Rumusan hukum periodik Mendeleev yang lama dan baru. Hukum periodik Mendeleev. Struktur tabel periodik. Manifestasi hukum periodik dalam kaitannya dengan energi afinitas elektron

DI. Mendeleev merumuskan Hukum Periodik pada tahun 1869, yang didasarkan pada salah satu karakteristik terpenting dari sebuah atom - massa atom. Perkembangan selanjutnya dari Undang-Undang Periodik, yaitu perolehan data eksperimen dalam jumlah besar, agak mengubah rumusan undang-undang tersebut, namun perubahan tersebut tidak bertentangan dengan makna pokok yang dikemukakan oleh D.I. Mendeleev. Perubahan ini hanya memberikan validitas ilmiah dan konfirmasi kebenaran pada hukum dan Tabel Periodik.

Rumusan modern Hukum Periodik oleh D.I. Mendeleev adalah sebagai berikut: sifat-sifat unsur kimia, serta sifat dan bentuk senyawa unsur, secara periodik bergantung pada besarnya muatan inti atomnya.

Struktur Tabel Periodik Unsur Kimia D.I. Mendeleev

Saat ini, terdapat banyak sekali penafsiran Tabel Periodik, namun yang paling populer adalah periode pendek (kecil) dan panjang (besar). Baris horizontal disebut periode (mengandung unsur-unsur dengan pengisian berurutan pada tingkat energi yang sama), dan kolom vertikal disebut golongan (mengandung unsur-unsur yang memiliki jumlah elektron valensi yang sama - analog kimia). Selain itu, semua elemen dapat dibagi menjadi blok-blok sesuai dengan jenis orbital luar (valensi): elemen s-, p-, d-, f.

Ada total 7 periode dalam sistem (tabel), dan jumlah periode (ditunjukkan dengan angka Arab) sama dengan jumlah lapisan elektronik dalam atom suatu unsur, jumlah lapisan luar (valensi) tingkat energi, dan nilai bilangan kuantum utama untuk tingkat energi tertinggi. Setiap periode (kecuali periode pertama) dimulai dengan unsur s - logam alkali aktif dan diakhiri dengan gas inert, didahului oleh unsur p - non-logam aktif (halogen). Jika kita berpindah periode dari kiri ke kanan, maka dengan bertambahnya muatan inti atom unsur kimia periode kecil, jumlah elektron pada tingkat energi terluar akan meningkat, akibatnya sifat-sifatnya akan meningkat. unsur-unsur berubah - dari biasanya logam (karena pada awal periode terdapat logam alkali aktif), melalui amfoter (unsur menunjukkan sifat-sifat logam dan non-logam) menjadi non-logam (non-logam aktif adalah halogen pada akhir periode), yaitu sifat logam secara bertahap melemah dan sifat non-logam meningkat.

Dalam periode besar, seiring dengan meningkatnya muatan inti, pengisian elektron menjadi lebih sulit, yang menjelaskan perubahan sifat unsur yang lebih kompleks dibandingkan dengan unsur dalam periode kecil. Jadi, dalam barisan genap dalam periode yang panjang, seiring dengan bertambahnya muatan inti, jumlah elektron pada tingkat energi terluar tetap konstan dan sama dengan 2 atau 1. Oleh karena itu, pada tingkat berikutnya di sebelah terluar (kedua dari luar) terisi elektron, sifat-sifat unsur pada baris genap berubah secara perlahan. Ketika berpindah ke deret ganjil, dengan meningkatnya muatan inti, jumlah elektron pada tingkat energi terluar meningkat (dari 1 menjadi 8), sifat-sifat unsur berubah dengan cara yang sama seperti pada periode kecil.

Kolom vertikal dalam Tabel Periodik adalah kelompok unsur yang memiliki struktur elektronik serupa dan merupakan analog kimia. Kelompok ditandai dengan angka Romawi dari I sampai VIII. Ada subkelompok utama (A) dan sekunder (B), yang pertama berisi elemen s- dan p, yang kedua - elemen d.

Angka A pada subgolongan menunjukkan jumlah elektron pada tingkat energi terluar (jumlah elektron valensi). Untuk unsur subgolongan B, tidak ada hubungan langsung antara nomor golongan dan jumlah elektron pada tingkat energi terluar. Pada subgrup A, sifat logam suatu unsur meningkat, dan sifat nonlogam menurun seiring dengan meningkatnya muatan inti atom unsur tersebut.

Ada hubungan antara kedudukan unsur-unsur dalam Tabel Periodik dan struktur atomnya:

- atom dari semua unsur pada periode yang sama memiliki jumlah tingkat energi yang sama, terisi sebagian atau seluruhnya dengan elektron;

- atom dari semua unsur subkelompok A memiliki jumlah elektron yang sama pada tingkat energi terluar.

Sifat periodik unsur

Kesamaan sifat fisikokimia dan kimia atom disebabkan oleh kesamaan konfigurasi elektroniknya, dan distribusi elektron pada orbital atom terluar memainkan peran utama. Hal ini terwujud dalam kemunculan periodik, seiring dengan meningkatnya muatan inti atom, unsur-unsur dengan sifat serupa. Sifat-sifat tersebut disebut periodik, di antaranya yang paling penting adalah:

1. Jumlah elektron pada kulit elektron terluar ( populasi – w). Dalam waktu singkat dengan meningkatnya muatan nuklir w kulit elektron terluar meningkat secara monoton dari 1 menjadi 2 (periode ke-1), dari 1 menjadi 8 (periode ke-2 dan ke-3). Dalam periode besar selama 12 elemen pertama w tidak melebihi 2, dan kemudian sampai 8.

2. Jari-jari atom dan ionik(r), didefinisikan sebagai jari-jari rata-rata suatu atom atau ion, yang diperoleh dari data eksperimen jarak antar atom dalam senyawa yang berbeda. Menurut periode, jari-jari atom berkurang (penambahan elektron secara bertahap dijelaskan oleh orbital dengan karakteristik yang hampir sama; menurut golongan, jari-jari atom meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah lapisan elektron (Gbr. 1.).

Beras. 1. Perubahan jari-jari atom secara berkala

Pola yang sama diamati untuk jari-jari ionik. Perlu diperhatikan bahwa jari-jari ion kation (ion bermuatan positif) lebih besar dari jari-jari atom, yang selanjutnya lebih besar dari jari-jari ion anion (ion bermuatan negatif).

3. Energi ionisasi(E dan) adalah jumlah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu atom, yaitu. energi yang dibutuhkan untuk mengubah atom netral menjadi ion bermuatan positif (kation).

E 0 - → E + + E dan

E dan diukur dalam elektronvolt (eV) per atom. Dalam kelompok Tabel Periodik, nilai energi ionisasi atom menurun seiring dengan bertambahnya muatan inti atom suatu unsur. Semua elektron dapat dikeluarkan secara berurutan dari atom unsur kimia dengan melaporkan nilai diskrit E dan. Apalagi E dan 1< Е и 2 < Е и 3 <….Энергии ионизации отражают дискретность структуры электронных слоев и оболочек атомов химических элементов.

4. Afinitas elektron(E e) – jumlah energi yang dilepaskan ketika elektron tambahan ditambahkan ke atom, mis. energi proses

E 0 + → E —

E e juga dinyatakan dalam eV dan, seperti E, bergantung pada jari-jari atom, oleh karena itu sifat perubahan E e antar periode dan golongan Sistem Periodik mirip dengan sifat perubahan jari-jari atom. . Unsur p golongan VII memiliki afinitas elektron tertinggi.

5. Aktivitas regeneratif(VA) – kemampuan suatu atom untuk memberikan elektron kepada atom lain. Ukuran kuantitatif – E dan. Jika E bertambah maka BA berkurang dan sebaliknya.

6. Aktivitas oksidatif(OA) – kemampuan suatu atom untuk mengikat elektron dari atom lain. Ukuran kuantitatif E e Jika E e meningkat maka OA juga meningkat dan sebaliknya.

7. Efek perisai– mengurangi dampak muatan positif inti pada elektron tertentu karena adanya elektron lain di antara elektron tersebut dan inti. Perisai meningkat seiring dengan jumlah lapisan elektron dalam atom dan mengurangi daya tarik elektron terluar ke inti. Kebalikan dari melindungi efek penetrasi, karena elektron dapat ditempatkan di titik mana pun dalam ruang atom. Efek penetrasi meningkatkan kekuatan ikatan antara elektron dan inti.

8. Keadaan oksidasi (bilangan oksidasi)– muatan imajiner atom suatu unsur dalam suatu senyawa, yang ditentukan dari asumsi struktur ionik zat tersebut. Nomor golongan pada Tabel Periodik menunjukkan bilangan oksidasi positif tertinggi yang dimiliki unsur-unsur suatu golongan tertentu dalam senyawanya. Pengecualian adalah logam dari subkelompok tembaga, oksigen, fluor, brom, logam dari keluarga besi dan unsur-unsur lain dari kelompok VIII. Ketika muatan inti meningkat dalam satu periode, bilangan oksidasi positif maksimum meningkat.

9. Keelektronegatifan, komposisi senyawa hidrogen dan oksigen yang lebih tinggi, termodinamika, sifat elektrolitik, dll.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

2.3. Hukum periodik D.I.Mendeleev.

Hukum ini ditemukan dan dirumuskan oleh D.I.Mendeleev: “Sifat-sifat benda sederhana, serta bentuk dan sifat senyawa unsur secara periodik bergantung pada berat atom unsur.” Hukum tersebut dibuat atas dasar analisis mendalam terhadap sifat-sifat unsur dan senyawanya. Pencapaian luar biasa dalam fisika, terutama perkembangan teori struktur atom, memungkinkan terungkapnya esensi fisik hukum periodik: periodisitas perubahan sifat-sifat unsur kimia disebabkan oleh perubahan sifat pengisian secara periodik. lapisan elektron terluar dengan elektron seiring dengan bertambahnya jumlah elektron, yang ditentukan oleh muatan inti. Muatannya sama dengan nomor atom suatu unsur dalam tabel periodik. Rumusan modern dari hukum periodik: “Sifat-sifat unsur dan zat sederhana dan kompleks yang dibentuknya bergantung secara periodik pada muatan inti atom.” Dibuat oleh D.I.Mendeleev pada tahun 1869-1871. Sistem periodik adalah klasifikasi alami unsur-unsur, cerminan matematis dari hukum periodik.

Mendeleev bukan hanya orang pertama yang merumuskan secara tepat hukum ini dan menyajikan isinya dalam bentuk tabel yang menjadi klasik, tetapi juga membuktikannya secara komprehensif, menunjukkan signifikansi ilmiahnya yang sangat besar, sebagai pedoman prinsip klasifikasi dan sebagai alat yang ampuh untuk ilmu pengetahuan. riset.

Arti fisis dari hukum periodik. Itu dibuka hanya setelah ditemukan bahwa muatan inti atom meningkat ketika berpindah dari satu unsur kimia ke unsur tetangga (dalam tabel periodik) sebesar satuan muatan unsur. Secara numerik, muatan inti sama dengan nomor atom (nomor atom Z) unsur yang bersesuaian dalam tabel periodik, yaitu jumlah proton dalam inti, yang pada gilirannya sama dengan jumlah elektron dari unsur netral yang bersesuaian. atom. Sifat kimia atom ditentukan oleh struktur kulit elektron terluarnya, yang berubah secara berkala seiring dengan meningkatnya muatan inti, dan oleh karena itu, dasar hukum periodik adalah gagasan tentang perubahan muatan inti. atom, dan bukan massa atom unsur-unsurnya. Ilustrasi yang jelas tentang hukum periodik adalah kurva perubahan periodik besaran fisis tertentu (potensial ionisasi, jari-jari atom, volume atom) bergantung pada Z. Tidak ada ekspresi matematika umum untuk hukum periodik. Hukum periodik memiliki makna ilmiah dan filosofis alam yang sangat besar. Itu memungkinkan untuk mempertimbangkan semua elemen dalam hubungan timbal baliknya dan memprediksi sifat-sifat elemen yang tidak diketahui. Berkat hukum periodik, banyak penelitian ilmiah (misalnya, di bidang mempelajari struktur materi - dalam kimia, fisika, geokimia, kosmokimia, astrofisika) menjadi terarah. Hukum periodik merupakan perwujudan nyata dari hukum-hukum umum dialektika, khususnya hukum peralihan kuantitas menjadi kualitas.

Tahapan fisik perkembangan hukum periodik pada gilirannya dapat dibagi menjadi beberapa tahap:

1. Penetapan pembagian atom berdasarkan penemuan elektron dan radioaktivitas (1896-1897);

2. Pengembangan model struktur atom (1911-1913);

3. Penemuan dan pengembangan sistem isotop (1913);

4. Penemuan hukum Moseley (1913), yang memungkinkan penentuan muatan inti dan nomor unsur secara eksperimental dalam tabel periodik;

5. Perkembangan teori sistem periodik berdasarkan gagasan tentang struktur kulit elektron atom (1921-1925);

6. Penciptaan teori kuantum sistem periodik (1926-1932).

2.4. Memprediksi keberadaan unsur yang tidak diketahui.

Hal terpenting dalam penemuan Hukum Periodik adalah prediksi keberadaan unsur-unsur kimia yang belum ditemukan. Di bawah aluminium Al, Mendeleev meninggalkan tempat untuk analognya "eka-aluminium", di bawah boron B - untuk "eca-boron", dan di bawah silikon Si - untuk "eca-silicon". Inilah yang disebut Mendeleev sebagai unsur kimia yang belum ditemukan. Dia bahkan memberi mereka simbol El, Eb dan Es.

Mengenai unsur “exasilicon”, Mendeleev menulis: “Bagi saya, yang paling menarik dari logam-logam yang hilang pastinya adalah logam yang termasuk dalam analog karbon golongan IV, yaitu baris III. segera setelah silikon, dan oleh karena itu kita sebut saja ekasilicium." Memang, unsur yang belum ditemukan ini seharusnya menjadi semacam "kunci" yang menghubungkan dua non-logam - karbon C dan silikon Si - dengan dua logam khas - timah Sn dan timbal Pb.

Kemudian ia meramalkan keberadaan delapan unsur lagi, antara lain “dwitellurium” - polonium (ditemukan tahun 1898), “ecaiodine” - astatine (ditemukan tahun 1942-1943), “dimangan” - technetium (ditemukan tahun 1937), "ecacesia" - Prancis (dibuka pada tahun 1939)

Pada tahun 1875, ahli kimia Perancis Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran menemukan "eka-aluminium" yang diprediksi oleh Mendeleev dalam mineral wurtzite - seng sulfida ZnS - dan menamakannya gallium Ga (nama Latin untuk Perancis adalah "Gallia") untuk menghormati tanah airnya.

Mendeleev secara akurat meramalkan sifat-sifat eka-aluminium: massa atomnya, massa jenis logam, rumus El 2 O 3 oksida, ElCl 3 klorida, El 2 (SO 4) 3 sulfat. Setelah ditemukannya galium, rumus tersebut mulai ditulis sebagai Ga 2 O 3, GaCl 3 dan Ga 2 (SO 4) 3. Mendeleev meramalkan bahwa itu akan menjadi logam yang sangat mudah melebur, dan memang, titik leleh galium ternyata sama dengan 29,8 o C. Dalam hal fusibilitas, galium berada di urutan kedua setelah merkuri Hg dan cesium Cs.

Rata-rata kandungan galium di kerak bumi relatif tinggi, yaitu 1,5-10-30% massa, setara dengan kandungan timbal dan molibdenum. Gallium adalah elemen jejak yang khas. Satu-satunya mineral Gallium adalah galdite CuGaS2, yang sangat langka. Gallium stabil di udara pada suhu biasa. Di atas 260°C, oksidasi lambat terlihat pada oksigen kering (lapisan oksida melindungi logam). Gallium larut perlahan dalam asam sulfat dan klorida, cepat dalam asam fluorida, dan stabil dalam suhu dingin dalam asam nitrat. Gallium larut perlahan dalam larutan alkali panas. Klorin dan bromin bereaksi dengan galium dalam keadaan dingin, yodium - ketika dipanaskan. Gallium cair pada suhu di atas 300° C berinteraksi dengan semua logam struktural dan paduan. Ciri khas Gallium adalah rentang wujud cair yang luas (2200° C) dan tekanan uap rendah pada suhu hingga 1100-1200° C. Geokimia Gallium berkaitan erat dengan geokimia aluminium, karena kesamaan sifat fisikokimianya. Bagian utama galium di litosfer terkandung dalam mineral aluminium. Kandungan Gallium dalam bauksit dan nepheline berkisar antara 0,002 hingga 0,01%. Peningkatan konsentrasi galium juga diamati pada sfalerit (0,01-0,02%), pada batubara keras (bersama dengan germanium), dan juga pada beberapa bijih besi. Gallium belum digunakan secara luas dalam industri. Potensi skala produksi produk sampingan galium dalam produksi aluminium masih jauh melebihi permintaan logam tersebut.

Penerapan galium yang paling menjanjikan adalah dalam bentuk senyawa kimia seperti GaAs, GaP, GaSb yang memiliki sifat semikonduktor. Mereka dapat digunakan dalam penyearah dan transistor suhu tinggi, baterai surya dan perangkat lain di mana efek fotolistrik pada lapisan pemblokiran dapat digunakan, serta pada penerima radiasi inframerah. Gallium dapat digunakan untuk membuat cermin optik yang sangat reflektif. Paduan aluminium dengan galium telah diusulkan sebagai pengganti merkuri sebagai katoda lampu radiasi ultraviolet yang digunakan dalam pengobatan. Diusulkan untuk menggunakan galium cair dan paduannya untuk pembuatan termometer suhu tinggi (600-1300 ° C) dan pengukur tekanan. Yang menarik adalah penggunaan Gallium dan paduannya sebagai pendingin cair dalam reaktor nuklir tenaga (hal ini terhambat oleh interaksi aktif Gallium pada suhu operasi dengan bahan struktural; paduan Ga-Zn-Sn eutektik memiliki efek korosif yang lebih sedikit dibandingkan murni galium).

Pada tahun 1879, ahli kimia Swedia Lars Nilsson menemukan skandium, yang diprediksi oleh Mendeleev sebagai ecaboron Eb. Nilsson menulis: “Tidak ada keraguan bahwa ecaboron telah ditemukan di skandium... Hal ini dengan jelas menegaskan pertimbangan ahli kimia Rusia, yang tidak hanya memungkinkan untuk memprediksi keberadaan skandium dan galium, tetapi juga untuk meramalkan keberadaan mereka yang paling penting. properti terlebih dahulu.” Skandium dinamai untuk menghormati tanah air Nilsson di Skandinavia, dan ia menemukannya dalam mineral kompleks gadolinit, yang memiliki komposisi Be 2 (Y, Sc) 2 FeO 2 (SiO 4) 2. Rata-rata kandungan skandium di kerak bumi (clarke) adalah 2,2-10-3% massa. Kandungan skandium pada batuan bervariasi: pada batuan ultrabasa 5-10-4, pada batuan dasar 2,4-10-3, pada batuan antara 2,5-10-4, pada granit dan syenit 3,10-4; pada batuan sedimen (1-1,3).10-4. Skandium terkonsentrasi di kerak bumi sebagai hasil proses magmatik, hidrotermal, dan supergene (permukaan). Dua mineral Skandium sendiri telah diketahui - tortveitite dan sterrettite; mereka sangat jarang. Skandium adalah logam lunak, dalam keadaan murni dapat dengan mudah diproses - ditempa, digulung, dicap. Ruang lingkup penggunaan skandium sangat terbatas. Skandium oksida digunakan untuk membuat ferit untuk elemen memori komputer berkecepatan tinggi. Radioaktif 46Sc digunakan dalam analisis aktivasi neutron dan pengobatan. Paduan skandium, yang memiliki kepadatan rendah dan titik leleh tinggi, menjanjikan sebagai bahan struktural dalam konstruksi roket dan pesawat terbang, dan sejumlah senyawa skandium dapat diterapkan dalam pembuatan fosfor, katoda oksida, dalam produksi kaca dan keramik, dalam produksi kaca dan keramik. industri kimia (sebagai katalis) dan bidang lainnya. Pada tahun 1886, seorang profesor di Akademi Pertambangan di Freiburg, ahli kimia Jerman Clemens Winkler, ketika menganalisis mineral langka argyrodite dengan komposisi Ag 8 GeS 6, menemukan unsur lain yang diprediksi oleh Mendeleev. Winkler menamai unsur yang ia temukan germanium Ge untuk menghormati tanah airnya, tetapi karena alasan tertentu hal ini menimbulkan keberatan tajam dari beberapa ahli kimia. Mereka mulai menuduh Winkler nasionalisme, mengambil alih penemuan Mendeleev, yang telah memberi unsur tersebut nama “ekasilicium” dan simbol Es. Karena putus asa, Winkler meminta nasihat kepada Dmitry Ivanovich sendiri. Dia menjelaskan bahwa penemu unsur baru itulah yang harus memberinya nama. Kandungan total germanium di kerak bumi adalah 7,10-4% massa, yaitu lebih banyak dari, misalnya, antimon, perak, bismut. Namun, mineral germanium sendiri sangatlah langka. Hampir semuanya merupakan sulfosalt: germanite Cu2 (Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, argyrodite Ag8GeS6, confieldite Ag8(Sn, Ce) S6, dll. Sebagian besar germanium tersebar dalam jumlah besar di batuan dan mineral kerak bumi: dalam bijih sulfida dari logam non-besi, dalam bijih besi, dalam beberapa mineral oksida (kromit, magnetit, rutil, dll.), dalam granit, diabas dan basal. Selain itu, Germanium terdapat di hampir semua silikat, di beberapa deposit batubara dan minyak. Germanium adalah salah satu bahan paling berharga dalam teknologi semikonduktor modern. Ini digunakan untuk membuat dioda, trioda, detektor kristal dan penyearah daya. Germanium monokristalin juga digunakan dalam instrumen dan perangkat dosimetri yang mengukur kekuatan medan magnet konstan dan bolak-balik. Area penerapan penting germanium adalah teknologi inframerah, khususnya produksi detektor radiasi inframerah yang beroperasi di wilayah 8-14 mikron. Banyak paduan yang mengandung germanium, gelas berbasis GeO2, dan senyawa germanium lainnya yang menjanjikan untuk penggunaan praktis.

Mendeleev tidak dapat memprediksi keberadaan sekelompok gas mulia, dan pada awalnya mereka tidak mendapat tempat dalam Tabel Periodik.

Penemuan argon Ar oleh ilmuwan Inggris W. Ramsay dan J. Rayleigh pada tahun 1894 langsung menimbulkan diskusi hangat dan keraguan terhadap Hukum Periodik dan Tabel Periodik Unsur. Mendeleev awalnya menganggap argon sebagai modifikasi alotropik nitrogen dan baru pada tahun 1900, di bawah tekanan fakta yang tidak dapat diubah, setuju dengan keberadaan kelompok unsur kimia “nol” dalam Tabel Periodik, yang ditempati oleh gas mulia lain yang ditemukan setelah argon. Sekarang kelompok ini dikenal dengan nama VIIIA.

Pada tahun 1905, Mendeleev menulis: “Tampaknya, masa depan tidak mengancam hukum periodik dengan kehancuran, tetapi hanya menjanjikan superstruktur dan pembangunan, meskipun sebagai orang Rusia mereka ingin menghapus saya, terutama orang Jerman.”

Penemuan Hukum Periodik mempercepat perkembangan ilmu kimia dan penemuan unsur-unsur kimia baru.

Ujian bacaan, di mana Derzhavin tua memberkati Pushkin muda. Peran meteran kebetulan dimainkan oleh Akademisi Yu.F.Fritzsche, seorang spesialis terkenal di bidang kimia organik. Tesis kandidat D.I.Mendeleev lulus dari Institut Pedagogis Utama pada tahun 1855. Tesisnya "Isomorfisme sehubungan dengan hubungan lain bentuk kristal dengan komposisi" menjadi karya ilmiah besar pertamanya...

Terutama tentang masalah kapilaritas dan tegangan permukaan cairan, dan menghabiskan waktu luangnya di lingkaran ilmuwan muda Rusia: S.P. Botkina, I.M. Sechenova, I.A. Vyshnegradsky, A.P. Borodin dan lain-lain Pada tahun 1861, Mendeleev kembali ke St. Petersburg, di mana ia melanjutkan kuliah tentang kimia organik di universitas dan menerbitkan buku teks, yang luar biasa pada saat itu: "Kimia Organik", di...

PELAJARAN 5 kelas 10(tahun pertama studi)

Hukum periodik dan sistem unsur kimia menurut D.I.Mendeleev Plan

1. Sejarah penemuan hukum periodik dan sistem unsur kimia oleh D.I.Mendeleev.

2. Hukum periodik yang dirumuskan oleh D.I.Mendeleev.

3. Rumusan hukum periodik modern.

4. Arti hukum periodik dan sistem unsur kimia D.I.Mendeleev.

5. Tabel periodik unsur kimia merupakan gambaran grafis dari hukum periodik. Struktur sistem periodik: periode, golongan, subkelompok.

6. Ketergantungan sifat-sifat unsur kimia pada struktur atomnya.

1 Maret (gaya baru) 1869 dianggap sebagai tanggal ditemukannya salah satu hukum kimia terpenting - hukum periodik. Di pertengahan abad ke-19. 63 unsur kimia telah diketahui dan menjadi perlu untuk mengklasifikasikannya. Upaya klasifikasi semacam itu dilakukan oleh banyak ilmuwan (W. Odling dan J. A. R. Newlands, J. B. A. Dumas dan A. E. Chancourtois, I. V. Debereiner dan L. Y. Meyer), tetapi hanya D. I. Mendeleev yang berhasil melihat pola tertentu dengan menyusun unsur-unsur secara menaik. urutan massa atomnya. Pola ini bersifat periodik, sehingga Mendeleev merumuskan hukum yang ditemukannya sebagai berikut: sifat-sifat unsur, serta bentuk dan sifat senyawanya, secara periodik bergantung pada massa atom unsur tersebut.

Formulasi ini dibuktikan dengan adanya isotop yang sifat kimianya sama, meskipun massa atomnya berbeda.

Hukum periodik adalah salah satu hukum dasar alam dan hukum kimia yang paling penting. Dengan ditemukannya hukum ini, tahap modern perkembangan ilmu kimia dimulai. Meskipun makna fisika hukum periodik baru menjadi jelas setelah terciptanya teori struktur atom, teori ini sendiri berkembang atas dasar hukum periodik dan sistem unsur kimia. Hukum tersebut membantu para ilmuwan menciptakan unsur kimia baru dan senyawa unsur baru, serta memperoleh zat dengan sifat yang diinginkan. Mendeleev sendiri meramalkan keberadaan 12 unsur yang belum ditemukan saat itu, dan menentukan posisinya dalam tabel periodik. Dia menjelaskan sifat-sifat ketiga unsur ini secara rinci, dan selama masa hidup ilmuwan, unsur-unsur ini ditemukan (“ekabor” - galium, “ekaaluminium” - skandium, “ekasilicon” - germanium). Selain itu, hukum periodik memiliki makna filosofis yang besar, yang menegaskan hukum paling umum perkembangan alam.

Refleksi grafis dari hukum periodik adalah sistem periodik unsur kimia Mendeleev. Ada beberapa bentuk sistem periodik (pendek, panjang, tangga (diusulkan oleh N. Bohr), spiral). Di Rusia, bentuk pendek adalah yang paling luas. Sistem periodik modern memuat 110 unsur kimia yang ditemukan hingga saat ini, yang masing-masing menempati tempat tertentu dan memiliki nomor urut serta nama tersendiri. Tabel mengidentifikasi baris horizontal – periode (1–3 – kecil, terdiri dari satu baris; 4–6 – besar, terdiri dari dua baris; periode ke-7 – tidak lengkap). Selain periode, ada baris - grup vertikal, yang masing-masing dibagi menjadi dua subgrup (utama - a dan sekunder - b). Subkelompok samping hanya mengandung unsur-unsur dengan periode besar, yang semuanya menunjukkan sifat logam. Unsur-unsur dari subkelompok yang sama memiliki struktur kulit elektron terluar yang sama, yang menentukan kesamaan sifat kimianya.

Periode adalah barisan unsur (dari logam alkali hingga gas inert), yang atom-atomnya mempunyai jumlah tingkat energi yang sama dengan nomor periode.

Subkelompok utama adalah barisan vertikal unsur-unsur yang atom-atomnya mempunyai jumlah elektron yang sama pada tingkat energi terluarnya. Nomor ini sama dengan nomor golongan (kecuali hidrogen dan helium).

Semua unsur dalam tabel periodik dibagi menjadi 4 keluarga elektron ( S-, P-, D-,F-elemen) tergantung pada sublevel mana dalam atom unsur yang terakhir diisi.

Subkelompok samping- ini adalah baris vertikal D-elemen yang memiliki jumlah elektron per yang sama D-sublevel dari lapisan pra-eksternal dan S-sublevel dari lapisan luar. Nomor ini biasanya sama dengan nomor grup.

Sifat yang paling penting dari unsur kimia adalah logam dan non logam.

Metalisitas adalah kemampuan atom suatu unsur kimia untuk melepaskan elektron. Karakteristik kuantitatif sifat logam adalah energi ionisasi.

Energi ionisasi atom adalah jumlah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom suatu unsur, yaitu untuk mengubah atom menjadi kation. Semakin rendah energi ionisasi, semakin mudah atom melepaskan elektron, semakin kuat sifat logam unsur tersebut.

Non-logam adalah kemampuan atom suatu unsur kimia untuk memperoleh elektron. Karakteristik kuantitatif non-logam adalah afinitas elektron.

Afinitas elektron adalah energi yang dilepaskan ketika elektron menempel pada atom netral, yaitu ketika atom berubah menjadi anion. Semakin besar afinitas elektron maka semakin mudah suatu atom mengikat elektron, dan semakin kuat pula sifat nonlogam unsur tersebut.

Karakteristik universal dari logam dan non-logam adalah keelektronegatifan (EO) suatu unsur.

EO suatu unsur mencirikan kemampuan atomnya untuk menarik elektron, yang ikut serta dalam pembentukan ikatan kimia dengan atom lain dalam molekul.

Semakin tinggi sifat metaliknya, semakin rendah EOnya.

Semakin besar sifat non-logamnya, semakin besar pula EO-nya.

Saat menentukan nilai EO relatif pada skala Pauling, EO atom litium diambil sebagai satu (EO(Li) = 1); unsur yang paling elektronegatif adalah fluor (EO(F) = 4).

Dalam waktu singkat dari logam alkali menjadi gas inert:

Muatan inti atom meningkat;

Jumlah tingkat energi tidak berubah;

Jumlah elektron pada tingkat terluar meningkat dari 1 menjadi 8;

Jari-jari atom berkurang;

Kekuatan ikatan antara elektron lapisan terluar dan inti meningkat;

Energi ionisasi meningkat;

Afinitas elektron meningkat;

EO meningkat;

Sifat logam unsur-unsurnya berkurang;

Sifat non-logam suatu unsur meningkat.

Semua D-elemen-elemen pada periode tertentu memiliki sifat yang serupa - semuanya adalah logam, memiliki jari-jari atom dan nilai EO yang sedikit berbeda, karena mengandung jumlah elektron yang sama pada tingkat terluar (misalnya, pada periode ke-4 - kecuali Cr dan Cu).

Di subgrup utama dari atas ke bawah:

Jumlah tingkat energi dalam sebuah atom meningkat;

Jumlah elektron pada tingkat terluar adalah sama;

Jari-jari atom bertambah;

Kekuatan ikatan antara elektron tingkat terluar dan inti berkurang;

Energi ionisasi berkurang;

Afinitas elektron menurun;

EO menurun;

Sifat logam unsur-unsurnya meningkat;

Sifat non-logam suatu unsur berkurang.

Sifat-sifat unsur kimia dan senyawanya secara periodik bergantung pada besarnya muatan inti atomnya, yang dinyatakan dalam pengulangan periodik struktur kulit elektron valensi terluar.
Dan sekarang, lebih dari 130 tahun setelah penemuan hukum periodik, kita dapat kembali ke kata-kata Dmitry Ivanovich, yang dijadikan sebagai moto pelajaran kita: “Bagi hukum periodik, masa depan tidak terancam oleh kehancuran, tetapi hanya suprastruktur dan pembangunan dijanjikan.” Berapa banyak unsur kimia yang telah ditemukan sejauh ini? Dan ini jauh dari batasnya.

Representasi grafis dari hukum periodik adalah sistem periodik unsur kimia. Demikian rangkuman singkat seluruh kimia unsur dan senyawanya.

Perubahan sifat-sifat sistem periodik dengan bertambahnya berat atom dalam periode (dari kiri ke kanan):

1. Sifat logam berkurang

2. Sifat nonlogam meningkat

3. Sifat-sifat oksida dan hidroksida yang lebih tinggi berubah dari basa melalui amfoter menjadi asam.

4. Valensi unsur-unsur pada rumus oksida yang lebih tinggi meningkat dari I ke VII, dan pada rumus senyawa hidrogen yang mudah menguap menurun dari IV ke I.

Prinsip dasar menyusun tabel periodik.

Representasi grafis dari hukum periodik adalah tabel periodik. Ini berisi 7 periode dan 8 kelompok.

1. Nomor urut suatu unsur kimia- nomor yang diberikan pada elemen saat memberi nomor. Menunjukkan jumlah total elektron dalam suatu atom dan jumlah proton dalam inti, menentukan muatan inti atom suatu unsur kimia tertentu.

2. Periode– unsur-unsur kimia tersusun berurutan (hanya 7 periode). Periode menentukan jumlah tingkat energi dalam suatu atom.

Periode kecil (1 – 3) hanya mencakup elemen s dan p (elemen subkelompok utama) dan terdiri dari satu baris; yang besar (4 – 7) tidak hanya mencakup elemen s- dan p (elemen dari subgrup utama), tetapi juga elemen d- dan f (elemen dari subgrup sekunder) dan terdiri dari dua garis.

3. Grup– unsur kimia tersusun dalam kolom (hanya ada 8 golongan). Golongan menentukan jumlah elektron tingkat terluar untuk unsur-unsur subkelompok utama, serta jumlah elektron valensi dalam atom suatu unsur kimia.

Subgrup utama (A)– mencakup unsur periode besar dan kecil (hanya unsur s dan p).

Subgrup samping (B)– hanya mencakup unsur-unsur periode besar (hanya unsur d- atau f).

Berkala hukum D.I. Mendeleev:Sifat-sifat benda sederhana, serta bentuk dan sifat senyawaperbedaan elemen bergantung secara periodiknilai berat atom suatu unsur (Sifat-sifat unsur secara periodik bergantung pada muatan atom intinya).

Tabel periodik unsur. Rangkaian unsur yang sifat-sifatnya berubah secara berurutan, seperti rangkaian delapan unsur dari litium menjadi neon atau dari natrium menjadi argon, disebut Mendeleev sebagai periode. Jika kita menuliskan kedua periode ini satu di bawah yang lain sehingga natrium berada di bawah litium dan argon di bawah neon, kita mendapatkan susunan unsur-unsur berikut:

Dengan susunan ini, kolom vertikal mengandung unsur-unsur yang sifat-sifatnya serupa dan mempunyai valensi yang sama, misalnya litium dan natrium, berilium dan magnesium, dll.

Setelah membagi semua unsur ke dalam periode-periode dan menempatkan satu periode di bawah periode lainnya sehingga unsur-unsur yang sifat dan jenis senyawanya serupa letaknya di bawah satu sama lain, Mendeleev menyusun tabel yang disebutnya sistem periodik unsur menurut golongan dan deret.

Arti sistem periodikKami. Tabel periodik unsur mempunyai pengaruh yang besar terhadap perkembangan ilmu kimia selanjutnya. Ini tidak hanya merupakan klasifikasi alami pertama dari unsur-unsur kimia, yang menunjukkan bahwa mereka membentuk sistem yang harmonis dan berhubungan erat satu sama lain, tetapi juga merupakan alat yang ampuh untuk penelitian lebih lanjut.

7. Perubahan periodik sifat-sifat unsur kimia. Jari-jari atom dan ionik. Energi ionisasi. Afinitas elektron. Keelektronegatifan.

Ketergantungan jari-jari atom pada muatan inti atom Z bersifat periodik. Dalam satu periode, seiring bertambahnya Z, ada kecenderungan ukuran atom mengecil, yang terutama terlihat jelas dalam periode pendek.

Dengan dimulainya pembangunan lapisan elektronik baru, lebih jauh dari inti, yaitu selama transisi ke periode berikutnya, jari-jari atom meningkat (bandingkan, misalnya, jari-jari atom fluor dan natrium). Akibatnya, dalam suatu subkelompok, dengan bertambahnya muatan inti, ukuran atom pun bertambah.

Hilangnya atom elektron menyebabkan penurunan ukuran efektifnya, dan penambahan kelebihan elektron menyebabkan peningkatan. Oleh karena itu, jari-jari ion (kation) yang bermuatan positif selalu lebih kecil, dan jari-jari ion non (anion) yang bermuatan negatif selalu lebih besar daripada jari-jari atom yang netral secara listrik.

Dalam satu subkelompok, jari-jari ion yang bermuatan sama bertambah seiring bertambahnya muatan inti.Pola ini dijelaskan oleh bertambahnya jumlah lapisan elektronik dan semakin jauhnya elektron terluar dari inti.

Sifat kimia yang paling khas dari logam adalah kemampuan atomnya untuk dengan mudah melepaskan elektron terluarnya dan berubah menjadi ion bermuatan positif, sedangkan nonlogam, sebaliknya, dicirikan oleh kemampuannya untuk menambahkan elektron untuk membentuk ion negatif. Untuk melepaskan elektron dari atom dan mengubahnya menjadi ion positif, perlu mengeluarkan sejumlah energi, yang disebut energi ionisasi.

Energi ionisasi dapat ditentukan dengan membombardir atom dengan elektron yang dipercepat dalam medan listrik. Tegangan medan terendah di mana kecepatan elektron menjadi cukup untuk mengionisasi atom disebut potensial ionisasi atom suatu unsur dan dinyatakan dalam volt. Dengan pengeluaran energi yang cukup, dua, tiga atau lebih elektron dapat dikeluarkan dari sebuah atom. Oleh karena itu, mereka berbicara tentang potensial ionisasi pertama (energi pelepasan elektron pertama dari atom) dan potensial ionisasi kedua (energi pelepasan elektron kedua)

Seperti disebutkan di atas, atom tidak hanya dapat menyumbangkan, tetapi juga memperoleh elektron. Energi yang dilepaskan ketika sebuah elektron ditambahkan ke atom bebas disebut afinitas elektron atom. Afinitas elektron, seperti energi ionisasi, biasanya dinyatakan dalam volt elektron. Jadi, afinitas elektron atom hidrogen adalah 0,75 eV, oksigen - 1,47 eV, fluor - 3,52 eV.

Afinitas elektron atom logam biasanya mendekati nol atau negatif; Oleh karena itu, bagi atom-atom pada sebagian besar logam, penambahan elektron secara energetik tidak menguntungkan. Afinitas elektron atom bukan logam selalu positif dan semakin besar, semakin dekat letak nonlogam tersebut dengan gas mulia dalam tabel periodik; hal ini menunjukkan adanya peningkatan sifat non-logam seiring dengan semakin dekatnya akhir periode.