Периодический закон

Периодический закон 

Выполнил: Пинигин И.С. ст.гр. ПиПСМИК-11               

Проверил: Наталия Иннокентиевна

Периодический закон 

   Д. И. Менделеева — фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д. И. Менделеевым в марте 1869 года при сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс. Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Триады  Дёберейнера и первые системы элементов 

•     В 1829 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер предпринял первую значимую попытку систематизации элементов[2]. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами:

 

Li Ca P S Cl

Na Sr As Se Br

K Ba Sb Te I

Спираль де Шанкуртуа 

•     Александр де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания (т. н. земная спираль). При развертывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий, бериллий, магний, кальций; кислород, сера, селен, теллур и т. д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы — ничего общего с ними не имеющий титан.

Октавы  Ньюлендса 

• Вскоре  после спирали де Шанкуртуа английский учёный Джон Ньюлендс сделал попытку сопоставить химические свойства элементов с их атомными массами. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом. Найденную закономерность Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что (при небольшом изменении порядка некоторых элементов) сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии.

 

Таблицы Одлинга и Мейера 

•     В 1864 году Уильям Одлинг опубликовал таблицу, в которой элементы были размещены согласно их атомным весам и сходству химических свойств, не сопроводив её, однако, какими-либо комментариями.

         

           В том же 1864 году появилась первая таблица немецкого химика Лотара Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям[5]. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

•   В 1870 году вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин «периодичность», уже предложенный к тому времени Менделеевым.

Открытие  Периодического закона 

•    В марте 1869 года русский химик Дмитрий Иванович Менделеев представил Русскому химическому обществу сообщение об открытии им Периодического закона химических элементов[6]. В том же году вышло первое издание менделеевского учебника «Основы химии», в котором была приведена его периодическая таблица. В конце 1870 года он доложил РХО статью «Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов», в которой предсказал свойства нескольких не открытых ещё элементов. Для предсказания свойств простых веществ и соединений Менделеев исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних элементов в группе периодической таблицы (то есть сверху и снизу) и одновременно двух соседних элементов в периоде (слева и справа).

 

    Д. И. Менделеев на протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (Поль Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Ларс Нильсон, 1879) и германий (Клеменс Винклер, 1886) — соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

Периодические свойства химических элементов 

• В принципе, свойства химического элемента объединяют все без исключения его характеристики в состоянии свободных атомов или ионов, гидратированных или сольватированных, в состоянии простого вещества, а также формы и свойства образуемых им многочисленных соединений. Но обычно под свойствами химического элемента подразумевают, во-первых, свойства его свободных атомов и, во-вторых, свойства простого вещества. Большинство этих свойств проявляет явную периодическую зависимость от атомных номеров химических элементов[8]. Среди этих свойств наиболее важными, имеющими особое значение при объяснении или предсказании химического поведения элементов и образуемых ими соединений явэнергия ионизации атомов;
•      энергия сродства атомов к электрону;
•      электроотрицательность;
•      атомные (и ионные) радиусы;
•      энергия атомизации простых веществ
•      степени окисления;
•      окислительные потенциалы простых веществ.ляются:

Проявления  периодического закона в отношении энергии  ионизации

Проявления  периодического закона в отношении энергии  сродства к электрону

Проявления  периодического закона в отношении электроотрицательности

Проявления  периодического закона в отношении атомных  и ионных радиусов

Проявления  периодического закона в отношении энергии  атомизации 

•   Энергия атомизации простых веществ является характеристикой, которая во многом определяет их реакционную способность[13]. Зависимость энергии атомизации простых веществ от порядкового номера элемента имеет периодический характер. Основные моменты такой периодической зависимости состоят в следующем: энергия атомизации растет при переходе от щелочного металла (для них эти значения сравнительно невелики и близки 84 кДж/моль) к следующим за ним элементам, достигает максимума, затем убывает, становясь очень небольшой для галогена (63—126 кДж/моль) и, наконец, превращается в нуль в случае примыкающего к галогену благородного газа, который, как известно, при стандартных условиях существует в виде практически не взаимодействующих атомов. Положение максимума энергии атомизации в ряду элементов от щелочного металла до соответствующего (ближайшего) благородного газа зависит от многих факторов, выходящих за рамки настоящего изложения. Так, в ряду Li—Ne наибольшей энергией атомизации характеризуется углерод (718,2 кДж/моль), а в рядах K—Kr и Cs—Rn наибольшими энергиями атомизации обладают переходные металлы: ванадий (516,6 кДж/моль) и вольфрам (844,2 кДж/моль). Неравномерное изменение энергии атомизации в пределах одного ряда элементов от щелочного металла до благородного газа оказывается довольно сложным, особенно если этот ряд включает семейство переходных металлов.

Na/Na+(aq)  
 
 
 
 
 
Na/Na+(aq)  
 
 
 
 
 
Внутренняя и вторичная периодичность  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

• s- и р-элементы

d-Элементы

Периодический закон — основа химической систематики 

• В предыдущем разделе были кратко обсуждены свойства и периодичность в изменении  этих свойств элементов как таковых, вне прямой связи с образованием химических соединений. Периодичность  же форм химических соединений и их свойств составляет ту самую основу, на которой единственно возможны строгое и полное обобщение и  систематизация необозримой химической информации. Разберем это на примере  водородных и кислородных соединений, являющихся в большинстве случаев  наиболее яркими представителями, определяющими  специфику химического поведения  элементов.

Математическое  выражение Периодического закона 

     Полноценное объяснение и понимание периодического изменения свойств элементов стало возможным только с развитием квантовой теории в начале XX века, которая рассматривает атомы как системы взаимодействующих элементарных частиц в рамках квантовой химии. Это позволяет получить полную картину и объяснить их свойства.[19] Однако, аналитическое решение уравнения Шредингера возможно только для простейших одноэлектронных атомов, численное решение является чрезвычайно сложной задачей, особенно для тяжёлых атомов, которая требует привлечения особого математического аппарата учитывающего многочисленные физические эффекты, например спин-орбитальное взаимодействие и релятивисткие поправки.

Список  литератур: 

• 1.Ахметов Н. С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. — М.: Просвещение, 1991. — 224 с — ISBN 5-09-002630-0
• 2.Корольков Д. В. Основы неорганической химии. — М.: Просвещение, 1982. — 271 с.
• 3.Менделеев Д. И. Основы химии, т. 2. М.: Госхимиздат, 1947. 389 c.
• 4.Менделеев Д.И. Периодическая законность химических элементов // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907.
• 5.Имянитов Н. С. / Новая основа для описания периодичности. // Журн. общей химии.— 2010. — Т. 80. — Вып. 1. — С. 69 — 72. — — Imyanitov N.S. / New Basis for Describing Periodicity // Russ. J. General Chem. — 2010. — Vol. 80. — Iss.1.