Периодтық заң және атом құрылысы — мектеп химия курсының негізі Д.И.Менделеев ашқан периодтық заң — табиғат дамуының жалпы заңдарының бірі. Ол химиялық элементтер және олардың қосылыстары туралы білімді бір жүйеге түсіруге, түсіндіруге және батыл болжамдар жасауға мүмкіндік берді. Атомның құрылысын анықтауға, жаңа элементтер ашуға және синтездеуге жол-жоба көрсет. Периодтық заңның негізінде атомдық физика, геохимия жэне басқа да жаратылыстану ғылымы жедел дамыды.
Периодтық заң жэне периодтық жүйе — орта мектептегі химия курсының теориялық негізі. Бүлардың негізінде қүрылған химияның мазмүны ғылыми жағынан шынайы, жүйелі жэне түсінікті болып келеді.
ГІериодтық заң жэне атом қүрылысы өтілген соң химия курсының теориялық деңгейі артады. Оқушылардың түсінуінше химия суреттеме ғылымынан теориялық ғылымга айналады.
Химияны оқып үйренуде дедукцияның маңызы кушейеді. Ғылыми болжамның қүдіретіне окушылардың сенімі артады. Ашылмаған химиялық элементтер және олардың қосылыстарының қасиеттері туралы Д.И. Менделеевтің батыл болжамдарының тэжірибеде расталуы оқушыларда мақтаныш сезімін тудырады.
Периодтық заң жэне атом қүрылысы туралы оқу материалы элементтер және олардың қосылыстары қасиеттерінің периодты түрде өзгеретіні жэне оның себептері жөнінде үғым қалыптастырады. Химиялық эрекеттердің жүру заңдылықтарын терең түсінуге жэрдемдеседі, бейорганикалық жэне органикалық химияның негіздерін саналы меңгеруге көмектеседі.
Оқушыларда ғылыми көзқарас қалыптасуында периодтык заң жэне периодтық жүйенің маңызы зор. Басқа ғаламшарлар мен жердің, жердегі тірі табиғат пен өлі табиғаттың материалдық бірлігіне оқушылардың көзі жетеді. Бүларда кездесетін заттардың барлығы санаулы ғана химиялық элементтердің қосылыстары болып табылады.
Элементтер арасындағы өзара байланыстың, жүйе мен жекенің арасындағы байланыстың мэні ашылады. Жүйеден тыс элемент бола алмайды, жүйе белгілі элементтерді толық қамтиды. Д.И. Менделеев жасаған периодтық жүйе Л. Мейер жасаған жүйеден барлық элементтерді қамтуы, ашылмаған элементтерге орын қалдыруы бойынша ерекшеленеді. Периодтық жүйеден химиялық элементтер атомдарыньщ біртіндеп күрделіленуі, санның сапаға ауысуы айқын көрінеді. Реттік нөмір бірге артканда атомның заряды, электрон саны артады, соған орай химиялық сапасы өзгереді. Біртіндеп металдық касиет жойылып, бейметалдық қасиет күшейеді, содан соң инертті элементтер пайда болады. Осыған орай оқушыларда дүниені танып-білуге болатыны жөнінде нақтылы пікір қалыптасады. Галлийдің, скандийдің жэне германийдің болжанған қасиеттері мен тэжірибеде сыналған қасиеттерінің дэлме-дэл шыгуы оқушыларды еріксіз таңдандырады, Д.И. Менделеевтің ғылыми ерлік жасағанына шүбәсіз сенеді.
Периодтық заң, атом кұрылысы оқу материалын игеру барысында оқу-шылар өте көп салыстырулар жасап, қисынды ойлау барысын үштай түседі.
Периодтык заң жэне периодтык жүйе тақырыбының орта мектеп кур-сындағы орны үздіксіз өзгеріске үшырады. Ең алғашқы үлгілі бағдарлама-ларда ол химия курсының соңына орналастырылды. Одан кейінгі кешендік бағдарламаға кірмей қалды. Химиялық түрақты бағдарламалардағы оның орны жөнінде екі тұрлі пікір үстем болды.
Біріншісі бойынша периодтық заңдылықты түсіну ұшін оқушылардың деректі материалдардан біршама әзірлігі болуы тиіс. Осы көзқарасқа сэйкес периодтық заң 9-сыныпта галогендер, оттекке ұқсас элементтер жэне сілтілік металдар отілгеннен кейін оқылды.
Екінші пікірді қолдаушылар периодтық заң мен жуйені ертерек өтіп, химиялық элементтерді солардың негізінде оқып, үйрену тиімді деп есептеді. Осы пікірге сәйкес бұл тақырып 8-сыныпта оқылуы тиіс.
Тақырыпты оқып, үйренудің әдістемелік тәсілдері. Қазіргі кезде периодтық заң жэне атом құрылысы туралы оқу материалын қарастырудың үш тәсілі қалыптасты.
Бірінші тэсіл химия гылымының даму жолына негізделеді. Ғылымда алдымен периодтық заң ашылып, периодтык жүйе жасалды, соңынан периодтық жүйедегі заңдылықтарды түсіндіретін атом қүрылысы туралы мэліметтер анықталды. Д.И.Менделеевтің периодтық заңын тәжірибелік білімге сүйеніп қорытты, бірақ ішкі мәнісін түсіндіре алмады. Бірак оның болашакта дамитынына, жаңа деректермен толысатынына кәміл сенді. Сондықтан Д.И.Менделеевтің данышпандығын, жалпы заңды ашудағы ғылыми ерлігін корсету үшін алдымен периодтық заң жэне периодтық жүйе толық өтілді. Содан соң атом құрылысы қарастырылып, периодтык заң жэне периодтық жүйе электрондық теория тұрғысынан қайтадан оқытылды.
Екінші тәсіл — біріншіге керісінше жүзеге асырылады. Алдымен атом қүрылысы туралы оқу материалы өтіледі. Соның тұргысынан периодтық заңдылықтар қорытылып шығарылады.
Үшінші тәсіл бойынша периодтық заң мен атом құрылысы бір мезгілде өтіледі. Жаңа бағдарлама бойынша оқыту осы тәсілге негізделген. Периодтық заң жэне атом құрылысы туралы негізгі мәліметтер 8-сыныпта қарастырылады да 11-сыныптағы жалпы химия курсында кеңейтіледі.
Оқушылар периодтық заңга дейін химияның алғашқы ұғымдарымен танысады. Екі химиялық элементті (оттегін жэне сутегін), олар түзетін жай жэне күрделі заттарды оқып үйренеді.
Бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластары — оксидтер, қышқылдар, негіздер жэне түздар женінде едэуір толық ұғым алады. Заттарды жіктеудің негіздерімен танысады. Бүларға қосымша кейбір элементтердің табиғи топтары туралы алғашқы түсініктер, элементтердің қасиеттері салыстырмалы атомдық массалардың ар-туына қарай өзгеретіні жөнінде білім алады. Осының бәрі периодтық заңды саналы қабылдауға негіз болады.
Сонымен, периодтық заң жэне периодтық жүйе туралы материалды ойдағыдай игеру шарттарына мыналар жатады:
- Атом, элемент, салыстырмалы атомдық масса, жай жэне күрделі зат, заттардың физикалық жэне химиялық қасиеттері, амфотерлік үғымдарын жетік білу.
- Бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластары жөніндегі білімді тиімді пайдалану.
3. Тарихи негізді орынды жүзеге асыру.
- Оқытудың диалектикалық сипатын қамтамасыз ету, қайшылық-тарға, оларды шешу жолдарына көңіл аудару.
- Түйінді мәселелерді оқытуды жүзеге асыру. Периодтық заңның қалай ашылғанына, оны пайдалана білу жақтарына назар аудару.
- Оқушылардың өздігінен істейтін жүмыстарын жиі жэне тиімді ұйымдастыру: қосымша эдебиеттерді оқуға үхыну; элементтерге карточкалар әзірлеу және олармен жұмыс; кестелер жэнс сызбанұсқалар сызу; тэжірибелер жасау, т.б.
- Зерттеу эдістерін жиі қолдану; периодтық заңдылықты қорытып шығару; оқылмаған элементтер мен қосылыстардың қасиеттерін болжау.
Тақырыпты оқып үйренудің жиі қолданылатын жоспары: 1. Химиялық элементтерді жіктеудегі алғашқы эрекеттер. 2. Асыл газдардың, сілтілік металдардың жэне галогендердің табиғи топтары. 3. Д.И.Менделеевтің периодтық заңы, элементтің реттік нөмірі жэне ядро заряды. 4. Атом ядроларының құрамы. Изотоптар. 5. Атомдардың электрондық конфигурациясы. 6. Химиялық элементтердің Д.И.Менделеев жасаған периодтық жүйесі жэне оның құрылымы. 7. Периодтык заңның маңызы. Д.И.Менделеевтің өмірі мен еңбектері. 8. Қайталау жэне қорыту.
Оқушыларды периодтық заңды оқып, үйренуге эзірлеу. Алғашқы сабақтарда ғылыми жіктелудің маңызы, оның химияда қалай жүзе-ге асқаны, элементтерді металдар жэне бейметалдар деп жіктеудің жеткіліксіздігі, олардың арасында айқын шекара жоғын көрсететін амфотерлі элементтер бар екені жөнінде түсінік беріледі. Металдар және бейметалдар тұзетін жай заттардың физикалық жэне химиялық қасиеттері кесте түрінде жазылады. Онда сынаптан басқа металдардың қатты, металдық жылтыры болатыны, жылуды жэне электр тогын жақсы өткізетіні, пластикалыгы, созылғыштығы, негіздік оксидтер жэне негіздер түзетіні, үшқыш сутекті қосылыстары болмайтыны көрсетіледі. Бейметалдар сұйық, газ жэне қатты, бірак жылтыры болмайтын, көпшілігі жылуды жэне электр тогын нашар өткізетін, қышқылдық оксидтер, кышқьшдар жэне үшқыш сутектік қосылыстар түзетін заттар ретінде сипатталады.
Металдар мен бейметалдардың химиялық қасиеттерін талқылағанда генетикалық байланыс сызбанүскасы еске түсіріліп, реакция теңдеулері жазылады:
1 2 3
а) кальций → кальций → кальций → кальций
оксиді гидроксиді хлориді
1 2 3
э) күкірт→ күкірт(ІУ) → күкіртті → кальций
оксиді қышқыл сульфиті
Оксидтер мен гидроксидтердің сипаты талданады. Талдау кезінде нағыз металдар түзетін қосылыстардың негіздік, нағыз бейметалдар түзетін қосылыстардың қышқылдық сипаты барына назар аударылады.
Бұдан соң мырыш гидроксидінің қышқылдар және сілтілер ерітінділерімен әрекеттесуінің зертхналық жүмысы ұйымдастырылады. Жүмыстың нәтижесі «мырыш гидроксидін: а) қышқылдарға, э) негіздерге жатқызуға бола ма?» — деген сүрақ бойынша қорытындыланады. Окушылар мырыш гидроксиді қышқылмен әрекеттесіп негіздік, сілтімен әрекеттесіп кышқылдық қасиет көрсететіні жөнінде пікірге келеді, реакциялардың теңдеуін жазады. Мырыш оксидін алып тэжірибелер қайталанады, реакция теңдеулері жазылады. Бұл тэжірибелерден оқушылар корытынды жасайды. Химиялық элемент қосылыстарының амфотерлі қасиет білдіруі оның металдар мен бейметалдар арасынан орын алатынын білдіреді, металдардан біртіндеп бейметалға ауысуы байқалады.
Химиялық элементтер түзетін жай заттар және химиялық қосылыстар туралы ұғым элементтердің табиғи топтарын өткенде дамытылады. Элементтер табиғи топтарға қасиеттерінің үқсастығы жэне түзетін заттарының сипаты бойынша біріктірілген.
Сілтілік металдардың табиғи тобы туралы түсінік тәжірибелерге жэне оқулықтагы 10-11 — кестелерге сүйеніп беріледі. Сумен және оттегімен эрекеттесу реакциялары көрсетіледі. Салыстырмалы атомдык массаларының артуына қарай физикалық қасиеттерінің өзгеру заңдылықтарына назар аударылады.
Галогендердің табиғи тобын қарастырғанда физикалық касиеттсрі көрнекі көрсетілсді, кесте бойынша олардың өзгеру бағыты анықталады. Сутегімен жэне металдармен эрекеттесу реакцияларының теңдеулері жазылып, талданады, түзетін қосылыстардың құрамына кеңіл аударылады. Элементтердің тағы бір табиғи тобы инертті газдар туралы қысқа мағлұмат беріледі.
Әзірлік жұмыстары 20 элементтің карточкаларын дайындаумен жэне физикадан атом кұрылысы туралы білетіндерін қайталап келуге тапсырма берумен аяқталады. Карточкалардың ұлгісі оқулықта берілген. Әр карточкаға элементтің химиялык таңбасы, салыстырмалы атомдык массасы, оттегі жэне сутегі бойынша валенттілігі жазылады. Карточкалар білдіретін ақпараттың тиімділігін арттыру үшін металдар карточкасын көк түске, бейметалдардікін — қызыл түске, амфотерлі элементтер карточкаларының жартысын көк, жартысын қызыл түске бояйды, инертті элементтер карточкаларын ақ күйінде қалдырады.
Периодтық заңды оқуды қорытындылау. Периодтық заңды қорытып шығару үшін атомдық массалары 1-ден 40-қа дейінгі химиялық элементтердің карточкаларымен өздігінен жүмыс үйымдастырылады. Элементтерді атомдық массаларынның өсуі бойынша қасиеттері ұқсастары бірінің астына екіншісі келетіндей етіп орналастыруға тапсырма беріледі.
Карточкалармен жұмыс істегенде оқушылар литийден неонға, натрийден аргонға дейінгі элементтердің атомдық массаларының артуына қарай: а) оттегі бойынша валенттіліктерінің өсуін; ә) сутегі бойынша валенттіліктерінің кемуін; б) жай заттар қасиеттерінің өзгеруін; в) оксидтері сипатының езгеруін; г) гидроксидтері сипатының өзгеруін салыстырады.
Элементтердің валенттіліктері өзгеруін график түрінде сызады. Одан байқалатыны элементтердің атомдық массалары өскенде оттек бойынша валенттілік литийден азотқа — бірден беске дейін, натрийден хлорға қарай 1-ден жетіге дейін артады. Бейметалдар тұзетін ұшқыш сутек қосылыстарындағы валенттілік көміртегінен фторға, кремнийден хлорға қарай 4-тен 1-ге дейін кемиді. Литийден оттегіне дейінгі элементтердегі валенттіліктің өзгерісін натрийден күкіртке дейінгі элементтер дэлме-дәл қайталайды.
Жай заттарды көрнекі көрсету арқылы металдық және бейметалдық қасиеттерін салыстырғанда агрегаттық күйіне, түсіне, металдық жылтырлығына, электр жэне жылу өткізгіштігіне назар аударылады. Соның нэтижесінде оқушылар заттардың физикалық қасиеттерінің өзгеруі атомдық массалардың есуіне периодты тэуелді болады деген қорытындыға келеді. Элементтердің оттегі жэне сутегімен эрекеттесуін корсететін химиялық қасиеттерін салыстыру да дэл осындай түжырымға әкеледі.
Бұдан соң оқущылар орналасу реті бойынша қарастырылып отырған элементтердің оксидтерінің, негіздерінің жэне қышқылдарының формулаларын жазып, қасиеттерін салыстырады. Оксидтер мен гидроксидтердің қүрамы мен қасиеттері заңды түрде өзгеретініне көздері жетеді. Негіздік оксидтер мен негіздердің қасиеттері кеміп, амфотерлі қасиет пайда болады, ол қышқылдық қасиетке ауысады.
Өзіндік жүмыстардың тапсырмаларын орындау нэтижесінде оқушылар салыстырмалы атомдық массаларының артуы бойынша орналастырылған элементтердің, олар түзетін жай жэне күрделі заттардың қасиеттері периодты түрде зандылықпен өзгеріп, қайталанатыны туралы қорытындыға келеді. Осы қорытындыға сүйеніп, мүғалім периодтық заңның Д.И.Менделеев тұжырымдаған анықтамасын түсіндіреді. Периодтылықтың себебін білу үшін атом қүрылысымен танысу қажеттігін айтады.
Оқушылар бірінші 20 элементтің карточкаларын өздері жасап, салыстырмалы атомдық массаларының өсу реті бойынша орналастырғанда үш қатар пайда болғанын, екі элемент (калий, кальций) төртінші қатарға орналасқанын көреді. Мұғалім олардың периодтар деп аталатынын айтып, периодтық жүйе жөніндегі үғымды енпзеді, кіші жэне үлкен периодтар, топ және топшалар туралы қысқаша түсінік береді. Соның нәтижесінде оқушыларда мынадай мәселелі сұрақтар туады:
1. Химиялық элементтердің қасиеттеріндегі ұқсастықтар мен
айырмашылықтарды қалай түсінуге болады?
2. Элементтердің қасиеттері неліктен периодты өзгереді?
- Бір периодта көршілес орналасқан атомдық массалары жақын элементтердің қасиеттері әр түрлі, ал бір топта орналасқан атомдық массаларында айырмасы үлкен элементтердің қасиеттері ұқсас болатыны неліктен?
- Элементтердің салыстырмалы атомдық массаларының бөлшек сан болып келетін себебі не?
- Атомдық массасы кіші болғанымен калийдің аргоннан кейін орналасатыны неліктен?
Бүл сұрақтардың жауабын оқушылар атом құрылысымен танысу кезінде алады.
Атом құрылысын оқыту. Атом термині «атомос» — грек сөзі, қазақшаға аударғанда «бөлшектенбейді» деген үғымды білдіреді. Осы пікір үстем болып түған кездің өзінде орыс ғалымдары М.Г. Павлов (1819 ж.), Н.А. Морозов атомның құрылысы күрделі деген пікір айтқан. Атақты ғалымдар Д.И. Менделеев, A.M. Бутлеров атом әзірше бізге белгілі тэсілдермен жіктелмейтін бөлшек деп жорамалдаған.
Атомның болшектенетіні туралы алғашқы эксперимент™ мэліметтер XIX гасырдың соңында алынды. Оларға жататындар: катод сэулелерінің, рентген сэулелерінің жэне радиоактивтіліктің ашылуы. Бұларды зерттеу атомның бейтарап, оң жэне теріс зарядталған бөлшектерден тұратынын көрсетеді. Осыған орай оқушыларға альфа бөлшек, протон, нейтрон, электрон, позитрон туралы түсінік беріледі. Олардың массалары, зарядтары, толық жэне қысқа белгілеулері кесте түрінде жазылады.
Атом қүрылысының күрделі екені анықталған соң оның құрамына кіретін бөлшектер қалай орналасқан деген сұрақ туады. Бүл сүраққа жауап беру үшін Э.Резерфорд тәжірибесі, Мария Кюри-Склодовская, Пьер Кюри тәжірибелері туралы айтылады. Бүл ғалымдар жэне А.Беккерель туралы оқулықта берілген материалдарға оқушылардың назарын аударады. Соның нәтижесінде оқушылар атомның ядродан жэне электрон қабығынан түратыны, радиоактивті сэупелер шығару арқылы бір элементтің екінші элементке ауысатыны жөнінде қорытындыға келеді.
226 222 4
Ra -> Rn + He
88 86 2
«Атомның ядросы центрінде орналасқан, оның қүрылысы қандай?» — деген сұрақты нақтылау үшін протоннейтрондық теория кысқаша қарастырылады, изотоптар туралы ұғым беріледі. Элементтің реттік нөмірі мен ядро заряды арасындағы байланыс ашылады. Ядро құрамын белгілеп жазу түсіндіріледі, мысалы: С1 (17р, 18n), S (8р, 8n), Н (1р), т.б. Элемент атомының ядросы, көбінесе, қүрылымдық символ түрінде жазылады, мэселен, жалпы түрде: Э. Э -ядросы қарастырылып отырған элемент символы, А — атом ядросындағы нуклондардьщ жалпы саны, Z — ядро заряды, А= Z+N, N — ядродағы нейтрондар саны, N = А — Z оңай табылатындықтан, кейде жазылмайды. Қүрылымдық символ бойынша хлор атомдарының ядро қүрамы былай кескінделеді:
[35 17 С118] және [37 17 С120]
Хлор, оттегі және сутегі атомдарының қүрылымдык символдарын жазу арқылы ядро зарядтары бірдей, массалары әр түрлі — изотоптар болатыны жөнінде түсінік беріледі. Химиялық элемент жэне салыстырмалы атомдык масса үғымдары жаңаша анықталады, мысалы: химиялык элемент дегеніміз — ядро зарядтары бірдей атомдардың түрі, изотоптар — олардың түр өзгерістері. Салыстырмалы атомдық массаға элементтің табиғи изотоптары орташа массасының көміртегі атомы массасының 1/12 бөлігіне қатынасы деген анықтама беріледі. Оқушыларға белгілі кейбір элементтердің табиғи изотоптары және олардың орташа атомдық массаларын табу тэсілдері түсіндіріледі:
1) m(35 17 С1):m(37 17 С1) = 75:25
Хлордың табиғи изотоптарының орташа атомдық массалары:
Ar (CI) = (3575): 100 + (37-25): 100 = 35,5
Бұдан соң мұғалім реттік нөмірі 3-11 элементтердегі бөлшектердің санын көрсететін кесте сызады.
Бұл мәліметтер атомның массасы ядроға жинақталғанын, оң зарядталған бөлшектер санының теріс зарядталған бөлшектер санына тең, сондықтан атом тұрғысынан алғанда электрбейтарап екенін көрсетеді. Атом ядросының заряды (элементтің реттік нөмірі) қанша бірлікке артса, электрон саны соншама өседі. Атомдағы электрондар энергетикалық деңгейлерде орналасады.
Кіші периодтар элементтерінің электрондық құрылысы қарастырылады. Энергетикалық деңгейлер, деңгейшелер, электрон бүлттары, олардың пішіні жэне кеңістікте орналасуы туралы үгымдар қалыптастырылады.
Қазір олардың күйін кванттық механика теориясы тұрғысынан түсіндіреді.
Электрондар энергетикалық деңгейлерде орналасады, оларды п- деп белгілейді. Олардың мэні 1,2,3,4,5,6,7………………… оо сандарымен көрсетіледі. Әр деңгейде болуы мүмкін электрондар саны 2 n2 формуласымен таңбаланады. 1-деңгейде 2-12=2, 2-деңгейде 2-22 =8, үшінші деңгейде 2-32 =18, төртінші деңгейде 2-42= =32, т.б. электрондар орналасады.
Бір денгейде орналасқан электрон бұлттарының пішіні бірдей еместігі аныкталған, ол орбитальдарга (l) жіктеледі. Олардың сан мәні 0-ден и=1-ге дейін өзгереді. n=1 болғанда 1=0, п=2 болғанда 0,1; п=Ъ болғанда /=0, 1, 2. — мэндері санмен немесе эріптермен көрсетіледі:
0,1,2,3,4
s,p,d,f,g
Бірінші энергетикалық деңгейде s-орбиталь, екінші энергетикалық деңгейде s,p -орбитальдар, үшінші энергетикалық деңгейде s,p,d -орбитальдары, төртінші энергетикалық деңгейде s,p,d,f,орбитальдары, т.с.с. болады.
Бұдан соң III период элементтері атомдарының электрондық жэне графикалық формуласы жазылады.
Энергетикалық деңгейлерде электрондардың орналасуы жөнінде оқушылар жалпы қорытынды жасайды.
- Бірінші период элементтерінде бірінші энергетикалық деңгейдің s-орбиталі екі электронмен толады.
- Екінші период элеменгтерінде энергетикалық деңгейдің 2s-орбиталі екі, 2р-орбиталі алты электронмен толады.
- Үшінші период элементтерінде үшінші энергетикалық деңгейдің Зэ-орбиталі екі, Зр-орбиталі алты электронмен толады.
Бұлардың бәрі негізгі топ элементтеріне жатады, s жэне р-элементтер деп аталады.
Бұдан соң мүғалім үшінші d -орбитальдың қалғанын ескертіп, төртінші период элементтерінде энергетикалық деңгейшелердің толу ретін түсіндіреді: 4 s →3 d →4р. Мұнда периодтың басындағы екі элемент (калий жэне кальций) 4 s -орбиталін екі электронмен толтырады. Үшінші элемент скандийден бастап галлийге дейінгі он элементте электрондар сыртқының астындағы үшінші деңгейдің d -орбитальында орналасады. Ол орбиталь электронға толган соң гана 4-орбиталі алты электронмен толады. Бесінші периодта электрондардың орналасуы төртіншіге үқсас жүзеге асады: 5s ->5d->5p. Бұл екі периодта энергетикалық деңгейлерін электрондармен толтыратын элементтер саны 18-ге жетеді, s жэне р-дар басқа d-элементтер пайда болып, қосымша топшалар құрайды.
Алтыншы жэне жетінші периодтарда электрондардың орналасуы бұлардан да күрделі, яғни мына ретпен жүреді: 6s 5d 4f 6р.
Бұл периодтагы f -элементтер (лантаноидтер, актиноидтар) туралы түсінік жалпы химия курсында беріледі.
Периодтық заңды атом құрылысы тұрғысынан түсіндіру.Периодтық жүйе — периодтық заңның графикалық бейнесі, ол жеті период, сегіз топтан тұрады. Периодтар үлкен жэне кіші топтарға негізгі және қосымша топшаларға жіктеледі.
Элементтер қасиеттерінің периодты түрде өзгеруінің себебін түсіну үшін оқушылар ядро заряды мен сыртқы энергетикалык деңгейдегі электрон саны арасыпдагы тәуелділікті көрсететіп диаграмма сызады. Көлбеу бағытта ядро зарядының өсуі, тік бағытта электрон саны көрсетіледі. Сонда екінші және үшінші период элементтерінде сыртқы деңгейдегі электрон санының бірден сегізге дейін өсетіні байқалады. Бұл алдыңгы сабактарда сызылған валенттіліктің өзгеру графигіне сэйкес келеді. Сыртқы қабаттың электрондары валенттік электрондар деп аталады, екінші жэне үшінші периодтарда сегіз элементтен кейін қайталанады. Оттегі бойынша валенттілік сыртқы электрондардың санына, сутегі бойынша валенттілік сегізден сыртқы электрондар санын алғандағы айырмаға тең. Бұл заңдылық негізгі топшалардың элементтеріне ғана тән. Қосымша топшалардың элементтерінде валенттік электрондары сыртқы және сыртқының астындағы деңгейлерде орналасады. Периодта бейметалдық қасиеттердің күшеюі ядро зарядының өсуіне байланысты сыртқы деңгейдегі электрон санының артуымен және атом радиусының кішіреюімен түсіндіріледі.Бұл жағдайда ядро мен электрондар арасындағы тартылу күші артады.
Бір топта және топшада орналасқан элементтердің қасиеттерінің ұқсас болатын себебі электрондық қүрылымы, әсіресе сыртқы деңгейлерінің электрондық құрылысы ұқсас, мысалы, сілтілік металдарда: Li 2s1, Na 3s1, К 4s1, Rb 5s1, Fr 6s1;галогендерде: F 2s22p5, CI 3s23p5, Br 4s24p5,1 5s25p5. Бір периодтан екінші периодқа өткенде электрондар жаңа деңгейлерге орналасады, негізгі топ элементтерінің радиусы үлкейеді. Осыған орай металдарының электрон беру қасиеті күшейеді, бейметалдардың электронды қосып алу қасиеті кемиді. Бүл заңдылыққа қосымша топ элементтерінің бағынбайтынын айту қажет, оның себебі d-сығымдалу әсерінен атом радиустарының кішіреюінде.
Электрондық теория тұрғысынан периодқа жэне топқа анықтама беріледі. Период — электронмен толатын энергетикалыц деңгеіиіерінің саны бірдей элементтердің көлбеу қатары. Топ -энергетикалық деңгейлеріндегі валенттік электрондарының саны бірдей элементтердің вертикаль қатары. Әр периодтың ұзындығы, үлкен период элементтерінің қасиеттеріндегі ерекшеліктер энергетикалық деңгейлердің толу ретімен түсіндіріледі. Мысалы 2,8,8,18,18,32 электрондар саны I — IV периодтардагы химиялық элементтердің санына сәйкес келеді. IV — V периодтарда 10 элемент d-орбиталын электрондармен толтырганда сыртқы деңгейдегі электрон саны түрақты күйінде қалады, сондықтан олардың металдық қасиеті де сақталады. Орбитальдағы электрон сандары артқанда қосылыстарында бейметалдық қасиеттер пайда болады.
Химиялық элементтердің электрондық қүрылымыньщ периодты түрде өзгеруі олардың жай заттары, оксидтері, негіздері, қышқылдары қасиеттерінің де периодты түрде өзгеруіне экеледі. Бірақ бұл өзгерістер жеке атомдардағы өзгерістерге қарағанда басқаша болып келеді. Өйткені оларға қосылыстардың кұрамындағы атомдар арасындағы химиялық байланыстың сипаты,байланыс энергиясы, заттың түзілу жылуы,т.б. әсерін тигізеді. Бүл мәселені заттың құрылысы жэне химиялық байланыс өтілгеннен кейін периодтық жүйе түрғысынан кеңірек қарастырған жөн.
Химиялың байланыс жэне зат құрылымы теориялары тұрғысынан оқушылардың периодтық заң туралы білімін қорыту. Периодтық заң химиялық элементтердің, олардан түзілетін жай және күрделі заттар қасиеттерінің өзгеру заңдылықтарын түсіндіреді. Әдетте, атом құрылысы, молекула құрылысы, зат құрылысы ұғымдарының арасына айқын шек қойылмай жалпылама айтылатындықтан, бұл саладағы оқушылардың білімі көмескі болып келеді. Элемент атомының қасиетін сол күйінде қосылысына апарып таңады. Мәселен, галогенсутек қышқылдардың қайсысы күшті деген сұраққа оқушылар, көбінесе, фторсутек кышқылының күші басым деген жауап қайтарады. Мұның мәнісін анықтай келгенде фтор ең активті галоген, сондықтан оның қышқылы да күшті деп теріс түсіндіреді, молекулаларының арасында химиялық байланыс барын ескермейді. Қосылыстағы атомның қасиетін жеке күйіндегі атомның қасиетіне сайдырады.
Атом химиялық бөлінбейтін бөлшек, оның химиялық реакциялар кезінде сақталатыны жөніндегі түсінік химияның алғашқы тақырыбында калыптасады. Осыдан оқушыда химиялык әрекеттесуде атом өзгермейді деген ұғым тумауы керек. Атом өзгереді, бірақ ол өзгеріс атомның ядросын қамтымайды, электрондар арқылы жүзеге асады. Электрондар атомдарды біріктіретін химиялық байланыстар түзеді, соның нэтижесінде молекула немесе молекуласыз қүрылысты қосылыстар түзіледі.
Химиялық байланыстарды түзуге атомдардың қай электрондары қатысады? Мүны молекулалық орбитальдар және валенттік байланыс теориялары түсіндіреді. Молекулалық орбитальдар теориясы бойынша химиялық байланыстарды түзуге атомның энергетикалық деңгейлеріндегі барлық электрондар қатысады, атомдық орбитальдардан молекулалық орбитальдар пайда болады. Бұл теория мектеп курсында қарастырылмайды.
Орта мектепте оқылатын валенттік байланыс теориясы химиялық байланыстарды түзуге атомның сыртқы деңгейлерінде орналасқан валенттік электрондары гана қатысады деп есептейді. Байланыс түзген атомның қасиеттері бос күйіндегі атомнан басқаша болып келеді, өйткені электрон бұлттарының пішіні, кеңістікте орналасуы, тығыздығы, т.б. өзгереді.
Молекула және кристалл атомдардың жай жиынтығы емес, жаңа қасиетке ие болған түзілістер. Олар атомдарда электрондар алмасуы немесе ортақтасуы арқылы пайда болады. Молекула немесе кристалдар түзілгенде энергия бөлінеді, оны қосылыстың түзілу жылуы деп атайды. Қосылысты қайтадан атомдарға ыдырату үшін түзілу жылуындай энергия жұмсалады, ол байланыс энергиясы делінеді.
Айтылғандар тұрғысынан молекуланың, жай және күрделі заттар қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары карастырылады.
Екінші период элементтері түзетін молекулалардың байланыс энергиясы кДж/моль деп беріледі.
Берилий жэне неон молекула түзбейді. Бу күйінде литий, бор, көміртегі молекулалары атомдарының арасында — бір, оттегінде — екі, фторда бір байланысы болады. Соған сәйкес байланыс энергиясы азотқа дейін артады да, оттегінен бастап кемиді. Байланыс энергиясының шамасы үлкен молекулалары тұрақты: химиялық реакцияларга баяу кіріседі.
Молекуланың қасиетіне атомдағы бос энергетикалық деңгейшелер әсерін тигізеді. Периодтық жүйедегі заңдылықтарга қарағанда фтор молекуласындағы байланыс энергиясы хлор молекуласындағыдан үлкен және қыздыруға тұрақты деп күтуге болар еді, бірақ іс жүзінде басқаша, фтор молекуласындағы байланыс энергиясы 159 кДж/моль, хлорда- 243 кДж/моль. Бүл хлор атомында бос тұрған р-орбитальдар болуымен түсіндіріледі. Сыңар электрондар түзілетін бір ковалентті байланыстан басқа р-орбитальдар арқылы екі қосымша байланыс түзіліп, хлор молекуласы тұрақтанады, байланыс энергиясы артады.
Алтыншы және бесінші негізгі топтардың элементтерін мысалға алып жай заттарының физикалық қасиеттері құрылымына және молекулалық массаларына тәуелді екені түсіндіріледі.
Бұл мәліметтерден атомның ядро заряды өскенде радиусының артатыны, соган сәйкес жай заттарының агрегаттық күйінің газдан қаттыға дейін өзгеретіні көрінеді. Бұл өзгеріс галогендерде баяу, оттек топшасының элементтерінде секірмелі жүзеге асады. Мұның мәнісі атом радиустарының артуына байланысты молекуланың электрон бұлттары сиреп, ығысуға бейім келеді де, ол полюстенеді, молекулалар арасында тартылыс күші пайда болады. Галогендерде молекуланың молшері үлкейгенде олар түзетін молекулалық кристалл торларының түрақтылығы артады, сондықтан иод — қатты, бром сұйық күйде кездеседі. Оттек топшасының элементтерінде оттегі мен күкіртте молекулалык тор, селен мен теллурда атомдық тор, полоний да металдық кристаллы қ торы бар, физикалық қасиеттері де соларға сәйкес өзгереді. Сонымен, заттьың агрегаттық күйі оның құрылымына тәуелді.
Жай заттар қасиеттерінің оның құрылысына тәуелділігі
| Атомның ядро заряды | Атомның радиусы, нм | Жай заттьщ химиялык формуласы | Агрегаттык күйі | Атомный заряды | Радиусы, нм | Жай заттьщ химиялык формуласы | Агрегаттык күйі |
| 8 | 0,066 | о2 | газ | 9 | 0,064 | Ғ2 | газ |
| 16 | 0,104 | (S8)n | қатты | 17 | 0,099 | С12 | газ |
| 34 | 0,117 | Se | қатты | 35 | 0,114 | Вг2 | сұйық |
| 52 | 0,137 | Те | қатты | 53 | 0,133 | І2 | қатты |
Периодта элементтердің ядро заряды өскенде күрделі заттарындағы химиялық байланыстын типі, кристалл торының түрі заңды түрде өзгереді.
Na20 MgO А1203 Si02 Р205 S03 С1207
Атомдық тор молекулалық тор
Мұндай заңдылық басқа периодтардан да байқалады. Иондық байланысы бар оксидтер — негіздік, ион-ковалентті байланысы бар оксидтер — амфотерлі, ковалентті байланысы барлары қышқылдық қасиеттер білдіреді. Сонымен, заттың құрылысы және химиялық байланыс теориялары тұрғысынан жай және күрделі заттардың қасиеттерін нақты түсінуі оқушылардың периодтық заң туралы білімін тереңдетеді.