периодическая система элементов

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. Менделеева - система хим. элементов, отражающая периодич. закон Менделеева - периодич. зависимость физ. и хим. свойств элементов от их ат. веса (в совр. формулировке - от заряда ядра элемента, т. е. от ат. номера в П. с. э.). Первую П. с. э. Менделеев предложил в 1869, а в 1871 разработал т. н. короткую форму (сходную с совр. П. с. э.), получившую признание после того, как были открыты элементы, для к-рых Менделеев оставил в П. с. э. незаполненные клетки. Новое развитие П. с. э. получила после открытия радиоактивности (1896), изотопии [Ф. Содди (F. Soddy), 1913] и Мозли закона (1913). Полное научное объяснение П. с. э. осуществлено на основе квантовой механики.
Все известные хим. элементы образуют 8 вертикальных столбцов - групп (табл.), обозначаемых римскими цифрами, все группы состоят из двух подгрупп - а и б (напр., VII группа делится на подгруппу марганца и подгруппу галогенов); иногда подгруппы а и б наз. главной и побочной соответственно. Номер группы в П. с. э. соответствует высшей положит. валентности элемента. Свойства элементов в подгруппах а изменяются закономерно. Так, в подгруппе щелочных металлов (I a)увеличение ат. номера Z сопровождается повышением химической активности, тогда как в подгруппе галогенов (VII а)наблюдается обратная зависимость.
Горизонтальные ряды П. с. э. наз. периодами (их 7) и обозначаются араб. цифрами. Внутри каждого периода наблюдается б. или м. равномерный переход от активных металлов через менее активные металлы и слабоактивные неметаллы к очень активным неметаллам и, наконец, к инертным газам.
В каждом периоде, начиная с 4-го, между II и III группами находятся ряды переходных элементов - металлов со сходными хим. свойствами. 15 переходных элементов 6-го периода, начиная с лантана, практически не различимые по свойствам, наз. лантаноидами или редкоземельными элементами. В 7-м периоде также имеется ряд очень сходных металлов - актиноидов.
Структура П. с. э. полностью отвечает порядку заполнения электронных оболочек и слоов в атомах. Число хим. элементов в периоде равно числу электронов в слое, к-рое определяется в соответствии с Паули принципом ,запрещающим существование в атоме электронов в одинаковом квантовом состоянии. Состояние электрона определяют 4 квантовых числа: главное квантовое число п = 1, 2, 3,..., орбитальное (азимутальное) квантовое число l = 0, 1, 2, ..., п - 1, магн. квантовое число m_l = 0,1,2, ...,l и спиновое квантовое число m_s =1/2. Каждому значению l соответствуют 2l + 1 значений m_l, а каждому значению m_l - 2 возможных значения m_s. Т. о., замкнутая оболочка, характеризуемая определёнными значениями п и l, содержит 2(2l + 1) электронов. Макс. число электронов в слое с определённым п равно:

Т. о., замкнутая s-оболочка (l = 0) содержит 2 электрона, р-оболочка (l= 1) - 6 электронов, d-оболочка (l = 2) - 10 электронов и т. д. Число же электронов в слоях (число элементов в периодах) с n = 1, 2, 3, 4,... составляет 2, 8, 18, 32, ... соответственно.
Свойства атомов элементов определяются числом электронов во внеш. электронной оболочке, поэтому элементы, имеющие одинаковое строение внеш. оболочки, принадлежат к одной группе П. с. э. Элементы с замкнутой внеш. оболочкой являются инертными газами. Для лёгких элементов сначала заполняются слои с меньшим, а затем с большим значением п; внутри слоя сначала заполняется s-, затем р- и т. д. оболочки. В переходных элементах порядок заполнения оболочек и слоев нарушается, т. к. состояния с большими значениями п могут иметь меньшую энергию, чем состояния с меньшим п и большим l. В результате s-, р-оболочки застраиваются раньше, чем d- и f-оболочки (см. Атом ).Все переходные элементы являются металлами (в зависимости от застраивающейся оболочки их иногда называют d- или f-элементами), входят в б-подгруппы соответствующих групп П. с. э., их свойства с ростом Z меняются не резко.
П. с. э. не завершена, конечное число элементов в ней не определено. Элементы с Z > 95 были синтезированы искусственно, время жизни изотопов этих элементов крайне мало. Работы по синтезу и теоретической интерпретации свойств изотопов элементов с Z > 107 продолжаются.

Лит.: Кедров Б. М., Трифонов Д. Н., О современных проблемах периодической системы, М., 1974; Учение о периодичности. История и современность, под ред. Д. Н. Трифонова, М., 1981; Химия и периодическая таблица, под ред. К. Сайто, пер. с япон., М., 1982.

В. Г. Дашевсхий.