Періодичний закон і періодична cистема елементів Д.Менделєєва. Будова атому. Хімічний зв‘язок

Періодичний закон і система елементів зробили великий вплив на розвиток хімії. Наприклад, видатні вчені В.Вернадський і О.Ферсман показали тісний зв‘язок між геохімічними властивостями елементів – їх поширеністю у земній корі, міграцією та інше – і періодичним законом. Велике значення має він для розвитку ядерної хімії та синтезу нових позауранових елементів, сучасної теорії сплавів, теорії каталізу. Велике філософське значення закону у пізнанні всесвіту.

Основи сучасної теорії будови атома

Всі елементи побудовані з атомів, які складаються з позитивно зарядженого ядра і електронів і відрізняються атомною масою. Маса атома складається з маси протонів +1 р і нейтронів 01n. Число протонів дорівнює порядковому номеру елемента в таблиці і числу електронів навколо ядра. Число нейтронів можна визначити, якщо від атомної маси відняти число протонів.При хімічних реакціях cклад ядра атомів залишається сталим, змінюються тільки електронні оболонки. Тому для розуміння хімічної поведінки елементів треба знати будову електронних шарів їх атомів. Електронні шари на різних відстанях від ядра розрізняються енергією, утворюють енергетичний рівень. Число енергетичних рівнів в атомі дорівнює номеру періода, в якому знаходиться елемент, тобто всього відомо 7 енергетичних рівнів. Наприклад, елементи І-ого періоду мають один енергетичний рівень, другого – два, третього – три і т.д. до семи. Максимальне число електронів, яке може бути у тому чи іншому енергетичному рівні, дорівнює 2, 8, 18, 32, - і визначається за формулою Ne = 2 n2 , де n – головне квантове число або номер періоду.

Енергетичні рівні діляться на підрівні. Всього відомо 4 енергетичних підрівня, які позначаються літерами s, p, d, f. Емність підрівнів: s2, p6, d10, f14. Число електронів на останньому зовнішньому підрівні дорівнює номеру групи в таблиці. Ці електрони називаються зовнішніми або валентними, вони беруть участь в утворенні хімічних зв‘язків з іншими атомами. Наприклад, атом магнію Mg, який знаходиться в 3-ому періоді і ІІ-ій групі, порядковий номер 12, має 12 електронів, які розташовані на трьох енергетичних рівнях по 2, 8, 2 електрона. Зовнішніми є два електрони третього періоду, вони знаходяться на підрівні s.

Взагалі для будь-якого атома в таблиці порядок заповнення енергетичних рівнів і підрівнів має вигляд 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d104p6 5s24d105p6 6s24f145d106p6 7s25f146d10… З цього ряду видно, що елементи побічних підгруп в 4, 5, 6,7 періодах є d10- елементами – металами; лантаноїди і актиноїди – 4 f14 та 5f14 – елементами. Кожний період починається двома s – елементами – активними металами, а закінчується шістьма р-елементами - амфотерними металами і неметалами.

За допомогою електронних формул можна записати електронну структуру будь-якого атома. Наприклад, електронна формула атома сірки, порядковий номер 16, має вигляд 1s22s22p63s23p4. Електронна формула атома заліза, порядковий номер 26, буде 1s22s22p63s23p64s23d6.

Розподіл електронів на підрівнях можна зобразити за допомогою квантових комірок □. Кожна квантова комірка може бути зайнята двома спареними електронами. Тому для s-підрівня буде одна комірка, для р-підрівня три комірки, для d- підрівня п‘ять комірок і для f- сім. Неспарені електрони в комірках і є валентними, вони беруть участь в утворенні зв‘язку. Наприклад, атом літію має 3 електрони: 1s22s1; дві квантові комірки □ □ ; один неспарений електрон на підрівні 2s1 ; має валентність (І).

Сполучення атомів у молекули. Хімічний зв‘язок

Неспарені зовнішні електрони мають найбільшу енергію, є найбільш рухливими і можуть взаємодіяти із зовнішніми електронами інших атомів. Головною умовою такого об‘єднання є зниження енергії в системі та утворення хімічного зв‘язку. При цьому неспарені електрони можуть об‘єднуватись у просторі між ядрами атомів або повністю переходити від одного атома до іншого; утворюється ковалентний або іонний зв’язок. Ковалентний зв’язок поділяється на неполярний і полярний. Неполярний ковалентний зв’язок утворюється між атомами одного і того ж елемента, спільна електронна пара знаходиться в просторі між ядрами на однаковій відстані від них, наприклад, у молекулах H2, O2, N2, Cl2. Ковалентний полярний зв‘язок буде в молекулах, утворених атомами різних неметалів, спільна електронна пара зміщена до більш електронегативного атома, наприклад, у молекулах HCl, HF, H2O, H2S. Значення електронегативності всіх елементів можна знайти в таблицях.

Іонний тип зв’язку може бути в молекулах, які утворені активними лужними та лужноземельними металами та активними неметалами, наприклад, галогенами: KCl, NaF, CaF2, BaCl2 та ін. В таких молекулах об’єднані не атоми, а іони елементів: K+Cl-, Na+F-, Ca2+F2-, Ba2+Cl2- . При розчиненні у воді вони розкладаються на іони, проводять електричний струм. Валентні електрони повністю передаються від атома металу до атома неметалу.