ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура периодической системы из "Основы общей химии Т 1" Оказалось, что переход, например, от аргона ( 18) к калию ( 19) связан с возникновением нового электронного слоя, переход от калия к кальцию ( 20) — с включением добавляемого электрона в уже имеющийся внешний и что у скандия ( 21) наиболее устойчива структура 2, 8, 9, 2, отвечающая включению вновь присоединяемого электрона во второй снаружи слой. [c.223] Из следующих за скандием элементов титан имеет структуру 2, 8, 10, 2, ванадий — 2, 8, 11, 2 и т. д. Дальнейшее заполнение второго снаружи слоя приостанавливается лишь начиная с меди ( 29), атом которой имеет структуру 2, 8, 18, 1. Распределение электронов по слоям в атомах еще более тяжелых элементов показано на приводимой таблице, представляющей собой периодическую систему элементов в форме, предложенной Вернером. [c.223] При рассмотрении элементов, непосредственно следующих за барием (2, 8, 18, 18, 8, 2), выяснилось, что у лантана ( 57) новый электрон включается во второй снаружи слой, а в атомах ланта-нидов — 58, 59 и т. д. — в т р е т и и снаружи. Наибольшей устойчивости этого слоя отвечает, однако, заполнение его лишь до известного предела. Таким пределом является наличие в нем 32 электронов, что соответствует элементу 71. [c.223] В следующем элементе, 72, новый электрон должен включиться уже во второй снаружи слой. Элемент этот должен, следовательно, иметь структуру 2, 8, 18, 32, 10, 2 и с химической стороны быть аналогом не предшествующих ему лантанидов, а циркония (2, 8, 18, 10, 2). Поэтому и искать его следовало не в тех рудах, где обычно встречаются лантаниды (и где элемент 72 уже много лет тщетно искали), а в циркониевых минералах. Действительно, элемент 72 (Ш) был найден в циркониевой руде (1923 г.). [c.223] Открытие гафния позволило установить расположение лантанидов в периодической системе все они, как характеризующиеся достройкой глубоко лежащего электронного слоя, должны быть отнесены к одной и той же, а именно к третьей группе. Подобным же образом к третьей группе относят в настоящее время и актиниды, т. е. элементы, следующие за актинием ( 89). [c.223] Основное значение теории строения атомов для периодического закона заключается, однако, не в уточнении расположения некоторых элементов. Как указывал сам Д. И. Менделеев (1889 г.), мы не понимаем причины периодического закона . Дав картину последовательного развития атомных структур, сопровождающегося периодическим возвращением сходных электронных образов а-н и и, теория строения атомов тем самым вскрыла физический смысл периодического закона. Можно сказать, что только с развитием этой теории мы стали понимать его не формально, а по существу. [c.223] Группы периодической системы объединяют входящие в них элементы по признаку химического сходства. Из них восьмая вклю-. чает в себя инертные газы, а триады содержат только элементы, относящиеся к большим периодам. В каждой из остальных групп за относящимися к малым периодам элементами (которые Д. И. Менделеев называл типическими ) следуют две подгруппы элементов больших периодов. [c.224] Существенным недостатком обычного варианта периодической системы являлось то обстоятельство, что в нем не была выявлена связь между типическими элементами каждой группы и членами ее левой и правой подгрупп. Так, из системы вытекало, что, например, в V группе сурьма является аналогом мышьяка, ниобий — аналогом ванадия и фосфор — аналогом азота. Оставалось, однако, неясным, в каком отношении к фосфору стоят ванадий и мышьяк. [c.224] После выяснения электронных структур атомов и их определяющего влияния на свойства элементов стало ясным, что именно эти структуры являются тем решающим признаком, который должен лечь в основу всякой химической систематики. Это и нашло свое выражение в принятой Бором форме периодической системы (стр. 226), основанной на аналогичности электронных структур нейтральных атомов. Как видно из самой системы (см. соединяющие линии), деление на главные и побочные подгруппы в ней сохранено. Таким образом, под стихийно сложившиеся представления была как будто подведена и теоретическая база. [c.225] Для детального описания структуры атомов была разработана система четырех квантовых чисел — п, I, т/ и т.,. Из них главное квантовое число п сохранило свое первоначальное значение, а / было введено вместо побочного квантового числа k, с которым оно связано простым соотношением / = А— I. Так как первоначальное побочное квантовое число могло принимать все целочисленные значения по ряду k = , 2, 3,. .. п, для / (которое сохранило название побочного квантового числа) возможны все целочисленные значения по ряду / = О, 1, 2,. .. (п — 1). [c.225] В рамках помещены элементы, в атомах которых происходит дополнение внутренних электронных слоев второго (простые рамки) или третьего (двойная рамка) снаружи. [c.226] Существует и другая система квантовых чисел, в которой mt и т3 заменяются внутренним квантовым числом (у) и соответствующим ему магнитным (т,-). Из них j — I /2, a ffij может принимать все отличающиеся на единицу значения от —у до +/. [c.227] Из принципа несовместимости вытекает, что в отвечающем тому или иному квантовому числу п электронном слое может максимально содержаться столько электронов, сколько различных комбинаций дают остальные квантовые числа — /, mi и nis. Подсчет этих комбинаций упрощается, если учесть, что ms способно принимать только два значения ( + /а и — /2), т. е. всегда удпаивает число комбинаций / и т/. Но магнитное квантовое число непосредственно зависит от побочного и принимает 21 + 1 значений. Поэтому в конечном счете максимально допустимое число электронов в слое равно удвоенному числу возможных значений /п/. Ниже приводится схема подсчета для первых четырех слоев. [c.227] Таким образом, характерные для периодической системы элементов числа — 2, 8, 18, 32 — с необходимостью вытекают из теории строения атомов. Одновременно выявляется, что общее число возможных значений га( равно п2, а максимальное теоретически допустимое число электронов в слое — 2пг. [c.227] Сопоставление последнего результата с данным приводившейся в основном тексте сводной таблицы, отражающей фактическое заполнение слоев, показывает, что первый и второй слои действительно заполняются до максимально возможного предела уже соответственно в 1 и 2 периодах, тогда как третий слой приобретает вполне законченную структуру лишь в 4 периоде, а четвертый — только в 6 периоде. Подобное отставание обусловлено сильным взаимным отталкиванием электронов во многоэлектроиных слоях, которое преодолевается лишь при достаточном возрастании положительного заряда ядра. [c.227] При характеристике той или иной подгруппы электронов сначала указывают цифрой ее главное квантовое число, а затем буквой — побочное. Например, символ 3d означает, что речь идет о подгруппе электро ов, находящейся в третьем слое и характеризующейся значением 1 = 2. Число электронов в такой подгруппе указывают, вводя его в форме верхнего индекса при соответствующей букве. Например, символ 3d10 означает, что в подгруппе 3d содержится 10 электронов. [c.228] Суммарное описание электронной структуры атома включает в себя все отдельные обозначения характерных для него подгрупп, причем располагаются они по порядку возрастания сначала п и затем /. Например, для Ne с его десятью электронами имеем Is22s22p6. Приведенное описание показывает, что два электрона атома неона находятся в первом слое и характеризуются значением / = 0, а из находящихся во втором слое восьми электронов два характеризуются значением / = 0 и шесть — значением / = 1. [c.228] Некоторые элементы являются аналогами, но тем не менее их атомы обладают различной структурой внешних электронных оболочек. Хорошим примером могут служить Ni, Pd и Pt. Как видно из рис. VI-2, нормальное состояние одного из них соответствует возбужденным состояниям двух других. Непосредственные причины подобных индивидуальных различий пока неясны, Существенного значения для химии они не имеют. [c.228] Причины этого неизвестны, но сами полученные результаты обобщают т. н. п р а-вила отбора . Важнейшее из них допускает лишь такие переходы электрона, при которых квантовое число / изменяется на 1. Например, переход 3s- 2s может произойти последовательными этапами 3s 2p и 2j0- 2s, но недопустим непосредственно (так как / при этом не изменялось бы). [c.230] Возможные значения валентности того или иного атома определяются допустимыми для него вариантами существования некомпенсированных электронных спинов. Варианты эти можно вывести из основных характеристик атома — числа электронов в его внешнем слое и максимальной емкости последнего. Из рассмотренного несколько выше следует, что общее число ячеек в слое должно быть равно квадрату его главного квантового числа. В частности, металлоидные атомы второго периода характеризуются наличием четырех ячеек одной ячейки 2s и трех ячеек 2р. [c.230] Вернуться к основной статье