Структура периодног система елемената
Прву успешну систематизацију хемијских елемената направио је Мендељејев (1871). Као основни принцип при формирању периодног система елемената Мендељејев је користио атомске масе. Тако су елементи распоређени у хоризонталне периоде у којима су се хемијске особине елемената поступно мењале и вертикалне групе у којима се налазе елементи са сличним хемијским особинама.
Било је много покушаја да се објасни овакво понашање хемијских елемената. Тек је квантна механика била у могућности да потпуно објасни правила изградње електронског омотача, која доводе до појаве периодичности у особинама елемената.
Основни принципи на којима се заснива објашњење периодног система елемената:
- редни број елемента Z одговара броју протона у језгру, односно броју електрона у омотачу
- стање електрона у атому одређено је вредностима 4 квантна броја, а љуске и подљуске се попуњавају у складу са Паулијевим принципом и принципом минимума енергије (електрони теже да заузму ниже енергетске нивое)
- хемијске, а и одређене физичке особине одређене су понашањем најслабије везаних електрона (валентни електрони – електрони који се налазе највишој непопуњеној подљусци у атому)
Само валентни електрони учествују у стварању хемијских веза између атома и само од валентних електрона зависе оптички спектри (Спољашњи електрони, поред физичких и хемијских својстава атома, одређују и својства оптичких спектара.)
За правилно представљаље електронског омотача сваког атома мора се знати број електрона у датом атому. Код распоређивања електрона по нивоима и поднивоима мора се поштовати, поменути, принцип тежње система ка минимуму енергије. Да би атом постигао најстабилније стање, тј. стање са најмањом енергијом, његови електрони се смештају у оне орбитале које имају најнижу енергију. Тако електрони прво попуњавају поднивое чија је енергија нижа, без обзира ком енергетском нивоу он припада.
Редослед попуњавања:
На пример, прво се попуњава 4s подљуска, па тек онда 3d подљуска, иако 4s подљуска припада вишем енергетском нивоу.
Поредак орбитала по енергијама је следећи:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
Прво одступање се јавља код калијума. М-љуска још није попуњена и деветнаести електрон би требало да попуњава 3d подљуску. Прорачуни и експерименти показују да је његова енергија виша од неких енергија стања у N-љусци. Ово је последица чињенице да енергија зависи од два квантна броја – n и l. Зато овај електрон почиње да попуњава подљуску 4s, иако подљуска 3d још није попуњена
Расподела електрона по електронским слојевима и подслојевима и редослед попуњавања у атомима свих елемената утврђена је на основу спектроскопских података и на основу теоријских разматрања.
У периодном систему елемената има 7 периода и свакој од њих одговара онолики број љуски (слојева) електронског омотача који се налази у њој, колики је њен редни број. Прва периода има један електронски слој К, друга два K и L, трећа три K, L, M итд.
У групама периодног система елемената налазе се eлементи сличних особина зато што њихови атоми имају сличне структуре електронског омотача, при чему се број електрона у спошљашњем слоју атома елемента једне групе слаже са бројем дате групе.
Приказана шема је упрошћена. Путање електрона нису распоређене у једној равни, већ се налазе у различитим равнима, а такође и у одговарајућим подлсојевима.
Из шеме се види да је број електрона који круже око језгра сваког атома једнак његовом редном броју. Елементи који се налазе у истим вертикалама припадају истој хемијској групи (сличних су особина) јер имају исти број спољашњих (валентих) електрона.
Пошто се свакој периоди (хоризонтални низ) додаје по један нови електронски слој, следи да се у вертикалним групама полупречници атома повећавају са порастом атомске масе.
Пошто се у периодама (хоризонталним низовима) постепено повећава број електрона у омотачу, повећава се и број јединица позитивног наелектрисања у језгру. Због тога језгро све јаче привлачи електроне и на тај начин у свакој периоди изазива опадање полупречника атома са порастом атомске масе.
Додатак:
| Вишеелектронски атоми | Закочно и карактеристично рендгенско зрачење |