ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.04.2021
Просмотров: 1829
Скачиваний: 4
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО
ПО
ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«
ВОРОНЕЖСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
»
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ
ЗАКОН
КАК
ОСНОВА
ХИМИЧЕСКОЙ
СИСТЕМАТИКИ
.
ХИМИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ
I
И
II
ГРУПП
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
Учебное
пособие
для
вузов
И
.
Я
.
Миттова
,
Е
.
В
.
Томина
,
Б
.
В
.
Сладкопевцев
Издательско
-
полиграфический
центр
Воронежского
государственного
университета
2009
Утверждено
научно
-
методическим
советом
химического
факультета
25
декабря
2008
г
.,
протокол
№
6
Рецензент
д
-
р
хим
.
наук
,
проф
.
кафедры
общей
химии
В
.
Н
.
Семенов
Учебное
пособие
подготовлено
на
кафедре
неорганической
химии
химиче
-
ского
факультета
Воронежского
государственного
университета
.
Рекомендуется
для
студентов
I
курса
химического
факультета
дневного
и
вечернего
отделений
.
Для
направлений
: 020900 –
Химия
,
физика
и
механика
материалов
,
0201010 –
Химия
2
3
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ
ЗАКОН
КАК
ОСНОВА
ХИМИЧЕСКОЙ
СИСТЕМАТИКИ
Периодический
закон
–
один
из
фундаментальных
законов
в
совре
-
менном
естествознании
.
Он
является
руководящим
принципом
,
обеспечи
-
вающим
систематическое
,
целенаправленное
и
осознанное
изучение
ог
-
ромного
фактического
материала
современной
неорганической
химии
.
Пе
-
риодическая
система
элементов
Д
.
И
.
Менделеева
представляет
собой
гра
-
фическое
выражение
Периодического
закона
.
Периодический
закон
в
своём
развитии
прошёл
три
этапа
:
1.
Менделеевский
этап
–
создание
закона
и
системы
Д
.
И
.
Менделее
-
вым
.
Основа
систематики
–
атомная
масса
.
Формулировка
закона
на
тот
момент
выглядит
следующим
образом
: «
Свойства
элементов
,
а
также
фор
-
мы
и
свойства
образуемых
ими
простых
и
сложных
тел
находятся
в
перио
-
дической
зависимости
от
атомных
масс
».
2.
Открытие
закона
Мозли
.
Новая
формулировка
: «
Свойства
элементов
,
а
также
образуемых
ими
простых
и
сложных
веществ
находятся
в
перио
-
дической
зависимости
от
заряда
ядра
».
3.
Современный
этап
.
Периодичность
обусловлена
периодическим
по
-
вторением
строения
электронных
оболочек
.
Периодическая
система
–
таблица
с
горизонтальными
строками
(
пе
-
риодами
)
и
вертикальными
столбцами
(
группами
).
Можно
рассматривать
её
как
своеобразную
матрицу
,
в
которой
положение
элемента
определяется
пересечением
строки
и
столбца
–
инвариантность
положения
элемента
.
Инвариантность
может
нарушаться
в
некоторых
случаях
(
как
пример
–
по
-
ложение
водорода
).
Номер
периода
отвечает
номеру
внешнего
слоя
,
кото
-
рый
не
завершён
и
заполняется
электронами
.
Номер
группы
определяется
числом
электронов
на
заселяющихся
внешних
и
предвнешних
подуровнях
,
независимо
от
типа
заполняемых
орбиталей
.
Номер
группы
также
опреде
-
ляет
высшую
положительную
степень
окисления
.
Далее
рассмотрим
виды
аналогий
,
которые
можно
обнаружить
в
Периодической
системе
.
ГЛАВА
1.
ВИДЫ
АНАЛОГИЙ
1.1.
Групповая
и
типовая
аналогии
.
Электронная
аналогия
и
кайносимметрия
Первый
тип
аналогий
–
групповая
аналогия
–
объединение
в
группы
элементов
,
у
которых
наблюдается
аналогия
в
высшей
степени
окисления
,
отвечающей
номеру
группы
.
Пример
:
главные
и
побочные
группы
(
группы
А
и
группы
В
)
объединяются
в
одну
группу
.
Однако
имеются
исключения
:
среди
элементов
VIIIB-
группы
только
для
рутения
и
осмия
известна
сте
-
пень
окисления
+8,
другие
же
элементы
проявляют
более
низкие
степени
окисления
,
это
так
называемые
гиповалентные
состояния
.
Напротив
,
среди
элементов
IB-
группы
только
серебро
проявляет
характерную
степень
окисления
+1,
а
для
меди
наиболее
типична
степень
окисления
+2,
для
зо
-
лота
+3.
Таким
образом
,
для
меди
и
золота
характерны
гипервалентные
со
-
стояния
.
Групповая
аналогия
–
наиболее
общий
вид
аналогии
.
Он
формирует
-
ся
по
наиболее
общему
признаку
.
В
пределах
каждой
группы
можно
вы
-
делить
элементы
,
которые
обладают
более
глубоким
сходством
между
со
-
бой
не
только
в
высшей
характеристической
степени
окисления
,
но
и
во
всех
промежуточных
,
а
также
в
нулевой
степени
окисления
.
Это
типовая
аналогия
.
Она
определяется
не
только
общим
числом
валентных
электро
-
нов
,
но
и
типом
заселяемых
орбиталей
.
Именно
по
этому
признаку
группы
разбиваются
на
подгруппы
–
главные
и
побочные
.
Помимо
уже
упомянутых
выше
видов
аналогий
,
существует
более
тонкий
вид
–
электронная
аналогия
.
Рассмотреть
её
можно
на
примере
элементов
V
группы
. (
рис
. 1)
Для
азота
и
фосфора
одинакова
не
только
конфигу
-
рация
,
но
и
тип
заселяемых
ор
-
биталей
.
Поэтому
азот
и
фос
-
фор
являются
полными
элек
-
тронными
аналогами
.
Мышь
-
як
,
сурьма
и
висмут
,
с
одной
стороны
,
и
ванадий
,
ниобий
и
тантал
,
с
другой
,
по
тем
же
причинам
также
являются
пол
-
ными
электронными
аналога
-
ми
.
Полная
электронная
анна
-
логия
проявляется
в
сходстве
электронных
конфи
-
гураций
не
только
для
нейтра
-
льных
атомов
,
но
и
во
всех
степенях
окисления
без
исключения
.
Рис
. 1.
Схема
,
иллюстрирующая
понятие
электронной
аналогии
.
Сплошная
линия
–
полная
электронная
аналогия
,
штриховая
ли
-
ния
–
неполная
аналогия
,
точки
–
аналогия
в
высшей
степени
окисления
(
если
она
сущест
-
)
Следует
отметить
,
что
элементы
малых
периодов
в
каждой
группе
называются
типическими
(
определение
дано
Д
.
И
.
Менделеевым
).
Они
как
бы
определяют
химический
облик
группы
в
целом
.
С
одной
стороны
,
азот
и
фосфор
,
а
с
другой
–
элементы
подгруппы
мышьяка
являются
неполными
аналогами
.
Однако
это
более
глубокая
ана
-
логия
,
чем
для
элементов
подгруппы
ванадия
(
например
,
элементы
под
-
группы
ванадия
не
проявляют
отрицательную
степень
окисления
).
Подобным
образом
можно
представить
характер
аналогии
практиче
-
ски
во
всех
группах
Периодической
системы
.
Однако
имеются
некоторые
особенности
.
В
I
и
II
группах
типические
элементы
дают
сквозную
полную
4
аналогию
с
остальными
элементами
главной
подгруппы
,
поскольку
здесь
ещё
не
происходит
заполнения
d-
уровня
у
последних
.
С
другой
стороны
,
в
VIII
группе
также
имеются
свои
особенности
.
Во
-
первых
,
здесь
типиче
-
ские
элементы
не
определяют
облик
группы
в
силу
полной
инертности
,
а
во
-
вторых
, VIIIB-
группа
по
структуре
отличается
от
остальных
.
Рис
. 2.
Строение
электронных
оболочек
азота
и
фосфора
Сравнивая
типические
элементы
II
и
III
периодов
,
можно
отметить
,
что
они
в
электронном
отношении
также
отличаются
между
собой
.
С
одной
сторо
-
ны
,
у
элементов
III
периода
имеется
ва
-
кантный
3d-
уровень
,
отсутствующий
у
элементов
II
периода
(
рис
. 2).
Поэтому
у
элементов
второго
периода
ковалент
-
ность
не
может
превышать
четырёх
с
учётом
донорно
-
акцепторного
взаимо
-
действия
.
С
другой
стороны
,
р
-
элементы
II
периода
отличаются
от
своих
аналогов
из
III
периода
тем
,
что
у
них
р
-
орбитали
появляются
впервые
.
Такие
орбитали
обладают
рядом
особенно
-
стей
по
сравнению
с
другими
аналогичными
орбиталями
:
на
кривой
ради
-
ального
распределения
для
таких
орбиталей
существует
единственный
максимум
электронной
плотности
.
Кроме
того
,
под
этими
орбиталями
от
-
сутствуют
орбитали
той
же
симметрии
,
что
существенно
ослабляет
эффект
экранирования
и
увеличивает
прочность
связи
этих
электронов
с
ядром
,
следствием
чего
является
возрастание
энергии
ионизации
и
ослабление
ме
-
таллических
свойств
.
Такие
орбитали
были
названы
кайносимметричными
(
ими
являются
1s-, 2p-, 3d-
и
4f-
орбитали
).
Поэтому
можно
ввести
понятие
о
более
тонкой
аналогии
–
слоевой
.
Слоевые
аналоги
–
такие
типовые
ана
-
логи
,
которые
не
имеют
внешних
или
предвнешних
кайносимметричных
орбиталей
(
пример
–
во
IIA
группе
элементы
Ca, Sr, Ba –
полные
элек
-
тронные
аналоги
).
1.2.
Переходные
элементы
.
Контракционная
аналогия
.
Вторичная
периодичность
В
больших
периодах
между
s-
и
р
-
элементами
появляются
вставки
из
10 d-
элементов
,
которые
называют
вставными
декадами
или
переходными
металлами
.
В
VI
и
VII
периодах
между
IIIB-
и
IVB-
группами
появляются
вставки
из
14 f-
элементов
,
у
которых
заполняется
(n – 2)f-
уровень
.
Суще
-
ствуют
две
особенности
d-
элементов
.
Во
-
первых
,
большое
разнообразие
промежуточных
степеней
окисления
.
Во
-
вторых
,
менее
резкое
,
плавное
изменение
свойств
в
пределах
одного
периода
.
Все
d-
металлы
–
металлы
средней
и
малой
активности
. f-
элементы
ещё
более
близки
по
свойствам
между
собой
,
т
.
к
.
заселяется
третий
снаружи
слой
.
5