La ley periódica de la formulación de propiedades de Mendeleiev. Descubrimiento de la ley periódica de los elementos químicos D.I. Mendeleev. Una valiosa contribución al desarrollo de la química.

La ley periódica, una de las leyes fundamentales de las ciencias naturales, fue descubierta por el gran científico ruso D.I. Mendeleev en 1869. Inicialmente, la ley se formuló de la siguiente manera: las propiedades de los elementos y sus compuestos dependen periódicamente del valor de su peso atómico(según las ideas modernas - masa atomica).

La ley periódica se presentó como una clasificación de los elementos. En base a ella, los elementos se ordenaron en grupos naturales según la totalidad de sus propiedades. Se prestó especial atención a este momento: guiado por las propiedades de los elementos, D.I. En varios casos, Mendeleev incluso tuvo que desviarse de la disposición secuencial de los elementos en el Sistema Periódico estrictamente de acuerdo con el aumento de las masas atómicas ("pesos" atómicos), por ejemplo, 18 Ar (39,9) y 19 K (39,1) , 52 Te (127,6 ) y 53 1 (126,9).

En la época de Mendeleev, se desconocía el motivo de la periodicidad de las propiedades de los elementos. Sin embargo, el descubridor de la Ley Periódica estaba seguro de que la razón debía buscarse en la estructura de la materia.

El descubrimiento de la Ley Periódica no solo sentó las bases para la ciencia química, sino que también planteó la tarea de dilucidar la causa física de la periodicidad. La mayoría química y absoluta de las propiedades físicas de los elementos son una función periódica de alguna cantidad independiente determinada de forma única, inherente a cada elemento y que cambia monótonamente de un elemento a otro. Mendeleev tomó la masa atómica ("peso atómico") como tal valor.

Sólo cuando, gracias a los avances de la física, se supo mucho más sobre la estructura del átomo que en el momento del descubrimiento y formación de la ley periódica, se aclaró su verdadero significado y las causas de la periodicidad. De elemento a elemento, según el sistema Periódico, cambia la carga del núcleo de un átomo de un elemento, la cual está determinada por el número de protones. En el sistema Periódico, este número coincide con el número ordinal del elemento. Dado que el átomo es eléctricamente neutro, la carga del núcleo (en unidades de carga de electrones) es igual al número de electrones en la capa de electrones del átomo. Un aumento en el número atómico de un elemento en uno significa que se ha agregado un protón al núcleo del átomo y un electrón a la capa de electrones, respectivamente. Dado que las propiedades de los elementos, especialmente los químicos, están determinadas principalmente por los electrones de la capa cuántica externa, la razón de la periodicidad de las propiedades es la naturaleza periódica del llenado del espacio alrededor del núcleo con electrones. El factor que determina la estructura de las capas electrónicas de los átomos y, por tanto, las propiedades de los elementos, es la carga del núcleo del átomo. Por lo tanto, la formulación moderna de la ley periódica es la siguiente: las propiedades de los elementos y sus compuestos dependen periódicamente de la carga del núcleo del átomo del elemento.

La masa atómica de un elemento está determinada por el número total de nucleones (protones y neutrones) en los núcleos de los isótopos de este elemento y la composición isotópica del elemento. El cambio en la masa atómica es principalmente proporcional a la carga del núcleo. Por lo tanto, la formulación de Mendeleev de la Ley Periódica, con algunas excepciones, refleja correctamente la disposición de los elementos en el Sistema Periódico, pero no revela la razón de la periodicidad.

Según el principio de Pauli, el número de posibles estados electrónicos en los niveles y subniveles cuánticos está limitado por el número de combinaciones de conjuntos no repetidos de cuatro números cuánticos. PAG, /, T Y s, y esto determina la capacidad de los niveles y subniveles cuánticos (ver Tabla 2.1). Si el átomo no está excitado, los electrones llenan dichos orbitales, cuya energía es mínima.

El sistema periódico sería más simple si la energía en los átomos multielectrónicos, como en el átomo de hidrógeno, estuviera determinada por el número cuántico principal. Entonces, de acuerdo con la capacidad de las capas cuánticas, los períodos consistirían en 2, 8, 18, 32, 50, etc. elementos, y los gases nobles con un nivel cuántico completo tendrían los números 2, 10, 28, 60, 110... Sin embargo, debido a la interacción interelectrónica, esta secuencia se viola. Desde el período IV, el llenado de una nueva capa cuántica, que en el sistema periódico corresponde al comienzo de un nuevo período, comienza en un tercer nivel cuántico preliminar incompleto, y desde el período VI, en niveles cuánticos IV y V incompletos, etc. Por lo tanto, los gases nobles, los elementos después de los cuales comienza la construcción de un nuevo nivel cuántico (y un nuevo período), contienen solo 8 electrones en la capa cuántica externa y tienen los números 2, 10, 18, 36, 54 y 86. En consecuencia , los periodos abarcan 2, 8, 8, 18, 18 y 32 elementos.

La ley periódica no tiene una expresión matemática definida. Se presenta en forma de tabla periódica. Hay varias variantes de dicha tabla, pero todas se presentan de una forma u otra como estructuragramas de la estructura de un átomo de cualquier elemento. Es posible establecer la estructura electrónica de cualquier átomo no solo sobre la base de la secuencia conocida de subniveles de llenado o la regla de Klechkovsky, sino también sobre la base de la tabla misma: la posición de un elemento en la tabla refleja de manera única la electrónica. estructura de sus átomos. La distribución de elementos sobre períodos y subgrupos corresponde exactamente a la distribución de electrones de los átomos de estos elementos sobre niveles y subniveles de la capa electrónica.

La ley periódica de Dmitry Ivanovich Mendeleev es una de las leyes fundamentales de la naturaleza, que vincula la dependencia de las propiedades de los elementos químicos y las sustancias simples con sus masas atómicas. En la actualidad, la ley se ha refinado y la dependencia de las propiedades se explica por la carga del núcleo atómico.

La ley fue descubierta por científicos rusos en 1869. Mendeleev lo presentó a la comunidad científica en un informe al congreso de la Sociedad Química Rusa (el informe fue realizado por otro científico, ya que Mendeleev se vio obligado a irse de urgencia por instrucciones de la Sociedad Económica Libre de San Petersburgo). En el mismo año, se publicó el libro de texto "Fundamentos de química", escrito por Dmitry Ivanovich para estudiantes. En él, el científico describió las propiedades de los compuestos populares y también trató de dar una sistematización lógica de los elementos químicos. También presentó por primera vez una tabla con elementos ordenados periódicamente como interpretación gráfica de la ley periódica. Todos los años siguientes, Mendeleev mejoró su tabla, por ejemplo, agregó una columna de gases inertes, que se descubrieron 25 años después.

La comunidad científica no aceptó de inmediato las ideas del gran químico ruso, ni siquiera en Rusia. Pero tras el descubrimiento de tres nuevos elementos (galio en 1875, escandio en 1879 y germanio en 1886), predichos y descritos por Mendeleev en su famoso informe, se reconoció la ley periódica.

• Es una ley universal de la naturaleza.
• La tabla que representa gráficamente la ley incluye no solo todos los elementos conocidos, sino también aquellos que aún se están descubriendo.
• Todos los nuevos descubrimientos no afectaron la relevancia de la ley y la mesa. La mesa se mejora y cambia, pero su esencia se ha mantenido sin cambios.
• Permitió aclarar los pesos atómicos y otras características de algunos elementos, para predecir la existencia de nuevos elementos.
• Los químicos han recibido pistas fiables sobre cómo y dónde buscar nuevos elementos. Además, la ley permite, con un alto grado de probabilidad, determinar de antemano las propiedades de elementos aún no descubiertos.
• Desempeñó un papel muy importante en el desarrollo de la química inorgánica en el siglo XIX.

Historial de descubrimiento

Hay una hermosa leyenda de que Mendeleev vio su mesa en un sueño, se despertó por la mañana y la escribió. En realidad, es solo un mito. El propio científico dijo muchas veces que dedicó 20 años de su vida a la creación y mejora de la tabla periódica de elementos.

Todo comenzó con el hecho de que Dmitry Ivanovich decidió escribir un libro de texto sobre química inorgánica para estudiantes, en el que iba a sistematizar todo el conocimiento conocido en ese momento. Y por supuesto, se basó en los logros y descubrimientos de sus predecesores. Por primera vez, el químico alemán Döbereiner prestó atención a la relación entre los pesos atómicos y las propiedades de los elementos, quien trató de dividir los elementos que él conocía en tríadas con propiedades y pesos similares que obedecen a una regla determinada. En cada terna, el elemento medio tenía un peso cercano a la media aritmética de los dos elementos extremos. El científico pudo así formar cinco grupos, por ejemplo, Li-Na-K; Cl–Br–I. Pero estos estaban lejos de todos los elementos conocidos. Además, el trío de elementos obviamente no agotaba la lista de elementos con propiedades similares. Posteriormente, los alemanes Gmelin y von Pettenkofer, los franceses J. Dumas y de Chancourtua, los británicos Newlands y Odling, intentaron encontrar un patrón común. El científico alemán Meyer fue el que más avanzó, quien en 1864 compiló una tabla muy similar a la tabla periódica, pero que contenía solo 28 elementos, mientras que 63 ya eran conocidos.

A diferencia de sus predecesores, Mendeleev logró hacer una tabla que incluya todos los elementos conocidos ubicados en un determinado sistema. Al mismo tiempo, dejó algunas celdas en blanco, calculando aproximadamente los pesos atómicos de algunos elementos y describiendo sus propiedades. Además, el científico ruso tuvo el coraje y la previsión de declarar que la ley que descubrió era una ley universal de la naturaleza y la llamó "ley periódica". Diciendo "a", fue más allá y corrigió los pesos atómicos de los elementos que no cabían en la tabla. Tras un examen más detallado, resultó que sus correcciones eran correctas, y el descubrimiento de los elementos hipotéticos que describió fue la confirmación final de la verdad de la nueva ley: la práctica probó la validez de la teoría.

Primera opción Tabla periodica de los elementos fue publicado por Dmitri Ivanovich Mendeleev en 1869 y se llamó "La experiencia de un sistema de elementos".

D.I. Mendeleev ordenó los 63 elementos conocidos en ese momento en orden ascendente de sus masas atómicas y obtuvo una serie natural de elementos químicos, en la que descubrió una recurrencia periódica de propiedades químicas. Esta serie de elementos químicos ahora se conoce como la Ley Periódica (formulación de D.I. Mendeleev):

Las propiedades de los cuerpos simples, así como las formas y propiedades de los compuestos de los elementos, dependen periódicamente de la magnitud de los pesos atómicos de los elementos.

La redacción actual de la ley es la siguiente:

Las propiedades de los elementos químicos, las sustancias simples, así como la composición y las propiedades de los compuestos dependen periódicamente de los valores de las cargas de los núcleos de los átomos.

imagen gráfica ley periódica es la tabla periódica.

La celda de cada elemento indica sus características más importantes.

Tabla periódica contiene grupos y periodos.

Grupo- una columna del sistema periódico, en la que se ubican elementos químicos que tienen similitud química debido a configuraciones electrónicas idénticas de la capa de valencia.

Sistema periódico de D.I. Mendeleev contiene ocho grupos de elementos. Cada grupo consta de dos subgrupos: principal (a) y secundaria (b). El subgrupo principal contiene s- Y pag- elementos, en el lateral - d- elementos.

Nombres de grupos:

I-a Metales alcalinos.

II-a Metales alcalinotérreos.

V-a Pnictógenos.

VI-a Calcógenos.

VII-a Halógenos.

VIII-a Gases nobles (inertes).

Período es una secuencia de elementos escritos como una cadena, dispuestos en orden creciente de las cargas de sus núcleos. El número de período corresponde al número de niveles electrónicos en el átomo.

El período comienza con un metal alcalino (o hidrógeno) y termina con un gas noble.

Tabla periódica moderna de elementos químicos de Mendeleev.

SESIÓN 5 10mo grado(primer año de estudio)

Ley periódica y el sistema de elementos químicos d.I. Plan Mendeleev

1. La historia del descubrimiento de la ley periódica y el sistema de elementos químicos por D. I. Mendeleev.

2. Ley periódica en la formulación de DIMendeleev.

3. Formulación moderna de la ley periódica.

4. El valor de la ley periódica y el sistema de elementos químicos de DIMendeleev.

5. Sistema periódico de elementos químicos: un reflejo gráfico de la ley periódica. La estructura del sistema periódico: períodos, grupos, subgrupos.

6. Dependencia de las propiedades de los elementos químicos en la estructura de sus átomos.

El 1 de marzo (según el nuevo estilo), 1869, se considera la fecha del descubrimiento de una de las leyes más importantes de la química: la ley periódica. A mediados del siglo XIX. Se conocían 63 elementos químicos y era necesario clasificarlos. Muchos científicos (W. Odling y J. A. R. Newlands, J. B. A. Dumas y A. E. Chancourtua, I. V. Debereiner y L. Yu. Meyer) hicieron intentos de tal clasificación, pero solo D. I. Mendeleev logró ver un cierto patrón, organizando el elementos en orden creciente de sus masas atómicas. Este patrón tiene una naturaleza periódica, por lo que Mendeleev formuló la ley que descubrió de la siguiente manera: las propiedades de los elementos, así como las formas y propiedades de sus compuestos, están en dependencia periódica del valor de la masa atómica del elemento.

Esta formulación se confirma por la presencia de isótopos cuyas propiedades químicas son las mismas, aunque las masas atómicas son diferentes.

La Ley Periódica es una de las leyes fundamentales de la naturaleza y la ley más importante de la química. Con el descubrimiento de esta ley se inicia la etapa moderna en el desarrollo de la ciencia química. Aunque el significado físico de la ley periódica quedó claro solo después de la creación de la teoría de la estructura del átomo, esta teoría se desarrolló sobre la base de la ley periódica y el sistema de elementos químicos. La ley ayuda a los científicos a crear nuevos elementos químicos y nuevos compuestos de elementos, para obtener sustancias con las propiedades deseadas. El propio Mendeleev predijo la existencia de 12 elementos que aún no habían sido descubiertos en ese momento y determinó su posición en el sistema periódico. Describió en detalle las propiedades de tres de estos elementos, y durante la vida del científico se descubrieron estos elementos ("ekabor" - galio, "ekaaluminio" - escandio, "ekasilicio" - germanio). Además, la ley periódica tiene un gran significado filosófico, confirmando las leyes más generales del desarrollo de la naturaleza.

El reflejo gráfico de la ley periódica es el sistema periódico de elementos químicos de Mendeleev. Hay varias formas del sistema periódico (corto, largo, escalera (propuesto por N. Bor), espiral). En Rusia, la forma corta es la más extendida. El sistema periódico moderno contiene 110 elementos químicos descubiertos hasta la fecha, cada uno de los cuales ocupa un lugar determinado, tiene su propio número de serie y nombre. En la tabla, se distinguen filas horizontales: períodos (1–3 son pequeños, consisten en una fila; 4–6 son grandes, consisten en dos filas; el séptimo período está incompleto). Además de los períodos, se distinguen filas verticales: grupos, cada uno de los cuales se divide en dos subgrupos (principal - a y secundario - b). Los subgrupos secundarios contienen elementos de solo períodos largos, todos exhiben propiedades metálicas. Los elementos del mismo subgrupo tienen la misma estructura de capas electrónicas externas, lo que determina sus propiedades químicas similares.

Período- esta es una secuencia de elementos (desde un metal alcalino hasta un gas inerte), cuyos átomos tienen el mismo número de niveles de energía, igual al número del período.

subgrupo principal es una fila vertical de elementos cuyos átomos tienen el mismo número de electrones en el nivel de energía exterior. Este número es igual al número de grupo (excepto para el hidrógeno y el helio).

Todos los elementos del sistema periódico se dividen en 4 familias electrónicas ( s-, pag-, d-,F-elements) dependiendo de qué subnivel en el átomo del elemento se llene en último lugar.

subgrupo lateral es una linea vertical d-elementos que tienen el mismo número total de electrones por d-subnivel de la capa preexterna y s- subnivel de la capa exterior. Este número suele ser igual al número del grupo.

Las propiedades más importantes de los elementos químicos son la metalicidad y la no metalicidad.

metalicidad es la capacidad de los átomos de un elemento químico para donar electrones. La característica cuantitativa de la metalicidad es la energía de ionización.

Energía de ionización de un átomo- esta es la cantidad de energía que es necesaria para separar un electrón de un átomo de un elemento, es decir, para convertir un átomo en un catión. Cuanto menor es la energía de ionización, más fácilmente el átomo emite un electrón, más fuertes son las propiedades metálicas del elemento.

no metalicidad es la capacidad de los átomos de un elemento químico para unir electrones. La característica cuantitativa de la no metalicidad es la afinidad electrónica.

afinidad electronica- esta es la energía que se libera cuando un electrón se une a un átomo neutro, es decir, cuando un átomo se convierte en un anión. Cuanto mayor es la afinidad por un electrón, más fácil es que el átomo se adhiera a un electrón, más fuertes serán las propiedades no metálicas del elemento.

Una característica universal de la metalicidad y la no metalicidad es la electronegatividad (EO) de un elemento.

El OE de un elemento caracteriza la capacidad de sus átomos para atraer electrones hacia sí mismos, los cuales están involucrados en la formación de enlaces químicos con otros átomos en la molécula.

A más metalicidad, menos EO.

Cuanto mayor es la no metalicidad, mayor es el EO.

Al determinar los valores de la EC relativa en la escala de Pauling, se tomó como unidad la EC del átomo de litio (EC(Li) = 1); el elemento más electronegativo es el flúor (EO(F) = 4).

En periodos cortos de un metal alcalino a un gas inerte:

La carga de los núcleos de los átomos aumenta;

El número de niveles de energía no cambia;

El número de electrones en el nivel exterior aumenta de 1 a 8;

El radio de los átomos disminuye;

La fuerza del enlace entre los electrones de la capa exterior y el núcleo aumenta;

La energía de ionización aumenta;

La afinidad electrónica aumenta;

aumenta la OE;

La metalicidad de los elementos disminuye;

La no metalicidad de los elementos aumenta.

Todo d-Los elementos de este período son similares en sus propiedades: todos son metales, tienen radios atómicos y valores de EC ligeramente diferentes, ya que contienen la misma cantidad de electrones en el nivel externo (por ejemplo, en el cuarto período, excepto Cr y Cu).

En los principales subgrupos de arriba a abajo:

El número de niveles de energía en un átomo aumenta;

El número de electrones en el nivel exterior es el mismo;

El radio de los átomos aumenta;

La fuerza del enlace entre los electrones del nivel exterior y el núcleo disminuye;

La energía de ionización disminuye;

La afinidad electrónica disminuye;

EO disminuye;

La metalicidad de los elementos aumenta;

La no metalicidad de los elementos disminuye.