Переодическая система химических элементов. Генетический аспект - Горох А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Никель, как известно, является одним из самых активных металлов катализаторов [22]. В ряду элементов четвертого периода удельная каталитическая активность резко уменьшается от никеля как в сторону более легких металлов - Co, Fe, Mn, так и в сторону более тяжелых - Cu, Zn (рис.12). Считается, что каталитическая активность никеля связана с наличием незаполненной d-оболочки, а резкое ее снижение у меди обусловливается тем, что эта оболочка полностью застроена. Исходя из этого, пишется в монографии [22], можно объяснить и высокую каталитическую активность аналогов никеля - палладия и платины. Она, по некоторым данным, даже более высокая, чем у никеля, что связывается с более высокими атомными номерами при одной и той же ненасыщенности электронами d-оболочки.
33
см3/см2 час
100,0 г
10,0 -
1,0
0,1
VMn Fe Co Ni Cu Zn
Рис.12. Удельная каталитическая активность элементов IV периода при 180 0С [22]
Надуманность приведенных объяснений очевидна. Если каталитическую активность элементов связывать с "ненасыщенностью" d-оболочки, то у Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti она должна бы возрастать, а не снижаться, поскольку именно в такой последовательности снижается незаполненность d-оболочки в атомах этих элементов. При этом палладий вообще не проявлял бы каталитических свойств, поскольку d- оболочка у него полностью застроена. Феномен высокой каталитической активности Ni, Pd, Pt находит логичное объяснение как раз с противоположных позиций. Именно завершенность внешней d-оболочки у Ni и Pd и fd-оболочек у Pt можно рассматривать как причину их каталитической активности при относительной химической инертности. При незаполненности же внешних d-оболочек активизируется реакционная способность элементов, а каталитическая - снижается.
Из общей картины электронного строения атомов периодической системы, полученной на основе установленной закономерности, вырисовывается еще одна деталь, не укладывающаяся в рамки существующих представлений.
Считается, что число квантовых слоев у атома равно номеру периода, в котором находится данный элемент. Зоммерфельд специально подчеркивает, что "с началом новой оболочки обязательно связано начало нового периода" [10, стр.138], а в работе
34
[15] утверждается, что "в этом и состоит физический смысл номера периода". Наличие всего четырех квантовых слоев у палладия (N46), принадлежащего пятому периоду, в расчет не принимается, а конфигурация внешних электронов записывается в виде ...4d105s0. Схема электронного строения атомов всего естественного ряда
элементов, построенная на основании зависимости J Ej = J(Z)
(рис.3), убеждает нас в том, что обсуждаемое "правило" не имеет под собой почвы. Зависимость энергии связи изономерных электронов от заряда ядра, также как и зависимость энергии рентгеновского излучения от Z, не является периодической. Лишь у элементов первых трех периодов и у части элементов четвертого периода - от калия (19) до никеля (28) включительно, число квантовых слоев во всех атомах совпадает с номером периода. Однако никаких фундаментальных закономерностей в этом совпадении не просматривается, поскольку K, L и M-слои, также как и последующие, идут без каких-либо отклонений, пересекая границы всех периодов. Начало и завершение формирования квантовых слоев в атомах определяется внутренней энергетикой атомов, сущность которой пока еще до конца не раскрыта. Не раскрыта сама природа квантования. Не найдены ответы на вопросы, почему квантовые слои состоят из различного числа электронов (2, 8, 1 8, 1 8, 32), притом независимо от величины заряда ядра, чем определяется число квантовых слоев и др. Если все же проводить сопоставление числа квантовых слоев в атомах с номером периодов, идя от тяжелых элементов к легким, как изображено на рис.3, то вырисовывается такая картина. В начале каждого периода стоят элементы, у которых число квантовых слоев, притом полностью застроенных, совпадает с номером периода. По мере снижения заряда ядра и уменьшения числа электронов, уменьшается и число квантовых слоев. Так, у восьми элементов шестого периода, начиная с радона (86) и заканчивая золотом (79), число квантовых слоев совпадает с номером периода. У следующих же 24 элементов, начиная с платины (78) и заканчивая цезием (55), число квантовых слоев равно пяти.
Аналогично построены атомы элементов пятого и четвертого периодов. Ксенон (54) и криптон (36) имеют, соответственно, пять и четыре квантовых слоя. Следующие семь более легких элементов того и другого периодов, J(53) - Ag(46) Br(35) - Cu(29), также содержат по 5 и 4 квантовых слоя, соответственно. Но далее, в атомах от палладия (46) до рубидия (37) и от никеля (28) до калия (1 9) число квантовых слоев на единицу меньше номера периода. У остальных 1 8 элементов, принадлежащих третьему, второму и первому периодам число квантовых слоев, как было отмечено,
35
соответствует номеру периода. Это, по-видимому, и послужило основанием для исследователей, рассматривавших процесс формирования электронных оболочек атомов, начиная с водорода, прийти к заключению, что соответствие между числом квантовых слоев и номером периода является фундаментом всей периодической системы. Именно отсюда вытекает утверждение, что "сама периодическая повторяемость свойств элементов целиком зависит от периодической повторяемости электронных структур атомов" [9], что "с началом новой оболочки обязательно связано начало нового периода", что "каждый последующий элемент сохраняет в себе электронную конфигурацию предыдущего" и т.д.
