Периодический закон в свете учения о строении атома кратко

Обновлено: 08.07.2024

Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Ещё в конце 19 века Д.И. Менделеев писал, что, по-видимому, атом состоит из других более мелких частиц, и периодический закон это подтверждает.

Современная формулировка периодического закона.

Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов, выражающейся в периодической повторяемости структуры внешней валентной электронной оболочки.

Графическим изображением закона является периодическая система химических элементов.

Основные принципы построения периодической системы.

Признак сравнения	Д.И.Менделеев	Современное состояние
1. Как устанавливается последовательность элементов по номерам? (Что положено в основу п.с?) 2. Принцип объединения элементов в группы. 3. Принцип объединения элементов в периоды.	Элементы расставлены в порядке увеличения их относительных атомных масс. При этом есть исключения. Качественный признак. Сходство свойств простых веществ и однотипных сложных. Совокупность элементов по мере роста относительной атомной массы от одного щелочного металла до другого.	Элементы расставлены по мере роста заряда ядер их атомов. Исключений нет. Количественный признак. Сходство строения внешней оболочки. Периодическая повторяемость структуры внешней оболочки обусловливает сходство химических свойств. Каждый новый период начинается с появления нового электронного слоя с одним электроном. А это всегда щелочной металл.

Периодический закон в свете теории строения атомов.

Понятие	физ. смысл	характеристика понятия
Заряд ядра Периодичность	Равен порядковому номеру элемента	Основная характеристика элемента, определяет химические свойства, так как с ростом заряда ядра увеличивается количество электронов в атоме, в том числе и на внешнем уровне. Следовательно, изменяются свойства С увеличением заряда ядра наблюдается периодическая повторяемость строения внешнего уровня, следовательно, периодически изменяются свойства. (Внешние электроны – валентные)

Периодическая система в свете теории строения атома.

Понятие	Физ. смысл	Характеристика понятия
Порядковый номер Период Группа	Равен числу протонов в ядре. Равен числу электронов в атоме. Номер периода равен числу электронных оболочек Номер группы равен числу электронов на внешнем уровне (для элементов главных подгрупп)	Горизонтальный ряд элементов. 1,2,3 – малые; 4,5,6 – большие; 7 – незавершенный. В 1 периоде всего два элемента и больше быть не может. Это определяется формулой N = 2n 2 Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом. Первые два элемента любого периода s - элементы, последние шесть р – элементы, между ними d - и f – элементы. В периоде слева направо: относит. атомная масса – увеличивается заряд ядра – увеличивается количество энерг. уровней – постоянно кол-во электронов на внеш.уровне - увеличивается радиус атомов – уменьшается электроотрицательность – увеличивается Следовательно, внешние электроны удерживаются сильнее, и металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются В малых периодах этот переход происходит через 8 элементов, в больших – через 18 или 32. В малых периодах валентность увеличивается от 1 до 7 один раз, в больших – два раза. В том месте, где происходит скачок в изменении высшей валентности, период делится на два рядя. От периода к периоду происходит резкий скачок в изменении свойств элементов, так как появляется новый энергетический уровень. Вертикальный ряд элементов. Каждая группа делится на две подгруппы: главную и побочную. Главную подгруппу составляют s – и р – элементы, побочную - d - и f – элементы. Подгруппы объединяют наиболее сходные между собой элементы. В группе, в главной подгруппе сверху вниз: относит. атомная масса – увеличивается число электронов на внеш. уровне – постоянно заряд ядра – увеличивается кол – во энерг. уровней – увеличивается радиус атомов - увеличивается электроотрицательность – уменьшается. Следовательно, внешние электроны удерживаются слабее, и металлические свойства элементов усиливаются, неметаллические - ослабевают. Элементы некоторых подгрупп имеют названия: 1а группа – щелочные металлы 2а – щелочноземельные металлы 6а – халькогены 7а – галогены 8а –инертные газы

Выводы:

1. Чем меньше электронов на внешнем уровне и больше радиус атома, тем меньше электроотрицательность и легче отдавать внешние электроны, следовательно, тем сильнее выражены металлические свойства

В периодической системе металлические свойства усиливаются по направлениям:

2. Чем больше электронов на внешнем уровне и меньше радиус атома, тем больше электроотрицательность и тем легче принимать электроны, следовательно, тем сильнее неметаллические свойства.

В периодической системе неметаллические свойства усиливаются по направлениям: F

3. Для металлов характерна отдача электронов, для неметаллов – прием.

Особое положение водорода в периодической системе.

Водород в периодической системе занимает две клетки (в одной из них заключен в скобки) – в 1 группе и в 7 – ой.

В первой группе водород стоит потому, что у него, как и у элементов первой группы, на внешнем уровне один электрон.

В седьмой группе водород стоит потому, что у него, как и у элементов седьмой группы, до завершения энергетического уровня не хватает одного электрона.

Периодический закон и периодическая система химических элементов в свете теории строения атома.

1 марта 1869г. Формулировка периодического закона Д.И. Менделеева.

Современная формулировка периодического закона.

Графическим изображением закона является периодическая система химических элементов.

Основные принципы построения периодической системы.

Признак сравнения	Д.И.Менделеев	Современное состояние
1. Как устанавливается последовательность элементов по номерам? (Что положено в основу п.с?) 2. Принцип объединения элементов в группы. 3. Принцип объединения элементов в периоды.	Элементы расставлены в порядке увеличения их относительных атомных масс. При этом есть исключения. Качественный признак. Сходство свойств простых веществ и однотипных сложных. Совокупность элементов по мере роста относительной атомной массы от одного щелочного металла до другого.	Элементы расставлены по мере роста заряда ядер их атомов. Исключений нет. Количественный признак. Сходство строения внешней оболочки. Периодическая повторяемость структуры внешней оболочки обусловливает сходство химических свойств. Каждый новый период начинается с появления нового электронного слоя с одним электроном. А это всегда щелочной металл.

Периодический закон в свете теории строения атомов.

Понятие	физ. смысл	характеристика понятия
Заряд ядра Периодичность	Равен порядковому номеру элемента	Основная характеристика элемента, определяет химические свойства, так как с ростом заряда ядра увеличивается количество электронов в атоме, в том числе и на внешнем уровне. Следовательно, изменяются свойства С увеличением заряда ядра наблюдается периодическая повторяемость строения внешнего уровня, следовательно, периодически изменяются свойства. (Внешние электроны – валентные)

Периодическая система в свете теории строения атома.

Понятие	Физ. смысл	Характеристика понятия
Порядковый номер Период Группа	Равен числу протонов в ядре. Равен числу электронов в атоме. Номер периода равен числу электронных оболочек Номер группы равен числу электронов на внешнем уровне (для элементов главных подгрупп)	Горизонтальный ряд элементов. 1,2,3 – малые; 4,5,6 – большие; 7 – незавершенный. В 1 периоде всего два элемента и больше быть не может. Это определяется формулой N = 2n 2 Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом. Первые два элемента любого периода s - элементы, последние шесть р – элементы, между ними d - и f – элементы. В периоде слева направо: относит. атомная масса – увеличивается заряд ядра – увеличивается количество энерг. уровней – постоянно кол-во электронов на внеш.уровне - увеличивается радиус атомов – уменьшается электроотрицательность – увеличивается Следовательно, внешние электроны удерживаются сильнее, и металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются В малых периодах этот переход происходит через 8 элементов, в больших – через 18 или 32. В малых периодах валентность увеличивается от 1 до 7 один раз, в больших – два раза. В том месте, где происходит скачок в изменении высшей валентности, период делится на два рядя. От периода к периоду происходит резкий скачок в изменении свойств элементов, так как появляется новый энергетический уровень. Вертикальный ряд элементов. Каждая группа делится на две подгруппы: главную и побочную. Главную подгруппу составляют s – и р – элементы, побочную - d - и f – элементы. Подгруппы объединяют наиболее сходные между собой элементы. В группе, в главной подгруппе сверху вниз: относит. атомная масса – увеличивается число электронов на внеш. уровне – постоянно заряд ядра – увеличивается кол – во энерг. уровней – увеличивается радиус атомов - увеличивается электроотрицательность – уменьшается. Следовательно, внешние электроны удерживаются слабее, и металлические свойства элементов усиливаются, неметаллические - ослабевают. Элементы некоторых подгрупп имеют названия: 1а группа – щелочные металлы 2а – щелочноземельные металлы 6а – халькогены 7а – галогены 8а –инертные газы

Выводы:

В периодической системе металлические свойства усиливаются по направлениям:

В периодической системе неметаллические свойства усиливаются по направлениям: F

3. Для металлов характерна отдача электронов, для неметаллов – прием.

Особое положение водорода в периодической системе.

Водород в периодической системе занимает две клетки (в одной из них заключен в скобки) – в 1 группе и в 7 – ой.

На данном уроке рассматривается Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева в свете теории строения атома. Объясняются следующие понятия: современная формулировка периодического закона, физический смысл номеров периода и группы, причины периодичности изменения характеристик и свойств атомов элементов и их соединений на примерах малых и больших периодов, главных подгрупп, физический смысл периодического закона, общая характеристика элемента и свойств его соединений на основе положения элемента в Периодической системе.

Периодический закон — это фундаментальный закон, который был сформулирован Д.И. Менделеевым в 1869 году.

Более поздние исследования показали, что свойства атомов и их соединений зависят в первую очередь от электронного строения атома. А электронное строение определяется свойствами атомного ядра. В частности, зарядом ядра атома .

Поэтому современная формулировка периодического закона звучит так:

« Свойства элементов, форма и свойства образованных ими соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов «.

Следствие периодического закона – изменение свойств элементов в определенных совокупностях, а также повторение свойств по периодам, т.е. через определенное число элементов. Такие совокупности Менделеев назвал периодами.

Периоды – это горизонтальные ряды элементов с одинаковым количеством заполняемых электронных уровней. Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента. Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом ( s -элементом), а заканчиваются благородным газом.

Группы – вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних ns— и np— подуровнях.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева состоит из семи периодов, которые представляют собой горизонтальные последовательности элементов, расположенные по возрастанию заряда их атомного ядра.

Каждый период (за исключением первого) начинается атомами щелочных металлов (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) и заканчивается благородными газами (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), которым предшествуют типичные неметаллы.

В периодах слева направо возрастает число электронов на внешнем уровне.

В периодах слева направо постепенно ослабевают металлические и усиливаются неметаллические свойства.

1) Li 2) Ca 3) Cs 4) N 5) S

Ответ: 451

1) Be 2) Ba 3) Mg 4) N 5) F

Ответ: 541

В первом периоде имеются два элемента – водород и гелий. При этом водород условно размещают в IA или VIIA подгруппе, так как он проявляет сходство и со щелочными металлами, и с галогенами. Как и щелочные металлы, водород является восстановителем. Отдавая один электрон, водород образует однозарядный катион H + . Как и галогены, водород – неметалл, образует двухатомную молекулу H₂ и может проявлять окислительные свойства при взаимодействии с активными металлами:

2Na + H₂ → 2NaH

В четвертом периоде вслед за Са расположены 10 переходных элементов (от скандия Sc до цинка Zn), за которыми находятся остальные 6 основных элементов периода ( от галлия Ga до криптона Кr). Аналогично построен пятый период. Переходными элементами обычно называют любые элементы с валентными d– или f–электронами.

Шестой и седьмой периоды имеют двойные вставки элементов. За элементом Ва расположены десять d–элементов (от лантана La — до ртути Hg), а после первого переходного элемента лантана La следуют 14 f–элементов — лантаноидов (Се — Lu). После ртути Hg располагаются остальные 6 основных р-элементов шестого периода (Тl — Rn).

В седьмом (незавершенном) периоде за Ас следуют 14 f–элементов- актиноидов (Th — Lr). В последнее время La и Ас стали причислять соответственно к лантаноидам и актиноидам. Лантаноиды и актиноиды помещены отдельно внизу таблицы.

В Периодической системе каждый элемент расположен в строго определенном месте, которое соответствует его порядковому номеру .

Элементы в Периодической системе разделены на восемь групп (I – VIII), которые в свою очередь делятся на подгруппы — главные , или подгруппы А и побочные , или подгруппы Б. Подгруппа VIIIБ-особая, она содержит триады элементов, составляющих семейства железа (Fе, Со, Ni) и платиновых металлов (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Внутри каждой подгруппы элементы проявляют похожие свойства и схожи по химическому строению. А именно:

В главных подгруппах сверху вниз усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические.

В зависимости от того, какая энергетическая орбиталь заполняется в атоме последней, химические элементы можно разделить на s-элементы, р-элементы, d- и f-элементы.

У атомов s-элементов заполняются s-орбитали на внешних энергетических уровнях. К s-элементам относятся водород и гелий, а также все элементы I и II групп главных подгрупп (литий, бериллий, натрий и др.). У p-элементов электронами заполняются p-орбитали. К ним относятся элементы III-VIII групп, главных подгрупп. У d-элементов заполняются, соответственно, d-орбитали. К ним относятся элементы побочных подгрупп.

Номер периода соответствует числу заполняемых энергетических уровней.

Номер группы, как правило, соответствует числу валентных электронов в атоме (т.е. электроном, способных к образованию химической связи).

Номер группы, как правило, соответствует высшей положительной степени окисления атома. Но есть исключения!

О каких же еще свойствах говорится в Периодическом законе?

Периодически зависят от заряда ядра такие характеристики атомов, как орбитальный радиус, энергия сродства к электрону, электроотрицательность, энергия ионизации, степень окисления и др.

Рассмотрим, как меняется атомный радиус . Вообще, атомный радиус – понятие довольно сложное и неоднозначное. Различают радиусы атомов металлов и ковалентные радиусы неметаллов.

Радиус атома металла равен половине расстояния между центрами двух соседних атомов в металлической кристаллической решетке. Атомный радиус зависит от типа кристаллической решетки вещества, фазового состояния и многих других свойств.

Мы говорим про орбитальный радиус изолированного атома .

Орбитальный радиус – это теоретически рассчитанное расстояние от ядра до максимального скопления наружных электронов.

Орбитальный радиус завит в первую очередь от числа энергетических уровней, заполненных электронами.

Чем больше число энергетических уровней, заполненных электронами, тем больше радиус частицы.

Например , в ряду атомов: F – Cl – Br – I количество заполненных энергетических уровней увеличивается, следовательно, орбитальный радиус также увеличивается.

Если количество заполняемых энергетических уровней одинаковое, то радиус определяется зарядом ядра частицы.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее притяжение валентных электронов к ядру.

Чем больше притяжение валентных электронов к ядру, тем меньше радиус частицы. Следовательно:

Чем больше заряд ядра атома (при одинаковом количестве заполняемых энергетических уровней), тем меньше атомный радиус.

Например , в ряду Li – Be – B – C количество заполненных энергетических уровней, заряд ядра увеличивается, следовательно, орбитальный радиус также уменьшается.

В группах сверху вниз увеличивается число энергетических уровней у атомов. Чем больше количество энергетических уровней у атома, тем дальше расположены электроны внешнего энергетического уровня от ядра и тем больше орбитальный радиус атома.

В главных подгруппах сверху вниз увеличивается орбитальный радиус.

В периодах же число энергетических уровней не изменяется. Зато в периодах слева направо увеличивается заряд ядра атомов. Следовательно, в периодах слева направо уменьшается орбитальный радиус атомов.

В периодах слева направо орбитальный радиус атомов уменьшается.

1) O 2) Se 3) F 4) S 5) Na

Решение:

В одной группе Периодической системы находятся элементы кислород O, селен Se и сера S.

В группе снизу вверх атомный радиус уменьшается, а сверху вниз – увеличивается. Следовательно, правильный ответ: O, S, Se или 142.

Ответ: 142

1) K 2) Li 3) F 4) B 5) Na

Решение:

В одном периоде Периодической системы находятся элементы литий Li, фтор F и натрий Na.

В периоде слева направо атомный радиус уменьшается, а справа налево – увеличивается. Следовательно, правильный ответ: Li, B, F или 243.

Ответ: 243

1) Ca 2) P 3) N 4) О 5) Ti

Решение:

В одном периоде Периодической системы находятся элементы литий Li, фтор F и натрий Na.

Ответ: 243

Рассмотрим закономерности изменения радиусов ионов : катионов и анионов.

Катионы – это положительно заряженные ионы. Катионы образуются, если атом отдает электроны.

Радиус катиона меньше радиуса соответствующего атома. С увеличением положительного заряда иона радиус уменьшается.

Например , радиус иона Na + меньше радиуса атома натрия Na:

Анионы – это отрицательно заряженные ионы. Анионы образуются, если атом принимает электроны.

Радиус аниона больше радиуса соответствующего атома.

Радиусы ионов также зависят от числа заполненных энергетических уровней в ионе и от заряда ядра.

Например , радиус иона Cl – больше радиуса атома хлора Cl.

Изоэлектронные ионы – это ионы с одинаковым числом электронов. Для изоэлектронных частиц радиус также определяется зарядом ядра: чем больше заряд ядра иона, тем меньше радиус.

Например : частицы Na + и F ‒ содержат по 10 электронов. Но заряд ядра натрия +11, а у фтора только +9. Следовательно, радиус иона Na + меньше радиуса иона F ‒ .

Еще одно очень важное свойство атомов – электроотрицательность (ЭО).

Электроотрицательность – это способность атома смещать к себе электроны других атомов при образовании связи. Оценить электроотрицательность можно только примерно. В настоящее время существует несколько систем оценки относительной электроотрицательности атомов. Одна из наиболее распространенных – шкала Полинга.

По Полингу наиболее электроотрицательный атом – фтор (значение ЭО≈4). Наименее элекроотрицательный атом –франций (ЭО = 0,7).

В главных подгруппах сверху вниз уменьшается электроотрицательность.

В периодах слева направо электроотрицательность увеличивается.

1) Mg 2) P 3) O 4) N 5) Ti

Решение:

Элементы-неметаллы – это фосфор Р, кислород О и азот N.

Электроотрицательность увеличивается в группах снизу вверх и слева направо в периодах. Следовательно, правильный ответ: P, N, O или 243.

Здравствуйте! Как Вы считаете, что лежит в основе периодического закона? Периодической системы? В чем заключается физический смысл периодического закона? Как устроена периодическая система?

(Рассуждение с учениками, обсуждение вариантов)

Научной основой развития естественных наук в XIX веке становится периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева, которые являются и на сегодняшний день основой познания строения и свойств простых и сложных веществ.

Предшественники Д.И. Менделеева – французский химик Шанкартуа, немецкий химик Дёберейнер, английский ученый Ньюлендс — осуществляли попытки классифицировать элементы, но в основу их классификации были положены свойства веществ (осуществлялся подбор элементов по свойствам). Ближе всех к решению задачи систематизации подошёл в 1864г. немецкий химик Юлиус Лотар Мейер. Изучение свойств элементов, равно как свойств образуемых ими соединений, привело к накоплению богатого фактического материала. В отличие от своих предшественников, Д.И. Менделеев находит общее среди всех элементов. И основой его классификации становится атомная масса.

Расположив все известные к тому времени химические элементы в порядке возрастания их относительных атомных масс, он увидел периодичность повторения свойств элементов и их соединений. Так Д.И. Менделеев в марте 1869г. сформулировал важнейшую для химии закономерность, называемую периодическим законом.

Несмотря на важность сделанного Д.И. Менделеевым открытия, многие противоречия все же не были разрешены. И было сделано ряд исключений для расположения элементов по атомным массам. Так, была непонятна причина периодичности изменения свойств элементов. Ответы на этот и другие вопросы были найдены лишь после раскрытия внутренней структуры атома. Учение о строении атома подтвердило глубинный смысл периодического закона и скорректировало его формулировку.

Свое выражение периодический закон нашел в построенной Д.И.Менделеевым периодической системе. Периодическая система – это упорядоченное множество элементов, имеющих свой порядковый номер. Графическая форма представления периодической системы – периодическая таблица.

Периодическая система – одна, а форм периодических таблиц – более 500. Наиболее известны длинный, полудлинный и короткий варианты периодической таблицы.

Как показали достижения физики в области квантовой механики строения атома, периодичность свойств элементов обусловлена периодической повторяемостью расположения валентных электронов на уровнях и подуровнях по мере роста заряда ядра атома. Закономерности периодической системы элементов широко используются современными интегрированными науками: геохимией, космохимией, физхимией, биохимией, при подборе катализаторов и т.д.

После открытия строения атома главной характеристикой атома становится заряд ядра. Он численно равен количеству протонов в ядре и определяет число электронов в электронной оболочке атома, ее строение, а значит свойства элемента и его положение в периодической системе.

В периодах и группах периодической системы химические элементы располагаются в порядке возрастания заряда их атомных ядер, т.е. порядкового номера элемента. Последовательное увеличение заряда ядра определяет периодичность повторения структуры внешнего энергетического уровня атома, а значит и периодичность повторения свойств элементов и их соединений. В этом – физический смысл периодического закона.

Прямую связь со строением атома имеют также номер периода и группы. Всего в периодической системе семь периодов и восемь групп (короткая форма таблицы).

Вспомните и дайте толкование: что такое период? Какие периоды бывают? Что такое группа? Какие бывают подгруппы?
Что показывает номер периода? Номер группы? В чем их физический смысл?

Говоря о физическом смысле номера группы, важно помнить, что каждая из них делится на главную и побочную подгруппы.

Главная подгруппа (А) – это вертикальный ряд элементов, имеющих одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне, числено равное номеру группы.

В главных подгруппах располагаются s- и p-элементы. Число внешних электронов для этих элементов определяется суммой s- и p-электронов последнего уровня и равно номеру группы.

Побочная подгруппа (В) – это вертикальный ряд элементов, имеющих одинаковое число электронов на внешнем и предвнешнем энергетических уровнях, в сумме, как правило, равное номеру группы.

В побочных подгруппах располагаются d- и f-элементы. В их атомах последними заполняются электронами d- и f-подуровни предвнешних энергетических уровней. Число внешних электронов для этих элементов не совпадает с номером группы. При этом валентными у элементов побочных подгрупп являются электроны как внешних, так и предвнешних энергетических уровней.

Характер изменения свойств элементов и их соединений в периодах и главных подгруппах.

Изменение электронных структур атомов определяет горизонтальные (в периоде) и вертикальные(в подгруппе) закономерности изменения свойств химических элементов, обобщаемые периодическим законом (табл.). Поэтому, свойства элементов определяются на пересечении его горизонтальных и вертикальных отношений с соседями по периоду и подгруппе.

Установите взаимосвязь между характером изменения металлических и неметаллических свойств элементов в периодах и главных подгруппах и другими свойствами элементов, используя интерактивную периодическую систему и следующие данные таблицы.

Таблица 1. Изменение свойств элементов в периодической системе и их соединений

Читайте также: