📋 Үелэх систем ба үелэх хуульМенделеевийн үелэх хууль, үелэх системийн бүтэц, элементийн шинж чанарын үе ба бүлэг дагуу өөрчлөгдөх хандлага (атомын радиус, иончлолын энерги, цахилгаан сөрөг чанар) болон s, p, d ангиллыг ЭЕШ-д бэлдэх түвшинд гүнзгий судална.
1
1. Менделеевийн үелэх хууль ба түүний орчин үеийн томьёолол 1869 онд Д.И.Менделеев тухайн үед мэдэгдэж байсан элементүүдийг атомын массынх нь өсөх дарааллаар эрэмбэлэхэд тэдгээрийн химийн шинж чанар тодорхой тоо хэдийн дараа давтагдаж байгааг нээсэн. Энэ давтагдах буюу үелэх зүй тогтлыг тэрээр үелэх хууль гэж нэрлэв. Менделеев нээлтийнхээ хүчийг харуулахын тулд тухайн үед нээгдээгүй байсан элементүүдийн (жишээ нь экасилици — герман Ge) шинжийг урьдчилан зөв таамаглаж чадсан.
Хожим Мозли (Moseley) рентген спектрийн судалгаагаар элементийн жинхэнэ дараалал нь атомын масс биш, харин цөмийн цэнэг буюу протоны тоо (атомын дугаар Z) гэдгийг тогтоосон. Үүний үндсэн дээр үелэх хуулийн орчин үеийн томьёолол бий болсон.
💡 Үелэх хуулийн орчин үеийн томьёолол:
Элементийн болон тэдгээрийн нэгдлийн шинж чанар нь атомын цөмийн цэнгээс (атомын дугаар Z) үелэн хамаарна.
Үелэлтийн жинхэнэ шалтгаан нь гаднах энергийн түвшний валент электронуудын байрлал тодорхой тоо хэдийн дараа давтагддагт оршино.
Атомын дугаар нь Z = протоны тоо = (саармаг атомд) электроны тоотой тэнцүү. Электронууд энергийн түвшинд (давхарга, n) тодорхой дэс дарааллаар бөглөгддөг тул электрон бүтцийн давталт нь шинж чанарын давталтыг тайлбарладаг.
Зөвлөмж: ЭЕШ-д Менделеев ба Мозли хоёрын ялгааг шууд асууж болно: Менделеев элементийг атомын масс (Ar)-аар, Мозли цөмийн цэнэг (Z)-ээр эрэмбэлсэн. Орчин үеийн үелэх систем Z-д тулгуурладаг гэдгийг сайн санаарай.
✦ Шалгах асуулт Орчин үеийн үелэх хуулийн дагуу элементийн шинж чанар юунаас үелэн хамаарах вэ?
A Атомын массаас (Ar) B Цөмийн цэнэг буюу атомын дугаар Z-ээс C Нейтроны тооноос D Атомын радиусаас
Шалгах 2
2. Үелэх системийн бүтэц: үе ба бүлэг Үелэх систем нь хэвтээ эгнээ (үе) ба босоо багана (бүлэг)-аас тогтоно. Үе нь шинэ энергийн түвшин (давхарга) эхэлснийг, бүлэг нь ижил тооны валент электронтой, иймээс төстэй химийн шинжтэй элементүүдийг бүлэглэдэг.
💡 Үе (period): Хэвтээ эгнээ. Үений дугаар = гаднах энергийн түвшний дугаар (хамгийн их үндсэн квант тоо n).
Бүлэг (group): Босоо багана. Гол дэд бүлгийн (A бүлэг) элементийн хувьд бүлгийн дугаар = валент электроны тоо.
Нийт 7 үе байна. 1-р үе зөвхөн 2 элемент (H, He), 2 ба 3-р үе тус бүр 8 элемент, 4 ба 5-р үе тус бүр 18 элемент, 6 ба 7-р үе 32 элемент агуулна. Үений урт нь тухайн түвшинд бөглөгдөх орбиталийн багтаамжтай шууд холбоотой (s — 2, p — 6, d — 10, f — 14 электрон).
Бүлгийг уламжлалт байдлаар A (гол дэд бүлэг, s ба p элемент) ба B (туслах дэд бүлэг, d элемент буюу шилжилтийн металл) гэж хуваадаг. IUPAC-ийн орчин үеийн дугаарлалаар 1-18 хүртэл дугаарладаг.
📝 Элементийн байрлалыг электрон бүтцээр тогтоох
Z = 17 элемент үелэх системийн хэддүгээр үе, хэддүгээр бүлэгт (A бүлэг) орших вэ? Аль элемент болохыг нэрлэ.
1 Электрон бүтцийг бичье: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5 . 2 Хамгийн их үндсэн квант тоо n = 3 n = 3 n = 3 , тиймээс энэ нь 3-р үений элемент. 3 Гаднах түвшний (valence) электроны тоо: 3 s 2 3 p 5 ⇒ 2 + 5 = 7 3s^2\,3p^5 \Rightarrow 2 + 5 = 7 3 s 2 3 p 5 ⇒ 2 + 5 = 7 валент электрон. 4 Иймээс VII A бүлэг (галогенууд). 5 Z = 17 нь хлор (Cl). 3-р үе, VIIA бүлэг. ✦ Шалгах асуулт Гол дэд бүлгийн (А бүлэг) элементийн хувьд бүлгийн дугаар нь юутай тэнцүү вэ?
A Энергийн түвшний тоотой B Нейтроны тоотой C Гаднах түвшний валент электроны тоотой D Цөм дэх протоны тоотой
Шалгах 3
3. Валент электрон ба электрон бүтцээр ангилах (s, p, d, f) Валент электрон нь атомын гаднах энергийн түвшинд орших, химийн холбоо үүсгэхэд оролцдог электронууд юм. Тэдгээрийн тоо ба байрлал нь элементийн валент, исэлдэлтийн зэрэг, химийн идэвхийг тодорхойлдог.
💡 Электрон бүтцээр элементийн ангилал — сүүлчийн (хамгийн их энергитэй) электрон аль дэд түвшинд орсноор тодорхойлно:
s-элемент: сүүлчийн электрон ns дэд түвшинд (IA, IIA бүлэг + H, He).
p-элемент: сүүлчийн электрон np дэд түвшинд (IIIA–VIIIA бүлэг).
d-элемент: сүүлчийн электрон (n−1)d дэд түвшинд (шилжилтийн металл, B бүлэг).
f-элемент: сүүлчийн электрон (n−2)f дэд түвшинд (лантаноид, актиноид).
Жишээ нь Na (Z=11): 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1 — сүүлчийн электрон 3s-д орсон тул s-элемент. Mn (Z=25): [ Ar ] 3 d 5 4 s 2 [\text{Ar}]\,3d^5\,4s^2 [ Ar ] 3 d 5 4 s 2 — сүүлчийн электрон 3d-д орсон тул d-элемент (шилжилтийн металл).
Орбитал бөглөх дараалал нь энергийн өсөх дарааллыг (Клечковскийн дүрэм, n + l) дагана: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d... Энэ дараалал нь яагаад 4s орбитал 3d-ээс өмнө бөглөгддөгийг тайлбарладаг.
Зөвлөмж: ЭЕШ-д ихэвчлэн «энэ элемент s, p, d-ийн алинд хамаарах вэ?» гэж асуудаг. Дүрэм: бүлгийн ширхэг — IA/IIA бол s, IIIA–VIIIA бол p, B бүлэг (шилжилтийн металл) бол d. Хэрэв электрон бүтэц өгсөн бол сүүлчийн электрон аль үсэгт (s/p/d) орсныг хар.
✦ Шалгах асуулт Дараах электрон бүтэцтэй элемент аль ангилалд хамаарах вэ: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 6 4 s 2 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^6\,4s^2 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 6 4 s 2 (Z = 26)? A s-элемент B p-элемент C d-элемент (шилжилтийн металл) D f-элемент
Шалгах 4
4. Шинж чанарын үелэх хандлага: радиус ба иончлолын энерги Үелэх системд элементийн шинж чанар тогтсон чиглэлд жигд өөрчлөгддөг. Гол хоёр шалтгаан нь: (1) цөмийн цэнэг Z нэмэгдэх, (2) электрон шинэ түвшинд орох ба дотоод электронуудын халхлалт (экранчлал). Эдгээрийн харьцаа нь үр дүнтэй цөмийн цэнэг Z_eff-ийг тодорхойлно.
💡 Атомын радиусын хандлага:
Үе дагуу (зүүнээс баруун тийш): радиус БАГАСНА — Z_eff нэмэгдэж электроныг цөм рүү татна.
Бүлэг дагуу (дээрээс доош): радиус ИХСЭНЭ — шинэ энергийн түвшин нэмэгдэнэ.
Иймээс хамгийн том атом нь зүүн доод буланд (Fr, Cs), хамгийн жижиг нь баруун дээд буланд (H, He, F орчим).
Иончлолын энерги (Eᵢ) нь хийн төлөвт буй саармаг атомаас хамгийн сул холбоотой нэг электроныг салгахад шаардагдах хамгийн бага энерги юм. Радиустай урвуу хандлагатай: атом жижиг, Z_eff их байх тусам электроныг салгахад илүү их энерги хэрэгтэй.
💡 Иончлолын энерги ба цахилгаан сөрөг чанарын хандлага:
Үе дагуу баруун тийш: ИХСЭНЭ.
Бүлэг дагуу доош: БАГАСНА.
Иймээс хамгийн их иончлолын энерги нь баруун дээд буланд (благородный хий — He, F, Ne), хамгийн бага нь зүүн доод буланд (шүлтийн металл — Cs, Fr).
📝 Радиусыг харьцуулах
Na, Mg, K гурван элементийг атомын радиусын өсөх дарааллаар (бага → их) эрэмбэл.
1 Na (Z=11) ба Mg (Z=12) хоёр нэг 3-р үед. Үе дагуу баруун тийш радиус багасдаг тул r Mg < r Na r_{\text{Mg}} < r_{\text{Na}} r Mg < r Na . 2 Na ба K хоёр нэг IA бүлэгт. Бүлэг дагуу доош радиус ихсдэг тул r Na < r K r_{\text{Na}} < r_{\text{K}} r Na < r K . 3 Иймээс эцсийн дараалал: r Mg < r Na < r K r_{\text{Mg}} < r_{\text{Na}} < r_{\text{K}} r Mg < r Na < r K . Зөвлөмж: ЭЕШ-д «иончлолын энерги хамгийн их/бага элемент аль нь вэ?» гэдэг асуулт байнга гардаг. Санах дүрэм: иончлолын энерги ба цахилгаан сөрөг чанар хоёр ИЖИЛ чиглэлд (баруун-дээш) өсдөг, харин атомын радиус ЭСРЭГ чиглэлд (зүүн-доош) өсдөг.
✦ Шалгах асуулт Дараах элементүүдээс иончлолын эхний энерги хамгийн ИХ нь аль нь вэ?
A Li B Na C F D Cs
Шалгах 5
5. Электрон сонирхол, цахилгаан сөрөг чанар ба металл/металл бус шинж Электрон сонирхол (electron affinity, Eea) нь хийн төлөвт буй саармаг атом нэг электрон нэмж авч анион болоход дагалдах энергийн өөрчлөлт юм. Ихэнх металл бус, ялангуяа галогенуудын хувьд энэ процесс энерги ялгаруулдаг (экзотерм) тул тэд электрон авах хандлага өндөртэй.
Цахилгаан сөрөг чанар (electronegativity, χ) нь химийн холбоонд орсон атом холбоосын электрон хосыг өөр уруугаа татах чадварыг хэмждэг харьцангуй хэмжигдэхүүн. Полингийн шкалаар хамгийн өндөр нь фтор (χ = 4.0), хамгийн бага нь шүлтийн металлууд (Cs, Fr ≈ 0.7).
💡 Металл ба металл бус шинжийн хандлага:
Үе дагуу баруун тийш: металл шинж БАГАСч, металл бус шинж ИХСЭНЭ.
Бүлэг дагуу доош: металл шинж ИХСэж, металл бус шинж БАГАСНА.
Иймээс хамгийн идэвхтэй металл нь зүүн доод буланд (Fr, Cs), хамгийн идэвхтэй металл бус нь баруун дээд буланд (F). Металл ба металл бусыг тусгаарлах «шаталсан зураас» дагуу амфотер ба металлоид (B, Si, Ge, As...) элементүүд оршино.
Металлууд валент электроноо амархан өгч катион (эерэг ион) болдог — иймээс ангижруулагч шинжтэй. Металл бусууд электрон авч анион (сөрөг ион) болох хандлагатай — иймээс исэлдүүлэгч шинжтэй. Эдгээр шинж нь иончлолын энерги, цахилгаан сөрөг чанарын хандлагатай шууд уялдаатай.
Зөвлөмж: ЭЕШ-д цахилгаан сөрөг чанарын ялгаагаар холбоосын төрлийг тодорхойлох даалгавар гардаг: ялгаа их (>1.7 орчим) бол ион холбоо, бага (0.4–1.7) бол туйлт ковалент, бараг 0 бол туйлгүй ковалент. Фтор (4.0) хамгийн өндөр цахилгаан сөрөг чанартай гэдгийг цээжил.
✦ Шалгах асуулт Дараах элементүүдийн дотроос цахилгаан сөрөг чанар хамгийн ӨНДӨР нь аль нь вэ?
A Na B Cl C F D I
Шалгах ✦ Шалгах асуулт Үе дагуу зүүнээс баруун тийш шилжихэд элементийн ямар шинж ИХСЭХ вэ?
A Атомын радиус B Металл шинж C Металл бус шинж ба цахилгаан сөрөг чанар D Электрон өгөх хандлага
Шалгах 🎯 Энэ хичээлийг дуусгалаа. Бодит сорилоор бэлдэхэд бэлэн үү?