家電卓周期表の基本元素。メンデレーエフの元素周期表

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周期表の基本元素。メンデレーエフの元素周期表

講義番号 2

周期表化学元素 DI. メンデレーエフ

プラン：

D.I.による発見メンデレーエフの周期法則

周期表の作成原理

D.I. によって策定された周期法則。メンデレーエフ。

化学元素の周期表は、化学元素の自然な分類であり、化学元素の周期律をグラフ (表) で表現したものです。その構造は多くの点で現代のものと似ており、1869年から1871年の周期法に基づいてD.I.メンデレーエフによって開発されました。

周期系の原型 だった " 原子量と化学的類似性に基づいた元素系の経験、編集済み DI. メンデレーエフ 1869 年 3 月 1 日。 2 年間にわたって、科学者は「システムの経験」を継続的に改善し、要素のグループ、系列、周期の概念を導入しました。その結果、周期表の構造はほぼ現代的な輪郭を獲得しました。

系内の要素の位置の概念は、群と周期の数によって決定され、系の進化にとって重要になりました。この概念に基づいて、メンデレーエフは、ウラン、インジウム、セリウムおよびその衛星など、いくつかの化学元素の原子量を変更する必要があるという結論に達しました。これが最初でした実用定期的なシステム。メンデレーエフはまた、いくつかの未知の元素の存在を初めて予測しました。科学者は説明した最も重要なプロパティエカアルミニウム（将来のガリウム）、エカボロン（スカンジウム）、エカシリコン（ゲルマニウム）。さらに、彼はマンガン (将来のテクネチウムとレニウム)、テルル (ポロニウム)、ヨウ素 (アスタチン)、セシウム (フランス)、バリウム (ラジウム)、タンタル (プロタクチニウム) の類似体の存在を予測しました。これらの元素に関する科学者の予測は次のとおりです。一般的な性格なぜなら、これらの元素は周期表のほとんど研究されていない領域に位置しているからです。

化学元素の周期系の最初のバージョンは、主に経験的な一般化のみを表していました。結局のところ、周期律の物理的意味は不明であり、原子質量の増加に応じて元素の性質が周期的に変化する理由については説明されていませんでした。この点に関しては、多くの問題が未解決のまま残されていました。周期表の境界はありますか? 既存の要素の正確な数を判断することはできますか? 不明のままだったのは、第 6 周期の構造、つまり希土類元素の正確な量でした。水素とリチウムの間の元素がまだ存在するかどうか、最初の期間の構造がどのようなものかは不明でした。したがって、周期法則の物理的な実証と周期系の理論の発展に至るまで、深刻な困難が何度も起こりました。 1894年から1898年の発見は予想外でした。不活性ガスの銀河で、周期表に載っていないように見えました。この問題は、周期表の構造に独立したゼロ基を含めるというアイデアのおかげで解消されました。 19 世紀と 20 世紀の変わり目に放射性元素が大量に発見されました。 (1910 年までにその数は約 40 でした) それらを周期表に載せる必要性と既存の構造との間に大きな矛盾が生じました。第 6 期と第 7 期には 7 名しか空きがありませんでした。この問題はシフト規則の確立と同位体の発見によって解決されました。

周期の法則と周期系の構造の物理的意味を説明できない主な理由の 1 つは、原子がどのように構築されるかが不明であったことです (「原子」を参照)。周期表の開発における最も重要なマイルストーンは、E. ラザフォードによる原子模型の作成 (1911 年) でした。これに基づいて、オランダの科学者 A. ヴァンデンブローク (1913 年) は、周期表内の元素の通し番号は、その原子の原子核の電荷 (Z) に数値的に等しいと示唆しました。これはイギリスの科学者 G. モーズリーによって実験的に確認されました (1913 年)。周期法則は物理的に正当化されました。元素の特性変化の周期性は、原子質量ではなく、元素の原子核の Z 電荷に応じて考慮されるようになりました。

その結果、メンデレーエフの周期体系の構造は大幅に強化されました。システムの下限値は決まっています。これは水素です。最小値 Z = 1 の元素です。水素とウランの間の元素の数を正確に推定することが可能になりました。 Z = 43、61、72、75、85、87 の未知の元素に対応する周期表の「ギャップ」が特定されました。しかし、希土類元素の正確な数に関する疑問は不明のままであり、最も重要なことに、その理由は不明でした。元素の性質の変化の周期性はZに応じて明らかにされませんでした。

周期系の既存の構造と原子スペクトルの研究結果に基づいて、デンマークの科学者はN. ボー、1918 ～ 1921 年ぐ。原子内の電子シェルとサブシェルの構築順序に関するアイデアを開発しました。科学者は、原子の同様の電子配置が周期的に繰り返されるという結論に達しました。このように、化学元素の特性変化の周期性は、原子の電子殻と副殻の構築における周期性の存在によって説明されることが示されました。

現在、周期表には 117 個の元素が含まれています。このうち、すべての超ウラン元素 (Z" = 93 ～ 117) と、Z = 43 (テクネチウム)、61 (プロメチウム)、85 (アスタチン)、87 (フランシウム) の元素は人工的に得られました。周期系の存在が提案されたたくさんの(> 500) その亜種グラフィック画像、主に表の形式ですが、さまざまな幾何学的図形（空間および平面）、検量線（スパイラルなど）などの形式もあります。最も普及している周期表の短い、長い、およびはしご形式を受け取りました。現在、短い方が好まれます。

基本原則 周期表の構築は、グループと期間に分けます。メンデレーエフの一連の要素の概念は、物理的な意味を持たないため、今日では使用されていません。グループは、メイン (a) サブグループと二次サブグループ (b) に分けられます。各サブグループには元素、つまり化学的類似体が含まれています。ほとんどのグループの a サブグループと b サブグループの元素も、主により高い酸化状態で互いに一定の類似性を示し、一般にグループ番号と同じです。

周期は、アルカリ金属で始まり不活性ガスで終わる元素の集合です (特別な場合は最初の周期です)。各期間には、厳密に定義された数の要素が含まれます。周期表は 8 つのグループと 7 つの周期で構成されており、7 番目はまだ完成していません。

第一期の特徴は、含まれるものの中でたった2つの要素：水素とヘリウム。システム内の水素の位置は曖昧です。アルカリ金属とハロゲンに共通の性質を示すため、I A または VII A サブグループに分類されます。最後の選択肢がより頻繁に使用されます。ヘリウムは、VIII A サブグループの最初の代表です。長い間ヘリウムとすべての不活性ガスは別のゼログループに分離されました。この条項は合成後に修正が必要でした化学物質クリプトン、キセノン、ラドン。その結果、希ガスと元の VIII 族元素 (鉄、コバルト、ニッケル、白金金属) が 1 つのグループ内で結合されました。ヘリウムとネオンの不活性には疑いの余地がないため、このオプションは完璧というわけではありません。

2 番目の期間には 8 つの要素が含まれます。それは、唯一の酸化状態が + 1 であるアルカリ金属リチウムから始まります。次にベリリウム (酸化状態が + 2 である金属) が続きます。ホウ素はすでに弱い金属的性質を示しており、非金属 (酸化状態 + 3) です。ホウ素の次に炭素は典型的な非金属であり、+4 と -4 の両方の酸化状態を示します。窒素、酸素、フッ素、ネオンはすべて非金属であり、窒素はグループ番号に対応する +5 の最も高い酸化状態を持ちます。フッ素の場合、酸化状態は既知 + 7 です。不活性ガスのネオンが周期を完了します。

第 3 周期 (ナトリウム - アルゴン) にも 8 つの元素が含まれます。それらの特性の変化の性質は、第 2 期の元素で観察されたものとほぼ同様です。しかし、ここにはいくつかの特異性もあります。したがって、マグネシウムはベリリウムと異なり、より金属的であり、アルミニウムもホウ素と比較するとより金属的です。シリコン、リン、硫黄、塩素、アルゴンはすべて代表的な非金属です。そして、アルゴンを除くそれらはすべて、族数に等しいより高い酸化状態を示します。

見てわかるように、どちらの期間でも、Z が増加するにつれて、元素の金属特性の弱体化と非金属特性の増加が観察されます。D.I.メンデレーエフは、2番目と3番目の要素を次のように呼びました。彼の言葉を借りれば、典型的な（短い）期間でした。小さな周期の要素は、自然界で最も一般的な要素の 1 つです。炭素、窒素、酸素（水素とともに）は有機物です。有機物の基本元素。

第 1 期から第 3 期のすべての要素は A サブグループに配置されます。

第 4 周期 (カリウム - クリプトン) には 18 個の元素が含まれます。メンデレーエフによれば、これは最初の大きな時期だという。アルカリ金属のカリウムとアルカリ土類金属のカルシウムの後には、10 種類のいわゆる遷移金属 (スカンジウム - 亜鉛) からなる一連の元素が続きます。それらはすべて b サブグループに含まれます。鉄、コバルト、ニッケルを除くほとんどの遷移金属は、族番号に等しいより高い酸化状態を示します。ガリウムからクリプトンまでの元素は A サブグループに属します。クリプトンは、これまでの希ガスとは異なり、化合物を形成することができます。

第 5 周期 (ルビジウム - キセノン) は第 4 周期と構造が似ています。。また、10 種類の遷移金属 (イットリウム - カドミウム) がインサートされています。この時代の要素にはそれぞれ独自の特徴があります。ルテニウム - ロジウム - パラジウムの 3 つの組み合わせでは、酸化状態 +8 を示すルテニウムの化合物が知られています。キセノンを除いて、A サブグループのすべての元素は、グループ番号に等しいより高い酸化状態を示します。Ｚの増加に伴う第４および第５周期の要素の特性の変化の特徴は、第２および第３周期と比較してより複雑であることが分かる。

第 6 周期 (セシウム - ラドン) には 32 個の元素が含まれます。この期間には、10種類の遷移金属（ランタン、ハフニウム、水銀）に加えて、セリウムからルテチウムまでの14種類のランタニドも含まれています。セリウムからルテチウムまでの元素は化学的に非常に似ており、このため、長い間希土類元素の仲間に含まれてきました。短い形式の周期表では、ランタンセルに多数のランタン種が含まれており、この系列の解読は表の下部に示されています。

第 6 期の要素の特異性は何ですか? オスミウム - イリジウム - 白金のトライアドでは、オスミウムの酸化状態は +8 であることが知られています。アスタチンはかなり顕著な金属的な特徴を持っています。ラドンはおそらくすべての希ガスの中で最も反応性が高いです。残念ながら、放射性が高いという事実のため、その化学はほとんど研究されていません）。

第7ピリオドはフランスから始まります。6番目と同様に、これも32の元素を含むはずですが、そのうちの21はまだ知られており、フランシウムとラジウムはそれぞれI a-サブグループとI I a-サブグループの元素であり、アクチニウムはIII b-サブグループに属します。第 7 期のさらなる建設については議論の余地がある。最も一般的な見解は、トリウムからローレンシウムまでの元素を含み、ランタニドに似たアクチニド族であると考えられています。この一連の要素のデコードも表の下部に記載されています。

メンデレーエフの周期表のサブグループでは、化学元素の性質はどのように変化しますか?

この変化の主なパターンは、Z が増加するにつれて元素の金属的性質が強化されることです。このパターンは、IIIa ～ VIIa サブグループで特に顕著に現れます。 I A ～ III A サブグループの金属では、化学活性の増加が観察されます。 IVA - VIIA サブグループの元素の場合、Z が増加するにつれて、元素の化学活性の弱化が観察されます。 b サブグループ元素の場合、化学活性の変化はより複雑です。

周期系の理論は、20 年代に N. ボーアと他の科学者によって開発されました。XX世紀これは、原子の電子配置を形成するための実際のスキームに基づいています。この理論によれば、Z が増加するにつれて、周期表の周期に含まれる元素の原子内の電子殻とサブシェルの充填が次の順序で発生します。

期間番号

1 2 3 4 5 6 7

1s2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p7s5f6d7p

周期系の理論に基づいて、次のような周期の定義が与えられます。ピリオドは、値 n の要素で始まる要素のコレクションです。期間番号と等しく、l=0 (s 要素)、同じ値 n および l = 1 (p 要素) を持つ要素で終わる）。例外は最初の期間で、1 の要素のみが含まれます。周期系の理論から、周期内の元素の数は次のようになります: 2、8、8、18、18、32...

b サブグループには、以前は不完全なままだったシェルの完成が起こる原子内の元素が含まれます。そのため、第 1、第 2、および第 3 期には b サブグループの要素が含まれません。

化学元素の周期表の構造は、化学元素の原子の構造と密接に関連しています。 Z が増加するにつれて、外側の電子殻の同様のタイプの構成が周期的に繰り返されます。つまり、それらは元素の化学的挙動の主な特徴を決定します。これらの特徴は、A サブグループの元素 (s および p 元素)、b サブグループの元素 (遷移 d 元素)、および f 族の元素 (ランタニドおよびアクチニド) で異なって現れます。特別な場合は、最初の期間の要素である水素とヘリウムによって表されます。水素は、単一の b 電子が容易に除去されるため、反応性が高くなります。同時に、ヘリウム (1 番目) の配置は非常に安定しており、これがヘリウムの完全な化学的不活性を決定します。

A サブグループの要素の場合、外側の電子殻が満たされます (n は周期数に等しい)。したがって、Z が増加するにつれて、これらの元素の特性は著しく変化します。したがって、第 2 周期では、リチウム (2s 配置) は唯一の価電子を失いやすい活性金属になります。ベリリウム (2s~) も金属ですが、その外側の電子が原子核により強く結合しているため、活性度は低くなります。さらに、ホウ素 (23"p) は金属的性質が弱く表現されており、2p サブシェルが構築される第 2 周期の後続元素はすべてすでに非金属です。ネオンの外側電子殻の 8 電子配置(2s~p~) - 不活性ガス - 非常に耐久性があります。

第 2 周期の元素の化学的性質は、それらの原子が最も近い不活性ガスの電子配置 (リチウムから炭素までの元素の場合はヘリウム配置、炭素からフッ素までの元素の場合はネオン配置) を獲得したいという欲求によって説明されます。これが、たとえば酸素がその族数に等しいより高い酸化状態を示すことができない理由です。酸素は追加の電子を獲得することでネオン構造を達成することが容易になります。性質の変化の同じ性質は、第 3 周期の要素と、その後のすべての周期の s 要素と p 要素に現れます。同時に、Z が増加するにつれて、A サブグループの外側の電子と原子核の間の結合の強さが弱まることが、対応する元素の特性に現れます。したがって、s 元素の場合、Z が増加するにつれて化学活性が顕著に増加し、p 元素の場合、金属特性が増加します。

遷移 d 元素の原子では、主量子数の値と周期数より 1 つ少ない値を持つ、以前は不完全だったシェルが完成します。いくつかの例外を除いて、遷移元素原子の外側電子殻の配置は ns です。したがって、すべての d 元素は金属であり、これが、Z の増加に伴う 1 元素の特性の変化が s および p 元素で見られたほど劇的ではない理由です。より高い酸化状態では、d 元素は周期表の対応する族の p 元素と一定の類似性を示します。

トライアド (VIII b サブグループ) の元素の特性の特殊性は、d サブシェルが完成に近づいているという事実によって説明されます。これが、鉄、コバルト、ニッケル、白金金属が一般に、より高い酸化状態の化合物を生成する傾向がない理由です。唯一の例外はルテニウムとオスミウムで、これらは酸化物 RuO4 と OsO4 を生成します。 I および II B サブグループの要素の場合、d サブシェルは実際には完全です。したがって、それらは基番号に等しい酸化状態を示します。

ランタニドおよびアクチニドの原子内 (それらはすべて金属です)以前は不完全だった電子殻の完成は、主量子数と周期数より 2 単位少ない値で発生します。これらの元素の原子では、外側の電子殻 (ns2) の構成は変化しません。同時に、f電子は実際には何の影響も与えません。化学的特性。これが、ランタニドが非常に似ている理由です。

アクチニドの場合、状況はさらに複雑です。核電荷 Z = 90 ～ 95 の範囲では、電子 bd と 5/ が化学相互作用に参加できます。このことから、アクチニドはより広範囲の酸化状態を示すことがわかります。たとえば、ネプツニウム、プルトニウム、アメリシウムの場合、これらの元素が 7 価の状態で現れる化合物が知られています。クリウム (Z = 96) で始まる元素の場合のみ、3 価の状態が安定します。したがって、アクチニドの特性はランタニドの特性とは大きく異なり、したがって 2 つの族は類似していると考えることはできません。

アクチニド族は、Z = 103 (ローレンシウム) の元素で終わります。クルチャトビウム (Z = 104) とニルスボリウム (Z = 105) の化学的性質を評価すると、これらの元素はそれぞれハフニウムとタンタルの類似体であることがわかります。したがって、科学者たちは、原子内にアクチニド族が存在した後、6d サブシェルの体系的な充填が始まると考えています。

周期表に含まれる元素の最終的な数は不明です。その上限の問題は、おそらく周期表の最大の謎です。自然界で発見された最も重い元素はプルトニウム (Z = 94) です。人工核融合の限界に達しました - 原子番号 107 の元素。未解決の質問: シリアル番号の大きい要素をどの要素をいくつ取得できるでしょうか? これにはまだ確実に答えることができません。

科学者たちは、コンピューター上で実行される複雑な計算を使用して、原子の構造を決定し、そのような「超元素」の最も重要な特性を膨大なシリアル番号 (Z = 172、さらには Z = 184) に至るまで評価しようとしました。得られた結果は全く予想外のものでした。たとえば、Z = 121 の元素の原子では、8p 電子が出現すると予想されます。これは、Z = 119 および 120 の原子で 8s サブシェルの形成が完了した後のものです。しかし、s電子の後のp電子の出現は、第2周期と第3周期の元素の原子でのみ観察されます。計算では、仮想の第 8 周期の元素では、原子の電子殻とサブシェルの充填が非常に複雑かつ独特な順序で起こることも示されています。したがって、対応する元素の特性を評価することは非常に困難な問題です。 8 番目の期間には 50 個の要素 (Z = 119 - 168) が含まれているように見えますが、計算によれば、Z = 164 の要素で終了する必要があります。 4つ前のシリアルナンバー。そして、「エキゾチックな」第 9 期は 8 つの要素で構成されることが判明しました。彼の「電子」エントリーは次のとおりです: 9s "Зр 9р"。つまり、第 2 期と第 3 期のように 8 つの要素だけが含まれることになります。

コンピューターを使用して行われた計算がどれほど真実であるかを言うのは困難です。しかし、それらが確認された場合、元素の周期表とその構造の基礎となるパターンを真剣に再検討する必要があるでしょう。

周期表はこれまで、そしてこれからも発展において大きな役割を果たし続けます。さまざまな分野自然科学。彼女が現れた最も重要な成果原子分子科学は、「化学元素」という現代の概念の出現とその概念の明確化に貢献しました。単体物質ああ、そしてつながり。

周期系によって明らかにされるパターン原子構造理論の発展、同位体の発見、核の周期性に関する考え方の出現に大きな影響を与えました。周期系は、化学における予測の問題の厳密に科学的な定式化に関連付けられています。これは、未知の元素の存在と性質の予測、およびすでに発見されている元素の化学的挙動の新しい特徴として明らかになりました。今日、周期表は主に無機化学の基礎を表しており、所定の特性を持つ物質の化学合成、新しい半導体材料の開発、さまざまな化学プロセスのための特定の触媒の選択などの問題の解決に大きく役立ちます。最後に、周期表は化学教育の基礎となります。

メンデレーエフの周期法則

化学元素の周期法則は自然界の基本法則であり、原子核の電荷が増加するにつれて化学元素の特性が周期的に変化することを反映しています。 3 月 1 日オープン (2 月 17 日、オールドスタイル) 1869 D.I. メンデレーエフ。この日、彼は「原子量と化学的類似性に基づく元素系の経験」という表を作成しました。周期律の最終的な定式化は 1871 年 7 月にメンデレーエフによって行われました。それには次のように書かれていました。

« 元素の特性、したがってそれらが形成する単純な物体と複雑な物の特性は、その原子量に周期的に依存します。」

メンデレーエフの周期法則の定式化は、40 年ほど前から科学界に存在していました。これは、主に原子の核模型の開発など、物理学における顕著な業績により改訂されました。判明したのは、原子核電荷 (Z)数値的に等しいシリアルナンバー周期表の対応する元素の位置と、Z に応じて原子の電子シェルとサブシェルの充填は、原子の同様の電子配置が周期的に繰り返される形で発生します (化学元素の周期表を参照)。したがって、周期律の現代的な定式化は次のようになります。元素、単体物質、およびそれらの化合物の特性は、原子核の電荷に周期的に依存します。

法律などの他の基本的な自然法則とは異なります。万有引力または質量とエネルギーの等価の法則のように、周期法則は次のような形で書くことはできません。一般方程式または数式。その視覚的な反映は元素の周期表です。しかし、メンデレーエフ自身と他の科学者は、化学元素の周期法則の数学的方程式を見つけようと試みました。これらの試みは、原子構造理論の発展後に初めて成功を収めました。しかし、それらは、原子核の電荷に対するシェルおよびサブシェル内の電子の分布順序の定量的依存性の確立にのみ関係しています。

周期法則は宇宙全体に普遍的な法則です。原子が存在するところならどこでも力を持ちます。しかし、原子の電子構造が周期的に変化するだけではありません。原子核の構造と性質も独特の周期法則に従います。中性子と陽子からなる原子核には、中性子と陽子の殻があり、その充填は周期的です。原子核の周期系を構築する試みも知られています。

ドミトリー・イワノビッチ・メンデレーエフ (1834 - 1907)

ロシアの科学者は化学元素の周期法則を発見しました。

1955年にアメリカ人はG. シーボーグ率いる物理学者は、原子番号を持つ化学元素を合成しました101. 彼らはそれに名前を付けましたメンデレビウム-偉大なロシアの科学者の功績を認めて。メンデレーエフの周期表は、100 年以上にわたって新元素発見の鍵となってきました。

周期律と周期系は、自然科学の発展に対する D.I. メンデレーエフの最も重要な貢献となりました。しかし、それらは巨大なプロジェクトの一部にすぎません創造的な遺産科学者。彼の作品全集 - 25 冊のボリュームのある、まさに知識の百科事典。

メンデレーエフは同型性に関する散在する情報をシステムに導入し、これが地球化学の発展に役割を果たしました。彼は、物質が液体状態で存在できない臨界沸点を発見し、溶液の水和理論を開発したため、当然のことながら優れた物理化学者とみなされます。彼は希薄ガスの特性について徹底的な研究を行い、優れた実験物理学者であることを示しました。メンデレーエフは石油の無機起源説を提唱しましたが、今でもこの説を支持する人がいます。無煙火薬の製造方法を開発した。航空学、気象学、改良された測定技術を研究しました。彼は主計量室のマネージャーとして、計量学の発展に多大な貢献をしました。科学的功績により、メンデレーエフは 50 以上の学会や科学協会の会員に選出されました。さまざまな国平和。で科学活動科学者は、彼の言葉を借りれば、「祖国への最初の奉仕」を経験したという。

2番目の奉仕は教えることです。メンデレーエフは教科書『化学の基礎』の著者であり、生涯に8回版を重ね、何度も英語に翻訳されました。外国語。メンデレーエフはサンクトペテルブルクの多くの教育機関で教えました。「私の何千人もの生徒のうち、多くは今ではどこでも著名な人物であり、彼らに会ったとき、私は彼らの中に良い種があると信じており、単に義務を果たしているわけではないといつも聞いていました」と科学者は衰退期に書いた。

「祖国への第三の奉仕」は、工業と農業の分野において多面的で有益でした。ここでメンデレーエフは、ロシアの発展と将来を気遣う真の愛国者であることを示した。彼はボブロヴォの敷地内で「穀物育種の実験」を実施した。彼は石油の生産方法を詳細に研究し、多くのことを与えました。貴重な提言彼らの改善のために。彼は工場や工場、鉱山や鉱山を訪問し、常に産業界の緊急のニーズを掘り下げていました。メンデレーエフの権威は非常に高かったため、複雑な経済問題を解決するための専門家として常に招待されました。死の直前に彼は「ロシアの知識に向けて」という本を出版し、その中で国の生産力の発展のための広範な計画を概説した。

「科学的な種まきは人々の収穫のために芽を出します」 これが科学者のすべての活動のモットーでした。

メンデレーエフは、当時最も文化的な人物の一人でした。彼は文学と芸術に深い関心を持っており、さまざまな国や民族の芸術家による絵画の複製画の膨大なコレクションを収集しました。著名な文化人の会合はしばしば彼のアパートで行われた。

コントロールの質問:

D.I.メンデレーエフによって定式化された、化学元素の周期法則が発見されたのは何年ですか?

周期性の法則の本質は何ですか? その主な特徴は何ですか?

周期表の周期、グループ、サブグループとは何ですか?

どのサブグループがメインと呼ばれ、どれがセカンダリと呼ばれますか?

元素の金属的性質はグループ内および周期内でどのように変化するのでしょうか?

元素原子の酸化還元特性は、原子番号の増加とともにどのように変化しますか?

周期表のどのグループに、水素とガス状化合物を形成する元素が含まれていますか? どちらが酸性ですか?

周期表にホウ素からアスタチンまで線を引いた場合、この線の左側にはどのような性質を持つ元素が位置しますか?

原子構造の量子力学的理論の本質は何ですか?

D.I.メンデレーエフの周期法則の現代的な定式化を教えてください。

周期表の V 行の IV 周期に位置し、酸素化合物で VI 価を示す元素を見つけます。その水素価は何ですか?

文学：

ガブリエルアン O、S. 職業および専門技術のための化学: 教科書 / O.S. ガブリエリアン、I.G. オストロモフ。 – M.: 出版センター「アカデミー」、2009年。 – 256 p.

ガブリエルアン O、S. 化学: 学生向けの教科書。平均教授教科書施設/OS ガブリエリアン、I.G. オストロモフ。 – 第 6 版、削除されました。 – M.:出版センター「アカデミー」、2009年。 – 336 p。

人類の歴史の中で 19 世紀は、化学をはじめとする多くの科学が改革された世紀です。メンデレーエフの周期系とそれに伴う周期法が登場したのはこの時でした。現代化学の基礎となったのは彼でした。 D. I. メンデレーエフの周期系は、化学物質と物質の依存性を確立する元素の体系化です。物理的特性物質の原子の構造と電荷に関するもの。

話

定期刊行物の始まりは、17 世紀の第 3 四半期に書かれた『元素の原子量と特性の相関』という本によって始まりました。そこには、既知の化学元素 (当時は 63 個しかありませんでした) の基本概念が表示されていました。さらに、それらの多くの原子質量は誤って測定されました。これはD.I.メンデレーエフの発見を大きく妨げました。

ドミトリー・イワノビッチは、元素の特性を比較することから仕事を始めました。まず第一に、彼は塩素とカリウムの研究に取り組み、その後、アルカリ金属の研究に移りました。化学元素が描かれた特別なカードを手に、彼はこの「モザイク」を組み立てようと繰り返し試みました。必要な組み合わせや一致を求めてそれをテーブルの上に並べました。

多くの努力の末、ドミトリー・イワノビッチはついに探していたパターンを見つけ、要素を周期的な行に配置しました。その結果、元素の間に空のセルができた科学者は、すべての化学元素がロシアの研究者に知られているわけではないこと、そして彼の研究者によってまだ与えられていない化学の分野の知識をこの世界に与えなければならないのは自分自身であることに気づきました。先人たち。

周期表がメンデレーエフの夢の中に現れ、彼は記憶から元素を単一の系に集めたという神話は誰もが知っています。これは、大まかに言えば嘘です。事実、ドミトリー・イワノビッチはかなり長時間働いて仕事に集中し、それが彼を非常に疲れさせました。メンデレーエフは元素体系の研究中に一度眠ってしまったことがあります。彼が目を覚ましたとき、彼はテーブルを完成させておらず、むしろ空のセルを埋め続けていることに気づきました。彼の知人で大学教師のイノストランツェフという人は、周期表はメンデレーエフの夢だったと判断し、この噂を学生たちに広めた。こうしてこの仮説が生まれました。

名声

メンデレーエフの化学元素は、19 世紀の第 3 四半期 (1869 年) にドミトリーイワノビッチによって作成された周期法則を反映しています。特定の構造の作成に関するメンデレーエフの通知がロシアの化学界の会議で読み上げられたのは 1869 年のことでした。そして同じ年に、「化学の基礎」という本が出版され、メンデレーエフの化学元素の周期系が初めて出版されました。そして本の中で「ナチュラル系元素と未発見の元素の性質を示すためのその使用」 D.I.メンデレーエフは最初に「周期法」の概念について言及しました。

要素の構造と配置ルール

周期律を作成する最初のステップは、1869 年から 1871 年にドミトリー・イワノビッチによって行われました。当時、彼はこれらの元素の特性が原子の質量に依存することを確立するために熱心に取り組みました。現代版要素を 2 次元の表にまとめたものを表します。

テーブル内の要素の位置には、特定の化学的および物理的意味が含まれます。表内の元素の位置によって、その価数がわかり、他の化学的特性を判断できます。ドミトリー・イワノビッチは、性質が似ていて異なる要素間のつながりを確立しようとしました。

彼は、当時知られていた化学元素の分類を価数と原子量に基づいて行いました。メンデレーエフは、元素の相対的な特性を比較することにより、既知のすべての化学元素を 1 つの系に統合するパターンを見つけようとしました。増加する原子質量に基づいてそれらを配置することによって、彼は依然として各列の周期性を達成しました。

システムの更なる発展

1969 年に登場した周期表は、何度も改良されてきました。 1930 年代に希ガスが出現すると、それを特定することが可能になりました。最新の依存症要素 - 質量からではなく、シリアル番号から。その後、原子核内の陽子の数を確定することができ、それが元素の原子番号と一致することが判明しました。 20世紀の科学者は電子エネルギーを研究し、それが周期性にも影響を与えることが判明しました。これにより、元素の特性に関する考え方が大きく変わりました。この点は、メンデレーエフの周期表の後の版に反映されています。元素の特性や特徴に関する新たな発見は、それぞれ有機的に表に収まります。

メンデレーエフの周期系の特徴

周期表は周期（横7列）に分かれており、さらに大周期と小周期に分かれています。この周期はアルカリ金属で始まり、非金属の性質を持つ元素で終わります。
Dmitry Ivanovich の表は、縦方向にグループ (8 列) に分割されています。周期表のそれぞれは、主サブグループと二次サブグループという 2 つのサブグループで構成されています。多くの議論の後、D.I.メンデレーエフと彼の同僚であるU.ラムゼーの提案により、いわゆるゼログループを導入することが決定されました。不活性ガス（ネオン、ヘリウム、アルゴン、ラドン、キセノン、クリプトン）が含まれます。 1911 年、科学者 F. ソディは、区別できない元素、いわゆる同位体を周期表に配置するよう依頼され、それらには個別のセルが割り当てられました。

周期系の正しさと精度にもかかわらず、科学界は長い間この発見を認めたくありませんでした。多くの偉大な科学者はD.I.メンデレーエフの研究を嘲笑し、まだ発見されていない元素の特性を予測することは不可能だと信じていました。しかし、想定される化学元素が発見された後 (これらは、たとえばスカンジウム、ガリウム、ゲルマニウムでした)、メンデレーエフ体系と彼の周期法則は化学の科学となりました。

現代の食卓

メンデレーエフの元素周期表は、原子分子科学に関連するほとんどの化学的および物理的発見の基礎です。元素の現代の概念はまさに偉大な科学者のおかげで形成されました。メンデレーエフの周期系の出現は、さまざまな化合物や単体物質に関する考え方に根本的な変化をもたらしました。科学者による周期表の作成は、化学とそれに関連するすべての科学の発展に大きな影響を与えました。

周期律を図で表したものが周期表（表）です。システムの水平方向の行は期間と呼ばれ、垂直方向の列はグループと呼ばれます。

系 (表) には合計 7 つの周期があり、周期の数は、元素の原子内の電子層の数、外部 (価数) エネルギー準位の数、および最高のエネルギー準位の主量子数。各期間（最初の期間を除く）は、活性アルカリ金属である s 元素で始まり、不活性ガスで終わり、その前に活性非金属（ハロゲン）である p 元素が続きます。周期を左から右に移動すると、短い周期の化学元素の原子核の電荷が増加すると、外部エネルギー準位の電子の数が増加し、その結果、次のような特性が得られます。元素は変化します - 通常の金属（周期の初めに活性なアルカリ金属があるため）から、両性（元素は金属と非金属の両方の特性を示す）を経て、非金属（活性な非金属は期間の終わりにハロゲン）、つまり金属的性質は徐々に弱まり、非金属的性質が増加します。

大きな周期では、原子核の電荷が増加するため、電子の充填がより困難になります。これは、小さな周期の元素と比較して、元素の特性のより複雑な変化を説明します。したがって、長い周期の偶数行では、原子核の電荷が増加しても、外側のエネルギー準位の電子の数は一定のままで、2 または 1 に等しいことになります。したがって、外側の次の準位 (外側から 2 番目)が電子で満たされると、偶数列の元素の性質はゆっくりと変化します。奇数列に移行すると、核電荷の増加に伴い、外部エネルギーレベルの電子の数が増加し（1から8）、元素の特性は短い期間と同じように変化します。

意味

周期表の縦の列は、同様の電子構造を持ち、化学的に類似した元素のグループです。グループは I から VIII までのローマ数字で指定されます。主サブグループ (A) と二次サブグループ (B) があり、最初のサブグループには s 要素と p 要素が含まれ、2 番目のサブグループには d 要素が含まれます。

サブグループの番号 A は、外側のエネルギー準位にある電子の数 (価電子の数) を示します。 B サブグループ元素の場合、グループ番号と外部エネルギー準位の電子の数の間に直接の関係はありません。 A サブグループでは、元素の原子核の電荷が増加するにつれて、元素の金属的性質が増加し、非金属的性質が減少します。

周期表内の元素の位置とその原子の構造の間には関係があります。

- 同じ周期のすべての元素の原子は等しい数部分的または完全に電子で満たされたエネルギー準位。

- A サブグループのすべての元素の原子は、外側のエネルギーレベルで同じ数の電子を持っています。

周期表における位置に基づいて化学元素の特性を評価する計画を立てる

通常、化学元素は、次の計画に従って周期表内の位置に基づいて特徴付けられます。

- 化学元素の記号とその名前を示します。

— 要素が配置されているシリアル番号、期間番号、およびグループ (サブグループのタイプ) を示します。

— 原子内の核電荷、質量数、電子、陽子、中性子の数を示します。

- 電子配置を書き留め、価電子を示します。

- 基底状態と（可能であれば）励起状態の価電子の電子グラフ式をスケッチします。

— 元素の種類とその種類 (金属または非金属) を示します。

- 単体の特性を、サブグループ内で隣接する元素によって形成される単体の特性と比較します。

- 単体の特性を、その周期内で隣接する元素によって形成される単体の特性と比較する。

- 高級酸化物および水酸化物の式を次のように示します。簡単な説明それらの特性。

— 化学元素の最小および最大酸化状態の値を示します。

マグネシウム（Mg）を例にした元素の特徴

上記の計画に従って、マグネシウム (Mg) の例を使用して化学元素の特性を考えてみましょう。

1. Mg – マグネシウム。

2. 序数 – 12。この要素は、グループ II、A (メイン) サブグループの第 3 期にあります。

3. Z=12 (核電荷)、M=24 (質量数)、e=12 (電子の数)、p=12 (陽子の数)、n=24-12=12 (中性子の数)。

4. 12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 – 電子配置、価電子 3s 2。

5. 基底状態

興奮状態

6. S 要素、金属。

7. 最高の酸化物 – MgO – は次の特性を示します。

MgO + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O

MgO + N 2 O 5 = Mg(NO 3) 2

塩基 Mg(OH) 2 は水酸化マグネシウムに相当し、塩基の典型的な特性をすべて示します。

Mg(OH) 2 + H 2 SO 4 = MgSO 4 + 2H 2 O

8. 酸化状態「+2」。

9. マグネシウムの金属特性はベリリウムよりも顕著ですが、カルシウムよりは弱いです。

10. マグネシウムの金属的性質はナトリウムほど顕著ではありませんが、アルミニウム (第 3 周期の隣接元素) よりも強いです。

問題解決の例

例 1

エクササイズ

化学元素である硫黄を周期表における位置に基づいて説明します。メンデレーエフ

解決

1. S – 硫黄。

2. 序数 – 16。この要素は、第 3 期のグループ VI、A (メイン) サブグループにあります。

3. Z=16 (核電荷)、M=32 (質量数)、e=16 (電子の数)、p=16 (陽子の数)、n=32-16=16 (中性子の数)。

4. 16 S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 – 電子配置、価電子 3s 2 3p 4.

5. 基底状態

興奮状態

6. p 要素、非金属。

7. 高級酸化物 - SO 3 - は酸性の性質を示します。

SO 3 + Na 2 O = Na 2 SO 4

8. 高級酸化物である H 2 SO 4 に対応する水酸化物は、酸性の性質を示します。

H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

9. 酸化状態の最小値は「-2」、最大値は「+6」

10. 硫黄の非金属特性は酸素の特性ほど顕著ではありませんが、セレンの非金属特性よりは強いです。

11. 硫黄の非金属特性はリンの非金属特性より顕著ですが、塩素 (第 3 周期の隣接元素) の非金属特性よりは弱いです。

例 2

エクササイズ

化学元素ナトリウムを周期表の位置に基づいて説明します。メンデレーエフ

解決

1. Na – ナトリウム。

2. 序数 – 11。この要素は、グループ I、A (メイン) サブグループの第 3 期にあります。

3. Z=11 (核電荷)、M=23 (質量数)、e=11 (電子の数)、p=11 (陽子の数)、n=23-11=12 (中性子の数)。

4. 11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 – 電子配置、価電子 3s 1。

5. 基底状態

6. S 要素、金属。

7. 高級酸化物 – Na 2 O – は基本的な特性を示します。

Na 2 O + SO 3 = Na 2 SO 4

水酸化ナトリウムとしては、塩基 NaOH が対応し、塩基の典型的な特性をすべて示します。

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O

8. 酸化状態「+1」。

9. ナトリウムの金属的性質はリチウムの金属的性質よりも顕著ですが、カリウムの金属的性質よりは弱いです。

10. ナトリウムの金属的性質は、マグネシウム (第 3 周期の隣接元素) よりも顕著です。

D.I.メンデレーエフは、それらの特性は何らかの基本的な要素によって決定される必要があるという結論に達しました。一般的な特性。彼は元素の原子量を化学元素の基本的な特性として選択し、周期法則を簡単に定式化しました (1869 年)。

元素の特性、およびそれらが形成する単純および複合体の特性は、元素の原子量の値に定期的に依存します。

メンデレーエフの長所は、前任者たちが理解できなかった、明示された依存を客観的な自然法則として理解したという事実にある。 D.I. メンデレーエフは、化合物の組成、化学的性質、沸点と融点、結晶構造などが原子質量に周期的に依存すると信じていました。メンデレーエフは、周期的依存の本質を深く理解することで、いくつかの重要な結論と仮定を導き出す機会を得ることができました。

現代の周期表

まず、当時知られていた 63 個の元素のうち、メンデレーエフはほぼ 20 個の元素 (Be、In、La、Y、Ce、Th、U) の原子量を変更しました。第二に、彼は約 20 個の新しい元素の存在を予測し、周期表にそれらの場所を残しました。そのうちの 3 つ、すなわちエカボロン、エカアルミニウム、エカシリコンは、十分に詳細かつ驚くべき正確さで説明されています。これは、ガリウム (eca-アルミニウム)、スカンジウム (ecaboron)、およびゲルマニウム (eca-シリコン) という元素が発見されたとき、その後 15 年間にわたって見事に確認されました。

周期法則は自然の基本的な法則の 1 つです。科学的世界観の発展に対するその影響は、質量とエネルギー保存の法則、または量子論としか比較できません。 D.I.メンデレーエフの時代でも、周期律は化学の基礎となりました。構造と同位体現象のさらなる発見により、元素の主な量的特性は原子量ではなく、核電荷 (Z) であることが示されました。 1913 年、モーズリーとラザフォードは「元素の序数」の概念を導入し、周期系のすべての記号に番号を付け、元素の分類は原子核の電荷に等しい元素の序数に基づいていることを示しました。彼らの原子の。

このステートメントは現在モーズリーの法則として知られています。

したがって、周期律の現代の定義は次のように定式化されます。

単体の物質の特性、および元素の化合物の形態と特性は、原子核の電荷値 (または周期表における元素の原子番号) に周期的に依存します。

元素の原子の電子構造は、原子核の電荷が増加するにつれて、電子構造の自然な周期的な繰り返しがあり、したがって元素の特性の繰り返しが存在することを明確に示しています。これは元素の周期表に反映されており、数百ものオプションが提案されています。ほとんどの場合、既知の要素をすべて含み、まだ開いていない要素のための空きスペースを持つ、短縮型と拡張型の 2 つの形式のテーブルが使用されます。

各元素は周期表の特定のセルを占め、元素の記号と名前、シリアル番号、相対原子質量が示されます。放射性元素の場合は、最も安定した、またはアクセスしやすい同位体の質量番号が角括弧内に示されます。最近の表には、密度、単体物質の沸点、融点など、その他の参考情報が記載されていることがよくあります。

期間

周期系の主な構造単位は周期とグループ、つまり化学元素が電子構造に従って分割される自然の集合体です。

周期とは、原子内の電子が同じ数のエネルギーレベルを満たす、水平方向に連続する一連の要素です。

期間番号は外部番号と一致します量子レベル。たとえば、元素カルシウム (4s 2) は第 4 周期にあります。つまり、その原子には 4 つのエネルギー準位があり、価電子は外側の第 4 準位にあります。周期の長さが異なる理由は、外側の電子層とコアに近い電子層の両方を充填する順序の違いによって説明されます。

s元素とp元素の原子では外側準位が構築され、d元素では外側の2番目のエネルギー準位、f元素では外側の3番目のエネルギー準位が構築されます。

したがって、特性の違いは、隣接する s 要素または p 要素に最も明確に現れます。同じ時期の d 要素、特に f 要素では、特性の違いはそれほど重要ではありません。

すでに述べたように、電子によって構築されるエネルギーサブレベルの数に基づいて、元素は電子族に結合されます。たとえば、IV期からVI期には、10種類のd元素を含むファミリーがあります：3dファミリー（Sc-Zn）、4dファミリー（Y-Cd）、5dファミリー（La、Hf-Hg）。第 6 周期と第 7 周期では、14 個の元素がそれぞれ f 族を構成します。ランタニドと呼ばれる 4f 族 (Ce-Lu) と、アクチニドと呼ばれる 5f 族 (Th-Lr) です。これらの族は周期表の下に置かれます。

最初の 3 つの期間は、小さな期間、または典型的な期間と呼ばれます。これは、これらの期間の要素の特性が、他のすべての要素を 8 つのグループに分配するための基礎となるためです。不完全な第 7 期を含む他のすべての期間は、主要期間と呼ばれます。

最初の期間を除くすべての期間は、アルカリ元素 (Li、Na、K、Rb、Cs、Fr) で始まり、7 番目を除いて不完全な不活性元素 (He、Ne、Ar、Kr、Xe、 Rn）。アルカリ金属は同じ外部電子配置を持っています n s 1、ここで n— 期間番号。ヘリウム (1s 2) を除く不活性元素は、外側の電子層と同じ構造を持っています。 n s2 n p 6、つまり電子的アナログ。

考慮されたパターンにより、次の結論に達することができます。

原子の特性を主に決定するのは原子の外側電子であるため、外側電子層の同一の電子配置が周期的に繰り返されることが、類似元素の物理的および化学的特性の類似性の理由です。

典型的な短い期間では、原子番号の増加に伴い、外部エネルギー準位の価電子の数が増加するため、金属特性が徐々に減少し、非金属特性が増加することが観察されます。たとえば、第 3 周期のすべての元素の原子には 3 つの電子層があります。 2 つの内側の層の構造は、第 3 周期 (1s 2 2s 2 2p 6) のすべての要素で同じですが、外側の 3 番目の層の構造は異なります。前の各元素から後続の各元素に移動すると、原子核の電荷が 1 つ増加し、それに応じて外部電子の数も増加します。その結果、原子核への引力が増大し、原子の半径が減少します。これにより、金属特性が弱まり、非金属特性が増加します。

第 3 の期間は、非常に活性の高い金属ナトリウム (11 Na - 3s 1) で始まり、やや活性の低いマグネシウム (12 Mg - 3s 2) が続きます。これらの金属は両方とも 3s ファミリーに属します。第 3 周期の最初の p 元素はアルミニウム (13 Al - 3s 2 3p 1) であり、その金属活量はマグネシウムよりも低く、両性の性質を持っています。化学反応非金属のように振る舞うこともできます。次に非金属シリコン (14 Si - 3s 2 3p 2)、リン (15 P - 3s 2 3p 3)、硫黄 (16 S - 3s 2 3p 4)、塩素 (17 Cl - 3s 2 3p 5) が続きます。非金属特性は、Si から活性非金属である Cl に増加します。この期間は不活性元素アルゴン (18 Ar - 3s 2 3p 6) で終了します。

1 つの周期内で元素の特性は徐々に変化し、前の周期から次の周期への移行中に、新しいエネルギー準位の構築が始まるため、性質の急激な変化が観察されます。

表 1 に示すように、特性が徐々に変化することは、単純な物質だけでなく、複雑な化合物にも特徴的です。

表 1 - 第 3 周期の元素とその化合物のいくつかの性質

電子ファミリー	s要素		p要素
元素記号	ナ	マグネシウム	アル	シ	P	S	Cl	アル
原子核の電荷	+11	+12	+13	+14	+15	+16	+17	+18
外部電子構成	3秒1	3秒2	3秒 2 3p 1	3秒 2 3p 2	3秒 2 3p 3	3秒 2 3P 4	3秒 2 3p 5	3秒 2 3P 6
原子半径、nm	0,189	0,160	0,143	0,118	0,110	0,102	0,099	0,054
最大価数	私	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	V	VI	Ⅶ	—
*高級酸化物とその性質*	Na2O	MgO	Al2O3	SiO2	P2O5	SO3	Cl2O7	—
*高級酸化物とその性質*	基本特性		両性特性	酸の性質				—
酸化物水和物（塩基または酸）	NaOH	Mg(OH)2	Al(OH)3	H2SiO3	H3PO4	H2SO4	HClO4	—
酸化物水和物（塩基または酸）	ベース	弱い基盤	両性水酸化物	弱酸	中程度の強さの酸	強酸	強酸	—
水素化合物	いや	MgH2	AlH3	SiH4	PH3	H2S	塩酸	—
水素化合物	固体の塩状物質			ガス状物質				—

長期間にわたって、金属の特性はよりゆっくりと弱まっていきます。これは、第 4 期から 10 個の遷移 d 要素が出現し、その中で外側ではなく 2 番目の外側の d サブレベルが構築され、d 要素の外側の層に1 つまたは 2 つの s 電子が、これらの元素の性質をある程度決定します。したがって、d 要素の場合、パターンはやや複雑になります。たとえば、第 5 期では、金属特性はアルカリ性の Rb から徐々に低下し、白金族の金属 (Ru、Rh、Pd) の最小強度に達します。

ただし、不活性な銀銀の後にカドミウム Cd が配置され、金属特性が急激に増加します。さらに、元素の原子番号が増加するにつれて、非金属の特性が現れ、典型的な非金属ヨウ素に至るまで徐々に増加します。この期間は、これまでのすべての期間と同様に、不活性ガスで終了します。大きな周期内の元素の特性が周期的に変化するため、それらを 2 つの系列に分割することができ、周期の 2 番目の部分が最初の部分を繰り返すことになります。

グループ

周期表の元素の縦列 - グループはサブグループで構成されます。主グループと二次グループであり、それぞれ文字 A と B で指定されることもあります。

主要なサブグループには s 要素と p 要素が含まれ、二次サブグループには大きな周期の d 要素と f 要素が含まれます。

メインサブグループは、周期表で垂直に配置され、原子の外側の電子層と同じ構成を持つ元素のセットです。

上記の定義からわかるように、メインサブグループ内の元素の位置は、グループ番号に等しい外部エネルギー準位の電子 (s- および p-) の総数によって決まります。例えば、硫黄(S-3s) 2 3P 4 )、その原子は外側準位に 6 つの電子を含み、第 6 族の主要な亜族であるアルゴン (Ar - 3s) に属します。 2 3P 6 ） - 第8グループのメインサブグループ、およびストロンチウム（Sr - 5s） 2 ) - IIA サブグループに。

1 つのサブグループの元素は、同様の化学的性質によって特徴付けられます。例として、サブグループ IA と VIIA の要素を見てみましょう (表 2)。原子核の電荷が増加すると、電子層の数と原子の半径は増加しますが、外側のエネルギー準位にある電子の数は一定のままです。アルカリ金属 (サブグループ IA) の場合は 1 つ、ハロゲン (サブグループ VIIA) の場合は 1 つです。） - セブン。化学的特性に最も大きな影響を与えるのは外側の電子であるため、考慮されているアナログ元素の各グループが同様の特性を持っていることは明らかです。

しかし、1 つのサブグループ内では、特性の類似性に加えて、何らかの変化が観察されます。したがって、H を除くサブグループ IA のすべての元素は活性金属です。しかし、原子の半径が増加し、価電子に対する原子核の影響を遮蔽する電子層の数が増加すると、金属特性が増加します。したがって、Fr は Cs よりも活性な金属であり、Cs は R よりも活性です。また、サブグループ VIIA では、同じ理由で、原子番号が増加するにつれて元素の非金属特性が弱まります。したがって、FはClに比べて活性の高い非金属であり、ClはBrなどに比べて活性の高い非金属です。

表 2 - IA および VIIA サブグループの元素のいくつかの特徴

期間	サブグループ I.A.				サブグループ VIIA
期間	元素記号	コアチャージ	原子半径、nm		元素記号	コアチャージ	原子半径、nm	外部電子構成
Ⅱ	李	+3	0,155	2 s1	F	+9	0,064	2 s2 2 p5
Ⅲ	ナ	+11	0,189	3 s1	Cl	+17	0,099	3 s2 3 p5
Ⅳ	K	+19	0,236	4 s1	Br	35	0,114	4 s2 4 p5
V	Rb	+37	0,248	5 s1	私	+53	0,133	5 s2 5 p5
VI	Cs	55	0,268	6 s1	で	85	0,140	6 s2 6 p5
Ⅶ	神父	+87	0,280	7 s1	—	—	—	—

側サブグループは、周期表で垂直に配置された一連の元素であり、外側の s エネルギーサブ準位と 2 番目の外側の d エネルギーサブ準位の構成により、同じ数の価電子を持ちます。

側部分群のすべての要素は d ファミリーに属します。これらの元素は遷移金属と呼ばれることもあります。側サブグループでは、d 元素の原子では電子が外側から 2 番目のエネルギー準位を構築し、外側準位には 1 つまたは 2 つの電子しか存在しないため、特性の変化はよりゆっくりになります。

各周期の最初の 5 つの d 要素 (サブグループ IIIB ～ VIIB) の位置は、外側の 2 番目のレベルの s 電子と d 電子の合計を使用して決定できます。たとえば、スカンジウムの電子式 (Sc - 4s) から 2 3D 1 ）第3グループ（価電子の合計が3であるため）の第2サブグループ（d元素であるため）に位置することは明らかであり、マンガン（Mn - 4s） 2 3D 5 ) は、7 番目のグループの 2 番目のサブグループに配置されます。

各周期の最後の 2 つの元素 (サブグループ IB および IIB) の位置は、外側準位の電子の数によって決定できます。これは、これらの元素の原子では前の準位が完全に完了しているためです。たとえば、Ag (5s 1 5d 10) は、最初のグループ Zn (4s) の 2 次サブグループに配置されます。 2 3d 10) - 2 番目のグループの 2 番目のサブグループ内。

トライアド Fe-Co-Ni、Ru-Rh-Pd、Os-Ir-Pt は、第 8 グループの二次サブグループに位置します。これらのトライアドは、鉄とプラチノイドの 2 つのファミリーを形成します。これらの族に加えて、ランタニド族 (4f 元素 14 個) とアクチニド族 (5f 元素 14 個) が個別に区別されます。これらのファミリーは、3 番目のグループの 2 番目のサブグループに属します。

サブグループ内の元素の金属特性が上から下に増加すること、およびこれらの特性が 1 周期内で左から右に減少することにより、周期表の斜線パターンの外観が決まります。したがって、Be は Al に、B は Si に、Ti は Nb に非常に似ています。これは、自然界ではこれらの元素が同様の鉱物を形成するという事実によって明確に証明されています。たとえば、自然界では、Te は常に Nb とともに存在し、鉱物であるチタノニオブ酸塩を形成します。

周期律をグラフで表すと次のようになります。 周期表 化学元素。周期表の形式は 700 以上知られています。国際化学者連合の決定によれば、そのセミロングバージョンが正式なものとなります。

表内の各化学元素には 1 つのセルが割り当てられ、元素の記号と名前、シリアル番号、および相対原子量が示されます。

破線は金属と非金属の境界を示します。

元素の配置順序は、原子量の増加と必ずしも一致しません。このルールにはいくつかの例外があります。したがって、アルゴンの相対原子量はカリウムの原子量より小さく、テルルの相対原子量はヨウ素の原子量より小さい。

各要素には独自の要素があります序数 (アトミック) 番号、特定の期間および特定のグループに位置します。

周期は、アルカリ金属 (または水素) で始まり、不活性 (貴) ガスで終わる、水平方向の一連の化学元素です。

表の中で セブン 期間。それぞれに含まれるもの特定の数要素:

\(1\) 番目の期間 - \(2\) 要素、

\(2\) 番目の期間 - \(8\) 要素、

\(3\) 番目の期間 - \(8\) 要素、

\(4\) 番目の期間 - \(18\) 要素、

\(5\) 番目の期間 - \(18\) 要素、

\(6\) 番目の期間 - \(32\) 要素 (\(18 + 14\))、

\(7\) 番目の期間 - \(32\) 要素 (\(18 + 14\))。

最初の 3 つの期間は次のように呼ばれます。 小さい 期間、残り - 大きい 。小さな期間でも大きな期間でも、段階的に変化します。 金属の弱化 プロパティと 非金属の強化 、長期間にわたってのみ、よりスムーズに発生します。

シリアル番号 \(58\) ～ \(71\) の要素 ( ランタニド ) および \(90\)–\(103\) ( アクチニド ) はテーブルから削除され、その下に配置されます。これらはIIIB族の元素です。ランタニド族が属する 6番目 ピリオドとアクチニド - に 7番目 .

新しい元素が発見されると、周期表に第 8 周期が表示されます。

グループは、同様の特性を持つ化学元素の縦の列です。

周期表には \(18\) 基があり、アラビア数字で番号が付けられています。多くの場合、ローマ数字に \(A\) または \(B\) の文字を追加したものが使用されます。この場合、グループは \(8\) です。

グループ \(A\) 小さな周期の要素から始まり、大きな周期の要素も含みます。金属と非金属の両方が含まれています。周期表の短いバージョンでは、次のようになります。 メインサブグループ .

\(B\) 族には長周期の元素が含まれており、これらは金属のみです。周期表の短いバージョンでは、次のようになります。 二次サブグループ .

グループ内の要素の数:

IA、VIIIA - それぞれ \(7\) 要素。

IIA - VIIA - \(6\) 要素による。

IIIB - \(32\) 要素 (\(4 + 14\) ランタニド \(+ 14\) アクチニド);

VIIIB - \(12\) 要素;

IB、IIB、IVB - VIIB - それぞれ \(4\) 個の要素。

新しい要素がテーブルに追加されると、グループの量的構成が変化します。

通常、ローマ字グループ番号は次のようになります。 より高い原子価 酸化物では。ただし、一部の要素では、このルールは適用されません。それで、 フッ素 7価になることはできませんが、酸素 - 六価。基番号に等しい価数を示さない、 ヘリウム , ネオン そして アルゴン - これらの元素は酸素と化合物を形成しません。銅二価であり、かつ金 - 三価ですが、これらは最初のグループの元素です。