Блок (периодическая таблица)

Часть серии на |
Периодическая таблица |
---|
Блок атомными периодической таблицы представляет собой набор элементов, объединенных орбиталями их валентных электронов или вакансий. [ 1 ] Термин, кажется, впервые использовался Чарльзом Джанет . [ 2 ] Каждый блок назван в честь его характерной орбиты: S-блоки , P-блоки , D-блоки , F-блока и G-блока .
Названия блоков (S, P, D и F) получены из спектроскопической нотации для значения азимутального квантового числа электрона : Sharp (0), Princial (1), диффузной (2) и фундаментального (3). Последующие обозначения продолжаются в алфавитном порядке, как G, H и т. Д., Хотя элементы, которые будут принадлежать к таким блокам, еще не обнаружены.
Характеристики
[ редактировать ]Разделение на блоки оправдано их отличительной природой: S характеризуется, за исключением H и он, высоко электропозитивными металлами; P по ряду очень отличительных металлов и неметаллов, многие из которых необходимы для жизни; D по металлам с множественными состояниями окисления; f по металлам настолько похожи, что их разделение проблематично. Полезные заявления о элементах могут быть сделаны на основе блока, к которому они принадлежат, и их позиции в нем, например, на самом высоком уровне окисления, плотности, температуры плавления ... электроотрицательность довольно систематически распределяется по блокам и между между блоками.
PJ Стюарт
В фондах химии, 2017 год [ 3 ]
Существует приблизительное соответствие между этой номенклатурой блоков на основе электронной конфигурации и наборами элементов на основе химических свойств. S-блок и блок вместе обычно считаются элементами основной группы , D-блок соответствует переходным металлам , а F-блока соответствует внутренним переходным металлам и охватывает почти все лантаниды ( например, Lanthanum , Praseodymium и диспрозий ) и актиниды (например, актиний , уран и эйнштейний ).
группы 12 Элементы цинк , кадмий и ртуть иногда считаются основной группой, а не как переходная группа, потому что они химически и физически более похожи на элементы P-блока, чем другие элементы D-блока. Элементы группы 3 иногда считаются основными элементами группы из-за их сходства с элементами S-блока. Тем не менее, они остаются элементами D-блока, даже когда считаются основной группой.
Группы (столбцы) в F-блоке (между группами 2 и 3) не пронумерованы.
Гелий является элементом S-блока , с его внешним (и единственным) электронами в атомной орбитали 1S , хотя его химические свойства более похожи на благородные газы P-блока в группе 18 из-за его полной оболочки.
S-Block
[ редактировать ]NA, K, MG и CA имеют важное значение в биологических системах. Некоторые ... другие элементы S-блока используются в медицине (например, LI и BA) и/или встречаются в виде незначительных, но полезных загрязняющих веществ в CA Bio-Minerals, например, SR… Эти металлы отображают только одно стабильное состояние окисления [+1 или +2 ] Это позволяет [их] ... ионам перемещаться по клетке без ... опасности окисления или уменьшения.
Wilkins, RG и Wilkins, PC (2003)
Роль кальция и сопоставимых катионов в поведении животных, RSC , Кембридж, с. 1
S-блок, с S, стоящим за «острый» и азимутальный квантовый номер 0, находится на левой стороне обычной периодической таблицы и состоит из элементов из первых двух столбцов плюс один элемент в самом правом столбце, неметаллы водород и гелий и щелочные металлы (в группе 1) и щелочные металлы Земли (группа 2). Их общая конфигурация валентности n s 1–2 Полем Гелий является S-элементом, но почти всегда находит свое место в крайнем правом правом в группе 18 , над P-элементом Neon . Каждый ряд таблицы имеет два S-элемента.
Металлы S-блока (с второго периода и далее) в основном мягкие и, как правило, имеют низкие точки плавления и кипения. Большинство придают цвет пламени.
Химически все S-элементы, кроме гелия, очень реактивны. Металлы S-блока очень электропозитивны и часто формируют по существу ионные соединения с неметалами, особенно с высокоэлектромигативными галогенными неметалами.
P-Block
[ редактировать ]P-блок с P, который стоит для «основной» и азимутальной квантовой номера 1, находится на правой части стандартной периодической таблицы и охватывает элементы в группах 13. Их общая электронная конфигурация- N S 2 nнапример 1–6 Полем Гелий , хотя и является первым элементом в группе 18, не включен в P-блока. Каждый ряд таблицы имеет место для шести P-элементов, за исключением первой строки (у которого нет).
Этот блок является единственным, что имеет все три типа элементов: металлы , неметаллы и металлоиды . Элементы P-блока могут быть описаны в группе по группе как: группа 13, Icosagens ; 14, кристаллогены ; 15, пнектогены ; 16, халкогены ; 17, галогены ; и 18, Гелийская группа , состоящая из благородных газов (за исключением гелия) и Оганссона . В качестве альтернативы, P-блока может быть описана как содержащий металлы после трансляции ; металлоиды ; реактивные неметалы, включая галогены ; и благородные газы (за исключением гелия).
Элементы P-блока объединяются из-за того, что их валентные (самые внешние) электроны находятся в Porbital. Porbital состоит из шести лопастных форм, исходящих из центральной точки под равномерно распределенными углами. Porbital может содержать максимум шесть электронов, поэтому в P-блоке есть шесть столбцов. Элементы в столбце 13, первая столбец P-блока, имеют один P-Orbital Electron. Элементы в столбце 14, второй столбец P-блока, имеют два P-Orbital Electron. Тенденция продолжается до тех пор, пока столбец 18, который имеет шесть P-Orbital Electrons.
Блок является оплотом правила октета в его первом ряду, но элементы в последующих рядах часто демонстрируют гипервалентность . Элементы P-блока показывают переменные состояния окисления, как правило, различающиеся в нескольких кратных двух. Реакционная способность элементов в группе обычно уменьшается вниз. (Гелий нарушает эту тенденцию в группе 18, будучи более реактивным, чем неоновый, но, поскольку гелий на самом деле является элементом S-блока, часть P-блока тренда остается неповрежденной.)
Связь между металлами и неметалами зависит от разницы в электроотрицательности. Ионность возможна, когда разница в электроотрицательности достаточно высока (например, Li 3 N , NaCl , PBO ). Металлы в относительно высоких состояниях окисления имеют тенденцию образовывать ковалентные структуры (например, WF 6 , OSO 4 , TICL 4 , ALCL 3 ), как и более благородные металлы даже в низких состояниях окисления (EG AUCL , HGCL 2 ). Есть также некоторые оксиды металлов, демонстрирующие электрическую (металлическую) проводимость , такие как Ruo 2 , REO 3 и IRO 2 . [ 4 ] Металлоиды имеют тенденцию образовывать либо ковалентные соединения, либо сплавы с металлами, хотя даже в этом случае ионность возможна с большинством электропозитивных металлов (например, Mg 2 Si ).
D-Block
[ редактировать ]Элементы показывают горизонтальное сходство в их физических и химических свойствах, а также обычных вертикальных отношениях. Это горизонтальное сходство настолько отмечено, что химия первой ... серии ... часто обсуждается отдельно от химии второй и третьей серии, которые больше похожи друг на друга, чем к первой серии.
Kneen, WR, Rogers, MJW и Simpson, P. (1972)
Химия: факты, закономерности и принципы, Аддисон-Уэсли, Лондон, с. 487–489
D-блок с D, который стоит для «диффузного» и азимутального квантового числа 2, находится в середине периодической таблицы и охватывает элементы из групп 3–12; Это начинается в 4 -м периоде . Периоды с четвертого и далее имеют место для десяти элементов D-блока. Большинство или всех этих элементов также известны как переходные металлы , потому что они занимают переходную зону в свойствах, между сильно электропозитивными металлами групп 1 и 2, и слабо электропозитивными металлами групп 13-16. Группа 3 или группа 12, пока По-прежнему считаются металлами D-блока, иногда не считаются переходными металлами, потому что они не показывают химические свойства, характерные для переходных металлов, например, множественные состояния окисления и цветные соединения.
Все элементы D-блока-это металлы, и большинство из них имеют один или несколько химически активных D-орбитальных электронов. Поскольку существует относительно небольшая разница в энергии различных D-орбитальных электронов, количество электронов, участвующих в химической связи, может варьироваться. Элементы D-блока имеют тенденцию демонстрировать два или более состояния окисления, различающиеся на множестве одного. Наиболее распространенные состояния окисления - +2 и +3. Хром , железо , молибден , рутений , вольфрамовый и осмий могут иметь формальные числа окисления до -4; Иридий имеет особое различие в том, что он способен достичь состояния окисления +9 , хотя только в условиях отдаленных.
D-Орбитали (четыре формы как четырехлистные клеверы , а пятая как гантель с кольцом вокруг него) могут содержать до пяти пар электронов.
F-Block
[ редактировать ]Из-за их сложной электронной структуры, значительных эффектов электронной корреляции и большого релятивистского вклада, элементы F-блока, вероятно, являются наиболее сложной группой элементов для теории электронной структуры.
Dolg, M., ed. (2015)
Вычислительный метод в лантаноидной и актинидной химии, John Wiley & Sons, Chichester, p. XVII
F-блок, с F, который стоит для «фундаментального» и азимутального квантового номера 3, появляется в виде сноски в стандартной 18-колонной столе, но расположена на левом центре стола с полной шириной из 32-колод 2 и 3. Периоды с шестого и далее имеют место для четырнадцати элементов F-блока. Эти элементы, как правило, не считаются частью какой -либо группы . Их иногда называют внутренними переходными металлами , потому что они обеспечивают переход между S-блоком и D-блоком в 6-м и 7-м ряду (период), так же, как металлы перехода D-блока обеспечивают переходный мост между S- Блок и P-блок в 4-м и 5-м рядах.
Элементы F-блока поставляются в двух сериях: Lanthanum через иттербий в период 6, и актиния через Нобелия в период 7. Все это металлы. F-Orbital Electrons менее активны в химии элементов 6-блока периода, хотя они вносят некоторый вклад; [ 5 ] Они довольно похожи друг на друга. Они более активны в раннем периоде 7 элементов F-блока, где энергии 5F, 7 и 6D раковины очень похожи; Следовательно, эти элементы, как правило, показывают столько химической изменчивости, сколько их аналоги переходных металлов. Более поздний период 7 элементов F-блока с Curium ведут себя больше как их аналоги 6.
Элементы F-блока объединяются в основном с одним или несколькими электронами во внутренней F-Orbital. Из F-Orbitals шесть имеют по шесть доли каждая, а седьмой выглядит как гантель с пончиком с двумя кольцами. Они могут содержать до семи пар электронов; Следовательно, блок занимает четырнадцать столбцов в периодической таблице. Им не присваиваются номера групп, поскольку вертикальные периодические тенденции не могут быть различены в «группе» из двух элементов.
Два ряда из 14 членов элементов F-блока иногда путаются с лантаноидами и актинидами , которые являются именами для наборов элементов, основанных на химических свойствах больше, чем конфигурации электронов. Эти наборы имеют 15 элементов, а не 14, распространяющихся на первых членов D-блока в свои периоды, Lutetium и Lawrencium соответственно.
Во многих периодических таблицах F-блок сдвинут один элемент вправо, так что Lanthanum и Actinium становятся элементами D-блока, а CE-LU и TH-LR образуют F-блоки, разрывая D-блоки порции. Это удержание от ранних ошибочных измерений электронных конфигураций, в которых, как считалось, оболочка 4F завершила свое заполнение только в Lutetium. [ 6 ] Фактически, иттербий завершает оболочку 4F, и на этой основе Lev Landau и Evgeny Lifshitz рассмотрели в 1948 году, что Lutetium не может быть правильно считаться элементом F-блока. [ 7 ] С тех пор физические, химические и электронные доказательства в подавляющем большинстве подтверждают, что F-блок содержит элементы LA-YB и AC-NO, [ 6 ] [ 8 ] Как показано здесь и как подтверждается Международным союзом чистых и прикладных отчетов о химии, датируемых 1988 года [ 8 ] и 2021. [ 9 ]
G-Block
[ редактировать ]Прогнозируется, что G-блок с азимутальным квантовым номером 4 начнется в окрестностях элемента 121 . Хотя не ожидается, что G-орбитали начнут заполнять основное состояние до примерно элемента 124-126 ), они, вероятно , Расширенную (см. периодическую таблицу уже достаточно низкие по энергии, чтобы начать химически в элементе 121, [ 10 ] Подобно ситуации орбиталей 4F и 5F.
Если тенденция к предыдущим рядам продолжилась, то g-блок будет иметь восемнадцать элементов. Тем не менее, расчеты предсказывают очень сильное размытие периодичности в восьмом периоде, до такой степени, что отдельные блоки становятся трудными для разграничения. Вполне вероятно, что восьмой период не будет следовать за тенденцией предыдущих рядов. [ 11 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дженсен, Уильям Б. (21 марта 2015 г.). «Положения Lanthanum (актиний) и Lutetium (Lawrencium) в периодической таблице: обновление». Основы химии . 17 : 23–31. doi : 10.1007/s10698-015-9216-1 . S2CID 98624395 .
- ^ Чарльз Джанет, Спиральная классификация химических элементов , Бове, 1928
- ^ Стюарт, PJ (7 ноября 2017 г.). «Тетраэдрические и сферические представления периодической системы» . Основы химии . 20 (2): 111–120. doi : 10.1007/s10698-017-9299-y .
- ^ Яо, Бенцхен; Kuznetsov, Vladimir L.; Сяо, Тянкун; Слокомб, Даниэль Р.; Рао, CN R; Хенсель, Фридрих; Эдвардс, Питер П. (2020). «Металлы и неметалы в периодической таблице» . Философские транзакции Королевского общества а . 378 (2180). doi : 10.1098/rsta.2020.0213 . PMC 7435143 .
- ^ GSchneidner, Karl A. Jr. (2016). "282. Систематика" В Бюнцли, Жан-Клод Г.; Печарский, Виталий К. (ред.). Физикрика редкого искусства . Тол. 50. стр. 12–16. ISBN 978-0-444-63851-9 .
- ^ Jump up to: а беременный Дженсен, Уильям Б. (1982). «Позиции лантана (актиний) и лютеете (Лоуренс) в периодической таблице». Журнал химического образования . 59 (8): 634–636. Bibcode : 1982jched..59..634J . doi : 10.1021/ed059p634 .
- ^ Ландау, Л.Д .; Lifshitz , Em]] (1958). Квантовая механика: нерелятивистская теория . Тол. 3 (1 -е изд.). Pergamon Press . С. 256–57.
- ^ Jump up to: а беременный Fluck, E. (1988). «Новые обозначения в периодической таблице» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 60 (3): 431–436. doi : 10.1351/pac198860030431 . S2CID 96704008 . Архивировано (PDF) из оригинала 25 марта 2012 года . Получено 24 марта 2012 года .
- ^ Спирри, Эрик (18 января 2021 года). «Предварительный отчет о дискуссиях по группе 3 периодической таблицы» (PDF) . Chemistry International . 43 (1): 31–34. doi : 10.1515/ci-2021-0115 . S2CID 231694898 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 апреля 2021 года . Получено 9 апреля 2021 года .
- ^ Умемото, Коичиро; Saito, Susumu (1996). «Электронные конфигурации сверхтяничных элементов» . Журнал физического общества Японии . 65 (10): 3175–9. Bibcode : 1996jpsj ... 65.3175U . doi : 10.1143/jpsj.65.3175 . Получено 31 января 2021 года .
- ^ Спирри, Эрик (2020). «Последние попытки изменить периодическую таблицу» . Философские транзакции Королевского общества а . 378 (2180). Bibcode : 2020rspta.37890300S . doi : 10.1098/rsta.2019.0300 . PMID 32811365 . S2CID 221136189 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]Тетраэдрическая периодическая таблица элементов . Анимация, показывающая переход от обычной таблицы в тетраэдр.