Д.И. Менделеевтің химиялық элементтердің периодтық заңын ашу периодтық жүйе

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

1. Кіріспе . . . 3

2. Негізгі бөлім

2. 1. Д. И. Менделеевтің химиялық элементтердің периодтық заңын ашу

периодтық жүйе . . . 3

2. 2. Д. И. Менделеев жүйесінің ұзын периодты түрі, элементтердің

кластары . . . 5

2. 3. Элементтердің қасиеттерінің периодтылығы . . . 8

2. 4. Периодтық заңының маңызы . . . 9

3. Қорытынды . . . 10

4. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі . . . 12

Кіріспе

Элементтердің Д. И. Менделеев жасаған периодтық системасы - периодтық заңның графиктік бейнесі. Оның құрылымын атом құрылысы тұрғысынан жаңаша қарап өтейік. Ол үшін жоғарыда айтылған элементтердің атомдарының электрондық конфигурациясындағы заңдылықтарды пайдаланамыз.

Енді әр периодтың басы жаңа электрон қабаттарының басталуымен сай келетінін көрдік. Демек, периодтың нөмірі ондағы элементтердің атомдарында болатын квант қабатының ең шекті санын көрсетеді. Айталық, V период элементтерінің атомдары-ның 5 квант қабаты бар.

Период сілтілік металл 5 элементтен басталып, инертті газбен, яғни р элементпен аяқталады (I периодты санамағанда) . Периодтың соңындағы инертті элементтің ақырғы квант қабаты 8 электронды аса симметриялы болып келеді, оның конфигурациясы ns2np6 . Периодтардағы элементтер саны белгілі заңдылыққа бағынады: I периодта 2 элемент, II, III периодтарда 8, IV мен У-де 18, VI және VІІ-де 32 элементтен болады (соңғы VII период аяқталмаған) . Период ішіндегі элементтердің қасиеті былайша өзгереді: әрбір период күшті сілтілік металмен басталып, бірте-бірте металдық қасиеті кеміп, амфотерлі қасиеті бар элементтер шығып, одан бейметалдарға ауысып, бейметалдық қасиет артып, ақыры, бейметалдардың ең күштілері галогендерге келіп, аяғы инертті газбен бітеді. I периодта екі элемент Н пен Не бар. Мұнда период ішінде болатын металдан бейметалға көшу сутектің өзінде ғана болады, сондықтан бұл әрі металдық, әрі бейметалдық қасиеттер көрсететін элемент.

2. 1. Д. И. Менделеевтің химиялық элементтердің периодтық заңын ашу периодтық жүйе.

Период дейтініміз - ядро зарядының біртіндеп өсуі және қасиеттерінің белгілі тәртіп бойынша өзгеру ретімен орналасқан элементтердің ж и ы н т ы ғ ы .

Осыған орай сутекті кейбір кестелерде сілтілік металдар топшасына кейде галогендер топшасына жатқызады.

1-квант кабатын толтыратын сутек пен гелийдің электрондарының энергиясы баска элементтерден оқшау тұрады. Сондықтан олардың бойындағы көптеген қасиеттері де оқшау болып келеді. Тіпті, олардағы кейбір қасиеттер (Н ⁺ ионының және сұйық гелийдің қасиеттері) бірде-бір элементте кездеспейді.

Атомдарына екінші электрон қабаты толысатын II период элементтерінің басқа период элементтерінен күшті айырмасы бар. Бұл жайт екінші қабаттағы электрондардың энергиясы келесі қабаттардағы электрондардың энергиясынан әлдеқайда аз болуымен және бұл периодта 8 электроннан артық электрон болмайтындыктан түгелімен толысып симметриялы күйге көшуімен түсіндіріледі. Басқа III, IV, V т. с. с. периодтарда болатын қатпарлар түгелімен толтырылмайды.

Периодтық системадағы вертикаль графалар топтарға сай келеді. Оларды жоғары оң валенттігі бірдей элементтердің жиынтығы деп қарауға болады. Әрбір топтың өзі негізгі және қосымша топшалар болып екіге бөлінеді. Атом құрылысы тұрғысынан алғанда негізгі және косымша топшалардағы элементтердің электрон қатпарларын толтыруда белгілі айырмашылық бар. Негізгі топшаның элементтерінің атомдарының соңғы электрондары ең сыртқы қабаттың n. s не болмаса nр қатпарына орналасады. Осыған орай оларды s және р - элементтер деп те атайды. Бұл екі - s және р қатпарында s электрон ғана болатындықтан негізгі топшаның жалпы саны да 8 болады. Бұл элементтер әрекеттескенде реакцияға олардың сыртқы қабатындағы электрондардың барлығы да қатынаса алады.

Негізгі топшалар ұзын болады, өйткені оларға барлық дерлік периодтардың элементтері кіреді. Қосымша топшалар кысқарақ, себебі олардың бірінші элементі IV периодтан басталады. Электрондық құрылымы жағынан бірінші және екінші қосымша топшалардың элементтері де өзара ұқсас болып келеді.

Бірінші қосымша топшаның элементтерінің атомдары ең соңғы электрондарын сырттан санағанда ішкері жатқан екінші квант қабатының (п- 1) d қатпарына бағыттайды. Сондыктан оларды d - элементтер деп те атайды. d элементтер IV, V, VI периодтарда s пен p элементтерінің арасына кіретін 3 декададан тұратынын жоғарыда көрдік.

Төртінші декада жаңа басталған, онда не бары 2 элемент бар. Спектр нәтижесінде алынған мәліметтер 32d элементтің тоғызының сыртқы ns қатпарында бір электроннан (24Сr, 29Сu, 4Nb, 42Мо, 44Ru, 45RҺ, 47Аg, 78Рt, 79Аu), ал оныншы Рd-да тіпті электрон болмайтынын көрсетті. Мұндай «құлап түсу» арқылы түзілген электрондық конфигурация тұрақты болып, бұл құбылыстың нәтижесінде энергия бөлінеді. Бірінші қосымша топшаның элементтері реакцияласқанда реакцияға бұлардың сфртқы s электрондары және ішкі (n - 1) d электрондарының бір бөлімі қатынасады. Сондықтан бұл элементтердің валентілігі өзгермелі болады.

2. 2. Д. И. Менделеев жүйесінің ұзын периодты түрі, элементтердің

кластары.

Қазіргі химиялык әдебиеттерді қарасақ Д. И. Менделеев жасаған период-тық система сан қилы болып өзгеріп, геометриялық әр түрлі пішінге ие болғанын көрер едік. Авторлар периодтық системаның әр түрлі кестелерін ұсынды. Әрине, элементтердің периодтық системасын геометриялық, графиктік, диаграммалық т. б. түрде кескіндеп, оның сыртқы пішінін өзгертуге болғанмен элементтің периодтық системадағы «орны» мен реттік нөмірі өзгермейді. Себебі элементтің «орны» оның барлық негізгі қасиеттерін және басқа элементтермен байланысын сипаттайды.

Д. И. Менделеев ұсынған периодтық системаның ең алғашқы түрін ұзын периодты система ретінде қараған жөн. Ол кейін де кестенің ұзын периодты бірнеше вариантын ұсынып, «Химия негіздері» атты еңбегіне кіргізгені мәлім. Бірақ, соңғы кездерде периодтық системаның колдануға бейім, әрі ыкшамды кысқа периодты түрі кең таралып кетті.

Соңғы 50 жыл ішінде атом кұрылысы жайлы ілімнің қауырт дамуына орай көптеген ғалымдар периодтық системаның ұзын түрінің бірнеше вариантын жасап ұсынды. Бұл кестеде әрбір периодтың элементтері бір катарда гори-зонталь бойымен бірінен соң бірі орналасқан, ал вертикаль қатарда біріне-бірі өте ұксас «ұялас» элементтер тұр. Араб сан-дарымен белгіленген 7 периодта 2, 8, 8, 18, 18, 32, 18 (аяқталмаған) элементтер орналасқаны көрініп тұр.

Әр периодтағы элементтердің санына әрі атомдарының электрондық конфигурациясына сай периодтар мен топтарды жаңаша бөлуге болады. Бірінші периодтың элементтеріне тән электрондар s катпарын толтырады, олар не бары 2 элемент, сондыктан бірінші периодты аса кіші период деп саралауға болады. II және III периодтың элементтері өз электрондарын s және р катпарларына бағыттайды, әрбірі s элементтен тұрады, оларды кіші период деген жөн. Ал IV және V периодтар элементтерінің атомдарының электрондары s және р катпарымен қоса ішкері жатқан d катпарына толтырады, оған 18 элементтен сияды, бұларды үлкен периодтар деп атайды. Соңғы VI және VII периодтарда 32 элементтен болуға тиісті, өйткені оларға кіретін элементтердің атомдары өз электрондарын сыртқы s және р ішкерідегі d және оданда ішкерідегі қатпарларына жібереді, осыған сай бұл периодтарды аса үлкен периодтар деп атау өте орынды болар еді. Ұзын периодты кестенің топтарының саны 32-ге жетеді, өйткені жоғарыда айткандай аса үлкен периодтарда бір қатарда 32 элемент болады. Қысқа периодты кестемен салыстырғанда ұзын периодты системада топтарындағы элементтер бірімен-бірі өте ұқсас, сондыктан оларды ұқсастар тобы, яки аналогтар тобы деп атайды. 32 ұқсастар тобының әрбірінің өзіне тән электрондық конфигурациясы бар екендігі көрініп тұр. Демек, бұдан бұрын айтылғандай элементтердегі химиялык ұқсастық олардың атомдарының электрондық құрылымының ұқсастығына келіп тіреледі екен. Электрондық конфигурациядағы ұқсастық белгілі бір аралықтан соц келесі периодта қайталанатындықтан элементтердің қасиеттері де сол аралықтан соң барып қайталанады. Олай болса, атом құрылысының негізінде периодтық заңның анықтамасын жацаша былай айтуға болады: элементтердің және олардың қосылыстарының қасиеттерінің периодты өзгеруі солардың атомдарының электрон қауыздары (кабат пен катпарлары) құрылымының периодты өзгеруіне тәуелді болады.

Ұқсастар тобы рим сандарымен әрі А, В әріптерімен белгіленген. ІА және IIА s элементтерінің топтары да, IIIА-VІІІА р элементтерінен кұралған. Демек, А топтарының нөмірі оларға кіретін элементтердіц соцғы электрон кабатындағы электрондар санымен сай келеді, әрі сол элементтердіц атомдарының ең үлкен оц валенттігімен тец (Ғ, Вг, О бағынбайды) . Периодтық системада 14 s және 30 р элемент бар екені кестеден айқын көрініп тұр.

Бірінші косымша топшаныц элементтері ұзын периодты кестеде В әріптерімен белгіленген. Олардың жалпы саны он бірақ, 8 бөлінген: ІВ-VШВ. Бұларда да валенттік мәні көбіне топтың нөмірімен сай келеді. Кестеде әзірше 32 d-элемент бар.

Ұзын периодтык системада 28 f-элемент 14 ұқсастар тобын құрайды. Лантаноидтар мен актиноидтардың әсіресе соңғы тоғызының ұқсастығы күштірек.

Элементтердің кластары. Жоғарыда айтылған ұқсастар тобынан басқаша да элементтердің электрондық конфигурациясына сай мынадай 4 класқа бөліп карауға болады: инертті элементтер, типтік элементтер, ауыспалы элементтер және қатар ішіндегі ауыспалы элементтер. Мұндай классификация s р, d, f қатпарларындағы орбитальдардың қаншалықты толған-толмағанына негізделген.

Инертті элементтер класына (Не - гелийді есептемегенде) соңғы квант кабаты түгелдей толған элементтер кіреді. Олар бар болғаны 6 элемент. Инертті элементтердің соңғы қабатында тұрақты октеттердің ns ² nр ⁶ болуына сай химиялық жағынан алғанда өте активсіз болып келеді.

Типтік элементтерге ең соңғы қабаттан басқа қабаттары түгелдей электронға толған элементтер жатады, олардың сыртқы, қабатының электрондык конфигурациясы ns-ден ns nр -ке дейінгі аралықты қамтиды. Бұл класқа жоғарыдағы бөлуіміз бойынша 44 элемент жатар еді, бірақ Сu пен Zn топшаларының 6 элементі көптеген физикалық және химиялық қасиеттерінің ұқсастығына байланысты ауыспалы элементтерге қосылады.

Типтік элементтердің химиялық қасиеті олардың атомдарының электрондар қосып алып не беріп, тұрақты инертті элементтердің конфигурациясына ие болуына байланысты болады. Сондықтан бұл класқа көптеген металдар мен барлық бейметалдар кіреді.

Ауыспалы элементтер класына кіретін элементтердің атомдарында әлі де аяқталмаған соңғы екі квант кабаты болады, онда (п - 1) d қатпар да бар. Периодтық кестеде ауыспалы элементтердің 4 қатары бар, олар IIIB, 3d, 4d, 5d, 6d орбитальдарды толтырады, үлкен периодты кестеде ІІІВ тобынан басталады. Бұл кластың элементтері әсіресе физикалық қасиеттері бойынша алғанда өте ұқсас келеді. Олардың бірнеше тотығу дәрежесі бар, қосылыстары түсті келеді, көптеген комплекстер түзеді.

Қатар ішіндегі ауыспалы элементтер айтып өткен ауыспалы элементтерден бөлек, олардың атомдарында сыртынан санағанда үш бірдей ішкері қабатының электрон қауыздары толмаған болып келеді. Олардың ішінде (n- 2) f орбитальдар да бар. Жалпы алғанда бұл кластың элементтерінің электрондык конфигурациясы мынадай болуға тиіс: (n - 2) f ^1-4 (n-1) з ² р ⁶ d' не d°ns ² . Қатар ішіндегі ауыспалы элементтердің басқа класс элементтерімен салыстырғанда өзара ұқсастығы тым күшті.

2. 3. Элементтердің қасиеттерінің периодтылығы.

Периодтық системадағы элементтердің қасиеттерінің көбісі олардың атомдарының электрондық конфигурациясына сай периодты түрде өзгеріп отырады. Ондай қасиеттерді саралап айтқан жөн.

Атомдардың электрондық құрылымына тәуелді периодты түрде қайталанып келетін қасиеттерінін ең бастылары мыналар: атом радиустары мен көлемдері, ион радиустары, иондану потенциалы, электрон тартқыштық, электртерістік, тотығу дәрежесі оптикалық және магниттік қасиеттері т. б. Ал, егер элементтерді бос күйіндегі жай зат ретінде қарасақ, периодты түрде қайталанатын қасиеттердің саны тіпті молаяды, олар жай заттардың соғылғыштығы, қаттылығы, ұлғаю және сыну коэффициенттері, тығыздығы, стандартты тотығу-тотықсыздану потенциалдары, бір типті қосылыстарының түзілу жылуы, балқу, қайнау және бірден булану (сублимация) жылулары, иондарының сольваттану жылуы, жылу және электр өткізгіштігі т. т.

Периодты өзгеретін қасиет элементтердің өздеріне ғана тән болып қоймай, олардың қосылыстарында да кең таралған. Бұл ретте бір топтың элементтерінің қосылыстарының өзара ұқсастығын ерекше айту керек.

Мысалы, атом үшін периодсыз өзгеретін қасиеттер ретінде оның ядро зарядының өсуін, радиоактивтігін, рентген спектрлерін т. б. айтуға болар еді.

Атом және ион радиустары, иондану потенциалы, электрон тартқыштық, электртерістік, валенттік тәрізді кейбір периодты өзгеретін шамалар элементтердің химиялық қасиеттерін түсінуге, әрі күні бұрын болжауға мүмкіндік тудырады. Оларға арнайы тоқталамыз.

Атом және ион радиустары. Элементтің химиялық және физикалық қасиеттеріне тікелей әсер ететін басты параметрінің бірі - оның атомының радиусы. Электронның екі жакты табиғатына орай атом ішінде электрон бұлты түзілетіндіктен атом мөлшерінің кесімді бір шегі жоқ. Сондықтан атомның абсолют мөлшерін анықтау мүмкін емес. Іс жүзінде жеке атомнан гөрі, бірімен-бірі химиялық байланысқан көп атомдармен істес боламыз. Ондай атомдардың радиустарын эффективті радиус (әрекеттесу кезіндегі радиус) дейді. Эффективті радиустар молекулаларды, кристалдарды рентгенографиялық әдістермен зерттеу нәтижесінде анықталады.

Атом радиустарын металл атомдарының радиустары, бейметалл атомдардың ковалентті радиустары және инертті газдар атомдарының радиустары деп бөледі, өйткені оларды анықтау принциптерінде айырмашылық бар.

Қазіргі кезде көптеген металдардың кристалдарының құрылысы дәл анықталған. Металдың қатар тұрған екі атомының центрлерінің арақашықтығын екіге бөлсек, берілген атомның радиусын табамыз. Ең үлкен радиус сілтілік металлдарға тән. Ал период бойынша радиус кішірейе бастайды, содан барып ең кіші радиус бейметаллдарда болады. Бір период ішінде атомдардың электрон қабатының саны бірдей болғанымен ядро заряды өме береді, сондықтан электрондар оған күшті тартылады да атомның көлемі жиырылып, радиусы кішірейеді. Бірақ бұл қасиет ковалентті радиусы бар периодтың соңындағы бейметалл элементтерге келгенде сақталмайды. Үлкен периодтағы d және f элементтердің реттік нөмірі өскен сайын радиустары біркелкі баяу кішірейеді, мұны d лантанойдтық және f актиноидтық сығылу деп атайды.

2. 4. Периодтық заңының маңызы.

Периодтық заң - табиғаттың негізгі заңдарының бірі. Сондықтан да Ф. Энгельс Д. И. Менделеевтің периодтық заңды ашуын «ғылыми ерлікке» теңеген. Біздер мектеп қабырғасынан білетін бұл ұлы заң әрине оп-оңай ашыла қойған жоқ. Менделеев өзінің периодтық системасын жасарда не бары 63 элемент белгілі болатын және олардың көбісінің басты сипаттамалары - атомдық массалары мен валенттіктерінің мәндері дәл анықталмаған еді. Соған қарамастан болашағы жылдан жылға айқындалып, маңызы арта түскен ұлы заңды Менделеевтің дүниеге келтіруі асқан көрегендік еді.

Менделеевтің бұл жұмысының философиялық маңызы зор, мұнда сан (атомдық масса) өзгергеннен сапаның (қасиет) өзгеретіндігі, химиялық элементтердің қарама-қарсы қасиеттерінің бірігуі сияқты ірі философиялық мәселелер көтеріледі.

Менделеев өзінің ғылыми-зерттеу ісінде, саналы түрде болмаса да диалектика әдісін қолданды, сондықтан оның ашқан жаңалығының ғылыми қорытындысының тек химия мен физикада емес, жалпы жаратылыстану ғылымдары мен философиядағы маңызы зор.

Менделеев өзінің ғылыми жұмыстарында материалистік тұрғыда болған. Менделеевтің заңы да, системасы да материяны, атомды бар деп объективтік реалдық деп танудан шығады. Атомның массасы-материалықтың маңызды белгісі - элементтердің қасиеттерін жүйелеудің негізі етіп алынған.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.