СОВРЕМЕННАЯ ФОРМА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ

Современная периодическая таблица составлена с учетом работы Мозли, в которой были установлены атомные номера элементов. Согласно современной формулировке периодического закона, «свойства элемента периодически изменяются в соответствии с их атомным номером».

В любых современных вариантах периодической таблицы элементы располагаются в порядке возрастания их атомного номера. По мере возрастания атомного номера происходит постепенная «застройка» электронной структуры атомов элементов в соответствии с принципом заполнения (см. разд. 1.2). Таким образом, структура современной периодической таблицы связана с электронной структурой элементов. Она основана на электронной конфигурации электронов в самых внешних атомных оболочках и в подоболочках с самой высокой энергией. Дело в том, что только эти электроны определяют химические свойства элементов и их соединений.

Существует много форм современной периодической таблицы. В 1984 г. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) временно рекомендовал форму, показанную в табл. 11.4. Отметим, что в такой таблице водород находится в группе I, а галогены и благородные газы соответственно в группах 17 и 18. На рис. 11.3 показана форма периодической таблицы, рекомендованная в 1985 г. Ассоциацией научного образования (ASE). Именно эта форма будет использоваться в данной книге.

Что означает название «уннилкваднй». Так называется, согласно правилам ИЮПАК, элемент с атомным номером 104. Это название непосредственно связано с атомным номером элемента: «ун-» означает 1, «-нил-»-0 и «квад»-4. Элемент 104 был открыт в 1964 г. советскими физиками. Они назвали его «курчатовий» по имени известного русского физика-ядерщика И. В. Курчатова (1903-1960) и предложили для него символ . В 1969 г. этот элемент был воспроизведен в США и получил название «резерфордий» (Rf) в честь Э. Резерфорда. Уннилквадий имеет символ Unq. Уннилквадий находится в 7-м периоде. Следующий элемент в этом периоде, имеющий атомный номер 105, называется уннилпентий (Unp), а элемент с атомным номером 106 называется уннилгексий (Unh).

Периоды

Горизонтальные ряды элементов в периодической таблице называются периоды. Все элементы из одного периода имеют одинаковый электронный остов (внутренние электронные оболочки). Этот электронный остов имеет такую же структуру, как у благородного газа, которым завершается предыдущий период (табл. 11.5). Химические свойства всякого элемента зависят только от электронов, находящихся на подоболочках

Рис. 11.3. Периодическая таблица элементов (длиннопериодная форма).

с самой высокой энергией. Эти электроны находятся за пределами электронного остова. У двух элементов, образующих 1-й период, самую высокую энергию имеет -подоболочка (табл. 11.6). Высшими по энергии подоболочками у элементов во 2-м периоде являются 2я-подоболочка (у элементов I и II групп) и 2я-подоболочка

(у элементов III-VII и 0 (VIII) групп). У элементов 3-го периода высшими по энергии подоболочками являются 3s- и Зр-подоболочки соответственно для тех же групп, что и во 2-м периоде. В 4-м периоде высшие по энергии подоболочки включают не только но также -подоболочку. Дело в том, что -подоболочка имеет

Таблица 11.4. Форма периодической таблицы элементов, рекомендованная ИЮПАК

Таблица 11.5. Электронная структура элементов в различных периодах

Таблица 11.6. Высшие по энергии подоболочки в атомах элементов различных периодов

более высокую энергию, чем -подоболочка (см. рис. 1.21). Элементы этого периода, у которых высшие по энергии электроны располагаются в -подоболочке, называются -элементами (см. гл. 14).

Группы

Вертикальные столбцы элементов в периодической таблице называются группами. Все элементы, принадлежащие какой-либо группе, имеют характерную для нее электронную конфигурацию высшей по энергии подоболочки (табл. 11.7). Например, для I группы характерна электронная конфигурация для II группы - конфигурация для 111 группы - конфигурация и так далее до группы О (VIII), все элементы которой имеют конфигурацию . В табл. 11.8 указаны электронные конфигурации высших по энергии подоболочек и электронных остовов для пяти элементов из группы IV.

Некоторые группы периодической таблицы имеют традиционные названия (табл. 11.9). Однако здесь следует остановиться на двух исключениях. Водород (внешняя электронная конфигурация ) принадлежит к группе I, но не является щелочным металлом. Гелий, элемент группы О (VIII), относится к благородным газам, но в отличие от всех остальных элементов этой группы имеет внешнюю электронную конфигурацию . Элементы группы I (за исключением водорода) и группы II объединяют под названием s-металлы. Элементы групп III-VII и группы О (VIII) (за

Таблица 11.7. Электронная конфигурация высшей по энергии подоболочки у элементов различных групп

Таблица 11.8. Электронные конфигурации элементов IV группы

Таблица 11.9. Групповые названия и внешние электронные конфигурации элементов главных подгрупп

исключением гелия) называют p-элементами: s- и p-элементы принято называть непереходными, или элементами главных групп.

На рис. 11.3 указано расположение в периодической таблице d-элементов, иначе называемых переходными элементами (металлами). Они образуют три ряда: первый в 4-м периоде, второй в 5-м периоде и третий в 6-м периоде (см. также гл. 14). f-Элементы, называемые также внутренними переходными элементами (металлами), образуют в периодической таблице два ряда. Первый ряд - лантаноиды, или редкоземельные элементы (металлы), находятся в 6-м периоде, а второй ряд - актиноиды - в 7-м периоде. Отметим, что в варианте периодической таблицы, показанном на рис. 11.3, вертикальные столбцы, содержащие d- и f-элементы, не имеют номеров групп.

Металлы, неметаллы и металлоиды

Все элементы периодической системы можно подразделить, с учетом различий в их электропроводности, на металлы, неметаллы и металлоиды (полуметаллы).

Металлы хорошо проводят электрический ток. Их проводимость медленно уменьшается по мере повышения температуры. Все s-, d- и f-элементы, за исключением водорода и гелия, являются металлами. s-Металлы наиболее реакционноспособны из всех металлов, в связи с чем их иногда называют активными металлами. Элементы, расположенные в левой нижней части p-блока периодической таблицы, тоже представляют собой металлы (рис. 11.4). Они обладают невысокой реакционной способностью и обнаруживают некоторые свойства неметаллов.

Все неметаллы являются диэлектриками (изоляторами); исключение составляет лишь углерод в форме графита. Они располагаются в верхней правой части периодической таблицы.

Металлоиды характеризуются низкой электропроводностью, которая возрастает при повышении температуры. Металлоиды называют также полуметаллами или полупроводниками. Они расположены вдоль диагональной полосы, идущей от верхнего левого угла p-блока периодической таблицы к его нижнему правому углу (рис. 11.4).

Рис. 11.4. р-Элементы.