Структура периодической системы и ее связь с электронной структурой атомов

Периодическая система элементов состоит из периодов, групп и подгрупп. Периодом называется последовательный ряд элементов, размещенных в порядке возрастания заряда ядра атомов, электронная конфигурация которых изменяется от ns¹ до ns² np⁶. В системе имеется 8 групп, что соответствует максимальному числу электронов во внешних подоболочках. Группы делятся на главные и побочные подгруппы. К главным подгруппам относятся подгруппы элементов второго периода и подгруппа благородных газов. К побочным подгруппам принадлежат d- и f- элементы.

Первый период состоит из двух элементов: водорода и гелия. Электрон, который последним заполняет орбитали атома называется формирующим, и элемент относится к группе, называемой по формирующему электрону. В данном случае оба элемента имеют формирующие s –электроны и соответственно называются s – элементами.

У элементов второго периода формируется L –оболочка, заполняются s- и p- подоболочки.

Третий период начинается с натрия и заканчивается аргоном. Хотя в третьем уровне (оболочка М) имеется подоболочка 3 d, которая остается незаполненной, в четвертом периоде начинает формироваться следующая оболочка N (n = 4) и период начинается с s- элемента калия. Это обусловлено тем, что энергия подуровня 4s несколько ниже, чем энергия подуровня 3d. После заполнения 4s- подоболочки заполняется 3d- подоболочка. Четвертый период завершается формированием подоболочки 4р у криптона (Kr). Всего в четвертом периоде 18 элементов.

Пятый период аналогичен четвертому периоду. В шестом периоде, как и в пятом. После заполнения s– подоболочки начинается формирование d- подоболочки предвнешнего уровня у лантана. Затем продолжается заполнение оставшихся орбиталей в 5d-подоболочке и 6р- подоболочке. Период завершает радон (Rn). Этот период имеет 32 элемента: 2 s-элемента, 6 р- элементов, 10 d- элементов и 14 f- элементов. Седьмой период начинается и продолжается аналогично шестому периоду, однако формирование его не завершено.

Возьмем атом водорода H. z=1, 1e Электронная конфигурация 1s¹; следующий атом гелия Не - z=2, электронная конфигурация 1s². Уровень с главным квантовым числом 1 заполнен, надо заполнять следующий слой с n=2, т.е. начинать новый период.

Во втором периоде заполняем 2s и 2p орбитали, их четыре, их емкость 8e. Во втором периоде как раз восемь элементов от лития Li до неона Ne 1s² 2s² 2p⁶. Начинаем следующий, третий период - n=3. Натрий Na:[Ne]3s¹, …. аргон Ar:[Ne]3s²3p⁶. Далее по правилу Клячковского мы должны заполнять не 3d, а 4s уровень, т.е. начинать новый период. Калий K:[Ar]4s¹, кальций Ca:[Ar]4s². Теперь начинается заполнение 3d подоболочки 3d орбиталей, их пять, следовательно таких d-элементов окажется десять. Скандий Sc: 3d¹4s², …. цинк Zn: 3d¹⁰4s². Следует только учесть два обстоятельства:

1). Электронные конфигурации атомов хрома и меди:

Хром Cr: вместо [Ar]3d⁴4s² - 3d⁵4s¹, медь Cu: вместо [Ar]3d⁹4s² - 3d¹⁰4s¹. Это связано с особой устойчивостью полузаполненных и полностью заполненных электронных оболочек. Такое явление получило название провала электронов с s- на d- подоболочку. Такой провал наблюдается и у Nb (ниобия), Mo (молибдена), Pt (платины), Pd (палладия).

2). Хотя заполняется сначала 4s, а потом 3d орбиталь, при ионизации первыми уходят именно s-электроны. Co: 3d⁷4s² ® Co²⁺: 3d⁷4s⁰.

Закончив заполнять 3d-орбиталь, переходим к 4p (n+l=5) и добираемся до криптона Kr: [Ar]3d¹⁰4s²4p⁶. Дальше ситуация повторяется с d-электронами и f-электронами - 4d n+l=6, 4f n+l=7, в то время как 5s n+l=5. Сначала заполняется 5s (рубидий Rb, стронций Sr), затем 4d (иттрий Y – кадмий Cd), и наконец 5p (n+l=7, как и у 4d). Закончили на ксеноне Xe: 4d¹⁰5s²5p⁶. Теперь приходится заполнять 6s орбиталь, у нее n+l=6, меньше, чем у 5d и 4f. После лантана La: 5d¹6s² начинается заполнение 4f орбиталей и мы получаем 14 лантанидов.

Все остальные электронные конфигурации студенты могут написать сами.

Рисунок 4.1 - Электронное строение атома углерода

Дата добавления: 2014-01-04