Периодическая система элементов Д. И. Менделеева - система хим. элементов, отражающая периодич. закон Менделеева - периодич.
зависимость физ. и хим. свойств элементов от их ат. веса (в совр. формулировке
- от заряда ядра элемента, т. е. от ат. номера в П. с. э.). Первую П. с. э.
Менделеев предложил в 1869, а в 1871 разработал т. н. короткую форму (сходную
с совр. П. с. э.), получившую признание после того, как были открыты элементы,
для к-рых Менделеев оставил в П. с. э. незаполненные клетки. Новое развитие
П. с. э. получила после открытия радиоактивности (1896), изотопии [Ф. Содди
(F. Soddy), 1913] и Мозли закона (1913). Полное научное объяснение П.
с. э. осуществлено на основе квантовой механики.
Все известные хим. элементы образуют 8
вертикальных столбцов - групп (табл.), обозначаемых римскими цифрами, все
группы состоят из двух подгрупп - а и б (напр., VII группа
делится на подгруппу марганца и подгруппу галогенов); иногда подгруппы
а и б наз. главной и побочной соответственно. Номер группы
в П. с. э. соответствует высшей положит. валентности элемента. Свойства
элементов в подгруппах а изменяются закономерно. Так, в подгруппе
щелочных металлов (I a)увеличение ат. номера Z сопровождается
повышением химической активности, тогда как в подгруппе галогенов (VII
а)наблюдается обратная зависимость.
Горизонтальные ряды П. с. э. наз. периодами
(их 7) и обозначаются араб. цифрами. Внутри каждого периода наблюдается
б. или м. равномерный переход от активных металлов через менее активные
металлы и слабоактивные неметаллы к очень активным неметаллам и, наконец,
к инертным газам.
В каждом периоде, начиная с 4-го, между
II и III группами находятся ряды переходных элементов - металлов со сходными
хим. свойствами. 15 переходных элементов 6-го периода, начиная с лантана,
практически не различимые по свойствам, наз. лантаноидами или редкоземельными
элементами. В 7-м периоде также имеется ряд очень сходных металлов - актиноидов.
Структура П. с. э. полностью отвечает
порядку заполнения электронных оболочек и слоов в атомах. Число хим. элементов
в периоде равно числу электронов в слое, к-рое определяется в соответствии
с Паули принципом ,запрещающим существование в атоме электронов
в одинаковом квантовом состоянии. Состояние электрона определяют 4 квантовых
числа: главное квантовое число п = 1, 2, 3,..., орбитальное (азимутальное)
квантовое число l = 0, 1, 2, ..., п - 1, магн. квантовое
число ml = 0,1,2,
...,l и
спиновое квантовое число ms =1/2.
Каждому значению l соответствуют 2l + 1 значений ml,
а каждому значению ml - 2 возможных значения ms.
Т. о., замкнутая оболочка, характеризуемая определёнными значениями п и
l, содержит 2(2l + 1) электронов. Макс. число электронов
в слое с определённым п равно:
Т. о., замкнутая s-оболочка
(l = 0)
содержит 2 электрона, р-оболочка (l= 1) - 6 электронов, d-оболочка
(l = 2) - 10 электронов и т. д. Число же электронов в слоях (число
элементов в периодах) с n = 1, 2, 3, 4,... составляет 2, 8, 18,
32, ... соответственно.
Свойства атомов элементов определяются
числом электронов во внеш. электронной оболочке, поэтому элементы, имеющие
одинаковое строение внеш. оболочки, принадлежат к одной группе П. с. э.
Элементы с замкнутой внеш. оболочкой являются инертными газами. Для лёгких
элементов сначала заполняются слои с меньшим, а затем с большим значением
п; внутри слоя сначала заполняется s-, затем р- и
т. д. оболочки. В переходных элементах порядок заполнения оболочек и слоев
нарушается, т. к. состояния с большими значениями п могут иметь
меньшую энергию, чем состояния с меньшим п и большим l. В
результате s-, р-оболочки застраиваются раньше, чем d- и
f-оболочки (см. Атом ).Все переходные элементы являются металлами
(в зависимости от застраивающейся оболочки их иногда называют
d- или
f-элементами), входят в б-подгруппы соответствующих групп
П. с. э., их свойства с ростом Z меняются не резко.
П. с. э. не завершена, конечное число
элементов в ней не определено. Элементы с Z > 95 были синтезированы искусственно,
время жизни изотопов этих элементов крайне мало. Работы по синтезу и теоретической
интерпретации свойств изотопов элементов с Z > 107 продолжаются.
Литература по
Кедров Б. М., Трифонов Д. Н., О современных проблемах периодической системы, М., 1974; Учение о периодичности.
История и современность, под ред. Д. Н. Трифонова, М., 1981; Химия и периодическая
таблица, под ред. К. Сайто, пер. с япон., М., 1982.
1,
2,
...,
l и
спиновое квантовое число ms =
1/2.
Каждому значению l соответствуют 2l + 1 значений ml,
а каждому значению ml - 2 возможных значения ms.
Т. о., замкнутая оболочка, характеризуемая определёнными значениями п и
l, содержит 2(2l + 1) электронов. Макс. число электронов
в слое с определённым п равно:
