В связи с этим претерпели эволюцию и некоторые основные понятия  химии, например понятие элемента. Элемент  – это вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра (или  занимающих одно и то же место в  таблице Менделеева).

2 Структура  ПСЭ. Связь ПСЭ  со строением атома.

2.1 Периоды, группы, подгруппы.

      Современная периодическая система элементов  охватывает 106 химических элементов, часть  из них получены искусственно.

      Фундаментальным принципом построения периодической системы элементов является разделение всех химических элементов на группы и периоды. Группа – это совокупность элементов, имеющих, как правило, валентность по кислороду в их высших солеобразующих оксидах, равную номеру группы. Каждая группа в свою очередь подразделяется на главную (а) и побочную (б) подгруппы. В каждой подгруппе содержатся элемента, обладающие сходными химических свойствами. Элементы а- и б-подгрупп в каждой группе, как правило, обнаруживают между собой определенное химическое сходство, главным образом в высших степенях окисления, которые, как правило, соответствуют номеру группы. Периодом называют совокупность элементов, начинающаяся щелочным металлом и заканчивающаяся инертным газом (особый случай – первый период); каждый период содержит строго определенное число элементов.

      Периодическая система элементов состоит из 8 групп и 7 периодов (седьмой не завершен).

2.2 Семейства

      По  сравнению с менделеевским в  современном 8-групповом варианте короткой  формы таблицы имеются некоторые изменения. Так, водород помещается над галогенами. Инетрные газы в связи м с их выявленными химическими свойствами размещаются в VIII группе в качестве главной ее подгруппы. А 3 триады – желез, кобальт, никель и их аналоги – составляют побочные подгруппы VIII группы. Эта группа особая по своей констркуции. Так как каждая из остальных семи групп состоит из одной главной и одной побочной подгруппы, то общее число главных подгрупп – 8, число же побочных – 10.

      14 элементов, называемых лантаноидами, и 14, называемых актоноидами, расположение которых по группам встретило затруднения, размещают двумя рядами под основной таблицей. Тем самым образуются как бы дополнительные лантаноидно-актиноидные подгруппы. Если учесть, что главные подгруппы делятся на две неравные части: первые 2 и остальные 6, то получается не 3, а 4 типа подгрупп и число подгрупп каждого типа – 2 – 6 – 10 – 14. Эти подгруппы называются электронными семействами: s-семейство (2); р-семейство (6); d-семейство (10); f-семейство (14).

2.3 Периодическое изменение свойств элементов

      В периодической системе изменение  свойств элементов и их сравнение  прослеживают по трем направлениям: горизонтальному, вертикальному и диагональному.

      По  горизонтальному направлению (по периодам и их рядам) слева направо усиливается  окислительная способность атомов, т. е. при соединение электронов, и ослабевает восстановительная , т.е. отдача электронов. Если взять простые вещества, соответствующие элементам, то по этому направлению усиливается их неметаличность уменьшается металичнось). По вертикальному направлению., т.е. сверху вниз по подгруппам, картина изменения свойств атомов и простых веществ обратная.

      Пересечение всех трех направлений получило название «звездности»

      системы. Большинство элементов находится  в окружении восьми других элементов: четырех, расположенных по вертикали и горизонтали и четырех по диагоналям. Свойства элементов Mg и Тс будут средними из свойств их 4 главных и 4 дополнительных соседей. Используя это качество системы, Менделеев сделал изумительные по точности предсказания свойств еще неизветсных элементов.

      Рассмотрение  аналогий элементов привело к  открытию дополнительных видов периодичностей: вторичной и внутренней. Под вторичной периодичностью (ее можно назвать «вертикальной») подразумевают немонотонное изменение свойств элементов и их соединений сверху вниз по подгруппам, особенно по главным. Впервые это заметили Л.И.Бирон и С.А.Щукарев. причина заключается в сжатии атомов вследствие заполнения электронами глубинных d- f-подуровней и экранирования ими ядра атом. Это ведет к появлению лантаноидного сжатия – уменьшению радиуса атома от церия к лютенцию. Вторичная периодичность хорошо наблюдается в изменении потенциалов ионизации элементов. Так, в подгруппе углерода при переходе от углерода к кремнию суммарный потенциал ионизации их внешних электронов уменьшается, так как r_Si>r_C. При переходе от кремния к германию аналогичный суммарный потенциал незначительно уменьшается, так как r_Ge≈r_Si. Далее при переходе от германия к олову суммарный потенциал ионизации снова увеличивается: r_Ge<r_Sn и т.д.

      При движении в группах сверху вниз увеличение числа электронных уровней (увеличение размера атома) и увеличение заряда ядер воздействуют на изменение энергии  ионизации элементов в противоположных  направлениях. В главных подгруппах преобладает первый фактор, а в побочных – второй.

      Особое  значение для строения и свойств  металлов, сплавов и соединений имеют  характеристики элементов-аналогов, обусловленные  различиями подвалентных оболочек при  идентичности внешних валентных. Характерны изменения ионизационных потенциалов, обусловленные различиями предвнешних оболочек, в разной степени экранирующих заряд и вызывающих немонотонное изменение энергии связи валентных электронов элементов-аналогов в атомными остатками. Такие же немонотонные отклонения характерны для электроотрицательности и атомных радиусов элементов-аналогов при движении сверху вниз, т.е. при возрастании атомного номера.

      По  мере увеличения количества электронных  уровней радиусы атомов растут. Следует  отметить, что для нахождения закономерностей в изменении размеров атомов в связи с положением элементов в периодической системе необходимо сравнивать однотипные структуры с одинаковым характером химической связи.

      При движении сверху вниз на изменение размеров атомов влияют два противоположно направленных фактора. С увеличением количества электронных уровней размер атома, очевидно, должен увеличиваться. Увеличение же заряда ядра должно приводить к сжатию электронных оболочек, т.е. к уменьшению размера атома. Второй фактор особенно проявляется в побочных подгруппах.

      Перечисленные закономерные сдвиги приводят к ответвлению от элементов главных подгрупп подгрупп d- и f-переходных металлов, а также определяют взаимное расположение подгрупп в каждой группе периодической системы. Наконец, различия внутренних оболочек при идентичности внешних объясняют немонотонные отклонения физико-химических свойств и характеристик элементов-аналогов и их соединений при движении от легких аналогов к тяжелым, например от бора к таллию, от углерода к свинцу, от меди к золоту, от ванадия и хрома к танталу и вольфраму и т.д. Особо резкие различия наблюдаются при переходе от самых легких элементов (лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода, фтора) и к их более тяжелым аналогам (натрию, магнию, алюминию, кремнию, фосфору, сере, хлору и т.д.), а также при переходе от легких 3d-металлов (скандий - никель) к более тяжелым 4d- 5d-переходным металлам (иттрий – палладий и лантан - платина).

      Эти сдвиги объясняют диагональное сходство физико-химических характеристик элементов  и соединений соседних групп, например лития и магния, бора и кремния, бериллия и алюминия, титана и ниобия, ванадия и молибдена. Сходство внешних электронных оболочек обусловливает близость свойств элементов-аналогов в первом приближении, а различия подвалентных оболочек аналогов определяют их различия, крайне важные для установления структурных особенностей элементов и образуемых ими соединений.

      Внутренняя, или «горизонтальная», периодичность  – дополнительная периодичность  в горизонтальных рядах p-, d- и f-элементов. Она обусловлена двухэтапным заполнением электронами, p-, d- и f-орбиталей (сначала неспаренными, а затем спаренными, в соответствии с правилом Хунда). Это ведет к повторению валентностей у лантаноидов, а также к закономерным двухэтапным изменениям размеров радиусов атомов и ионов, теплот атомизации, антальпий образования  соединений, а также изменения изобарно-изотермического потенциала образования оксидов d-элементов и других свойств.  

2.4 Атомные и ионные  радиусы. Их зависимость  то электронного  строения и степени  окисления.

      Атом  измерить принципиально невозможно, у него нет границ. Например, Боровский  радиус водорода (0,53Å) отнюдь не радиус атома, а лишь расстояние до максимума  радиальной плотности вероятности  нахождения электрона. Радиус граничной  поверхности (1,40Å)определяет 90%-ную вероятность нахождения электрона в данной области пространства около ядра.

      По-видимому логичным было бы назвать радиусом атома половину расстояния между  ядрами в соответствующем простом  веществе. Снова обратимся к водороду. Расстояние между ядрами в молекуле H₂  составляет 0,74Å. Следовательно, радиус атома водорода равен 0,37Å.однако в кристаллической решетке атомарного водорода расстояние между ядрами 0,56Å, отсюда радиус 0,28Å. В металлическом водороде для радиуса атома получается значение 0,46Å. Какую же величину выбрать?

      Еще пример: железо может существовать в виде двух аллотропных модификаций, различающихся кристаллическими решетками. В одной из них (кубической гранецентрированной) половина кратчайшего расстояния между  атомами – радиус атома железа - 1,26Å, а в другой (кубической объемноцентрированной) – 1,24Å.

      Таким образом, мы видим, что радиус атома, объем пространства, занимаемый атомом, - величина переменная, зависящая от формы соединения, в состав которого входит атом данного элемента. Значит, если мы хотим найти закономерности в изменении размеров атомов  в связи с положением элементов в периодической системе, м ы должны сравнивать однотипные структуры с одинаковым типом химической связи. При выполнении этого условия наблюдаются вполне определенные закономерности.

      По  мере возрастания заряда ядра при  неизменном числе электронных уровней, т.е. при движении по периоду слева  направо, размер (радиус)атомов уменьшается. В каждой группе по мере увеличения количества электронных уровней,  т. е. при движении сверху вниз, радиусы атомов растут. В таблице 1 ниже проиллюстрировано выше сказанное на пример элементов главных подгрупп I-V групп, образующих однотипные кристаллические структуры.

      Таблица 1. Атомные радиусы некоторых элементов для кристаллической структуры с координационным числом 12

      При выполнении в общем указанных  закономерностей в конце IV и VI периодов наблюдаются аномалии, связанные с изменением типа химической связи. В целом же видна отчетливая периодичность в изменении размеров атомов с изменением зарядов их ядер.

      При движении сверху вниз на изменение  размеров атомов влияют два фактора, причем в противоположных направлениях. С увеличением количества электронных уровней размер атомов, очевидно, должен увеличиваться. Увеличение же заряда ядра должно приводить к сжатию электронных оболочек, т. е. к уменьшению размера атома. Второй фактор особенно проявляется в побочных подгруппах.

      Как невозможно определить радиус атома, так  затруднительно измерить и радиус иона. Однако под ионными радиусами  понимают характеристики размеров ионов, получаемы различными методами, например, из данных рентгеновского структурного анализа и микроволновой спектроскопии. Численные значения ионных радиусов используются для оценки межъядерных расстояний в ионных кристаллах и молекулах.