מערכת מחזורית של יסודות כימיים. סרטון הדרכה "תקופות בשינוי המאפיינים של אלמנטים

מחזוריות היא יכולת החזרה על המאפיינים של תכונות כימיות וכמה תכונות פיזיקליות ב חומרים פשוטיםוהחיבורים שלהם בעת שינוי המספר הסידורי של האלמנטים. זה קשור, קודם כל, לחזרה על המבנה האלקטרוני של אטומים ככל שהמספר הסידורי גדל (וכתוצאה מכך, מטען הגרעין ומספר האלקטרונים באטום).

מחזוריות כימית מתבטאת באנלוגיה של התנהגות כימית, אחידות התגובות הכימיות. במקרה זה, מספר האלקטרונים הערכיים, מצבי החמצון האופייניים והנוסחאות של התרכובות יכולים להיות שונים. מעת לעת, לא רק תכונות דומות חוזרות על עצמן, אלא גם הבדלים משמעותיים בתכונות הכימיות של יסודות ככל שמספרם הסידורי עולה.

כמה מאפיינים פיזיקוכימייםאטומים (פוטנציאל יינון, רדיוס אטומי), חומרים פשוטים ומורכבים יכולים להיות מיוצגים לא רק מבחינה איכותית, אלא גם כמותית כתלות במספר הסידורי של היסוד, ומקסימום ומינימום מבוטא בבירור מופיעים עבורם מעת לעת.

מחזוריות אנכית

מחזוריות אנכית מורכבת מהחזרה על תכונותיהם של חומרים ותרכובות פשוטות בעמודות האנכיות של הטבלה המחזורית. זהו סוג המחזוריות העיקרי, לפיו כל היסודות מקובצים. לאלמנטים מאותה קבוצה יש אותן תצורות אלקטרוניות. הכימיה של היסודות והתרכובות שלהם נחשבת בדרך כלל על בסיס סוג זה של מחזוריות.

מחזוריות אנכית נמצאת גם בחלק תכונות גשמיותאטומים, למשל, באנרגיות יינון ה אני(kJ/mol):

מחזוריות אופקית

מחזוריות אופקית מורכבת מהופעת ערכי מקסימום ומינימום של תכונות של חומרים ותרכובות פשוטות בתוך כל תקופה. זה בולט במיוחד עבור אלמנטים מקבוצה VIIIB ולנתנידים (לדוגמה, לנתאנידים עם מספרים סידוריים זוגיים נפוצים יותר מאלה עם אי-זוגיים).

בתכונות פיזיקליות כגון אנרגיית יינון וזיקת ​​אלקטרונים, מתבטאת גם מחזוריות אופקית, הקשורה לשינוי תקופתי במספר האלקטרונים בתת-רמות האנרגיה האחרונות:

מחזוריות אלכסונית

מחזוריות אלכסונית - החזרה על תכונותיהם של חומרים ותרכובות פשוטות לאורך האלכסונים של הטבלה המחזורית. זה קשור לעלייה בתכונות לא מתכתיות בתקופות משמאל לימין ובקבוצות מלמטה למעלה. לכן, ליתיום דומה למגנזיום, בריליום לאלומיניום, בורון לסיליקון, פחמן לזרחן. לפיכך, ליתיום ומגנזיום יוצרים תרכובות אלקיל ואריל רבות, המשמשות לעתים קרובות כימיה אורגנית. לבריליום ולאלומיניום יש פוטנציאל חיזור דומים. בורון וסיליקון יוצרים הידרידים מולקולריים נדיפים, בעלי תגובה גבוהה.

אין להבין את המחזוריות האלכסונית כדמיון מוחלט של תכונות אטומיות, מולקולריות, תרמודינמיות ואחרות. שבתרכובותיו, לאטום הליתיום יש מצב חמצון (+ I), ולאטום המגנזיום - (+ II). עם זאת, המאפיינים של יוני Li+ ו-Mg 2+ דומים מאוד, ומתבטאים, במיוחד, במסיסות הנמוכה של קרבונטים ואורתופוספטים.

כתוצאה מהשילוב של מחזוריות אנכית, אופקית ואלכסונית, מופיעה מה שנקרא מחזוריות כוכבית. לפיכך, תכונותיו של גרמניום דומות לאלו של הגליום, הסיליקון, הארסן והפח שמסביב. על בסיס "כוכבים גיאוכימיים" כאלה ניתן לחזות נוכחות של יסוד במינרלים ובעפרות.

מחזוריות משנית

מאפיינים רבים של יסודות בקבוצות אינם משתנים באופן מונוטוני, אלא מעת לעת, במיוחד עבור יסודות של קבוצות IIIA-VIIA. תופעה זו נקראת מחזוריות משנית. אז, גרמניום בתכונותיו דומה יותר לפחמן מאשר לסיליקון. ידוע שסילאן מגיב עם יוני הידרוקסיד בפנים תמיסה מימיתעם שחרור מימן, בעוד שמתאן וגרמנית אינם מקיימים אינטראקציה אפילו עם עודף של יוני הידרוקסיד.

חריגות דומות בהתנהגות הכימית של יסודות נצפות גם בקבוצות אחרות. אז, למשל, עבור היסודות של התקופה הרביעית, שנמצאים בקבוצות VA-VIIA (As, Se, Br), אופיינית היציבות הנמוכה של תרכובות במצב החמצון הגבוה ביותר. בעוד שפנטפלואורידים, פנטכלורידים ופנטאיודידים ידועים בזרחן ובאנטימון, במקרה של ארסן הושג עד כה רק פנטפלואוריד. סלניום הקספלואוריד פחות יציב מהפלואורידים הגופרית והטלוריום המקבילים. בקבוצת ההלוגן, כלור(VII) ויוד(VII) יוצרים אניוני חמצן יציבים, בעוד שיון הפרברומט, שסונתז רק בשנת 1968, הוא חומר חמצון חזק מאוד.

המחזוריות המשנית קשורה, במיוחד, לאינרציות היחסית של הערכיות ס-אלקטרונים עקב מה שנקרא "חדירה לגרעין", מכיוון שהעלייה בצפיפות האלקטרונים ליד הגרעין עם אותו מספר קוונטי ראשי יורדת ברצף ns > np > נד > nf.

לכן, היסודות שבטבלה המחזורית נמצאים מיד אחרי היסודות עם המילוי הראשון ע-, ד- או ו- תת-רמה, מאופיינים בירידה ביציבות התרכובות שלהם בדרגת החמצון הגבוהה ביותר. אלה הם נתרן ומגנזיום (הם באים אחרי היסודות עם תת-רמת ה-p ממולאת בפעם הראשונה), ר-יסודות של התקופה הרביעית מגאליום לקריפטון (מלא דתת-רמה), כמו גם אלמנטים פוסט-לנתנידיים מהפניום ועד ראדון.

וריאציה תקופתית של רדיוסים אטומיים

לפי מושגי מכניקת הקוונטים, לאטומים אין גבולות ברורים, אך ההסתברות למצוא אלקטרון הקשור לגרעין נתון במרחק מסוים מגרעין זה יורדת במהירות עם הגדלת המרחק. לכן, רדיוס מסוים מוקצה לאטום, בהנחה שהחלק הגדול של צפיפות האלקטרונים (יותר מ-90%) מצוי בכדור של רדיוס זה.

הרדיוסים האטומיים של יסודות נמצאים בתלות תקופתית במספר הסידורי שלהם.

בתקופות, כאשר מטען הגרעין עולה, רדיוסי האטומים, באופן כללי, יורדים, מה שקשור לעלייה במשיכה של אלקטרונים חיצוניים לגרעין. הירידה הגדולה ביותר ברדיוסים האטומיים נצפתה עבור אלמנטים של תקופות קטנות. בקבוצות של יסודות, הרדיוסים האטומיים בדרך כלל גדלים ככל שמספר שכבות האלקטרונים גדל. לפיכך, בשינוי ברדיוסים האטומיים של היסודות, סוגים שוניםמחזוריות: אנכית, אופקית ואלכסונית.

הגודל הקטן של האטומים של היסודות של התקופה השנייה מוביל ליציבות של קשרים מרובים שנוצרו עם חפיפה נוספת ר-אורביטלים מכוונים בניצב לציר הבין-גרעיני. לפיכך, פחמן דו חמצני הוא מונומר גזי שהמולקולה שלו מכילה שני קשרים כפולים, וסיליקון דו חמצני הוא פולימר גבישי עם קשרי Si–O. בטמפרטורת החדר, חנקן קיים בצורה של מולקולות N 2 יציבות, שבהן אטומי החנקן מחוברים בקשר משולש חזק. זרחן לבן מורכב ממולקולות P 4, בעוד שזרחן שחור הוא פולימר.

ככל הנראה, עבור מרכיבי התקופה השלישית, היווצרותם של מספר קשרים בודדים היא יתרון יותר מיצירת קשר מרובה אחד. עקב חפיפה נוספת ר-אורביטלים עבור פחמן וחנקן מאופיינים ב-CO 3 2− ו-NO 3 − אניונים (צורת משולש), בעוד עבור סיליקון וזרחן, אניונים טטרהדרלים SiO 4 4− ו-PO 4 3− יציבים יותר.

משמעות החוק התקופתי

החוק התקופתי שיחק תפקיד עצום בהתפתחות הכימיה ומדעי הטבע אחרים. החיבור בין כל האלמנטים, הפיזיים שלהם תכונות כימיות. הדבר הציב בפני מדע הטבע בעיה מדעית ופילוסופית בעלת חשיבות רבה: יש להסביר את הקשר ההדדי הזה. לאחר גילוי החוק התקופתי, התברר שעל פיהם יש לבנות את האטומים של כל היסודות עקרון יחיד, והמבנה שלהם צריך לשקף את המחזוריות של תכונות היסודות. לפיכך, החוק המחזורי הפך לחוליה חשובה באבולוציה של מדע האטום והמולקולריה, בעל השפעה משמעותית על התפתחות התיאוריה של מבנה האטום. הוא גם תרם לניסוח קונספט מודרני"יסוד כימי" והבהרת רעיונות לגבי חומרים פשוטים ומורכבים.

באמצעות החוק התקופתי, D.I. מנדלייב הפך לחוקר הראשון שהצליח לפתור את בעיות החיזוי בכימיה. זה התבטא כבר שנים ספורות לאחר יצירת הטבלה המחזורית של היסודות, כאשר התגלו היסודות הכימיים החדשים שחזה מנדלייב. החוק התקופתי גם עזר להבהיר מאפיינים רבים של ההתנהגות הכימית של יסודות שכבר התגלו. ההצלחות של הפיזיקה האטומית, כולל אנרגיה גרעינית וסינתזה של יסודות מלאכותיים, התאפשרו רק הודות לחוק התקופתי. בתורם, הם הרחיבו והעמיקו את מהות חוק מנדלייב, הרחיבו את גבולות הטבלה המחזורית של היסודות.

החוק התקופתי הוא חוק אוניברסלי. זה אחד מאלה הנפוצים דפוסים מדעיים, שבאמת קיימים בטבע ולכן לעולם לא יאבדו את משמעותם בתהליך האבולוציה של הידע שלנו. זה נקבע כי המחזוריות כפופה לא רק מבנה אלקטרוניאטום, אלא גם המבנה העדין של גרעיני אטום, המעיד על אופי התקופתי של תכונות בעולם החלקיקים היסודיים.

עם הזמן, תפקידו של החוק התקופתי אינו פוחת. הוא הפך ל בסיס חיוניכימיה אנאורגנית. הוא משמש, למשל, בסינתזה של חומרים בעלי תכונות קבועות מראש, יצירת חומרים חדשים ובחירת זרזים יעילים.

חשיבותו של החוק התקופתי בהוראת כימיה כללית ואי-אורגנית היא לא יסולא בפז. הגילוי שלו היה קשור ליצירת ספר לימוד בכימיה, כאשר מנדלייב ניסה להציג בבירור מידע על 63 היסודות הכימיים הידועים באותה תקופה. כעת מספר היסודות כמעט הוכפל, והחוק התקופתי מאפשר לחשוף את קווי הדמיון והסדירות בתכונותיהם של יסודות כימייםבאמצעות מיקומם בטבלה המחזורית.

נתונים על מבנה הגרעין ועל התפלגות אלקטרונים באטומים מאפשרים לשקול את החוק המחזורי ואת המערכת המחזורית של יסודות ממצבים פיזיקליים בסיסיים. על הבסיס רעיונות עכשווייםהחוק התקופתי מנוסח כך:

המאפיינים של חומרים פשוטים, כמו גם צורות ותכונות של תרכובות של יסודות, נמצאים בתלות תקופתית במטען של גרעין האטום (מספר סידורי).

הטבלה המחזורית של D.I. מנדלייב

כיום ידועות יותר מ-500 גרסאות של ייצוג המערכת המחזורית: אלו הן צורות שונות של העברת החוק המחזורי.

הגרסה הראשונה של מערכת האלמנטים, שהוצעה על ידי D.I. Mendeleev ב-1 במרץ 1869, הייתה מה שנקרא גרסה ארוכה. בגרסה זו, התקופות מסודרות בשורה אחת.

במערכת המחזורית יש 7 תקופות אופקיות, מהן שלוש הראשונות נקראות קטנות, והשאר גדולות. בתקופה הראשונה יש 2 יסודות, בשני ובשלישי - 8 כל אחד, ברביעי ובחמישי - 18 כל אחד, בשישי - 32, בשביעי (לא שלם) - 21 יסודות. כל תקופה, למעט הראשונה, מתחילה במתכת אלקלית ומסתיימת בגז אצילי (התקופה השביעית אינה גמורה).

כל האלמנטים של המערכת המחזורית ממוספרים בסדר שבו הם עוקבים זה אחר זה. מספרי היסודות נקראים מספרים סידוריים או אטומיים.

למערכת 10 שורות. כל תקופה קטנה מורכבת משורה אחת, כל תקופה גדולה מורכבת משתי שורות: זוגית (עליון) ואי זוגי (תחתונה). בשורות שוות של תקופות גדולות (רביעית, שישית, שמינית ועשירית) יש רק מתכות, ותכונות היסודות בשורה משמאל לימין משתנות מעט. בשורות אי זוגיות של תקופות גדולות (חמישית, שביעית ותשיעית), המאפיינים של האלמנטים בשורה משמאל לימין משתנים, כמו באלמנטים טיפוסיים.

המאפיין העיקרי שבאמצעותו מחולקים היסודות של תקופות גדולות לשתי שורות הוא מצב החמצון שלהם. הערכים הזהים שלהם חוזרים על עצמם פעמיים בתקופה עם עלייה במסה האטומית של היסודות. לדוגמה, בתקופה הרביעית, מצבי החמצון של יסודות מ-K ל-Mn משתנים מ-+1 ל-+7, ואחריהם הטריאדה Fe, Co, Ni (אלה יסודות מסדרה זוגית), ולאחר מכן אותה עלייה ב נצפה מצבי החמצון של יסודות מ-Cu ל-Br (הם יסודות בשורה אי-זוגית). אנו רואים את אותו הדבר בתקופות הגדולות האחרות, מלבד השביעית, המורכבת מסדרה אחת (אפילו). צורות השילובים של אלמנטים חוזרות על עצמן גם פעמיים בתקופות גדולות.

בתקופה השישית, אחרי לנתנום, ישנם 14 יסודות עם המספרים הסידוריים 58-71, הנקראים לנתנידים (פירוש המילה "לנתנידים" דומה ללנתנום, ו"אקטינידים" - "כמו אקטיניום"). לפעמים הם נקראים לנתנידים ואקטינידים , כלומר עוקבים אחרי הלנתנידים, בעקבות אקטיניום). הלנתנידים ממוקמים בנפרד בתחתית הטבלה, ובתא כוכבית מציינת את רצף מיקומם במערכת: לה-לו התכונות הכימיות של הלנתנידים מאוד לדוגמא, כולן מתכות תגובתיות, מגיבות עם מים ליצירת הידרוקסיד ומימן מכאן נובע שללנתנידים יש אנלוגיה אופקית חזקה.

בתקופה השביעית, 14 יסודות עם המספרים הסידוריים 90-103 מהווים את משפחת האקטינידים. הם גם ממוקמים בנפרד - מתחת ללנתנידים, ובתא המקביל מציינות שתי כוכביות את רצף מיקומן במערכת: Ac-Lr. עם זאת, בניגוד ל-lanthanides, האנלוגיה האופקית לאקטינידים באה לידי ביטוי חלש. הם מציגים יותר מצבי חמצון שונים בתרכובות שלהם. לדוגמה, מצב החמצון של אקטיניום הוא +3, והאורניום הוא +3, +4, +5 ו-+6. חקר התכונות הכימיות של האקטינידים קשה ביותר בגלל חוסר היציבות של הגרעינים שלהם.

בטבלה המחזורית, שמונה קבוצות מסודרות בצורה אנכית (מסומנת על ידי ספרות רומיות). מספר הקבוצה קשור למידת החמצון של היסודות שהם מציגים בתרכובות. ככלל, מצב החמצון החיובי הגבוה ביותר של יסודות שווה למספר הקבוצה. יוצאי הדופן הם פלואור - מצב החמצון שלו הוא -1; נחושת, כסף, זהב מציגים מצבי חמצון +1, +2 ו-+3; מהיסודות מקבוצה VIII, מצב החמצון +8 ידוע רק עבור אוסמיום, רותניום וקסנון.

קבוצה VIII מכילה את הגזים האצילים. בעבר, האמינו שהם אינם מסוגלים ליצור תרכובות כימיות.

כל קבוצה מחולקת לשתי תת-קבוצות - עיקרית ומשנית, שבמערכת המחזורית מודגשת על ידי הסטת חלק ימינה ואחרות שמאלה. תת-הקבוצה העיקרית מורכבת מיסודות טיפוסיים (יסודות מהתקופה השנייה והשלישית) ויסודות בעלי תקופות גדולות הדומות להם בתכונות הכימיות. תת-קבוצה משנית מורכבת רק ממתכות - יסודות של תקופות גדולות. קבוצה VIII שונה מהאחרות. בנוסף לתת-קבוצת ההליום הראשית, הוא מכיל שלוש תת-קבוצות צדדיות: תת-קבוצת ברזל, תת-קבוצת קובלט ותת-קבוצת ניקל.

המאפיינים הכימיים של היסודות של תת הקבוצות הראשיות והמשניות שונות באופן משמעותי. לדוגמה, בקבוצה VII תת-הקבוצה העיקרית מורכבת מ-F, CI, Br, I, At שאינן מתכות, בעוד שהקבוצה הצדדית היא מתכות Mn, Tc, Re. לפיכך, תת-קבוצות מאחדות את האלמנטים הדומים ביותר זה לזה.

כל היסודות מלבד הליום, ניאון וארגון יוצרים תרכובות חמצן; יש רק 8 צורות של תרכובות חמצן. במערכת המחזורית, הם מיוצגים לרוב על ידי נוסחאות כלליות הממוקמות מתחת לכל קבוצה בסדר עולה של מצב החמצון של היסודות: R 2 O, RO, R 2 O 3, RO 2, R 2 O 5, RO 3, R 2 O 7, RO 4, כאשר R הוא מרכיב של קבוצה זו. נוסחאות של תחמוצות גבוהות יותר חלות על כל יסודות הקבוצה (העיקריים והמשניים), למעט המקרים שבהם היסודות אינם מציגים מצב חמצון שווה למספר הקבוצה.

אלמנטים של תת הקבוצות העיקריות, החל מקבוצה IV, יוצרים תרכובות מימן גזיות, יש 4 צורות של תרכובות כאלה. הם מיוצגים גם על ידי נוסחאות כלליות ברצף RN 4, RN 3, RN 2, RN. הנוסחאות של תרכובות מימן ממוקמות מתחת ליסודות של תת הקבוצות העיקריות וחלות רק עליהן.

התכונות של יסודות בתת-קבוצות משתנות באופן טבעי: מלמעלה למטה, התכונות המתכתיות מתגברות והלא מתכתיות נחלשות. ברור שהתכונות המתכתיות בולטות ביותר בפרנציום, ואז בצסיום; לא מתכתי - בפלואור, ואז - בחמצן.

אפשר גם להתחקות חזותית אחר המחזוריות של תכונות היסודות בהתבסס על התחשבות בתצורות האלקטרוניות של אטומים.

מספר האלקטרונים הממוקמים ברמה החיצונית באטומי היסודות, מסודרים לפי סדר מספר סידורי הולך וגדל, חוזר על עצמו מעת לעת. השינוי התקופתי בתכונותיהם של יסודות עם עלייה במספר הסידורי מוסבר על ידי השינוי התקופתי במבנה האטומים שלהם, כלומר מספר האלקטרונים ברמות האנרגיה החיצוניות שלהם. לפי מספר רמות האנרגיה במעטפת האלקטרונים של האטום, היסודות מחולקים לשבע תקופות. התקופה הראשונה מורכבת מאטומים שבהם מעטפת האלקטרונים מורכבת מרמת אנרגיה אחת, בתקופה השנייה - משתיים, בשלישית - מתוך שלוש, ברביעית - מתוך ארבע וכו'. כל תקופה חדשה מתחילה כאשר רמת אנרגיה חדשה מתחיל למלא רמת.

במערכת המחזורית, כל תקופה מתחילה ביסודות שלאטומים שלהם יש אלקטרון אחד ברמה החיצונית - אטומי מתכת אלקלית - ומסתיימת ביסודות שבאטומים שלהם ברמה החיצונית יש 2 (בתקופה הראשונה) או 8 אלקטרונים (בכל אלה שלאחר מכן ) - אטומי גז אצילים .

יתרה מכך, אנו רואים שקליפות האלקטרונים החיצוניות דומות עבור האטומים של היסודות (Li, Na, K, Rb, Cs); (Be, Mg, Ca, Sr); (F, Cl, Br, I); (He, Ne, Ag, Kr, Xe) וכו'. לכן כל אחת מקבוצות היסודות הנ"ל נמצאת בתת-קבוצה עיקרית מסוימת של הטבלה המחזורית: Li, Na, K, Rb, Cs בקבוצה I, F, Cl, Br, I - ב-VII וכו'.

בדיוק בגלל הדמיון במבנה של קליפות האלקטרונים של אטומים, תכונותיהם הפיזיקליות והכימיות דומות.

מספר תת קבוצות עיקריותנקבע על פי המספר המרבי של יסודות ברמת האנרגיה ושווה ל-8. מספר יסודות המעבר (יסודות תת קבוצות צד)נקבע על פי המספר המרבי של אלקטרונים בתת-ה-d ושווה ל-10 בכל אחת מהתקופות הגדולות.

מאחר שבמערכת המחזורית של יסודות כימיים D.I. מנדלייב, אחת מתת-הקבוצות הצדדיות מכילה בבת אחת שלושה יסודות מעבר קרובים בתכונות הכימיות (מה שנקרא Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), ולאחר מכן מספר תת-קבוצות הצלע. , כמו גם העיקריים שבהם, הוא 8.

באנלוגיה ליסודות המעבר, מספר הלנתאנידים והאקטינידים הממוקמים בתחתית המערכת המחזורית בצורה של שורות עצמאיות שווה למספר המרבי של אלקטרונים בתת-רמת f, כלומר 14.

התקופה מתחילה ביסוד באטום שלו יש s-אלקטרון אחד ברמה החיצונית: בתקופה הראשונה זה מימן, בשאר - מתכות אלקליות. התקופה מסתיימת בגז אצילי: הראשונה - עם הליום (1s 2), התקופות הנותרות - עם יסודות שלאטומים שלהם במפלס החיצוני יש תצורה אלקטרונית ns 2 np 6 .

התקופה הראשונה מכילה שני יסודות: מימן (Z = 1) והליום (Z = 2). התקופה השנייה מתחילה עם היסוד ליתיום (Z= 3) ומסתיים בניאון (ז= 10). יש שמונה אלמנטים בתקופה השנייה. התקופה השלישית מתחילה בנתרן (Z = 11), שהתצורה האלקטרונית שלו היא 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. מילוי רמת האנרגיה השלישית התחיל ממנו. זה מסתיים בארגון הגז האינרטי (Z= 18), שרמות המשנה של 3s ו-3p שלו מלאות לחלוטין. נוסחה אלקטרונית של ארגון: 1s 2 2s 2 2p 6 Zs 2 3p 6. נתרן הוא אנלוגי של ליתיום, ארגון הוא אנלוגי של ניאון. בתקופה השלישית, כמו בתקופה השנייה, יש שמונה יסודות.

התקופה הרביעית מתחילה עם אשלגן (Z = 19), שהמבנה האלקטרוני שלו בא לידי ביטוי בנוסחה 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p64s 1. האלקטרון ה-19 שלו תפס את תת-רמת ה-4s, שהאנרגיה שלה נמוכה מהאנרגיה של תת-הרמה התלת-ממדית. האלקטרון החיצוני 4s נותן ליסוד תכונות דומות לאלו של נתרן. בסידן (Z = 20), תת-רמת ה-4s מתמלאת בשני אלקטרונים: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2. מיסוד הסקנדיום (Z = 21), מתחילה מילוי תת-הרמה התלת-ממדית, שכן היא הוא חיובי יותר מבחינה אנרגטית מ-4p -sublevel. חמישה אורביטלים של תת-הרמה התלת-ממדית יכולים להיות תפוסים על ידי עשרה אלקטרונים, המתרחשים באטומים מסקנדיום ועד אבץ (Z = 30). לכן, המבנה האלקטרוני של Sc מתאים לנוסחה 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2, ואבץ - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2. באטומים של היסודות הבאים עד לקריפטון הגז האינרטי (Z = 36) מתמלאת תת-רמת ה-4p. יש 18 אלמנטים בתקופה הרביעית.

התקופה החמישית מכילה יסודות מרובידיום (Z = 37) ועד קסנון הגז האינרטי (Z = 54). מילוי רמות האנרגיה שלהם זהה ליסודות התקופה הרביעית: אחרי Rb ו-Sr, עשרה יסודות מאיטריום (ז= 39) לקדמיום (Z = 48), מתמלאת תת-הרמה 4d, ולאחריה האלקטרונים תופסים את תת-הרמה 5p. בתקופה החמישית, כמו בתקופה הרביעית, ישנם 18 יסודות.

באטומים של יסודות מהתקופה השישית של צסיום (Z= 55) ובריום (Z = 56), תת-רמת 6s מתמלאת. בלנטנום (Z = 57), אלקטרון אחד נכנס לרמת המשנה 5d, ולאחר מכן נפסקת המילוי של תת-הרמה הזו, ותת-הרמה 4f מתחילה להתמלא, שבעה אורביטלים מהם יכולים להיתפס על ידי 14 אלקטרונים. זה קורה עבור אטומים של יסודות lanthanide עם Z = 58 - 71. מאחר ליסודות אלה ממלאים את תת-הרמה העמוקה 4f של הרמה השלישית מבחוץ, יש להם תכונות כימיות דומות מאוד. עם הפניום (Z = 72), מתחדשת מילוי תת-ה-d-רמה ומסתיימת בכספית (Z = 80), ולאחר מכן האלקטרונים ממלאים את תת-ה-6p-רמה. מילוי המפלס מסתיים בגז האציל ראדון (Z = 86). ישנם 32 יסודות בתקופה השישית.

התקופה השביעית אינה שלמה. מילוי מפלסים אלקטרוניים באלקטרונים דומה לתקופה השישית. לאחר מילוי תת-רמת 7s בצרפת (Z = 87) ורדיום (Z = 88), אלקטרון אקטיניום נכנס לתת-רמת 6d, ולאחר מכן תת-רמת 5f מתחילה להתמלא ב-14 אלקטרונים. זה קורה עבור אטומים של יסודות אקטינידים עם Z = 90 - 103. לאחר היסוד ה-103, תת-הרמה b מתמלאת: ב-kurchatovium (Z = 104), = 105), יסודות Z = 106 ו-Z = 107. לאקטינידים, כמו לנטאנידים, יש הרבה תכונות כימיות דומות.

למרות שתת-הרמה התלת-ממדית מתמלאת לאחר רמת המשנה של ה-4, היא ממוקמת מוקדם יותר בנוסחה, מכיוון שכל רמות המשנה של רמה זו נכתבות ברצף.

תלוי באיזו תת-רמה התמלאה לאחרונה באלקטרונים, כל האלמנטים מחולקים לארבעה סוגים (משפחות).

1. s - יסודות: תת-רמת ה-s של המפלס החיצוני מלאה באלקטרונים. אלה כוללים את שני האלמנטים הראשונים של כל תקופה.

2. p - יסודות: תת-רמת ה-p של הרמה החיצונית מלאה באלקטרונים. אלו הם 6 היסודות האחרונים של כל תקופה (למעט הראשונה והשביעית).

3. d - יסודות: תת-הרמה של הרמה השנייה מבחוץ מלאה באלקטרונים, ונשארים אלקטרונים אחד או שניים ברמה החיצונית (עבור Pd - אפס). אלה כוללים אלמנטים של עשרות שנים בין-גולגולתיות של תקופות גדולות הממוקמות בין יסודות s ו-p (הם נקראים גם יסודות מעבר).

4. f - יסודות: תת-הרמה של הרמה השלישית מבחוץ מלאה באלקטרונים, ושני אלקטרונים נשארים ברמה החיצונית. אלו הם הלנתנידים והאקטינידים.

במערכת המחזורית ישנם 14 יסודות s, 30 יסודות p, 35 יסודות d, 28 יסודות f. ליסודות מאותו סוג יש מספר תכונות כימיות משותפות.

מערכת תקופתית D.I. Mendeleev הוא סיווג טבעי של יסודות כימיים לפי מבנה האלקטרונים של האטומים שלהם. המבנה האלקטרוני של אטום, ומכאן תכונותיו של יסוד, נשפט לפי מיקומו של היסוד בתקופה ובתת-הקבוצה המקבילים של המערכת המחזורית. דפוסי המילוי של מפלסים אלקטרוניים מסבירים את המספר השונה של יסודות בתקופות.

לפיכך, המחזוריות הקפדנית של סידור היסודות במערכת המחזורית של יסודות כימיים של D.I. מנדלייב מוסברת במלואה על ידי האופי העקבי של מילוי רמות האנרגיה.

מסקנות:

התיאוריה של מבנה האטומים מסבירה את השינוי התקופתי בתכונות היסודות. עלייה במטענים החיוביים של גרעיני אטום מ-1 ל-107 גורמת לחזרה תקופתית על מבנה רמת האנרגיה החיצונית. ומכיוון שתכונות היסודות תלויות בעיקר במספר האלקטרונים ברמה החיצונית, הם גם חוזרים על עצמם מדי פעם. זוהי המשמעות הפיזית של החוק התקופתי.

בתקופות קצרות, עם עלייה במטען החיובי של גרעיני האטומים, מספר האלקטרונים ברמה החיצונית עולה (מ-1 ל-2 - בתקופה הראשונה, ומ-1 ל-8 - בתקופה השנייה והשלישית) , מה שמסביר את השינוי בתכונות היסודות: בתחילת התקופה (פרט לתקופה הראשונה) יש מתכת אלקלית, ואז התכונות המתכתיות נחלשות בהדרגה והתכונות הלא מתכתיות מתגברות.

בתקופות גדולות, ככל שהמטען הגרעיני גדל, מילוי הרמות באלקטרונים קשה יותר, מה שמסביר גם את השינוי המורכב יותר בתכונות היסודות בהשוואה ליסודות של תקופות קטנות. לכן, בשורות שוות של תקופות ארוכות, עם מטען עולה, מספר האלקטרונים ברמה החיצונית נשאר קבוע ושווה ל-2 או 1. לכן, בעוד שהרמה הבאה אחרי החיצונית (השנייה מבחוץ) מלאה באלקטרונים , המאפיינים של האלמנטים בשורות אלה משתנים באיטיות רבה. רק בשורות אי-זוגיות, כאשר מספר האלקטרונים במפלס החיצוני גדל עם צמיחת המטען הגרעיני (מ-1 ל-8), המאפיינים של היסודות מתחילים להשתנות באותו אופן כמו לאלו האופייניים.

לאור תורת מבנה האטומים, החלוקה של ד.י. מנדלייב של כל היסודות במשך שבע תקופות. מספר התקופה מתאים למספר רמות האנרגיה של אטומים מלאים באלקטרונים. לכן, יסודות s נמצאים בכל התקופות, יסודות p בשנייה ואחריה, יסודות d ברביעית ואחריה, ואלמנטים f ב התקופה השישית והשביעית.

גם חלוקת הקבוצות לתת-קבוצות, המבוססת על ההבדל במילוי רמות האנרגיה באלקטרונים, מוסברת בקלות. עבור אלמנטים של תת-הקבוצות הראשיות, ממלאים או רמות s-תת (אלו רכיבי s) או רמות p-sub (אלו אלמנטים p) של הרמות החיצוניות. עבור אלמנטים של תת-קבוצות צדדיות, ממלאים את (רמת המשנה של הרמה החיצונית השנייה (אלה הם יסודות d). עבור לנתאנידים ואקטינידים, תת-רמות 4f ו-5f ממולאות, בהתאמה (אלו יסודות f). לפיכך, בכל תת-קבוצה משולבים יסודות שלאטומים שלהם מבנה דומה של הרמה האלקטרונית החיצונית. במקביל, האטומים של היסודות של תת-הקבוצות הראשיות מכילים ברמות החיצוניות את מספר האלקטרונים השווה למספר הקבוצה .תת הקבוצות המשניות כוללות יסודות שהאטומים שלהם נמצאים ברמה החיצונית שניים או אלקטרון אחד.

הבדלים במבנה גורמים גם להבדלים במאפיינים של אלמנטים של תת-קבוצות שונות של אותה קבוצה. אז, ברמה החיצונית של האטומים של היסודות של תת-קבוצת ההלוגן, ישנם שבעה אלקטרונים של תת-קבוצת המנגן - שני אלקטרונים כל אחד. הראשונות הן מתכות אופייניות והאחרונות הן מתכות.

אבל גם למרכיבים של תת-קבוצות אלה יש מאפיינים כלליים: נכנס לתוך תגובה כימית, כולם (למעט פלואור F) יכולים לתרום 7 אלקטרונים כדי ליצור קשרים כימים. במקרה זה, האטומים של תת-קבוצת המנגן תורמים 2 אלקטרונים מהחלק החיצוני ו-5 אלקטרונים מהרמה הבאה. לפיכך, ביסודות של תת הקבוצות המשניות, האלקטרונים הערכיים הם לא רק הרמה החיצונית, אלא גם הרמה הלפני אחרונה (השנייה מבחוץ), שהיא ההבדל העיקרי בתכונות היסודות של תת הקבוצות הראשיות והמשניות.

מכאן גם שמספר הקבוצה, ככלל, מציין את מספר האלקטרונים שיכולים להשתתף ביצירת קשרים כימיים. זוהי המשמעות הפיזית של מספר הקבוצה.

אז, מבנה האטומים קובע שתי תבניות:

1) שינוי בתכונות של יסודות בצורה אופקית - בתקופה משמאל לימין, תכונות מתכת נחלשות ותכונות לא מתכתיות משופרות;

2) שינוי במאפיינים של אלמנטים לאורך האנכי - בתת-קבוצה עם עלייה במספר הסידורי, התכונות המתכתיות גדלות והלא מתכתיות נחלשות.

במקרה זה, האלמנט (והתא של המערכת) ממוקם במפגש האופקי והאנכי, מה שקובע את תכונותיו. זה עוזר למצוא ולתאר את המאפיינים של יסודות שהאיזוטופים שלהם מתקבלים באופן מלאכותי.

עמוד 1

החזרה המחזורית על תכונותיהם של יסודות בעלי מספר אטומי הולך וגדל מתבהרת במיוחד אם היסודות מסודרים בצורה של טבלה, הנקראת הטבלה המחזורית או מערכת היסודות המחזורית. מספר צורות של הטבלה המחזורית הוצעו ונמצאות בשימוש.

החזרה המחזורית על תכונות היסודות עם מספר אטומי הולך וגדל יכולה להיות מוצגת בבירור אם היסודות מסודרים בטבלה הנקראת הטבלה המחזורית, או המערכת המחזורית, של היסודות. רבים הוצעו ונמצאים בשימוש. צורות שונותמערכת תקופתית.

עקרון החזרה התקופתית על תכונות היסודות לא יכול היה לאפשר את קיומו של יסוד אחד ומבודד של ארגון בלבד; חומרים פשוטים כאלה צריכים להיות מעטים או לא. עם זאת, רמזי עמד בתוקף על עמדות החוק התקופתי, וזה, כמו גם התפתחות טכנולוגיית המעבדה בסוף המאה הקודמת, קבעו מראש את הגילוי המהיר של שאר חברי קבוצת הגזים האינרטיים.

מה מסביר את החזרה התקופתית על תכונות היסודות במערכת המחזורית.

מה מסביר את החזרה התקופתית על תכונות היסודות.

בהקבלה שהחזרה התקופתית על תכונות היסודות נובעת לא רק מהמסה שלהם (משקל אטומי), אלא גם מאופי התנועה של האטומים עצמם כחלקיקים שלמים (מהירות וכיוון תנועתם), פלביצקי בונה את שלו. השערה על הבסיס הבא: המחזוריות של היסודות אינה נובעת מכך שהטיפוס חוזר על עצמו בניין פנימיאטומים, אלא על ידי העובדה שאופי התנועה של אטומים כחלקיקים שלמים משתנה מעת לעת.

לפיכך, הסיבה לחזרה התקופתית על תכונות היסודות היא החזרה התקופתית על התצורות האלקטרוניות של האטומים שלהם.

חקר המבנה האלקטרוני של אטומים איפשר להוכיח שהסיבה לחזרה התקופתית על תכונותיהם של יסודות בעלי מספר סידורי הולך וגדל היא החזרה התקופתית על תהליך בניית קליפות אלקטרונים חדשות. לאותה קבוצה של המערכת המחזורית שייכים תמיד אותם יסודות שלאטומים שלהם בקליפות החיצוניות יש אותו מספר אלקטרונים. לפיכך, האטומים של כל הגזים האינרטיים, למעט הליום, מכילים 8 אלקטרונים לכל מעטפת חיצוניתוהקשה ביותר ליינון, בעוד אטומי מתכת אלקלית מכילים אלקטרון אחד בקליפה החיצונית ובעלי פוטנציאל היינון הנמוך ביותר. מתכות אלקליות עם אלקטרון אחד בלבד בקליפה החיצונית עלולות לאבד אותו בקלות, ולהפוך לצורה יציבה של יון חיובי עם תצורה אלקטרונית הדומה לגז האינרטי הקרוב ביותר עם מספר אטומי נמוך יותר. יסודות כמו פלואור, כלור וכו', המתקרבים לתצורה של גזים אינרטיים מבחינת מספר האלקטרונים החיצוניים, להיפך, נוטים לרכוש אלקטרונים ולשחזר את התצורה האלקטרונית הזו, עוברים ליון השלילי המתאים.

התקופות שלאחר התקופה השלישית בטבלה של ד.י. מנדלייב ארוכות יותר. עם זאת, החזרה התקופתית על תכונות היסודות נשמרת. זה הופך מורכב יותר, בשל המגוון ההולך וגדל של תכונות פיזיקליות וכימיות של היסודות ככל שהמסות האטומיות שלהם גדלות. התחשבות במבנה האטומים של התקופות הראשונות מאשרת שמספר המקומות המצומצם לאלקטרונים בכל קליפה (איסור פאולי) המקיף את הגרעין הוא הסיבה לחזרה התקופתית על תכונות היסודות. מחזוריות זו היא חוק טבע גדול, שהתגלה על ידי D. I. מנדלייב בסוף המאה הקודמת, בזמננו הפך לאחד היסודות להתפתחות לא רק כימיה, אלא גם פיזיקה.

הערכים של /j עולים בהדרגה עם עלייה ב-Z עד ש-Z מגיע לערך הגז האציל, ואז יורד לכרבע מערך הגז האציל כשהוא עובר ליסוד הבא. המחזוריות של שינויים בתכונה אחרת - צפיפות היסודות במצב מוצק - מוצגת באיור. 5.13. חזרה מחזורית כזו על תכונות היסודות עם מספר סידורי הולך וגדל מתבהרת במיוחד אם היסודות מסודרים בצורה של טבלה הנקראת הטבלה המחזורית ומערכת היסודות המחזורית. רבים הוצעו ונמצאים בשימוש. צורות שונותמערכת תקופתית.

במקביל לניו-לנדס, התקרב דה שנקורטואה לגילוי החוק התקופתי בצרפת. אבל בניגוד לדימוי המוזיקלי והקול החושני, ששימש עבור ניולנד אנלוגיה לסדירותם של יסודות כימיים שהוא חשף חלקית, חוקר הטבע הצרפתי השתמש בדימוי גיאומטרי מופשט: הוא השווה את החזרה התקופתית על תכונות היסודות, מסודרים לפי משקלים האטומיים שלהם, עם פיתול של קו ספירלי (vis tellurique) משטח צדצִילִינדֶר.

הרעיון של גודל המטען של הגרעין כמאפיין המגדיר של האטום היווה את הבסיס לניסוח המודרני של החוק המחזורי של D.I. מנדלייב: תכונות היסודות הכימיים, כמו גם הצורות והתכונות של היסודות הכימיים. תרכובות של יסודות אלה, נמצאים בתלות תקופתית בגודל המטען של גרעיני האטומים שלהם. זה אפשר להסביר את הסיבה לחזרה התקופתית על תכונות היסודות, המורכבת מהחזרה התקופתית על מבנה התצורות האלקטרוניות של האטומים.

רק לאחר שהתברר מבנה האטום, התבררו הסיבות לחזרה התקופתית על תכונות היסודות.

לפי החוק התקופתי של D.I. מנדלייב, כל המאפיינים של היסודות עם עלייה במספר הסידורי במערכת המחזורית אינם משתנים ברציפות, אלא מדי פעם, לאחר מספר מסוים של אלמנטים, חוזרים על עצמם. הסיבה לאופי התקופתי של השינוי במאפיינים של אלמנטים היא חזרה תקופתית על תצורות אלקטרוניות דומות של תת-רמות הערכיות: בכל פעם שתצורה אלקטרונית של תת-רמות הערכיות חוזרת על עצמה, למשל, התצורה ns 2 np 2 שנחשבת בדוגמה 3.1 חוזר במידה רבה על האלמנטים הקודמים של מבנה אלקטרוני דומה.

התכונה הכימית החשובה ביותר של כל יסוד היא היכולת של האטומים שלו לתרום או לקבל אלקטרונים, המאפיינת, במקרה הראשון, את הפחתת, בשני, את פעילות החמצון של היסוד. המאפיין הכמותי של הפעילות המפחיתה של יסוד הוא האנרגיה (פוטנציאל) היינון, ואילו המחמצנת היא זיקת האלקטרונים.

אנרגיית היינון (פוטנציאל) היא האנרגיה שיש להשקיע כדי לנתק ולהסיר אלקטרון מאטום 6 . ברור שככל שאנרגיית היינון נמוכה יותר. ככל שהיכולת של האטום לתרום אלקטרון בולטת יותר, וכתוצאה מכך, הפעילות המפחיתה של היסוד גבוהה יותר. אנרגיית היינון, כמו כל תכונה של היסודות, אינה משתנה באופן מונוטוני, אלא מעת לעת עם עלייה במספר הסידורי במערכת המחזורית. בתקופה, עם מספר קבוע של שכבות אלקטרונים, אנרגיית היינון עולה יחד עם עלייה במספר הסידורי עקב עלייה בכוח המשיכה של אלקטרונים חיצוניים לגרעין האטום עקב עלייה במטען הגרעיני. כאשר עוברים ליסוד הראשון של התקופה הבאה, מתרחשת ירידה חדה באנרגיית היינון - כל כך חזקה שאנרגיית היינון הופכת פחותה מאנרגיית היינון של האנלוג הקודם בתת-הקבוצה. הסיבה לכך היא ירידה חדה בכוח המשיכה של האלקטרון החיצוני שהוסר לגרעין עקב עלייה משמעותית ברדיוס האטום עקב עלייה במספר שכבות האלקטרונים במהלך המעבר לתקופה חדשה. אז, עם עלייה במספר הסידורי, בתקופה אנרגיית היינון עולה 7 , ויורדות בתתי הקבוצות העיקריות.אז היסודות עם הפעילות המצמצמת הגדולה ביותר ממוקמים בתחילת התקופות ובתחתית תת הקבוצות העיקריות.

זיקת אלקטרונים היא האנרגיה המשתחררת כאשר אטום מחבר אלקטרון.. ככל שהזיקה לאלקטרון גדולה יותר, כך יכולתו של אטום לחבר אלקטרון בולטת יותר, וכתוצאה מכך, פעילות החמצון של היסוד גבוהה יותר. עם עלייה במספר הסידורי, תוך תקופה, עולה זיקת האלקטרונים עקב עלייה במשיכה של אלקטרונים של השכבה החיצונית לגרעין, ובקבוצות של יסודות מתרחשת ירידה בזיקה לאלקטרונים עקב ירידה ב. כוח המשיכה של אלקטרונים חיצוניים לגרעין ובשל עלייה ברדיוס האטום. לפיכך, היסודות בעלי פעילות החמצון הגבוהה ביותר ממוקמים בסוף תקופות 8 ובראש הקבוצות של המערכת המחזורית.

מאפיין כללי של תכונות החיזור של יסודות הוא אלקטרושליליות היא מחצית מהסכום של אנרגיית היינון וזיקת ​​האלקטרונים.על סמך דפוסי השינוי באנרגיית היינון וזיקת ​​האלקטרונים בתקופות ובקבוצות של המערכת המחזורית, קל להסיק שבתקופות האלקטרושליליות עולה משמאל לימין, בקבוצות היא יורדת מלמעלה למטה. כתוצאה מכך, ככל שהאלקטרושליליות גדולה יותר, כך הפעילות החמצונית של היסוד בולטת יותר והפעילות המפחיתה שלו חלשה יותר.

דוגמה 3.2.1.מאפיינים השוואתיים של תכונות חיזור של יסודותIA- וגםVA-קבוצות של התקופה השנייה והשישית.

כי בתקופות, אנרגיית היינון, זיקת האלקטרונים והאלקטרושליליות גדלות משמאל לימין, ובקבוצות הן יורדות מלמעלה למטה, מבין היסודות בהשוואה, לחנקן יש את פעילות החמצון הגבוהה ביותר, ופרנציום הוא הגורם המפחית החזק ביותר.

יסודות שהאטומים שלהם מסוגלים להציג רק תכונות מפחיתות נקראים בדרך כלל מתכתיים (מתכות). אטומים של יסודות לא מתכתיים (לא מתכות) יכולים להפגין גם תכונות מצמצמות וגם תכונות חמצון, אבל תכונות חמצון אופייניות להם יותר.

מתכות הן בדרך כלל יסודות עם מספר קטן של אלקטרונים חיצוניים. מתכות כוללות את כל האלמנטים של קבוצות צד, lanthanides ו actinides, כי מספר האלקטרונים בשכבת האטומים החיצונית של יסודות אלה אינו עולה על 2. היסודות המתכתיים כלולים גם בתת הקבוצות העיקריות. בתת הקבוצות העיקריות של התקופה השנייה, Li ו-Be הן מתכות אופייניות. בתקופה ה-2 אובדן התכונות המתכתיות מתרחש כאשר אלקטרון שלישי נכנס לשכבת האלקטרון החיצונית - במהלך המעבר לבורון. בתת הקבוצות העיקריות של התקופות הבסיסיות, חלה הזזה הדרגתית של הגבול בין מתכות ללא מתכות בעמדה אחת ימינה עקב עלייה בפעילות הפחתת של יסודות עקב עלייה ברדיוס האטומי. אז, בתקופה ה-3, הגבול המותנה המפריד בין מתכות ללא-מתכות עובר כבר בין Al ל-Si, בתקופה ה-4 הלא-מתכת הטיפוסית הראשונה היא ארסן וכו'.

"תכונות היסודות, ולפיכך הגופים (החומרים) הפשוטים והמורכבים שנוצרו על ידם, עומדים בתלות תקופתית במשקל האטומי שלהם."

ניסוח מודרני:

"התכונות של יסודות כימיים (כלומר, התכונות והצורה של התרכובות שהם יוצרים) נמצאות בתלות תקופתית במטען של גרעין האטומים של יסודות כימיים."

המשמעות הפיזיקלית של מחזוריות כימית

שינויים תקופתיים במאפיינים של יסודות כימיים נובעים מהחזרה הנכונה על התצורה האלקטרונית של רמת האנרגיה החיצונית (אלקטרוני ערכיות) של האטומים שלהם עם עלייה במטען הגרעיני.

תמונה גרפיתהחוק התקופתי הוא טבלה מחזורית. הוא מכיל 7 תקופות ו-8 קבוצות.

פרק זמן - שורות אופקיות של יסודות עם אותו ערך מרבי של המספר הקוונטי הראשי של אלקטרוני ערכיות.

מספר התקופה מציין את מספר רמות האנרגיה באטום של יסוד.

תקופות יכולות להיות מורכבות מ-2 (ראשון), 8 (שני ושלישי), 18 (רביעי וחמישי) או 32 (שישי), בהתאם למספר האלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית. התקופה האחרונה, השביעית, אינה שלמה.

כל התקופות (חוץ מהראשונה) מתחילות במתכת אלקלית ( s- יסוד) ומסתיים בגז אצילי ( ns 2 np 6).

תכונות מתכתיות נחשבות ליכולת של אטומי יסוד לוותר בקלות על אלקטרונים, בעוד שתכונות לא מתכתיות נחשבות לקבל אלקטרונים בשל נטייתם של אטומים לרכוש תצורה יציבה עם תת-רמות מלאות. מילוי החיצוני s- תת-רמה מציינת את התכונות המתכתיות של האטום, ואת היווצרות החיצוני p- תת-רמה - על מאפיינים לא מתכתיים. עלייה במספר האלקטרונים ב p- תת-רמה (מ-1 עד 5) משפרת את התכונות הלא מתכתיות של האטום. אטומים בעלי תצורה מלאה ויציבה אנרגטית של שכבת האלקטרון החיצונית ( ns 2 np 6) אינרטי מבחינה כימית.

בתקופות ארוכות, המעבר של תכונות מהמתכת הפעילה לגז האציל מתרחש בצורה חלקה יותר מאשר בתקופות קצרות, מכיוון היווצרות פנימית n - 1) ד - תת-רמה תוך שמירה על החיצוני ns 2 - שִׁכבָה. תקופות גדולות מורכבות משורות זוגיות ואי-זוגיות.

לאלמנטים של שורות אחידות בשכבה החיצונית ns 2 - אלקטרונים, לפיכך, תכונות מתכתיות שולטות והיחלשותם עם הגדלת המטען הגרעיני קטנה; בשורות אי זוגיות נוצר np- תת-רמה, מה שמסביר את ההיחלשות המשמעותית של התכונות המתכתיות.

קבוצות - עמודות אנכיות של יסודות עם אותו מספר של אלקטרוני ערכיות, שווה למספר הקבוצה. יש תת קבוצות עיקריות ומשניות.

תת הקבוצות העיקריות מורכבות מאלמנטים של תקופות קטנות וגדולות, שהאלקטרונים הערכיים שלהם ממוקמים בחלק החיצוני ns - ו-np - תת רמות.

תת-קבוצות משניות מורכבות מאלמנטים של תקופות גדולות בלבד. אלקטרוני הערכיות שלהם נמצאים בחלק החיצוני ns- תת-רמה ופנימי ( n - 1) d - sublevel (או (n - 2) f - sublevel).

תלוי באיזו תת-רמה ( s-, p-, d- או f-) מלאים באלקטרוני ערכיות, היסודות של המערכת המחזורית מחולקים ל: s- אלמנטים (אלמנטים של תת-הקבוצה הראשיתקבוצות I ו-II), p - אלמנטים (אלמנטים של תת הקבוצות העיקריות III - VII קבוצות), ד - אלמנטים (אלמנטים של תת-קבוצות משניות),ו- אלמנטים (לנתנידים, אקטינידים).

בתתי הקבוצות העיקריות, מלמעלה למטה, התכונות המתכתיות משופרות, בעוד התכונות הלא מתכתיות נחלשות. האלמנטים של הקבוצות הראשיות והמשניות נבדלים מאוד במאפיינים.

מספר הקבוצה מציין את הערכיות הגבוהה ביותר של האלמנט (למעטאו , ו , אלמנטים של תת-קבוצת הנחושת והקבוצה השמינית).

המשותף ליסודות של תת-הקבוצות הראשיות והמשניות הן הנוסחאות של תחמוצות גבוהות יותר (והידרטים שלהן). לתחמוצות גבוהות יותר והיסודות שלהם לחות I-III קבוצות (למעט בורון) המאפיינים הבסיסיים שולטים, עם IV עד VIII - חומצי.