Система (ПС) Д.И. Менделеева

Периодический закон (ПЗ) и периодическая

Уравнение состояния газов.

VI) Закон Авогадро.

– В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура, давление) содержится одинаковое число молекул.

Из закона Авогадро вытекает ряд важных следствий:

1) При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л (н.у.: T = 273K, p = 1.013*10⁵ Па).

Объем одного моля газа называют молярным объемом V_m (м³/моль, л/моль).

V_m = V/n; n = V/ V_m

2) Один моль любого вещества независимо от его агрегатного состояния содержит число Авогадро частиц этого вещества.

3) Массы равных объемов различных газов при одинаковых условиях относятся как относительные молекулярные (или молярные) массы этих газов. В этом случае под молекулярной массой будем понимать массу одной молекулы, под молярной – одного моля, состоящего из числа Авогадро молекул (N_A).

Отношение масс газов, находящихся в равных объемах при одинаковых условиях, есть относительная плотность одного газа по другому D:

D = m_газа1/m_газа2 или D = M_газа1/M_газа2/

Для каждой однородной системы справедливо соответствующее уравнение состояния, которое связывает между собой ее объем, давление и температуру. Для идеальных газов, для которых расстояние между образующими их частицами (молекулы, атомы) гораздо больше размеров самих частиц и можно пренебречь взаимодействием между ними в виду его малости, такое уравнение имеет вид:

.

Так как отношение массы вещества m к его молярной массе М представляет собой количество вещества n, то последнее уравнение несколько упрощается

Это уравнение называется уравнение Менделеева – Клапейрона. Менделеев вывел его чисто теоретически. Отметим, что Р – давление, создаваемое газом или суммарное давление всех компонентов газовой смеси, V – объем, Т - температура по шкале Кельвина и R – универсальная газовая постоянная, равная в Международной системе единиц 8,31 Дж × моль^-1 × К^-1.

Ели давление измеряется в Па, то объем – в м³, или, соответственно, давление в кПа, а объем – в л.

Открытие Менделеевым ПЗ и построение ПС элементов явились вершиной развития химии в XIX веке. Обширная сумма знаний о 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в строгий порядок. Попытки классифицировать химические элементы были и до Менделеева. Но все эти классификации ограничивались констатацией сходств и закономерностей изменения свойств элементов в отдельных рядах и группах. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал ПЗ: Свойства простых тел, а также форма и свойства соединений, находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Однако физическое обоснование ПЗ оказалось возможным лишь в результате развития физики XX века – открытие электрона, радиоактивности и последовавшей затем разработки теории строения атома. В 1912 году английский физик Мозли установил закон, сущность которого заключалась в том, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу.

На основании закона Мозли можно было однозначно определить заряд ядра любого элемента и тем самым его порядковый номер в ПС Менделеева. Закон Мозли подтвердил гениальную интуицию Менделеева, который в определенных местах ПС отошел от возрастающей последовательности атомных весов. Это объясняется существованием изотопов. Например: масса атома K меньше, чем атома Ar, т.к. в природе существует три изотопа ³⁹K, ⁴⁰K, ⁴¹K и наиболее распространен самый легкий из них – ³⁹K.

Т.о. современная формулировка ПЗ такова: Свойства химических элементов, а также форма и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.

На основании ПЗ и ПС Менделеев пришел к выводу о существовании новых не открытых еще в то время элементов: экабор, экаалюминий, экасилициум (галлий, скандий, германий).

В настоящее время известно более 500 вариантов изображения ПС. Менделеев предложил 3:

1) Короткопериодный.

2) Полудлинный – все элементы 4-го и 5-го периодов вытянуты в одну линию (по 18 элементов).

3) Длиннопериодный – в одну линию вытянуты все s, p, d и f элементы (по 32 элемента).

Короткий вариант ПС состоит из периодов, рядов и групп. Всего – 7 периодов и 10 рядов. Первые 3 периода называются малыми. Они имеют по одному ряду. 1-й период состоит из 2 элементов, 2-й и 3-й – из 8 элементов. Каждый большой период (4, 5, 6, 7) состоит из двух рядов: четного (верхний) и нечетного (нижний). 4-й и 5-й периоды содержат по 18 элементов. В 6-м периоде 32 элемента, 7-й – незаконченный.

В четных рядах больших периодов находятся одни металлы, и свойства элементов слева направо меняются мало. В нечетных рядах больших периодов свойства элементов в ряду слева направо изменяются от металлических к неметаллическим. Четный ряд большого периода заканчивается тремя сходными между собой элементами: это триады. Элементы триад очень похожи между собой по физическим и химическим свойствам, легко образуют друг с другом различные сплавы и соединения. Основным признаком, по которому элементы больших периодов разделены на 2 ряда, является степень окисления (на примере 4-го периода).

Лантаноиды обладают сходными химическими свойствами: все они – реакционноспособные металлы,реагируют с водой с образованием гидроксида и водорода. У них сильно выражена горизонтальная аналогия.

У актиноидов горизонтальная аналогия выражена слабо. Изучение их химических свойств крайне сложни из-за неустойчивости их ядер.

Группы. Всего в ПС 8 групп, которые делятся на 2 подгруппы: главную и побочную, или A и B. Главную подгруппу составляют типические элементы (2-го и 3-го периодов) и сходные с ними по химическому составу элементы больших периодов. Побочную подгруппу составляют только металлы – элементы больших периодов. 8-я группа отличается от остальных. Кроме главной подгруппы гелия она содержит три побочные подгруппы: подгруппы Fe, Co, Ni. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются у некоторых групп (7 группа).

Для элементов одной группы характерны следующие закономерности:

1) Все элементы, кроме He, Ne, Ar, образуют кислородные соединения.

2) Высшая валентность элементов в соединении с кислородом и высшая положительная степень окисления элементов соответствует номеру группы.

Исключения:

I группа: Cu⁺¹ и Cu⁺²

VI группа: O^-2 (в F₂O⁺²; H₂O₂^-1)

VII группа: F^-1

VIII группа: только у рутения и осьмия валентность равна 8.

3) Элементы главной подгруппы с 4 по 7 группы образуют летучие соединения с водородом. Валентность их в соединениях с водородом равна разности между числом 8 и номером группы (RH₄, RH₃, RH₂, RH). Например, азот 8-5=3 NH₃.

Дата добавления: 2014-01-07