Блок (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

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

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 ^1–2Полем 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

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 ^1–6Полем 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).

Алюминий (металл), атомный номер 13

Кремний (металлоид), атомный номер 14

Фосфор (неметал), атомный номер 15

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

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

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

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

Электронная оболочка подболлы

Ссылки

^ 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

Тетраэдрическая периодическая таблица элементов . Анимация, показывающая переход от обычной таблицы в тетраэдр.

[Jensen2015-1] 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 .

[2] Чарльз Джанет, Спиральная классификация химических элементов , Бове, 1928

[3] 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 .

[4] 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 .

[5] 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 .

[Jensen1982-6] 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 .

[Landau-7] Ландау, Л.Д .; Lifshitz , Em]] (1958). Квантовая механика: нерелятивистская теория . Тол. 3 (1 -е изд.). Pergamon Press . С. 256–57.

[Fluck-8] 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 .

[2021IUPAC-9] 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 .

[10] 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 .

[recentattempts-11] 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 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]