Периодическая система элементов Д.И.Менделеева с точки зрения квантовой теории

Периодическая система элементов Д.И.Менделеева с точки зрения квантовой теории. Теория Периодической Системы была преимущественно создана Н.Бором 1913-21 на базе предложенной им квантовой модели атома.

Учитывая специфику изменения свойств элементов в периодической системе и сведения об их атомных спектрах, Бор разработал схему построения электронных конфигураций атомов по мере возрастания Z, положив ее в основу объяснения явления периодичности и структуры периодической системы. Эта схема опирается на определенную последовательность заполнения электронами оболочек называемых также слоями, уровнями и подоболочек оболочек, подуровней в атомах в соответствии с увеличением Z. Сходные электронные конфигурации внешних электронных оболочек в атомах периодически повторяются, что и обусловливает периодическое изменение химических свойств элементов.

В этом состоит главная причина физической природы феномена периодичности. Электронные оболочки, за исключением тех, которые отвечают значениям 1 и 2 главного квантового числа n, не заполняются последовательно и монотонно до своего полного завершения числа электронов в последовательных оболочках составляют 2, 8, 18, 32, 50, построение их периодически прерывается появлением совокупностей электронов составляющих определенные подоболочки, которые отвечают большим значениям n. В этом заключается существенная особенность электронного истолкования структуры периодической системы. Схема формирования электронных конфигураций атомов, лежащая в основе теории периодической системы, отражает, таким образом, определенную последовательность появления в атомах по мере роста Z совокупностей электронов подоболочек, характеризующихся некоторыми значениями главного и орбитального l квантовых чисел.

Данная схема в общем виде записывается в виде таблицы.

Вертикальными чертами разделены подоболочки, которые заполняются в атомах элементов, составляющих последовательные периоды периодической системы номера периодов обозначены цифрами сверху жирным шрифтом выделены подоболочки, завершающие формирование оболочек с данным n. Числа электронов в оболочках и подоболочках определяются на основании Паули принципа.

Применительно к электронам, как частицам с полуцелым спином, он постулирует, что в атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех квантовых чисел.

Емкости оболочек и подоболочек равны соответственно 2n2 и 2 2l 1 . Этот принцип не определяет однако, последовательность формирования электронных конфигураций атомов по мере возрастания Z. Из приведенной выше схемы находятся емкости последовательных периодов 2, 8, 18, 32, 32 Каждый период начинается элементом, в атоме которого впервые появляется электрон с данным значением n при l 0 ns1-элементы, и заканчивается элементом, в атоме которого заполнена подоболочка с тем же n и l 1 np6-элементы исключение - первый период только 1s - элементы. Все s- и p-элементы принадлежат к подгруппам a. К подгруппам б относятся элементы, в атомах которых достраиваются оболочки, ранее оставшиеся недостроенными значения n меньше номера периода, l 2 и 3 . В первые три периода входят элементы только подгрупп а, т.е. s- и p-элементы.

Реальная схема построения электронных конфигураций атомов описывается так называемым n l -правилом, сформулированным 1951 В.М.Клечковским. Построение электронных конфигураций происходит в соответствии с последовательным увеличением суммы n l. При этом в пределах каждой такой суммы сначала заполняются подоболочки с большими l и меньшими n, затем с меньшими l и большими n. Начиная с шестого периода построение электронных конфигураций атомов в действительности приобретает более сложный характер, что выражается в нарушении четких границ между последовательно заполняющимися подоболочками.

Реальная схема первоначально не была выведена из каких-либо строгих теоретических представлений. Она основывалась на известных химических свойствах элементов и сведениях об их спектрах.

Действительное физическое обоснование реальная схема получила благодаря применению методов квантовой механики к описанию строения атомов. В квантовомеханической интерпретации теории строения атомов понятие электронных оболочек и подоболочек при строгом подходе утратило свой исходный смысл ныне широко используется представление об атомных орбиталях.

Тем не менее, разработанный Бором принцип физической интерпретации явления периодичности не потерял своего значения и в первом приближении достаточно исчерпывающе объясняет теоретические основы периодической системы. Во всяком случае, в публикуемых формах изображения периодической системы отражается представление о характере распределения электронов по оболочкам и подоболочкам. 3.