Переходные элементы

Если бы у атома скандия, следующего за кальцием элемента, на 4р подоболочке был 1 электрон, то его s и р подоболочки были бы заполнены так же, как у алюминия (2 и 1 электрон). Этого, однако, не происходит. На 45 подоболочке атомов следующих за кальцием элементов 2 электрона (как у и кальция), а остальные электроны заполняют подоболочку 3d:

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 3d 4s 2p 3p Скандий 2 8 8 1 2 21 Титан 2 8 8 2 2 22 Ванадий 2 8 8 3 2 23 Хром 2 8 8 5 1 24 Марганец 2 8 8 5 2 25 Железо 2 8 8 6 2 26 Кобальт 2 8 8 7 2 27 Никель 2 8 8 8 2 28 Медь 2 8 8 10 1 29 Цинк 2 8 8 10 2 30

Подоболочки 3d и 4s перекрывают друг друга достаточно нечетко, поэтому количество электронов на 3d/4s можно представить и как 5/1, и как 4/2, или, скажем, и как 10/1, и как 9/2. Впрочем, в случае с хромом и медью принято считать, что у них по одному электрону на 4s, ну да это не столь важно.

А важно то, что различия между этими десятью элементами (от скандия до цинка) заключаются в количестве электронов на подоболочке 3d, в то время как на внешней 4s подоболочке у всех (или почти у всех) количество электронов одинаково. Эти элементы называются переходными элементами. Они мало отличаются друг от друга по свойствам, в то время как разница между элементами от водорода до кальция (у которых по-разному заполняется именно внешняя подоболочка) очевидна.

Кобальт, железо и никель настолько похожи друг на друга, что ученые объединяют их в одно семейство элементов.

Однако модель атома Льюиса — Ленгмюра не допускает изменения количества электронов на внутренних оболочках и поэтому неприменима к переходным элементам, а ведь ³/₅ всех элементов являются именно переходными.

У цинка третья электронная оболочка (18) и подоболочка 4s (6) заполнены полностью, поэтому в атомах элементов с большим атомным числом заполняется подоболочка 4p.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 4p 2p 3p 3d Галлий 2 8 18 2 1 31 Германий 2 8 18 2 2 32 Мышьяк 2 8 18 2 3 33 Селен 2 8 18 2 4 34 Бром 2 8 18 2 5 35 Криптон 2 8 18 2 6 36

У этих шести элементов подоболочки s и p заполнены так же, как у соответствующих элементов от алюминия до аргона и от бора до неона, поэтому галлий обладает свойствами, схожими с алюминием и бором, германий — с углеродом и кремнием и т. д. У криптона на 4s два электрона, а на 4p — 6 электронов, значит, криптон является благородным газом.

4d (10 электронов) и 4f (14 электронов) подоболочки четвертой электронной оболочки перекрывают внутреннюю 55 под-оболочку пятой электронной оболочки.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 4d 4f 5s 2p 3p 4p 3d Рубидий 2 8 18 8 — — 1 37 Стронций 2 8 18 8 — — 2 38

У следующих элементов заполняется 4d подоболочка, значит, они так же, как и элементы от скандия до цинка, являются переходными.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 4d 4f 5s 2p 3p 4p 3d Иттрий 2 8 18 8 1 — 2 39 Цирконий 2 8 18 8 2 — 2 40 Ниобий 2 8 18 8 4 — 1 41 Молибден 2 8 18 8 5 — 1 42 Технеций 2 8 18 8 5 _ 2 43 Рутений 2 8 18 8 7 — 1 44 Родий 2 8 18 8 8 — 1 45 Палладий 2 8 18 8 10 — — 46 Серебро 2 8 18 8 10 — 1 47 Кадмий 2 8 18 8 10 — 2 48

У следующих шести элементов заполняется 5p подоболочка, они не являются переходными, а соотношение электронов на s и p у них такое же, как и группы элементов от бора до неона.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 4f 5s 5p 2p 3p 4p 3d 4d Индий 2 8 18 18 — 2 1 49 Олово 2 8 18 18 — 2 2 50 Сурьма 2 8 18 18 — 2 3 51 Теллур 2 8 18 18 — 2 4 52 Йод 2 8 18 18 — 2 5 53 Ксенон 2 8 18 18 — 2 6 54

Ксенон также является благородным газом.

Оставшиеся подоболочки 4f (14 электронов), 5d (10), 5f (14) и 5g (18) перекрывают подоболочку 6s.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 4f 5s 5d 5f 5g 6s 2p 3p 4p 5p 3d 4d Цезий 2 8 18 18 — 8 — — — 1 55 Барий 2 8 18 18 — 8 — — — 2 56

У элементов начиная с лантана электроны появляются на подоболочках 4f и 5d, и эти элементы представляют собой уже несколько иную группу переходных элементов. Если у предыдущих групп переходных элементов (от скандия до цинка и от иттрия до кадмия) заполняемая электронная подоболочка перекрывалась лишь одним или двумя электронами следующей оболочки, то 4f подоболочка лантаноидов перекрывается не только двумя электронами 5s подоболочки, но и шестью электронами 5p и двумя электронами 6s. То есть у лантаноидов, в отличие от других переходных элементов, заполняется «более глубокая» подоболочка атома, которая сильнее перекрывается другими подоболочками. Именно поэтому лантаноиды настолько между собой похожи.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 4f 5s 5d 5f 5g 6s 2р 3p 4p 5p 3d 4d Лантан 2 8 18 18 — 8 1 — — 2 57 Церий 2 8 18 18 1 8 1 — — 2 58 Празеодим 2 8 18 18 3 8 — — — 2 59 Неодим 2 8 18 18 4 8 — — — 2 60 Прометий 2 8 18 18 5 8 — — — 2 61 Самарий 2 8 18 18 6 8 — — — 2 62 Европий 2 8 18 18 7 8 — — — 2 63 Гадолиний 2 8 18 18 7 8 — — — 2 64 Тербий 2 8 18 18 8 8 — — — 2 65 Диспрозий 2 8 18 18 9 8 — — — 2 66 Гольмий 2 8 18 18 10 8 — — — 2 67 Эрбий 2 8 18 18 11 8 — — — 2 68 Тулий 2 8 18 18 13 8 — — — 2 69 Иттербий 2 8 18 18 14 8 — — — 2 70 Лютеций 2 8 18 18 14 8 1 — — 2 71

У лютеция и последующих элементов заполняется подоболочка 5d (до 10 электронов). Электроны этой подоболочки перекрываются двумя электронами подоболочки 6s, т. е. эти элементы являются обычными переходными элементами.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 5s 5d 5f 5g 6s 2p 3p 4p 5p 3d 4d 4f Гафний 2 8 18 32 8 2 — — 2 72 Тантал 2 8 18 32 8 3 — — 2 73 Вольфрам 2 8 18 32 8 4 — — 2 74 Рений 2 8 18 32 8 5 — — 2 75 Осмий 2 8 18 32 8 6 — — 2 76 Иридий 2 8 18 32 8 7 — — 2 77 Платина 2 8 18 32 8 9 — — 1 78 Золото 2 8 18 32 8 10 — — 1 79 Ртуть 2 8 18 32 8 10 — — 2 80

У элементов начиная со ртути подоболочка 5d заполнена, подоболочки 5f и 5g остаются нетронутыми, а заполняется подоболочка 6p. Налицо такое же, как у элементов от бора до неона, соотношение электронов на s и p.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 5s 5f 5g 6s 6p 2p 3p 4p 5p 3d 4d 5d 4f Таллий 2 8 18 32 18 — — 2 1 81 Свинец 2 8 18 32 18 — — 2 2 82 Висмут 2 8 18 32 18 — — 2 3 83 Полоний 2 8 18 32 18 — — 2 4 84 Астатин 2 8 18 32 18 — — 2 5 85 Радон 2 8 18 32 18 — — 2 6 86

Радон является благородным газом.

Остаются еще подоболочки 5f (14 электронов), 5g(18), 6d(10), 6f (14), 6g (18) и 6h (22). Все они перекрывают подоболочку 7s.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 5s 5f 5g 6s 6d 6f 6g 6h 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 4f Франций 2 8 18 32 18 — — 8 — — — — 1 87 Радий 2 8 18 32 18 — — 8 — — — — 2 88

У следующих элементов электронные подоболочки заполняются так же, как и у лантаноидов.

Элемент Количество электронов на Атомное число 1s 2s 3s 4s 5s 5f 5g 6s 6d 6f 7s 2p 3p 4p 5p 6p 6g 3d 4d 5d 6h 4f Актиний 2 8 18 32 18 — — 8 1 — 2 89 Торий 2 8 18 32 18 — — 8 2 — 2 90 Протактиний 2 8 18 32 18 2 — 8 — — 2 91 Уран 2 8 18 32 18 3 — 8 — — 2 92 Нептуний 2 8 18 32 18 4 — 8 — — 2 93 Плутоний 2 8 18 32 18 5 — 8 — — 2 94 Америкум 2 8 18 32 18 7 — 8 — — 2 95 Кюрий 2 8 18 32 18 7 — 8 — — 2 96 Беркелий 2 8 18 32 18 8 — 8 — — 2 97 Калифорний 2 8 18 32 18 9 — 8 — — 2 98 Эйнштейний 2 8 18 32 18 10 — 8 — — 2 99 Фермий 2 8 18 32 18 11 — 8 — — 2 100 Менделевий 2 8 18 32 18 12 — 8 — — 2 101 Нобелий 2 8 18 32 18 13 — 8 — — 2 102 Лавренций 2 8 18 32 18 14 — 8 — — 2 103

Элементы от актиния до лавренция называются актиноидами. Хотя элемент с атомным числом 104 пока не открыт, у ученых есть все основания полагать, что его 104-й электрон займет подоболочку 6d, а химические свойства самого элемента будут схожи с гафнием.

Теперь становится очевидным, что в периодической таблице элементы расположены согласно размещению электронов на электронных оболочках их атомов.

Более 800 000 книг и аудиокниг! 📚

Получи 2 месяца Литрес Подписки в подарок и наслаждайся неограниченным чтением

ПОЛУЧИТЬ ПОДАРОК