Слайд 1Периодический закон. Периодическая система. Периодичность изменения свойств химических элементов
Слайд 2Периодический закон
свойства химических элементов и образуемых ими соединений находятся в
периодической зависимости от зарядов ядер атомов.
Слайд 3Периодическая система -
единственная классификация элементов согласно закономерностям строения электронных оболочек
их атомов;
период - последовательный ряд элементов, в атомах которых
происходит заполнение электронами одинакового числа электронных слоев;
группа –объединяет элементы, имеющие одинаковое строение внешних электронных оболочек атомов.
Слайд 4Периодическая таблица
Принципиальный подход к построению таблиц : элементы располагаются в
порядке возрастания заряда ядер их атомов.
Периодических таблиц известно более
500.
Слайд 5Автограф полной таблицы элементов
Д.И. Менделеева, переписанной набело для отправки
в типографию 17 февраля 1869 г.
Листок с «Опытом системы элементов»
Д.И. Менделеева отпечатан. На французском языке для рассылки иностранным ученым
Периодическая таблица,
составленная Д. И. Менделеевым
Слайд 6Периодическая система, составленная Д. И. Менделеевым
Слайд 8 «Короткий» вариант таблицы системы химических элементов
Слайд 9
Квантовомеханическая интерпретация периодической системы
Слайд 10
Спиральная форма периодической системы
Слайд 14
Современный вариант лестничной периодической системы Линиями отмечены химические аналогии.
Слайд 15
Вариант таблицы Альберта Тарантолы
Слайд 16Периодическая таблица
В 2008 г. в Японии вышла книга под названием
Периодическая таблица: Изучение основ химии при помощи "мoэ", героинями которого
являются 118 девочек-элементов.
Слайд 17
периодичность свойств химических элементов
заряд ядра
структура внешней (предвнешней) электронной оболочки
размеры атома
энергия
ионизации
энергия сродства к электрону
электроотрицательность
Слайд 18Радиус атома
Орбитальный радиус – теоретически рассчитанное положение главного максимума плотности
внешних электронных облаков
Слайд 19Зависимость орбитального радиуса атомов от порядкового номера элемента
Слайд 20Эффективный радиус атома
ковалентный
металлический
ионный
Ван-дер-Ваальсовский
Слайд 21Ковалентный радиус
равен половине межъядерного расстояния в молекулах или кристаллах
соответствующих простых веществ
C-C b = 0,154 нм
C=C
b = 0,134 нм
CΞC b = 0,120 нм
Слайд 22Металлический радиус
Равен половине расстояния между центрами двух соседних атомов
в кристаллической решетке металла
Fe-Fe d = 0,145 нм
Fe-Fe
d = 0,129 нм (кубическая объемоцентрированная)
Слайд 23Для золота Au
орбитальный радиус атома – 0,119 нм;
ковалентный радиус атома
– 0,134 нм;
металлический радиус атома – 0,146 нм.
Слайд 24Ионные радиусы
эффективные радиусы, рассчитанные для кристаллов с преимущественно ионным
типом связи.
Слайд 25Ван-дер-Ваальсовский радиус
Рассчитывается из межъядерных расстояний в кристаллах благородных газов
или из межмолекулярных расстояний
Слайд 26Различия между ковалентным и Ван-дер-Ваальсовским радиусами
Слайд 27ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ
Энергия ионизации – энергия, необходимая для превращения 1 моль
атомов в газовой фазе в 1 моль катионов в газовой
фазе.
Единицы измерения- кДж/моль, эВ/атом.
Потенциал ионизации - наименьшее напряжение электрического поля, при котором происходит отрыв электрона от невозбужденного атома.
Единицы измерения – В.
Слайд 28Величина энергии ионизации
определяется:
эффективным зарядом ядра;
радиусом атома;
конфигурацией электронной оболочки;
эффектом
экранирования электронной оболочки;
проникающей способностью электронов внешнего слоя.
Li – e-
= Li⁺ E₁ = 5,39 эВ
Li⁺ – e- = Li⁺⁺ E₂ = 75,65 эВ
Li⁺⁺ – e- = Li⁺⁺⁺ E₃ = 122,42 эВ
Слайд 29Зависимость величины энергии ионизации от порядкового номера элемента
Слайд 30Зависимость величины энергии ионизации от порядкового номера элемента (для dэлементов).
Слайд 31Изменение величины энергии ионизации по группе химических элементов
Слайд 32
ЭНЕРГИЯ СРОДСТВА К ЭЛЕКТРОНУ
Сродством к электрону F называется энергетический эффект
присоединения электрона к нейтральному атому Э с превращением его в
отрицательный ион Э-:
Э + e- = Э-+ F; H + e- = H-; E = 0,75 эВ.
Энергия сродства к электрону = f(заряд ядра (Z), ra, электронной конфигурации).
Слайд 33Зависимость величины сродства к электрону атомов от атомного номера элемента
Слайд 34Сродство к электрону для молекул
PtF6 Е=6,8 эВ, т.е.
он способен отнимать электроны даже у молекулы кислорода, превращая ее
в ион O2+ (образуются кристаллы [O2PtF6]
Слайд 35ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ
характеристика (условная величина) способности атома в химическом соединении смещать электронную
плотность в свою сторону
По Полингу шкала электроотрицательности рассчитана на основании
экспериментальных значений энтальпии образования связей в двухатомных молекулах;
наибольшее значение электроотрицательности имеет самый активный неметалл – фтор (χ=4,0), а наименьшее значение – щелочные металлы – церий и франций (χ=0,7)
Слайд 36ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ
По Малликену: χ =1/2(Еиониз+Еср-ва к электрону).
По шкале Оллреда-Рохова электроотрицательность определяется
электрическим полем на поверхности атома; ее величина фактически является мерой
стабильности электронной оболочки атома. Для атома Не χ = 5,50.
Слайд 37Изменение величины электроотрицательности в зависимости от порядкового номера элемента
Слайд 38
Внутренняя периодичность
немонотонное изменение свойств химических элементов по периоду
Слайд 39Зависимость величины энергии ионизации от порядкового номера элемента
Слайд 40
В периодах (с увеличением порядкового номера):
увеличивается заряд ядра,
увеличивается
число электронов на внешних атомных орбиталях,
уменьшается радиус атомов,
увеличивается
прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации),
увеличивается электроотрицательность.
Слайд 41
В группах (с увеличением порядкового номера):
увеличивается заряд ядра,
увеличивается радиус
атомов (только в А-группах),
уменьшается прочность связи электронов с ядром
(энергия ионизации; только в А-группах),
уменьшается электроотрицательность (только в А-группах).
Слайд 42Вторичная периодичность
немонотонное изменение свойств химических элементов по группе
Энергия сродства к
электрону
F 3,50 эВ
Cl
3,61 эВ
Br 3,54 эВ
I 3,29 эВ
Слайд 43Диагональная периодичность
Li - Mg (реакции с азотом и углеродом; карбонаты
и фосфаты нерастворимы);
Be - Al (взаимодействуют со щелочами, гидроксиды амфотерны,
соединения склонны к полимеризации);
B - Si (простые вещества инертны и тугоплавки, образуют кислотные оксиды, галогениды подвергаются гидролизу)
Ионный потенциал = отношение заряда иона к радиусу иона (Z/R) (Be – 5,9; Al – 5,9).
Слайд 44Диагональная периодичность
Особенно часто диагональное сходство элементов проявляется в явлении изоморфного
замещения одними элементами других в кристаллах – гетеровалентный изоморфизм
Примером является
диагональ Na+-Ca2+-Y3+ с ионными радиусами 0,98; 1,06 и 1,06 Å.
Слайд 45«Звездная» периодичность
(«геохимическая звезда»)
Слайд 46
ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ В ПЕРИОДАХ
Свойства простых веществ
и их соединений (оксидов, гидроксидов,водородных соединений) по периоду изменяются от
металлических через амфотерные к неметаллическим.
Слайд 47Увеличение кислотных свойств
Эn+
О
Н
Радиус , заряд ядра
NaOН Mg(OH)2 Al(OH)3
H2SiO3 H3PO4 H2SO4 HСlO4
+2
+3
+6
– основный
– амфотерный
– кислотный
CrO Cr(OH)2
Cr2O3 Cr(OH)3 H3CrO3
CrO3 H2CrO4
Кислотно-основные свойства
соединений химических элементов
Слайд 48
В периодах (с увеличением порядкового номера):
усиливаются окислительные свойства простых
веществ ("неметалличность");
ослабевают восстановительные свойства простых веществ ("металличность");
ослабевает основный характер
гидроксидов и соответствующих оксидов;
возрастает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов.
Слайд 49ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ В ГРУППАХ
Элементы второго периода аналогов
не имеют.
В каждой А-группе (кроме VIII) металлические свойства простых веществ
и основный характер соединений (вследствие увеличения радиуса атома) сверху вниз усиливаются.
Слайд 50
В группах А (с увеличением порядкового номера):
ослабевают окислительные свойства простых
веществ («неметалличность»),
усиливаются восстановительные свойства простых веществ ("металличность»),
возрастает основный
характер гидроксидов и соответствующих оксидов;
ослабевает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов;
снижается устойчивость водородных соединений (повышается их восстановительная активность).
Слайд 51ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ В ГРУППАХ
Сходство между элементами групп
А и групп В (главных и побочных подгрупп) наглядно проявляется
в соединениях с максимальной степенью окисления. Например, Cl2O7 и Mn2O7 – кислотные оксиды (хотя MnО – основный оксид).
Слайд 52ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА
Слайд 53Границы периодической системы
«Будущее не грозит периодическому закону разрушением, а только
надстройки и развитие обещает»
(Д.И.Менделеев, 1905 г.)
Слайд 54
Верхняя граница
периодической системы
наличие электронов в атоме
релятивистский эффект
Z = 200
радиоактивный распад
элементов
количество синтезируемых элементов
110Э – 5 атомов
проблемы идентификации
Слайд 55
Проблема синтеза трансурановых элементов:
наличие электронов в атоме – релятивистский эффект;
радиоактивный
распад элементов;
количество синтезируемых элементов (5 -10 атомов) и проблемы их
идентификации
Верхняя граница ≈200
Слайд 56Нижняя граница периодической системы
Ньютоний – Д.И. Менделеев
Протон – супруги Кюри
Слайд 57
Нижняя граница периодической системы
Позитроний (Ps) – электрон и позитрон, вращающиеся
вокруг общего центра тяжести перед тем как аннигилировать.
«Атомный» вес
1/920, время жизни 10-10-10-7 с.
Энергия связи электрона и позитрона = 6,8 эВ
Слайд 58Нижняя граница периодической системы
Мюоний (Mu)
μ⁺ мезон (мюон) и электрон
вокруг него
масса μ+ мезона = 200 масс электрона, атомный» вес
– 1/9, время жизни ~2·10-6 с.
Рисунок из http://www.arxiv.org/abs/1311.6431
Слайд 59
Нижняя граница периодической системы
Мезоатомы (нет электронов)
μ⁻ мюон (заряд как
у электрона, масса в 207 раз больше) может замещать электрон.
Радиус орбиты мюона в 207 раз меньше, чем радиус орбиты электрона в атоме водорода. В тяжелых атомах орбита μ ⁻ мюона может находится даже внутри ядра.
Протоний – протон + анти-протон
Слайд 60Распространенность элементов во Вселенной
На 1000 атомов:
928 H
71 He
1 остальные
Слайд 61Распространенность элементов в земной коре
Кларк элемента – среднее содержание в
земной коре (в %)
О - 47 %
Si – 29,5 %
Al
– 8,05 %
Fe – 4,65 %
Ca – 2,96 %
Na – 2,50 %
K – 2,50 %
Mg – 1,65 %
Слайд 62Химические элементы в организме человека
На 1000 атомов:
632 H
256 O
95 C
13
N
2 P