Закономерности периодической системы: основные закономерности периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева

Содержание

Закономерности изменения свойств элементов и их соединений.

Периодический закон изменения свойств химических элементов был открыт в 1869 году великим русским ученым Д.И. Менделеевым и в первоначальной формулировке звучал следующим образом:

«… свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Атомным весом в те времена называли атомную массу химического элемента. Следует отметить, что в то время не было ничего известно о реальном строении атома и господствовала идея о его неделимости, в связи с чем Д.И. Менделеев сформулировал свой закон периодичного изменения свойств химических элементов и образованных ими соединений исходя из массы атомов. Позже после установления строения атома закон был сформулирован в следующей формулировке актуальной и в настоящий момент.

Свойства атомов химических элементов и образованных ими простых веществ находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов.

Графическим изображением периодического закона Д.И. Менделеева можно считать периодическую таблицу химических элементов, впервые построенную самим великим химиком, но несколько усовершенствованную и доработанную последующими исследователями. Фактически используемый в настоящее время вариант таблицы Д.И. Менделеева отражает современные представления и конкретные знания о строении атомов разных химических элементов.

Рассмотрим более детально современный вариант периодической системы химических элементов:

В таблице Д.И. Менделеева можно видеть строки, называемые периодами; всего их насчитывается семь. Фактически номер периода отражает число энергетических уровней, на которых расположены электроны в атоме химического элемента. Например, такие элементы, как фосфор, сера и хлор, обозначаемые символами P, S, и Cl, находятся в третьем периоде. Это говорит о том, что электроны в этих атомах расположены на трех энергетических уровнях или, если говорить более упрощенно, образуют трехслойную электронную оболочку вокруг ядер.

Каждый период таблицы, кроме первого, начинается щелочным металлом и заканчивается благородным (инертным) газом.

Все щелочные металлы имеют электронную конфигурацию внешнего электронного слоя ns1, а благородные газы — ns2np6, где n – номер периода, в котором находится конкретный элемент. Исключением из благородных газов является гелий (He) с электронной конфигурацией 1s2 .

Также можно заметить, что помимо периодов таблица делится на вертикальные столбцы — группы, которых насчитывается восемь. Большинство химических элементов имеет равное номеру группы количество валентных электронов. Напомним, что валентными электронами в атоме называются те электроны, которые принимают участие в образовании химических связей.

В свою очередь, каждая группа в таблице делится на две подгруппы – главную и побочную.

Для элементов главных групп количество валентных электронов всегда равно номеру группы. Например, у атома хлора, расположенного в третьем периоде в главной подгруппе VII группы, количество валентных электронов равно семи:

Элементы побочных групп имеют в качестве валентных электроны внешнего уровня или нередко электроны d-подуровня предыдущего уровня. Так, например, хром, находящийся в побочной подгруппе VI группы, имеет шесть валентных электронов – 1 электрон на 4s-подуровне и 5 электронов на 3d-подуровне:

Общее количество электронов в атоме химического элемента равно его порядковому номеру. Другими словами, общее количество электронов в атоме с номером элемента возрастает. Тем не менее, количество валентных электронов в атоме изменяется не монотонно, а периодически – от 1-го у атомов щелочных металлов до 8-ми для благородных газов.

Иными словами, причина периодического изменения каких-либо свойств химических элементов связана с периодическими изменениями в строении электронных оболочек.

При движении вниз по подгруппе атомные радиусы химических элементов возрастают ввиду увеличения количества электронных слоев. Тем не менее, при движении по одному ряду слева направо, то есть с ростом количества электронов для элементов, расположенных в одном ряду, происходит уменьшение радиуса атома. Данный эффект объясняется тем, что при последовательном заполнении одной электронной оболочки атома ее заряд, как и заряд ядра, увеличивается, что приводит к усилению взаимного притяжения электронов, в результате чего электронная оболочка «поджимается» к ядру:

Вместе с тем, внутри одного периода с ростом количества электронов происходит уменьшение радиуса атома, а также возрастает энергия связи каждого электрона внешнего уровня с ядром. Это означает, что, например, ядро атома хлора будет удерживать электроны своего внешнего уровня намного сильнее, чем ядро атома натрия единственный электрон внешнего электронного уровня. Более того, при столкновении атома натрия и хлора хлор «отберет» единственный электрон у атома натрия, то есть электронная оболочка хлора станет такой же, как у благородного газа аргона, а у натрия — такой же, как у благородного газа неона. Способность атома какого-либо химического элемента оттягивать на себя «чужие» электроны при столкновении с атомами другого химического элемента называется электроотрицательностью. Более подробно про электроотрицательность будет рассказано в главе, посвященной химическим связям, но нужно отметить, что, электроотрицательность, как и многие другие параметры химических элементов, также подчиняется периодическому закону Д.И. Менделеева. Внутри одной подгруппы химических элементов электроотрицательность убывает, а при движении по ряду одного периода вправо электроотрицательность возрастает.

Следует усвоить один полезный мнемонический прием, позволяющий восстановить в памяти то, как меняются те или иные свойства химического элемента. Заключается он в следующем. Представим себе циферблат обычных круглых часов. Если его центр поместить в правый нижний угол таблицы Д.И. Менделеева, то свойства химических элементов будут однообразно изменяться при движении по ней вверх и вправо (по часовой стрелке) и противоположно вниз и влево (против часовой стрелки):

Попробуем применить данный прием к размеру атома. Допустим, что вы точно помните, что при движении вниз по подгруппе в таблице Д.И. Менделеева радиус атома увеличивается, поскольку растет число электронных оболочек, но напрочь забыли, как изменяется радиус при движении влево и вправо.

Тогда нужно действовать следующим образом. Поставьте большой палец правой руки в правый нижний угол таблицы. Движение вниз по подгруппе будет совпадать с движением указательного пальца против часовой стрелки, как и движение влево по периоду, то есть радиус атома при движении влево по периоду, как и при движении вниз по подгруппе, увеличивается.

Аналогично и для других свойств химических элементов. Точно зная, как изменяется то или иное свойство элемента при движении вверх-вниз, благодаря данному методу вы сможете восстановить в памяти то, как меняется это же свойство при движении влево или вправо по таблице.

Периодическая таблица и закономерности изменения свойств химических элементов











1.

Радиусы атомов

1 вид — рецептивный

лёгкое

1 Б.

Надо определить, у какого из химических элементов больше радиус атома.

2.

Изменение свойств в группах

1 вид — рецептивный

лёгкое

1 Б.

Задание на установление закономерностей изменения свойств химических элементов в главных подгруппах Периодической таблицы.

3.

Самый сильный неметалл

1 вид — рецептивный

лёгкое

1 Б.

Требуется выбрать химический элемент с наиболее выраженными неметаллическими свойствами.

4.

Высшие гидроксиды

2 вид — интерпретация

среднее

2 Б.

Надо выбрать формулу и указать свойства высшего гидроксида химического элемента.

5.

Высшие оксиды

2 вид — интерпретация

среднее

2,5 Б.

Требуется определить, какой из оксидов высший, и указать его характер.

6.

Металлические свойства и радиусы атомов

2 вид — интерпретация

среднее

3 Б.

Надо определить, в каком ряду элементов закономерно изменяются металлические свойства или радиус атома.

7.

Определи неметалл

3 вид — анализ

сложное

3 Б.

Требуется определить неметалл по относительной молекулярной массе его водородного соединения.

8.

Основные свойства оксидов

3 вид — анализ

сложное

4 Б.

Необходимо выбрать ряд оксидов, в котором закономерно изменяются их кислотные или основные свойства.

9.

Реакции высших оксидов

3 вид — анализ

сложное

4 Б.

Требуется выбрать вещества, с которыми может реагировать высший оксид химического элемента.

Периодическая закономерность в свойствах элементов





    ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА — естественная система химических элементов, созданная гениальным русским химиком Д. И. Менделеевым. Расположив элементы в последовательности возрастания атомных масс и сгруппировав элементы с аналогичными свойствами, Д. И. Менделеев составил таблицу элементов, закономерности которой теоретически вытекают из сформулированного им периодического закона Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от их атомного веса (1869—1871 гг.). Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева позволяют установить свя ь между всеми химическими элементами, предсказать существование ранее неизвестных элементов и описать их свойства. Как впоследствии стало известно, периодичность в изменении свойств элементов обусловлена числом электронов в атоме, электронной структурой атома, периодически изменяющейся по мере возрастания числа электронов. Число электронов равно положительному заряду атомного ядра это число равно порядковому (атомному) номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Отсюда современная формулировка периодического закона Свойства элементов, а также свойства образованных ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов их атомных ядер (2) . Поскольку атомные массы элементов, как правило, возрастают в той же последовательности, что и заряды атомных ядер, современная форма таблицы периодической системы элементов полностью совпадает с менделеевской, где аргон, кобальт, теллур расположены не в порядке возрастания атомной массы, а на основе их химических свойств. Это несоответствие рассматривалось противниками Д. И. Менделеева как недостаток его системы, но, как позже было доказано, закономерность нарушается в связи с изотопным составом элементов, что также предвидел Д. И. Менделеев. Периодический закон и периодическая система элементов [c.188]








    Если сопоставить электронное строение атомов, то можно заметить, что структура внешних энергетических уровней периодически повторяется (сравним литий 2 и натрий 3 бериллий 2 и магний 3 , бор 2 2p и алюминий 3 3р и т. д.). Такая закономерность будет соблюдаться и в последующих периодах. Именно этим объясняется периодическая повторяемость свойств элементов в периодах. В этом сущность и причина периодичности, обнаруженной Д. И. Менделеевым, который не располагал сведениями о строении атома. Итак, теория строения атома подтвердила истинность менделеевского открытия, подвела под него мощную базу. [c.44]

    Свойства элементов, определяемые электронной оболочкой атома, закономерно изменяются по периодам и группам периодической системы. При этом, поскольку в ряду элементов-аналогов электронные структуры сходны, но не тождественны, при переходе от одного элемента к другому в группах и подгруппах наблюдается не простое повторение свойств, а их более или менее отчетливо выраженное закономерное изменение.[c.31]

    Период полураспада (Т. д)- время, за которое количество нестабильных частиц уменьшается наполовину. П. п.— одна из основных характеристик радиоактивных изотопов, неустойчивых элементарных (фундаментальных) частиц. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева — естественная система химических элементов. Расположив элементы в порядке возрастания атомных масс (весов) и сгруппировав элементы с аналогичными свойствами, Д. И. Менделеев составил таблицу элементов, выражающую открытый им периодический закон Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости от их атомного веса (1869—1871 гг.). Периодический закон и периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева позволяют установить взаимную связь между всеми известными химическими элементами, предсказать существование ранее неизвестных элементов и описать их свойства. На основе закона и периодической системы Д. И. Менделеева найдены закономерности в свойствах химических соединений различных элементов, открыты новые элементы, получено много новых веществ. Периодичность в изменении свойств элементов обусловлена строением электронной оболочки атома, периодически изменяющейся по мере возрастания числа электронов, равного положительному заряду атомного ядра Z. Отсюда современная формулировка периодического закона свойства элементов, а также образованных ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от величин зарядов их атомных ядер (Z). Поэтому химические элементы в П. с. э. располагаются в порядке возрастания Z, что соответствует в целом их расположению по атомным массам, за исключением Аг—К, Со—N1, Те—I, Th—Ра, для которых эта закономерность нарушается, что связано с нх изотопным составом. В периодической системе все химические элементы подразделяются на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную и побочную подгруппы. В каждой подгруппе содержатся элементы, обладающие сходными химическими свойствами. Элементы главной и побочной подгрупп в каждой группе, как правило, обнаруживают между собой определенное химическое сходство главным образом в высших степенях окисления, которое, как правило, соответствует номеру группы. Периодом называют совокупность элементов, начинающуюся щелочным металлом и заканчивающуюся инертным газом (особый случай — первый период) каждый период содержит строго определенное число элементов. П. с. э. имеет 8 групп и 7 периодов (седьмой пока не завершен). [c.98]

    Р) напоминает по своим свойствам первый (водород Н), девятый элемент напоминает второй и т.д. Подметив, что каждый восьмой элемент в построенной им последовательности напоминает по своим свойствам исходный элемент, с которого начинается счет, Ньюлендс стал сравнивать свои химические октавы (восьмерки) с музыкальными октавами и сам назвал установленную им закономерность законом октав. Периодическое повторение химических свойств элементов по октавам представлялась ему проявлением их глубинной гармонии, подобной гармонии в музыке. Однако хотя такое сопоставление весьма привлекательно, на самом деле оно необоснованно. Если бы Ньюлендс знал о благородных газах, периодическое повторение свойств элементов происходило бы не но октавам, а по девяткам элементов. Ему пришлось бы отказаться от своей музыкальной аналогии, и тогда он, вероятно, избежал бы насмешек и равнодушия, к которым был весьма чувствителен. (Подробности о Ньюлендсе см. в послесловии к данной главе.) [c.306]

    Теперь, когда новейшие исследования позволили принять за основную количественную характеристику химического элемента порядковый номер, т. е. величину положительного электрического заряда ядра атома, и на основе его вскрыть периодическую изменяемость структуры электронной оболочки, можно сказать, что с изменяемостью последней связано периодическое изменение свойств элементов. Прежняя форма периодической системы (табл. 21) не может отразить в полной мере сложную картину многообразия химической природы элементов и закономерности изменения их различных свойств.[c.101]

    Так как скорость электрохимической коррозии металлов является функцией многих факторов, положение металла в периодической системе элементов Д. И. Менделеева не характеризует однозначно его коррозионную стойкость, однако ряд закономерностей и периодически повторяющихся свойств можно проследить в этой системе и в отношении коррозионной характеристики металлов (табл. 45). [c.325]

    Физический смысл периодического закона состоит в том, что периодическое изменение свойств элементов находится в полном соответствии с периодически возобновляющимися на все более высоких энергетических уровнях сходными электронными структурами атомов. С их закономерным изменением закономерно изменяются физические и химические свойства. Так образуются подгруппы системы, т. е. вертикальные ряды элементов-аналогов по их электронной структуре. Например, в подгруппе углерода [c.95]

    До 1870 г. индий считался двухвалентным элементом с атомным весом 75,6. В 1870. г. Д. И. Менделеев установил, что этот элемент трехвалентен, а его атомный вес 113 так получалось из закономерностей периодического измепения свойств элементов. В пользу этого предположения говорили также новые данные о теплоемкости индия. Какие рассуждения привели к этому выводу, говорится в отрывке из статьи Д. И. Менделеева, приведенном на стр. 39. [c.34]

    Периодическая система Д.И. Менделеева представляет собой целостную систему периодов и групп, которые характеризуют периодическое изменение свойств элементов. Структура периодической системы совершенна на 100 % /2КГ. 288/. Совершенство периодической системы элементов является убедительным свидетельством утверждений о существовании закономерности совершенства формы (структуры) и ее проявлении в фундаментальных классификационных системах природы, типа системы химических элементов. Ведущим признаком элемента является его место в систе.ме, выражающей связи и возможные отношения между элементами. Периодическая система может рассматриваться как некая матрица, в которой каждый элемент снабжен двумя индексами, номером периода или горизонтального ряда и номером группы или вертикального столбца. Для того чтобы выяснить свойства отдельного элемента. [c.3]








    Некоторое преобладание среди первых актинидов высших валентностей, отличающее их от первых лантанидов, является закономерным следствием периодических изменений свойств элементов при переходе в пределах данной группы от более легких к более тяжелым элементам. Такое изменение свойств было отмечено еще Менделеевым и может быть объяснено тем, что при большем числе электронных оболочек в атоме электроны наружных оболочек более уда.иены от ядра, связаны с ядром слабее и легче могут принимать участие в образовании связей с другими атомами химических соединений. [c.301]

    Характеристика свойств элементов по их положению в периодической системе. Свойства элементов в пределах периодов и групп изменяются не случайно, а закономерно, на основе периодического закона. Следовательно, каждой клетке в периодической системе соответствует определенная совокупность свойств элемента. Атомный вес и все другие константы элемента (плотность, температура плавления и кипения и т. д.) с достаточной точностью вычисляются как среднее арифметическое между значениями соответствующих констант элементов, окружающих данный элемент. [c.119]

    Эту закономерность — периодическое изменение свойств элементов в зависимости от их атомных весов— Д. И. Менделеев назвал периодическим законом и дал ему следующую формулировку  [c.192]

    Самой первой и наиболее четко выражающей существо периодического изменения свойств элементов была и остается модель, которую мы назвали бы химической. Она тождественна менделеевской естественной системе и, следовательно, является канонической. Именно эту модель мы и имели в виду, формулируя определение системы как упорядоченного множества. Физическое обоснование закона периодичности и разработка Н. Бором квантовой модели строения атома привели к появлению новой модели явления периодичности, ее можно назвать формальной физической. Эта модель отражает существование электронной периодичности и представляет фундамент формальной теории периодической системы. Формализм ее заключается в том, что ее построение проводилось с непременным учетом закономерностей изменения химических свойств элементов по мере роста 2, а не на основе каких-либо строгих теоретических представлений. Формальная физическая модель относится к реальной схеме формирования электронных конфигураций атомов, и ее можно рассматривать в качестве физического объяснения явления периодичности, другими словами — как интерпретацию химической модели на электронном уровне развития учения о периодичности. [c.34]

    В начале курса мы определили химию как науку о веществах и их превращениях. Теперь, пользуясь понятием о химических элементах, мы можем добавить, что важнейшая задача химии состоит в изучении свойств элементов, в отыскании общих закономерностей в их поведении и в их отношениях между собой. Знание этих закономерностей даст возможность химического предвидения. Величайший шаг в решении этой задачи был сделан Менделеевым, открывшим закон периодического изменения свойств элементов в зависимости от их атомных весов и создавшим на основе этого закона периодическую систему элементов. [c.47]

    Итак, физический смысл периодического закона состоит в том, что периодическое изменение свойств элементов находится в полном соответствии с периодически возобновляющимися на все более высоких энергетических уровнях сходными электронными структурами атомов. С их закономерным изменением закономерно изменяются физические и химические свойства элементов. [c.91]

    Используя уже открытые закономерности свойств элементов, изучая каталитическую активность отдельных металлов, их солевых и окисных форм и, прежде всего, поливалентных переходных металлов, в настоящее время в нашей промышленности на базе 46 элементов периодической системы созданы и производятся десятки тысяч тонн катализаторов для расщепления высококипящих фракций нефти, гидрирования и дегидрирования, окисления, гидратации и дегидратации, изомеризации и циклизации и многих других процессов нефтепереработки и нефтехимии. Кроме того, свыше 20 элементов изучаются в научно-исследовательских институтах для создания новых, более эффективных катализаторов для промышленной технологии. [c.171]

    Здесь все члены ряда двуатомны, причем также по кислороду. Но вопрос об атомности элементов не входил в тему августовского доклада Менделеева, так как касался химической стороны периодической зависимости свойств элементов от атомного веса, тогда как в докладе освещалась физическая сторона этой зависимости. Тем не менее к этому моменту переход к рассмотрению химической стороны открытой закономерности в ее количественном выражении уже вполне назрел у Менделеева, и нужен был только толчок, чтобы заняться ею специально. Таким толчком, возможно, и послужило, как нам кажется, сообщение Бекетова, о котором упоминалось выше и которое было прочитано на том же съезде почти сразу после доклада Менделеева об атомных объемах. [c.66]

    Таковы взгляды Менделеева по этому вопросу. Наиболее существенным в них с философской точки зрения является то, что для Менделеева заранее исключается господство чистой случайности в любом сколь угодно малом участке изучаемой области явлений природы. И если с точки зрения периодического закона объективно существуют какие-то пределы, в рамках которых изменение атомного веса Р на малую величину р не отражается на периодической зависимости свойств элементов, то это отнюдь не означает, что в этих узких рамках не действует никакой закономерности вообще. Нет, это означает, по Менделееву, только то, что здесь действует иная закономерность, отличная от периодического закона, но действует обязательно, и открытие ее есть задача науки будущего. [c.219]

    Еще раньше отмечалось, что по смыслу периодического закона свойства элементов в периодах (слева направо) и в группах (сверху вниз) должны закономерно и линейно изменяться (усиление или ослабление). Вместе с тем было показано (см. рис. 9 и 10), что в пределах каждого периода кривые ионизационных потенциалов, а также радиусов атомов имеют отклонения, обусловленные особенностями построения электронных оболочек атомов. Наиболее существенные отклонения наблюдаются у соединений элементов некоторых групп, а иногда у самих элементов, проявляющих свою максимальную валентность или на две единицы меньше максимальной.[c.101]

    Здесь же вводится и представление об электроотрицательности элементов следует подчеркнуть его важность как средства приближенного предсказания ряда свойств молекул, например степени ионности связи. При прохождении этой темы также рекомендуется остановиться на периодических закономерностях. [c.574]

    Таким образом, можно утверждать, что к середине 20-х годов была разработана формальная теория периодической системы периодическое изменение свойств элементов находило объяснение в закономерностях формирования электронных конфигураций атомов с ростом 2. Однако модели этих конфигураций не опирались на какую-либо строгую физическую теорию, а основывались в значительной степени на химических и спектроскопических данных. Что же касается чисто физической стороны боровской теории атома, то она страдала ограниченностью, которую была не способна преодолеть хотя представление о возможных орбитах электрона опиралось на квантовую теорию, расчет этих орбит основывался на методах классической механики и электродинамики. Таким образом, теория Бора не была последовательно ни квантовой, ни классической. Как метко заметил в свое время В. Брэгг, в ней мы как бы должны по понедельникам, средам и пятницам пользоваться классическими законами, а по вторникам, четвергам и субботам — квантовыми [45, стр. 330]. [c.252]

    Наиболее устойчивые элементы — благородные газы-располагаются в последовательном ряду элементов с возрастающими порядковыми номерами с интервалами 2, 8, 8, 18, 18 и 32. Зная эти интервалы и наиболее важные сходства в свойствах элементов, можно построить периодическую таблицу, в которой сходные элементы располагаются друг под другом в вертикальных колонках — группах, а химические свойства элементов закономерно изменяются вдоль горизонтальных рядов-периодов. Полную, длиннопериодную форму периодической таблицы можно Представить в компактной, свернутой форме, наглядно иллюстрирующей возможность разбиения всех элементов на три категории типические (непереходные) элементы, для которых характерно значительное изменение свойств внутри периодов переходные металлы, более сходные между собой по свойствам, и внутренние переходные металлы с чрезвычайно близкими свойствами.[c.323]

    На примере гидридов и оксидов типических элементов хорошо иллюстрируется корреляция между валентностью и номером группы элемента. Элементы, расположенные в левом нижнем углу периодической системы, представляют собой металлы. Они образуют ионные гидриды и оксиды, водные растворы которых обладают основными свойствами. Элементы, расположенные в верхнем правом углу периодической системы, являются неметаллами. Их соединения с водородом и оксиды представляют собой небольщие молекулы с ковалентными связями при нормальных условиях они существуют в форме жидкостей или газов и проявляют кйслотные свойства. В промежуточной части периодической таблицы между ее верхним правым и нижним левым углами находятся элементы, которые обнаруживают постепенно изменяющиеся свойства. По мере перехода от неметаллических элементов к семиметаллическим и далее к металлам их соединения с водородом становятся вместо кислотных инертными или нейтральными и далее основными (хотя эта общая закономерность осложняется многими отклонениями), а оксиды переходят более закономерным образом от кислотных к амфотерным и далее к основным.[c.323]

    Изложенное показывает, что по мере роста заряда ядра происходит закономерная периодическая повторяемость сходных электронных структур, а следовательно, и повторяемость свойств элементов. [c.28]

    Знание электронного строения атомов позволяет подойти к интерпретации химических свойств элементов. Не следует пытаться запоминать все приводимые ниже факты, нужно лишь выделять из описательного материала те свойства, которые подчиняются регулярным периодическим закономерностям и могут быть объяснены электронным строением атомов. Не каждое химическое свойство становится абсолютно ясным, если известно электронное строение атома данного элемента, но многие наблюдаемые факты приобретают на этой основе ясный смысл, и именно этот смысл следует искать в массе химических данных. [c.432]

    Закономерное повторение свойств элементов при их расположении в порядке возрастания атомного номера называется периодическим законом.[c.127]

    В этой главе мы исследуем закономерности, обнаруживаемые во взаимосвязи между физическими и химическими свойствами элементов и их соединений. Эти закономерности приводят непосредственно к важнейшей схеме классификации материи-периодической системе элементов. Эрнсту Резерфорду, который однажды сказал, что существуют два типа науки — физика и коллекционирование марок,-периодическая система элементов могла казаться доведенным до совершенства альбомом марок. Если бы данная глава была последней в нашей книге, его точка зрения представлялась бы оправданной. Однако сведение всех элементов природы в таблицу периодической системы является лишь началом развития химии, а отнюдь не его концом. Установив схему классификации элементов, мы должны найти способ ее объяснения на основе рассмотрения свойств электронов и других субатомных частиц, из которых построены атомы. Такое объяснение-задача следующих глав. Но прежде чем обратиться к теоретическому описанию природы, надо сначала узнать, что она представляет собой в действительности.[c.303]

    На основе установленных периодических закономерностей, отраженных в построении таблицы, Менделееву удалось предсказать свойства еще не открытых элементов. Эти предположения впоследствии оказались поразительно точными, как можно воочию убедиться, сопоставляя предсказанные Менделеевым свойства экасилиция со свойствами открытого позже элемента, названного германием, Се, который теперь занимает в таблице Менделеева место экасилиция. Свойства обоих элементов приведены в табл. 7-2. [c.310]

    Периодический закон, установив закономерное изменение свойств элементов при возрастании их атомных весов, положил конец господству чисто эмпирического метода изучения химических свойств различных элементов и их соединений. Он остается и в настоящее время незыблемой основой систематики различных свойств химических элементов и их соединений. [c.16]

    После перерыва в заселении р-орбиталей у элементов четвертого и следующих периодов, связанного с включением в эти периоды переходных и внутренних переходных металлов, оно возобновляется (как у В и А1 во втором и третьем периодах) и продолжается до окончательного заполнения р-орбиталей. Щелочные и щелочноземельные металлы характеризуются плавным изменением свойств в пределах каждой группы. Свойства переходных металлов тоже плавно изменяются в пределах каждого ряда. Но начиная с группы 1ПА наблюдаются резкие изменения свойств элементов в каждой группе, хотя эти из.менения осуществляются закономерно во всей остальной части периодической системы. Здесь происходят резкие изменения свойств элементов от типично металлических к типично неметаллическим. Некоторые из подобных закономерностей показаны в табл. 10-5 и 10-6, [c.452]

    ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В СВОЙСТВАХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОГО СЕМЕЙСТВА [c.284]

    Большую часть материала, изложенного в данной главе, намного легче понять и запомнить, если руководствоваться некоторыми закономерностями в физических и химических свойствах элементов, связанных с их положением в периодической таблице. Некоторые из наиболее важных закономерностей этого типа иллюстрируются рис. 21.3. Напомним, что электроотрицательность элементов возрастает при перемещении снизу вверх вдоль любой группы и слева направо в любом периоде. Таким образом, неметаллы характеризуются более высокими электроотрицательностями, чем металлы. При перемещении сверху вниз в каждой группе последовательно усиливаются 1 металлические свойства элементов. [c.284]








    Обращает на себя внимание несоответствие между положением некоторых металлов в ряду напряжений и местом элементов в периодической системе. Особенно выделяется литий. Это связано с тем, что в сложном процессе взаимодействия металла с водным раствором наряду с факторами, требующими затраты энергии (атомиза-ция, нонизация), преобладают процессы гидратации, сопровождаемые выделением теплоты. Они взаимосвязаны с электронной структурой атома (иона), его зарядом и радиусом. Ион лития, имеющий наименьший радиус, будет создавать около себя более значительное электрическое поле, чем, например, ион калия, и будет гидратироваться с выделением большей энергии. Ряд напряжений металлов в отличие от периодической системы не является отражением изменения общих закономерностей свойств элементов, а характеризует лишь окислительно-восстановительную активность электро- [c. 155]

    Мы уже говорили о трех уровнях развития учения о периодичности — химическом, электронном (атомном) и ядерном они как бы соответствуют развитию, протекающему в трех измерениях. Для первых двух уровней характерно развитие в ширину и глубину. В ширину — совершенствование структуры периодической системы предсказание и открытие новых, неизвестных ранее э.чемен-тов, изучение на основе системы различных свойств химических элементов и их соединений и отыскание тонких закономерностей изменения этих свойств (здесь решающая роль принадлежит опыту и умению химиков). Когда в судьбу периодичности властно вмешалась физика, началось движение вглубь — познание физических причин периодического изменения свойств элементов, разработка теории периодической системы. Переход на атомный уровень отнюдь не означает, что химический уровень отпал оба они, многократно пересекаясь, дополняют друг друга, и без их теснейшего взаимопроникновения нельзя представить себе настоящую картину учения о периодичности.[c.69]

    Характеристика свойств элементов по нх местоположению в периодической системе. Свойства элементов в пределах периодов и рупн изменяются не случайно, а закономерно, на огио- [c.179]

    Одновременно с Ньюлендсом к открытию периодического закона приближался во Франции де Шанкуртуа. Но в отличие от чувственного музыкально-звукового образа, послужившего для Ньюлендса аналогией с частично выявленной им закономерностью химических элементов, французский натуралист использовал абстрактно-геометрический образ он сравнивал периодическое повторение свойств элементов, расположенных по величине их атомных весов, с наматыванием спиральной линии ( vis tellurique ) на боковую поверхность цилиндра. Возможно, что какие-то психические черты того и другого ученого, характер их личности и воспитания, любимые ими развлечения и т. п. обстоятельства обусловили то, что у Ньюлендса связь элементов ассоциировалась с музыкально-акустическим образом, а у де Шанкуртуа — с конструктивно-геометрическим зрительным образом. Но так или иначе, в той или другой форме назревшая к 60-м годам XIX в. необходимость настойчиво пробивала себе дорогу при этом для ее осуществления наметились различные случайные пути, зависевшие в значительной мере от психического облика тех людей, которые улавливали эту необходимость и брались за ее осуществление. [c.148]

    Работа химика весьма часто заключается в определении физических и химических характеристик веществ. Группировать эпи данные можно различными способами. Самый лучший способ — это гакой, который позволяет выявить закономерности в экспериментальных величинах. Очень часто наличие таких закономерностей стимулирует работы по исследованию причин их существования. Разработка периодической таблицы является великолепным примером ценности такого подхода (гл. II, разд. Б.4). Вспомните, как вы предсказывали свойства элементов, исходя из знания свойств элементов, расположенных рядом. [c.184]

    Итак, в естественном ряду элементов (т. е. элементов, расположенных в порядке возрастания атомной массы) их химические свойства изменяются не монотонно, а периодически. Закономерное изменение свойств элементов в пределах одного отрезка естественного ряда (Ы — Г) повторяются и у других (Ка — С1, К — Вг). Иначе говоря, сходные в химическом отношении элементы встречаются в естественном ряду через правильные интервалы и, следовательно, повторяются периодически. Эта о дмечательная закономерность, обнаруженная Д. И. Менделеевым и названная им законом периодичности, была сформулирована следующим образом  [c.20]

    Главная подгруппа IV группы периодической системы химических элементов Д. М. Менделеева содержит углерод С, кремний 81, германий 6е, олово 8п и свинец РЬ. Внешний электмнный слой этих элементов содержит 4 электрона (конфигурация з р ). С увеличением атомного номера свойства элементов закономерно изменяются. Так, углерод и кремний — типичные неметаллы, олово и свинец — металлы. [c.129]


Периодическая закономерность в свойствах — Справочник химика 21





    ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА — естественная система химических элементов, созданная гениальным русским химиком Д. И. Менделеевым. Расположив элементы в последовательности возрастания атомных масс и сгруппировав элементы с аналогичными свойствами, Д. И. Менделеев составил таблицу элементов, закономерности которой теоретически вытекают из сформулированного им периодического закона Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от их атомного веса (1869—1871 гг.). Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева позволяют установить свя ь между всеми химическими элементами, предсказать существование ранее неизвестных элементов и описать их свойства. Как впоследствии стало известно, периодичность в изменении свойств элементов обусловлена числом электронов в атоме, электронной структурой атома, периодически изменяющейся по мере возрастания числа электронов. Число электронов равно положительному заряду атомного ядра это число равно порядковому (атомному) номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Отсюда современная формулировка периодического закона Свойства элементов, а также свойства образованных ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов их атомных ядер (2) . Поскольку атомные массы элементов, как правило, возрастают в той же последовательности, что и заряды атомных ядер, современная форма таблицы периодической системы элементов полностью совпадает с менделеевской, где аргон, кобальт, теллур расположены не в порядке возрастания атомной массы, а на основе их химических свойств. Это несоответствие рассматривалось противниками Д. И. Менделеева как недостаток его системы, но, как позже было доказано, закономерность нарушается в связи с изотопным составом элементов, что также предвидел Д. И. Менделеев. Периодический закон и периодическая система элементов [c.188]








    Так как скорость электрохимической коррозии металлов является функцией многих факторов, положение металла в периодической системе элементов Д. И. Менделеева не характеризует однозначно его коррозионную стойкость, однако ряд закономерностей и периодически повторяющихся свойств можно проследить в этой системе и в отношении коррозионной характеристики металлов (табл. 45). [c.325]

    Если сопоставить электронное строение атомов, то можно заметить, что структура внешних энергетических уровней периодически повторяется (сравним литий 2 и натрий 3 бериллий 2 и магний 3 , бор 2 2p и алюминий 3 3р и т. д.). Такая закономерность будет соблюдаться и в последующих периодах. Именно этим объясняется периодическая повторяемость свойств элементов в периодах. В этом сущность и причина периодичности, обнаруженной Д. И. Менделеевым, который не располагал сведениями о строении атома. Итак, теория строения атома подтвердила истинность менделеевского открытия, подвела под него мощную базу. [c.44]

    Р) напоминает по своим свойствам первый (водород Н), девятый элемент напоминает второй и т.д. Подметив, что каждый восьмой элемент в построенной им последовательности напоминает по своим свойствам исходный элемент, с которого начинается счет, Ньюлендс стал сравнивать свои химические октавы (восьмерки) с музыкальными октавами и сам назвал установленную им закономерность законом октав. Периодическое повторение химических свойств элементов по октавам представлялась ему проявлением их глубинной гармонии, подобной гармонии в музыке. Однако хотя такое сопоставление весьма привлекательно, на самом деле оно необоснованно. Если бы Ньюлендс знал о благородных газах, периодическое повторение свойств элементов происходило бы не но октавам, а по девяткам элементов. Ему пришлось бы отказаться от своей музыкальной аналогии, и тогда он, вероятно, избежал бы насмешек и равнодушия, к которым был весьма чувствителен. (Подробности о Ньюлендсе см. в послесловии к данной главе.) [c.306]

    Так как же все же был открыт периодический закон Попытаемся найти ответ на поставленный вопрос в других работах Менделеева, написанных в то время, когда он обрабатывал свое открытие или вскоре после этого. В марте 1871 г. Менделеев написал заметку к истории создания периодической системы элементов. В ней говорилось … Периодическая зависимость свойств несходных элементов и их соединений от атомного веса элементов могла быть установлена только после того, как эта зависимость была доказана для сходных элементов. В сопоставлении несходных элементов заключается также, как мне кажется, важнейший признак, которым моя система отличается от систем моих предшественников. Как и эти последние, я принял, за небольшим исключением, те же группы аналогичных элементов, но при этом я поставил себе цель исследовать закономерность во взаимном отношении групп. При этом я пришел к вы- [c.205]

    Здесь же вводится и представление об электроотрицательности элементов следует подчеркнуть его важность как средства приближенного предсказания ряда свойств молекул, например степени ионности связи. При прохождении этой темы также рекомендуется остановиться на периодических закономерностях. [c.574]

    Период полураспада (Т. д)- время, за которое количество нестабильных частиц уменьшается наполовину. П. п.— одна из основных характеристик радиоактивных изотопов, неустойчивых элементарных (фундаментальных) частиц. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева — естественная система химических элементов. Расположив элементы в порядке возрастания атомных масс (весов) и сгруппировав элементы с аналогичными свойствами, Д. И. Менделеев составил таблицу элементов, выражающую открытый им периодический закон Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости от их атомного веса (1869—1871 гг.). Периодический закон и периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева позволяют установить взаимную связь между всеми известными химическими элементами, предсказать существование ранее неизвестных элементов и описать их свойства. На основе закона и периодической системы Д. И. Менделеева найдены закономерности в свойствах химических соединений различных элементов, открыты новые элементы, получено много новых веществ. Периодичность в изменении свойств элементов обусловлена строением электронной оболочки атома, периодически изменяющейся по мере возрастания числа электронов, равного положительному заряду атомного ядра Z. Отсюда современная формулировка периодического закона свойства элементов, а также образованных ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от величин зарядов их атомных ядер (Z). Поэтому химические элементы в П. с. э. располагаются в порядке возрастания Z, что соответствует в целом их расположению по атомным массам, за исключением Аг—К, Со—N1, Те—I, Th—Ра, для которых эта закономерность нарушается, что связано с нх изотопным составом. В периодической системе все химические элементы подразделяются на группы и периоды. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную и побочную подгруппы. В каждой подгруппе содержатся элементы, обладающие сходными химическими свойствами. Элементы главной и побочной подгрупп в каждой группе, как правило, обнаруживают между собой определенное химическое сходство главным образом в высших степенях окисления, которое, как правило, соответствует номеру группы. Периодом называют совокупность элементов, начинающуюся щелочным металлом и заканчивающуюся инертным газом (особый случай — первый период) каждый период содержит строго определенное число элементов. П. с. э. имеет 8 групп и 7 периодов (седьмой пока не завершен). [c.98]








    Знание электронного строения атомов позволяет подойти к интерпретации химических свойств элементов. Не следует пытаться запоминать все приводимые ниже факты, нужно лишь выделять из описательного материала те свойства, которые подчиняются регулярным периодическим закономерностям и могут быть объяснены электронным строением атомов. Не каждое химическое свойство становится абсолютно ясным, если известно электронное строение атома данного элемента, но многие наблюдаемые факты приобретают на этой основе ясный смысл, и именно этот смысл следует искать в массе химических данных. [c.432]

    Несмотря на все это, Д. И. Менделеев не только открыл периодическую закономерность, но и понял, что эта закономерность представляет важнейший закон, что в ней проявляются фундаментальные свойства вещества, и это дало ему возможность уверенно предсказать свойства новых, еще не открытых элементов, что справедливо было отмечено Ф. Энгельсом как научный подвиг. Эти предсказания блестяще оправдались. Так, например, для галлия, названного Д. И. Менделеевым экаалюминием, он предсказал следующие значения свойств атомная масса 68, плотность 5,9—6, атомный объем 11,5. Оказалось, что у галлия атомная масса равна 69,7, плотность 5,96 и атомный объем 11,6. Дальнейшее развитие химии и физики позволило подвести теоретическую базу, объяснить периодический закон, вывести его как следствие законов, описывающих элементарные свойства вещества. [c.454]

    Несмотря на все это, Д. И. Менделеев не только открыл периодическую закономерность, но и понял, что эта закономерность представляет важнейший закон, что в ней проявляются фундаментальные свойства вещества, и это дало ему возможность уверенно предсказать свойства новых, еще не открытых элементов, что справедливо было отмечено Ф. Энгельсом как научный подвиг. Эти предсказания блестяще оправдались. Так, например, для галлия, назван- [c.577]

    На основе установленных периодических закономерностей, отраженных в построении таблицы, Менделееву удалось предсказать свойства еще не открытых элементов. Эти предположения впоследствии оказались поразительно точными, как можно воочию убедиться, сопоставляя предсказанные Менделеевым свойства экасилиция со свойствами открытого позже элемента, названного германием, Се, который теперь занимает в таблице Менделеева место экасилиция. Свойства обоих элементов приведены в табл. 7-2. [c.310]

    ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В СВОЙСТВАХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОГО СЕМЕЙСТВА [c.284]

    Теперь, когда новейшие исследования позволили принять за основную количественную характеристику химического элемента порядковый номер, т. е. величину положительного электрического заряда ядра атома, и на основе его вскрыть периодическую изменяемость структуры электронной оболочки, можно сказать, что с изменяемостью последней связано периодическое изменение свойств элементов. Прежняя форма периодической системы (табл. 21) не может отразить в полной мере сложную картину многообразия химической природы элементов и закономерности изменения их различных свойств.[c.101]

    Физический смысл периодического закона состоит в том, что периодическое изменение свойств элементов находится в полном соответствии с периодически возобновляющимися на все более высоких энергетических уровнях сходными электронными структурами атомов. С их закономерным изменением закономерно изменяются физические и химические свойства. Так образуются подгруппы системы, т. е. вертикальные ряды элементов-аналогов по их электронной структуре. Например, в подгруппе углерода [c.95]

    Итак, в естественном ряду элементов (т. е. элементов, располо женных в порядке возрастания атомной массы) их химические свой ства изменяются не монотонно, а периодически. Закономерное изме нение свойств элементов в пределах одного отрезка естественного ряда (1л — Г) повторяются и у других (Ыа — С1, К — Вг). Иначе говоря сходные в химическом отношении элементы встречаются в естест венном ряду через правильные интервалы и, следовательно, повто ряются периодически. Эта замечательная закономерность, обнаружен ная Д. И. Менделеевым и названная им законом периодичности была сформулирована следующим образом  [c.20]

    Если сопоставить те или иные свойства различных химических элементов, то оказывается, что подавляющее большинство этих свойств является периодической функцией положительного заряда ядра и лишь немногие зависят от него линейно. Как видно из рис. XV- , линейно изменяются, в частности, характерные для элементов частоты колебаний рентгеновских лучей (в зависимости от жесткости отвечающие линиям К, Ь и М). Хороший пример четко выраженной периодической закономерности дают атомные объемы, т. е. объемы, занимаемые молем атомов элементов в твердом состоянии. [c.467]

    Снизу вверх (или обратно) по каждой подгруппе периодической системы свойства характеристичных оксидов и гидроксидов изменяются, в общем, весьма закономерно. При этом уже из приводимого ниже сопоставления теплот образования (в кДж на связь) видно, что аналогами элементов малых периодов являются в данном случае именно члены 1—7 рядов аналогов, тогда как соответствующие представители 11 —17 рядов отклоняются от общего хода изменения рассматриваемых величин  [c. 485]

    Вторая часть книги содержит разнообразный материал описательной химии. Основной упор здесь сделан на изложение неорганической химии, которое сопровождается последовательным выявлением периодических закономерностей в свойствах различных типов соединений. Более подробно, чем обычно, рассматривается химия простых анионов и катионов, а также оксианионов различных элементов и их кислородсодержащих кислот на современном уровне изложены основы химии координационных соединений, в том числе вопросы их строения, устойчивости и стереоизомерии. Сравнительно более лаконично подана органическая химия, хотя по существу затронуты все важнейшие стороны этой обширной области химии, включая механизмы органических реакций, химию полимеров и биохимию. В конце книги помещена не совсем обычная для учебных пособий глава, посвященная актуальной теме—связи химии с загрязнением окружающей среды. Во второй части книги постоянно применяются структурные представления, законы химического равновесия и подходы, использующие теоретические воззрения на природу кислотно-основных и окислительно-восстановительных процессов. Благодаря этому описательная химия превращается из несколько монотонного перечисления свойств веществ и наблюдаемых закономерностей их поведения в увлекательное объяснение научных, практических, а нередко и известных из повседневного опыта фактов на базе химических представлений. [c.5]

    Несмотря на то что соединение НВгОз до сих пор не получено, некоторые его свойства можно предвидеть, основываясь на периодических закономерностях. Предскажите таким способом следующие показатели  [c.374]

    Прежде всего пытались найти зависимость периодических изменений в величинах распространенности элементов от их атомных весов. Такой подход был тесно связан с общим развитием химии в последней четверти XIX века. К этому времени Д. И. Менделеев открыл закон о периодических изменениях разнообразных хи мических и физических свойств химических элементов и их соединений. Однако все попытки найти какую-либо периодическую закономерность в распространенности элементов не увенчались успехом. Оказалось, что распространенность химических элементов в земной коре не связана с их химическими свойствами. [c.84]

    В 1868 г. немецкий химик Лотар Мейер построил график зависимости между атомным объемом (объем 1 г-атома элемента в твердом состоянии, выраженный в см , т. е. отношение атомный вес/плотность), отложенным по оси ординат, и атомным весом, отложенным по оси абсцисс, на котором замечательным образом проявилась присущая элементам периодичность. Аналогичную периодичность в химических свойствах обобщил Д. И. Менделеев, впервые выразив ее в форме периодической таблицы элементов (рис. 1.4). Понятно, что изображенная таблица во многом еще несовершенна и отличается от современной как по содержанию, так и по внешнему виду. Однако самой высокой оценки заслуживает то обстоятельство, что Менделеев полностью осознавал существование периодической закономерности в проявлении фундаментальных свойств элементов, а внеся изменения в известную тогда последовательность размещения элементов и оставляя незанятые места в таблице, предсказал существование еще не открытых элементов. Мейер по справедливости оценил значение работы Менделеева, и дискуссия, развернувшаяся в 1868—1870 гг. на страницах журналов немецкого химического общества и русского физико-химического общества по поводу становления и утверждения нового фундаментального закона, оставила глубокий след в истории химии. [c.27]

    До 1870 г. индий считался двухвалентным элементом с атомным весом 75,6. В 1870. г. Д. И. Менделеев установил, что этот элемент трехвалентен, а его атомный вес 113 так получалось из закономерностей периодического измепения свойств элементов. В пользу этого предположения говорили также новые данные о теплоемкости индия. Какие рассуждения привели к этому выводу, говорится в отрывке из статьи Д. И. Менделеева, приведенном на стр. 39. [c.34]

    Хачкурузов Г. А. Периодические закономерности спектроскопических свойств двухатомных молекул. ГИПХ МХП СССР, 1953 (рукопись). [c.1052]

    Периодическое изменение свойств воды с ростом напряженности поля можно объяснить закономерностью Лармора, согласно которой прецессия электронов в магнитном поле линейно связана с его напряженностью. По мере изменения напряженности магнитного поля и следовательно его частоты могут периодически возникать резонансные системы. В физике твердого тела установлено, что магнитные свойства твердых тел находятся в немонотонной осциллирующей зависимости от [c.94]

    Периодическая система Д.И. Менделеева представляет собой целостную систему периодов и групп, которые характеризуют периодическое изменение свойств элементов. Структура периодической системы совершенна на 100 % /2КГ. 288/. Совершенство периодической системы элементов является убедительным свидетельством утверждений о существовании закономерности совершенства формы (структуры) и ее проявлении в фундаментальных классификационных системах природы, типа системы химических элементов. Ведущим признаком элемента является его место в систе.ме, выражающей связи и возможные отношения между элементами. Периодическая система может рассматриваться как некая матрица, в которой каждый элемент снабжен двумя индексами, номером периода или горизонтального ряда и номером группы или вертикального столбца. Для того чтобы выяснить свойства отдельного элемента. [c.3]

    Физические свойства. Двухосновные кислоты — бесцветные кристаллические вещества, растворимые в воде. В изменениях их темпе-, ратур плавления в гомологическом ряду, как и в случае одноосновных, наблюдается своеобразная периодическая закономерность. Температуры плавления кислот с четным числом углеродных атомов выше температур плавления соседних кислот с нечетным числом атомов углерода. Например, адипиновая кислота (СН2)4(СООН)г имеет т. пл. 153° С, а глутаровая ((ЬН2)з(СООН)2и пимелиновая (СН2)5(СООН)2— соответственно 97,5 и 105,5° С. [c.203]

    Наиболее легкий инертный газ гелий Не (ат. вес 4) по величине атомного веса должен расположиться между водородом и литием, а следующий инертный газ неон Ме (ат. вес 20) — между фтором и натрием. Периодическая закономерность от этого не изменяется. Наоборот, она еще раз подтверждается неон повторяет основные свойства гелия, так же как и следующий после хлора инертный газ аргон Аг (ат, вес 40).[c.235]

    Открытие периодического закона явилось настоящей революцией, качественным скачком в развитии химии. Периодический закон по-новому осветил всю историю науки, связал в единое целое и причинно объяснил многочисленные, казавшиеся до сих пор изолированными и случайными химические факты и открытия, позволил привести в стройный порядок огромный эмпирический материал. Химия встала на про — ный теоретический фундамент, приобрела все черты современной науки. За короткий срок периодический закон буквально завоевал химию. Изменилась тематика научных работ химиков. Проверка отдельных положений и следствий закона, поиски неоткрытых элементов, приготовление и изучение новых, предсказанных законом соединений давно известных элементов, открытие закономерностей, связанных с периодическим изменением свойств простых веществ по [c.69]

    Некоторое преобладание среди первых актинидов высших валентностей, отличающее их от первых лантанидов, является закономерным следствием периодических изменений свойств элементов при переходе в пределах данной группы от более легких к более тяжелым элементам. Такое изменение свойств было отмечено еще Менделеевым и может быть объяснено тем, что при большем числе электронных оболочек в атоме электроны наружных оболочек более уда.иены от ядра, связаны с ядром слабее и легче могут принимать участие в образовании связей с другими атомами химических соединений. [c.301]

    Опираясь на закон перехода количества в качество, Менделеев показал ограниченность взглядов механистов, которые не знали, что с возрастанием массы через некоторый период начинается повторение свойств. В качестве основного довода против механистического представления о природе элементов он выдвинул периодичность изменения свойств элементов. Если бы существовала только инертная масса без качественных различий, то не было бы, говорил он, периодической закономерности, и тогда по мере возрастания веса, следовало бы ждать однообразного изменения свойства, а не повторения их изменений в тех же начальных формах [c.338]

    Характеристика свойств элементов по их положению в периодической системе. Свойства элементов в пределах периодов и групп изменяются не случайно, а закономерно, на основе периодического закона. Следовательно, каждой клетке в периодической системе соответствует определенная совокупность свойств элемента. Атомный вес и все другие константы элемента (плотность, температура плавления и кипения и т. д.) с достаточной точностью вычисляются как среднее арифметическое между значениями соответствующих констант элементов, окружающих данный элемент. [c.119]

    Эту закономерность — периодическое изменение свойств элементов в зависимости от их атомных весов— Д. И. Менделеев назвал периодическим законом и дал ему следующую формулировку  [c.192]

    Когда спустя год Браунер выступил против Нильсона и Петерсона, пытавшихся опровергнуть периодический закон на основании своих определений теплоемкости бериллия, то он опирался на очень важную особенность периодической зависимости свойств от атомного веса элементов у ряда легких ( типических по терминологии Менделеева) элементов наблюдались отклонения от закона Дюлонга и Пти. Связав с этими закономерно наблюдаемыми отклонениями найденную шведскими химиками величину теплоемкости бериллия, Браунер не только опроверг их доводы против периодического закона, но и вместе с тем развил дальше в этом существенном пункте самое представление о периодической закономерности элементов. [c.108]

    В 1904 г. английский ученый Дж. Томсон высказывает мысль, что положительный заряд распределен равномерно по всему объему атома, а электроны, нейтрализующие этот заряд, вкраплены в положительно заряженное вещество атома, располагаясь в нем по концентрическим кольцам. Сходные элементы имеют в этих кольцах сходную расстановку электронов (попытка объяснить периодическую повторяемость свойств повторяемостью расположения внутриатомных электронов, общее число которых, по Томсону, примерно равно половине атомного веса элемента). Однако модели Томсона не объясняли закономерности расположения спектральных линий. [c.107]

    Обращает на себя внимание несоответствие между положением некоторых металлов в ряду напряжений и местом элементов в периодической системе. Особенно выделяется литий. Это связано с тем, что в сложном процессе взаимодействия металла с водным раствором наряду с факторами, требующими затраты энергии (атомиза-ция, нонизация), преобладают процессы гидратации, сопровождаемые выделением теплоты. Они взаимосвязаны с электронной структурой атома (иона), его зарядом и радиусом. Ион лития, имеющий наименьший радиус, будет создавать около себя более значительное электрическое поле, чем, например, ион калия, и будет гидратироваться с выделением большей энергии. Ряд напряжений металлов в отличие от периодической системы не является отражением изменения общих закономерностей свойств элементов, а характеризует лишь окислительно-восстановительную активность электро- [c.155]

    Описательная химия элементов охватывает изучение их поведения в атомарном, ионном и молекулярном состояниях при различных температурах и давлениях, а также в различном окружении. Данный раздел химии может излагаться и изучаться различными способами. В этой главе и в нескольких последующих мы сконцентрируем внимание на периодических закономерностях для сходных типов частиц, и особенно на их химических свойствах. В качестве таких однотипных частиц в первую очередь рассматриваются простые (одноатомные) анионы неметаллических элементов. Установлено, что все эти сферические отрицательно заряженные частицы имеют много общих химических и физических свойств. Все одноатомные анионы обладают симметричным строением электронных оболочек, которое подобно строению атомов благородных газов, и это свойство в решающей степени обусловливает общность их химического поведения. Впрочем, поскольку анибны различных элементов отличаются друг от друга по таким важным параметрам, как ионный радиус и ионный заряд, у них обнаруживаются и некоторые химические различия. Всестороннее обсуждение этих ионов мы начнем с их общих свойств, после чего перейдем к различиям между ними и постараемся показать, как все это связано со сходством и различиями в строении самих частиц.[c.323]

    Однако систематические курсы с ориентацией на понятие о веществе тоже не все однотипны. И дело здесь не только в большей или меньшей облегченности, а в особом отборе материала. С этой точки зрения, безусловно, оригинальным является содержание учебника химии для основной школы Е. Е. Минченкова, Л. А. Цветкова, Л. С. Зазнобиной, Т. В. Смирновой [11]. Само по себе распределение материала по годам обучения представляется оправданным, так как значительная часть теоретического содержания перенесена в IX класс, когда у учеников лучше развито абстрактное мышление. А изучение неорганических веществ осуществляется не по группам периодической системы, а по периодам и по классам неорганических соединений. Это, во-первых, позволяет рассматривать свойства веществ в сравнении, компактно, на основе периодической закономерности. Во-вторых, такой подход создает хорошую базу для изучения химии на старших, профильных ступенях обучения, где, не боясь повторов, можно изучать элементы по группам более (в естественнонаучном профиле) или менее (в общеобразовательном) глубоко и подробно. Легко разработать на этой основе и курс для гуманитариев. [c.34]

    Эта же закономерность периодического изменения свойств веществ, активированньгх измельчением, проявляется и в других случаях. Так, прочность изделий из силиката алюминия, активированного измельчением в струйной, вибрационной и планетарной мельницах, периодически колеблется в зависимости от времени измельчения (т. е. степени дисперсности). Отмеченные колебания изменений свойств минеральных веществ, активированных измельчением, очень затрудняют исследование процесса и сопоставление эффективности измельчающих аппаратов, используемых в качестве активаторов. [c.808]

    В больших периодах наблюдается двойная периодичность кроме закономерного изменения свойств при переходе от одного периода к другому, периодически изменяются свойства в пределах четных и нечетных рядов. Так, в четном ряду 4 периода макси-I мальная валентность по кислороду возрастает от единицы у калия до семи у марганца, а затем понижается у некоторых элементов I VIII группы известная максимальная валентность по кислороду I равна шести.[c.33]

    При этом старое повторяется только внешне. Внутреннее содержание явлений всегда изменяется на основе поступательного движения по восходяшей линии — от простого к сложному, от низшего к высшему. При этом в высших периодах низшие не уничтожаются. Количество элементов в периодах непрерывно увеличивается. Так, например, период, начинающийся с металла лития, после отрицания через инертный газ неон возвращается к металлу натрию, от натрия через инертный газ аргон — к калию, затем к рубидию, цезию. Эту закономерность Менделеев и назвал периодической повторяемостью свойств. [c.343]

    Эту закономерность — периодическое изменение свойств зле ментов в зависимости от их атомных весов — Д. И. Меиделееь назвал периодическим законом и дал ему следующую формулировку свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. [c.109]

    С изложенной точки зрения становится понятным периодическое изменение свойств от характерных металлических к характерным неметаллическим по мере перехода в системе Менделеева от начала к концу каждого периода. Еще Д. И. Менделеев отметил, что и в пределах каждой группы при переходе от менее тяжелых элементов к более тяжелым неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются. Чтобы убедиться в этом, достаточно сопоставить самый легкий и самый тяжелый элементы пятой группы системы Менделеева — язот и висмут. И эта закономерность легко объяснима, если учесть, что, чем больше число электронных оболочек, тем слабее связь электронов наружной оболочки с ядром, тем ярче должны проявиться электронодонорные — металлические свойства. [c.40]


2. Закономерности изменения химических свойств элементов. Характеристика элементов | ЕГЭ по химии

по периодам и группам

Химические свойства элементов (а уж тем более их соединений!) напрямую зависят от строения атома.

Не надо учить наизусть химические свойства каждого атома, не надо зазубривать химические реакции… ответ на любой вопрос по химии находится в Периодической системе элементов.

Как изменяются электронные конфигурации s-, p-элементов (по группам и периодам) и d-элементов, тоже можно почитать отдельно.

Давайте рассмотрим, как изменяются свойства химических элементов в группах и в периодах.

В группах все элементы имеют сходное электронное строение. Различий в наполнении внешнего энергетического уровня электронами нет.

  • Меняется размер атома — сверху вниз в группе радиусы атомов увеличиваются!

Что это означает? Это означает, что

1) внешние электроны все слабее притягиваются к ядру атома;

2) возрастает способность атома отдавать электроны.

3)  способность отдавать электроны=металлические свойства,

закономерность изменения химических свойств элементов и их соединений в группах:

  • В группах сверху вниз возрастают металлические свойства элементов
  • усиливаются основные свойства их соединений

Изменения химических свойств элементов и их соединений в периодах:

В периодах наблюдается несколько другая картина:

1) Слева направо в периодах радиусы атомов уменьшаются;

2) количество электронов на внешнем слое при этом увеличивается;

3) электроотрицательность элементов  = неметаллические свойства увеличивается

закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений в периодах:

  • В периодах слева направо возрастают неметаллические свойства элементов, электроотрицательность;
  • усиливаются кислотные свойства их соединений

Исходя из этих соображений получается, что звание «Король Неметаллов» у нас присуждается… (барабанная дробь)… F ! Рядом с ним даже кислород (O) проявляет положительную степень окисления: OF2 — бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом.

Итак, подведем итог:

С увеличением заряда ядра атомов наблюдается  постепенное закономерное изменение свойств элементов и их соединений от металлических к типично неметаллическим, что связано с увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне.

Есть еще элементы, которые образуют так называемые амфотерные соединения. Они проявляют как металлические, так и неметаллические свойства.

Основные закономерности изменения магнитных свойств простых веществ в
Периодической системе элементов



Основные закономерности изменения магнитных свойств простых веществ в
Периодической системе элементов

Увидеть главную страницу

Основные закономерности изменения магнитных свойств
простых веществ в Периодической системе элементов

 

 

 

 

1 ОП
Европейского университета в г. Николаеве, а/я 562, Николаев 54031, Украина

E-mail: [email protected] ru

 


По
знаку молярной магнитной восприимчивости χm
простые вещества можно классифицировать следующим образом:

1.      Парамагнетики
m >
0, включая ферро- и антиферромагнетики) – 51 элемент;

2.      Диамагнетики
m <
0) – 31 элемент;

3.      Магнитоамфотерные
элементы (элементы, у которых разные аллотропные и полиморфные модификации
имеют разные знаки χm при
комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении) – 3 элемента (углерод,
кислород, олово).

4.      Магнито-неидентифицированные
элементы (простые вещества, у которых величина и знак χm
неизвестны вследствие их высокой химической или радиационной активности, очень
малой величины периода полураспада или синтезированных в очень малых
количествах) — 25 элементов.

К
магнито-неидентифицированным элементам относятся  фтор, четыре элемента 6-го периода (прометий, полоний, астат и
радон) и большинство элементов 7-го периода (известна величина χm лишь
для 4-х элементов-актиноидов: тория, урана, плутония и америция). Если исходить
из общих физических представлений и измерений магнитных моментов ионов в
соединениях, то фтор, полоний, астат и радон следует отнести к диамагнетикам, а
прометий – к парамагнетикам.  

Диамагнитные
элементы преобладают в коротких периодах периодической системы, а парамагнитные
– в длинных. Распределение диа- и парамагнетиков в длинных периодах полностью
идентично: во всех периодах содержится одинаковое количество диамагнитных
элементов (Nd = 8) в
конце каждого периода, а количество парамагнитных элементов в начале каждого
периода составляет Np = N — Nd, где N – общее число элементов в периоде.

Количественный
анализ закономерностей изменения величины χm в Периодической системе показывает, что, начиная с 4-го
периода, наблюдается периодичность изменения магнитных свойств простых веществ
по периодам таблицы Д.И. Менделеева [1, 2]. При этом магнитные свойства
лантаноидов и актиноидов имеют свои индивидуальные черты и не подчиняются
периодической закономерности. Магнитоупорядоченные вещества (хром, марганец,
железо, кобальт, никель) также выпадают из общих закономерностей.

Количественный анализ изменения величины χm в Периодической системе затрудняется тем обстоятельством, что данные о
величине χm, приведенные в разных источниках [3 — 7], противоречат друг другу и в
некоторых случаях отличаются на порядки. Для получения достоверных значений
величины χm проводилось
её усреднение по значениям, приведенным в разных источниках, при этом
отбрасывались те значения, которые в несколько раз отличались от аналогичных
величин из других источников.

Основной
тенденцией изменения величины χm от атомного номера Z в пределах групп является её монотонное убывание,
близкое к линейному (для групп 3 – 12, 16 — 18), а для групп 1, 2, 13 – 15
данная зависимость носит более сложный характер. Линейный характер функции χm = f(Z) для
групп 3 – 12, 16 — 18 даёт основание для экстраполяции данных зависимостей в
трансвисмутовую область и интерполяции в случае фтора. Функция χm = f(Z) для
актиноидов также с высокой степенью точности 
аппроксимируется линейной зависимостью, что позволяет получить неизвестные
значения χm для протактиния и нептуния методом интерполяции.

В
таблице представлены результаты линейной аппроксимации зависимости χm от атомного номера Z (χm = К1Z + К2)по
группам Периодической системы. В 1-й колонке указан номер группы для
развёрнутой Периодической системы; во 2-й – количество известных значений χm
(точек) в пределах данной группы; в 3-й и 4-й – коэффициенты аппроксимирующей
зависимости; в 5-й – величина достоверности аппроксимации; в 6-й – название
элемента данной группы, для которого значение χm
определяется методом экстраполяции или интерполяции; в 7-й – атомный номер
элемента, указанного в 6-й колонке; в 8-й — величина χm для
элемента, указанного в 6-й колонке.


 

Таблица. Результаты линейной аппроксимации зависимости χm от атомного
номера Z по группам Периодической системы элементов Д.И.
Менделеева.

Номер

группы

Кол-во

точек

K1 × 106,

см3/моль

K2 × 106,

см3/моль

R2

элемента

Z

χm × 106,

3

 

3

 

-5,6425

425,95

0,9846

 

Актиний

89

-76,2

Элемент-121

121

-256,8*

4

 

3

 

-1,6585

190,95

0,997

 

Резерфордий

104

18,5

Элемент-154

154

-64,5

5

 

3

 

-2,1152

304,96

0,9846

 

Дубний

105

82,9

Элемент-155

155

-22,9

6

2

0,8959

121,91

1

Сиборгий

106

26,9

Элемент-156

156

-17,9

7

2

-6,1075

524,75

1

Борий

107

-128,8

Элемент-157

157

-434,1**

8

2

-0,9619

82,84

1

Хассий

108

-21,0

Элемент-158

158

-69,1

9

2

-2,4378

215,83

1

Мейтнерий

109

-49,9

Элемент-159

159

-171,8

10

2

-11,773

1111,6

1

Дармштадтий

110

-183,4

Элемент-160

160

-772,1**

11

 

3

 

-0,4404

4,4118

0,8873

 

Элемент-111

111

-44,5

Элемент-161

161

-66,5

12

 

3

-0,454

2,683

0,9973

 

Элемент-112

112

-48,2

Элемент-162

162

-70,9

16

3

-0,6886

-3,8306

0,9902

 

84

-61,7

Элемент-116

116

-83,7

Элемент-166

166

-118,1

17

4

-1,57

-6,9865

0,9824

Фтор

9

-21,1

Астат

85

-140,4

Элемент-117

117

-190,7

Элемент-167

167

-269,2*

18

 

5

 

-0,7866

-1,0718

0,982

 

Радон 

86

-68,7

Элемент-118

118

-93,9

Элемент-168

168

-133,2

Акти-

ноиды

4

 

155,14

13849

0,9309

Протактиний

91

268,7

Нептуний

93

579,0

* — значение |χm| для данного элемента близко к значению |χm| для висмута.

** — значение |χm| для данного элемента превышает
значение |χm| для висмута.

 


Так как
для элементов 6 – 10 групп аппроксимирующие зависимости были построены всего по
двум точкам (без учёта магнитоупорядоченных веществ), то полученные для них
результаты во многом можно рассматривать как гипотетические. Среди данных
элементов имеются два элемента (с атомными номерами 157 и 160), у которых значение |χm| значительно превышает значение |χm| для висмута, которое в настоящее
время является рекордным для диамагнитных простых веществ. Ещё у двух элементов
(с атомными номерами 121 и 167)
значения |χm| близки к значению |χm| для висмута.

Анализ полученных результатов показывает, что в 7-м
и 8-м периодах нарушается закономерность, наблюдаемая в 4 – 6 периодах,
согласно которой элементы 3 – 10 групп являются парамагнетиками. В 7-м периоде
актиний, борий, хассий, мейтнерий и дармштадтий обладают диамагнитными
свойствами, а в 8-м периоде все элементы 3 – 10 групп являются диамагнетиками.
Таким образом, в 7-м и 8-м периодах должно наблюдаться «размывание
периодичности» магнитных свойств простых веществ. Данный вывод логично
дополняет гипотезу о «размывании периодичности» физико-химических свойств
элементов, выдвинутую в работе [8]. Причём, как и в работе [8], переходными
элементами при переходе от областей периодической таблицы с чётко выраженной периодичностью
к областям с размытой периодичностью, являются актиний и элемент с Z = 121.

С точки
зрения прикладного применения простых веществ в качестве дисперсной фазы для
магнитных жидкостей представляют интерес только вещества с магнитным
упорядочением, самым перспективным из которых является магнитный углерод (фуллерен),
а также его магнитные производные

 

Литература:

1.      Кирей
П.С. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева и магнитные свойства
простых веществ // 9-й Международный симпозиум «Высокочистые металлические и
полупроводниковые материалы»: Сборник докладов. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003. – С.
61 – 67.

2.      Кирей
П.С. Изучение магнитных свойств простых веществ в техническом ВУЗе //
Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в
современных условиях (СЛАВПРОМ): Материалы 3-й международной Промышленной
конференции. – Киев, 2003. – С. 129 — 131.

3.      Эмсли
Дж. Элементы: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993.

4.      Вонсовский
С.В. Магнетизм. – М.: Наука, 1971.

5.      Таблицы
физических величин: Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. – М.: Атомиздат,
1976.

6.      Боровик
Е.С., Мильнер А.С. Лекции по магнетизму. – Харьков, изд-во ХГУ, 1966.

7.      Савицкий
Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов. – М.: Наука, 1975.

8.      Трифонов
Д.Н. Тяжёлые элементы и периодическая система // Периодический закон и строение
атома: Сборник статей. – М.: Атомиздат, 1971. – С. 204 – 238.

 

 

 

 

 

Периодический закон | CHEMEGE.RU

 

Периодический закон — это фундаментальный закон, который был сформулирован Д. И. Менделеевым в 1869 году.

В формулировке Дмитрия Ивановича Менделеева периодический закон звучал так: «Свойства элементов, формы и свойства образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от величины их атомной массы.» Периодическое изменение свойств элементов Менделеев связывал с атомной массой. Понимание периодичности изменения многих свойств позволило Дмитрию Ивановичу определить и описать свойства веществ, образованных еще не открытыми химическими элементами, предсказать природные рудные источники и даже места их залегания.

 

 

Более поздние исследования показали, что свойства атомов и их соединений зависят в первую очередь от электронного строения атома. А электронное строение определяется свойствами атомного ядра. В частности, зарядом ядра атома.

Поэтому современная формулировка периодического закона звучит так:

«Свойства элементов, форма и свойства образованных ими соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов«.

Следствие периодического закона – изменение свойств элементов в определенных совокупностях, а также повторение свойств по периодам, т.е. через определенное число элементов. Такие совокупности Менделеев назвал периодами.

Периоды – это горизонтальные ряды элементов с одинаковым количеством заполняемых электронных уровней. Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента. Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом (s-элементом), а заканчиваются благородным газом.

Группы – вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних ns— и np— подуровнях.

 

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева состоит из семи периодов, которые представляют собой горизонтальные последовательности элементов, расположенные по возрастанию заряда их атомного ядра. 

Каждый период (за исключением первого) начинается атомами щелочных металлов (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) и заканчивается благородными газами (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), которым предшествуют типичные неметаллы.

В периодах слева направо возрастает число электронов на внешнем уровне.

Как следствие,

В периодах слева направо постепенно ослабевают металлические и усиливаются неметаллические свойства.

В первом периоде имеются два элемента – водород и гелий. При этом водород условно размещают в IA или VIIA подгруппе, так как он проявляет сходство и со щелочными металлами, и с галогенами. Как и щелочные металлы, водород является восстановителем. Отдавая один электрон, водород образует однозарядный катион H+. Как и галогены, водород – неметалл, образует двухатомную молекулу H2 и может проявлять окислительные свойства при взаимодействии с активными металлами:

2Na + H2  →  2NaH

В четвертом периоде вслед за Са расположены 10 переходных элементов (от скандия Sc до цинка Zn), за которыми находятся остальные 6 основных элементов периода ( от галлия Ga до криптона Кr). Аналогично построен пятый период. Переходными элементами обычно называют любые элементы с валентными d– или f–электронами.

Шестой и седьмой периоды имеют двойные вставки элементов. За элементом Ва расположены десять d–элементов (от лантана La — до гадолиния Hg), а после первого переходного элемента лантана La следуют 14 f–элементов — лантаноидов (Се — Lu). После ртути Hg располагаются остальные 6 основных р-элементов шестого периода (Тl — Rn).

В седьмом (незавершенном) периоде за Ас следуют 14 f–элементов- актиноидов (Th — Lr). В последнее время La и Ас стали причислять соответственно к лантаноидам и актиноидам. Лантаноиды и актиноиды помещены отдельно внизу таблицы.

В Периодической системе каждый элемент расположен в строго определенном месте, которое соответствует его порядковому номеру.

Элементы в Периодической системе разделены на восемь групп (I – VIII), которые в свою очередь делятся на подгруппыглавные, или подгруппы А и побочные, или подгруппы Б. Подгруппа VIIIБ-особая, она содержит триады элементов, составляющих семейства железа (Fе, Со, Ni) и платиновых металлов (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Внутри каждой подгруппы элементы проявляют похожие свойства и схожи по химическому строению. А именно:

В главных подгруппах сверху вниз усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические.

В главных подгруппах сверху вниз увеличивается устойчивость соединений элементов в низшей степени окисления.

В побочных подгруппах наоборот: сверху вниз металлические свойства ослабевают и увеличивается устойчивость соединений с высшей степенью окисления.

В зависимости от того, какая энергетическая орбиталь заполняется в атоме последней, химические элементы можно разделить на s-элементы, р-элементы, d- и f-элементы.

У атомов s-элементов заполняются s-орбитали на внешних энергетических уровнях. К s-элементам относятся водород и гелий, а также все элементы I и II групп главных подгрупп (литий, бериллий, натрий и др.). У p-элементов электронами заполняются p-орбитали. К ним относятся элементы III-VIII групп, главных подгрупп. У d-элементов заполняются, соответственно, d-орбитали. К ним относятся элементы побочных подгрупп.

 

Из строения атомов и электронных оболочек вытекают следующие закономерности:

 

Номер периода соответствует числу заполняемых энергетических уровней.

Номер группы, как правило, соответствует числу валентных электронов в атоме (т.е. электроном, способных к образованию химической связи).

Номер группы, как правило, соответствует высшей положительной степени окисления атома. Но есть исключения!

 

О каких же еще свойствах говорится в Периодическом законе?

Периодически зависят от заряда ядра такие характеристики атомов, как орбитальный радиус, энергия сродства к электрону, электроотрицательность, энергия ионизации, степень окисления и др.

Рассмотрим, как меняется атомный радиус. Вообще, атомный радиус – понятие довольно сложное и неоднозначное. Различают радиусы атомов металлов и ковалентные радиусы неметаллов.

Радиус атома металла равен половине расстояния между центрами двух соседних атомов в металлической кристаллической решетке. Атомный радиус зависит от типа кристаллической решетки вещества, фазового состояния и многих других свойств.

Мы говорим про орбитальный радиус изолированного атома .

Орбитальный радиус – это  теоретически рассчитанное расстояние от ядра до максимального скопления  наружных электронов.

Орбитальный радиус завит в первую очередь от числа энергетических уровней, заполненных электронами.

Чем больше число энергетических уровней, заполненных электронами, тем больше радиус частицы.

Например, в ряду атомов: F – Cl – Br – I количество заполненных энергетических уровней увеличивается, следовательно, орбитальный радиус также увеличивается.

 

 

Если количество заполняемых энергетических уровней одинаковое, то радиус определяется зарядом ядра частицы.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее притяжение валентных электронов к ядру.

Чем больше притяжение валентных электронов к ядру, тем меньше радиус частицы. Следовательно:

Чем больше заряд ядра атома (при одинаковом количестве заполняемых энергетических уровней), тем меньше атомный радиус.

Например, в ряду Li – Be – B – C количество заполненных энергетических уровней, заряд ядра увеличивается, следовательно, орбитальный радиус также уменьшается.

 

 

В группах сверху вниз увеличивается число энергетических уровней у атомов. Чем больше количество энергетических уровней у атома, тем дальше расположены электроны внешнего энергетического уровня от ядра и тем больше орбитальный радиус атома.

В главных подгруппах сверху вниз увеличивается орбитальный радиус.

В периодах же число энергетических уровней не изменяется. Зато в периодах слева направо увеличивается заряд ядра атомов. Следовательно, в периодах слева направо уменьшается орбитальный радиус атомов.

В периодах слева направо орбитальный радиус атомов уменьшается.

 

 

Пример. Выберите три элемента, которые в Периодической системе находятся в одной группе, и расположите эти элементы в порядке увеличения радиуса  атома

  1) O         2) Se       3) F       4) S       5) Na

 Решение: 

В одной группе Периодической системы находятся элементы кислород O, селен Se и сера S.

В группе снизу вверх атомный радиус уменьшается, а сверху вниз – увеличивается. Следовательно, правильный ответ: O, S, Se или 142.

Ответ: 142

 

Пример. Выберите три элемента, которые в Периодической системе находятся в одном периоде, и расположите эти элементы в порядке уменьшения радиуса атома

  1) K         2) Li       3) F       4) B       5) Na

Решение: 

В одном периоде Периодической системы находятся элементы литий Li, фтор F и натрий Na.

В периоде слева направо атомный радиус уменьшается, а справа налево – увеличивается. Следовательно, правильный ответ: Li, B, F или 243.

Ответ: 243

 

Рассмотрим закономерности изменения радиусов ионов: катионов и анионов.

Катионы – это положительно заряженные ионы. Катионы образуются, если атом отдает электроны.

Радиус катиона меньше радиуса соответствующего атома. С увеличением положительного заряда иона радиус уменьшается.

Например, радиус иона Na+ меньше радиуса атома натрия Na:

 

 

Анионы – это отрицательно заряженные ионы. Анионы образуются, если атом принимает электроны.

 

 Радиус аниона больше радиуса соответствующего атома.

 

Радиусы ионов также зависят от числа заполненных энергетических уровней в ионе и от заряда ядра.

Например, радиус иона Cl больше радиуса атома хлора Cl.

Изоэлектронные ионы – это  ионы с одинаковым числом электронов. Для изоэлектронных частиц радиус также определяется зарядом ядра: чем больше заряд ядра иона, тем меньше радиус.

Например: частицы Na+ и F содержат по 10 электронов. Но заряд ядра натрия +11, а у фтора только +9. Следовательно, радиус иона Na+ меньше радиуса иона F .

 

Еще одно очень важное свойство атомов – электроотрицательность (ЭО)

Электроотрицательность – это способность атома смещать к себе электроны других атомов при образовании связи. Оценить электроотрицательность можно только примерно. В настоящее время существует несколько систем оценки относительной электроотрицательности атомов. Одна из наиболее распространенных – шкала Полинга.

 

 

По Полингу наиболее электроотрицательный атом – фтор (значение ЭО≈4). Наименее элекроотрицательный атом –франций (ЭО = 0,7).

 

В главных подгруппах сверху вниз уменьшается электроотрицательность.

В периодах слева направо электроотрицательность увеличивается.

 

Пример.Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неметалла. Расположите выбранные элементы в порядке возрастания их электроотрицательности. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов в нужной последовательности:

  1) Mg         2) P       3) O       4) N       5) Ti

Решение: 

Элементы-неметаллы – это фосфор Р, кислород О и азот N.

Электроотрицательность увеличивается в группах снизу вверх и слева направо в периодах. Следовательно, правильный ответ: P, N, O или 243.

Ответ: 243

 

 

Первые субатомные объяснения периодической системы

  • Н. Бор. В: У. Хойер (ред.), Нильс Бор. Собрание сочинений , т. 2. Северная Голландия, Амстердам, 1981.

    Google Scholar

  • Щетка S.G. Восприятие периодического закона Менделеева в Америке и Великобритании. Isis 87: 595-628, 1996.

    Статья

    Google Scholar

  • М.Чайют, Дж. Дж. Томсон: открытие электрона и химики. Анналы науки 48: 527-544, 1991.

    Google Scholar

  • E.A. Дэвис и И.Дж. Сокольничий. Дж. Дж. Томсон и открытие электрона . Тейлор и Фрэнсис, Лондон, 1997.

    Google Scholar

  • М. Эппле. Топология, материя и пространство, I: Топологические понятия в натурфилософии XIX века. Архив истории точных наук 52: 297-392, 1998.

    Статья

    Google Scholar

  • L. Föppl. Stabile Anordnungen von Elektronen im Atom. Journal für reine und angewandte Mathematik 141: 251-302, 1912.

    Google Scholar

  • И. Фройнд. Исследование химического состава: описание его метода и исторического развития .Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 1904.

    Google Scholar

  • A.E. Haas. Über Gleichgewichtlagen von Elektronengruppen in einer äquivalenten Kugel von homogener positiver Elektrizität. Sitzungsberichte der kaiserliche Akademie der Wissenschaften (Wien) IIa (120): 1111-1171, 1911.

    Google Scholar

  • J.L. Heilbron. Дж. Дж. Томсон и атом Бора. Physics Today (апрель) 30: 23-30, 1977 г.

  • S.W. Холман. Материя, энергия, сила и работа . Макмиллан, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1898.

    Google Scholar

  • H.C. Джонс. Элементы физической химии . Макмиллан, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1907.

    Google Scholar

  • W. Kaufmann. Развитие электронной идеи. Электрик 48: 95-97, 1901.

    Google Scholar

  • Кельвин [W. Томсон]. Плавающие магниты. Природа 18: 13-14, 1878.

    Google Scholar

  • R.E. Колер. Происхождение теории общей парной связи Дж. Н. Льюиса. Исторические исследования в области физических наук 3: 343-376, 1971.

    Google Scholar

  • H.Kragh. Химические аспекты теории Бора 1913 года. Journal of Chemical Education 54: 208-210, 1977 г.

    Статья

    Google Scholar

  • Х. Краг. Вторая атомная теория Нильса Бора. Исторические исследования в области физических наук 10: 123-186, 1979.

    Google Scholar

  • Х. Краг. Электрон, протил и единство материи. В: J.Бухвальд и А. Уорвик (ред.), Истории электрона: рождение микрофизики . MIT Press, Кембридж, Массачусетс, 2001.

    Google Scholar

  • Дж. Лармор. Математические и физические документы , Vol. 1. Cambridge University Press, Cambridge, 1927.

    .
    Google Scholar

  • Г.Н. Льюис. Валентность и структура атомов и молекул .Dover Publications, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1966.

    Google Scholar

  • В. Мейер. Probleme der Atomistik. Verhandlungen der Gesellschaft deutscher Naturforscher und Ärzte 67: 95-110, 1895.

    Google Scholar

  • М.М. Паттисон Мьюир. История химических теорий и законов . John Wiley & Sons, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1907.

    Google Scholar

  • г.Рудорф. Периодическая система: Seine Geschichte und Bedeutung für die chemische Systematik . Л. Восс, Гамбург, 1904.

    Google Scholar

  • E.R. Scerri. Периодическая таблица и электрон. Американский ученый 85: 547-553, 1997.

    Google Scholar

  • Д.М. Сигель. Томсон, Максвелл и универсальный эфир в викторианской физике. В: Г.Н. Кантор и М.Дж. Ходж (ред.), Концепции эфира. Cambridge University Press, Кембридж, стр. 239-268, 1981.

    Google Scholar

  • D. Shapere. Научные теории и их области. В: F. Suppe (Ed.), Структура научных теорий . University of Illinois Press, Урбана, Иллинойс, стр. 518-599.

  • S.B. Синклер. Дж. Дж. Томсон и химический атом: от эфирного вихря к атомному распаду. Ambix 34: 89-116, 1987.

    Google Scholar

  • Х. Снелдерс. Эксперименты А. М. Майера с плавающими магнитами и их использование в атомных теориях материи. Annals of Science 33: 67-80, 1976.

    Статья

    Google Scholar

  • Х. Штрахе. Die Erklärung des periodischen Systems der Elemente mit Hilfe der Elektronentheorie. Verhandlungen der deutschen Physikalischen Gesellschaft 10: 798-803, 1908.

    Google Scholar

  • J.J. Томсон. Трактат о движении вихревых колец . Макмиллан, Лондон, 1883 г.

    Google Scholar

  • J.J. Томсон. Молекулярная конституция тел, теория. В: H.F. Morley and M.M. Паттисон Мьюир (ред.), Химический словарь Ватта , Vol. 3. Macmillan, London, стр. 410-417, 1892.

    Google Scholar

  • Дж.Дж. Томсон. Катодные лучи. Philosophical Magazine 44: 293-316, 1897.

    Google Scholar

  • J.W. ван Спронсен. Периодическая система химических элементов. История первой сотни лет . Эльзевир, Амстердам, 1969.

    Google Scholar

  • Ф. Вайнерт (ред.). Законы природы: очерки философского, научного и исторического измерения .Вальтер де Грюйтер, Берлин, 1995.

    Google Scholar

  • Возникли надежды на «супер-таблицу», чтобы положить конец спорам о периодической таблице | Research

    Поскольку в этом году культовой периодической таблице Дмитрия Менделеева исполняется 150 лет, два исследователя попытались понять, что на самом деле означает ее «периодичность». Этот термин отражает повторяемость химических свойств в списке элементов, но даже сегодня остаются неясности и споры о том, как лучше всего представить эти закономерности в таблице.Вильмер Леаль и Гильермо Рестрепо из Института математики и естественных наук Макса Планка в Лейпциге, Германия, надеются, что их математический анализ формальной структуры «периодических систем», подобных этой, может помочь разрешить некоторые из этих споров.

    Периодическая система элементов имеет два аспекта, как впервые назвал ее Менделеев. Сначала идет последовательное упорядочение элементов — Менделеев делал это по атомному весу, но сегодня атомный номер Z признан более фундаментальным.Во-вторых, это группировка элементов по сходству свойств. Тем не менее, не существует уникального способа сделать это, поэтому, например, не слишком ясно, куда должен идти водород, а также, где лантан или лютеций должны находиться под скандием и иттрием.

    Вместо того, чтобы спорить о том, какая таблица «правильная» или «лучшая», два исследователя искали математическое описание, охватывающее все варианты. «Несколько возможностей для упорядочивания и классификации элементов приводят к возникновению различных периодических систем, а их отношения образуют надстройку», — говорит Рестрепо.«Не существует« окончательной »таблицы Менделеева, но есть последняя надстройка, содержащая их все».

    Сервировка стола

    Чтобы охарактеризовать эту «супертаблицу», вы должны выбрать критерии упорядоченности и сходства. Хотя первым обычно считается Z , не очевидно, что это так. Менделееву нужно было придумать упорядочение по атомному весу, чтобы его таблица соответствовала химическим свойствам, например, поместив теллур перед йодом. Рестрепо и Лил говорят, что некоторые теоретические исследования периодической таблицы, расширенные до гипотетических 172 элементов, также требуют инверсии порядка Z , чтобы учесть сходство между электронными конфигурациями.«Текущее упорядочение по атомному номеру может потребовать переоценки, чтобы справиться с расширением периодической системы», — говорит Рестрепо.

    Второй элемент анализа — это сходство между компонентами системы. Это могут быть любые химические свойства, например, что натрий и калий соединяются с хлором в соотношении 1: 1. «Этот подход лежал в основе идей Менделеева», — говорит Рестрепо. «Для него элемент характеризовался элементами, с которыми он образует соединения, и пропорциями этих комбинаций.’

    Любое подобное совместно используемое свойство может быть представлено в виде ссылки на графе, которая объединяет узлы, представляющие элементы. Связи не должны быть просто между двумя узлами — они могут объединять сразу несколько. Рестрепо сравнивает это с тремя людьми, играющими в музыкальном трио: связи — это не просто набор двоичных связей между парами, но и образуют набор. Результирующая структура, описывающая эти отношения, называется гиперграфом — подобно сети «ребер», соединяющих узлы, но с «гиперребрами», представляющими также небинарные множества.

    Таким образом, все возможные периодические таблицы могут быть охвачены одним гиперграфом, который определяет отношения между наборами элементов. Любая данная таблица является частной проекцией этого гиперграфа. «Попытка свести периодическую систему к единственному экземпляру — это слишком узко», — говорит Рестрепо. «Это все равно, что пытаться понять скульптуру, освещая ее только с одной стороны. Химики в своей повседневной работе фактически используют различные периодические системы, адаптированные к их потребностям. На самом деле мы празднуем не 150 лет периодической таблицы Менделеева, а, скорее, основную структуру, полную химических связей.’

    Новые взгляды на вещи

    Одно из потенциальных преимуществ этого подхода состоит в том, что он может показать, как связаны альтернативные представления таблицы: например, показывают ли они, по сути, одни и те же вещи разными способами. Но оба исследователя считают, что их анализ может быть гораздо более применим как в химии, так и за ее пределами. Например, в химических соединениях и связях тоже есть закономерности, сходства и периодичности. Леал и Рестрепо показывают, как их гиперграфический подход может быть использован для формулировки своего рода периодической таблицы ковалентных связей, которая выявляет повторяющиеся закономерности в природе связей, образующихся каждым элементом.

    Но философ химии Робин Хендри из Даремского университета ставит под сомнение ценность обращения с атомным числом Z как с одним из возможных принципов упорядочения среди других. « Z , возможно, является основополагающим элементом упорядочения периодической системы», — говорит он. «Вполне могут быть другие способы упорядочения элементов, но тривиально, что такие альтернативные упорядочения существуют, и их значение необходимо продемонстрировать». Хотя Менделеев использовал атомный вес, говорит Хендри, «на самом деле в основе сходства лежит Z . это было важно для него.Это то, чем всегда была химия элементов ».

    Хендри задается вопросом, может ли этот подход пролить свет на то, являются ли обычные химические категории для группирования элементов — например, щелочные металлы и галогены — фундаментальными и уникальными или в некоторой степени произвольными и специфичными для конкретной проблемы. По его словам, если категории более высокого порядка, такие как эти группировки, сохраняются, когда элементы группируются по сходству для различных типов химического поведения, это означает, что классификация является надежной и объективной.

    Леал и Рестрепо считают, что методы анализа могут быть полезны не только в химии, например, для характеристики периодичности и закономерностей в социальных системах. Но этот математический подход к пониманию периодических систем все еще находится в зачаточном состоянии, говорит Рестрепо. «Менделеев пытался придумать алгебраические выражения для периодической системы, но он пришел к выводу, что математика еще недостаточно созрела, чтобы справиться со сложностью. Здесь тоже довольно нова математика упорядоченных гиперграфов, и многое еще предстоит сделать.’

    От квантовой механики к гравитации

    Биденхарн, Л. (1983) «Загадка Зоммерфельда».

    Найдено. Физ. 13, 13-34.

    Борн М. (1936) Беспокойная вселенная. (Harper & Brothers Publishers) .1-278.

    Брихай Ю., Косинский П., Масланка П. (2014) Динамика на конусе: замкнутые

    орбиты и суперинтегрируемость. Ann.Phys. 344, 253-262.

    Буркхардт Ч., Левенталь Дж. (2006). Разделы атомной физики.

    (Springer Science + Business Media Inc.) .1-287.

    Burkhardt, Ch., Hezel, T., Ciocca M., L-W.He, Leventhal, J. (1992). Классический взгляд

    на свойства ридберговских атомов: Применение принципа соответствия.

    Am.J. Physics 60, 329-335.doi: 10.1119 / 1.16876.

    Каратеодори, К. (1937) Geometrische Optics. (Шпрингер, Берлин). 1-104.

    Коллас П. (1978). Алгебраическое решение задачи Кеплера с использованием вектора Рунге-Ленца

    . Am.J. физ. 38, 253-255.

    Дарвин, К.(1931). Новые представления о материи. (McMillan Co., Нью-Йорк) 1-224.

    Дирак П. (1958). Принципы квантовой механики. (Кларендон Пресс, Оксфорд) .1-315.

    Демков Ю., Островский, В. (1971) Внутренняя симметрия задачи Максвелла «… ш-глаз»

    и группа Фока для атома водорода.

    Сов. Физ. ЖЭТФ 13,1083-1087.

    Дайалл К., Фаэгри К. (2007) Введение в реалистистскую квантовую химию.

    (Oxford U. Press). 1-518.

    Англ… элд, М.(1972). Теория групп и кулоновская проблема. (Wiley Interscience) .1-120.

    Эссен, Х. (2013). Точный лагранжиан Дарвина. European Physics Lett. 79, 6002.

    DOI: 10.1209 / 0295-5075.

    Фет, А. (2016). Групповая теория химических элементов (де Грютер, Берлин) .1-184.

    Флюгге, С. (1999). Практическая квантовая механика. (Springer-Verlag, Берлин)

    Гольдштейн, Х., Пул, К., Сафко, Дж. (2014). Классическая механика.

    (Pearson Education Limited). 1-630.

    Горгулхон, Э. (2013). Специальная теория относительности в общих рамках.

    (Шпрингер-Верлаг, Берлин). 1-770.

    Грановский, Я. (2004). Формула Зоммерфельда и теория Дирака.

    Успехи физики 47 523-524.

    Гуцвиллер М. (1990). Хаос в классической и квантовой механике.

    (Springer-Verlag, Берлин). 1-432.

    Hehl, F., Heyede, P., Kerlick, G. (1976). Общая теория относительности со спином и кручением.

    Ред. Мод. Физ. 48, 393-416.

    Кей Б.(2020). От редакции к: Эрвину Шредингеру, Дираковский электрон в гравитационном поле

    … поле I, теория относительности и гравитации 52 (3), 1-14.

    DOI: 10.1007 / s10714-019-2625-z.

    Karwowski, J., Martin, I (1991). Квантовые дефектные орбитали и уравнение Дирака второго порядка

    . J.Phys.B. 24, 1539-1542.

    Кеннеди, Ф. (1972). Приблизительно релятивистские взаимодействия. Am.J.Phys.40 (1) 63-74.

    doi: 10.1119 / 1.1986448

    26

    Дмитрий Менделеев | New Scientist

    8 февраля 1834 — 2 февраля 1907

    Дмитрий Менделеев придумал предсказательную версию периодической таблицы элементов

    Дмитрий Менделеев придумал предсказательную версию периодической таблицы элементов

    РИА Новости / Science Photo Библиотека

    17 февраля 1869 года русский химик Дмитрий Менделеев записал символы химических элементов, упорядочил их в соответствии с их атомным весом и изобрел периодическую таблицу.Он записал последовательность таким образом, чтобы они сгруппировались на странице в соответствии с известными закономерностями или «периодичностью» поведения. Возможно, это был величайший прорыв в истории химии.

    Идеи Менделеева, основанные на более ранних работах французского химика Антуана Лавуазье в предыдущем столетии, полностью изменили взгляды химиков на свою дисциплину. Теперь каждый химический элемент имел свой номер и фиксированное положение в таблице, и, исходя из этого, стало возможным предсказать его поведение: как он будет реагировать с другими элементами, какие соединения он будет образовывать и какие физические свойства он будет иметь. .

    Вскоре Менделеев предсказал свойства трех элементов — галлия, скандия и германия, — которые тогда еще не были открыты. Он был настолько убежден в правильности своего периодического закона, что оставил пробелы для этих элементов в своей таблице. В течение двадцати лет все трое были найдены, и их свойства почти точно подтвердили его предсказания.

    Сам Менделеев был удивлен, насколько быстро его идеи подтвердились. В престижной лекции Фарадея в Королевском институте в Лондоне в 1889 году он признал, что не ожидал, что проживет достаточно долго, чтобы «сообщить об их открытии Химическому обществу Великобритании как подтверждение точности и универсальности периодического закона». .Когда стало распространяться известие о его выдающихся достижениях, Менделеев стал чем-то вроде героя, и интерес к таблице Менделеева резко возрос.

    Всего Менделеев предсказал 10 новых элементов, из которых все, кроме двух, оказались существующими. Позже он предложил поменять местами некоторые пары соседних элементов, чтобы их свойства вписывались в периодический узор. Он предложил заменить кобальт на никель и аргон на калий, которые, по его мнению, были размещены неправильно, потому что их истинный атомный вес отличался от значений, определенных химиками.Потребовалось до 1913 года, примерно через шесть лет после смерти Менделеева, чтобы прояснить эту двусмысленность. К тому времени химики получили гораздо лучшее понимание атома, и в том году физик Генри Мозли, работавший в Манчестере, показал, что положение элемента в таблице определяется не его атомным весом, а его атомным номером. Деннис Руврей

    Периодическая таблица — New World Encyclopedia

    Периодическая таблица химических элементов представляет собой табличное отображение химических элементов.Это, вероятно, , символ химии , который многое говорит о физических и химических свойствах известных элементов. Появление таблицы Менделеева произошло одновременно с развитием научного понимания состава вещества. В своем нынешнем виде он во многом обязан квантовой механике. Электронные структуры, полученные из квантовой механики, используются для теоретического объяснения экспериментально наблюдаемых периодических изменений свойств элементов.Таблица Менделеева — один из важнейших компонентов нашего понимания Вселенной и лежит в основе всей химии.

    История

    Основная статья: История периодической таблицы

    Исходная таблица была создана без знания внутренней структуры атомов, а путем сопоставления физических и химических свойств элементов с атомной массой. Если элементы упорядочены по атомной массе, то можно наблюдать определенную периодичность или регулярное повторение физических и химических свойств.Первым эти закономерности обнаружил немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер, который в 1829 году заметил ряд триад подобных элементов:

    Некоторые триады
    Элемент Молярная масса
    (г / моль )
    Плотность
    (г / см³)
    Доля
    (см³ / моль)
    хлор 35,4527 0,003214 11030
    90 бром 7945.904 3,122 25,6
    йод 126, 4,93 25,7
    кальций 40,07 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 9045 2,7 452 33,2
    барий 137,327 3,594 38,2

    За этим последовал английский химик Джон Ньюлендс, который в 1865 году заметил, что элементы аналогичного типа повторяются с интервалом в восемь, что он Его сравнивали с октавами музыки, хотя его закон октав высмеивал современники.Наконец, в 1869 году немец Юлиус Лотар Мейер и русский профессор химии Дмитрий Иванович Менделеев почти одновременно разработали первую таблицу Менделеева, упорядочив элементы по массе. Однако Менделеев построил несколько элементов из строгой массовой последовательности, чтобы лучше соответствовать свойствам их соседей в таблице. Он также исправил ошибки в значениях нескольких атомных масс и предсказал существование и свойства нескольких новых элементов в пустых ячейках своей таблицы.Позже Менделеев был подтвержден открытием электронной структуры элементов в конце девятнадцатого и начале двадцатого века. Современный стол основан на таком понимании электронных структур.

    В 1913 году Генри Мозли изменил таблицу в соответствии с атомным номером, чтобы улучшить наблюдаемую периодичность химических свойств по всей таблице. В сегодняшней таблице используется этот порядок по атомному номеру (числу протонов). Разработка Менделеевым и Мозли периодической таблицы Менделеева была одним из величайших достижений современной химии.Химики смогли качественно объяснить поведение элементов и предсказать существование еще неоткрытых.

    В 1940-х годах Гленн Т. Сиборг идентифицировал трансурановые лантаноиды и актиниды, которые могут быть помещены в таблицу или ниже (см. Различные возможные варианты расположения ниже).

    Методы отображения таблицы Менделеева

    Стандартная таблица Менделеева

    Состояние при стандартной температуре и давлении

    • Элементы, отмеченные красным, являются газами.
    • Элементы, обозначенные зеленым цветом, являются жидкостями.
    • Элементы, пронумерованные черным цветом, являются сплошными.

    Естественное происхождение

    • Элементы без границ еще не обнаружены / синтезированы.

    • Элементы с пунктирными границами не встречаются в природе (синтетические элементы).

    • Элементы с пунктирными границами возникают естественным образом в результате распада других химических элементов.

    • Элементы с твердыми границами старше Земли (изначальные элементы).
      • Примечание: Хотя калифорний (Cf, 98) не является исконным для Земли, он (и продукты его распада) действительно возникает естественным образом: его электромагнитное излучение регулярно наблюдается в спектрах сверхновых.

    Другие изображения

    • Стандартная таблица (показанная выше) предоставляет основы.
    • Вертикальная таблица для удобства чтения в веб-браузерах.
    • В большой таблице приведены основные сведения, а также полные имена элементов и атомные массы.
    • Таблица со встроенным F-блоком возвращает лантаноиды и актиниды в таблицу.
    • Электронные конфигурации
    • Металлы и неметаллы
    • Периодическая таблица, заполненная блоками
    • Список элементов по названию с атомным номером и атомной массой
    • Список элементов по электроотрицательности
    • Периодическая таблица Менделеева

    Структура таблицы

    Каждый элемент отображается в поле, которое содержит символ элемента и его атомный номер.Многие таблицы также включают атомную массу, а некоторые также содержат дополнительную информацию. Фундаментальный порядок элементов — это список в соответствии с их атомным номером (числом протонов). По состоянию на 2005 год в таблице содержится 116 химических элементов, открытия которых подтверждены. Из них 94 естественным образом встречаются на Земле, а остальные — синтетические элементы, искусственно созданные в лабораториях. Следуя этому базовому порядку, элементы расположены в таблице, содержащей определенные столбцы и строки, известные как группы и периоды соответственно (см. Таблицу выше).

    Группы

    Столбцы таблицы известны как группы или семейства . Все элементы в группе имеют похожие свойства. Размещение элементов в группах — один из наиболее важных способов их классификации. В пределах группы есть некоторые различия в свойствах, но изменения относительно невелики по мере того, как один из них идет вниз (или вверх) по группе. Каждая группа элементов образует так называемую химическую серию .

    Существует три способа нумерации групп таблицы Менделеева.Стандартная система Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) состоит в том, чтобы просто пронумеровать их от 1 до 18, как в таблице выше. Есть также две старые системы, использующие римские цифры. Римские числовые названия — это оригинальные традиционные названия групп; стандартная система ИЮПАК заменяет старые имена в попытке уменьшить путаницу, создаваемую двумя старыми, но взаимно сбивающими с толку схемами. У некоторых групп есть особые названия (см. Ниже). Группы 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 и 18 также вместе известны как основная группа или репрезентативные элементы, а группы с 3 по 12 являются переходными металлами.

    Существует значительная путаница вокруг двух старых используемых систем (старый IUPAC и CAS), в которых использовались римские цифры и буквы. В старой системе ИЮПАК буквы A и B обозначались слева (A) и справа (B) от таблицы, в то время как в системе CAS буквы A и B обозначались элементами основной группы (A) и переходными металлами. (В). Первая система часто использовалась в Европе, а вторая — в Америке. Новая схема ИЮПАК была разработана для замены обеих систем, поскольку в них использовались одни и те же имена для обозначения разных вещей.

    Группы периодической таблицы следующие (в скобках показаны старые системы: европейская и американская):

    • Группа 1 (IA, IA): щелочные металлы
    • Группа 2 (IIA, IIA): щелочноземельные металлы
    • Группа 3 (IIIA, IIIB)
    • Группа 4 (IVA, IVB)
    • Группа 5 (VA, VB)
    • Группа 6 (VIA, VIB)
    • Группа 7 (VIIA, VIIB)
    • Группа 8 (VIII)
    • Группа 9 (VIII)
    • Группа 10 (VIII)
    • Группа 11 (IB, IB): чеканные металлы (название не рекомендовано IUPAC)
    • Группа 12 (IIB, IIB)
    • Группа 13 (IIIB, IIIA): группа бора
    • Группа 14 (IVB, IVA): группа углерода
    • Группа 15 (VB, VA): пниктогены (название не рекомендовано IUPAC) или группа азота
    • Группа 16 (VIB, VIA): халькогены
    • Группа 17 (VIIB, VIIA): галогены
    • Группа 18 (Группа 0): благородные газы

    Периоды

    Строки таблицы известны как периоды.Именно в последовательных периодах мы наблюдаем периодичность свойств элементов. Каждый период имеет полный набор свойств. Например, больше металлических элементов встречается слева от периода, а меньше металлических элементов — справа; или оксиды элементов слева являются основными, а для элементов справа — кислотными. Периоды просто пронумерованы от 1 до 7 сверху вниз

    Электронная структура

    Форма периодической таблицы и размещение элемента в определенной группе или периоде определяется электронной структурой атомов элемента.Фактически, химические и физические свойства элемента проистекают из его электронной структуры. Таким образом, именно электронные структуры элементов являются источником наблюдаемой периодичности свойств, а также групп и периодов периодической таблицы.

    Электронные структуры элементов происходят из квантовой механики. Квантово-механическое описание атома предполагает, что электроны имеют сложную, но точную организацию, окружающую атомное ядро. Электроны организованы в основном в оболочек увеличивающегося размера и энергии, которые нумеруются последовательно, начиная с 1 как с наименьшей энергией.Оболочки содержат подоболочек , которые могут быть представлены буквами. Наиболее распространенными подоболочками являются s , p и d . Подоболочки, в свою очередь, состоят из орбиталей , где каждая орбиталь может содержать два электрона.

    Особое значение имеют электроны в самой высокоэнергетической (самой внешней) оболочке. Это электроны, которые определяют положение элемента в таблице и в первую очередь отвечают за свойства элемента.В элементах основной группы эти внешние электроны известны как валентные электроны. Все элементы в данной группе имеют одинаковое количество валентных электронов, но по мере того, как вы спускаетесь по группе, они располагаются в последовательно более высоких оболочках. Это то, что придает элементам в группе схожие свойства. Например, все элементы основной группы с четырьмя валентными электронами входят в группу 14, начиная с углерода. Все они имеют валентные электроны в s- и p-подоболочках. Эти четыре s- и p-электрона будут вести себя одинаково независимо от оболочки, в которой они находятся.

    Помимо разделения таблицы на группы и периоды, таблица может быть разделена на блоки (см. Периодическая таблица, заполненная блоками), где последняя подоболочка, в которой находятся внешние электроны атома, определяет «блок», которому он принадлежит. Углерод, например, находится в p-блоке, потому что его последние электроны находятся в p-подоболочке.

    Общее количество электронных оболочек атома определяет период, которому он принадлежит. Поскольку каждая оболочка разделена на разные подоболочки, по мере того, как мы перебираем элементы по атомному номеру, подоболочки будут заполняться электронами примерно в порядке, показанном в таблице ниже (в таблице числа относятся к оболочке, а буквы — к подоболочке. ):

    9045 9045 9045 9045 9045 2 9045 4 7

    структура таблицы

    .Поскольку внешние электроны определяют химические свойства, электроны с одинаковым числом валентных электронов сгруппированы вместе.

    См. Также

    Ссылки

    • Баума, Дж. 1989. Периодическая таблица элементов, ориентированная на приложения. J. Chem. Эд. 66: 741.
    • Cotton, F. Albert, G. Wilkinson, C.A. Мурильо и М. Бохманн. 1999. Продвинутая неорганическая химия , 6-е изд. Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471199575
    • Гринвуд, Н. Н., и А. Эрншоу. 1997. Химия элементов , 2-е изд. Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0750633654
    • Мазурс, Эдвард Г. 1974. Графические представления периодической системы в течение ста лет. University, AL: University of Alabama Press. ISBN 0817332006
    • Скерри, Эрик Р. 2007. Периодическая таблица: ее история и ее значение. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0195305739

    Внешние ссылки

    Все ссылки получены 7 февраля 2019 г.



    Кредиты

    Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия
    в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

    История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

    Примечание. могут применяться ограничения на использование отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

    Металлоид — Энциклопедия Нового Света

    Кристаллический слиток кремния (металлоид) с отражающими голубоватыми гранями.

    Металлоид представляет собой химический элемент со свойствами, которые являются промежуточными между свойствами металлов и неметаллов.Следующие элементы обычно классифицируются как металлоиды: [1] : бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур и полоний. (Есть некоторые споры о том, следует ли классифицировать полоний как металлоид. Поскольку было доступно очень ограниченное количество этого элемента, его свойства было трудно изучить.)

    Этимология

    Термин металлоид происходит от греческих слов Metallon, означает «металл» и eidos, означает «сортировка».»

    Позиция в периодической таблице

    В стандартной схеме периодической таблицы металлоиды расположены вдоль диагональной линии, проходящей через блок p, от бора до полония. Элементы в правом верхнем углу этой строки демонстрируют возрастающее неметаллическое поведение; элементы для в нижнем левом углу отображается усиление металлического поведения. Эта линия называется «ступенькой» или «лестницей». Плохие металлы находятся слева и внизу, а неметаллы — справа и вверх.

    Перечислены в порядке возрастания атомный номер металлоидов:

    Их положение в периодической таблице показано на диаграмме ниже.

    Корпус: S G F D P
    Период 1

    2s 2p
    3 3s 3p
    4 4s 9045 9045 5 9045 9045

    4d 5p
    6 6s 4f 5d 6p
    7s 5f 6d 7p
    8 8s 5g 6f 7d 8p

    9045 4 I
    Йод

    13 14 15 16 17
    B
    Бор
    C
    Углерод
    C
    Углерод
    N

    Азот
    F
    Фтор
    Al
    Алюминий
    Si
    Кремний
    P
    Фосфор
    S
    Фосфор
    S
    Сера 904 9045 9045 Хлорсодержащий сплав Gall 9045
    Ge
    Германий
    As
    Мышьяк
    Se
    Селен
    Br
    Бром
    9045 9045 9045 Индий 9045 908 908 908 In

    9099 908 909 904 908 Индий 9045 908 Сурьма

    Te
    Теллур
    Tl
    Таллий
    Pb
    Свинец
    Bi
    Висмут
    Po
    9045 905 905 904 905 904 908 Полоний 905

    Как отмечалось выше, металлоиды по своим свойствам занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами.Например, мышьяк и сурьма представляют собой твердые кристаллические вещества, которые выглядят как металлы, но в химических реакциях они ведут себя либо как металлы, либо как неметаллы.

    Оксиды металлоидов обычно амфотерные. Для сравнения: металлы обычно образуют основные оксиды, а неметаллы имеют тенденцию образовывать кислые оксиды. Кроме того, некоторые металлоиды (особенно бор, кремний и германий) ведут себя как полупроводники, что означает, что они могут нести электрический заряд при определенных условиях. Кроме того, значения электроотрицательности и энергии ионизации для металлоидов находятся между значениями металлов и неметаллов.

    Химическая активность металлоида зависит от вещества, с которым он реагирует. Например, бор ведет себя как неметалл при взаимодействии с натрием, но он действует как металл при взаимодействии с фтором.

    Поведение некоторых аллотропов

    Большинство металлоидов могут существовать в форме нескольких аллотропов. Для данного металлоида один аллотроп может вести себя как металл, а другой — как неметалл.

    Для элемента углерода (классифицируемого как неметалл) его аллотроп алмаза явно неметаллический, но аллотроп графита показывает ограниченную электропроводность, более характерную для металлоида.Кроме того, некоторые аллотропы фосфора, олова, селена и висмута обладают свойствами, аналогичными металлоидам.

    Металлоид или полупроводник?

    Понятия металлоид и полупроводник не следует путать друг с другом. Хотя некоторые металлоиды являются полупроводниками, не все полупроводники являются металлоидами. Термин «металлоид» относится к свойствам определенных элементов таблицы Менделеева. Термин «полупроводник» относится к физическим свойствам материалов (включая сплавы и соединения).Между ними существует лишь частичное совпадение.

    См. Также

    Примечания

    Ссылки

    • Браун-младший, Теодор Л., Х. Юджин Лемей, Брюс Эдвард Бурстен и Джулия Р. Бердж. 2002. Химия: Центральная наука, 9-е издание. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 0130669970.
    • Чанг, Раймонд. 2006. Химия, 9-е издание. Нью-Йорк: McGraw-Hill Science / Engineering / Math. ISBN 0073221031.
    • Коттон, Ф. Альберт и Джеффри Уилкинсон.1980. Продвинутая неорганическая химия, 4-е издание. Нью-Йорк: Вили. ISBN 0-471-02775-8.
    • Гринвуд, Н.Н., и А. Эрншоу. 1997. Химия элементов, 2-е издание. Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн, Elsevier Science. ISBN 0750633654.

    Внешние ссылки

    Все ссылки получены 18 сентября 2018 г.

    Кредиты

    New World Encyclopedia писатели и редакторы переписали и завершили статью Wikipedia
    в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

    История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

    Примечание. могут применяться ограничения на использование отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

    На воспринимаемую регулярность текстуры влияет регулярность окружающей текстуры

    Мы продемонстрировали контраст одновременной регулярности, или SRC, в соответствии с предыдущими исследованиями последовательного контраста регулярности, то есть регулярности последействия 7,8 . В двух вышеупомянутых исследованиях использовалась только одна тестовая регулярность (позиционный джиттер около половины межэлементного расстояния) и в случае Yamada et al . 7 исследования, всего три уровня адаптации (выше, ниже или совпадает с регулярностью теста).Здесь мы протестировали более широкий спектр тестовых закономерностей и индукционных (окружающих) закономерностей. Размер наблюдаемого нами эффекта SRC аналогичен размеру ранее измеренного последействия регулярности, то есть в среднем около 18% 7 . Однако мы также обнаружили индивидуальные различия в направленности SRC по трем тестовым закономерностям и эффекты асимметричной направленности SRC, как описано ниже.

    Направленность SRC

    В целом наши результаты указывают на двунаправленный эффект SRC, в котором более регулярное окружение, чем центр, снижает воспринимаемую регулярность, в то время как окружение менее регулярное, чем центр, усиливает его.Это согласуется с двунаправленным последействием регулярности в ранее опубликованном исследовании 7 и подтверждается нашими собственными неопубликованными данными.

    Однако в настоящем исследовании наблюдаются индивидуальные различия в направленности трех тестовых закономерностей. Некоторые наблюдатели показали двунаправленный SRC для всех трех тестовых регулярностей (т.е. наблюдатели 1 и 2), в то время как другие показали двунаправленность только для средних или высоких тестовых регулярностей (т.е. зеленые и синие линии на рис. 6 для наблюдателей 3,4,5).Причина этих индивидуальных различий неясна. Для самой низкой регулярности тестирования (оранжевые линии на рис. 6) двунаправленность SRC очень слабая, что означает, что центр тестирования может быть слишком нерегулярным, чтобы на него повлияло более нерегулярное окружение. Это вероятная причина, по которой Ouhnana et al . 8 не смогли обнаружить двунаправленность в своем исследовании последействия регулярности: для ряда закономерностей адаптера они использовали только одну низкую тестовую регулярность с уровнем позиционного джиттера 15 минут.

    Асимметрия SRC

    Как показано на рис. 6, более регулярное окружение усиливает воспринимаемую неравномерность на 20-40%, в то время как менее регулярное окружение усиливает воспринимаемую регулярность примерно на 10%, асимметрию, наблюдаемую у всех наблюдателей. Эффект последействия регулярности, наблюдаемый в предыдущем исследовании 7 , однако, был довольно симметричным в том смысле, что регулярные и нерегулярные адаптеры вызвали сходные по размеру, но противоположные сдвиги в воспринимаемой регулярности теста. В этом исследовании использовался стимул, в котором в четыре раза больше точек, чем в нашем тестовом стимуле, и большее расстояние между точками (46.8 мин, что вдвое больше, чем у нас), что позволяет использовать больший диапазон джиттера (41,4 мин, снова вдвое больше нашего) и, следовательно, более нестандартные адаптеры. Пока неизвестно, как соотношение между диапазоном джиттера и расстоянием между точками влияет на восприятие регулярности. С другой стороны, возможно, что асимметрия в последействии наблюдалась бы, если бы были проверены другие сочетания регулярности адаптера / теста. Другая возможная причина асимметрии, предложенная анонимным рецензентом, заключается в том, что регулярное окружение может привлекать больше внимания, чем нерегулярное окружение, что приводит к более сильному SRC.Необходимы дальнейшие исследования, чтобы проверить, привлекают ли обычные текстуры больше внимания, чем нерегулярные текстуры. Мы вернемся к краткому обсуждению асимметрии, обнаруженной в настоящем исследовании, в следующем разделе.

    Возможные модели для кодирования регулярности

    Хотя это исследование было направлено на изучение природы кодирования регулярности, следует учитывать возможность того, что психофизическая задача может отражать что-то совершенно другое. В частности, обратите внимание, что на рис. 2 центр с более регулярным окружением кажется меньше, а центр с менее регулярным окружением кажется больше — вероятно, этот эффект воспринимаемого размера может опосредовать наш отчетный эффект регулярности.Однако в формальном эксперименте стимулы не были представлены рядом, как на рис. 2. В начале каждого эксперимента сначала показывался соответствующий стимул, который должен давать четкое представление о размере центральной области для следующий тестовый стимул. Кроме того, участникам было рекомендовано всегда сосредотачиваться на центре. Учитывая такую ​​быструю длительность стимула (300 мс), суждения участников о регулярности должны в значительной степени основываться на области, близкой к фиксации, а не на приграничной области.Поэтому в этом эксперименте влияние размера области должно быть очень ограничено. Кроме того, нет прямых или потенциальных доказательств того, что размер области (не размер элемента) может повлиять на восприятие регулярности. Следовательно, мы считаем это объяснение маловероятным и вместо этого интерпретируем наши результаты с точки зрения кодирования регулярности.

    Ouhnana et al . 8 предположили, что регулярность шаблона может быть закодирована «пиковостью» в отклике совокупности каналов, выбранных для различных диапазонов пространственной частоты (SF).Эта идея может показаться нелогичной, поскольку она предполагает, что информация для кодирования регулярности лежит в амплитуде Фурье (или вейвлета), а не в фазовом спектре, то есть не в основном через механизм, который явно кодирует локальные позиционные отношения в стимуле. Ouhnana и др. . основывали свои рассуждения на наблюдении, что если взять идеально регулярный и совершенно нерегулярный паттерн и поменять местами их амплитудный и фазовый спектры Фурье, то полученные изображения показывают, что регулярность сохраняется прежде всего в амплитудном спектре.Последующие исследования последействия регулярности 7 и различения регулярности 18 также доказывали, что SF-пиковость является кодом регулярности. Более того, можно легко сегментировать различные степени регулярности рисунка (см. Здесь рис.2, а также рис.1 из 8 ), что помещает регулярность рисунка среди подмножества размеров текстуры, которые традиционно моделировались с использованием энергии Фурье (или вейвлета). на основе операций, таких как обычная модель фильтр-выпрямитель-фильтр 40,41 .

    Здесь мы повторно исследуем идею SF-пиковости, а также рассматриваем другие возможности. Чтобы проиллюстрировать, как в принципе можно вычислить регулярность по пиковому значению SF, мы выполнили аналогичный анализ SF, что и Ouhnana, et al. 8 , для пятнадцати уровней регулярности наших стимулов (обрезанных до 256 × 256 пикселей каждый, как показано на рис. 7A, вверху). Каждое изображение было отфильтровано набором нечетно-симметричных фильтров Габора в диапазоне от низкого до высокого SF (27 логарифмических SF от 0,18 до 120,65 цикла на изображение, каждый 1.5 полос в октавах), каждая в четырех ориентациях (0, 90 и ± 45 градусов). Затем вычислялись пиксельные среднеквадратичные (RMS) отклики (т.е. энергия) каждого отфильтрованного изображения и нормализовались на квадрат размера фильтра. Нормализованные среднеквадратичные значения каждого уровня регулярности затем были усреднены по четырем ориентациям и по девяти образцам изображений, нормализованы, чтобы уравнять общий отклик по уровням регулярности (то есть нормализация площади). Результаты, представленные на фиг. 7A, показывают, что по мере перехода от высокой (темно-оранжевые линии) к низкой регулярности (темно-синие линии) распределение SF становится менее пиковым, т.е.е. больше разложить. Обратите внимание, что с нашими стимулами ни одно из распределений SF не показывает двух пиков, которые были обнаружены в предыдущих исследованиях 8,18 . Это связано с тем, что в наших стимулах пик, связанный с размером элемента, и пик, связанный с расстоянием между элементами, перекрываются, давая составной пик примерно при 12 циклах / изображение (1,08 логарифмических циклов / изображение). Распределения SF на рис. 7A были усреднены по четырем ориентациям, поскольку шаблон в целом один и тот же, т. Е. Он становится менее пиковым из-за неравномерности независимо от того, совпадает ли ориентация фильтра с ориентацией сетки (0 и 90 градусов) или нет (± 45 градусов). .

    Рис. 7

    Результаты вейвлет-анализа Габора для изображений стимула на пятнадцати уровнях регулярности в зависимости от пространственной частоты. Изображения стимула (256 × 256 пикселей каждое, как показано на A, вверху) были отфильтрованы нечетно-симметричными ориентированными фильтрами Габора с широким диапазоном пространственных частот. Затем были вычислены пиксельные среднеквадратические отклики (т.е. энергия) отфильтрованных изображений и нормализованы квадратом размеров фильтра, как показано в ( A ), с высокой регулярностью (темно-оранжевые линии, которые более резкие). до низких закономерностей (синие линии, которые более пологие).Каждая линия представляет собой усредненное пространственное частотное распределение по четырем ориентациям фильтров Габора (вертикальное, горизонтальное и наклон ± 45 градусов) и девяти образцам изображений. Для каждого распределения в ( A ) мы рассчитали его эксцесс, перекос, среднее значение, высоту пика (максимум), ширину (полная ширина на половине максимума, FWHM), площадь под кривой и стандартное отклонение. Значение каждой статистики вычисляется по пятнадцати уровням регулярности и нормализуется к значению в наиболее регулярных условиях (джиттер 0 мин).График в ( B ) показывает процентную разницу по сравнению с условием дрожания 0 мин для каждого типа статистики. Ширина пространственного частотного распределения увеличивается с неравномерностью, в то время как эксцесс, перекос, высота пика и стандартное отклонение уменьшаются вместе с ним.

    SF-пиковость — термин, имеющий довольно нечеткое определение, поэтому возникает вопрос, какая метрика может быть подходящей метрикой для его воплощения. Существует ряд возможностей, например эксцесс, высота пика (максимум), ширина на половине высоты (FWHM) и стандартное отклонение.Чтобы сравнить эти статистические данные, наряду с другими статистическими данными без пиков, такими как перекос, площадь и среднее значение, мы нормализовали каждую статистику по наиболее регулярному шаблону (джиттер 0 мин), а затем построили процентную разницу в статистике как функцию неравномерности. . Как показано на фиг. 7B, ширина (FWHM) распределения SF увеличивается с неравномерностью, в то время как эксцесс, перекос, высота пика и стандартное отклонение уменьшаются вместе с ним. Площадь и средние значения остаются постоянными для неровностей из-за нормализации площади.Вся статистика, зависящая от регулярности, может быть потенциальными кандидатами на регулярность кодирования. Например, высота пика, точная статистика, предложенная в вышеупомянутых исследованиях регулярности 7,8,18 , является хорошим предиктором регулярности. Однако другие статистические данные, такие как ширина, эксцесс, перекос и стандартное отклонение, также могут быть важны — первая из трех кажется даже более чувствительной к степени неравномерности, чем высота пика (рис. 7B). Однако перекос не может быть надежным источником оценки регулярности, поскольку он в значительной степени определяется соотношением между размером элемента и расстоянием между элементами.Например, главный пик распределения SF связан с размером элемента, а второй пик связан с расстоянием между элементами. В предыдущих исследованиях расстояние между элементами больше, чем размер элемента, поэтому второй пик находится слева от основного пика 8,18 . В этом случае перекос уменьшается с регулярностью. Однако, если расстояние между элементами меньше размера элемента, второй пик переместится вправо от основного пика. В этом случае перекос увеличивается с регулярностью. Следовательно, перекос не может быть хорошим предиктором регулярности, и для проверки этого необходимы будущие исследования.

    Марк Джорджсон (личное общение) предположил, что закономерность может быть закодирована не по образцу ответов в научной фантастике, а по ориентации. Действительно, Ямада, и др. . 7 показали, что последействие регулярности было чувствительно к ориентационным отношениям между адаптером и сетками тестовых точек, согласованная с ориентацией, которая важна для регулярности кодирования. Чтобы проверить это, мы выполнили тот же анализ SF, что и раньше, для трех выбранных закономерностей (0, 8.3 и 20,3 джиттер мин), но построили данные отдельно для широкого диапазона ориентаций фильтра Габора (0–165 градусов с интервалом 15 градусов). Как показано на рис. 8, высокоэнергетические отклики сосредоточены вокруг ориентации сетки (вертикальной и горизонтальной) для регулярных текстур (рис. 8 слева), а энергия постепенно распространяется по ориентации с увеличением неравномерности (рис. 8 справа). Таким образом, как предполагает Джорджсон, дисперсия распределения энергии по ориентации (и другие статистические данные, такие как ширина, эксцесс и перекос) также могут кодировать закономерность.

    Рис. 8

    Результаты вейвлет-анализа Габора для изображений стимулов с тремя уровнями регулярности (0, 8,3 и 20,3 мин. Джиттера), показанных в виде графиков полярных изображений средней энергии (рассчитанной как для рис. 7A) как совместной функции пространственной частоты ( расстояние от центра) и ориентация (полярный угол). Полярные изображения генерируются с использованием функции Matlab «polarPcolor», созданной Этьеном Шейнетом (www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/49040-pcolor-in-polar-coordinates). Усредненные энергетические отклики были получены в широком диапазоне пространственных частот и при каждой из 12 ориентаций фильтров Габора (0–165 градусов, с шагом 15 градусов и значения 180 градусов, противоположные друг другу, отображенные симметрично).Отклики с более высокой энергией сконцентрированы вокруг ориентации сетки (вертикальной и горизонтальной) и пикового SF (1,08 логарифмических циклов / изображение) для регулярной текстуры (слева), при этом энергия постепенно распространяется по ориентациям с увеличением неравномерности (середина направо).

    Несмотря на точную статистику, которую визуальная система использует для кодирования регулярности, как мы можем объяснить SRC? Мы предполагаем два возможных подхода. Один из них заключается в том, что отношение объемного теста напрямую влияет на статистику регулярности.Если это так, двунаправленность в SRC будет означать, что код регулярности представлен противоположным образом, с одним полюсом для «обычного», другим «нерегулярным», аналогично «красно-зеленому» и «сине-желтому» противоположностям в цвет внешний вид 42 . Подавление правильного полюса в центре с помощью обычного окружения будет действовать, чтобы сместить положение регулярности центра в сторону неправильного полюса, в то время как подавление неправильного полюса нерегулярным окружением будет делать противоположное, точно так же, как красное окружение вызывает центр серый, чтобы казаться зеленоватым, а зеленая рамка влияет на центральный серый цвет, чтобы он казался красноватым.Так, например, если эксцесс ( k ) распределения SF был кодом для регулярности, могла бы применяться следующая формулировка:

    $$ {\ rm {воспринимаемый}} \, {\ rm {center}} \, k = {\ rm {physical}} \, {\ rm {center}} \, k \ times (\ frac {{\ rm {physical}} \, {\ rm {center}} \, k} {{\ rm { Physical}} \, {\ rm {Surround}} \, k} \ times 100 \%) $$

    Второй подход к пониманию SRC может заключаться в том, что отдельные каналы SF (или ориентации) в окружающем пространстве подавляют каналы в по центру через селективный по каналам одновременный «контраст-контраст» 43 .Идея подхода SF-канала проиллюстрирована на рисунке 9. Интересным аспектом этой идеи является то, что даже несмотря на то, что одновременный контраст-контраст может действовать однонаправленно, то есть объемное звучание работает только для уменьшения откликов центрального канала, следствием этого является двунаправленный SRC. Причина этого в том, что регулярное и нерегулярное окружение подавляет центральные отклики (несколько) разных диапазонов SF. Обычный объемный звук подавляет более высокие полосы SF центрального распределения из-за более высокой контрастной энергии объемного звучания по сравнению с центром в более высоких полосах SF (рис.9А). В результате центральное распределение становится более пологим и, следовательно, воспринимается как более неравномерное при наличии обычного окружения. С другой стороны, нерегулярный объемный звук подавляет нижние полосы SF центрального распределения (рис. 9B), поэтому он становится более резким и, следовательно, воспринимается как более регулярный.

    Рис. 9

    Примеры метода одновременного контрастирования-контраста с выборкой каналов для объяснения SRC. Сплошные зеленые линии на обоих графиках показывают распределение SF с регулярностью центра 8.34 jitter arcmin без подавления объемного звука с использованием того же анализа, что и на рис. 7A. Серые линии представляют распределение SF для более регулярного окружающего звука ( A , 0 угловых минут джиттера) и менее регулярного окружающего звука ( B , 20.31 углового джиттера). Пунктирные зеленые линии представляют собой центральное распределение после подавления объемного звука при одновременном контрасте-контрасте. Обычный объемный звук ( A ) и неправильный объемный звук ( B ) подавляют отклики центра в разных диапазонах SF (серые области).В результате центральное распределение становится более плоским и, следовательно, воспринимается как более неравномерное при наличии более правильного окружения ( A ). Однако в ( B ) центральное распределение становится более резким и, следовательно, воспринимается как более регулярное при наличии более нерегулярного окружения.

    Наше неформальное имитационное моделирование, основанное на подходах противодействия и выборочного контраста-контраста SF, описанных выше, показывает, что обе модели могут качественно предсказать наблюдаемую нами картину SRC, включая асимметрию, описанную ранее.Однако, учитывая возможное количество статистических данных кода регулярности и возможные модельные подходы к SRC, описанные выше, на данном этапе кажется преждевременным брать на себя конкретную модель SRC. Важным направлением будущего станет проведение новых экспериментов, направленных на явное тестирование различных модельных подходов, описанных здесь.

    Два вышеупомянутых подхода к объяснению SRC основаны на отдельных анализах SF для центральных и окружающих закономерностей, а не на анализе SF всего стимула, поскольку целью было уловить латеральные тормозные взаимодействия, которые, как предполагается, лежат в основе SRC.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.