
.
Далее у атомов C, N, F идет заполнение 2р-орбиталей, которое заканчивается у атома Ne.
Начиная с элементов третьего периода у атомов идет заполнение третьего M-уровня (n = 3), состоящего из 3s-, 3p-, 3d-подуровней.
Порядок заполнения электронами энергетических уровней и подуровней теоретически обосновывает периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.
Теоретическое обоснование периодического закона
Современная формулировка периодического закона следующая:
свойства атомов химических элементов, а также состав и свойства образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.
Сущность закона в свете современных представлений о строении атома
Период представляет собой последовательный ряд элементов, заряд ядер которых возрастает каждый раз на единицу. Очередной период начинается щелочным элементом (s-элементом) и заканчивается инертным (благородным) газом (р-элементом) с завершенной конфигурацией р-уровня.
В периодах с увеличением заряда ядра металлические свойства убывают и нарастают неметаллические свойства.
Первый период содержит два элемента: водород и гелий, у них заполняется первый электронный слой:
Н 1s
,
Не 1s
.
Во 2 периоде 8 элементов, и заполняется второй электронный слой:
С 1s
2
2p
;
O 1s
2s
2p
;
Ne 1s
2s
2p
;
F 1s
2s
2p
.
Третий период начинается с натрия (Na), электроны заполняют третий энергетический уровень:
Na1s
2s
2p
3s
. Завершается его заполнение у инертного газа аргона:
Ar 1s
2s
2p
3s
3p
.
Четвертый период начинается калием (
К 1s
2s
2p
3s
3p
4s
), его 19-й электрон занял 4s-подуровень, энергия которого ниже энергии 4d-подуровня.
В конце периода находится элемент, у которого внешний электронный слой атома заполнен. Его конфигурация включает восемь электронов.
Таким образом, с увеличением заряда ядра наблюдается периодическая повторяемость электронных конфигураций внешнего слоя атомов s- и р-элементов.
Малые периоды отличаются от больших прежде всего числом элементов, а значит и их строением. Разное число элементов в периодах объясняется закономерностью заполнения электронных оболочек атомов.
Первые три периода малые (1–2 электрона, 2 и 3–8 электронов).
В 4-ом периоде 18 элементов, два первых – это s-элементы (К, Са), в атомах которых заполняется внешний электронный слой (4 s-орбиталь). Последние 6 элементов – это р-элементы. В их атомах заполняется внешний слой (4р-орбиталь). Между s- и р-элементами расположены 10 d-элементов. В их атомах заполняются d-орбитали предвнешнего электронного слоя.
Подобная же картина наблюдается в 5-ом периоде, состоящем из 18 элементов. В нем также 2 s-элемента, 10 d-элементов и 6 р-элементов.
Шестой период состоит из 32 элементов. Это 2 s-элемента, 10 d-элементов, 6 р-элементов и 14 f-элементов, которые вынесены за пределы таблицы.
Седьмой период незавершенный. Заполнение электронами электронных уровней аналогично 6-ому периоду. После заполнения 7s-подуровня у франция (Z=87) и радия (Z=88) электрон актиния поступает на 6d-подуровень, после которого начинается заполнение 5f-подуровня 14 электронами. Это происходит у атомов элементов актиноидов с Z=90…103. После 103-го элемента идет заполнение 6d-подуровня: у резерфордия (Z=104), дубния (Z=105), сиборгия (Z=106), бория (Z=107) и т.д. Актиноиды, как и лантоноиды, обладают многими сходными химическими свойствами.
От всех других групп отличается VIII группа. Помимо главной подгруппы имеется побочная подгруппа, состоящая и из 9 элементов: семейство железа (Fe, Co, Ni) и семейство платины (Ru, Rh, Pb, Os, Ir, Pt).
В главную подгруппу входят s- и р-элементы, а в побочную d-элементы.
Таким образом, структура периодической системы связана с электронной структурой элементов. В периодической системе все химические элементы располагаются в порядке возрастания атомных номеров элементов. Величина атомного номера соответствует положительному заряду ядра атома соответствующего элемента. В периодической системе 7 периодов и 18 групп (8 групп А и 10 групп В). С увеличением зарядов ядер происходит постепенное заполнение электронных структур атомов в соответствии с принципами заполнения. Следовательно, структура периодической системы связана с электронной структурой элементов.
В зависимости от того, какой энергетический подуровень заполняется электронами последним, различают четыре типа элементов:
1) s-элементы (завершается s-подуровень),
2) р-элементы (заполняется р-подуровень),
3) d-элементы (заполняется d-подуровень предвнешнего энергетического уровня) и
4) f-элементы (заполняется предпредвнешний энергетический уровень, f-подуровень).
