Период (таблица Менделеева)

Метод визуализации взаимосвязей между элементами

В периодической таблице элементов каждая пронумерованная строка является периодом.

Точка в таблице Менделеева – это ряд химических элементов . Все элементы подряд имеют одинаковое количество электронных оболочек . Каждый следующий элемент в периоде имеет на один протон больше и менее металличен , чем его предшественник. Расположенные таким образом элементы одной группы (столбца) имеют схожие химические и физические свойства , отражающие периодический закон . Например, галогены относятся к предпоследней группе ( группа 17 ) и имеют схожие свойства, такие как высокая реакционная способность и склонность присоединять один электрон для достижения электронной конфигурации благородного газа. По состоянию на 2022 год ^{[обновлять]}всего было обнаружено и подтверждено 118 элементов.

Правило энергетического упорядочения Маделунга описывает порядок расположения орбиталей по возрастанию энергии в соответствии с правилом Маделунга. Каждая диагональ соответствует разному значению n + l.

Современная квантовая механика объясняет эти периодические тенденции в свойствах с точки зрения электронных оболочек . По мере увеличения атомного номера оболочки заполняются электронами примерно в том порядке, который показан на диаграмме правил упорядочения. Заполнению каждой оболочки соответствует строка таблицы.

В s-блоке и р-блоке таблицы Менделеева элементы внутри одного периода, как правило, не проявляют тенденций и сходства свойств (более значительны вертикальные тенденции вниз по группам). Однако в d-блоке тенденции между периодами становятся значимыми, а в f-блоке элементы демонстрируют высокую степень сходства между периодами.

Периоды

В настоящее время в таблице Менделеева имеется семь полных периодов, включающих 118 известных элементов. Любые новые элементы будут помещены в восьмой период; см. расширенную таблицу Менделеева . Элементы имеют цветовую кодировку ниже в зависимости от их блока : красный для s-блока, желтый для p-блока, синий для d-блока и зеленый для f-блока.

Период 1

Первый период содержит меньше элементов, чем любой другой, всего два: водород и гелий . Поэтому они следуют не правилу октетов , а скорее правилу дуплетов . С химической точки зрения гелий ведет себя как благородный газ и поэтому считается частью 18-й группы элементов . Однако по своей ядерной структуре он принадлежит к s-блоку и поэтому иногда классифицируется как элемент группы 2 или одновременно как 2, так и 18. Водород легко теряет и приобретает электрон и поэтому химически ведет себя как группа 1 и элемент группы 17 .

• Водород (H) — самый распространенный из химических элементов, составляющий примерно 75% элементарной массы Вселенной. ^[1] Ионизированный водород — это всего лишь протон . Звезды главной последовательности в основном состоят из водорода в плазменном состоянии. Элементарный водород относительно редок на Земле и промышленно производится из углеводородов, таких как метан . Водород может образовывать соединения с большинством элементов и присутствует в воде и большинстве органических соединений . ^[2]
• Гелий (He) существует только в виде газа , за исключением экстремальных условий. ^[3] Это второй по легкости элемент и второй по распространенности во Вселенной. ^[4] Большая часть гелия образовалась во время Большого взрыва , но новый гелий создается в результате ядерного синтеза водорода в звездах. ^[5] На Земле гелий встречается относительно редко и встречается только как побочный продукт естественного распада некоторых радиоактивных элементов. ^[6] Такой «радиогенный» гелий содержится в природном газе в концентрации до семи процентов по объему. ^[7]

Период 2

Элементы периода 2 включают орбитали 2s и 2p . Помимо водорода, в их состав входят наиболее важные с биологической точки зрения элементы: углерод, азот и кислород.

• Литий (Li) — самый легкий металл и наименее плотный твердый элемент. ^[8] В неионизированном состоянии это один из наиболее реакционноспособных элементов, поэтому в природе он встречается только в соединениях . Это самый тяжелый изначальный элемент , выкованный в больших количествах во время Большого взрыва .
• Бериллий (Be) имеет одну из самых высоких температур плавления среди всех легких металлов . Небольшое количество бериллия было синтезировано во время Большого взрыва, хотя большая его часть распалась или вступила в реакцию внутри звезд с образованием более крупных ядер, таких как углерод, азот или кислород. Бериллий отнесен Международным агентством по изучению рака к канцерогенам первой группы . ^[9] От 1% до 15% людей чувствительны к бериллию, и у них может развиться воспалительная реакция в дыхательной системе и коже , называемая хронической бериллиевой болезнью. ^[10]
• Бор (B) не встречается в природе в виде свободного элемента, а встречается в таких соединениях, как бораты . Это важный микроэлемент для растений , необходимый для прочности и развития клеточных стенок, деления клеток, развития семян и плодов, транспорта сахара и выработки гормонов, ^{[11] [12]} , хотя его высокие уровни токсичны.
• Углерод (C) является четвертым по распространенности элементом во Вселенной по массе после водорода , гелия и кислорода ^[13] и вторым по распространенности элементом в организме человека по массе после кислорода ^[14] третьим по распространенности элементом. по количеству атомов. ^[15] Существует почти бесконечное количество соединений, содержащих углерод из-за способности углерода образовывать длинные стабильные цепи связей C—C. ^{[16] [17]} Все органические соединения , необходимые для жизни, содержат по крайней мере один атом углерода; ^{[16] [17]} В сочетании с водородом, кислородом, азотом, серой и фосфором углерод является основой каждого важного биологического соединения. ^[17]
• Азот (N) встречается в основном в виде инертного двухатомного газа N ₂ , который составляет 78% объема земной атмосферы. Это важный компонент белков и, следовательно, жизни.
• Кислород (O) составляет 21% объема атмосферы и необходим для дыхания всех (или почти всех) животных, а также является основным компонентом воды . Кислород является третьим по распространенности элементом во Вселенной, а его соединения преобладают в земной коре.
• Фтор (F) является наиболее реакционноспособным элементом в неионизированном состоянии и поэтому никогда не встречается в природе в таком виде.
• Неон (Ne) — благородный газ , используемый в неоновом освещении .

Период 3

Все элементы трех периодов встречаются в природе и имеют по крайней мере один стабильный изотоп . Все, кроме благородного газа аргона , необходимы для фундаментальной геологии и биологии.

• Натрий (Na) — щелочной металл . Он присутствует в океанах Земли в больших количествах в виде хлорида натрия (поваренной соли).
• Магний (Mg) — щелочноземельный металл . Ионы магния содержатся в хлорофилле .
• Алюминий (Al) — постпереходный металл . Это самый распространенный металл в земной коре .
• Кремний (Si) представляет собой металлоид . Это полупроводник , что делает его основным компонентом многих интегральных схем . Диоксид кремния является основным компонентом песка . Как углерод для биологии , так и кремний для геологии .
• Фосфор (P) — неметалл , необходимый для ДНК . Он обладает высокой реакционной способностью и поэтому никогда не встречается в природе в виде свободного элемента.
• Сера (S) – неметалл . Он содержится в двух аминокислотах : цистеине и метионине .
• Хлор (Cl) представляет собой галоген . Поскольку это один из наиболее реакционноспособных элементов, он часто встречается на поверхности Земли в виде хлорида натрия. Его соединения используются в качестве дезинфицирующего средства, особенно в бассейнах .
• Аргон (Ar) — благородный газ , что делает его почти полностью инерционным. Лампы накаливания часто заполняются благородными газами, такими как аргон, чтобы сохранить нити накаливания при высоких температурах.

Период 4

Слева направо водные растворы: Co(NO ₃ ) ₂ (красный); K ₂ Cr ₂ O ₇ (оранжевый); К ₂ CrO ₄ (желтый); NiCl ₂ (зеленый); CuSO ₄ (синий); KMnO ₄ (фиолетовый).

Период 4 включает биологически важные элементы калий и кальций и является первым периодом d-блока с более легкими переходными металлами . К ним относятся железо , самый тяжелый элемент, образующийся в звездах главной последовательности и основной компонент Земли, а также другие важные металлы, такие как кобальт , никель и медь . Почти все имеют биологическую роль.

Завершают четвертый период шесть элементов p-блока: галлий , германий , мышьяк , селен , бром и криптон .

Период 5

Период 5 имеет то же количество элементов, что и период 4, и имеет ту же общую структуру, но с одним большим количеством постпереходных металлов и одним меньшим количеством неметаллов. Из трех самых тяжелых элементов, играющих биологическую роль, два ( молибден и йод ) находятся в этот период; вольфрам в шестом периоде тяжелее, как и несколько ранних лантаноидов . В пятый период также входит технеций , самый легкий исключительно радиоактивный элемент.

Период 6

Период 6 — это первый период, включающий f-блок с лантанидами (также известными как редкоземельные элементы ) и включает самые тяжелые стабильные элементы. Многие из этих тяжелых металлов токсичны, а некоторые радиоактивны, но платина и золото в значительной степени инертны.

Период 7

Все элементы 7-го периода радиоактивны . Этот период содержит самый тяжелый элемент, который встречается на Земле в природе, плутоний . Все последующие элементы в этот период были синтезированы искусственно. Хотя пять из них (от америция до эйнштейния ) сейчас доступны в макроскопических количествах, большинство из них чрезвычайно редки, поскольку их получают только в микрограммовых количествах или меньше. Некоторые из более поздних элементов были идентифицированы в лабораториях только в количествах в несколько атомов одновременно.

Хотя редкость многих из этих элементов означает, что экспериментальные результаты не очень обширны, периодические и групповые тенденции в поведении, по-видимому, менее четко определены для периода 7, чем для других периодов. Хотя франций и радий действительно демонстрируют типичные свойства групп 1 и 2 соответственно, актиниды демонстрируют гораздо большее разнообразие поведения и степеней окисления, чем лантаноиды . Эти особенности периода 7 могут быть обусловлены множеством факторов, включая большую степень спин-орбитального взаимодействия и релятивистские эффекты, в конечном итоге вызванные очень высоким положительным электрическим зарядом их массивных атомных ядер .

Период 8

Ни один элемент восьмого периода пока не синтезирован. Прогнозируется g -блок . Неясно, действительно ли все элементы, предсказанные для восьмого периода, физически возможны. Поэтому девятого периода может не быть.

Смотрите также

• Группа (таблица Менделеева)

Рекомендации

1. Палмер, Дэвид (13 ноября 1997 г.). «Водород во Вселенной». НАСА . Проверено 5 февраля 2008 г.
2. Джолли, Уильям Ли (9 августа 2019 г.). «водород». Британская энциклопедия .
3. «Гелий: физические свойства». ВебЭлементы . Проверено 15 июля 2008 г.
4. «Гелий: геологическая информация». ВебЭлементы . Проверено 15 июля 2008 г.
5. Кокс, Тони (3 февраля 1990 г.). «Происхождение химических элементов». Новый учёный . Проверено 15 июля 2008 г.
6. «Запасы гелия снизились: из-за дефицита производства некоторые отрасли промышленности и любители вечеринок вынуждены промахиваться» . Хьюстонские хроники . 05.11.2006.
7. Браун, Дэвид (2 февраля 2008 г.). «Гелий — новая мишень в Нью-Мексико». Американская ассоциация геологов-нефтяников . Проверено 15 июля 2008 г.
8. Литий в WebElements.
9. "Монография МАИР, том 58" . Международное агентство по исследованию рака. 1993 год . Проверено 18 сентября 2008 г.
10. Информация о хронической бериллиевой болезни.
11. «Функции бора в питании растений» (PDF) . www.borax.com/agricultural . US Borax Inc. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2009 г.
12. Блевинс, Дейл Г.; Лукашевский, Кристина М. (1998). «Функции бора в питании растений». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 49 : 481–500. doi : 10.1146/annurev.arplant.49.1.481. ПМИД  15012243.
13. Десять самых распространенных элементов во Вселенной, взято из книги «10 лучших всего», 2006, Рассел Эш, стр. 10. Получено 15 октября 2008 г. Архивировано 10 февраля 2010 г. в Wayback Machine.
14. Чанг, Раймонд (2007). Химия, девятое издание . МакГроу-Хилл. п. 52. ИСБН 0-07-110595-6.
15. Фрейтас-младший, Роберт А. (1999). Наномедицина. Ландес Бионаука. Таблицы 3-1 и 3-2. ISBN 1-57059-680-8.
16. «Структура и номенклатура углеводородов». Университет Пердью . Проверено 23 марта 2008 г.
17. Альбертс, Брюс; Александр Джонсон; Джулиан Льюис; Мартин Рафф; Кейт Робертс; Питер Уолтер. Молекулярная биология клетки. Гирляндная наука.