Література. 1. Хомченко I.Г., Загальна хімія., К.: Вища школа, 1993

1. Хомченко I.Г., Загальна хімія., К.: Вища школа, 1993. С. 23 — 38.

2. Петров М.М., Михилев Л.А., Кукушкін Ю.Н., Неорганічна хімія — 4-е вид., перероб. - Л. Хімія, 1989 г. с. 40 — 86.

До середини XIX ст. було відкрито 63 хімічні елементи, вивчено їхні властивості i сполуки. Робилось багато спроб систематизувати відомі елементи, побудувати їx класифікацію.

Заслуга у створенні повної систематики хімічних елементів на основі їх найважливішої характеристики — відносної атомної маси — належить великому російському хіміку Д. I. Менделєєву. Він не лише створив найзручнішу класифікацію елементів, але й побачив закономірність у зміні їхніх властивостей, що дозволило йому відкрити у 1869 р. Періодичний закон — один із загальних законів природи.

Д.І. Менделєєв так сформулював Періодичний закон: "Властивості простих тіл також форми і властивості сполук елементів перебувають у періодичній залежності від величини атомних ваг елементів". Розглянемо зміну властивостей елементів залежно від їх атомної маси Ar. Розмістимо елементи, починаючи з літію Li, у порядку зростання Ar. Li Ве В С N О F Ne

У цьому ряду літій — лужний метал. Далі поступово послаблюються металічні i посилюються неметалічні властивості елементів. Перед останнім у ряду стоять типовий неметал — фтор, що наложить до галогенів, останнім — неон (благородний газ). Якщо продовжити такий запис: Na Mg АІ Si Р CI Ar, то побачимо, що після неону відбувається якісний стрибок — перехід до лужного металу натрію, а далі властивості поступово змінюються, подобні до закономірностей, розглянутих до попереднього ряду. Передостанній елемент у другому ряду — галоген (CI). Останній — благородний газ (Ar).

Отже, елементи, розміщенні в порядку збільшення їхніх атомних мас, утворюють ряди, в яких хімічні властивості елементів періодично повторюються. Графічним зображенням періодичного закону є Періодична система елементів. Кожний хімічний елемент займає в таблиці чітко визначене положення (клітину). Bci елементи пронумеровані в порядку їхньої послідовності. Цi номери називаються порядковими, або атомними номерами елементів.

У клітинці записується хімічний символ елемента, його назва й основні характеристики (порядковий номер, відносна атомна маса, характеристика електронної будови атомів елементів). По горизонталі в таблиці елементи утворюють сім періодів (1-7). Періоди 1,2,3 складаються з одного ряду елементів i називаються малими, решта періодів — великі. Період 7 поки що незавершений. Елементи 2-го і 3-го періодів названі Д.І. Менделєєвим типовими: по них найбільш наочно можна простежити зміну властивостей елементів та їхніх сполук.

У 6-му періоді в одній клітині повинні знаходитись 15 елементів, які подібні за багатьма властивостями i називаються лантаноїдами. Аналогічно у 7-му періоді одна клітина повинна охоплювати елементи родини актиноїдів. По вертикали в таблиці розміщено вісім груп (І-VІІ). Кожна з цих груп складається з двох підгруп — головної i побічної. Головні підгрупи називають також групами А, побічні — групами Б. Підгрупи об'єднують найподібніші за властивостями елементи. Періодичний закон i періодична система Д.І. Менделєєва значною мірою вплинули на розвиток хімії, завдяки їх хімія перетворилась у єдину, цілісну науку. Цей закон став стимулом для пошуку нових елементів.

На основі закону Д.І. Менделєєва були заповнені вci клітини періодичної системи від першого елемента до 92-го (урану), потом відкриті наступні елементи (трансуранові). І сьогодні закон використовуються для передбачення і синтезу нових елементів. Періодичний закон відіграє велику роль у розвитку всіх природних наук. Він научно демонструє основні закони філософії. Тому можна сказати, що закон Д.I. Менделєєва має загальнонаукове значення й є фундаментальним законом природи.

Слово "атом" походить від грецького "atomoa" — неподільний. Уявлення про атом як про неподільну частинку були поширенні навіть на початку ХХ ст., хоча вже багато вчених припустили, що атоми мають складну будову, а їх неподільність зумовлена лише недостатнім рівнем розвитку дослідницької техніки.

У кінці XIX — на початку XX ст. були поставлені експерименти, які довели складність будови атомів. Велику роль у цьому відіграло відкриття французьким фізиком Беккерелем явища радіоактивності — самодільного розпаду атомів деяких елементів. Частинки, що утворюються під час радіоактивного розпаду, були детально вивчені французькими фізиками П.Кюре i М.Склодовською-Кюрі. Відразу ж після виявлення явища радіоактивності англійським фізиком Томсоном був відкритий електрон — елементарна частинка, що негативно заряджена і має дуже незначну масу. Ці відкриття i дослідження привели до принципів нових уявлень про будову атомів.

Основою для створення сучасної моделі атома стала квантова механіка. Розглянемо основні положення квантової механіки:

1. Енергія випромінюються і поглинається тільки окремими порціями квантами. Отже, енергія мікрочастинок змінюється стрибкоподібно.

2. Електрони та інші мікрочастинки мають двоїсту природу: з одного боку, вони виявляють властивості частинок (наприклад, мають масу i заряд), з іншого боку, під час руху вони мають властивості електромагнітної хвилі.

3. Квантова механіка заперечує наявність певних орбіт у мікрочастинок. Для електронів, що рухаються, неможливо визначити точно місце знаходження.

Вони перебувають у простopi поблизу атомного ядра. Можна лише визначити ймовірність перебування електрона у різних частинах простору.

Простір поблизу ядра, в якому досить велика ймовірність перебування електрона (=90%), називається орбіталлю. Цей простір обмежується поверхнею, тобто є об’ємною геометричною фігурою. Квантові числа. Стан електрона в атомах можна описати за допомогою чотирьох квантових чисел.

Електрони в атомах мають неоднакову енергію і відповідно до своєї енергії розміщуються на різних відстанях від ядра, утворюючи енергетичні рівні, або електронні шари. Енергетичний рівень визначається головним квантовим числом n, яке може мати цілі значення: 1, 2, 3,... Найменше значення n (n = 1) відповідає енергетичному рiвню з найнижчою енергією, із збільшенням n енергія рівня зростає.

Енергетичні piвні позначаються арабськими цифрами відповідно до значення n (електроні шари позначаються великими буквами): n = 1, рівень 1 (або шар К); n = 2, рівень 2 (або шар L); n = 3 (або шар М) тощо.

Якщо атом перебуває в основному (не збудженому) стану, то число електронних шарів дорівнює номеру періоду, в якому перебуває даний елемент в періодичній системі Д.I. Менделєєва.

Орбіталі в атомах мають певну форму, яка характеризується значенням орбітального квантового числа 1. Значення 1 залежить від головного квантового числа: 1 набуває цілих значень від О до n — 1. Якщо n = 1, то 1 = 0; при n = 2 і набуває двох значень: 0 i 1.

Формам орбіталей присвоєно позначення за допомогою літер: s, р, d, f. Значення 1 = О відповідає s-орбіталі сферичної форми. Якщо 1=1, то це р-орбіталі, що мають форму гантелі. Значенням 1 — 2 i 1 — 3 відповідає d- i f-орбіталі, що мають складну форму.

Отже, електрони, що відповідають першому енергетичному рівню, перебувають тільки на s-орбіталях, електрони другого рівня — на s і р-орбіталях, електрони третього рівня — на s-, р- і d-орбіталях тощо.

В межах одного шару електрони з однаковими значеннями і утворюють підрівні (або підшари). Так, s-орбіталі відповідає s-підрівень, р-орбіталям — р--підрівень, d-орбіталям — d-підрівень, f-орбіталям — f-підрівень.

Магнітне квантове число m визначає розміщення op6iталі в просторі. Його значення залежить від 1: m може набувати цілих значень від — 1 до +1, включаючи 0. Якщо 1 — 0, то m = 0, отже, s -op6італі мають тільки одне положення в пpoсторі.

Для 1=1 існують три значення магнітного квантового числа: -1, 0 1 +1. Їм відповідають три взаємно перпендикулярні p-орбіталі. Oci симетрії р-орбіталей розміщенні вздовж осей координат х, у і z (p_x, p_y і p_z opбіталі). Отже, в межах одного енергетичного рівня може бути одна s- i три р-op6iталі. d-орбіталіям (1=2) відповідають п'ять значень m (-2, -1, 0,+1,+2), а f-орбіталям — ciм значень (-3, -2, -і, 0, +1, +2, +3), тому в межах енергетичного рівня може бути п'ять d i ciм f-орбіталей.

Крім квантових чисел n, l, m, що описують рух електрона поблизу ядра атома, існує спінове квантове число s, яке характеризує два можливі напрямки обертання електронів навколо власної oci. Спінове квантове число набуває двох значень: +1/2 i — 1/2. Орбіталь з двома електронами, що мають різні значення s (антипаралельні спіни), зображують так:

[↑↓ ]

Принцип Паулі. Стан електронів у багатоелектронних атомах визначається принципом Паулі: в атомі не може бути двох електронів, вci чотири квантові числа яких були б однаковими. Звідси виходить, що на одній орбіталі може перебувати не більше двох електронів.

Принцип Паулі визначає число електронів на енергетичних рівнях і підрівнях. Число електронів на енергетичному рівні N дорівнює:

N=2n²

де n-головне квантове число.

Звідси випливає, що на першому енергетичному pівні може перебувати 2 електрони, на другому — 8 (2 на s- і 6 р-підрівнях), на третьому — і8 (2 на s- i 6 р- i 10 на d- підрівнях) I т.д.

Електронні формула атомів. Усі електрони атома утворюють його електронну оболонку.

Будова електронної оболонки зображується електронною формулою, яка показує розподіл електронів на енергетичних рівнях і підрівнях. У цих формулах енергетичні рівні позначаються цифрами 1, 2, 3, 4,..., підрівні — буквами s, р, d, f. Число електронів на підрівні позначається цифрою, яка записується справа вгорі від букви, що показує підрівень

Запишемо електронні формули деяких елементів другого періоду:

₃Li 1s² 2s¹

₄Ве 1s² 2s²

₅В 1s² 2s² 2p¹

За положенням елемента в Періодичній системs Д. І. Менделєєва можна визначити його електронну формулу (або закінчення цієї формули). Для цього необхідно знати такі закономірності.

1. Число енергетичних рівнів в атомі, на яких розміщенні електрони, дорівнює номеру періоду.

2. В елементів головних підгруп число електронів на зовнішньому енергетичному рівні дорівнює номеру групи періодичної системи.

В елементів головних підгруп електрони останнього енергетичного рівня є валентними, тобто вони беруть участь у хімічній взаємодії.

3. В елементів побічних підгруп III-VII груп, а також у трьох елементів побічної групи VIII групи (Fе, Ru, Os) загальне число електронів на s-підрівні останнього енергетичного рівня атома i d-підрівні передостаннього рівня дорівнює номеру групи. В елементів побічних підгруп валентними можуть бути S-електрони останнього енергетичного рівня і d — електрони передостаннього рівня.

4. В елементів побічних підгруп І та ІІ груп d-підрівень передостаннього енергетичного рівня завершений (d¹⁰), а на останньому енергетичному рівні число електронів дорівнює номеру групи. Закінчення електронної формули ртуті записується так:……. 5d¹⁰ 6s².

Електронні формули часто зображують графічно, використовуючи описані вище графічні позначення орбіталей та електронів. Графічні електронні формули показують розподіл електронів не тільки по рівням і підрівням, але й по орбіталям.

Запишемо, наприклад, електронну формулу атома хлору:

₁₇СІ 1s² 2s² Sp⁶ Зs²Зp⁵ 3d [↑↓ ] [↑↓ ] [↑↓ ] [↑↓ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

2p [↑↓ ] [↑↓ ] [↑↓ ] [↑↓ ]

1s [↑↓ ]

Якщо атом віддає або приєднує електрони, він перетворюється на іон. Можна зобразити електронну формулу іона. Наприклад, заліза: електронні формули атома Fe та його іон Fе⁺³ можна записати так:

₂₆Fe... 3d⁶ 4s²; Fе⁺³...3d⁵.

Насамперед атом віддає електрони з найвищого енергетичного рівня i підрівня. Атом сірки перетворюється на іон S^-2

₁₆S … 3s²3p⁴; S^-2 …3s²3p⁶

Електронна конфігурація ioнa сірки S^-2 аналогічна електронній конфігурації атома аргону.

Ядро атома має набагато менші розміри, ніж сам атом (у 10000 — 100000 разів) Однак у ядрі зосереджена майже вся маса атома.

У 1932 р. радянським вченим Д. Д. Іваненком i С. М. Габоном була; запропонована протонно-нейтронна теорія будови ядра. Згідно з цією теорію ядро атома складається з протонів і нейтронів. Протони, нейтрони, так само як і електрони, належать до елементарних частинок.

Протон р — це частинка з відносною масою 1,007276 (=1) і відносним зарядом +1. Нейтрон n — електронейтральна частинка, його відносна маса дорівнює 1,008665 (=1).

Число електронів у ядрі Z визначає позитивний заряд ядра. Цей заряд у відносних одиницях дорівнює порядковому номеру елемента в Періодичній систем Д.І. Менделєєва. Відносна маса ядра складається із маси протонів, яка також дорівнює Z, i маси нейтронів, яка у відносних одиницях дорівнює числу нейтронів Оскільки практично вся маса атома зосереджена в ядрі, можна вважати, що

Аr=Z+N,

Тобто відносна атомна маса дорівнює сумі мас протонів і нейтронів.