2.8. Електронні сімейства елементів
Залежно від того, який рівень останнім заповнюється електронами, всі елементи діляться на чотири типи – електронні сімейства:
s– елементи; заповнюється електронами s – підрівень зовнішнього рівня. До них відносяться перші два елементи кожного періоду.Валентними 1 єs-електрони зовнішнього рівня.
p– елементи; заповнюється електронами р – підрівень зовнішнього рівня. Це останні шість елементів кожного періоду (крім І та VII).Валентними єs- таp- електрони зовнішнього рівня.
d– елементи; До них відносяться елементи вставних декад великих періодів, розташованих між s – та p – елементами (їх також називають перехідними елементами).Валентними єs– електрони зовнішнього рівня таd– електрони переднього рівня(другого зовні).
f– елементи;заповнюється електронами f – підрівень третього зовні рівня, але в зовнішньому рівні залишається два электрона. Вони розташовані в 6 – м (4f – елементи) та 7 – м (5f – елементи) періодах періодичної системи. 4f – елементи об'єднують у сімейство лантаноїдів, а 5f – елементи – сімейство актиноїдів.
У періодичній системі s – елементів 14, p – елементів 30, d – елементів 38, f – елементів 28.
2.9. Поняття про електронні аналоги
Атоми елементів з однаковим заповненням зовнішнього енергетичного рівня звуться електронних аналогів.Наприклад:
;
.
Елементи з однаковою будовою зовнішнього та передзовнішнього енергетичних рівнів називають повними електронними аналогами.Наприклад:
;
.
2.10. Періодичний закон та періодична система елементів Д.І. Менделєєва
Найважливішою подією хімії у 19 столітті було відкриття періодичного закону, зроблене у 1869 р. геніальним українським вченим Д. І. Менделєєвим.Періодичний закон у формулюванні Д. І. Менделєєва говорить: " властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл, стоять у періодичній залежності від їх атомної ваги ".
Графічним виразом цього закону стала створена ним періодична система елементів.
Нині відомо кілька сотень варіантів періодичної системи елементів, але вони у своїй основі містять запропоновані Менделєєвим принципи її побудови. Найбільшого поширення набули коротка (восьмиклітинна) та довга (тридцятидвоклітинна) форми періодичної системи елементів.
Розвиток вчення про будову атома розкрив глибокий фізичний зміст періодичного закону. Як було доведено, властивості елементів залежать передусім від заряду атомних ядер, який у свою чергу визначає розподіл електронів на електронних оболонках атомів. Основною характеристикою атома є позитивний заряд ядра, що чисельно дорівнює порядковому номеру елемента. У нейтральному атомі заряд ядра та загальна кількість електронів рівні. Розподілом електронів на електронних оболонках атомів визначаються властивості елементів та їх сполук, положення елемента у періодичній системі. Періодичність зміни властивостей хімічних елементів та їх сполук залежить від подібної структури електронних оболонок атомів, що періодично повторюється.
У 1913 р. учень Резерфорда англійський вчений Мозлі, досліджуючи спектри променів Рентгена для різних елементів, встановив просте співвідношення між довжиною хвилі рентгенівських променів та порядковимномером елемента (закон Мозлі):
Корінь квадратний з величини, зворотної довжині хвилі рентгенівських променів, що випускаються атомами різних елементів, знаходиться в лінійній залежності від порядкового номера елемента, тобто.
де – довжина хвилі; Z – порядковий номер елемента; – постійна, однакова всім елементів.
З рівняння випливає, що, знаючи та вимірявши , можна обчислити порядковий номер елемента. Це експериментальний метод перевірки правильності розподілу елементів у періодичній системі зростання заряду ядра. Закон Мозлі показав, що Д.І. Менделєєв правильно розташував елементи у періодичної системі, дозволив встановити загальну кількість елементів у кожному періоді, а головне, направив зусилля вчених на відкриття передбачених ним елементів. Незабаром кілька елементів було відкрито з допомогою аналізу рентгенівських спектрів (гафній, Z=72; реній, Z=75 та інших.).
Водночас із закону Мозлі випливає, що порядковий номер – це не проста нумерація елементів, а вираз конкретної внутрішньої властивості атома – величини елементарних позитивних зарядів ядра. Саме позитивний заряд ядра (а чи не атомна маса) є головною характеристикою атома.
У світлі сучасних уявлень про будову атома змінилася і формулювання періодичного закону: властивості хімічних елементів, а також форми та властивості їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини заряду атомних ядер.