Периодический закон

1.

2.

Свойства элементов, а также свойства
образованных ими простых и
сложных веществ находятся в
периодической зависимости от
атомной массы.
Дмитрий Иванович открыл фундаментальный
закон химии. В его время (середина XIX века)
было известно 63 сорта атомов – химических
элементов. И другие ученые пытались их
систематизировать, но почему же русскому
химику «улыбнулась удача?»
Самой первой попыткой систематизировать
сорта атомов наверняка была попытка
разделить их на металлы и неметаллы.

3.

Металлы
Серебро Ag
Натрий Na
Платина Pt
Марганец Mn
Золото Au
Медь Сu
По своим физическим свойствам металлы
довольно однообразны : имеют блеск, ковкие ,
пластичные, прекрасно проводят ток и тепло,
большинство серебристо – серые.

4.

Неметаллы
Сера S
Фосфор (разный) Р
Йод I2
Хлор Cl2
Кислород О2
В отличие от металлов, неметаллы более
разнообразны : у них разное агрегатное состояние при
н.у., разный цвет; теплопроводность меньше чем у
металлов; по отношению к току неМе изоляторы или
полупроводники.

5.

Но этой систематизации явно не хватало, слишком она
примитивная. Тогда Менделеев задумался и решил
разложить карточки с выписанными свойствами элементов
просто в ряд по мере возрастания атомной массы:
И как же быть
–то ?
И он заметил, что
через каждые 7
элементов физические
и химические свойства
веществ повторяются!

6.

Литий Li
Натрий Na
Литий и натрий – очень мягкие,
серебристые, чрезвычайно
активные металлы, мощные
восстановители. Оксиды и
гидроксиды – с основными
свойствами.
Углерод (графит) и кремний – серые
с металлическим блеском вещества полупроводники, слабые
окислители и сильные
восстановители. Оксиды и
гидроксиды с кислотными
Кремний Si
свойствами.
Алмаз С
Графит С
У алмаза
(разновидности
углерода) и у кремния
одинаковая
кристаллическая
решетка ( тетраэдр)

7.

Следующий важный вывод сделал Менделеев: начиная с
лития, падают металлические свойства, а также
восстановительные свойства элементов, а неметаллические
свойства , а также окислительные , наоборот, возрастают.
Когда в конце XIX века открыли благородные газы, ученый
интуитивно правильно поместил их вслед за активными
неметаллами-галогенами (фтором, хлором, бромом, йодом).
Таким образом, Менделеев открыл повторяемость элементов
через каждые 8 штук (другие ученые называли это «закон
октав»). Эту «химическую октаву» Дмитрий Иванович назвал
«периодом». Период должен был начинаться активным
щелочным металлом, а завершаться инертным благородным
газом.
Менделеев не был
педантом, он понимал,
что все тайны атома еще
не изучены,
следовательно из его
Калий К
Аргон Ar
закона могут быть
Ar=39
Ar=40
исключения

8.

Он совершенно справедливо поставил более тяжелый атом
аргона перед более легким атомом калия, потому что
благородный газ аргон по сути должен был завершать 3
период, а щелочной металл калий – открывать период
четвертый.
После того как внутреннее строение атома было разгадано
(создана планетарная модель), правильный поступок
Менделеева да и вообще Периодический закон блестяще
подтвердились.
Свойства элементов, а также
свойства образованных ими простых
и сложных веществ находятся в
периодической зависимости от
заряда ядра атома.
Ребята, вам к Периодическому законы важная
ссылка на работу «Строение атома»

9.

Порядковый
номер атома в
Периодической
системе
элементов
Кратко напомню, что главная частица в атомном ядре протон,
он определяет сорт атома и равен порядковому номеру
элемента в Периодической системе.
Изотопы кислорода
Пара изобаров
Еще напоминание: существование таких
разновидностей атомного ядра как изотопы и
изобары (См. «Строение атома») доказывает, что
нельзя атомную массу считать признаком
элемента.
Пара изотопов

10.

Это графическое подтверждение Периодического закона. В
настоящее время внутри нее нет «белых пятен», т.е. все
элементы открыты в природе или искусственно созданы
людьми. Но она все пополняется и пополняется с конца, так как
физики-ядерщики создают новые элементы в ходе ядерных
реакций.
Трудность ядерного
синтеза в том, что
тяжелые нуклиды
радиоактивны и живут
порой очень-очень мало.

11.

Современные разновидности
таблиц Менделеева
После триумфа Периодического закона на полном
серьезе было создано столько разновидностей и
интерпретаций таблицы элементов, что люди
откровенно путались. Поэтому международный
съезд химиков ИЮПАК (союз аналитической и
прикладной химии) постановил признать
официальными только 3 вида таблиц
Менделеева.
А вот это все «от лукавого»

12.

1 вид Периодической системы –
длинная. Все периоды показаны
горизонтально. Она хоть и
каноническая, но используется
редко, так как весьма длинная и
громоздкая.
Тут для ребят
подсказка –
разными цветами
обозначены
различные
семейства
элементов
(вооружитесь
словариком)
2 вид Периодической системы –
полудлинная. Все периоды показаны
горизонтально, но лантаноиды и
актиноиды вынесены вниз. Такой тип ПС
принят в Америке и вообще на Западе.
Преимущества: более компактная,
хорошо видны подгруппы элементов.

13.

На этой таблице
показаны также
семейства элементов;
буквой «А»
обозначены элементы
главных подгрупп, а
буквой «В» элементы
побочных подгрупп.
Здесь же изображены
разным цветом также
семейства элементов, а
также основная область
применения
Можете щелкнуть
мышкой и
увеличить
изображение.

14.

А эта таблица (вполне официальная) вызовет интерес у
ребят начальной школы, она красочная, и на ней также
показаны основные области применения элементов.
(Увеличьте ее и порассматривайте хорошенько).

15.

Еще красочная таблица для тех, кто интересуется химией и
культурой готов. Здесь портреты тех ученых, в честь кого
названы элементы; гербы населенных пунктов, внешний
вид и назначение веществ.

16.

Периодическая система –
источник вдохновения не
только для ученых, но и для
дизайнеров!

17.

И ,наконец, 3 канонический вариант ПС,
принятый в России – краткая форма. Большие
периоды сложены «пополам», лантаноиды и
актиноиды внизу. Видны группы элементов и
их единство (это не показано в «западном»
варианте ПС). Вообще при такой форме
проще увязать строение атома и положение
элемента в ПС.
При таком дизайне
показаны
электронные
семейства атомов
(s-, p-, d-, fэлементы.)

18.

В такой ПС
есть важная
подсказкастроящиеся
электронные
слои

19.

И такая ПС совершенно необходима , важная цветовая
информация показана внизу таблицы (только тут нет fэлементов). Вообще при изучении химии можно и нужно иметь
под рукой ПС разных дизайнов и несущих разную полезную
информацию!

20.

Алкогольные элементы
Таблица десертов
Шутка: пародии на
таблицу Менделеева
Таблица овощей
Криминальные элементы

21.

Строение таблицы Менделеева
(короткий вариант)
Давайте для начала рассмотрим важную информацию, которая
есть в «клеточке-ячейке», предназначенной для каждого
отдельного сорта атома.
Порядковый №
Символ элемента
Национальное
название элемента
(Именно он
определяет заряд
ядра и сорт атома)
Атомная масса
(при расчетах она
округляется до
целого числа)
Строящиеся
электронные
слои

22.

Ребята порой путаются в таком вопросе: где элементы главных
и побочных подгрупп и как их различить в т.М.? Помогут здесь
символическая окраска «клеточки элемента» и расположение в
ней символа элемента.
Прежде всего, у элементов главных подгрупп символы в
клеточках чаще всего расположены слева; окраска ячеек
соответствует электронным семействам s- и р-элементов.
Тут показан участок Т.М. Неметаллы и
металлоиды показаны соответственно
зеленым и фиолетовым цветом. Они
всегда главным подгруппам.

23.

А у элементов побочных подгрупп символы в клеточках
чаще всего расположены справа; окраска ячеек
соответствует электронным семействам d- и f-элементов.
Еще важное правило : элементами
главных подгрупп могут быть
металлы и неметаллы, а
элементами побочных подгрупп –
только металлы.

24.

Период – горизонтальный ряд в т.М., который начинается активным
щелочным металлом и завершается благородным газом. Всего в ПС 7
периодов: 3 малых и 4 больших. Они включают в себя разные
электронные семейства.
1 период – 2 s-элемента;
2и 3 периоды – всего по 8
элементов, в них s- и рэлементы. У всех этих
атомов строится
внешний электронный
слой все они
главным подгруппам.
В 4 и 5 периодах по 18
элементов, есть s- и рэлементы, добавляются
d-элементы (вставные
декады)
В 6 периоде 32
элемента, есть s,p-,d-элементы +
лантаноиды

25.

7 период неполный, он включает в себя много сильно
радиоактивных элементов, созданных физиками, есть s-,d-,fэлементы (актиноиды) , р-элементы еще не синтезированы (но
все впереди!)
Группа – вертикальный столбец в
т.М., который объединяет элементы
с одинаковым числом валентных
электронов. Всего таких групп 8
штук.

26.

Вот посмотрим, например, на
представителей 6 и 7 групп. В их состав
входят р-элементы (они главной
подгруппам, символы слева) и d- элементы,
вставные декады (они побочным
подгруппам, символы справа)
3 группа – совершенно особенная,
очень большая. В нее входят рэлементы ( главной подгруппе), dэлементы ( 1-й побочной
подгруппе) и f-элементы
лантаноиды и актиноиды ( 2-й
побочной подгруппе).

27.

В «западных» ПС элементы одной
группы пространственно разделены,
тут другая подсказка: римской
цифрой обозначен № группы, а
буквами «А» и «В» соответственно
главная и побочная подгруппы.
Кстати, в таких Т.М. положение
элементов в клеточках часто
одинаковое из-за того, что
главная и побочная подгруппы
разделены в пространстве.
Мы же будем работать с «русской»
версией Т.М. и должны уметь
понимать сходство и различие в
свойствах атомов и веществ,
объединенных в состав одной
группы.

28.

Сравним для начала представителей 7
группы: фтор, хлор и марганец .
Фтор
хлор
марганец
Фтор и хлор похожи между собой: простые вещества
образуют двухатомные молекулы, это ядовитые
чрезвычайно химически активные газы, мощные
окислители. Температура плавления у них низкая,
твердые хлор и фтор хрупкие вещества, изоляторы.
Марганец же – типичный металл , ковкий, пластичный,
проводник, температура плавления высокая. Решетка
металлическая, проявляет лишь восстановительные
свойства. Что же у него-то общего с хлором и фтором?

29.

Разгадка сходства этих элементов кроется в строении их
атомов : у них у всех общее число валентных электронов, но
расположены они в атомах по-разному, отсюда и различие!
Фтор и хлор р- элементы
у них строятся внешний
s- и р-подуровни; у них по
7ē на внешнем слое
(Красный цвет квантовых
ячеек).
Марганец же d-элемент валентные
ē на внешнем 4s- и предвнешнем 3dподуровне. Но их тоже 7 штук!

30.

Забегая вперед скажу, что фтор не может распаривать свои внешние
электроны и образовывать катионы, а хлор может распарить все свои
валентные электроны и образовывать соединения с валентностью
=VII (хлорный ангидрид, хлорную кислоту и ее соли). Марганец тоже
имеет семивалентные соединения (соответственно марганцовый
ангидрид, марганцовую кислоту и ее соли).
Правило: № периода говорит о числе
электронных слоев в атоме, № группы говорит
о числе валентных электронов в атомах , а
также максимальной валентности элемента и
значении степени окисления (исключения:
валентность и СТОК < № группы: фтор,
кислород, азот (у него максимальная
валентность =IV), железо (max СТОК=+6),
кобальт (max СТОК=+3); max СТОК>№ группы: медь
(max СТОК=+2), золото (max СТОК=+3).
Теперь вот о чем: когда вы будете сравнивать свойства
элементов по группе, то сравнивайте только представителей
одной и той же подгруппы; а то уж больно велика разница в
строении и свойствах элементов разных подгрупп!

31.

Вот пример из биологии: ну что общего , скажем, между кошкой и мышкой? Обе животные,
млекопитающие ( ну мышка пища для кошки).
Кошку лучше сравнить с тигром (оба
отряд хищники, семейство кошачьи).
А мышку лучше сравнить с хомяком ( отряд
грызуны).
Похожи
щелочные
металлы
sэлементы
Калий
К
Натрий Na
Похожи
малоактив
ные
металлы
dэлементы
Медь Сu
Серебро Ag

32.

Глядя на строение представителей одной и той же подгруппы в
составе одной группы напрашивается еще вывод: у них
совершенно сходное расположение валентных электронов
одинаковые валентные возможности, сходные физические и
химические свойства простых веществ и соединений!
Углерод и кремний главной
подгруппе 4 группы 4 ē на
внешнем слое
Элементы со сходным строением
электронных оболочек можно
назвать электронными аналогами

33.

У элементов одного и того же периода тоже есть сходство в
строении атомов : у них одинаковое число электронных слоев
и одинаковый набор орбиталей (на модели – квантовых ячеек).
Представители II периода

34.

Первичная периодичность – закономерное изменение свойств
атомов, простых и сложных веществ по периодам и по
подгруппам в составе одной группы.
Будем рассматривать следующие изменения у
химических элементов: радиус атома (r),
электроотрицательность (ЭО), металлические
св-ва (способность отдавать внешние ē),
восстановительные св-ва (Red св-ва),
неметаллические св-ва (способность
принимать ē), окислительные св-ва (Ох св-ва).
У сложных веществ сравним кислотноосновный характер оксидов и гидроксидов
Рассмотрим 3 период как наиболее типичный.

35.

Изменение свойств по периоду
Но для начала поглядим на элементы I и II
периодов, чтобы сделать выводы о том, как
же меняются радиусы атомов. У элементов II
периода добавляется новый ē-слой, кажется,
что радиусы атомов одного и того же периода
должны быть одинаковые. Но на самом деле
растет заряд ядра , увеличивается атомная
масса, а также растет число ē на внешнем
слое. И эти электроны все сильнее и сильнее
притягиваются ядром r атома (вплоть до
элемента 7 группы). У благородного газа идет
стабилизация ē оболочки r несколько .

36.

1 группа
2 группа 3 группа 4 группа 5 группа 6 группа 7группа
8 группа
Изменение свойств атомов: r атома ; Ме св-ва ; Red св-ва ; неМе св-ва
(до хлора); Ох св-ва и ЭО (тоже до хлора). Изменение числа
электронов (от 1 до 8 на внешнем слое)-см. предыдущий слайд, оно очень
похоже на элементы II периода.
+
Оксиды Na 2O
Mg+2O
Основные
оксиды
Al2+3O3
Si+4O2
Амфотерный
оксид
P2+5O5 S+6O3
Cl2+7O7
Кислотные
оксиды
Ниже поглядим, какие будут соответствующие
гидроксиды, будьте внимательны! (для удобства и
наглядности формулы расположатся вертикально

37.

Na2O – NaOH (основание едкий натр)
MgO – Mg(OH)2 (основание гидроксид
магния)
Mg
Al2O3 – Al(OH)3 (основание гидроксид
алюминия) и Н3AlO3 (алюминиевая кислота)
SiO2 – H2SiO3(кремниевая кислота)
P2O5 – H3PO4(фосфорная кислота)
SO3– H2SO4(серная кислота)
Сl2O7 – HClO4(хлорная кислота)

38.

Вывод: при движении по периоду свойства оксидов и
гидроксидов меняются так: основные свойства ослабевают,
потом идет(ут) амфотерное(ые) соединение(я), далее
возрастают кислотные свойства вплоть до галогена (элемента
главной подгруппы 7 группы). Но у тяжелых благородных газов
(ксенона и радона), замыкающих 5 и 6 периоды, есть уже
сложные соединения, они тоже кислотные, но более слабые,
чем соединения галогенов.
У элементов больших периодов не такое резкое
изменение атомных радиусов, да и вообще свойств
атомов и их соединений. У элементов вставных декад
строится предвнешний d-подуровень, поэтому радиусы
d-элементов почти одинаковые. Более резко меняются
св-ва р-элементов (как и в малых периодах).

39.

Изменения свойств по группам ( в
составе главной подгруппы).
Рассмотрим для примера главную
подгруппу 5 группы (азот, фосфор,
мышьяк, сурьму и висмут).
Свойства элементов меняются с №
так: r , Ме св-ва ; Red св-ва ; неМе
св-ва ; Ох св-ва ; ЭО . А число
валентных ē cоnst., оно = № группы
(здесь =5).
Изменение св-в соединений с № :
ослабление кислотных св-в и
усиление основных.

40.

Азот - бесцветный газ, изолятор; у
соединений кислотные св-ва
Мышьяк – твердый серый,
полупроводник; у соединений
кислотные св-ва
Фосфор – разные твердые
аллотропные модификации, изолятор
(но черный «Р» полупроводник); у
соединений кислотные св-ва
Cурьма – серый металл, проводник; у
соединений амфотерные св-ва

41.

Висмут - своеобразный металл с голубоватым отливом,
проводник; у соединений амфотерные и основные св-ва
Подгруппа азота выбрана не случайно :
велико разнообразие ее представителей.
Вы убедились, что они разные по
внешнему виду простых веществ и
свойствам соединений, но у них у всех
одинаковое строение внешней электронной
оболочки ns2np3.

42.

Вторичная периодичность.
Это явление немонотонного изменения свойств атома или его
соединений в периоде или в группе. Короче, есть элементы,
которые можно назвать «белыми воронами», у них есть
особенности строения.
1-й пример: рассмотрим изменение
такой величины как энергия ионизации
во II и III периодах. Энергия ионизации –
та энергия, которую надо затратить на
то, чтобы оторвать от атома 1 электрон.
На рисунке видно, что в периоде Еион.
от щелочного металла к инертному
газу. Но у элементов главной подгруппы
2 группы (Be и Mg) и эл-тов главной
подгруппы 5 группы (N и P) она
несколько выше, чем у соседей.
Почему?

43.

Ответ следует искать в строении электронных оболочек
данных атомов. Дело в том, что если у элемента есть
полностью или наполовину заполненные подуровни, то его
электронная оболочка обладает меньшей энергией более
прочная.
У бериллия (и у магния полностью заполнен внешний s-подуровень
У азота и фосфора наполовину заполнен внешний рподуровень такие конфигурации прочные,
поэтому на отрыв ē надо затратить энергии
побольше, чем у соседних атомов.

44.

Вот пример вторичной периодичности у галогенов (гл.Подгр. 7 группы)
Самый элекроотрицательный из элементов никогда не бывает
анионом; нет возбужденного атома валентность const=I; СТОК=0 или -1
Соединения брома со СТОК=+7 получили довольно поздно, в 1967
году.
Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5
Исходя из электронного паспорта брома, мы видим, что его валентные ē-ны
находятся на орбиталях 4s и 4р-подуровней. У Br*** они распариваются на 4dподуровень. Но чтобы произошло распаривание ē-нов и вступление их в
химическую связь, надо этим ē-нам в момент химического взаимодействия
«быть дома» ( то есть находиться на своих орбиталях. А это не всегда имеет
место и вот почему. ē-ны стремятся из-за своего «-» заряда быть ближе к
атомному ядру. Из-за своей вещественно - волновой двойственности они
«могут это делать.»
У атома брома 3-й предвнешний ē-слой полностью заполнен. Заполнен
3d-подуровень. И вот под этот 3d10-экран и проникают стремящиеся быть
ближе к ядру валентные ē-ны брома. Чтобы их «вытащить» из-под 3d10экрана и «вернуть» на орбитали, применяют жесткие условия протекания
реакции (нагрев, давление, активные реагенты, селективные
катализаторы).Особенно тяжело «возвращается на орбитали» 4s-пара
валентных ē-нов отсюда и затруднительно было получить соединения
Br+7.
Здесь на примере брома был образно описан эффект проникновения
валентных ē-нов атома под предвнешний d10-экран.

45.

Дмитрий Иванович не только открыл фундаментальный закон,
но и создал его подтверждение – Периодическую систему
элементов. И благодаря этой системе можно было с очень
большой долей вероятности описать свойства не только уже
известных атомов и веществ, но и еще не найденных
Вот первоначальная ПС на
доме, где жил и работал ученый
в Петербурге у метро
«Технологический институт».
Как вы думаете, сильно ли она
отличается от нынешней?

46.

Менделеев очень точно описал физические и химические
свойства неизвестных тогда элементов экабора и и
экасилиция.
Л.де Буабодран
открывает экабор –
галлий Ga
Александр Винклер
открывает экасилиций
– германий Ge

47.

В 1976 году команда американских
физиков-ядерщиков во главе с Гленом
Сиборгом синтезировала 101 элемент.
Решено было назвать его в честь
Менделеева. Это был разгар
«холодной войны» между СССР и
США, поэтому желание назвать
элемент в честь русского было
довольно смелым поступком.
Советские ученые не
остались в долгу и
назвали открытый ими в
Дубне 106 элемент
сиборгием.