پیشرفت های علوم طبیعی مدرن. تفاوت بین فرمول کلاسیک و مدرن قانون تناوبی مندلیف فرمول مدرن قانون تناوبی مبتنی بر

1. ثابت کنید که قانون تناوبی مندلیف، مانند هر قانون دیگری از طبیعت، عملکردهای توضیحی، تعمیم دهنده و پیش بینی کننده را انجام می دهد. مثال‌هایی بیاورید که این کارکردهای قوانین دیگری را که از دوره‌های شیمی، فیزیک و زیست‌شناسی برای شما شناخته‌اند، نشان می‌دهد.

قانون تناوبی مندلیف یکی از قوانین اساسی شیمی است. می توان ادعا کرد که تمام شیمی مدرن بر روی آن ساخته شده است. او وابستگی خواص اتم ها به ساختار آنها را توضیح می دهد، این وابستگی را برای همه عناصر تعمیم می دهد و آنها را به گروه های مختلف تقسیم می کند و همچنین خواص آنها را بسته به ساختار و ساختار بسته به ویژگی ها پیش بینی می کند.

قوانین دیگری نیز وجود دارند که کارکردهای توضیحی، تعمیم دهنده و پیش بینی کننده دارند. به عنوان مثال، قانون بقای انرژی، قانون شکست نور، قانون ژنتیک مندل.

2. یک عنصر شیمیایی را نام ببرید که در اتم آن الکترونها بر اساس یک سری اعداد در سطوح قرار گرفته اند: 2، 5. این عنصر چه ماده ساده ای را تشکیل می دهد؟ فرمول ترکیب هیدروژنی آن چیست و چه نام دارد؟ فرمول بالاترین اکسید این عنصر چیست، ویژگی آن چیست؟ معادلات واکنشی که خواص این اکسید را مشخص می کند را بنویسید.

3. بریلیم قبلاً به عنوان عنصر گروه III طبقه بندی می شد و جرم اتمی نسبی آن 13.5 در نظر گرفته می شد. چرا D.I مندلیف آن را به گروه دوم منتقل کرد و جرم اتمی بریلیم را از 13.5 به 9 تصحیح کرد؟

قبلاً عنصر بریلیم به اشتباه به گروه III اختصاص داده شده بود. دلیل این امر تعیین نادرست جرم اتمی بریلیم بود (به جای 9 برابر با 13.5 در نظر گرفته شد). D.I. مندلیف بر اساس خواص شیمیایی عنصر بریلیم در گروه دوم قرار دارد. خواص بریلیم بسیار شبیه به منیزیم و کلسیم و کاملاً متفاوت از آل بود. با دانستن اینکه جرم اتمی Li و B، عناصر همسایه با Be، به ترتیب برابر با 7 و 11 است، D.I. Mendeleev جرم اتمی بریلیم را 9 فرض کرد.

4. معادلات واکنش بین ماده ساده ای را بنویسید که توسط یک عنصر شیمیایی تشکیل شده است، در اتمی که الکترون ها در بین سطوح انرژی بر اساس یک سری اعداد توزیع شده اند: 2، 8، 8، 2 و مواد ساده ای که توسط عناصر شماره تشکیل شده اند. 7 و شماره 8 در جدول تناوبی. چه نوع پیوند شیمیایی در محصولات واکنش وجود دارد؟ مواد ساده اولیه و فرآورده های متقابل آنها چه ساختار بلوری دارند؟

5. عناصر زیر را به ترتیب افزایش خواص فلزی ترتیب دهید: As, Sb, N, P, Bi. سری به دست آمده را بر اساس ساختار اتم های این عناصر توجیه کنید.

N، P، As، Sb، Bi - تقویت خواص فلزی. خواص فلزی گروه ها افزایش می یابد.

6. عناصر زیر را به ترتیب افزایش خواص غیرفلزی ترتیب دهید: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. سری به دست آمده را بر اساس ساختار اتم های این عناصر توجیه کنید.

Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl - تقویت خواص غیر فلزی. خواص غیر فلزی در دوره ها افزایش می یابد.

7. اکسیدهایی را که فرمول آنها عبارتند از: SiO2، P2O5، Al2O3، Na2O، MgO، Cl2O7، به ترتیب خواص اسیدی ضعیف شونده ترتیب دهید. سریال حاصل را توجیه کنید. فرمول هیدروکسیدهای مربوط به این اکسیدها را بنویسید. شخصیت اسیدی آنها در سریال پیشنهادی شما چگونه تغییر می کند؟

8. فرمول اکسیدهای بور، بریلیم و لیتیوم را بنویسید و آنها را به ترتیب صعودی خواص اساسی مرتب کنید. فرمول هیدروکسیدهای مربوط به این اکسیدها را بنویسید. ماهیت شیمیایی آنها چیست؟

9. ایزوتوپ ها چیست؟ چگونه کشف ایزوتوپ ها به توسعه قانون تناوبی کمک کرد؟

جدول تناوبی عناصر منعکس کننده رابطه عناصر شیمیایی است. عدد اتمی یک عنصر برابر با بار هسته و از نظر عددی برابر با تعداد پروتون ها است. تعداد نوترون های موجود در هسته های یک عنصر، بر خلاف تعداد پروتون ها، می تواند متفاوت باشد. اتمهای یک عنصر که هسته آنها دارای تعداد متفاوتی نوترون است، ایزوتوپ نامیده می شود.

هر عنصر شیمیایی چندین ایزوتوپ دارد (طبیعی یا مصنوعی). جرم اتمی یک عنصر شیمیایی با در نظر گرفتن فراوانی آنها برابر با مقدار متوسط ​​جرم تمام ایزوتوپ های طبیعی آن است.

با کشف ایزوتوپ ها، بار هسته ها، به جای جرم اتمی آنها، برای توزیع عناصر در جدول تناوبی مورد استفاده قرار گرفت.

10. چرا بارهای هسته اتمی عناصر در جدول تناوبی مندلیف به طور یکنواخت تغییر می کند، یعنی بار هسته هر عنصر بعدی نسبت به بار هسته اتمی عنصر قبلی یک افزایش می یابد. خواص عناصر و مواد تشکیل دهنده آنها به طور دوره ای تغییر می کند؟

این به این دلیل اتفاق می افتد که خواص عناصر و ترکیبات آنها به تعداد کل الکترون ها بستگی ندارد، بلکه فقط به الکترون های ظرفیتی بستگی دارد که در آخرین لایه قرار دارند. تعداد الکترون های ظرفیت به صورت دوره ای تغییر می کند، بنابراین، خواص عناصر نیز به صورت دوره ای تغییر می کند.

11. سه فرمول از قانون تناوبی ارائه دهید که در آنها جرم اتمی نسبی، بار هسته اتم و ساختار سطوح انرژی خارجی در پوسته الکترونی اتم به عنوان مبنایی برای سیستم سازی عناصر شیمیایی در نظر گرفته شده است.

1. خواص عناصر شیمیایی و مواد تشکیل شده توسط آنها به طور دوره ای به جرم اتمی نسبی عناصر وابسته است.
2. خواص عناصر شیمیایی و مواد تشکیل شده توسط آنها به طور دوره ای به بار هسته اتمی عناصر وابسته است.
3. خواص عناصر شیمیایی و مواد تشکیل شده توسط آنها به طور دوره ای به ساختار سطوح انرژی خارجی در پوسته الکترونی اتم بستگی دارد.

قانون تناوبی عناصر شیمیایی یک قانون اساسی طبیعت است که تناوب تغییرات در خواص عناصر شیمیایی را با افزایش بار هسته اتم های آنها تعیین می کند. تاریخ کشف قانون 1 مارس (17 فوریه به سبک قدیمی) 1869 در نظر گرفته می شود، زمانی که D.I. Mendeleev توسعه "تجربه سیستمی از عناصر بر اساس وزن اتمی و شباهت شیمیایی آنها" را تکمیل کرد. این دانشمند برای اولین بار از اصطلاح "قانون تناوبی" ("قانون تناوب") در پایان سال 1870 استفاده کرد. طبق گفته مندلیف، "سه نوع داده" در کشف قانون تناوبی نقش داشتند. اولا، وجود تعداد کافی از عناصر شناخته شده (63). ثانیاً دانش رضایت بخش از خواص اکثر آنها. ثالثاً، وزن اتمی بسیاری از عناصر با دقت خوبی تعیین شد، که به لطف آن، عناصر شیمیایی را می توان در یک سری طبیعی مطابق با افزایش وزن اتمی آنها مرتب کرد. مندلیف شرط تعیین کننده برای کشف قانون را مقایسه همه عناصر با توجه به وزن اتمی آنها می دانست (پیش از این فقط عناصر شیمیایی مشابه مقایسه می شد).

فرمول کلاسیک قانون تناوبی که توسط مندلیف در ژوئیه 1871 ارائه شد، بیان کرد: "خواص عناصر، و بنابراین خواص اجسام ساده و پیچیده ای که تشکیل می دهند، به طور دوره ای به وزن اتمی آنها وابسته است." این فرمول بیش از 40 سال به قوت خود باقی ماند، اما قانون تناوبی تنها بیانگر حقایق بود و هیچ مبنای فیزیکی نداشت. این تنها در اواسط دهه 1910 ممکن شد، زمانی که مدل سیاره ای هسته ای اتم توسعه یافت (به اتم مراجعه کنید) و مشخص شد که شماره سریال یک عنصر در جدول تناوبی از نظر عددی برابر با بار هسته آن است. اتم در نتیجه، فرمول فیزیکی قانون تناوبی ممکن شد: "خواص عناصر و مواد ساده و پیچیده ای که آنها تشکیل می دهند به طور دوره ای به بزرگی بارهای هسته (Z) اتم های آنها وابسته است." امروزه نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. ماهیت قانون تناوبی را می توان به عبارت دیگر بیان کرد: "پیکربندی لایه های الکترونی بیرونی اتم ها به صورت دوره ای با افزایش Z تکرار می شوند". این یک نوع تدوین "الکترونیکی" قانون است.

یکی از ویژگی های اساسی قانون تناوبی این است که بر خلاف برخی دیگر از قوانین اساسی طبیعت (مثلا قانون گرانش جهانی یا قانون هم ارزی جرم و انرژی)، بیان کمی ندارد، یعنی نمی تواند. به شکل هر یک یا یک فرمول یا معادله ریاضی نوشته شود. در همین حال، خود مندلیف و سایر دانشمندان سعی کردند به دنبال بیان ریاضی قانون باشند. در قالب فرمول ها و معادلات، الگوهای مختلف ساخت پیکربندی های الکترونیکی اتم ها را می توان بسته به مقادیر اعداد کوانتومی اصلی و مداری به صورت کمی بیان کرد. در مورد قانون تناوبی، بازتاب گرافیکی واضحی در قالب یک سیستم تناوبی از عناصر شیمیایی دارد که عمدتاً با انواع مختلف جداول نشان داده شده است.

قانون تناوبی یک قانون جهانی برای کل کیهان است و هر جا که ساختارهای مادی از نوع اتمی وجود داشته باشد خود را نشان می دهد. با این حال، این تنها پیکربندی اتم ها نیست که به طور دوره ای با افزایش Z تغییر می کند. معلوم شد که ساختار و خواص هسته‌های اتمی نیز به‌طور دوره‌ای تغییر می‌کند، اگرچه ماهیت تغییر دوره‌ای در اینجا بسیار پیچیده‌تر از مورد اتم‌ها است: در هسته‌ها تشکیل منظم پوسته‌های پروتون و نوترون وجود دارد. هسته هایی که این پوسته ها در آنها پر شده اند (دارای 2، 8، 20، 50، 82، 126 پروتون یا نوترون هستند) "جادو" نامیده می شوند و به نوعی مرزهای دوره های سیستم تناوبی هسته های اتمی در نظر گرفته می شوند.

از اولین درس های شیمی خود از جدول D.I. این به وضوح نشان می دهد که همه عناصر شیمیایی که مواد دنیای اطراف ما را تشکیل می دهند به هم پیوسته هستند و از قوانین کلی پیروی می کنند، یعنی آنها یک کل واحد را نشان می دهند - یک سیستم از عناصر شیمیایی. بنابراین، در علم مدرن، جدول مندلیف، جدول تناوبی عناصر شیمیایی نامیده می شود.

چرا "تناوبی" نیز برای شما روشن است، زیرا الگوهای کلی در تغییرات خواص اتم ها، مواد ساده و پیچیده تشکیل شده توسط عناصر شیمیایی در این سیستم در فواصل - دوره های خاص تکرار می شوند. برخی از این الگوهای نشان داده شده در جدول 1 قبلاً برای شما شناخته شده است.

بنابراین، تمام عناصر شیمیایی موجود در جهان تابع قانون تناوبی واحد و عینی معتبر هستند که نمایش گرافیکی آن جدول تناوبی عناصر است. این قانون و سیستم به نام شیمیدان بزرگ روسی D.I.

D.I. مندلیف با مقایسه خواص و جرم اتمی عناصر شیمیایی به کشف قانون تناوبی رسید. برای انجام این کار، D.I. مندلیف روی کارتی برای هر عنصر شیمیایی نوشت: نماد عنصر، مقدار جرم اتمی نسبی (در زمان D.I. مندلیف این مقدار وزن اتمی نامیده می شد)، فرمول ها و ماهیت عنصر اکسید و هیدروکسید بالاتر او 63 عنصر شیمیایی شناخته شده در آن زمان را به ترتیب افزایش جرم اتمی نسبی آنها در یک زنجیره مرتب کرد (شکل 1) و این مجموعه از عناصر را تجزیه و تحلیل کرد و سعی کرد الگوهای خاصی را در آن بیابد. در نتیجه کار خلاقانه شدید، او کشف کرد که در این زنجیره فواصل وجود دارد - دوره هایی که در آن خواص عناصر و مواد تشکیل شده توسط آنها به روشی مشابه تغییر می کنند (شکل 2).

برنج. 1.
کارت های عناصر به ترتیب افزایش جرم اتمی نسبی آنها مرتب شده اند

برنج. 2.
کارت های عناصر به ترتیب تغییرات دوره ای در خواص عناصر و مواد تشکیل شده توسط آنها مرتب شده اند

آزمایش آزمایشگاهی شماره 2
مدل سازی ساخت جدول تناوبی D.I. مندلیف

اجازه دهید یک بار دیگر، با استفاده از اصطلاحات مدرن، تغییرات منظم در ویژگی‌هایی را که در دوره‌ها ظاهر می‌شوند فهرست کنیم:

• خواص فلزی ضعیف می شود.
• خواص غیر فلزی افزایش یافته است.
• درجه اکسیداسیون عناصر در اکسیدهای بالاتر از +1 به +8 افزایش می یابد.
• درجه اکسیداسیون عناصر در ترکیبات هیدروژنی فرار از -4 به -1 افزایش می یابد.
• اکسیدهای بازی از طریق آمفوتریک با اکسیدهای اسیدی جایگزین می شوند.
• هیدروکسیدهای قلیایی از طریق هیدروکسیدهای آمفوتریک با اسیدهای حاوی اکسیژن جایگزین می شوند.

بر اساس این مشاهدات، D.I مندلیف در سال 1869 نتیجه گیری کرد - او قانون دوره ای را تدوین کرد که با استفاده از اصطلاحات مدرن به نظر می رسد:

سیستم‌بندی عناصر شیمیایی بر اساس جرم اتمی نسبی آنها، D.I. مندلیف همچنین توجه زیادی به خواص عناصر و مواد تشکیل‌شده توسط آنها کرد و عناصری با خواص مشابه را در ستون‌های عمودی - گروه‌ها توزیع کرد. گاهی اوقات برخلاف الگویی که مشخص کرده بود، عناصر سنگین تری را در مقابل عناصری با جرم اتمی نسبی کمتر قرار می داد. به عنوان مثال، او در جدول خود کبالت را قبل از نیکل، تلوریم را قبل از ید، و هنگامی که گازهای بی اثر (نجیب) کشف شد، آرگون را قبل از پتاسیم نوشت. D.I. مندلیف این ترتیب چیدمان را ضروری می دانست زیرا در غیر این صورت این عناصر در گروه هایی از عناصر غیرمشابه از نظر خصوصیات قرار می گیرند. بنابراین، به طور خاص، پتاسیم فلز قلیایی در گروه گازهای بی اثر، و گاز بی اثر آرگون در گروه فلزات قلیایی قرار می گیرد.

D.I. مندلیف نتوانست این استثنائات را به قاعده کلی و همچنین دلیل تناوب در تغییرات در خواص عناصر و مواد تشکیل شده توسط آنها توضیح دهد. با این حال، او پیش بینی کرد که این دلیل در ساختار پیچیده اتم نهفته است. این شهود علمی D.I مندلیف بود که به او اجازه داد تا سیستمی از عناصر شیمیایی را نه به ترتیب افزایش جرم اتمی آنها، بلکه به ترتیب افزایش بار هسته های اتمی آنها بسازد. این واقعیت که خواص عناصر دقیقاً توسط بارهای هسته اتمی آنها تعیین می شود، با وجود ایزوتوپ هایی که در سال گذشته ملاقات کردید، به خوبی نشان داده می شود (به یاد داشته باشید که چه هستند، مثال هایی از ایزوتوپ های شناخته شده خود را ارائه دهید).

مطابق با ایده های مدرن در مورد ساختار اتم، اساس طبقه بندی عناصر شیمیایی بارهای هسته اتمی آنها است و فرمول مدرن قانون تناوبی به شرح زیر است:

تناوب در تغییرات در خواص عناصر و ترکیبات آنها با تکرار دوره ای در ساختار سطوح انرژی خارجی اتم های آنها توضیح داده می شود. این تعداد سطوح انرژی، تعداد کل الکترون‌های واقع بر روی آنها و تعداد الکترون‌ها در سطح بیرونی است که نمادگرایی اتخاذ شده در سیستم تناوبی را نشان می‌دهد، یعنی معنای فیزیکی شماره سریال عنصر، نقطه را نشان می‌دهد. شماره و شماره گروه (از چه چیزی تشکیل شده است؟).

ساختار اتم این امکان را فراهم می کند که دلایل تغییر در خواص فلزی و غیرفلزی عناصر در دوره ها و گروه ها توضیح داده شود.

در نتیجه، قانون تناوبی و سیستم تناوبی دی.

این دو معنی مهم از قانون تناوبی و سیستم تناوبی D.I با یکی دیگر تکمیل می شود که توانایی پیش بینی، یعنی پیش بینی، توصیف خواص و نشان دادن راه های کشف عناصر شیمیایی جدید است. در حال حاضر در مرحله ایجاد جدول تناوبی، D.I مندلیف تعدادی پیش بینی در مورد خواص عناصری که در آن زمان هنوز شناخته نشده بودند، انجام داد و راه های کشف آنها را نشان داد. در جدولی که او ایجاد کرد، D.I Mendeleev سلول های خالی برای این عناصر باقی گذاشت (شکل 3).

برنج. 3.
جدول تناوبی عناصر پیشنهاد شده توسط D.I. مندلیف

نمونه‌های واضحی از قدرت پیش‌بینی قانون تناوبی، اکتشافات بعدی عناصر بود: در سال 1875، لکوک دی بویزباودران فرانسوی، گالیوم را کشف کرد که توسط D.I. Mendeleev پنج سال قبل به عنوان عنصری به نام "ekaaaluminum" (eka - بعدی) پیش‌بینی شده بود. در سال 1879، L. Nilsson سوئدی "Ekabor" را به گفته D. I. Mendeleev کشف کرد. در سال 1886 توسط K. Winkler آلمانی - "exasilicon" به گفته D. I. Mendeleev (اسامی مدرن این عناصر را از جدول D.I. Mendeleev تعیین کنید). اینکه D.I Mendeleev چقدر در پیش‌بینی‌های خود دقیق بود، توسط داده‌های جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 2
خواص پیش بینی و کشف تجربی ژرمانیوم

دانشمندانی که عناصر جدیدی را کشف کردند، از کشف دانشمند روسی بسیار قدردانی کردند: «به سختی می‌توان مدرک قابل‌توجهی برای اعتبار دکترین تناوب عناصر نسبت به کشف اکاسیلیکون فرضی وجود داشت. البته این امر بیش از یک تایید ساده یک نظریه جسورانه است - نشان دهنده گسترش برجسته میدان دید شیمیایی، گامی عظیم در زمینه دانش است» (کی. وینکلر).

دانشمندان آمریکایی که عنصر شماره 101 را کشف کردند، به نشانه شناخت شیمیدان بزرگ روسی، دیمیتری مندلیف، که اولین کسی بود که از جدول تناوبی عناصر برای پیش بینی خواص عناصر کشف نشده در آن زمان استفاده کرد، نام آن را "ماندلویوم" گذاشتند.

شما در کلاس هشتم آشنا شدید و امسال از فرمی از جدول تناوبی به نام فرم دوره کوتاه استفاده خواهید کرد. با این حال، در کلاس های تخصصی و در آموزش عالی، غالباً از شکل متفاوتی استفاده می شود - نسخه طولانی مدت. آنها را مقایسه کنید. این دو شکل از جدول تناوبی چه چیزهایی یکسان و چه تفاوتی دارند؟

کلمات و مفاهیم جدید

1. قانون تناوبی D.I. مندلیف.
2. جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف یک نمایش گرافیکی از قانون تناوبی است.
3. معنای فیزیکی شماره عنصر، شماره دوره و شماره گروه.
4. الگوهای تغییرات در خواص عناصر در دوره ها و گروه ها.
5. معنی قانون تناوبی و جدول تناوبی عناصر شیمیایی توسط D.I. Mendeleev.

وظایف برای کار مستقل

1. ثابت کنید که قانون تناوبی D.I مندلیف، مانند هر قانون دیگری از طبیعت، عملکردهای توضیحی، تعمیم دهنده و پیش بینی کننده را انجام می دهد. مثال‌هایی بیاورید که این کارکردهای قوانین دیگری را که از دوره‌های شیمی، فیزیک و زیست‌شناسی برای شما شناخته‌اند، نشان می‌دهد.
2. یک عنصر شیمیایی را نام ببرید که در اتم آن الکترون ها بر اساس یک سری اعداد در سطوح قرار گرفته اند: 2، 5. این عنصر چه ماده ساده ای را تشکیل می دهد؟ فرمول ترکیب هیدروژنی آن چیست و چه نام دارد؟ فرمول بالاترین اکسید این عنصر چیست، ویژگی آن چیست؟ معادلات واکنشی که خواص این اکسید را مشخص می کند را بنویسید.
3. بریلیم قبلاً به عنوان عنصر گروه III طبقه بندی می شد و جرم اتمی نسبی آن 13.5 در نظر گرفته می شد. چرا D.I مندلیف آن را به گروه دوم منتقل کرد و جرم اتمی بریلیم را از 13.5 به 9 تصحیح کرد؟
4. معادلات واکنش بین یک ماده ساده تشکیل شده توسط یک عنصر شیمیایی را بنویسید که در اتم آن الکترون ها بر اساس یک سری اعداد در بین سطوح انرژی توزیع شده اند: 2، 8، 8، 2 و مواد ساده تشکیل شده توسط عناصر شماره 7 و شماره 8 در جدول تناوبی. چه نوع پیوند شیمیایی در محصولات واکنش وجود دارد؟ مواد ساده اولیه و فرآورده های متقابل آنها چه ساختار بلوری دارند؟
5. عناصر زیر را به ترتیب افزایش خواص فلزی ترتیب دهید: As, Sb, N, P, Bi. سری به دست آمده را بر اساس ساختار اتم های این عناصر توجیه کنید.
6. عناصر زیر را به ترتیب افزایش خواص غیرفلزی ترتیب دهید: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. سری به دست آمده را بر اساس ساختار اتم های این عناصر توجیه کنید.
7. اکسیدهایی که فرمول آنها عبارتند از: SiO 2، P 2 O 5، Al 2 O 3، Na 2 O، MgO، Cl 2 O 7 را به ترتیب خواص اسیدی تضعیف کننده ترتیب دهید. سریال حاصل را توجیه کنید. فرمول هیدروکسیدهای مربوط به این اکسیدها را بنویسید. شخصیت اسیدی آنها در سریال پیشنهادی شما چگونه تغییر می کند؟
8. فرمول اکسیدهای بور، بریلیم و لیتیوم را بنویسید و آنها را به ترتیب صعودی خواص اصلی آنها مرتب کنید. فرمول هیدروکسیدهای مربوط به این اکسیدها را بنویسید. ماهیت شیمیایی آنها چیست؟
9. ایزوتوپ ها چیست؟ چگونه کشف ایزوتوپ ها به توسعه قانون تناوبی کمک کرد؟
10. چرا بارهای هسته اتمی عناصر در جدول تناوبی مندلیف به طور یکنواخت تغییر می کند، یعنی بار هسته هر عنصر بعدی نسبت به بار هسته اتمی عنصر قبلی یک افزایش می یابد. خواص عناصر و مواد تشکیل دهنده آنها به طور دوره ای تغییر می کند؟
11. سه فرمول از قانون تناوبی ارائه دهید که در آنها جرم اتمی نسبی، بار هسته اتم و ساختار سطوح انرژی خارجی در پوسته الکترونی اتم به عنوان مبنایی برای سیستم سازی عناصر شیمیایی در نظر گرفته شده است.

قانون تناوبی یک قانون اساسی است که توسط D.I. مندلیف در سال 1869م.

در فرمول دیمیتری ایوانوویچ مندلیف، به صورت دوره ایقانون او اینگونه بود: « خواص عناصر، اشکال و خواص ترکیباتی که تشکیل می دهند به طور دوره ای به مقدار جرم اتمی آنها بستگی دارد..» مندلیف تغییرات دوره ای در خواص عناصر را با جرم اتمی مرتبط کرد. درک تناوب تغییرات در بسیاری از خواص به دیمیتری ایوانوویچ اجازه داد تا خواص مواد تشکیل شده توسط عناصر شیمیایی هنوز کشف نشده را تعیین و توصیف کند تا منابع طبیعی سنگ معدن و حتی مکان آنها را پیش بینی کند.

مطالعات بعدی نشان داد که خواص اتم ها و ترکیبات آنها در درجه اول به ساختار الکترونیکی اتم بستگی دارد. و ساختار الکترونیکی توسط خواص تعیین می شود هسته اتمی. به خصوص، بار هسته اتم .

بنابراین، فرمول مدرن قانون تناوبی به این صورت است:

« خواص عناصر، شکل و خواص ترکیبات تشکیل شده توسط آنها به طور دوره ای به مقدار بار هسته اتم های آنها بستگی دارد. «.

پیامد قانون تناوبی تغییر در ویژگی‌های عناصر در جمعیت‌های خاص و همچنین تکرار ویژگی‌ها در طول دوره‌ها است، به عنوان مثال. از طریق تعداد معینی از عناصر مندلیف چنین مجموعه‌هایی را دوره‌هایی نامید.

دوره ها – اینها ردیف های افقی از عناصر با همان تعداد سطوح الکترونیکی پر شده هستند. شماره دوره نشان می دهد تعداد سطوح انرژیدر اتم یک عنصر تمام دوره ها (به جز دوره اول) با یک فلز قلیایی (عنصر s) شروع می شود و با یک گاز نجیب پایان می یابد.

گروه ها – ستون های عمودی عناصر با همان تعداد الکترون ظرفیت، برابر با شماره گروه است. زیر گروه های اصلی و فرعی وجود دارد. زیرگروه های اصلی از عناصر دوره های کوچک و بزرگ تشکیل شده اند که الکترون های ظرفیت آن ها در n بیرونی قرار دارند. س- و n پ- سطوح فرعی

جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف

جدول تناوبی عناصر توسط D.I. Mendeleev شامل هفت دورهکه توالی افقی عناصری هستند که به ترتیب افزایش بار هسته اتمی آنها مرتب شده اند.

هر دوره (به جز دوره اول) شروع می شود اتم های فلز قلیایی(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) و به پایان می رسد گازهای نجیب(Ne، Ar، Kr، Xe، Rn)، که قبل از آنها غیرفلزهای معمولی قرار دارند.

در دوره های از چپ به راست، تعداد الکترون ها در سطح بیرونی افزایش می یابد.

در نتیجه،

در دوره های چپ به راست، خواص فلزی به تدریج ضعیف می شود و خواص غیرفلزی افزایش می یابد.

که در اولیندوره دو عنصر وجود دارد - هیدروژن و هلیوم. در این مورد، هیدروژن به طور معمول در زیر گروه IA یا VIIA قرار می گیرد، زیرا شباهت هایی با فلزات قلیایی و هالوژن نشان می دهد. مانند فلزات قلیایی، هیدروژن یک عامل کاهنده است. با اهدای یک الکترون، هیدروژن یک کاتیون H+ تک بار تشکیل می دهد. مانند هالوژن ها، هیدروژن یک غیر فلز است، یک مولکول دو اتمی H2 را تشکیل می دهد و می تواند در هنگام برهم کنش با فلزات فعال، خواص اکسید کننده را از خود نشان دهد:

2Na + H 2 → 2NaH

که در چهارمدر دوره، به دنبال کلسیم، 10 عنصر انتقالی (از اسکاندیم Sc به روی روی) وجود دارد که در پشت آنها 6 عنصر اصلی باقیمانده دوره (از گالیوم Ga تا کریپتون Kr) قرار دارند. به طور مشابه ساخته شده است پنجمدوره زمانی. عناصر انتقالی معمولاً به هر عنصری با ظرفیت d- یا f-الکترون اشاره دارد.

ششمو هفتمدوره ها دارای درج عناصر دوگانه هستند. در پشت عنصر Ba ده عنصر d وجود دارد (از لانتانیم La - تا گادولینیم جیوه) و بعد از اولین عنصر انتقالی لانتانیم La 14 عنصر f وجود دارد - لانتانیدها(سه - لو). پس از جیوه جیوه، 6 عنصر اصلی p باقی مانده از دوره ششم (Tl - Rn) وجود دارد.

در دوره هفتم (ناقص)، Ac با 14 عنصر f دنبال می شود. اکتینیدها(Th - Lr). اخیراً La و Ac به ترتیب به عنوان لانتانیدها و اکتینیدها طبقه بندی شدند. لانتانیدها و اکتینیدها به طور جداگانه در پایین جدول قرار می گیرند.

در جدول تناوبی، هر عنصر در مکانی کاملاً تعریف شده قرار دارد که با آن مطابقت دارد شماره سریال .

عناصر موجود در جدول تناوبی به دو دسته تقسیم می شوند هشت گروه (I – VIII) که به نوبه خود به زیر گروه ها — اصلی , یا زیر گروه های A و سمت , یا زیر گروه B. زیر گروه VIIB ویژه است، شامل سه گانهعناصری که خانواده آهن (Fe، Co، Ni) و فلزات پلاتین (Ru، Rh، Pd، Os، Ir، Pt) را تشکیل می دهند.

در هر زیر گروه، عناصر خواص مشابهی از خود نشان می دهند و از نظر ساختار شیمیایی مشابه هستند. برای مثال:

در زیرگروه های اصلی از بالا به پایین خواص فلزی افزایش و خواص غیرفلزی ضعیف می شود.

در زیرگروه های اصلی از بالا به پایین پایداری ترکیبات عناصر در کمترین حالت اکسیداسیون افزایش می یابد.

در زیرگروه های ثانویه برعکس است: از بالا به پایین، خواص فلزی ضعیف شده و پایداری ترکیباتی با بالاترین حالت اکسیداسیون افزایش می یابد.

بسته به اینکه کدام اوربیتال انرژی در یک اتم پر شده است، عناصر شیمیایی را می توان به عناصر s، p-element، d- و f-element تقسیم کرد.

برای اتم های عناصر s، اوربیتال های s در سطوح انرژی بیرونی پر شده اند. عناصر s شامل هیدروژن و هلیوم و همچنین تمام عناصر گروه های I و II زیر گروه های اصلی (لیتیوم، بریلیم، سدیم و غیره) می باشند. در عناصر p، الکترون ها اوربیتال های p را پر می کنند. این شامل عناصر گروه III-XIII، زیر گروه های اصلی است. برای عناصر d، اوربیتال های d بر این اساس پر می شوند. این شامل عناصر زیر گروه های جانبی است.

چه خواص دیگری در قانون تناوبی ذکر شده است؟

ویژگی های اتم ها مانند شعاع مداری، انرژی میل ترکیبی الکترون، الکترونگاتیوی، انرژی یونیزاسیون، حالت اکسیداسیون و غیره به طور دوره ای به بار هسته بستگی دارد.

بیایید ببینیم چگونه تغییر می کند شعاع اتمی . به طور کلی، شعاع اتمی– مفهوم کاملاً پیچیده و مبهم است. تمیز دادن شعاع اتم های فلزیو شعاع کووالانسی نافلزات.

شعاع اتم فلز برابر با نصف فاصله بین مراکز دو اتم همسایه در یک شبکه کریستالی فلزی است. شعاع اتمی به نوع شبکه کریستالی ماده، حالت فاز و بسیاری از خواص دیگر بستگی دارد.

ما در مورد صحبت می کنیم شعاع مداریاتم جدا شده

شعاع مداری فاصله محاسبه شده نظری از هسته تا حداکثر تجمع الکترون های بیرونی است.

شعاع مداری پیچ خورده است در درجه اول بر تعداد سطوح انرژی پر شده با الکترون است.

هر چه تعداد سطوح انرژی پر شده با الکترون بیشتر باشد، شعاع ذره بیشتر می شود.

مثلا , در ردیف اتم ها: F – Cl – Br – I تعداد سطوح انرژی پر شده افزایش می یابد، بنابراین شعاع مداری نیز افزایش می یابد.

اگر تعداد سطوح انرژی پر شده یکسان باشد، شعاع با بار هسته ذره تعیین می شود.

هر چه بار هسته ای بیشتر باشد، جاذبه الکترون های ظرفیت به سمت هسته قوی تر است.

هر چه جذب الکترون های ظرفیت به هسته بیشتر باشد، شعاع ذره کوچکتر است. از این رو:

هرچه بار هسته اتم بیشتر باشد (با همان تعداد سطوح انرژی پر شده)، شعاع اتمی کوچکتر است.

مثلا , در سری Li – Be – B – C، تعداد سطوح انرژی پر شده، بار هسته افزایش می یابد، بنابراین، شعاع مداری نیز کاهش می یابد.

که در گروه هااز بالا به پایین، تعداد سطوح انرژی اتم ها افزایش می یابد. هر چه تعداد سطوح انرژی در یک اتم بیشتر باشد، الکترون های سطح انرژی بیرونی از هسته دورتر هستند و شعاع مداری اتم بزرگتر می شود.

در زیرگروه های اصلی، شعاع مداری از بالا به پایین افزایش می یابد.

که در دوره هاتعداد سطوح انرژی تغییر نمی کند. اما در دوره های از چپ به راست بار هسته اتم افزایش می یابد. در نتیجه، در دوره های از چپ به راست، شعاع مداری اتم ها کاهش می یابد.

در دوره های از چپ به راست، شعاع مداری اتم ها کاهش می یابد.

بیایید الگوهای تغییر را در نظر بگیریم شعاع یونی : کاتیون ها و آنیون ها.

کاتیون ها – اینها یونهای دارای بار مثبت هستند. کاتیون ها زمانی تشکیل می شوند که اتم الکترون ها را رها کند.

شعاع کاتیون کمتر از شعاع اتم مربوطه است. با افزایش بار مثبت یون، شعاع کاهش می یابد.

مثلا، شعاع یون Na + کمتر از شعاع اتم سدیم Na است:

آنیون ها – اینها یونهای دارای بار منفی هستند. آنیون ها زمانی تشکیل می شوند که اتم الکترون ها را بپذیرد.

شعاع یک آنیون بزرگتر از شعاع اتم مربوطه است.

شعاع یون همچنین به تعداد سطوح انرژی پر شده در یون و بار هسته بستگی دارد.

مثلا , شعاع یون کلر از شعاع اتم کلر بیشتر است.

یون های ایزوالکترونیک – اینها یونهایی هستند که تعداد الکترونهای آنها یکسان است. برای ذرات ایزوالکترونیک، شعاع نیز تعیین می شود بار هسته ای: هر چه بار روی هسته یون بیشتر باشد شعاع آن کمتر است.

مثلا : ذرات Na + و F – حاوی 10 الکترون هستند. اما بار هسته سدیم 11+ و بار فلوئور فقط 9+ است. در نتیجه، شعاع یون Na + کمتر از شعاع یون F است.

یکی دیگر از خواص بسیار مهم اتم ها این است الکترونگاتیوی (EO).

الکترونگاتیوی – این توانایی یک اتم برای جابجایی الکترون های اتم های دیگر به سمت خود هنگام تشکیل یک پیوند است. الکترونگاتیوی را فقط می توان تقریباً تخمین زد. در حال حاضر، چندین سیستم برای تخمین الکترونگاتیوی نسبی اتم ها وجود دارد. یکی از رایج ترین آنها است مقیاس پاولینگ.

به گفته پاولینگ، الکترونگاتیوترین اتم فلوئور است (مقدار EO≈4). کمترین الکترونگاتیو اتم است فرانک (EO = 0.7).

در زیرگروه های اصلی، الکترونگاتیوی از بالا به پایین کاهش می یابد.

در دوره های از چپ به راست، الکترونگاتیوی افزایش می یابد.

خواص عناصر شیمیایی و ترکیبات آنها به طور دوره ای به بزرگی بار هسته اتم های آنها بستگی دارد که در تکرارپذیری دوره ای ساختار لایه الکترونی ظرفیت بیرونی بیان می شود.
و اکنون، بیش از 130 سال پس از کشف قانون تناوبی، می‌توانیم به سخنان دمیتری ایوانوویچ که شعار درس ما است بازگردیم: "از نظر قانون دوره ای، آینده نابودی را تهدید نمی کند، بلکه فقط روبنا و روبنا را تهدید می کند. توسعه وعده داده شده است.» تاکنون چند عنصر شیمیایی کشف شده است؟ و این دور از حد است.

یک نمایش گرافیکی از قانون تناوبی، سیستم تناوبی عناصر شیمیایی است. این خلاصه ای از کل شیمی عناصر و ترکیبات آنهاست.

تغییرات خواص در سیستم تناوبی با افزایش وزن اتمی در دوره (از چپ به راست):

1. خواص فلزی کاهش می یابد

2. خواص غیرفلزی افزایش می یابد

3. خواص اکسیدها و هیدروکسیدهای بالاتر از بازی تا آمفوتریک به اسیدی تغییر می کند.

4. ظرفیت عناصر در فرمول اکسیدهای بالاتر از I به VII افزایش می یابد و در فرمول ترکیبات هیدروژنی فرار از IV به I کاهش می یابد.

اصول اولیه ساخت جدول تناوبی

یک نمایش گرافیکی از قانون تناوبی جدول تناوبی است. شامل 7 دوره و 8 گروه است.

1. شماره سریال یک عنصر شیمیایی- عددی که هنگام شماره گذاری به عنصر داده می شود. تعداد کل الکترون های یک اتم و تعداد پروتون های هسته را نشان می دهد، بار هسته یک اتم یک عنصر شیمیایی را مشخص می کند.

2. دوره- عناصر شیمیایی مرتب شده در یک ردیف (فقط 7 دوره). دوره تعیین کننده تعداد سطوح انرژی در یک اتم است.

دوره های کوچک (1 تا 3) فقط شامل عناصر s و p (عناصر زیر گروه های اصلی) هستند و از یک خط تشکیل می شوند. بزرگ (4-7) نه تنها شامل s- و p-element (عناصر زیرگروه های اصلی)، بلکه عناصر d- و f (عناصر زیرگروه های ثانویه) نیز می شود و از دو خط تشکیل شده است.

3. گروه ها- عناصر شیمیایی در یک ستون چیده شده اند (فقط 8 گروه وجود دارد). این گروه تعداد الکترون ها را در سطح بیرونی برای عناصر زیرگروه های اصلی و همچنین تعداد الکترون های ظرفیت یک اتم یک عنصر شیمیایی را تعیین می کند.

زیر گروه اصلی (A)- شامل عناصر دوره های بزرگ و کوچک (فقط عناصر s و p) است.

زیر گروه جانبی (B)- شامل عناصر فقط دوره های بزرگ (فقط عناصر d یا f) است.