У большинства народов Восточной Азии – иероглиф «Мудрость» изображает человека, поднимающегося вверх по спиральной винтовой лестнице. Пространственная модель Периодического закона – тоже скручена в спираль, наподобие винтовой лестницы.
В Пространственной модели – все элементы объединены в неразрывную цепь по возрастанию их порядковых номеров. Цепь элементов скручена в спираль так, чтобы элементы образовывали вертикальные столбцы (группы) по родству их свойств.
Спираль размещена на трех прозрачных столпах-опорах (в форме цилиндров) разного диаметра по порядку заполнения электронами орбиталей s-, p-, d-, f-элементов и родством их свойств. Различные цвета элементов отражают заполнения электронами энергетических уровней и подуровней (орбиталей) в атомах элементов.
В Пространственной модели s-элементы и p-элементы главной подгруппы образуют основную спираль – «основной столп».
Второй столп оборачивают d-элементы побочных подгрупп – в единой цепи элементов они образуют отдельные круги, друг под другом. В каждом обороте второго столпа – десять d-элементов.
Такие же круги в единой цепи элементов образуют и f-элементы на третьем столпе Пространственной модели. В каждом обороте третьего столпа – четырнадцать f-элементов.
Непрерывная цепь элементов, скрученная в спираль, позволяет поместить инертные газы перед элементами первой группы, такое размещение соответствует Периодической таблице авторства самого Д.И. Менделеева в редакции 1905 года.
Мы долго размышляли, необходимо ли приводить расчеты, таблицы и графики из научной статьи, опубликованной в журнале. В итоге, решили привести всё это отдельным блоком – для тех, кому интересно.
Это расчеты на основе квантовых чисел.
Менделеев в 1869 году при сопоставлении свойств известных в то время химических элементов и величин их атомных масс сформулировал Периодический закон таким образом: свойства химических элементов, простых веществ, а также состав и свойства соединений, находятся в периодической зависимости от значений атомных масс.
Существует несколько сотен вариантов изображения периодической системы (аналитические кривые, таблицы, геометрические фигуры и др.). За базовую принимается форма Периодической таблицы – длинный вариант с 18 группами, утвержденной Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве основной.
Максимальное количество электронов на энергетических уровнях (N) рассчитывается на основании главного квантового числа (n) и равна:
N = 2n^2
на 1-м уровне N1 = 2 х 1^2 = 2 электрона;
на 2-м энергетическом уровне N2 = 2 х 2^2 = 8 электронов;
на 3-м энергетическом уровне N3 = 2 х 3^2 = 18 электронов;
на 4-м энергетическом уровне N4 = 2 х 4^2 = 32 электрона.
Орбитальное квантовое число (ℓ) характеризует форму орбиталей и принимает значения от 0 до (n-1). Кроме числовых значений, орбитальное квантовое число (ℓ) имеет и буквенное обозначение:
для ℓ1 = 1 - 1 = 0 обозначения s;
для ℓ2 = 2 - 1 = 1 обозначение p;
для ℓ3 = 3 - 1 = 2 обозначения d;
для ℓ4 = 4 - 1 = 3 обозначения f.
Количество орбиталей (Eо) на подуровни (для s-, p-, d-, f-подуровня) рассчитывается по формуле:
Eо = 2 ℓ + 1
для s-подуровня eо1 = 2 х 0 + 1 = 1 орбиталь;
для p-подуровня eо2 = 2 х 1 + 1 = 3 орбитали;
для d-подуровня eо3 = 2 х 2 + 1 = 5 орбиталей;
для f-подуровня eо4 = 2 х 3 + 1 = 7 орбиталей.
Максимальное количество электронов на подуровнях (на орбитали максимальное количество 2 электрона) рассчитывается по формуле:
e = 2eо
на s-орбитали e1 = 2 х 1 = 2 электрона;
на p-орбиталях e2 = 2 х 3 = 6 электронов;
на d-орбиталях e3 = 2 х 5 = 10 электронов;
на f-орбиталях e4 = 2 х 7 = 14 электронов.
Анализ Пространственной модели осуществлялся по основным параметрам – общее количество элементов, общее количество групп, общее количество периодов, количество элементов в одном обороте спирали, соответствие размещения элемента в Пространственной модели свойствам характерным для группы элементов в вертикальном столбце (группе) элементов, количество элементов в каждом обороте каждого столпа.
Общее количество элементов в единой цепи Пространственной модели по возрастанию порядковых номеров – соответствует общему количеству известных элементов. Общее количество групп элементов – составляет 8 групп главной подгруппы «основного столпа», 10 групп побочной подгруппы второй столпа, 14 групп третьего столпа Пространственной модели. Общее количество периодов элементов – составляет семь периодов. Общее количество и структура размещения элементов, групп и периодов в Пространственной модели соответствует действующей редакции Периодической таблицы, утвержденной Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC).
Количество элементов оборота спирали основанного «столпа» (N1) главной подгруппы (суммы s-элементов и p-элементов начиная со второго периода), рассчитанное на основе орбитальных квантовых чисел (ℓ) равно:
N осн. = 2 х (2 х ℓ1 + 1) + 2 х (2 х ℓ2 + 1)
N осн. = 2 х (2 х 0 + 1) + 2 х (2 х 1 + 1) = 2 + 6 = 8 элементов
Количество элементов оборота спирали второго «столпа» (N2) побочной подгруппы (d-элементов начиная с четвертого периода), рассчитанное на основе орбитального квантового числа (ℓ3) равно:
N втор. = 2 х (2 х ℓ3 + 1)
N втор. = 2 х (2 х 2 + 1) = 2 х 5 = 10 элементов
В каждом обороте второго столпа (d-элементов) Пространственной модели - 10 элементов. На втором столпе всего четыре оборота цепи элементов – по одному обороту в периодах с четвертого по седьмой включительно.
Количество элементов оборота спирали третьего «столпа» (N3) лантаноидов и актиноидов (f-элементов начиная с шестого периода), рассчитанная на основе орбитального квантового числа (ℓ4) равна:
N трет. = 2 х (2 х ℓ4 + 1)
N трет. = 2 х (2 х 3 + 1) = 2 х 7 = 14 элементов
На третьем столпе Пространственной модели два оборота по 14 f-элементов – по одному обороту в шестом и седьмом периодах.
Количество и структура размещения s-, p-, d-, f-элементов в Пространственной модели соответствует основополагающим законам, включая и сочетает в составе единого цепи элементов лантаноиды и актиноиды, сноску на которые сделана в действующей Периодической таблицы.
Если объединить эти числа в таблицу – всё это выглядит нагляднее.
Графически - это выглядят так:
Пространственная модель Периодического закона химических элементов, которую создал Невзоров Бекетов Никита Сергеевич, формирует математическое объемное видение периодической зависимости свойств химических элементов от особенностей строения их атомов, дает понимание постепенного усложнения строения атомов элементов по возрастанию их порядковых номеров, дает возможность прогнозировать особенности и свойства новых элементов, развивает структурное и пространственное мышление.
Пространственная модель подтверждает возможность нахождения новых элементов не только в конце Периодической таблицы, но и в начале – как и считал Д.И. Менделеев.
О предполагаемых элементах в начале Периодической таблицы – мы расскажем уже в следующей статье.
Оценили 9 человек
9 кармы