1
2
0
1
2
3
......
Позначення шарів і оболонок
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
.......
Число електронів в шарі
2
2 +6 = 8
2 +6 +10 = 18
2 +6 +10 +14 = 32
......
Звідси видно, щомаксимально можливе число електронів в першому шарі (n = 1) дорівнює 2 (1s-стану);у другому шарі - 8 (2s-і 2p-стани), у третьому і в четвертомушарах - відповідно 18 і 32 електрона. Тим самим встановлюється зв'язок міжшаруватим розташуванням електронів в атомі і періодичною системою: періодитаблиці Менделєєва містять 2, 8, 18 і 32 елемента. Залишається з'ясувати, чому втаблиці Менделєєва зустрічаються по два рази періоди з 8 і 18 елементів. Цепояснюється тим, що в таблиці 1 вказано можливе максимальне числоелектронів в різних шарах, в дійсності ж електрони в атомахрозташовуються в тих станах (з числа можливих), які відповідаютьнайменшої енергії. Енергія електрона на орбіті тим вище, чим більше n, а при даному n тим вище, чим більше l. Тому послідовністьенергетичних рівнів окремих станів електрона не завжди збігається зпослідовністю головних квантових чисел n.
У табл.2 (див. Додаток)представлена ​​схема заповнення електронних оболонок послідовно для всіхелементів періодичної системи за окремими періодами. Перший період міститьлише два елементи, що відповідає максимальному числу електронів в 1s-стані першого шару. Починаючи з Li йде поступове заповнення другогошару аж до Ne (Z = 10). З одинадцятого електрона Na починається заповнення третього шару- Третього періоду системи Менделєєва. В елементах, наступних за Na, йде послідовне заповненняелектронами станів 3s і 3p третього шару. У Ar вісім електронів складаютьсиметричну групу і обумовлюють подібність його фізико-хімічних властивостей знеоном. Цим завершується третій період, що містить, як і другий, 8 елементів.19-й елемент До починає новий, четвертий, шар і четвертий період таблиці.Однак число вільних місць третього шару далеко не вичерпано. Після Ar залишаються ще вільними 10 місць 3d-стану. Тут впершепослідовний порядок заповнення порушується через енергетичнихміркувань. Стан 4sвиявляється енергетично більш вигідним, ніж стан 3d. Але починаючи з Sc і аж до Ni знову стає енергетично більш вигідним заповненнястану 3d. Всі місця цього стану у Ni виявляються заповненими і з Cu починається нормальне заповненнястану 4s четвертого шару. Ця обставинаобумовлює деяку схожість міді з лужними металами. Kr з вісьмома електронами в цьому шарі,закінчує четвертий період, виявляється подібним з Ne і Ar. Зподальшого за Kr 37-го елемента Rb починається забудова п'ятого шару, хоча в четвертому шарі щезалишаються 24 вільних місця - 10 місць в стані 4d і 14 місць в стані 4f. Тут, як і у К, стан 5s виявляється енергетично більш вигідним. Добудовачетвертого шару поновлюється з Y,починаючи з якого йде заповнення 4d-оболонки. Стану 4f залишаються незаповненимиаж до 58-го елементу. Лише з Се вони починають заповнюватися. Забудова 4f-стану охоплює 14 елементів,утворюють своєрідну групу лантанідів, дуже схожих між собою за своїмифізико-хімічними властивостями. Така ж група елементів з добудовувати 5f-станами, звана актинідії,починається з Th (Z = 90).
Таким чином, коженперіод (крім першого) починається зі лужного металу з одним валентним електрономі кінчається інертним газом з вісьмома валентними електронами, утворюютьзамкнуту оболонку. Другий і третій періоди, де нормально забудовуються s-і p-стани, містять у відповідності з цим по 8 елементів.Періоди ж четвертий і п'ятий, в які вклинюються групи елементів здобудовуються d-станами,містять по 18 елементів. Нарешті, останній повний період - шостий - містить32 елементи, тому в ньому з'являється нова група з 14 елементів здобудовувати 4j-станами. Тимсамим вся складна періодичність, відкрита Менделєєвим, повністю пояснюєтьсярозташуванням електронів по групах, що характеризується певними квантовимичислами.
Цікаво відзначити, що72-й елемент в той час, коли Н.Бор будував табл.2, не був відкритий. Було неясно,скільки повинно бути лантанідів. Вважаючи, що число їх дорівнює п'ятнадцяти, 72-йелемент шукали серед мінералів, що містять рідкісні землі. Т.к. число 4f-електронів дорівнює 14, то цей елементповинен мати близьку до Zrзовнішню електронну оболонку. Тому Бор запропонував шукати 72-й елемент уцирконієвих рудах. Цей елемент, наз. гафнієм, до торжества теорії Бора, і буввиявлений в цирконієвих рудах.
Що ж стосується аналогівлантанідів - актинидов, у яких заповнюються запропонував шукати 72-й елемент уцирконієвих рудах. Цей елемент, наз.гафніем, до торжества теорії Бора, і буввиявлений в цирконієвих рудах.
Що ж стосується аналогівлантанідів - актинидов, у яких заповнюються 5f-стану, то тут слід мати на увазі, що 6d-і 5f-стану енергетично дуже близькі, що обумовлюєлегкість переходів електронів між ними і призводить до великих труднощів привстановленні істинного розташування електронів по цим станам.
З моменту відкриттясистеми Менделєєва було опубліковано кілька сот різних варіантів їїзображення на площині і в просторі. Найбільш уживана короткатаблиця, один з можливих варіантів якій поміщений в Додатку.
Опис періодичноїсистеми
У таблиці поміщенісимволи елементів, прийняті в 1961 р. Міжнародним з'їздом Спілки чистої іприкладної хімії. Для ряду елементів в літературі вживаються різніназви; наприклад, 86-й елемент наз. радоном (Rn), або еманацією (Еm), 71-й елемент - Лютецією (Lu), або Кассіопеї (Ср).
Атомні ваги дани втаблиці міжнародних атомних ваг на 1962 р. в вуглецевої шкалою (за одиницю прийнята 1/12 маси ізотопу вуглецю С в 22 ступені). Для радіоактивних елементів,не мають стабільних і довгоіснуючих радіоактивних ізотопів, поняття атомноїваги втрачає сенс. Тому для таких елементів наведено масове числонайбільш довгоживучих ізотопів.
Для кожного елементаприведена конфігурація зовнішніх електронних оболонок. Номери електронних шарів,до яких належать оболонки, дані в першій колонці зліва від таблиці.Наприклад, для Вr (Z = 35) конфігурація зовнішніх оболонок s2р5 означає наявність 2 електронів в 4s-оболонці і 5 електронів в4р-оболонці, тобто 4 s24р5; в атомі Вr, крім зовнішніх оболонок, заповнені івнутрішні; повна електронна конфігурація атома 1s2 2s2 2р63s2 3р6 3d10 4 s24р5.
Таблиця складається з 7горизонтальних періодів, в кожному з яких починається заповнення новогоелектронного шару. У 1-й колонці наведені номери періодів n, що збігаються з величиною головногоквантового числа електронного шару, найбільш віддаленого від атомного ядра. Яквидно з першої таблиці, в 1-му періоді забудовується 1s-оболонка; період містить 2 елемента. У 2-му і 3-му періодах,містять по 8 елементів, спочатку забудовуються s-, а потім р-оболонки. 4-й і 5-й періоди складаються кожний з 18елементів, у яких забудовуються спочатку відповідні s-оболонки (4 s і 5s),потім d-оболонки попередніх шарів (3d і 4d) і, нарешті, р-оболонки (4р і 5р). Елементи, у якихвідбувається забудова d-оболонок,наз. перехідними. У 6-му періоді, що містить 32 елементи, після заповнення 6s-оболонки у Сs і Ва починає розбудовуватися 5d-оболонка у Lа, алеу наступних 14 елементів - лантанідів (Се-Lu) відбувається забудова більш глибокої 4f-оболонки і тільки після їїзаповнен...
