Davriy qonun va davriy sistema

D. I. Mendeleyev 1869 yilda o‘sha vaqtda ma’lum bo‘lgan 63 ta elementni tartibga solib, ularning xossalari davriy takrorlanishini kashf etdi va davriy sistemani tuzdi. Bugun biz bu davriylikning sababini bilamiz: atomlarning tashqi elektron pog‘onasi tuzilishi davriy ravishda takrorlanadi, kimyoviy xossalar esa aynan tashqi elektronlarga bog‘liq. Davriy sistemani "o‘qiy" olgan o‘quvchi har bir element xossasini yodlamasdan bashorat qiladi: atom radiusi, metall yoki metallmasligi, oksid va gidroksidlar xossasi, eng yuqori va eng past oksidlanish darajasi — hammasi elementning jadvaldagi o‘rnidan kelib chiqadi. Bu mavzu "Atom tuzilishi" mavzusining davomi.

§1. Davriy qonun va uning tarixi

Mendeleyev elementlarni atom massasi ortib borishi tartibida joylashtirdi va o‘xshash xossali elementlarni bir ustunga qo‘ydi. Uning ta’rifi: oddiy moddalar va birikmalarning xossalari elementlar atom massalariga davriy bog‘liq. Keyinchalik ingliz fizigi G. Mozli (1913) element tartib raqami yadro zaryadiga tengligini isbotladi va qonun yangi ta’rif oldi:

Mendeleyev atom massasiga tayangan bo‘lsa-da, ba’zi juftliklarda (Ar–K, Co–Ni, Te–I) xossalarga qarab massa tartibini ataylab buzgan. Masalan, kaliyning massasi (39,1) argonnikidan (39,9) kichik, lekin u argondan keyin turadi. Yadro zaryadi esa har doim bir birlikka ortib boradi: Ar — 18, K — 19. Bu Mendeleyev haq bo‘lganini tasdiqladi.

§2. Davriy sistema tuzilishi

• Davr — gorizontal qator; ishqoriy metalldan boshlanib, inert gaz bilan tugaydi (birinchi davr bundan mustasno). Davr raqami = atomdagi elektron pog‘onalar soni. 7 ta davr: 1–3 kichik davrlar, 4–7 katta davrlar.
• Guruh — vertikal ustun; 8 ta guruh, har biri asosiy (A) va qo‘shimcha (B) guruhchalarga bo‘linadi. Asosiy guruh elementlarida guruh raqami = tashqi pog‘onadagi elektronlar soni = eng yuqori oksidlanish darajasi (ftor va kislorod bundan mustasno).
• A guruhchalar — s- va p-elementlar, B guruhchalar — d-elementlar; lantanoid va aktinoidlar (f-elementlar) jadval ostida alohida beriladi.

Eng past (manfiy) oksidlanish darajasi metallmaslar uchun guruh raqami − 8: azot −3, oltingugurt −2, xlor −1.

Misol

Element 3-davr, VIA guruhda joylashgan. Uni aniqlang va asosiy birikmalarini yozing.

1. 3-davr — uchta elektron pog‘ona; VIA guruh — tashqi pog‘onada 6 elektron.
2. Elektron formulasi 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ — bu oltingugurt (Z = 16).
3. Eng yuqori oksidi SO₃ (+6), vodorodli birikmasi H₂S (6 − 8 = −2).

§3. Atom xossalarining davriy o‘zgarishi

Sababi: davr bo‘ylab yadro zaryadi ortadi, pog‘onalar soni esa o‘zgarmaydi — tashqi elektronlar yadroga kuchliroq tortiladi va atom "siqiladi". Guruhda pastga tushganda har safar yangi pog‘ona qo‘shiladi, tashqi elektron yadrodan uzoqlashadi va ichki elektronlar yadro ta’sirini to‘sadi (ekranlash), shuning uchun elektron osonroq ajraladi.

• Elektromanfiylik — atomning kimyoviy bog‘dagi umumiy elektronlarni o‘ziga tortish qobiliyati. Eng elektromanfiy element — ftor (Poling shkalasida 4,0), keyin kislorod (3,5) va azot (3,0).
• Ionlanish energiyasi — atomdan bitta elektronni uzish uchun kerak bo‘lgan energiya: davr bo‘ylab ortadi, guruh bo‘ylab kamayadi. Eng kichik ionlanish energiyasi seziy va fransiyda — ular eng faol metallar.
• Elektronga moyillik — atom elektron biriktirganda ajraladigan energiya; galogenlarda eng katta.

Metallar va metallmaslar orasidagi chegara jadvalda bor — kremniy — mishyak — tellur diagonali bo‘ylab o‘tadi. Chegaraga yaqin elementlar (kremniy, germaniy) oraliq xossaga ega va yarimo‘tkazgich sifatida ishlatiladi. Chegaradan chapda va pastda metallar, o‘ngda va yuqorida metallmaslar joylashgan; shuning uchun eng tipik metall jadvalning pastki chap burchagida, eng tipik metallmas esa yuqori o‘ng burchagida (ftor).

§4. Oksid va gidroksidlar xossalarining o‘zgarishi

3-davr misolida xossalar asoslidan kislotaliga o‘tadi:

Guruh bo‘ylab pastga esa asosli xossalar kuchayadi: Be(OH)₂ amfoter, Mg(OH)₂ kuchsiz asos, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ — ishqorlar.
Uchuvchan vodorodli birikmalar: SiH₄, PH₃, H₂S, HCl — davr bo‘ylab o‘ngga qarab kislotalilik ortadi; guruhda pastga qarab ham kislotalilik ortadi: HF < HCl < HBr < HI.
Umumiy formulalar (asosiy guruhlar I–VII): eng yuqori oksid R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇; vodorodli birikma IV–VII guruhlarda RH₄, RH₃, H₂R, .

Misol

Elementning eng yuqori oksidi RO₃, vodorodli birikmasida vodorodning massa ulushi 5,88 %. Elementni toping.

1. RO₃ → VI guruh → vodorodli birikmasi H₂R.
2. ω(H) = 2/(2 + Ar) = 0,0588 → 2 + Ar = 34.
3. Ar = 32 — oltingugurt.

Misol

V guruh elementining eng yuqori oksidida kislorodning massa ulushi 56,34 %. Elementni toping.

1. Eng yuqori oksid R₂O₅: ω(O) = 80/(2Ar + 80) = 0,5634.
2. 2Ar + 80 = 80/0,5634 = 142 → 2Ar = 62.
3. Ar = 31 — fosfor, oksid P₂O₅.

§5. Elementni tavsiflash rejasi

Davriy sistemadagi o‘rni bo‘yicha element quyidagi tartibda tavsiflanadi: tartib raqami, davr va guruh; atom tarkibi (p, n, e); elektron formulasi va valent elektronlari; metall yoki metallmasligi; eng yuqori va eng past oksidlanish darajasi; eng yuqori oksid va gidroksid formulasi hamda xossasi; vodorodli birikmasi; qo‘shni elementlar bilan solishtirish. Masalan, fosfor (Z = 15): 3-davr, VA guruh, [Ne] 3s² 3p³, metallmas, +5 va −3, P₂O₅ kislotali oksid, H₃PO₄ o‘rtacha kuchli kislota, PH₃; azotdan kuchsizroq, oltingugurtdan kuchsizroq metallmas.

§6. Davriy sistemaning ahamiyati

Mendeleyev hali kashf etilmagan elementlar uchun jadvalda bo‘sh joy qoldirdi va ularning xossalarini oldindan aytdi: ekaaluminiy (galliy, 1875), ekabor (skandiy, 1879), ekasilitsiy (germaniy, 1886). Bu elementlar topilganda ularning xossalari bashoratga juda mos keldi. Davriy qonun keyinchalik atom tuzilishi nazariyasining rivojlanishiga yo‘l ochdi, bugun esa yangi materiallar (yarimo‘tkazgichlar, katalizatorlar, qotishmalar) izlashda yo‘l ko‘rsatadi. 101-element mendeleviy Mendeleyev sharafiga nomlangan.

O‘zingizni tekshiring

1. Qaysi atomning radiusi eng katta: Na, Mg, K, Li?

2. Elektromanfiylikni o‘sish tartibida joylang: O, F, N, C.

3. Qaysi kislota eng kuchli: H₂SiO₃, H₃PO₄, H₂SO₄, HClO₄?

4. Eng yuqori oksidi R₂O₇, vodorodli birikmasi HR da ω(H) = 2,74 %. Elementni toping.

5. 4-davr, IIA guruh elementi qaysi va uning gidroksidi qanday xossaga ega?

6. Nima uchun kaliyning atom massasi argonnikidan kichik bo‘lsa ham u argondan keyin turadi?

7. Azotning eng past oksidlanish darajasi qanday?

8. Al₂O₃ qanday oksid?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Radius davr bo‘ylab ortadi deb o‘ylash: aksincha, kamayadi.
• Kislorod va ftorning eng yuqori oksidlanish darajasini guruh raqamiga tenglash.
• Al₂O₃ ni asosli oksid deb hisoblash: u amfoter.
• Davr raqamini valent elektronlar soni bilan chalkashtirish: davr — pog‘onalar soni, A guruh raqami — tashqi elektronlar soni.
• Zamonaviy ta’rifda atom massasini asos qilib olish: asos — yadro zaryadi.