Причина периодичности в свойствах химических элементов

Причина периодичности в свойствах химических элементов

Наверное, у многих из читателей этой статьи при знакомстве с разделом, посвященным строе­нию электронной оболочки атома, уже возникло совершенно законное недоумение. Ведь все, что было рассказано о законах квантовых чи­сел, управляющих постройкой атомов, все это — результат приложения квантовой механики к изучению спектров различных элементов. В этом разделе не говорилось ни о химических свойствах, ни о законе периодичности. Так ка­кое же отношение имеют эти удивительные соче­тания простых чисел, объяснившие сложность и запутанность спектральных линий, к химии, к великому периодическому закону?

В природе существует глубокая внутрен­няя связь даже самых несходных и далеких явлений и процессов. Свет и химия не лежат в ней на разных полках. Оба эти глубоко раз­личные начала тесно связаны. Исследования спектров помогли выяснить строение атома, а знание структуры электронной внешней оболоч­ки помогло понять причину периодичности в изменении свойств химических элементов. Эта причина заложена в периодичности строения электронных оболочек атомов. От этого и зави­сят все химические свойства элементов.

В самом деле, к чему привели нас квантовые числа электронов, управляющие их поведением в атоме? Ведь они получены на основании тео­рии, созданной для объяснения спектров, со­вершенно независимо от исследования химиче­ских свойств элементов.

1.Доказано, что электронная внешняя обо­лочка атомов имеет периодическое строение. По мере увеличения заряда атомных ядер электро­ны начинают периодически заполнять новые слои электронной оболочки — размещаются на новых энергетических уровнях.

2. Доказано, что при этом в атоме должны повторяться одинаковые по строению и по числу электронов подгруппы в каждой последующей оболочке.

3. Сходство элементов определяется одина­ковым строением наружного слоя электронной оболочки в их атомах.

Литий

потому и стоит в одной группе менделеевской таблицы вместе с натрием

что у обоих на внешней орбите по одному s-электрону.

Пожалуйста, не сочтите, что на этом теория строения атома завершена и теперь все совер­шенно ясно: стоит только без ошибки рассчи­тать по всем правилам квантовой механики и написать формулу атома — и сразу перед опыт­ным и знающим химиком раскроются все необо­зримые тайны химических свойств любого элемента. Это не так. Никакая теория не может до конца охватить неисчерпаемое многообразие действительности. Как бы глубоко мы ни про­никли в атомный микромир, все равно будем стоять только на пороге неведомого.

Теория строения атомных оболочек дала химии очень много. Мы теперь точно знаем, какие электроны могут быть в атоме, точно зна­ем, сколько их может быть в каждой из его обо­лочек. Но мы еще не знаем точно, в каком по­рядке они должны заполнять орбиты по мере роста порядкового номера элемента.

В первых трех периодах заполнение идет просто в порядке последовательности. Почему это так, мы тоже не знаем. А дальше, чтобы определить строение атома, приходится привле­кать на помощь опытные данные, полученные при изучении тонкой структуры спектральных линий и химического поведения элемента.

Теоретический расчет, выраженный в не­сложных правилах комбинаторики простых чисел, очень многое сделал ясным в периоди­ческом законе, но далеко еще не все.

Нельзя не поражаться гению Менделеева. Он сумел уловить великое единство в необъят­ном хаосе, в беспорядке накопленных до него химиками разрозненных фактов и сведений. Он сумел установить естественный закон химиче­ских элементов в то время, когда еще почти ничего не было известно о строении вещества. Менделеевская таблица на долгие годы опреде­лила все развитие науки о веществе. Но и те­перь, почти через 100 лет после открытия периодического закона, пока еще даже кван­товая теория не может в ней объяснить все полностью.