Bedeutung des Periodensystems. Die Bedeutung des Periodengesetzes Zeichen des Periodensystems und des Periodengesetzes

Entdeckung durch D.I. Das Periodengesetz von Mendelejew ist für die Entwicklung der Chemie von großer Bedeutung. Das Gesetz war die wissenschaftliche Grundlage der Chemie. Dem Autor gelang es, das reichhaltige, aber verstreute Material, das Generationen von Chemikern über die Eigenschaften von Elementen und ihren Verbindungen gesammelt hatten, zu systematisieren und viele Konzepte zu klären, beispielsweise die Konzepte „chemisches Element“ und „einfache Substanz“. Darüber hinaus hat D.I. Mendelejew sagte die Existenz vieler damals unbekannter Elemente voraus und beschrieb mit erstaunlicher Genauigkeit die Eigenschaften, zum Beispiel Scandium (Eca-Bor), Gallium (Eka-Aluminium), Germanium (Eca-Silizium). In einer Reihe von Fällen veränderte der Wissenschaftler auf der Grundlage des Periodengesetzes die damals angenommenen Atommassen der Elemente ( Zn, La, ICH, Ähm, Ce, Th,U), die zuvor auf der Grundlage falscher Vorstellungen über die Wertigkeit von Elementen und die Zusammensetzung ihrer Verbindungen bestimmt wurden. In einigen Fällen ordnete Mendeleev Elemente entsprechend einer natürlichen Änderung ihrer Eigenschaften an, was auf eine mögliche Ungenauigkeit der Werte ihrer Atommassen hindeutet ( Os, Ir, Pt, Au, Te, ICH, Ni, Co) und bei einigen von ihnen wurden durch nachträgliche Verfeinerung die Atommassen korrigiert.

Das Periodengesetz und das Periodensystem der Elemente dienen als wissenschaftliche Grundlage für Vorhersagen in der Chemie. Seit der Veröffentlichung des Periodensystems sind darin mehr als 40 neue Elemente aufgetaucht. Basierend auf dem Periodengesetz wurden Transurane künstlich gewonnen, darunter Nr. 101, Mendelevium genannt.

Das Periodengesetz spielte eine entscheidende Rolle bei der Aufklärung der komplexen Struktur des Atoms. Wir dürfen nicht vergessen, dass das Gesetz 1869 vom Autor formuliert wurde, d.h. fast 60 Jahre bevor die moderne Theorie der Atomstruktur endgültig formuliert wurde. Und alle Entdeckungen von Wissenschaftlern, die auf die Veröffentlichung des Gesetzes und des Periodensystems der Elemente folgten (über sie sprachen wir zu Beginn der Präsentation des Materials), dienten als Bestätigung der brillanten Entdeckung des großen russischen Chemikers, seiner außergewöhnlichen Gelehrsamkeit und Intuition.

LITERATUR

1. Glinka N. A. Allgemeine Chemie / N. A. Glinka. L.: Chemie, 1984. 702 S.

2. Studiengang Allgemeine Chemie / Hrsg. N. V. Korovina. M.: Higher School, 1990. 446 S.

3. Achmetow N.S. Allgemeine und anorganische Chemie / N.S. Achmetow. M.: Higher School, 1988. 639 S.

4. Pavlov N.N. Anorganische Chemie / N.N. Pawlow. M.: Higher School, 1986. 336 S.

5. Ramsden E.N. Die Anfänge der modernen Chemie / E.N. Ramsden. L.: Chemie, 1989. 784 S.

Atomare Struktur

Richtlinien

im Kurs „Allgemeine Chemie“

Zusammengestellt von: STANKEVICH Margarita Efimovna

Efanova Vera Wassiljewna

Michailowa Antonina Michailowna

Rezensent E.V. Tretjatschenko

Herausgeber O.A.Panina

Für den Druck signiert. Format 60x84 1/16

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Staatliche Technische Universität Saratow

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Das Periodengesetz und das Periodensystem der chemischen Elemente von D. I. Mendelejew basieren auf Vorstellungen über die Struktur von Atomen. Die Bedeutung des periodischen Gesetzes für die Entwicklung der Wissenschaft

Chemietickets für den Kurs der 10. Klasse.

Ticket Nr. 1

Das Periodengesetz und das Periodensystem der chemischen Elemente von D. I. Mendelejew basieren auf Vorstellungen über die Struktur von Atomen. Die Bedeutung des periodischen Gesetzes für die Entwicklung der Wissenschaft.

Im Jahr 1869 formulierte D. I. Mendeleev auf der Grundlage einer Analyse der Eigenschaften einfacher Substanzen und Verbindungen das Periodengesetz:

Die Eigenschaften einfacher Körper ... und Elementverbindungen hängen periodisch von der Größe der Atommassen der Elemente ab.

Basierend auf dem Periodengesetz wurde das Periodensystem der Elemente erstellt. Darin wurden Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zu vertikalen Spalten – Gruppen – zusammengefasst. In einigen Fällen war es bei der Einordnung von Elementen in das Periodensystem notwendig, die Reihenfolge der zunehmenden Atommassen zu unterbrechen, um die Periodizität der Wiederholung von Eigenschaften aufrechtzuerhalten. Beispielsweise war es notwendig, Tellur und Jod sowie Argon und Kalium „auszutauschen“.

Der Grund dafür ist, dass Mendelejew das Periodengesetz zu einer Zeit vorschlug, als noch nichts über die Struktur des Atoms bekannt war.

Nachdem im 20. Jahrhundert das Planetenmodell des Atoms vorgeschlagen wurde, wurde das Periodengesetz wie folgt formuliert:

Die Eigenschaften chemischer Elemente und Verbindungen hängen periodisch von der Ladung der Atomkerne ab.

Die Ladung des Kerns ist gleich der Nummer des Elements im Periodensystem und der Anzahl der Elektronen in der Elektronenhülle des Atoms.

Diese Formulierung erklärte die „Verstöße“ gegen das Periodengesetz.

Im Periodensystem entspricht die Periodenzahl der Anzahl der elektronischen Ebenen im Atom, die Gruppennummer für Elemente der Hauptuntergruppen entspricht der Anzahl der Elektronen in der äußeren Ebene.

Der Grund für die periodische Änderung der Eigenschaften chemischer Elemente ist die periodische Füllung der Elektronenhüllen. Nach dem Füllen der nächsten Schale beginnt eine neue Periode. Der periodische Wechsel der Elemente ist deutlich an den Veränderungen der Zusammensetzung und Eigenschaften der Oxide erkennbar.

Wissenschaftliche Bedeutung des periodischen Gesetzes. Das periodische Gesetz ermöglichte es, die Eigenschaften chemischer Elemente und ihrer Verbindungen zu systematisieren. Bei der Zusammenstellung des Periodensystems sagte Mendelejew die Existenz vieler unentdeckter Elemente voraus, hinterließ für sie leere Zellen und sagte viele Eigenschaften unentdeckter Elemente voraus, was ihre Entdeckung erleichterte.

6. ???

7. Periodengesetz und Periodensystem D.I. Mendeleev Struktur des Periodensystems (Periode, Gruppe, Untergruppe). Die Bedeutung des Periodengesetzes und des Periodensystems.

Periodisches Gesetz von D. I. Mendeleev Die Eigenschaften einfacher Körper sowie die Formen und Eigenschaften von Elementverbindungen sind periodisch abhängig von. Werte der Atomgewichte von Elementen

Periodensystem. Eine Reihe von Elementen, innerhalb derer sich ihre Eigenschaften nacheinander ändern, wie etwa die Reihe von acht Elementen von Lithium zu Neon oder von Natrium zu Argon, nannte Mendelejew Perioden. Wenn wir diese beiden Perioden so untereinander schreiben, dass sich Natrium unter Lithium und Argon unter Neon befindet, erhalten wir folgende Anordnung der Elemente:

Bei dieser Anordnung enthalten die vertikalen Säulen Elemente mit ähnlichen Eigenschaften und gleicher Wertigkeit, beispielsweise Lithium und Natrium, Beryllium und Magnesium usw.

Nachdem Mendelejew alle Elemente in Perioden unterteilt und eine Periode unter eine andere gelegt hatte, so dass Elemente mit ähnlichen Eigenschaften und der Art der gebildeten Verbindungen untereinander angeordnet waren, stellte er eine Tabelle zusammen, die er das Periodensystem der Elemente nach Gruppen und Reihen nannte.

Bedeutung des Periodensystems. Das Periodensystem der Elemente hatte großen Einfluss auf die weitere Entwicklung der Chemie. Es war nicht nur die erste natürliche Klassifizierung chemischer Elemente, die zeigte, dass sie ein harmonisches System bilden und in enger Verbindung zueinander stehen, sondern es war auch ein wirkungsvolles Werkzeug für die weitere Forschung.

8. Periodische Änderungen der Eigenschaften chemischer Elemente. Atom- und Ionenradien. Ionisationsenergie. Elektronenaffinität. Elektronegativität.

Die Abhängigkeit der Atomradien von der Ladung des Atomkerns Z ist periodisch. Innerhalb einer Periode besteht mit zunehmendem Z die Tendenz, dass die Größe des Atoms abnimmt, was besonders deutlich in kurzen Zeiträumen zu beobachten ist

Mit Beginn des Aufbaus einer neuen elektronischen Schicht, die weiter vom Kern entfernt ist, also beim Übergang zur nächsten Periode, nehmen die Atomradien zu (vergleiche beispielsweise die Radien von Fluor- und Natriumatomen). Infolgedessen nimmt innerhalb einer Untergruppe mit zunehmender Kernladung die Größe der Atome zu.

Der Verlust von Elektronenatomen führt zu einer Verringerung seiner effektiven Größe, die Zugabe überschüssiger Elektronen führt zu einer Vergrößerung. Daher ist der Radius eines positiv geladenen Ions (Kations) immer kleiner und der Radius eines negativ geladenen Nicht-Ions (Anions) immer größer als der Radius des entsprechenden elektrisch neutralen Atoms.

Innerhalb einer Untergruppe nehmen die Radien von Ionen gleicher Ladung mit zunehmender Kernladung zu. Dieses Muster wird durch eine Zunahme der Anzahl elektronischer Schichten und den wachsenden Abstand der Außenelektronen vom Kern erklärt.

Die charakteristischste chemische Eigenschaft von Metallen ist die Fähigkeit ihrer Atome, leicht externe Elektronen abzugeben und sich in positiv geladene Ionen umzuwandeln, während Nichtmetalle im Gegensatz dazu durch die Fähigkeit gekennzeichnet sind, Elektronen hinzuzufügen, um negative Ionen zu bilden. Um einem Atom ein Elektron zu entziehen und es in ein positives Ion umzuwandeln, muss eine gewisse Energie aufgewendet werden, die sogenannte Ionisierungsenergie.

Die Ionisierungsenergie kann durch den Beschuss von Atomen mit Elektronen bestimmt werden, die in einem elektrischen Feld beschleunigt werden. Die niedrigste Feldspannung, bei der die Elektronengeschwindigkeit ausreicht, um Atome zu ionisieren, wird als Ionisierungspotential der Atome eines bestimmten Elements bezeichnet und in Volt ausgedrückt.

Bei ausreichendem Energieaufwand können zwei, drei oder mehr Elektronen aus einem Atom entfernt werden. Daher spricht man vom ersten Ionisationspotential (der Energie der Entfernung des ersten Elektrons aus dem Atom) und vom zweiten Ionisationspotential (der Energie der Entfernung des zweiten Elektrons).

Wie oben erwähnt, können Atome nicht nur Elektronen abgeben, sondern auch Elektronen aufnehmen. Die Energie, die freigesetzt wird, wenn ein Elektron an ein freies Atom bindet, wird als Elektronenaffinität des Atoms bezeichnet. Die Elektronenaffinität wird wie die Ionisierungsenergie normalerweise in Elektronenvolt ausgedrückt. Somit beträgt die Elektronenaffinität des Wasserstoffatoms 0,75 eV, Sauerstoff – 1,47 eV, Fluor – 3,52 eV.

Die Elektronenaffinitäten von Metallatomen liegen typischerweise nahe Null oder sind negativ; Daraus folgt, dass für Atome der meisten Metalle die Zugabe von Elektronen energetisch ungünstig ist. Die Elektronenaffinität von Nichtmetallatomen ist immer positiv und umso größer, je näher das Nichtmetall im Periodensystem am Edelgas steht; Dies deutet auf eine Zunahme der nichtmetallischen Eigenschaften hin, je näher das Ende des Zeitraums rückt.

(?)9. Chemische Bindung. Grundtypen und Eigenschaften chemischer Bindungen. Bedingungen und Mechanismus seiner Entstehung. Valenzbindungsmethode. Wertigkeit. Konzept der Molekülorbitalmethode

Wenn Atome interagieren, kann zwischen ihnen eine chemische Bindung entstehen, die zur Bildung eines stabilen mehratomigen Systems führt – eines Moleküls, eines molekularen Nichtmoleküls, eines Kristalls. Voraussetzung für die Bildung einer chemischen Bindung ist eine Abnahme der potentiellen Energie des Systems wechselwirkender Atome.

Theorie der chemischen Struktur. Die von A. M. Butlerov entwickelte Theorie basiert auf Folgendem:

Atome in Molekülen sind in einer bestimmten Reihenfolge miteinander verbunden. Eine Änderung dieser Reihenfolge führt zur Bildung eines neuen Stoffes mit neuen Eigenschaften.

Die Kombination der Atome erfolgt entsprechend ihrer Wertigkeit.

Die Eigenschaften von Stoffen hängen nicht nur von ihrer Zusammensetzung ab, sondern auch von ihrer „chemischen Struktur“, also von der Reihenfolge der Verbindung der Atome in Molekülen und der Art ihrer gegenseitigen Beeinflussung. Die Atome, die direkt miteinander verbunden sind, beeinflussen sich gegenseitig am stärksten.

Die von Heitler und London am Beispiel des Wasserstoffmoleküls entwickelten Vorstellungen über den Mechanismus der chemischen Bindungsbildung wurden auf komplexere Moleküle ausgeweitet. Die auf dieser Grundlage entwickelte Theorie der chemischen Bindungen wurde Valenzbindungsmethode (BC-Methode) genannt. Die BC-Methode lieferte eine theoretische Erklärung der wichtigsten Eigenschaften kovalenter Bindungen und ermöglichte das Verständnis der Struktur einer Vielzahl von Molekülen. Obwohl sich diese Methode, wie wir weiter unten sehen werden, nicht als universell erwies und in einigen Fällen nicht in der Lage war, die Struktur und Eigenschaften von Molekülen korrekt zu beschreiben, spielte sie dennoch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der quantenmechanischen Theorie der Chemie Bindung und hat bis heute nicht an Bedeutung verloren. Valenz ist ein komplexes Konzept. Daher gibt es mehrere Definitionen von Valenz, die unterschiedliche Aspekte dieses Konzepts zum Ausdruck bringen. Die folgende Definition kann als die allgemeinste angesehen werden: Die Wertigkeit eines Elements ist die Fähigkeit seiner Atome, sich in bestimmten Verhältnissen mit anderen Atomen zu verbinden.

Als Einheit der Wertigkeit wurde zunächst die Wertigkeit des Wasserstoffatoms angenommen. Die Wertigkeit eines anderen Elements kann durch die Anzahl der Wasserstoffatome ausgedrückt werden, die sich selbst hinzufügen oder ein Atom dieses anderen Elements ersetzen.

Wir wissen bereits, dass der Zustand der Elektroden in einem Atom von der Quantenmechanik als eine Reihe atomarer Elektronenorbitale (atomare Elektronenwolken) beschrieben wird; Jedes dieser Orbitale ist durch einen bestimmten Satz atomarer Quantenzahlen gekennzeichnet. Die MO-Methode basiert auf der Annahme, dass der Zustand der Elektronen in einem Molekül auch als eine Reihe molekularer Elektronenorbitale (molekulare Elektronenwolken) beschrieben werden kann, wobei jedes Molekülorbital (MO) einem bestimmten Satz molekularer Quantenzahlen entspricht. Wie in jedem anderen Mehrelektronensystem gilt auch im Molekül das Pauli-Prinzip (siehe § 32), sodass jedes MO nicht mehr als zwei Elektronen enthalten kann, die entgegengesetzt gerichtete Spins haben müssen.

Die Bedeutung des periodischen Gesetzes für die Entwicklung der Wissenschaft

Basierend auf dem Periodengesetz erstellte Mendelejew eine Klassifikation chemischer Elemente – das Periodensystem. Es besteht aus 7 Stunden und 8 Gruppen.
Das periodische Gesetz markierte den Beginn der modernen Entwicklungsstufe der Chemie. Mit seiner Entdeckung wurde es möglich, neue Elemente vorherzusagen und ihre Eigenschaften zu beschreiben.
Mit Hilfe des Periodengesetzes wurden Atommassen korrigiert und die Wertigkeiten einiger Elemente geklärt; Das Gesetz spiegelt die Verbindung der Elemente und die gegenseitige Abhängigkeit ihrer Eigenschaften wider. Das periodische Gesetz bestätigte die allgemeinsten Gesetze der Naturentwicklung und ebnete den Weg zur Kenntnis der Struktur des Atoms.

Das Periodensystem der Elemente hatte großen Einfluss auf die weitere Entwicklung der Chemie.

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew (1834-1907)

Es war nicht nur die erste natürliche Klassifizierung chemischer Elemente, die zeigte, dass sie ein harmonisches System bilden und in enger Verbindung miteinander stehen, sondern es wurde auch zu einem leistungsstarken Werkzeug für die weitere Forschung.

Als Mendelejew seine Tabelle auf der Grundlage des von ihm entdeckten Periodengesetzes zusammenstellte, waren viele Elemente noch unbekannt. Somit war das Element der vierten Periode, Scandium, unbekannt. In Bezug auf die Atommasse kam Titan nach Kalzium, aber Titan konnte nicht direkt nach Kalzium eingeordnet werden, da es in die dritte Gruppe fallen würde, während Titan ein höheres Oxid bildet und aufgrund anderer Eigenschaften in die vierte Gruppe einzuordnen wäre . Daher hat Mendelejew eine Zelle übersprungen, das heißt, er hat einen freien Raum zwischen Kalzium und Titan gelassen. Auf der gleichen Grundlage blieben in der vierten Periode zwei freie Zellen zwischen Zink und Arsen übrig, die nun von den Elementen Gallium und Germanium besetzt waren. In anderen Reihen sind noch Plätze frei. Mendelejew war nicht nur davon überzeugt, dass es noch unbekannte Elemente geben musste, die diese Räume füllen würden, sondern er sagte auch die Eigenschaften solcher Elemente im Voraus voraus, basierend auf ihrer Position unter anderen Elementen des Periodensystems. Er gab einem von ihnen den Namen Ekabor, das künftig zwischen Kalzium und Titan eingeordnet werden sollte (da seine Eigenschaften Bor ähneln sollten); Die anderen beiden, für die in der Tabelle zwischen Zink und Arsen Leerzeichen blieben, wurden Eka-Aluminium und Eca-Silizium genannt.

Im Laufe der nächsten 15 Jahre wurden Mendelejews Vorhersagen auf brillante Weise bestätigt: Alle drei erwarteten Elemente wurden entdeckt. Zunächst entdeckte der französische Chemiker Lecoq de Boisbaudran Gallium, das alle Eigenschaften von Eka-Aluminium besitzt; dann entdeckte L. F. Nilsson in Schweden Scandium, das die Eigenschaften von Ekaboron hatte, und schließlich entdeckte K. A. Winkler einige Jahre später in Deutschland ein Element, das er Germanium nannte und das sich als identisch mit Ekasilizium herausstellte.

Um die erstaunliche Genauigkeit von Mendelejews Voraussicht zu beurteilen, vergleichen wir die von ihm 1871 vorhergesagten Eigenschaften von Eca-Silizium mit den Eigenschaften von Germanium, das 1886 entdeckt wurde:

Die Entdeckung von Gallium, Scandium und Germanium war der größte Triumph des Periodengesetzes.

Das Periodensystem war auch für die Bestimmung der Wertigkeit und Atommassen einiger Elemente von großer Bedeutung. So galt das Element Beryllium lange Zeit als Analogon des Aluminiums und seinem Oxid wurde die Formel zugeordnet. Basierend auf der prozentualen Zusammensetzung und der erwarteten Formel von Berylliumoxid wurde seine Atommasse mit 13,5 angenommen. Das Periodensystem hat gezeigt, dass es in der Tabelle nur einen Platz für Beryllium gibt, nämlich über Magnesium, daher muss sein Oxid die Formel haben, was die Atommasse von Beryllium gleich zehn ergibt. Diese Schlussfolgerung wurde bald durch die Bestimmung der Atommasse von Beryllium aus der Dampfdichte seines Chlorids bestätigt.

Genau. Und auch heute noch ist das Periodengesetz der rote Faden und das Leitprinzip der Chemie. Auf dieser Grundlage wurden in den letzten Jahrzehnten Transurane künstlich erzeugt, die im Periodensystem nach Uran stehen. Eines davon – Element Nr. 101, erstmals 1955 entdeckt – wurde zu Ehren des großen russischen Wissenschaftlers Mendelevium genannt.

Die Entdeckung des Periodengesetzes und die Schaffung eines Systems chemischer Elemente war nicht nur für die Chemie, sondern auch für die Philosophie, für unser gesamtes Weltverständnis, von großer Bedeutung. Mendelejew zeigte, dass chemische Elemente ein harmonisches System bilden, das auf einem grundlegenden Naturgesetz beruht. Dies ist Ausdruck der Position der materialistischen Dialektik zur Verbindung und Interdependenz natürlicher Phänomene. Das periodische Gesetz enthüllte den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften chemischer Elemente und der Masse ihrer Atome und war eine brillante Bestätigung eines der universellen Gesetze der Naturentwicklung – des Gesetzes vom Übergang von Quantität in Qualität.

Die spätere Entwicklung der Wissenschaft ermöglichte es, auf der Grundlage des Periodengesetzes die Struktur der Materie viel tiefer zu verstehen, als dies zu Lebzeiten Mendelejews möglich war.

Die im 20. Jahrhundert entwickelte Theorie des Atomaufbaus wiederum verschaffte dem Periodengesetz und dem Periodensystem der Elemente ein neues, tieferes Licht. Die prophetischen Worte Mendelejews wurden auf brillante Weise bestätigt: „Dem periodischen Gesetz droht nicht die Zerstörung, sondern es werden nur Überbau und Entwicklung versprochen.“

Das Periodengesetz und das Periodensystem der chemischen Elemente im Lichte der Theorie des Atomaufbaus

1. März 1869Formulierung des periodischen Gesetzes von D.I. Mendelejew.

Die Eigenschaften einfacher Stoffe sowie die Formen und Eigenschaften von Elementverbindungen hängen periodisch von den Atomgewichten der Elemente ab.

Bereits Ende des 19. Jahrhunderts gründete D.I. Mendelejew schrieb, dass das Atom offenbar aus anderen kleineren Teilchen besteht, und das Periodengesetz bestätigt dies.

Moderne Formulierung des Periodengesetzes.

Die Eigenschaften chemischer Elemente und ihrer Verbindungen hängen periodisch von der Größe der Ladung der Kerne ihrer Atome ab, ausgedrückt in der periodischen Wiederholbarkeit der Struktur der äußeren Valenzelektronenhülle.

Periodisches Gesetz im Lichte der Theorie der Atomstruktur

Das Periodensystem im Lichte der Theorie der Atomstruktur

Schlussfolgerungen:

1. Je weniger Elektronen sich auf der äußeren Ebene befinden und je größer der Radius des Atoms ist, desto geringer ist die Elektronegativität und desto leichter ist es, äußere Elektronen abzugeben, desto ausgeprägter sind also die metallischen Eigenschaften.

Je mehr Elektronen sich in der äußeren Ebene befinden und je kleiner der Radius des Atoms ist, desto größer ist die Elektronegativität und desto leichter ist es, Elektronen aufzunehmen, desto stärker sind also die nichtmetallischen Eigenschaften.

2. Metalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie Elektronen abgeben, während Nichtmetalle dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Elektronen aufnehmen.

Die Sonderstellung von Wasserstoff im Periodensystem

Wasserstoff nimmt im Periodensystem zwei Zellen ein (in einer davon ist er in Klammern gesetzt) ​​– in Gruppe 1 und in Gruppe 7.

Wasserstoff gehört zur ersten Gruppe, weil er wie die Elemente der ersten Gruppe ein Elektron auf der äußeren Ebene besitzt.

Wasserstoff gehört zur siebten Gruppe, weil er wie die Elemente der siebten Gruppe vor der Vollendung der Energie steht

Die Bedeutung des periodischen Gesetzes

Das Periodensystem der Elemente ist zu einer der wertvollsten Verallgemeinerungen in der Chemie geworden. Es ist wie eine Zusammenfassung der Chemie aller Elemente, ein Diagramm, aus dem Sie die Eigenschaften der Elemente und ihrer Verbindungen ablesen können. Das System ermöglichte die Klärung der Position, Atommassen und Wertigkeitswerte einiger Elemente. Anhand der Tabelle war es möglich, die Existenz und Eigenschaften noch unentdeckter Elemente vorherzusagen. Mendelejew formulierte das Periodengesetz und schlug seine grafische Darstellung vor, doch damals war es unmöglich, die Natur der Periodizität zu bestimmen. Die Bedeutung des periodischen Gesetzes wurde später im Zusammenhang mit Entdeckungen über die Struktur des Atoms enthüllt.

1. In welchem ​​Jahr wurde das Periodengesetz entdeckt?

2. Was hat Mendelejew als Grundlage für die Systematisierung der Elemente genommen?

3. Was sagt das von Mendelejew entdeckte Gesetz?

4. Was ist der Unterschied zur modernen Formulierung?

5. Was nennt man ein Atomorbital?

6. Wie verändern sich Eigenschaften im Laufe der Zeit?

7. Wie werden die Perioden eingeteilt?

8. Wie heißt eine Gruppe?

9. Wie werden Gruppen aufgeteilt?

10. Welche Arten von Elektronen kennen Sie?

11. Wie füllen sich Energieniveaus?

Vorlesung Nr. 4: Wertigkeit und Oxidationsstufe. Häufigkeit von Eigentumsänderungen.

Ursprung des Valenzbegriffs. Die Wertigkeit chemischer Elemente ist eine ihrer wichtigsten Eigenschaften. Das Konzept der Valenz wurde 1852 von E. Frankland in die Wissenschaft eingeführt. Das Konzept war zunächst ausschließlich stöchiometrischer Natur und basierte auf dem Äquivalentgesetz. Die Bedeutung des Valenzbegriffs ergibt sich aus einem Vergleich der Werte der Atommasse und des Äquivalents chemischer Elemente.

Mit der Etablierung atomar-molekularer Konzepte erlangte der Begriff der Valenz eine gewisse strukturelle und theoretische Bedeutung. Unter Valenz wurde die Fähigkeit eines Atoms eines bestimmten Elements verstanden, eine bestimmte Anzahl von Atomen eines anderen chemischen Elements an sich zu binden. Als Einheit der Wertigkeit wurde die entsprechende Kapazität des Wasserstoffatoms angenommen, da das Verhältnis der Atommasse des Wasserstoffs zu seinem Äquivalent gleich Eins ist. Somit wurde die Wertigkeit eines chemischen Elements als die Fähigkeit seines Atoms definiert, eine bestimmte Anzahl von Wasserstoffatomen zu binden. Wenn ein bestimmtes Element keine Verbindungen mit Wasserstoff einging, wurde seine Wertigkeit als die Fähigkeit seines Atoms bestimmt, eine bestimmte Anzahl von Wasserstoffatomen in seinen Verbindungen zu ersetzen.

Diese Valenzvorstellung wurde für die einfachsten Verbindungen bestätigt.

Basierend auf der Idee der Wertigkeit von Elementen entstand die Idee der Wertigkeit ganzer Gruppen. So wurde beispielsweise der OH-Gruppe die Wertigkeit eins zugewiesen, da sie in ihren anderen Verbindungen ein Wasserstoffatom hinzufügte oder ein Wasserstoffatom ersetzte. Allerdings verlor der Wertigkeitsgedanke bei komplexeren Verbindungen seine Eindeutigkeit. So sollte beispielsweise in Wasserstoffperoxid H 2 O 2 die Wertigkeit von Sauerstoff als gleich eins anerkannt werden, da in dieser Verbindung auf jedes Sauerstoffatom ein Wasserstoffatom kommt. Es ist jedoch bekannt, dass jedes Sauerstoffatom in H 2 O 2 mit einem Wasserstoffatom und einer einwertigen OH-Gruppe verbunden ist, d. h. Sauerstoff ist zweiwertig. In ähnlicher Weise sollte die Wertigkeit des Kohlenstoffs in Ethan C 2 H 6 als gleich drei anerkannt werden, da in dieser Verbindung für jedes Kohlenstoffatom drei Wasserstoffatome vorhanden sind, jedes Kohlenstoffatom jedoch mit drei Wasserstoffatomen und einer einwertigen CH-Gruppe verbunden ist 3, der Valenzkohlenstoff in C 2 H 6 ist gleich vier.

Es ist zu beachten, dass bei der Bildung von Vorstellungen über die Wertigkeit einzelner Elemente diese erschwerenden Umstände nicht berücksichtigt wurden und nur die Zusammensetzung der einfachsten Verbindungen berücksichtigt wurde. Doch gleichzeitig stellte sich heraus, dass die Wertigkeit vieler Elemente in verschiedenen Verbindungen nicht gleich ist. Dies machte sich insbesondere bei Verbindungen einiger Elemente mit Wasserstoff und Sauerstoff bemerkbar, bei denen unterschiedliche Wertigkeiten auftraten. In Kombination mit Wasserstoff betrug die Wertigkeit von Schwefel also zwei und mit Sauerstoff sechs. Daher begannen sie, zwischen der Wertigkeit von Wasserstoff und der Wertigkeit von Sauerstoff zu unterscheiden.

Anschließend wurde im Zusammenhang mit der Vorstellung, dass in Verbindungen einige Atome positiv und andere negativ polarisiert sind, das Konzept der Valenz in Sauerstoff- und Wasserstoffverbindungen durch das Konzept der positiven und negativen Valenz ersetzt.

Unterschiedliche Wertigkeitswerte für dieselben Elemente zeigten sich auch in ihren unterschiedlichen Verbindungen mit Sauerstoff. Mit anderen Worten: Dieselben Elemente konnten unterschiedliche positive Wertigkeiten aufweisen. So entstand die Idee der variablen positiven Wertigkeit einiger Elemente. Die negative Wertigkeit nichtmetallischer Elemente erwies sich in der Regel für dieselben Elemente als konstant.

Die meisten Elemente zeigten eine variable positive Wertigkeit. Jedes dieser Elemente zeichnete sich jedoch durch seine maximale Wertigkeit aus. Diese maximale Wertigkeit wird aufgerufen charakteristisch.

Später, im Zusammenhang mit der Entstehung und Entwicklung der elektronischen Theorie der Atomstruktur und der chemischen Bindungen, begann man die Valenz mit der Anzahl der Elektronen in Verbindung zu bringen, die von einem Atom zum anderen übergehen, oder mit der Anzahl der chemischen Bindungen, die zwischen Atomen im Atom entstehen Prozess der Bildung einer chemischen Verbindung.

Elektrovalenz und Kovalenz. Die positive oder negative Wertigkeit eines Elements lässt sich am einfachsten bestimmen, wenn zwei Elemente eine ionische Verbindung bildeten: Das Element, dessen Atom zu einem positiv geladenen Ion wurde, hatte eine positive Wertigkeit, und das Element, dessen Atom zu einem negativ geladenen Ion wurde, hatte eine negative Wertigkeit. Der numerische Wert der Valenz wurde als gleich der Größe der Ionenladung angesehen. Da Ionen in Verbindungen durch die Abgabe und Aufnahme von Elektronen durch Atome gebildet werden, wird die Ladungsmenge der Ionen durch die Anzahl der von den Atomen abgegebenen (positiven) und hinzugefügten (negativen) Elektronen bestimmt. Dementsprechend wurde die positive Wertigkeit eines Elements anhand der Anzahl der von seinem Atom abgegebenen Elektronen und die negative Wertigkeit anhand der Anzahl der von einem bestimmten Atom gebundenen Elektronen gemessen. Da die Valenz anhand der Größe der elektrischen Ladung von Atomen gemessen wurde, erhielt sie den Namen Elektrovalenz. Sie wird auch ionische Valenz genannt.

Unter den chemischen Verbindungen gibt es solche, in deren Molekülen die Atome nicht polarisiert sind. Offensichtlich ist das Konzept der positiven und negativen Elektrovalenz für sie nicht anwendbar. Besteht das Molekül aus Atomen eines Elements (Elementarstoffe), verliert der übliche Begriff der stöchiometrischen Wertigkeit seine Bedeutung. Um jedoch die Fähigkeit von Atomen zu bewerten, eine bestimmte Anzahl anderer Atome zu binden, begannen sie, die Anzahl chemischer Bindungen zu verwenden, die zwischen einem bestimmten Atom und anderen Atomen während der Bildung einer chemischen Verbindung entstehen. Da diese chemischen Bindungen, bei denen es sich um Elektronenpaare handelt, die gleichzeitig zu beiden verbundenen Atomen gehören, als kovalent bezeichnet werden, wird die Fähigkeit eines Atoms, eine bestimmte Anzahl chemischer Bindungen mit anderen Atomen einzugehen, als Kovalenz bezeichnet. Zur Feststellung der Kovalenz werden Strukturformeln verwendet, in denen chemische Bindungen durch Bindestriche dargestellt werden.

Oxidationsstufe und Oxidationszahl. Bei Reaktionen zur Bildung ionischer Verbindungen geht der Übergang von Elektronen von einem reagierenden Atom oder Ion zu einem anderen mit einer entsprechenden Änderung des Wertes oder Vorzeichens ihrer Elektrovalenz einher. Bei der Bildung kovalenter Verbindungen kommt es tatsächlich nicht zu einer solchen Änderung des elektrovalenten Zustands der Atome, sondern es findet lediglich eine Umverteilung der elektronischen Bindungen statt und die Wertigkeit der ursprünglich reagierenden Stoffe ändert sich nicht. Um den Zustand eines Elements in Verbindungen zu charakterisieren, wurde derzeit ein bedingtes Konzept eingeführt Oxidationsstufen. Der numerische Ausdruck der Oxidationsstufe heißt Oxidationszahl.

Die Oxidationszahlen von Atomen können positive, null und negative Werte annehmen. Eine positive Oxidationszahl wird durch die Anzahl der von einem bestimmten Atom angezogenen Elektronen bestimmt, und eine negative Oxidationszahl wird durch die Anzahl der von einem bestimmten Atom angezogenen Elektronen bestimmt. Jedem Atom in jeder Substanz kann eine Oxidationszahl zugeordnet werden. Dabei müssen Sie sich an den folgenden einfachen Regeln orientieren:

1. Die Oxidationszahlen der Atome in allen Elementarstoffen sind Null.

2. Die Oxidationszahlen elementarer Ionen in Stoffen ionischer Natur sind gleich den Werten der elektrischen Ladungen dieser Ionen.

3. Die Oxidationszahlen von Atomen in Verbindungen kovalenter Natur werden durch die herkömmliche Berechnung bestimmt, dass jedes von einem Atom abgezogene Elektron ihm eine Ladung von +1 verleiht und jedes angezogene Elektron ihm eine Ladung von –1 verleiht.

4. Die algebraische Summe der Oxidationszahlen aller Atome einer beliebigen Verbindung ist Null.

5. Das Fluoratom hat in allen seinen Verbindungen mit anderen Elementen die Oxidationszahl –1.

Die Bestimmung der Oxidationsstufe ist mit dem Konzept der Elektronegativität von Elementen verbunden. Mit diesem Konzept wird eine weitere Regel formuliert.

6. In Verbindungen ist die Oxidationszahl für Atome von Elementen mit höherer Elektronegativität negativ und für Atome von Elementen mit niedrigerer Elektronegativität positiv.

Der Begriff der Oxidationsstufe hat somit den Begriff der Elektrovalenz ersetzt. In diesem Zusammenhang erscheint es unangemessen, das Konzept der Kovalenz zu verwenden. Um Elemente zu charakterisieren, ist es besser, das Konzept der Valenz zu verwenden und es durch die Anzahl der Elektronen zu definieren, die ein bestimmtes Atom zur Bildung von Elektronenpaaren verwendet, unabhängig davon, ob sie von einem bestimmten Atom angezogen oder umgekehrt von ihm abgezogen werden. Dann wird die Wertigkeit als vorzeichenlose Zahl ausgedrückt. Im Gegensatz zur Valenz wird der Oxidationszustand durch die Anzahl der Elektronen bestimmt, die einem bestimmten Atom entzogen (positiv) oder von ihm angezogen (negativ) werden. In vielen Fällen stimmen die arithmetischen Werte von Wertigkeit und Oxidationsstufe überein – das ist ganz natürlich. Teilweise weichen die Zahlenwerte von Wertigkeit und Oxidationsstufe voneinander ab. Beispielsweise ist in Molekülen freier Halogene die Wertigkeit beider Atome gleich eins und die Oxidationsstufe ist null. In den Sauerstoff- und Wasserstoffperoxidmolekülen beträgt die Wertigkeit beider Sauerstoffatome zwei, und ihre Oxidationsstufe ist im Sauerstoffmolekül Null und im Wasserstoffperoxidmolekül minus eins. In den Molekülen von Stickstoff und Hydrazin – N 4 H 2 – beträgt die Wertigkeit beider Stickstoffatome drei, und die Oxidationsstufe im elementaren Stickstoffmolekül ist Null und im Hydrazinmolekül minus zwei.

Es ist offensichtlich, dass die Valenz Atome charakterisiert, die nur Teil einer Verbindung sind, auch einer homonuklearen, also aus Atomen eines Elements bestehen; Es macht keinen Sinn, über die Wertigkeit einzelner Atome zu sprechen. Der Oxidationsgrad charakterisiert den Zustand von Atomen, die sowohl in einer Verbindung enthalten sind als auch separat existieren.

Fragen zur Vertiefung des Themas:

1. Wer hat das Konzept der „Valenz“ eingeführt?

2. Wie nennt man Valenz?

3. Was ist der Unterschied zwischen Wertigkeit und Oxidationsstufe?

4. Was ist die Wertigkeit?

5. Wie wird die Oxidationsstufe bestimmt?

6. Sind Wertigkeit und Oxidationsstufe eines Elements immer gleich?

7. Durch welches Element wird die Wertigkeit eines Elements bestimmt?

8. Was charakterisiert die Wertigkeit eines Elements und wie lautet die Oxidationsstufe?

9. Kann die Wertigkeit eines Elements negativ sein?

Vorlesung Nr. 5: Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion.

Die Dauer chemischer Reaktionen kann erheblich variieren. Eine Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff kann bei Raumtemperatur lange Zeit nahezu unverändert bleiben, bei einem Schlag oder einer Entzündung kommt es jedoch zu einer Explosion. Die Eisenplatte rostet langsam und ein Stück weißer Phosphor entzündet sich spontan an der Luft. Es ist wichtig zu wissen, wie schnell eine bestimmte Reaktion abläuft, um ihren Verlauf kontrollieren zu können.

Wissenschaftliche Bedeutung des periodischen Gesetzes. Leben und Werk von D. I. Mendelejew

Die Entdeckung des Periodengesetzes und die Erstellung des Periodensystems der chemischen Elemente ist die größte Errungenschaft der Wissenschaft des 19. Jahrhunderts. Die experimentelle Bestätigung der von D. I. Mendelejew veränderten relativen Atommassen, die Entdeckung von Elementen mit den von ihm vorgesehenen Eigenschaften und die Lage offener Inertgase im Periodensystem führten zur universellen Anerkennung des Periodengesetzes.

Die Entdeckung des Periodengesetzes führte zu einer weiteren rasanten Entwicklung der Chemie: In den nächsten dreißig Jahren wurden 20 neue chemische Elemente entdeckt. Das periodische Gesetz trug zur Weiterentwicklung der Arbeiten zur Untersuchung der Struktur des Atoms bei, wodurch der Zusammenhang zwischen der Struktur des Atoms und der periodischen Änderung ihrer Eigenschaften hergestellt wurde. Basierend auf dem Periodengesetz konnten Wissenschaftler Stoffe mit bestimmten Eigenschaften extrahieren und neue chemische Elemente synthetisieren. Das periodische Gesetz hat es Wissenschaftlern ermöglicht, Hypothesen über die Entwicklung chemischer Elemente im Universum aufzustellen.

Das periodische Gesetz von D. I. Mendeleev hat allgemeine wissenschaftliche Bedeutung und ist ein grundlegendes Naturgesetz.

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew wurde 1834 in Tobolsk geboren. Nach seinem Abschluss am Tobolsker Gymnasium studierte er am St. Petersburger Pädagogischen Institut, das er mit einer Goldmedaille abschloss. Als Student begann D. I. Mendeleev, sich mit wissenschaftlicher Forschung zu beschäftigen. Nach seinem Studium verbrachte er zwei Jahre im Ausland im Labor des berühmten Chemikers Robert Bunsen. Im Jahr 1863 wurde er zum Professor gewählt, zunächst am Technischen Institut St. Petersburg und anschließend an der Universität St. Petersburg.

Mendelejew forschte auf dem Gebiet der chemischen Natur von Lösungen, des Zustands von Gasen und der Verbrennungswärme von Kraftstoffen. Er interessierte sich für verschiedene Probleme der Landwirtschaft, des Bergbaus und der Metallurgie, beschäftigte sich mit dem Problem der unterirdischen Vergasung von Kraftstoffen und studierte Erdöltechnik. Das bedeutendste Ergebnis schöpferischer Tätigkeit, das D. I. Mendelejew Weltruhm verschaffte, war die Entdeckung des Periodengesetzes und des Periodensystems der chemischen Elemente im Jahr 1869. Er schrieb etwa 500 Artikel über Chemie, Physik, Technologie, Wirtschaft und Geodäsie. Er organisierte und leitete die erste russische Kammer für Maß und Gewicht und leitete den Beginn der modernen Metrologie ein. Erfand die allgemeine Zustandsgleichung eines idealen Gases und verallgemeinerte die Clapeyron-Gleichung (Clapeyron-Mendeleev-Gleichung).

Mendelejew wurde 73 Jahre alt. Für seine Leistungen wurde er zum Mitglied von 90 ausländischen Akademien der Wissenschaften und zum Ehrendoktor zahlreicher Universitäten gewählt. Das 101. chemische Element (Mendelevium) ist ihm zu Ehren benannt.