Структура сучасної системи елементів - Хімія
3.3. Структура сучасної періодичної системи елементів.
Д.І. Менделєєв постійно вдосконалював структуру періодичної системи елементів. У 1871 р. він представив другий варіант системи – так звану коротку форму таблиці. У цьому варіанті вже чітко було виявлено різні ступені спорідненості між елементами. Елементи розділені на вісім груп, номер групи дорівнює найвищій валентності, яку може мати елемент.
Сучасна періодична система елементів загалом нагадує останні варіанти менделєєвської таблиці.
Нині найбільшого поширення мають дві форми періодичної системи елементів: короткоперіодна (табл. 3.1.) і длиннопериодная (табл. 3.2.) 105 елементів, відомих нині, перебувають у таблиці порядку збільшення заряду ядер атомів. Заряд ядра визначає порядковий номер елемента у періодичній системі. Ключем до розгадки періодичності властивостей елементів є будова електронних оболонок атомів.
Сучасна періодична система складається з 7 періодів та 8 груп. Періодом називають послідовний ряд елементів, у межах якого відбувається поступовий перехід від яскраво виражених металевих до яскраво виражених неметалевих властивостей.
Наприклад, другий період починається типовим лужним металом (літієм) і закінчується двома елементами (фтором та неоном) яскравими неметалами. Номер періоду вказує на кількість квантових електронних рівнів в атомі і дорівнює значенням головного квантового числа (n). Період починається s-елементами та закінчується p-елементами. sелементами називають такі елементи, в атомах яких останні електрони заповнюють s-підрівень зовнішнього квантового рівня. p-елементами – такі елементи в атомахяких в останню чергу електрони заповнюють p-підрівень зовнішнього рівня. Максимально в кожному періоді може бути лише два s-елементи (наприклад, Li та Be у другому періоді) і не більше шести p-елементів (наприклад, B, C, N, O, F, Ne у другому періоді).
Перші чотири періоди є малими періодами. Причому перший період містить лише два елементи (H, He). Структура електронної оболонки, що визначається квантовими числами, дозволяє атому мати на першому квантовому рівні лише один підрівень (s-підрівень) з однією s-орбіталлю, а отже на одній s-орбіталі може бути тільки два електрони з різними спинами.
Другий, третій та четвертий періоди містять по 8 елементів (s-елементів два та p-елементів шість). Четвертий і наступні періоди – великі. У короткоперіодній системі великі періоди складені у два ряди, але в довгоперіодній таблиці великі періоди становлять один ряд. У великих періодах між s-елементами та p-елементами вклинюються d-елементи. Максимальна кількість d-елементів у великих періодах – десять. d-елементами називають такі елементи, в атомах яких останні електрони заповнюють d-підрівень передостаннього рівня. Наприклад, у четвертому періоді за двома s-елементами (K, Ca) слідує 10 d-елементів (від Sc до Zn). У d-елементів 4-го періоду останні електрони заповнюють d-підрівень третього квантового рівня, тобто. 3d-підрівень.
Шостий та сьомий періоди стають ще довшими. У цих періодах виникають f-елементи. f-елементами називають такі елементи, в атомах яких останні електрони заповнюють f-підрівень третього від рівня, тобто. передпередостаннього рівня. Наприклад, f-елементи шостого періоду заповнюють останніми електронами 4f-підрівень. Максимальна кількість f-елементів у періоді – чотирнадцять. f-елементи йдутьза першим d-елементів, розбиваючи у своїй d-подуровень на частини. Так, у шостому періоді після двох s-елементів (Cs і Ba) йде один d-елемент за №57 (La). Потім слідує чотирнадцять f-елементів (Cs-Lu) і тільки після них, з №72 гафнія триває d-підрівень (Hf-Hg) і закінчується шостий період шістьма p-елементами (Tl-Rn). Аналогічна картина має місце у сьомому періоді. У короткоперіодної формі періодичної системи f-елементи винесені в окрему строчку і розташовуються під таблицею. (Ряд лантаноїдів і ряд актиноїдів).
Якщо уважно розглянути довгооперіодну форму періодичної системи, то можна помітити, що зі збільшенням номера періоду число неметалів у періоді зменшується. Майже неметали утворюють компактний «трикутник».
II –– –– B C N O F Ne
III –– –– –– Si P S Cl Ar
IV –– –– –– –– As Se Br Kr
У цьому «трикутнику» два неметали (H і He) є s-елементами, решта неметалів відносяться до p-елементів. Діагональ, виділена рамочкою, містить елементи, що розділяють неметалів від металів. Деякі вчені виділені рамочкою елементи, тобто. елементи, що лежать на діагональній межі трикутника (B, Si, As, Te, At), іноді називають напівметалами або напівнеметалами через їх двоїсті властивості.
Групою називають вертикальний ряд, стовпець, елементів котрим існує ідентичність властивостей, тобто. група – це сукупність елементів подібних за своїми хімічними властивостями. Група поділяється на підгрупи. Розглянемо два типи поділу групи на підгрупи. Кожен поділ ґрунтується на своїх принципах. Перша форма поділу групи на підгрупи відома ще із середньої школи: кожна група ділиться на головну та побічну підгрупи. У головну підгрупу кожної групи входять елементи великих та малихперіодів, а побічну – лише елементи великих періодів (d-елементи). Так, у другій групі до головної підгрупи відносяться шість елементів (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), а до побічної підгрупи всього три елементи (Zn, Cd, Hg). За другим типом поділу кожна група поділяється на три підгрупи: підгрупу типових елементів та дві підгрупи повних електронних аналогів.
У підгрупу типових елементів входять елементи малих періодів, елементів, котрим найбільш яскраво виражені властивості, зумовлені номером групи.
Повними електронними аналогами називають елементи, в атомах яких міститься однакова кількість електронів на зовнішньому та передостанньому квантових рівнях. Так друга група ділиться на такі три підгрупи:
Підгрупа типових елементів Be, Mg.
Підгрупа повних електронних аналогів кальцію (підгрупа кальцію) Ca, Sr, Ba, Ra.
Підгрупа повних електричних аналогів цинку (підгрупа цинку) - Zn, Cd, Hg.
Окремо стоїть восьма група. Вона включає п'ять підгруп:
Підгрупу типових елементів – He, Ne.
Підгрупа повних електронних аналогів криптону (підгрупа криптону) – Kr, Xe, Rn.
Підгрупу заліза – Fe, Ru, Os.
Підгрупу кобальту - Ko, Rh, Ir.
Підгрупу нікелю - Ni, Pd, Pt.
У длиннопериодной таблиці елементи головних підгруп кожної групи називають просто – елементи IA групи; елементи ІІА – групи тощо. Елементи побічних підгруп називають елементами груп Б - елементи IB - групи, елементи IIB - групи. Наприклад: у IIA групу входять елементи Be, Mg, Ca, Sr, Ba та Ro. A IIB група містить елементи Zn, Cd, Hg.