ЧАСТЬ И

ОБЩАЯ ХИМИЯ

СТРОЕНИЕ АТОМА

Строение электронных оболочек атомов и структура Периодической системы

Число химических элементов в периодах

Структура Периодической системы полностью определяется принципами строения электронной оболочки атомов. Число химических элементов, содержащихся в каждом периоде, определяется вместимостью соответствующих энергетических слоев. Число орбиталей на каждом энергетическом уровне определяется по формулю n², где n - номер энергетического уровня. Поскольку каждая орбиталь содержит максимум два электрона, то максимальное число электронов на каждом энергетическом уровне будет 2n².

Первый энергетический уровень может содержать максимально два электрона, поэтому первый период состоит только из двух элементов - Водорода и Гелия. В атоме Гелия первый энергетический уровень завершен.

В атомах всех элементов второго периода первый энергетический уровень также завершен и постепенно заполняется второй энергетический уровень. Он может содержать не более восьми электронов (2 ∙ 2² = 8), поэтому второй период включает восемь химических элементов. В атоме Неона, элемента, который завершает второй период, и первый, и второй энергетические уровни оказываются завершенными.

В атомах химических элементов третьего периода происходит заполнение электронами третьего энергетического уровня (n = 3); он может максимально содержать 18 электронов (2-3² =18). Однако в третьем периоде всего восемь элементов. Это объясняется тем, что на внешнем уровне не может находиться более восьми электронов. Заполнение третьего энергетического уровня до 18 электронов происходит в атомах элементов четвертого периода, где этот уровень уже не будет внешним.

В атоме Аргона, что завершает третий период, полностью «заселены» электронами 3s- и 3р-подуровне, а 3d-подуровень остается свободным. Третий уровень еще не завершен.

В четвертом периоде в атомах первых двух элементов - Калия и Кальция - электроны заселяют четвертый энергетический уровень (4s-подуровень), а затем в последующих десяти элементов от скандия до цинка завершается заполнение третьего энергетического уровня (3d-подуровня). За счет этого четвертый период уже содержит 18 химических элементов. Несмотря на то, что четвертый энергетический уровень может содержать максимально 32 электроны (2 ∙ 4² = 32), полностью он может заполниться только в элементов шестого периода. Благодаря этому шестой и седьмой периоды уже содержат по 32 элементы.

Классификация химических элементов

Атомные орбитали разделяют по типам на s, р, d и f. По этому же принципу можно классифицировать и химические элементы. Если в атомах химического элемента последним заполняется s-подуровень, то такие элементы относят к s-элементам. В Периодической системе ячейки с такими элементами обычно закрашивают в красный цвет. Если последнее заполняется р-подуровень, то такой элемент называют р-элементом, и его ячейку в Периодической системе закрашивают, как правило, в желтый цвет. d-Подуровень заполняется в d-элементов (синий цвет в Периодической системе) и f-подуровень у f-элементов (зеленый цвет).

На каждом энергетическом уровне s-подуровень, что максимально содержит два электрона и среди других подуровней определенного электронного слоя всегда заполняется первым. Это обусловливает то, что каждый период Периодической системы начинается с двух s-элементов.

Начиная со второго энергетического уровня, существует р-подуровень, что максимально содержит шесть электронов, ведь и в каждом периоде, начиная со второго, есть по шесть г-элементов. Так же каждый период, начиная с четвертого, содержит по десять d-элементов, а начиная с шестого - еще по четырнадцать f-элементов, которые образуют два семейства элементов - лантаноїди и актиноїди.

В d- и f-элементов происходит заполнение подуровней не внешнего энергетического уровня. Да, у d-элементов заполняется передзовнішній d-подуровень (у d-элементов четвертого периода, в которых внешним является четвертый энергетический уровень, заполняется d-подуровень третьего уровня - 3d, а в d-элементов пятого периода заполняется 4d-подуровень т.п.).

Химические элементы, в атомах которых происходит заполнение электронами передзовнішнього энергетического уровня, называют переходными.

В f-элементов электронами заполняется передзовнішній f-подуровень: у f-элементов шестого периода (лантаноидов) электроны заселяют f-подуровень четвертого уровня (4f), а у f-элементов седьмого периода (актиноидов) - 5f.

Таким образом, порядок заполнения орбиталей в электронной оболочке атомов полностью отражается на структуре Периодической системы.

Строение электронных оболочек и группы Периодической системы

Рассмотрим строение электронных оболочек атомов следующих химических элементов: Лития, Натрия, Кислорода и Серы. После их сравнения становится очевидным, что элементы одной группы имеют сходную электронную конфигурацию атомов. В атомах Лития и Натрия которые расположены в первой группе Периодической системы, на внешнем слое содержится по одному электрону на s-орбиталях. Отличие заключается только в том, что в атомах Лития внешним является второй энергетический уровень, а в атомах Натрия - третий. Это касается и атомов Кислорода и Серы. Эти два элемента входят к шестой группе, и на внешних уровнях их атомов расположены по шесть электронов, которые одинаково распределены по s- и р-подуровням, ведь эти две пары элементов являются электронными аналогами.

Если рассмотреть электронные конфигурации двух d-элементов одной группы Периодической системы, то мы увидим такое же сходство.

На основании электронного строения атомов можно утверждать, что сходство элементов одной группе Периодической системы, в первую очередь, обусловливается электронной аналогии. Строение внешнего электронного слоя атомов химических элементов, входящих в одной подгруппы, подобная.

Распределение элементов главных и побочных подгруппах также обуславливается строением электронных оболочек. В главных подгрупп входят только s- и р-элементы, в которых заполняется внешний энергетический уровень, а в побочных групп входят d-элементы, у которых заполняется передзовнішній электронный слой.