Периодический закон д.И.Менделеева
В 1869 г. Менделеев открыл Периодический закон и разработал естественную классификацию элементов − Периодическую систему.
До появления сведений о сложном строении атома, основной его характеристикой являлся атомный вес, поэтому Менделеев сформулировал закон так: ”Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов”.
Периодическая система является выражением периодического закона. В ней Менделеев расположил элементы в порядке возрастания атомных весов (атомных масс − так сейчас говорят0.
Однако наблюдается в ней 4 несоответствия: Ar и K; Co иNi; Te иI; Th и Pa,− у каждого предыдущего элемента относительная атомная масса Ar несколько больше, чем у последующего, а должно быть все наоборот.
Известно, что основная масса атома сосредоточена в ядре и обусловлена суммарной массой всех протонов и нейтронов. Масса электрона примерно в 1836 раз меньше массы протона.
Каждый атом элемента характеризуется:
|
а) порядковым номером z, который равен заряду ядра, а следовательно равен числу протонов в ядреz=p |
б) массовым числом N, которое определяется суммой числа протонов и нейтронов в ядре: N =p+n |
в) относительной атомной массой Ar |
|
| ||
Атомы одного и
того элемента, отличающиеся числом
нейтронов в ядре, называются изотопами
(например,
).
Каждый элемент имеет по нескольку
изотопов, среди которых есть стабильные
и радиоактивные. ТолькоBe,
F,
Na,
Al,
P,
I,
Au,
Bi,
Th
(всего 21 элемент) имеют по одному
стабильному изотопу,− их называют
изотопно чистыми. У Sn
− 10 стабильных изотопов. Только изотопы
водорода имеют специальные названия:
− протий;
− дейтерий (Д);
− тритий (Т);
− специального названия не имеет и в
природе не существует.
Атомная масса представляет собой сумму масс всех частиц, составляющих атом, за вычетом дефекта массы. Ее принято выражать в атомных единицах массы (а.е.м.), называемых еще Дальтонами (Д).
1 а.е.м. = 1 Д = ½mа(
С)
= 1,661∙10−27
кг,
где mа
−
абсолютная масса атома углерода
С.
В периодической системе приведены средневзвешанные значения относительных атомных масс (естественные атомные массы).
С
→ 17p
+ 17ē
+ 18n
→ 75,53%изотопа в природной смеси
С
→ 17p
+ 17ē
+ 20n
→ 24,47%изотопа в природной смеси
100%
(1,00728∙17) + (0,00055∙17) + (1,00867∙20) = 37,3066
масса всех p в а.е.м. масса всех ē в а.е.м. масса всех n в а.е.м.
Действительная
(наблюдаемая) масса изотопа
С
равна 36,9660, отсюда дефект массы ∆m
= 37,3066∙36,9660 = 0,341 (столько массы превратилось
в энергию, которая выделилась в окружающую
сред). Действительная масса изотопа
С
34,97. Тогда, средневзвешанное значение
относительной атомной массы
(34,97∙0,7553) + (36,97∙0,2447) = 35,46.
Это значение 35,46 и приведено в Периодической системе.
Несоответствия, наблюдаемые для четырех пар элементов, вызваны тем, что первый элемент каждой пары содержит сравнительно много тяжелого изотопа в природной смеси, чем второй.
Современная формулировка периодического закона устранила это кажущееся несоответствие: ”Свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов, т.е. от порядкового номера, который определяется числом протонов в ядре”. Заряд ядра определяет положение элемента в Периодической системе.
К свойствам элементов, которые периодически зависят от заряда ядра, относятся:
а) радиусы атомов и ионов;
б) энергии ионизации и диссоциации;
в) магнитные свойства;
г) атомный обем;
д) температуры плавления и кипения;
е) плотность и твердость;
ж) коэффициенты сжимаемости и расширения;
з) теплоты образования соединений и теплоемкости и др.