Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесі және периодтық заң


Химиялық элементтердің периодтық жүйесі – периодтық заңның графиктік бейнесі, олар өзара тығыз байланысты, бірін-бірі толықтыра түседі. Екеуі де химиялық элементтерді материя дамуының бір сатысы деп қарап, олардың арасындағы табиғи байланысты ашады. Периодтық заң химия ғылымына ғана жатпайды, ол бүкіл жаратылыстану және табиғи ғылымдардың ортақ заңы, сондықтан ғылыммен бірге дамып, оны байыта түседі. Химиялық элементтердің периодтық жүйесі ашылған кезде көптеген элементтер белгісіз еді. Д. И. Менделеев аса үлкен болжампаздықпен олардың кейбіреулерінің қасиеттерін сипаттаған болатын (скандий - Л. Нильсон, галлий - Лекок де Буабодран, германий - К. Винклер, бұл ғалымдар осы элементтерді ашты). Ғалымның көзінің тірісінде ол болжаған элементтер ашылып, периодтық заңның дұрыстығының айғағы болды. Галлий Ga 1875 ж., скандий Sc 1879 ж., германий (Ge) 1885 ж. ашылды. 

Д. И. Менделеев есептеу жолымен анықтаған сипаттамалары олардың тәжірибе жүзінде анықталған шамаларына сәйкес келеді. Периодтық заң ашылған кезде белгісіз бекзат (инертті) газдар да қасиеттеріне қарай галогендер мен сілтілік металдар арасынан орын алды.

Заңның ашылған кезінде кейбір элементтердің валенттіліктері мен атомдық массалары дұрыс анықталмаған еді. Элементтердің қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары сақталатындай етіп, Д.Менделеев бериллийдің (Be), торийдің (Тһ), церийдің (Се), индийдің (In), т.б. кейбір элементтердің атомдық массаларын түзетті. Периодтық заң табиғаттың дамуы мен бірлігін көрсететін жалпы заңдарға жатады. Бұл заңның құрылымдық кескіні болып табылатын периодтық жүйеде периодтар бойынша элементтердің сыртқы қабаттарында электрондар санының біртіндеп өсуінен (1-8) металдық қасиет екідайлылық арқылы бейметалдыққа ауысады. Бұл заңдылық табиғаттың санның сапаға ауысу заңының бір көрінісі. Табиғаттың тағы бір жалпы заңы — терісті терістеу бір периодтан екіншісіне өткенде байқалады. Әрбір келесі периодтың элементі өзіне ұқсас алдыңғы периодтың (III—>11) элементінің (К—>Na, CI—>Ғ) қасиетін қайталағанымен, оның касиеті алдыңғы элементтікінен аздап өзгешеленеді, яғни олардың белсенділігі жоғарырақ екенін көреміз. Қарама-қарсылықтың күресі мен бірлігі − периодтың басынан аяғына жеткенде байқалады (Na − CI; К − Вг). Периодтық заңға сүйеніп радиобелсенді радиоактивті) элементтер ашылды, бұл еңбектер әлі де жалғасуда. Осы айтылғандардың барлығы Д. Менделеевтің периодтық заңды ашуы сәті түскен іс емес, терең ғылыми танымдық маңызы бар табиғаттың іргелі заңдарының бірі екенін дәлелдейді.

Өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтар

1. Н. Бор теориясының постулаталары қалай оқылады?

2. Атомдық электрондық орбиталь (АО) деген не?

3. Квант сандары және олардың сипаттамалары.

4. Хунда ережесін, Паули принципін, Клечковский ережелерін түсіндіріңіздер.

5. Иондану энергиясы, оның мәні период бойынша және топ бойынша қалай өзгереді?

6. Радиоактивтілік деген не?

7. Атом ядросы 12 протон және 12 нейтроннан тұрады, элементтің атомдық массасын, реттік номерін, валенттік электрондар санын анықтаңдар.

8. Реттік номері 23 және 35 атомдардың электрондық деңгейлерінің санын анықта.

9. Бас квант саны 3-ке тең электрондық қабатындағы электрондар саны нешеге тең?

10. Қосымша(орбиталь) квант саны 2,3-ке тең болғандағы деңгейлердегі магнит квант санының неше мәні болады?

11. Мыс атомының қозбаған жағдайдағы d-электрондарының қосынды санын көрсету керек.

12. Неліктен көптеген элементтер атомдық массалары бөлшек мәндерге ие болады?

13. Жаңа көзқарас бойынша периодтық жүйедегі аргон және кобальт элементтерінің орналасуын қалай түсіндіруге болады?

14. Азот атомының электрондарының қосынды спині нешеге тең?

Практикалық сабақта және білім алушының оқытушы басшылығымен орындайтын (БОӨЖ) есептер мен жаттығулар

1. Мына реттік номерлеріне 20, 23, 33 сәйкес элементтер атомдарының сыртқы электрондары үшін n және l квант сандарының мәндерін көрсетіңдер.

2. Қай квант сандары кеңістікте электрон бұлтының өлшемін, пішінін, бағытын (ориентациясын) анықтайды?

3. s-, p-, d-, ƒ- энергетикалық деңгейшелерде АО саны нешеге тең және қалай анықталады?

4. Паули принипіне анықтама беріп және 2 электронның айырмашылығы:

а) бірдей деңгейде, бірдей деңгейшеде, бірдей спиндері болса; б) бірдей энергетикалық деңгейшеде болса, квант саны мәндері бірдей болса және спиндары бірдей болса; в) бір энергетикалық деңгейде, спиндері бірдей және магнит квант сандарының мәні бірдей болса.

5. n = 1,2,3,4,5 деңгейлер және ml = 5,7 деңгейшелер үшін сыйымдылық нешеге тең ?

6. а) сыйымдылығы 10, 14 болатын энергетикалық деңгейше үшін магнит квант саны; б) сыйымдылықтары 32, 50, 72 болатын энергетикалық деңгейлердің бас квант саны мәндерін анықтаңдар.

7. Энергетикалық деңгейшелерді толтырғанда Паули принципі мен Хунда ережесі қалай іске асатынын мысалдар арқылы көрсетіңдер және оларға анықтама беріңдер.

8. Қай элемент атомында 5 электрондық қабат болады және сыртқы электрондар саны жетеу болады? Олар қайдай квант сандарымен сипатталады?

9. Клечковский ережелеріне анықтама беріңдер. АО толтырылу ретін ережелер қалай анықтайды? Қандай атомдық орбитальдар (АО) үшін n+ l қосындысы мәндері бірдей және мына сандарға тең 3,4,5,6,7 болады?

10. Электрондық формула және атомның, ионның не жеке электрондық қабаттың электрондық конфигурациясы деген не? Келесі атомдар мен иондар үшін олар қандай түрде болады: Na, Na+ ; Ca, Ca2+ ; СІ, СІ- ; S, S2-. Осы иондардың қайсысы Ne, Ar атомдарының электрондық құрлысына сәйкес?

11. Қай электрондық орбиталь бұрын толтырылады: а) 4d-, 5s-; в) 5p-, 4d-;

г) 5f-, 4d- ; д) 5p-, 6s-?

12. Егер бір элемент изотопының символы 24Э52 болса, сонда а) элемент атын; б) ядродағы нейтрон мен протон санын; в) атомның электрондық қабатындағы электрондар санын көрсету керек.

13. Хлор табиғи қосылыстарында СІ35 (75,5% (массалық)) изотопы және

СІ37 (24,5% (массалық)) изотопы түрінде кездеседі. Табиғи хлордың орташа атомдық массасын есептеу керек. Жауабы: 35,49.

14. Егер Sr81 изотобының (Т1/2 = 8,5 сағ.) алғашқы массасы 200мг болса, 25,5 сағат өткен соң қалған массасын санау керек. Жауабы: 25мг.

15. І128 1/2 = 25 минут) 2,5 сағат сақтаған соң бөлінбей қалған атомы изотобының пайызын есептеу керек. Жауабы: 1,56%.

16. Табиғи магний мына изотоптардан тұрады: Mg24, Mg25, Mg26 .

Ол изотоптардың сәйкесінше атомдық пайыздары 78,6; 10,1; 11,3 болса, табиғи магнийдің орташа атомдық массасы қанша болады? Жауабы: 24,32.

17. Периодтық жүйедегі көптеген элементтердің атомдық массалары не себепті бөлшек сан болады?

18. Марганец атомының электрондық формуласын жазу керек.

19. Калий атомдарының ионизациалау энергиясы 419 кДж болса, оның бір атомын ионизациялау үшін қажет энергиясын табу керек.

Жауабы: 6,96×10-22 кДж. 1Дж = 0,624×1019 эВ.

20. Сутегінің иондану энергиясы 131кДж/моль болса, осы мәнді бір атомға электрон-вольт мәнінде көрсету керек. Жауабы: 13,6эВ/моль.

21. Аргонның 3-ші электрондық қабатынан сегізінші электронды жұлып алу үшін 143,5эВ/моль энергия жұмсалса, иондану энергиясы кДж/моль бойынша қаншаға тең? Жауабы: 13850кДж.

22. Бромның иондану энергиясы және электрон қосылғыштық энергиясы сәйкесінше 1143 және 342кДж/моль болса, электронвольт бойынша қаншаға тең болады? Жауабы: 11,84 және 3,54эВ/атом.

23. Хлор атомына электрон қосылу энергиясы 356кДж/моль болса, электрон-вольтпен есептелген мәні нешеге тең? Жауабы: 3,69эВ/моль.

24. Радиоактивті ыдырау реакциясының теңдеулерін аяқтау керек:

a) 92U238 α + ? ; б) 94Pu239 α + ? ; в) 37 Rb86 β- + ? ; г) 9F18 β+ + ?.

25. Ядролық реакциялар теңдеулерін жазу керек: а) 5B10 + 0n1 ? + 2He4

б) 13АІ27 + 1Н1 ? + 2Не4

26. Ядролық реакциялардың толық теңдеулерін жазу керек: а) 30Zn70 [p, n],

б) 23V51 [a, n ], в) 26Fe56 [D, ?] 27Со57 г) ? [a, D] 17CI34, д) 25 Mn55 [?, a] 23V52.

27. Қашан және кім радиоактивтілік құбылысын ашқан және оның мәнін түсіндірген?

28. Жасанды радиоактивтілік деген не, қашан, кім және қандай реакциямен ашқан, практикалық мәні қандай?

29. Масса дефектісі деген не? 1000г уран-235 бөлінгенде 8,23×1013Дж энергия шығарады, ракция өнімінің массасы қанша? Жауабы: 999,085г.

30. Атомдық массалары 1Н2 (2,01410), 1Н3 (3,01605), 2Не4 (4,00260) және нейтрон массасы (1,00866), термоядролық реакция кезінде бөлінетін энергияны есептеу керек:1Н2 + 1Н3 = 2Не4 + 0n1 . Жауабы: 1,70×1012 Дж/моль.