67. Електронна будова атомів Пояснення будови періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва
Для розвитку питання про розподіл електронів в атомі за можливими квантовими станами, згадаємо два принципи:
1) в атомі не може бути більше одного електрона із заданою комбінацією квантових чисел n, l, ml i ms (принцип заборони Паулі)
2) у нормальному стані атома кожний електрон займає квантовий стан з найнижчою можливою – при дотримуванні попереднього обмеження п.1 – енергією.
Для кожного n можливо 2n2 станів.
Дамо деякі пояснення. Для Z = 7, 8, 9 Еі в цілому зростає, але у кисню Еі виявляється дещо меншою, ніж у азота. Це випадок, коли конкретні ефекти, пов’язані зі спіном і просторовим ходом хвильових функцій, переважає над загальною тенденцією.
Z = 19, 20. Хвильові функції станів 4s (l = 0) проникають у область низької потенціальної енергії поблизу ядра. Тому енергія цих станів виявляється нижче енергії стану 3d, хоча n у них більше.
Z = 21 – 30. Енергії станів 4p вище енергій станів 4s, причому ця різниця достатня для того, щоб стани 3d виявилися розміщеними між станами 4s і 4p. Тому в цій групі елементів відбувається з незначними відхиленнями заповнення оболонки 3d.
Елементи з незаповненою оболонкою 3d наз. елементами перехідної групи. Вони мають дуже схожі хімічні властивості, бо заповнення оболонки 3d створює дуже незначний вплив на властивості зовнішніх (4s) електронів.
Закономірності в хімічних властивостях елементів, що відображаються періодичною системою елементів, відображають закономірності, передбачені квантовою фізикою.
Сучасне формулювання періодичного закону звучить так: властивості елементів перебувають у періодичній залежності від заряду їхніх атомних ядер. Заряд ядра Z дорівнює атомному (порядковому) номеру елемента в системі. Елементи, розташовані за зростанням Z (H, He, Li…) утворюють 7 періодів. Період — сукупність елементів, що починається лужним металом та закінчується благородним газом (особливий випадок — перший період, що складається з двох газоподібних елементів — Н та Не). У 2-у і 3-у періодах — по 8 елементів, у 4-у і 5-у — по 18, у 6-у 32. Вертикальні стовпці — групи елементів з подібними хімічними властивостями. Всередині груп властивості елементів також змінюються закономірно (напр., у лужних металів від Li до Fr зростає хімічна активність). Елементи Z = 58-71 та Z = 90-103, особливо схожі за властивостями, утворюють два сімейства — лантаноїдів та актиноїдів. Періодичність властивостей елементів зумовлена періодичним повторенням конфігурації зовнішніх електронних оболонок атомів.