Періодична система хімічних елементів

 

На підставі викладених міркувань щодо квантових стаціонарних станів багато електронних атомів удалося теоретично обґрунтувати періодичний закон Менделєєва та дати пояснення будови періодичної системи хімічних елементів

· порядковий номер хімічного елемента дорівнює загальному числу електронів у його атомі;

· стан електронів в атомі визначається набором чотирьох квантових чисел n,l,m,m_s;

· електрони в оболонках та підоболонках атомів послідовно розміщуються на енергетичних рівнях у відповідності з принципом Паулі так, щоб потенціальна енергія атома була мінімальною;

· періодичність у хімічних властивостях елементів пояснюється повторюваністю в структурі зовнішніх оболонок в атомах споріднених елементів.

Енергетичні рівні оболонок та підоболонок позначаються так, як це показано в наведеній вище таблиці. Наприклад, атом натрію Na має таку електронну конфігурацію

1s²2s²2p⁶3s,

а в атомі криптону Kr

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶.

Повторюваність у структурі зовнішніх оболонок в атомах споріднених елементів полягає в тому, що, наприклад, в атомах інертних газів (He,Ne,Ar,Kr,Xe) однакові зовнішні оболонки з 8 електронів (повністю заповнені s- та р-стани), в зовнішніх оболонках лужних металів (Lі,Na,K,Rb,Cs,Fr) є лише один s-електрон, в лужноземельних елементів (Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra) два s-електрона, а в галоїдів (F,Cl,Br,І,At) невистачає одного електрона до оболонки інертних газів.

Таблиця.

Розподіл електронів по енергетичних рівнях

Оболонка	Головне квантове число n	кількість електронів в оболонці	l	ml	ms	Підоболонка і кількість електронів у ній
К			0¾стан s		­¯	K(1s)¾2
			0¾стан s		­¯	L1(2s)¾2
L				¾1	­¯
			1¾ стан p		­¯	L2(2p)¾6
				+1	­¯
			0¾ стан s		­¯	M1(3s)¾2
				¾1	­¯
			1¾ стан p		­¯	M2(3p)¾6
				+1	­¯
M				¾2	­¯
				¾1	­¯
			2¾ стан d		­¯	M3(3d)¾10
					­¯
					­¯
			0¾стан s		­¯	N1(4s)¾2
				¾1	­¯
			1¾ стан p		­¯	N2(4p)¾6
				+1	­¯
				-2	­¯
				-1	­¯
			2¾ стан d		­¯	N3(4d)¾10
N					­¯
					­¯
				-3	­¯
				-2	­¯
				-1	­¯
			3 ¾стан d		­¯	N4(4f)¾14
					­¯
					­¯
					­¯

Характеристики періодичної системи елементів (ПСЕ). Номер періоду (горизонтальний рядок) дорівнює головному квантовому числу n оболонки, яка почала забудовуватися. В першому періоді забудовується перша оболонка Н(1s¹) і He (1s²). У другому періоді йде забудова другої оболонки, що містить вісім елементів: від Lі (1s²2s¹) до Ne(1s²2s²2p⁶). Третій період подібний другому. Іде забудова 3-ої оболонки восьми елементів: від Na(1s²2s²2p⁶3s¹) до Ar(1s²2s²2p⁶3s¹3p⁶). Починаючи з четвертого, періоди розміщуються у двох рядках. У першому рядку елементи (неперехідні) у клітинці таблиці пишуться ліворуч, а в другому (перехідні елементи) ¾ праворуч. В першому рядку четвертого періоду забудовується спочатку підоболонка 4s у K і Ca (енергія таких станів менша ніж енергія при послідовній забудові підоболонки 3d), а далі забудовується 3d підоболонка (10 елементів) від Sc до Zn. З цих десяти елементів у міді Cu(1s²2s²2p⁶3s¹3p⁶3d¹⁰4s¹) підоболонка 4s містить лише один електрон (як у Sc). Другий рядок четвертого періоду (перехідні елементи) починається з міді Cu і закінчується криптоном Kr. П’ятий період будується аналогічно четвертому.

В шостому періоді аналогія послідовності забудови четвертого та п’ятого періодів порушується. Після лантану La виділяється окрема група із 14 елементів із заповненою підоболонкою 6s, в котрих послідовно заповнюється підоболонка 4f. У двох елементів гадолінію Gd та лютецію Lu по одному електрону розміщується в підоболонці 5d. Елементи цієї групи називаються лантаноїдами або рідкоземельними, а їх властивості дуже схожі. У сьомому періоді у франція Fr і радія Ra заповнюється підоболонка 7s, потім в актинія Ас та торія Th починає заповнюватися підоболонка 6d (два електрони) і, починаючи з проактинія, забудовується підоболонка 5f. Починаючи з торію Th і, закінчуючи лоуренсієм (14 елементів), утворюється група подібних за властивостями елементів, які називаються актиноїдами.

Стовпці таблиці Менделєєва називають групами, неперехідні елементи утворюють головну підгрупу, а перехідні ¾ побічну. Елементи підгруп одної групи схожі за своїми хімічними властивостями.

 

	Z	Символ та назва елемента
I		H	водень		13,54
		Не	гелій		24,45
II		Li	літій	(Не)+	5,37
	Be	берилій	(Не)+	9.48
	В	бор	(Не)+	8,4
	С	вуглець	(Не)+	11.22
	N	азот	(Не)+	14.47
		кисень	(Не)+	13.56
	F	фтор	(Не) +	18.6
	Ne	неон	(Не) +	21.48
III		Na	натрій	(Ne)+ —3s^1	5.12
		Mg	магній	(Ne) +	7.61
	Al	алюміній	(Ne)+	5.96
	Si	кремній	(Ne)+	7.39
	P	фосфор	(Ne)+	10.3
	S	сірка	(Ne)+	10,31
	Cl	хлор	(Ne)+	12,96
	Ar	аргон	(Ne)+	15.69
IV		К	калій	(Аг)+	4.32
	Ca	кальцій	(Ar)+	6.09
	Sc	скандій	(Лг)+	6,57
	Ti	титан	(Ar)+	6,80
	V	ванадій	(Ar)+	6,76
	Cr	хром	(Ar)+	6.74
	Mn	марганец	(Ar)+	7.40
Перехідні елементи		Fe	залізо	(Ar) +	7,83
	Co	кобальт	(Ar)+	7,81
	Ni	нікель	(Ar)+	7.61
		Cu	мідь	(Ar)+	7.62
	Zn	цинк	(Аг)+	9.35
	Ga	галій	(Ar)+	5.27
	Ge	германій	(Ar)+	7,85
	As	миш¢як	(Ar)+	9,4
	Se	селен	(Ar)+	9.75
	Br	бром	(Ar)+	11.8
	Кг	криптон	(Ar)+	13,94
V		Rb	рубідій	(Кг) +	4,16
	Sr	стронцій	(Кг) +	5,67
	Y	ітрій	(Кг) +	6,5
	Zr	цирконій	(Кг) +	6.84
	Nb	ніобій	(Кг) +	6,88
	Mo	молібден	(Кг) +	7,65
	Tc	технецій	(Кг) +	7,28
Перехідні елементи		Ru	рутеній	(Кг) +	7,7
	Rh	родій	(Кг) +	7,7
	Pd	паладій	(Кг) +	8,5
		Ag	срібло	(Кг) +	7,54
	Cd	кадмій	(Кг) +	8,95
	In	індій	(Кг) +	5,76
	Sn	олово	(Kr)+	7,37
	Sb	сурьма	(Кг) +	8,5
	Те	телур	(Кг) +	9,1
	I	йод	(Кг) +	10,44
	Xe	ксенон	(Кг) +	12,08
VI		Cs	цезій	(Xe) +	3,88
	Ba	барій	(Хс) +	5,19
	La	латан	(Xe) +	5,57
Ланта-ноїди	-58	Ce	церій	(Xe) +	5,51:
	Pr	празеодим	(Xe) +	5,46
	Nd	неодим	(Xe) +	5,52
	Pm	прометій	(Xe) +	5,55
	Sm	самарій	(Xe) +	5,64
	Eu	европій	(Xe) +	5,67
	Gd	гадоліній	(Xe) +	6,15
	Tb	тербій	(Xe) +	5,86
	Dy	диспрозій	(Xe) +	5,94
	Ho	гольмій	(Xe) +	6,02
	Er	ербій	(Xe) +	6,11
	Tm	тулій	(Xe) +	6,18
	Yb	ітербій	(Xe) +	6,25
	Lu	лютецій	(Xc)+	5,42
		Hf	гафній	(Xe)+	7,5
	Та	тантал	(Xe) +	7,89
	W	вольфрам	(Xfc) +	7,98
	Re	реній	(Xe) +	7,88
Перехідні елементи		Os	осмій	(Xe) +	8,73
	Ir	іридій	(Xe) +	9,05
78	Pt	платина	(Хс) +	8,96
		Au	золото	(Xe)+	9,22
	Hg	ртуть	(Xe) +	9.20
	Tl	талій	(Xe)+	10,59
	Pb	свинец	(Xe^\}+	7,39
	Bi	вісмут	(Xe) +	8.0
	Po	полоній	(Xe) +	8,42
	At	астат	(Xe)+	9,0
	Rn	радон	(Хе) +	10.69
VII		Fr	францій	(Rn) +	4.0
	Ra	радій	(Rn) +	5,28
	Ac	актиній	(Rn) +	5,6
Акти-ноїди		Th	торій	(Rn) +	6.1
	Pa	проактиній	(Rn) +	6.0
	U	уран	{Rn) +	6,0
	Np	нептуній	(Rn) +	6.2
	Pu	плутоній	(Rn) +	6,06
	Am	америцій	(Rn) +	6,0
	Cm	кюрій	(Rn)+	6,02
	Bk	берклій	(Rn) +
	Cf	каліфорній	(Rn) +
	Es	ейнштейній	(Rn) +
	Fin	фермій	(Rn)+
	Mu	менделевій	(Rn) +
	No	нобелій	(Rn) +
	Lr	лоуренсій	(Rn) +
		(Ku	курчатовій)	(Rn) +
	(Ns	нільсборій)	(^П)+
	EW	ека вольфрам	(Rn) +
	ERe	екареній	(Rn) +
			(Rn) +
			(Rn) +