Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Длинная таблица Менделеева, показывающая слева направо: s-, d-, f- и p-блоки. F-блок, обычно показываемый в виде сноски, здесь помещается между s- и d-блоками. [1]

Блок из периодической таблицы представляет собой набор элементов , объединенных орбиталей их валентные электроны или вакансии лежат в. [1] Термин , кажется, был впервые использован Чарльз Джанет . [2] Каждый блок назван в честь его характерной орбиты: s-блок, p-блок, d-блок и f-блок.

Имена блоков (s, p, d и f) являются производными от спектроскопических обозначений для значения азимутального квантового числа электрона : резкое (0), главное (1), диффузное (2) или основное (3). Последующие обозначения идут в алфавитном порядке, как g, h и т. Д.

Характеристики [ править ]

Разделение на блоки оправдано их отличительной природой: s характеризуется, за исключением H и He, сильно электроположительными металлами; p рядом очень отличительных металлов и неметаллов, многие из которых необходимы для жизни; d металлами с несколькими степенями окисления; f металлами настолько похожими, что их разделение проблематично. Полезные утверждения об элементах могут быть сделаны на основе блока, к которому они принадлежат, и их положения в нем, например, наивысшей степени окисления, плотности, температуры плавления… Электроотрицательность довольно систематично распределяется по блокам и между ними.

П. Дж. Стюарт
в « Основах химии», 2017 г. [3]

Существует приблизительное соответствие между этой номенклатурой блоков, основанной на электронной конфигурации , и наборами элементов, основанными на химических свойствах. S-блок и p-блок вместе обычно считаются элементами основной группы , d-блок соответствует переходным металлам , а f-блок охватывает почти все лантаноиды (например, лантан ) и актиниды (например, актиний ). Не все согласны с точным составом каждого набора элементов. Например, элементы группы 12 цинк , кадмий и ртутьчасто рассматриваются как основная группа, а не переходная группа, потому что они химически и физически более похожи на элементы p-блока, чем другие элементы d-блока. В группе 3 элементов иногда рассматриваются основные элементы группы из - за их сходство с S-блочными элементами. Группы (столбцы) в f-блоке (между группами 2 и 3) не нумеруются.

Гелий представляет собой элемент s-блока , с его внешними (и единственными) электронами на атомной орбитали 1s , хотя его химические свойства больше похожи на благородные газы p-блока в группе 18 из-за его полной оболочки.

Блоки в периодической таблице
Группа  →123456789101112131415161718
↓  Период
11
ЧАС
2
Он
23
Ли		4
Быть
5
B		6
C		7
N		8
О		9
F		10
Ne
311
Na		12
Mg
13
Al		14
Si		15
п		16
S		17
Cl		18
Ar
419
K		20
Ca		21 год
Sc		22
Ti		23
V		24
Cr		25
Mn		26
Fe		27
Co		28
Ni		29
Cu		30
Zn		31 год
Ga		32
Ge		33
В качестве		34
Se		35 год
Br		36
Kr
537
Руб.		38
Sr		39
Y		40
Zr		41 год
Nb		42
Пн		43
Tc		44
RU		45
Rh		46
Pd		47
Ag		48
CD		49
В		50
Sn		51
Sb		52
Te		53
я		54
Xe
655
CS		56
Ба		1 звездочка71
Лу		72
Hf		73
Та		74
W		75
Re		76
Операционные системы		77
Ir		78
Pt		79
Au		80
Hg		81 год
Tl		82
Pb		83
Би		84
По		85
В		86
Rn
787
Пт		88
Ра		1 звездочка103
Lr		104
Rf		105
Db		106
Sg		107
Bh		108
Hs		109
Mt		110
Ds		111
Rg		112
Cn		113
Nh		114
Fl		115
Mc		116
Lv		117
Ц		118
Og

1 звездочка57
Ла		58
Ce		59
Pr		60
Nd		61
Вечера		62
См		63
Европа		64
Б-г		65
Tb		66
Dy		67
Хо		68
Э		69
Тм		70
Yb
1 звездочка89
Ac		90
Чт		91
Па		92
U		93
Np		94
Пу		95
Являюсь		96
См		97
Bk		98
Cf		99
Es		100
FM		101
Мкр		102
Нет

s-block [ править ]

… Na, K, Mg и Ca необходимы в биологических системах. Некоторые… другие элементы s-блока используются в медицине (например, Li и Ba) и / или встречаются в качестве незначительных, но полезных примесей в биоминералах Са, например, Sr… Эти металлы демонстрируют только одну стабильную степень окисления [+1 или +2]. Это позволяет [их]… ионам перемещаться по клетке без… опасности окисления или восстановления.

Wilkins RG и Wilkins PC (2003)
Роль кальция и сопоставимых катионов в поведении животных, RSC , Кембридж, стр. 1

S-блок находится в левой части обычной периодической таблицы и состоит из элементов из первых двух столбцов плюс один элемент в крайнем правом столбце, неметаллы, водород и гелий, а также щелочные металлы (в группе 1) и щелочноземельные металлы. (группа 2). Их общая валентная конфигурация n s 1–2 . Гелий является s-элементом, но почти всегда находится справа в группе 18 , над p-элементом неоном . В каждой строке таблицы по два s-элемента.

Металлы s-блока (начиная со второго периода ) в основном мягкие и обычно имеют низкие температуры плавления и кипения. Большинство придают цвет пламени.

Химически все s-элементы, кроме гелия, обладают высокой реакционной способностью. Металлы s-блока очень электроположительны и часто образуют по существу ионные соединения с неметаллами, особенно с сильно электроотрицательными галогенными неметаллами.

p-block [ править ]

P-блок находится на правой стороне стандартной таблицы Менделеева и включает элементы в группах с 13 по 18. Их общая электронная конфигурация n s 2 n p 1–6 . Гелий , хотя и является первым элементом в группе 18, не входит в p-блок. В каждой строке таблицы есть место для шести p-элементов, кроме первой строки (которой нет).

Кремний (металлоид), атомный номер 14
Фосфор (неметалл), атомный номер 15

Этот блок - единственный, содержащий все три типа элементов: металлы , неметаллы и металлоиды . Элементы p-блока могут быть описаны для каждой группы как: группа 13, икосагены ; 14 - кристаллогены ; 15 - пниктогены ; 16 - халькогены ; 17 - галогены ; и 18, группа гелия , состоящая из благородных газов (исключая гелий) и оганессона . Альтернативно, p-блок может быть описан как содержащий постпереходные металлы ; металлоиды; реактивные неметаллы, включая галогены ; и благородные газы (кроме гелия).

Элементы p-блока объединены тем фактом, что их валентные (самые внешние) электроны находятся на p-орбитали. Р-орбиталь состоит из шести лепестков формы, исходящих из центральной точки под равномерно расположенными углами. Р-орбиталь может содержать максимум шесть электронов, следовательно, в р-блоке шесть столбцов. Элементы в столбце 13, первом столбце p-блока, имеют один p-орбитальный электрон. Элементы в столбце 14, втором столбце p-блока, имеют два p-орбитальных электрона. Тенденция продолжается до столбца 18, который имеет шесть p-орбитальных электронов.

Блок является оплотом правила октетов в его первой строке, но элементы в последующих строках часто демонстрируют гипервалентность . Элементы p-блока показывают переменные степени окисления, обычно различающиеся кратно двум. Реакционная способность элементов в группе обычно снижается вниз. Этого не происходит в группе 18, где реактивность увеличивается в следующей последовательности: Ne <He <Ar <Kr <Xe <Rn <Og (хотя гелий, который нарушает тенденцию, не является частью p-блока; поэтому p-блочная часть группы 18 соответствует тренду).

Кислород и галогены имеют тенденцию к образованию более ионных соединений с металлами; оставшиеся реакционноспособные неметаллы имеют тенденцию образовывать более ковалентные соединения, хотя ионность возможна, когда разница электроотрицательностей достаточно высока (например, Li 3 N ). Металлоиды имеют тенденцию образовывать ковалентные соединения или сплавы с металлами.

d-block [ править ]

Элементы… демонстрируют горизонтальное сходство по своим физическим и химическим свойствам, а также обычное вертикальное соотношение. Это горизонтальное сходство настолько заметно, что химический состав первой… серии… часто обсуждается отдельно от химии второй и третьей серий, которые больше похожи друг на друга, чем на первую серию.

Kneen WR, Rogers MJW, and Simpson P 1972
Chemistry: Facts, patterns, and Principles, Addison-Wesley, London, pp. 487-489. 

D-блок находится в середине периодической таблицы и включает элементы от 3 до 12 групп; он начинается в 4-м периоде . Большинство или все эти элементы также известны как переходные металлы, потому что они занимают переходную зону по свойствам между сильно электроположительными металлами групп 1 и 2 и слабо электроположительными металлами групп 13-16. Группа 3 или группа 12, в то время как все еще считаются металлами с d-блоком, иногда не считаются переходными металлами, потому что они не проявляют химических свойств, характерных для переходных металлов, например, нескольких степеней окисления и окрашенных соединений.

Все элементы d-блока - это металлы, и большинство из них имеют один или несколько химически активных d-орбитальных электронов. Поскольку существует относительно небольшая разница в энергии разных d-орбитальных электронов, количество электронов, участвующих в химической связи, может варьироваться. Элементы d-блока имеют тенденцию проявлять две или более степеней окисления, различающихся на единицу. Наиболее распространенные степени окисления +2 и +3. Хром , железо , молибден , рутений , вольфрам и осмий могут иметь степень окисления всего -4; Иридий обладает исключительной способностью достигать степени окисления +9.

D-орбитали (четыре в форме четырехлистного клевера и пятая в виде гантели с кольцом вокруг) могут содержать до пяти пар электронов.

f-block [ править ]

Из-за своей сложной электронной структуры, значительных эффектов электронной корреляции и большого релятивистского вклада элементы f-блока, вероятно, являются наиболее сложной группой элементов для теории электронной структуры. 

Долг М. 2015 (ред.)
Вычислительные методы в химии лантаноидов и актинидов, John Wiley & Sons, Chichester, p. xvii

F-блок появляется как сноска в стандартной таблице из 18 столбцов, но расположен в центре слева в таблице полной ширины из 32 столбцов. Хотя эти элементы обычно не считаются частью какой-либо группы , некоторые авторы считают их частью группы 3. Их иногда называют внутренними переходными металлами, поскольку они обеспечивают переход между s-блоком и d-блоком в 6-м и 7-м ряду. (период), точно так же, как переходные металлы с d-блоком обеспечивают переходный мост между s-блоком и p-блоком в 4-м и 5-м рядах.

Элементы f-блока делятся на две серии, в периоды 6 и 7. Все они металлические. Электроны f-орбиты менее активны в химии элементов f-блока с периодом 6, хотя и вносят определенный вклад: [4] они довольно похожи друг на друга. Они более активны в элементах f-блока раннего периода 7, где энергии оболочек 5f, 7s и 6d очень похожи; следовательно, эти элементы имеют тенденцию проявлять такую ​​же химическую изменчивость, как и их аналоги переходных металлов. Более поздние элементы f-блока ведут себя больше как их аналоги периода 6.

Элементы f-блока объединены в основном наличием одного или нескольких электронов на внутренней f-орбитали. Из f-орбиталей шесть имеют шесть лепестков каждая, а седьмая выглядит как гантель с бубликом с двумя кольцами. Они могут содержать до семи пар электронов, поэтому блок занимает четырнадцать столбцов в периодической таблице. Им не присваиваются номера групп, поскольку вертикальные периодические тренды нельзя различить в «группе» из двух элементов.

Два 14-членных ряда элементов f-блока иногда путают с лантаноидами и актинидами , которые представляют собой названия наборов элементов, основанных на химических свойствах, а не на электронных конфигурациях. Лантаноиды - это 15 элементов, от лантана (La) до лютеция (Lu); актиноиды являются 15 элементов , идущие от актиний (Ac) до лоуренсия (Lr).

g-block [ править ]

Предполагается, что g-блок начнется вблизи элемента 121 . Хотя ожидается, что g-орбитали не начнут заполнять основное состояние примерно до элемента 124–126 (см. Расширенную периодическую таблицу ), они, вероятно, уже имеют достаточно низкую энергию, чтобы начать химическое участие в элементе 121 [5], аналогично ситуации орбиталей 4f и 5f.

Симметрия [ править ]

Четыре блока можно переставить так, чтобы они поместились на равном расстоянии внутри правильного тетраэдра . [6]

См. Также [ править ]

  • Электронные оболочки подоболочки

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Дженсен, Уильям Б. (21 марта 2015 г.). «Положение лантана (актиний) и лютеция (лоуренсий) в периодической таблице: обновление». Основы химии . 17 : 23–31. DOI : 10.1007 / s10698-015-9216-1 .
  2. ^ Шарль Жане, La классификация hélicoïdale des éléments chimiques , Бове, 1928
  3. ↑ Стюарт, П. Джей (7 ноября 2017 г.). «Тетраэдрические и сферические представления периодической системы» . Основы химии . 20 (2): 111–120. DOI : 10.1007 / s10698-017-9299-у .
  4. ^ Гшнейднер младший, Карл А. (2016). «282. Систематика». У Жан-Клода Ж. Бюнцли; Виталий К. Печарский (ред.). Справочник по физике и химии редких земель . 50 . п. 12–16. ISBN 978-0-444-63851-9.
  5. ^ Умемото, Коитиро; Сайто, Сусуму (1996). «Электронные конфигурации сверхтяжелых элементов» . Журнал Физического общества Японии . 65 (10): 3175–9. DOI : 10,1143 / JPSJ.65.3175 . Проверено 31 января 2021 года .
  6. ^ Стюарт, П. (2018). «Любители и профессионалы в области химии: на примере таблицы Менделеева». В Scerri, E .; Рестрепо, Г. (ред.). От Менделеева до Оганессона: мультидисциплинарный взгляд на периодическую таблицу . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. С. 66–79 (76–77). ISBN 978-0-190-66853-2.

Внешние ссылки [ править ]

Тетраэдрическая периодическая таблица элементов . Анимация, показывающая переход от обычной таблицы к тетраэдру.