Все мы еще со школьной скамьи знаем про периодическую систему химических элементов и что придумал ее русский ученый - Дмитрий Иванович Менделеев.
Сегодня я вам расскажу про эту таблицу несколько с другого угла. Как она вообще сформирована и какая физика лежит в ее основе. Да да, вы не ослышались, именно физика лежит в основе таблицы химических элементов.
Как ни странно, в ее основе лежит периодичность, но какая? Чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо немного углубиться в физику атома, а именно в распределение электронов в атоме.
Состояние каждого электрона в атоме характеризуется его квантовыми числами, которые получаются при описании спектров атомов и из решения уравнения Шредингера. Если сильно не вникать в соответствующую теорию, то вкратце можно сказать, что квантовые числа описывают положение электрона в атоме, его движение в нем и собственные характеристики. В основном, энергия электрона зависит от главного (n) и азимутального(l) чисел, которые характеризуют орбиту электрона и орбитальный момент движения электрона.
В нормальном, невозбужденном состоянии атома, его электроны должны обладать минимальной энергией, то есть располагаться на минимальных, самых низких доступных состояниях(n=1, l=0). То есть как бы все электроны должны были свалиться на самый низкий энергетический уровень. Но опыт показывал обратное.
Ученые видели, что электроны обладают различными энергиями. Объяснение этому было дано в виде закона Паули, который гласит: в одном и том же атоме, не может быть двух электронов, состояния которых описываются одинаковой совокупностью четырех квантовых чисел. Иными словами, в атоме не может быть двух электронов в одном состоянии.
Из этого следует периодическая повторяемость свойств атомов. Можно с легкостью проследить построение периодической системы Менделеева.
Начнем: первый элемент имеет один электрон, каждый последующий будет иметь заряд ядра больший на единицу, следовательно, и количество электронов будет так же увеличиваться на 1.
На приведенной схеме приведено построение первых пяти элементов. Дам некоторые комментарии по поводу обозначений: с левой стороны, числом обозначается главное квантовое число, буквой (s,p) - орбитальное, стрелочкой - условное обозначение спина электрона. Отсюда видно, что при таком заполнении у вас не будет электронов с одинаковыми состояниями.
Чем более высокий энергетический уровень занимает электрон, тем он менее связан с ядром атома. В результате этого именно электроны находящиеся на самых отдаленных орбитах определяют химические и оптические свойства элемента.
Так, благодаря такому правилу, таблица элементов стала обладать очень важным свойством - предсказательностью. На момент создания этой таблицы не было открыто еще много элементов, но тем не менее, место под них было оставлено. Кроме того, ученые заранее предугадывали свойство, еще пока не открытого элемента. И после его обнаружения или синтеза, найденный элемент действительно обладал этими свойствами.
Спасибо за внимание! Надеюсь у меня получилось объяснить вам эту непростую тему и вы узнали для себя нечто новое. Не забывайте ставить пальцы вверх и подписываться на канал, чтобы не пропустить новые выпуски! Всего вам доброго и до скорых встреч!