Периодическая система элементов

15 Июня в 22:25 2242 0


Напомним основные правила расположения химических элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева: элементы в ней расположены в порядке возрастания заряда ядра (число протонов равно атомному номеру). По группам (вертикальные колонки) элементы распределяют в зависимости от количества валентных электронов.

Горизонтальные ряды элементов в периодической таблице называют периодами. Все элементы одного периода содержат одинаковый набор внутренних электронных оболочек, по структуре аналогичный благородному газу, завершающему предыдущий период. Химические свойства каждого элемента зависят только от электронов, находящихся на подоболочке с наибольшей энергией, не входящей в состав внутренних электронных оболочек.

Первый период образуют два элемента, и наибольшую энергию у них имеет ls-подоболочка. Во 2 периоде наибольшая энергия у 2s-подоболочки у элементов I и II групп, и у 2р-подоболочки у остальных. У элементов 3-го периода наибольшую энергию имеют для I—II и остальных групп, соответственно, 3s и Зр-подоболочки. В 4-ом периоде наибольшая энергия не только у 4s и 4р-подоболочек, но также — и более высокая, чем у 4s-подоболочки — у Зd-подоболочки.

Элементы, у которых высшие по энергии электроны располагаются в 3d-подоболочке, называются Зd-элементами (Sc, Ti, V, Cr, Мп, Те, Со, Ni, Си, Zn). Все металлы, имеющие 3d-, 4d-, 5d- и 6d-пoдoбoлoчки, то есть относящиеся к 4, 5, 6 и 7 периодам, называют также переходными с единственным групповым исключением. По решению Международного союза теоретической и прикладной химии (IUРАС=ИЮПАК), элементы 12 группы (Zn, Cd, Hg) не относятся к переходным, поскольку у них d-орбитали полностью заполнены (табл. 1 и 2).

Таблица 1. Электронная структура элементов различных периодов

Период

Электронная структура

1

2


3



4


5


6

Этот период состоит только из водорода 1s1 и гелия 1s2

Остов: гелий Не 1s2

(Пример: углерод С 1s22s22p2)

Остов: неон Ne 1s22s22p6

(Пример: фосфор Р 1s22s22p63s23p3)

Остов: аргон Ar 1s22s22p63s23p6

(Пример: бром Br 1s22s22p63s23p64s23d104p5)

Остов: криптон Кr 1s22s22p63s23p64s23d104p6

(Пример: рубидий Rb 1s22s263s2Зр64s2Зd1065s1)

Остов: ксенон Хе 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p6

(Пример: барий Ва 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s2)

Таблица 3. Диаграмма электронных энергетических уровней атома

Диаграмма уровней атома

Примечание: Энергетический уровень электрона в атоме определяется 4 характеристиками: оболочкой, подоболочкой, орбиталью и спином. Зd-подоболочка энергетически выше, чем 4s-подоболочка

Все элементы каждой из групп имеют одинаковую электронную конфигурацию высшей по энергии подоболочки. Например, для I группы характерна электронная конфигурация s1, для II группы — конфигурация s2, для III группы — конфигурация s2p1, и далее до группы 0(VIII), все элементы которой имеют конфигурацию s2p6.

Элементы I группы (за исключением водорода) и II группы объединяют под названием s-металлов. Элементы групп III—VII и группы 0(VIII), за исключением гелия (по длиннопериодной таблице ИЮПАК — группы 13-18), называют p-элементами. Элементы групп 3-12 называют d-элементами, s- и р-элементы принято называть непереходными, или элементами главных групп, d-элементы 3 группы 6 и 7 периодов (соответственно, лантаноиды и актиноиды), образуют группу f-металлов. Их называют также внутренними переходными элементами (металлами). В Периодической таблице эта группа занимает два ряда: первый — в 6-м периоде (15 лантаноидов, или «редкоземельных металлов»), и второй — в 7-м периоде (15 актиноидов).

Примечание: Эти термины рекомендованы ИЮПАК. В отечественной литературе используют также термины «лантаниды» и «актиниды». По-видимому, последние термины правильнее, поскольку дословный перевод с греческого слова «лантаноид» означает «подобный лантану». Однако свойства следующих за La элементов (Се, Рr и далее) отличаются от его свойств. То же можно сказать об «актиноидах». Свойства Th, Pa, U и далее сходные, но не подобны свойствам Ас. Несмотря на это, необходимо придерживаться рекомендации ИЮПАК. Поэтому в дальнейшем изложении мы отдаем предпочтение терминам «лантаноиды» и «актиноиды».

Все элементы подразделяют по электропроводности на металлы, неметаллы и полуметаллы (металлоиды = «полупроводники»). В последнюю группу входят всего 5 элементов (В, Sr, Ge, As, Те), причем, если провести диагональную линию от В к Те, слева от нее окажутся металлы, а справа — неметаллы. ИЮПАК рекомендует использовать термин полуметаллы.

Биологические свойства элементов тесно связаны с их физическими характеристиками: размером и зарядом атома, энергией ионизации, сродством электронов донорных и акцепторных атомов. Эти свойства имеют решающее значение при образовании веществ различных типов, определяя типы формируемых связей. В последние годы обнаружено, что, помимо известных свойств атомов и изотопов, на биологическую функцию ферментов влияют ядерные спины содержащихся в этих ферментах изотопов металлов. Механизм этого явления пока не изучен.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74441 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19404 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17249 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы