8.1:
Периодическая классификация элементов
8.1:
Периодическая классификация элементов
Периодическая таблица упорядочивает атомы на основе увеличения атомного числа, чтобы периодически повторялись элементы с одинаковыми химическими свойствами. При добавлении в таблицу их электронных конфигураций наблюдается периодическое повторение аналогичных электронных конфигураций в наружных оболочках этих элементов. Поскольку они находятся во внешних оболочках атома, валентные электроны играют наиболее важную роль в химических реакциях. Внешние электроны обладают самой высокой энергией электронов в атоме и легче теряются или разделяются, чем основные электроны. Валентные электроны также являются определяющим фактором в некоторых физических свойствах элементов.
Горизонтальные ряды называются периодами. За период времени каждый последовательный элемент имеет дополнительный протон в ядре и дополнительный электрон в оболочке валентности. Вертикальные столбцы представляют собой группы. Элементы в любой группе (или столбце) имеют одинаковое количество валентных электронов (рис. 1); литий и натрий щелочных металлов имеют только один валентный электрон, а щелочные металлы, а также магний и лигеновые флюорин и хлор имеют по два, а галогены имеют по семь валентных электронов. Именно потеря, усиление или распределение электронной валентности определяют реакцию элементов. Сходство химических свойств элементов одной группы происходит потому, что они имеют одинаковое количество валентных электронов.
Важно помнить, что периодическая таблица была разработана на основе химического поведения элементов, задолго до появления какой-либо идеи об их атомной структуре. Теперь расположение периодической таблицы лучше понята; элементы, атомы которых имеют одинаковое количество валентных электронов, находятся в одной группе. Цветные разделы на рисунке 1 показывают три категории элементов, классифицируемых по заполняемым орбиталям.
Рисунок 1: В этой версии периодической таблицы показана конфигурация каждого элемента. Обратите внимание, что в каждой группе конфигурация часто сходна.
Элементы основной группы иногда называются репрезентативные элементы. Это элементы, в которых последний добавленный электрон входит в орбиту с или п в самой дальней оболочке, показанной синим и красным на рисунке 1. В эту категорию входят все неметаллические элементы, а также металлоиды и многие металлы. Валентные электроны для элементов основной группы — это электроны самого высокого уровня n. Например, галлий (GA, атомный номер 31) имеет электронную конфигурацию [Ar]4s23d104p1, которая содержит три валентных электрона (подчеркнутые). Электроны полностью заполненных d орбиталей считаются ядрерными, а не валентными, электронами.
Два крайне левых столбца составляют s-блок, а шесть крайне правых столбцов составляют p-блок. Благородные газы, которые являются частью p-блока, имеют восемь валентных электронов, кроме гелия, который имеет два. Эти элементы очень стабильны и неустойчивы.
Переходные элементы или переходные металлы . Это металлические элементы, в которых последний добавленный электрон выходит на орбиталь d . Валентные электроны (добавленные после последней конфигурации благородного газа) в этих элементах включают электроны ns и ( n & ndash; 1) d . Официальное определение переходных элементов ИЮПАК определяет элементы с частично заполненными d орбиталями. Таким образом, элементы с полностью заполненными орбиталями (Zn, Cd, Hg, а также Cu, Ag и Au на рисунке 1) технически не являются переходными элементами. Однако этот термин часто используется для обозначения всего блока d (выделен желтым на рис. 1).
d-блок состоит из 10 столбцов. Главное квантовое число d орбитали, заполняемого по каждой строке, равно номеру строки минус один. В четвертом ряду заполняются, 3 d орбитали, заполняются в пятой строке 4 d орбитали и так далее.
Внутренние переходные элементы : они показаны зеленым на рисунке 1. Валентные оболочки внутренних переходных элементов состоят из ( n & ndash; 2) f , ( n & ndash; 1) d и подоболочки ns . Внутренние переходные элементы составляют f -блок, когда последний электрон входит на f орбиталь. Главное квантовое число орбиталей f , заполняющих каждую строку, равно номеру строки минус два. В шестой строке заполняются 4 орбитали f , а в седьмой строке – 5 орбиталей f . Есть две серии внутренних переходов:
- Ряд лантанидов: от лантанида (La) до лютеция (Lu)
- Актинидный ряд: от актинида (Ac) до лоуренсия (Lr)
Лантан и актиний, из-за их сходства с другими членами этой серии, включены и используются для названия серии, даже если они являются переходными металлами без f электронов.
Этот текст адаптирован из OpenStax Химия 2е изд., раздел 6.4: Электронная структура атомов.