Модель строения атома
Научные исследования, проводившиеся в конце XIX – начале XX вв. позволили предложить следующую модель строения атома:
- В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.
- Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре.
- Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (нуклонов). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.
- Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.
Ядро – это центральная позитивно заряженная часть атома, в которой сосредоточена его масса.
Электрон – частица с негативным зарядом, который условно принят за –1.
Нейтрон – нейтральная частица, не имеющая электрического заряда. Масса нейтрона равна 1 а. е. м.
Протон – положительно заряженная частица, с такой же массой, как и нейтрон. Заряд протона равен заряду электрона и противоположен по знаку.
Число протонов в ядре атома равно числу электронов. Это число определяет заряд ядра атома элемента и его порядковый номер элемента в таблице Менделеева.
При известных условиях нейтрон может превращаться в протон и наоборот.
Атомные массы элементов в периодической таблице являются средним значением из массовых чисел природных смесей из изотопов. Поэтому они не могут, как считал Менделеев, служить главной характеристикой атома и элемента. Такой характеристикой является заряд ядра атома. Он определяет число электронов в нейтральном атоме, которые распределяются вокруг ядра по определенным орбитам и определяют химические свойства атомов. В результате этого было дано новое определение химического элемента и уточнена формулировка периодического закона:
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Свойства элементов, а также свойства и формы их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома элемента.
Открытое Беккерелем явление радиоактивности было первым примером ядерных реакций – превращений ядер одного элемента в ядра другого элемента. Сейчас известно очень много ядерных реакций; все они относятся к физическим явлениям и поэтому в обычном курсе химии не рассматриваются.
Основные положения периодического закона Д. И. Менделеева
За основу классификации химических элементов Менделеев
принял массу атомов элементов. Располагая известные на
то время элементы в порядке возрастания их атомных весов
, Менделеев обнаружил, что свойства элементов
периодически повторяются. В 1869 г. Менделеев открыл
периодический закон и в 1871 г. так его сформулировал:
“Физические и химические свойства элементов,
проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими
образуемых, стоят в периодической зависимости от их
атомного веса”.Сейчас основной характеристикой,
определяющей принадлежность атома к тому или иному
элементу, является заряд ядра атома, который соответствует
порядковому номеру элемента в периодической системе.
Поэтому современная формулировка периодического
закона такова: свойства простых веществ, а также формы и
свойства соединений химических элементов находятся в
периодической зависимости от заряда ядер атомов элементов
или от порядкового номера элементов.
Например, в ряду от лития до неона по мере возрастания зарядов ядер свойства элементов изменяются в совершенно определенном направлении. Валентность по кислороду от лития к азоту у каждого последующего элемента увеличивается на единицу, а валентность по водороду от углерода к фтору, наоборот, уменьшается на единицу. Металлические свойства от лития к фтору постепенно ослабевают, а неметаллические – усиливаются.
В ряду от натрия до аргона свойства элементов в значительной степени повторяют свойства элементов от лития до неона. Причем повторение проявляется в определенной последовательности: натрий повторяет свойства лития, магний – бериллия, алюминий – бора и так далее. Следующий за аргоном калий повторяет свойства натрия и лития, кальций – магния и бериллия, иначе говоря, свойства элементов периодической системы повторяются. Эту периодичность нельзя рассматривать как простое повторение свойств. Однако свойства элементов повторяются в различной степени.
Всю совокупность элементов можно представить в виде единой природной системы – периодической системы химических элементов.
В периодической системе все элементы составляют 7 периодов. Первый период включает 2 элемента – водород и гелий. С калия до криптона и с рубидия до ксенона четвертый и пятый периоды включают в себя уже 18 элементов. Шестой период содержит 32 элемента. Седьмой период не закончен. Периодичность в повторении свойств химических элементов различна. Три первых периода называются малыми, остальные – большими.
Если в малых периодах с увеличением порядкового номера все химические свойства элементов изменяются последовательно, то в больших периодах некоторые свойства элементов повторяются внутри периода..
Периодическую систему химических элементов можно отобразить в форме таблицы. Было создано множество различных вариантов таблиц. Однако наиболее наглядными, а значит, наиболее часто используемыми являются развернутая и сокращенная формы таблицы.Развернутую форму таблицы получают, когда последовательные периоды элементов разместить в виде горизонтальных рядов, так чтобы сходные по свойствам элементы оказались строго друг под другом. В такой таблице короткие периоды оказываются разделенными – по 2 элемента в начале и по 6 в конце таблицы, а между ними в четвертом и пятом периодах по 10 элементов, в шестом – 32 элемента (14 лантаноидов вместе с лантаном размещаются в одной клетке); всего 10 столбцов. Элементы с похожими свойствами в вертикальных столбцах этой таблицы образуют подгруппы. Подгруппы с элементами второго и третьего коротких периодов называются главными, а остальные – побочными. Всего в таблице 8 главных и 8 побочных подгрупп: всего 16. Главные подгруппы обозначаются индексом “а” – Iа, IIа. Побочные подгруппы обозначаются индексом “б” – Iб, IIб и т. д.
В подгруппу IIIб входят по 14 элементов семейства лантаноидов и актиноидов, вынесенные в виде отдельных строк за пределы основной таблицы. Это происходит потому, что элементы этих семейств имеют большое сходство химических свойств и размещаются в одной клетке основной таблицы.
В сокращенной форме таблицы периодической системы главные и побочные подгруппы совмещены в одну группу, но сдвинуты по горизонтали таким образом, что элементы главных и побочных подгрупп образуют отдельные столбцы. Большие периоды в сокращенной форме таблицы образуют два ряда. Чаще всего используется именно сокращенная форма таблицы, в силу ее компактности и удобства использования.
Также существует множество других форм периодической системы:
