2.7. Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням у элементов больших периодов

Формирование четвертого и последующих периодов сложнее, чем у элементов малых периодов.

В соответствии с первым правилом Клечковского четвертый период начинает заполняться электронами с 4s – AOу калия[Ar] 4s¹и[Ar] 4s²– у кальция. В последующем в соответствии со вторым правилом Клечковского происходит заполнение3d –подуровня, начиная с элемента скандия[Ar] 3d¹4s² (табл. 3).

Таблица 3

Электронные конфигурации элементов

Продолжение табл. 3

Из табл. 3 видно, что в некоторых элементах последовательность заполнения 3d – АОпроисходит перемещение электрона с более высокого уровня на еще незаполненный подуровень более низкого уровня (так называемый ''провал'' электрона). Так, например, в атоме хрома в место казалось бы, нормального размещения электронов по формуле[Ar] 3d⁴4s², фактически размещение электронов выражается конфигурацией[Ar] 3d⁵4s¹. Подобные отступления наблюдаются также и у атомов меди, ниобия и некоторых других элементов.

В пятом периоде, содержащем 18 элементов, как и в четвертом периоде, вначале заполняется 5s – AO, затем4d – AO, а завершается период заполнением5p – AO.

Шестой период содержит 32 элемента и начинается, как и предыдущие с s –элементов (цезий, барий). Затем в соответствии с правилом Клечковского происходит заполнение4f – AO(n = 4, l = 3). Элементы с семью4f – AO, заселяемыми электронами от лантана до иттербия, называют лантаноидами, что означает – подобные лантану. В седьмом периоде появляются 5 – элементы от актиния до жолиотия, известные под общим названием актиноиды – подобные актинию.

Седьмой период еще не завершен, он должен заканчиваться элементом с z = 118, экардоном.

2.8. Периодический закон д. И. Менделеева

Одним из фундаментальных законов природы является Периодический закон, который был открыт Д. И. Менделеевым в 1869 г. Этот закон явился обобщением сведений об элементах, известных в то время. Ко времени открытия периодического закона было известно 63 элемента, определены их атомные веса, изучены свойства.

Попытки классифицировать химические элементы имело место и до Менделеева. Предшественники Менделеева, замечая сходства некоторых элементов, объединили их в отдельные группы, выделяя, например триады элементов (И. Деберейнер). Впервые мысль о периодичности свойств элементов высказал в 1862 г. Бегье де Шанкуртуа, а сходство между каждым 8-м элементом обнаружил в 1866 г. Ньюлендс, который назвал свою закономерность законом октав. Однако ему не удалось объяснить найденную закономерность, а в его таблице не нашлось места новым элементам, а в некоторые вертикальные столбцы попались элементы, различающиеся по свойствам.

Созданный Менделеевым закон и периодическая система были лишены этих недостатков. Расположив элементы по возрастанию атомных весов, Менделеев установил периодичность в изменении свойств элементов и сформулировал закон:

Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов.

Предложенная Менделеевым периодическая система элементов имела четкую структуру в виде групп и периодов (рядов). В этой структуре нашлось место не только для всех известных в то время элементов, но были оставлены пустые места для еще не открытых элементов.

Выдающимся достижением Д.И. Менделеева является то, что он не только классифицировал уже открытые элементы, но предсказал существование неизвестных в то время элементов и охарактеризовал их ожидаемые свойства. Используя свою систему, Менделеев предсказал в 1871 г. существование трех неизвестных элементов: экабора (Sс), экаалюминия(Ga)и экасилиция(Ge). Первым был открыт галлий в 1875 г. Лекоком де Буабодреном, который обнаружил этот элемент в минерале сералеритеZnS, а затем выделил его в виде металла. Свойства галлия оказались тождественными свойствами неизвестного экаалюминия, предсказанными Менделеевым. В 1879 г. Л. Нильсоном в Швейцарии был выделен из некоторых минералов триоксид дииттербия и оксид нового элемента, названного им скандием. Этот элемент по своим свойствам, атомной массе соответствовал экабору.

В 1886 г. в Германии Винклер обнаружил в редком минерале аргиродите новый элемент германий, свойства которого совпали со свойствами экасилиция.

Открытие этих элементов было величайшим триумфом периодического закона.

Со временем изменилась формулировка этого закона, но при этом оно не изменила его содержание. Это изменение было обусловлено открытием в 1915 г. закона Мозли. При исследовании рентгеновских лучей, испускаемых антикатодами, сделанными из различных материалов, наблюдается подобие спектров испускания этих металлов. Чем больше атомный вес металла, из которого сделан антикатод, тем больше длина волны таких полос испускания. Мозли установил простое соотношение между длиной волны и атомными номерами элементов: = aZ + в, гдеZ- атомный номер элемента, соответствующий заряду ядра;аив– постоянные;- длина волны. Открытие этого закона позволило утвердить фундаментальное значение атомного номера и соответственно заряда элемента. При классификации элементов существенным фактором должен быть не атомный вес, а заряд ядра. Поэтому современная формулировка периодического закона следующая:свойства простых веществ, а также форма и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов.