D. I. Mendeleevning elementlar davriy qonuni va kimyoviy elementlar davriy sistemasi

D. I. MENDELEEVNING ELEMENTLAR DAVRIY

QONUNI VA KIMYOVIY ELEMENTLAR DAVRIY SISTEMASI

1. D. I. Mendeleevning davriy qonuni

XVIII asr oxirida 25 ta element ma’lum bo‘lib, XIX asrning birinchi choragida yana 19 element kashf qilindi. Elementlar kashf qilinishi bilan ularning atom massasi, fizik va kimyoviy xossalari o‘rganib borildi.Bu tekshirishlar natijasida ba’zi elementlarning avvaldan ma’lum bo‘lgan tabiiy guruhlari (masalan, ishqoriy metallar, ishqoriy-yer metallar, galogenlar)ga o‘xshash element guruhlari shakllana bordi. Elementlar va ularning birikmalari haqidagi ma’lumotlar kimyogarlar oldiga barcha elementlarni guruhlarga ajratish (sinflarga bo‘lish) vazifasini qo‘ydi. 1789-yilda A. Lavuazye kimyoviy elementlarning birinchi klassifikatsiyasini yaratdi, u barcha oddiy moddalarni 4 guruh (metallmaslar, metallar, kislota radikallari va «oksidlar»)ga ajratdi.

1812-yilda Berselius barcha elementlarni metallar va metallmaslarga ajratdi. Bunday sinflash unchalik aniq bo‘lmasada, haligacha o‘z kuchini yo‘qotmay kelmoqda.

1829-yilda Iogann Volfgang Debereyner uchta-uchta elementdan iborat o‘xshash elementlarning guruhlarini tuzdi va ularni triadalar deb atadi. Har qaysi triadada o‘rtadagi elementning atom massasi ikki chetdagi elementlarning atom massalari yig‘indisining 2 ga bo‘linganiga teng. O‘sha vaqtda ma’lum bo‘lgan elementlardan faqat yettita triada tuzish mumkin bo‘ldi.

D.I. Mendeleyevdan avval olib borilgan ishlarning hech birida kimyoviy elementlar orasida o‘zaro uzviy bog‘lanish borligi topilmadi. Chuqur ilmiy bashorat va taqqoslashlar asosida D. I. Mendeleyev 1869-yilda tabiatning muhim qonuni — kimyoviy elementlarning davriy qonunini ta’rifladi. D. I. Mendeleyev ta’riflagan davriy qonun va uning grafik ifodasi — davriy sistema hozirgi zamon kimyo fanining poydevori bo‘lib qoldi.

D. I. Mendeleyev kimyoviy elementlarning ko‘pchilik xossalari shu elementlarning atom massasiga bog‘liq ekanligini aniqladi. U o‘sha zamonda ma’lum bo‘lgan barcha elementlarni ularning atom massalari ortib borishi tartibida bir qatorga qo‘yganida elementlarning xossalari 7 ta, 17 ta va 31 ta elementdan keyin keladigan elementlarda qaytarilishini, ya’ni davriylik borligini ko‘rdi.

D. I. Mendeleyev o‘zi kashf etgan davriy qonunni quydagicha ta’rifladi: oddiy moddalarning (elementlarning) xossalari, shuningdek, elementlar birikmalarining shakl va xossalari elementlarning atom massalariga davriy ravishda bog‘liq bo‘ladi. D. I. Mendeleyev davriy qonunni kashf etishda elementlarning atom massa qiymatlariga, fizik va kimyoviy xossalariga e’tibor berdi. U barcha elementlar bo‘ysunadigan davriy qonunni to‘liq namoyon qildi va ba’zi elementlar (chunonchi, berilliy, lantan, indiy, titan, vanadiy, erbiy,sseriy, uran, toriy) ning o‘sha vaqtda qabul qilingan atom massalarini 1,5—2 marta o‘zgartirish, ba’zi elementlarning (kobalt, tellur, argonning) joylashish tartibini o‘zgartirish lozimligini va nihoyat 11 ta elementning (fransiy, radiy, aktiniy, skandiy, galliy, germaniy, protaktiniy, poloniy, texnetsiy, reniy, astat) kashf qilinishi kerakligini oldindan aytib berdi. Ulardan uchta element (ekabor, ekaalyuminiy va ekasilitsiy)ning barcha kimyoviy va fizik xossalarini batafsil bashorat qildi. 15 yil ichida bu uch element kashf qilinib D. I. Mendeleyevning bashorati tasdiqlandi. Yuqoridagi uchta elementga: ekaalyuminiyga galliy, ekaborga skandiy va ekasilitsiyga germaniy nomi berildi. D. I. Mendeleyev har qaysi elementning o‘zi tuzgan davriy sistemadagi tartib raqami nihoyatda katta ahamiyatga ega ekanligini ko‘rsatdi.

Davriy qonun va davriy sistema hozirga qadar bosib o‘tgan rivojlanish yo‘lini quyidagi uch davrga bo‘lish mumkin.

I davr. D. I. Mendeleyev elementlarni sinflarga bo‘lishda ularning atom massasi qiymatiga va kimyoviy xossalariga asoslanib davriy qonunni ta’rifladi.

II davr . D. I. Mendeleyev elementning atom massasi emas, balki uning davriy sistemadagi tartib raqami (atom raqami) nihoyatda katta ahamiyatga ega ekanligini aniq ko‘rsatib berdi. Keyinchalik boshqa olimlar (Mozli) olib borgan izlanishlar buni to‘g‘riligini tasdiqladi.

III d a v r. Davriy qonun va davriy sistema 1927-yilda yaratilgan kvant mexanikasi asosida rivoj topdi. Bu davr mobaynida barcha elementlarning atomlarida elektronlarning joylanishi aniqlanib, D. I. Mendeleyev aytgan «davriylikning» tom ma’nosi namoyon bo‘ldi.

2. Davriy sistema va uning tuzilishi

D. I. Mendeleyev davriy sistemaning birinchi variantini 1869-yilda tuzdi. Bu sistemada 63 ta element bo‘lib, ular 19 ta gorizontal va 6 ta vertikal qatorga joylashtirilgan edi. Bu variantda o‘xshash elementlar gorizontal qatorlarga joylashgan bo‘lib, 4 ta element uchun bo‘sh joy qoldirilgan edi. D. I. Mendeleyev ularning mavjudligini, atom massalarini va xossalarini oldindan aytib berdi. Bu variantuzun davrli variant hisoblanadi.

1871-yilda D. I. Mendeleyev yaratgan davriy sistemaning ikkinchi varianti e’lon qilindi. Bu variantda o‘zaro o‘xshash elementlar vertikal qatorlarga joylashgan. U 1 variantning 90° ga burilgan ko‘zgudagi aksi edi. II variant qisqa davrli variant hisoblanadi. Unda 8 ta vertikal, 10 ta gorizontal qator bor edi. Bu variantga asoslanib D. I. Mendeleyev urangacha 11 ta elementning va urandan keyin bir necha element kashf etilishini bashorat qildi. D. I. Mendeleyev bitta vertikal qatorga joylashgan o‘xshash elementlarni gruppa deb, har qaysi ishqoriy metalldan galogengacha bo‘lgan elementlar qatorini davr deb atadi.

D. I. Mendeleyev dastlab taklif qilgan davriy sistemaga keyinchalik (uning o‘zi ishtirokida va u vafot etganidan keyin) birmuncha o‘zgartirishlar kiritilib, davriy sistemaning hozirgi varianti tuzildi. U ettita davr va sakkizta gruppadan iborat.

Hozir davriy sistemada 105 ta element bor I, II, III davrlarning har biri faqat bir qatordan tuzilgan bo‘lib, ularni kichik davrlar , IV, V, VI va VII davrlar katta davrlar deyiladi. IV, V va VI davrlarning har qaysisi ikki qatordan tuzilgan, VII davr tugallanmagan davrdir. Birinchi davrdan boshqa hamma davrlar ishqoriy metall bilan boshlanib nodir gaz bilan tugaydi.

Kichik davrlarda ishqoriy metall bilan galogen orasida 5 ta element, katta davrlarda 15 ta element (masalan, VI davrda 29 ta element) joylashgan. Shunga ko‘ra, katta davrlarda bir elementdan ikkinchi elementga o‘tganda elementlarning xossalari kichik davrlardagiga nisbatan bir muncha sust o‘zgaradi. Katta davrlar juft va toq qatorlarga ega. Har qaysi katta davrda ele- mentlarning xossalari ishqoriy metalldan nodir gazga o‘tishda o‘zgarib boradi, bundan tashqari, elementlarning xossalari har bir juft va toq qatorda ham ma’lum ravishda o‘zgaradi. Masalan, IV davrning juft qatorida kaliydan nikelga qadar, toq qatorida misdan kriptonga o‘tishda elementlarning xossalari (chunonchi, valentlik 1 dan 7 ga qadar) o‘zgarib boradi. Katta davrlarning juft qator elementlari faqat metallar bo‘lib, metallik xususiyati chapdan o‘ngga o‘tgan sayin susayadi. Toq qatorlarda chapdan o‘ngga o‘tish bilan metallik xossalari yanada zaiflashib, metallmaslik xossalari kuchayadi.

Davriy sistemadagi 57-element lantan bo‘lib, undan keyingi 14 ta element (lantanoidlar) jadvalning pastki qismiga joylashtirilgan. Bu elementlar kimyoviy xossalari bilan lantanga o‘xshaydi. Shuning uchun davriy sistemada bu 15 ta elementga faqat bitta katak berilgan. VII davrda 89-element va 14 ta aktinoidlarga ham bir o‘rin berilgan. II va III davr elementlarini D. I. Mendeleyev tipik (xil boshlovchi) elementlar deb atagan. Har qaysi guruh ikkita guruhgacha bo‘linadi. Tipik elementlar bilan boshlanuvchi guruhcha vaasosiy guruhcha nomi bilan yuritiladi. Katta davrlarning toq qator elementlari esa yonaki yoki qo‘shimcha guruhcha deb ataladi.

Asosiy guruhcha elementlari kimyoviy xossalari jihatidan yonaki guruhcha elementlaridan farq qiladi. Buni VII guruh elementlarida yaqqol ko‘rish mumkin. Bu guruhchaning yonaki guruhcha elementlari (marganets, texnetsiy, reniy) haqiqiy metallar, bosh guruhcha elementlari esa metallmaslardan tashkil topgan.

D. I. Mendeleyev elementlarning kimyoviy xossalari, chunonchi, ularning oksidlari va gidroksidlari tarkib (formula) lariga suyanib, barcha elementlarni guruhlarga ajratdi. Masalan, oltinchi guruhga joylashtirilgan oltingugurtning eng yuqori valentli oksidining formulasi SO₃, D. I. Mendeleyev o‘sha guruhga xromni ham kiritdi, chuiki xrom oksidning formulasi CrO₃ dir. Bundan tashqari, bu ikki element gidroksidlarining kimyoviy xossalari ham bir-biriga o‘xshaydi: H₂SO₄ ham,H₂CrO₄ ham kislota va kuchli oksidlovchi xossalariga ega. II—III davrdagi elementlarni D. I. Mendeleyev tipik elementlar deb atadi.

VIII guruhning asosiy guruhchasi nodir gazlar, yonaki guruhchasini metall (temir, kobalt, nikel, ruteniy, rodiy, palladiy, osmiy, iridiy, platina)lar tashkil etadi. Har qaysi guruh raqami o‘sha guruhni tashkil etuvchi elementlarning kislorodga nisbatan maksimal valentligini ko‘rsatadi. Lekin mis guruhchasida va VIII, VII guruh elementlarida bu qoidadan chetlanish hollari ro‘y beradi, chunonchi, mis bir va ikki valentli bo‘ladi, oltinning valentligi 3 ga etadi, VIII guruhning yonaki guruhcha elementlaridan faqat osmiy va ruteniy 8 valentlik bo‘ladi, VII guruh elementi ftor faqat bir valentli bo‘la oladi, boshqa galogenlarning kislorodga nisbatan valentligi yetti bo‘lishi mumkin. Asosiy guruhcha elementlari vodorodga nisbatan ham valentlik namoyon qiladi. IV, V, VI va VII guruh elementlari vodorodga nisbatan valentligi IV guruhdan VII guruhga o‘tgan sayin 4 dan 1 gacha pasayadi,ularning kislorodga nisbatan valentligi esa 4 dan 7 ga qadar ortadi. Har qaysi guruhda metallmasning kislorodga nisbatan valentligi bilan vodorodga nisbatan valentligi yig‘indisi 8 ga teng (masalan, VI gruppa elementi selenning kislorodga nisbatan valentligi 6, vodorodga nisbatan valentligi 2, ularning yig‘indisi 8 dir).

Har bir guruhda elementlarning atom massasi ortishi bilan metallik xossasi kuchayib boradi. Bu hodisa, ayniqsa, asosiy guruhcha elementlarida yaqqol namoyon bo‘ladi. Fransiy va seziy elementlari eng aktiv metallar hisoblanadi, ftor esa eng aktiv metallmasdir.

Demak, elementlarning xossalari (atom massasi, valentligi, kimyoviy birikmalarining asos yoki kislota xususiyatiga ega bo‘lishi va hokazolar) davriy sistemada davr ichida ham, guruh chegarasida ham, ma’lum qonuniyat bilan o‘zgaradi. Binobarin, har qaysi element davriy sistemada o‘z o‘rniga ega va bu o‘rin o‘z navbatida ma’lum xossalar majmuasini ifodalaydi va tartib nomeri bilan tavsiflanadi. Shu sababli, agar biror elementning davriy sistemada tutgan o‘rni ma’lum bo‘lsa, uning xossalari haqida to‘la fikr yuritib, ularni to‘g‘ri aytib berish mumkin.

Davriy sistemada elementlar o‘rtasidagi o‘xshashlik uch yo‘nalishda namoyon bo‘ladi.

3. Elementlarning davriy va davriy bo‘lmagan xossalari

D. I. Mendeleyevning kimyoviy elementlar davriy sistemasida elementlarning kimyoviy va ba’zi fizik xossalari davriy ravishda o‘zgarishi aks ettirilgan. Davriy ravishda o‘zgaradigan, ya’ni bir necha elementdan keyin qaytariladigan kimyoviy xossalar quyidagilardan iborat: 1) elementning valentligi; 2) yuqori oksidi va gidroksidlarning formulalari; 3) ularning asos yoki kis- lota tabiatiga ega bo‘lishi; 4) oksidlarning gidratlanishga intilishi va hokazo.

Fizik xossalarida esa, quyidagi davriylik uchraydi: 1) atom hajmlari; 2) atom va ionlarning radiuslari; 3)optik spektri; 4) ionlanish potensiali; 5) suyuqlanish va qaynash temperaturasi; 6) oksid va xloridlarning hosil bo‘lish issiqligi; 7) magnit xossasi; 8) rangli birikmalar hosil qilish qobiliyati va hokazo. Lekin elementlarning rentgen nurlarining spektr chiziqlarining to‘lqin uzunligi, yadro zaryadi, atom massasi, atom issiqlik sig‘imi davriy ravishda o‘zgarmaydi. Bu xossalar elementlarning davriy bo‘lmagan xossalari jumlasiga kiradi. Rentgen nurlari spektr chiziqlarining to‘lqin uzunligi elementning tartib raqami ortishi bilan kichiklasha boradi. Elementlar atomlarining yadro zaryadi davriy sistemada bir elementdan ikkinchi elementga o‘tgan sari bittadan ortib boradi. Ayni element atomi yadrosining zaryadi o‘sha elementning davriy sistemadagi tartib raqamiga teng. Elementlarning atom massalari davriy sistemada bir elementdan ikkinchi elementga o‘tishi bilan uglerod birligi qadar ortib boradi. Ko‘pchilik elementlarning atom issiqlik sig‘imi 26 ga teng bo‘lib, elementning davriy sistemadagi o‘rniga bog‘liq emas.

Elementlarning davriy ravishda o‘zgaradigan ba’zi xossalari bilan tanishib chiqamiz.

a) Elementlarning atom hajmlari. Bir mol elementning erkin holatda egallagan hajmi uning atom hajmi deb ataladi. Agar biror elementning qattiq holatdagi solishtirma massasini d bilan belgilasak, uning atom hajmi:

V=

formula asosida topiladi.

Lotar Meyer elementlarning atom hajmlari bilan atom massasi orasidagi bog‘lanishni grafik ravishda tasvirladi. Buning uchun abssissa o‘qiga atom massasini, ordinata o‘qiga esa atom hajmini qo‘yib,1-rasmda ko‘rsatilgan grafikni hosil qildi. Bu grafik atom hajmlar qiymatining atom massasi ortishi bilan davriy suratda o‘zgarishini ko‘rsatadi. Grafik besh qismdan iborat,har bir qism o‘z «cho‘qqisiga», «ko‘tarilish», «pasayish» sohalariga va «chuqurliklariga» ega.

O‘zaro o‘xshash elementlar bu grafikda o‘xshash joylarni egallaydi. Masalan, katta atom hajmlariga ega bo‘lgan Li, Na, K, Rb, Cs elementlari grafikning «cho‘qqisi»ga joylashadi. Aksincha, yonaki guruhcha elementlari, masalan, VIII guruh metallari grafikning «chuqurligi»ga o‘rnashadi. Grafik qismlarining «ko‘tarilish» sohasiga tipik metallmaslar (ftor, xlor, brom, yod, oltingugurt, selen, tellur) joylashadi; «pasayish» sohasini esa — ishqoriy-yer metallar (kaltsiy, stronsiy, bariy) egallaydi.

Atom massa,M.a.b.

1-rasm. Atom hajmi bilan atom massa orasidagi bog‘lanish.

O‘zaro o‘xshash elementlarning atom hajmlari deyarli bir chiziqda yotadi. Abssissa o‘qiga elementlarning tartib raqami, ordinata o‘qiga atom hajmlari qo‘yilsa, yanada ravshanroq manzara nomoyon bo‘ladi (2-rasm).

b) Elementlarning solishtirma massasi, suyuqlanish temperaturasi, elementlar oksidlarining suyuqlanish temperaturasi va boshqa fizik xossalari ham davriy munosabatda o‘zgaradi.

v)Elementlarning atom radiuslari ham davriy suratda o‘zgaradi. Kristall modda tarkibidagi ikki atom markazlararo masofani hozirgi vaqtda turli fizik usullar yordamida juda aniq topish mumkin. Faraz qilaylik, ixtiyorimizdagi kristall modda biror element atomlaridan iborat bo‘lsin. U holda ikki qo‘shni atom markazlariaro masofani ikkiga bo‘lsak, o‘sha element atomining effektiv radiusi kelib chiqadi. Bu radius atomning haqiqiy radiusidan qisman katta yoki kichik bo‘lishi mumkin, chunki uni hisoblashda bir atom ikkinchi atomga faqat «tegib» turadi, deb faraz qilinadi va ular elektron

2-rasm. Yadro zaryadi bilan atom hajmi orasidagi bog‘lanish.

bulutlarining o‘zaro qoplashishi natijasida yadrolar orasidagi masofa aniq hisoblanmay qoladi.

Element atomlarining effektiv radiuslari har qaysi davrning boshidan oxiriga o‘tgan sayin kichiklashib boradi. Masalan, natriyning atom radiusi 0,189 nm, magniyniki 0,160 nm, alyuminiyniki 0,157 nm. Katta davrlardagi oraliq metallarning ham atom radiuslari chapdan o‘ng tomon kamayib boradi, lekin bu kamayish asosiy guruhcha elementlarinikiga qaraganda ancha ki- chik bo‘ladi. Masalan, skandiyning atom radiusi 0,164 nm, titanniki 0,146 nm, temirniki 0,126 nm; kobaltniki 0,125 nm dir. Lantanoidlarning atom radiusi bir elementdan ikkinchi elementga o‘tganda juda oz kamayadi.Seriyning atom radiusi 0,183 nm bo‘lib, o‘n to‘rtinchi lantanoid — lyutetsiyning atom radiusi 0,174 nm dir.

Aktinoidlarning atom radiuslari ham tartib raqami ortib borishi bilan xuddi lantanoidlarniki kabi kamayadi.

Davriy sistemadagi asosiy guruhcha elementlarining atom radiuslari yuqoridan pastga tomon kattalashib boradi.

d a v r l a r

3-rasm. Elementlarning tartib raqami bilan atom radiusi orasidagi bog‘lanish.

Yonaki guruhcha elementlarining atom radiusi guruhcha chegarasida birinchi elementdan ikkinchi elementga o‘tgan sari kattalashadi, lekin ikkinchi elementdan uchinchi elementga o‘tishi bilan biroz qisqaradi. Masalan:

Element	Ti	Zr	Hf
Atom radiusi, nm	0,146	0,160	0,159

Agar abssissa o‘qiga elementlarning tartib raqami, ordinata o‘qiga elementlarning radiusi qo‘yilsa,3- rasmda keltirilgan grafikka ega bo‘lamiz.

Nazariy kimyoning rivojlanishi natijasida atomlarning orbital radiusi haqidagi tushuncha shakllandi. Haqiqatan ham, atomning haqiqiy radiusi sifatida uning tashqi elektron orbitalidagi elektron bulutining maksimal nuqtalari bilan yadro oraliq masofasini olish mantiqqa to‘g‘ri keladi. Ya’ni atom yadrosi bilan tashqi elektron orbitalning maksimal elektron zichlikka ega bo‘lgan nuqtasi orasidagi masofa atomning orbital radiusi hisoblanadi.

Yuqorida aytib o‘tilganidek, effektiv radiuslar kabi orbital radiuslar bilan elementlarning tartib raqami orasida davriylik yaqqol kuzatiladi.

4-rasm. Atomlarning yadro zaryadi bilan orbital radiusi orasidagi bog‘lanish.

Har bir davr ichida eng katta orbital radius ishqoriy metallarda, eng kichik orbita radius nodir gazlarda kuzatiladi. Nodir gazlarning orbital radiuslarining o‘zgarishi ayni davrdagi elementlarning yadro zaryadlari ortib borishi bilan kamaya boradi, bu umumiy qonuniyatga to‘g‘ri keladi (4-rasm).

Tipik metallarning effektiv radiusi bilan orbital radiusi bir-biriga yaqin kelsa ham, metallmaslar uchun bunday holat kuzatilmaydi. Umuman odganda, effektiv radius metallmaslar uchun taxminiy qiymatdir. Masalan, turli olimlarning olgan natijalariga ko‘ra kislorod atomi uchun aniqlangan effektiv radius qiymati quyidagichadir: 0,06 nm (Dj. Sleyter), 0,066 nm (Bregg), 0,132 nm (V. M. Goldshmidt), 0,140 nm (L. Poling).

g) Elementiing ion radiusi. Agar kristall modda ionlardan (masalan, NaCl,CaF₂) tuzilgan bo‘lsa, ikki qo‘shni ion yadrolari aro masofani ionlar radiuslari yig‘indisiga teng deb qabul qilish mumkin: d=r₁+r₂. Yadrolararo masofa — d kristallning panjara konstantasi komi bilan yuritilaai. Uni tajribada rentgen nuri yordamida aniqlash mumkin.

Agar kristall panjarani tashkil qilgan modda ikki iondan iborat bo‘lsa, bir ionning radiusi ma’lum bo‘lgan taqdirda formulasidan d=r₁+r₂ foydalanib, ikkinchi ionning radiusini aniqlay olamiz. Demak, ionlarning radiusini aniqlash uchun, avvalo loqal bitta ionning radiusini bilish kerak.

Optik usullar yordamida ftor ioni Fˉning radiusi (r=0,133 nm) bilan kislorod ioni Oˉ² ning radiusi(r=136 nm) topilgan, ularning radiuslari aniqlangandan so‘ng boshqa ionlarning radiuslarini hisoblab topish mumkin bo‘ldi. Masalan, natriy ftorid kristall panjarasining konstantasi d=0,231nm. Bundan ftor ionining radiusini ayirib, natriy ionining radiusini topamiz:

r=0,231 — 0,133 = 0,098 nm

Natriy ionining radiusi topilgandan keyin, xlor ionining radiusini aniqlash qiyin emas. Osh tuzini rentgen nurlari yordami bilan tekshirish natijasida topilgan panjara konstantasi d=0,279 nm. Bu qiymat natriy va xlor ionlarining radiuslari yig‘indisiga teng. Bundan natriy ionining radiusini ayirsak, xlor ionining radiusi kelib chiqadi:

r=0,279 — 0,098 = 0,181 nm

Shunday yo‘l bilan boshqa ionlarning radiuslarini ham topish mumkin. Bunday topilgan radiuslar ionlarning haqiqiy radiusi emas, balki effektiv radiusidir,yana aytib o‘tamizki, bu radiuslarni hisoblashda ionlarning elektron qavatlari bir-biri bilan qoplashishi e’tiborga olinmaydi.

Element o‘zidan elektron yo‘qotib, kation hosil qiladi. Barcha ionlarni quyidagi uch guruhga bo‘lish mumkin.

1) sirtqi valent qobig‘i ikki yoki sakkiz elektron (nodir gazlar atomlarining tashqi elektron qobig‘ining tuzilishi) konfiguratsiyaga ega bo‘lgan ionlar;

2) sirtqi valent qobigida 18 ta elektronga (s-, r- va d- qobiqchalarning batamom to‘lgan holatiga) ega bo‘lgan ionlar va

3) sirtqi valent qobig‘idagi elektronlar soni 8 bilan 18 orasidagi miqsorda elektronga ega bo‘lgan ionlar.

Tashqi qobig‘ida nodir gazlar elektron konfiguratsiyasi hosil bo‘lgan ionlarning turg‘un ekanligiga har bir davr oxiriga siljish tartibida elementlarning elektronlarini tortib olish (ionlash) uchun sarf qilinadigan energiyaning miqdori ortib borishi dalolat beradi. Yuqorida keltirilgan tartibda qobiqchalarning turg‘unligi kamaya boradi, chunki ko‘p elektronli qobiqchalarning deformatsiyalanishi osonlashadi.

Elementlarning ion radiuslarining o‘zgarishini kuzatish natijasida quyidagi xulosalarga kelindi:

1) elementlarning ion radiuslari sistemada davriy ravishda o‘zgaradi;

2) musbat ionning radiusi o‘sha elementning neytral atomi radiusidan kichik bo‘ladi,manfiy ionniki esa katta bo‘ladi;

3) asosiy va yonaki guruhcha elementlari ionlarining radiuslari yuqoridan pastga tomon kattalashib boradi,lekin xoxlagan yonaki guruhchaning oltinchi davridagi elementidan VII davrdagi elementiga o‘tganda ion radiuslari nihoyatda kam o‘zgaradi;

4) lantanoid ionlarining radiusi elementning tartib raqami ortgan sari kichiklasha boradi (masalan,seriy ioni Ce⁺³ ning radiusi 0,107 nm, lyutetsiy ioni Lu⁺³ ning radiusi 0,085 nm). Bu hodisa lantanoid kirishim yoki f-kirishim nomi bilan yuritiladi;

d) Elementlarniig ionlanish energiyalari ham davriy ravishda o‘zgaradi. Atomdan biror elektronni tamomila chiqarib yuborib, uning o‘zini ion holatiga aylantirshi uchun zarur bo‘lgan minimal energiya miqdori atomning ionlanish energiyasi deyiladi. Agar atomdan bir elektron chiqib ketsa, atom bir zaryadli musbat ionga, ikki elektron chiqib ketsa, ikki zaryadli musbat ionga aylanadi. Bu vaqtda sarf etilgan energiya — atomning II ionlanish energiyasi deyiladi.5-rasmda elementlarning I ionlanish energiyasi (I₁) bilan tartib raqami orasidagi bog‘lanish diagrammasi keltirilgan (abssissa o‘qiga tartib raqami, ordinata o‘qiga I₁ — ionlanish energiyasi qo‘yilgan). Bu grafikda 6 ta maksimum, 5 ta minimum nuqtalarni ko‘ramiz. Eng yuqori maksimumni geliy, qolgan maksimumlarni boshqa nodir gazlar egallagan, ishqoriy metallar grafikning minimum nuqtalariga joylashgan. Ishqoriy metallar osonlik bilan o‘z elektronlarini yo‘qotib, bir zaryadli musbat ionga aylanadi, chunki ularning ionlanish energiyasi boshqa elementlarnikidan kichik. Davr chegarasida chapdan o‘ngga tamon ionlanish energiyasining qiymati tartibsiz ravishda ortib boradi.

5-rasm. Elementlarning tartib nomeri bilan birinchi ionlanish potensiali orasidagi boglanish.

4.Davriy qonun va davriy sistemaning taraqqiyoti

Davriy qonun va davriy sistema kimyo fanining taraqqiyotida katta ahamiyatga ega bo‘ldi. U yangi ilmiy kashfiyotlar qilishda muhim o‘rin tutdi. Atom tuzilishi nazariyasi kashf qilingandan keyin quyidagi muhim masalalar hal qilindi:

1) kimyoviy xossalarning davriy o‘zgarishi; 2) davriy sistemaning guruhlarga, asosiy va yonaki guruhchalarga bo‘linishi; 3) Yer po‘stlog‘ida kam uchraydigan lantanoidlarning mavjudligi; 4) kimyoviy xossalarning ma’lum qonuniyat bilan o‘zgarishi; 5) argon va kaliy,kobalt va nikel,tellur va yod, toriy va protaktiniyning atom massalarining qiymatlariga e’tibor bermay sistemaga joylashtirishda qonundan oz bo‘lsada chetlanishlik sabablari aniqlandi.

D. I. Mendeleyevning davriy qonuni va davriy sistemasi haqidagi g‘oyalari ikki yo‘nalishda rivojlandi,bulardan biri — elementlarning davriy xossalarini izlash; ikkinchisi — davriy sistemani yangi variantlarini yaratish.

Elementlarning yangi o‘rganilgan davriy xossalari qatoriga — ularning atom radiuslari, ionlanish potensiallari, elektromanfiylik kabi xossalari qo‘shildi. Undan tashqari, rus olimi E. B. Biron D. I. Mendeleyevning har qaysi guruhchasida asosiy davriylikdan tashqari, yana ikkilamchi (duvarak) davriylik mavjudligini aniqladi. Elementlarning xossalari har qaysi guruhchada bir tekisda o‘zgarmasdan, balki guruhchada ham o‘ziga xos davriylik bordir, masalan, galogenlarning kislorodli birikmalarining barqarorligi ftordan xlorga o‘tgan sari kuchayadi, lekin xlordan bromga o‘tganda susayadi, bromdan yodga o‘tishi bilan yana kuchayadi.

D. I. Mendeleyevning davriy sistemasi uchun taklif etilgan variantlar soni qariyb 200 dan ortib ketdi. Lekin bulardan eng muhimlari S. A. Shchukaryov, A. Verner, Bor — Tomsen, B. V. Nekrasovlar taklif etgan variantlari hisoblanadi. Hozirda qo‘llanilayotgan davriy sistema eski variantlaridan keskin farq qiladi. Bu sistemada 8 ta guruh bo‘lib, nodir gazlar VIII guruhning asosiy guruhchasiga kiritilgan. Atom massalar uglerod birligida ko‘rsatilgan,vodorod faqat VII guruhga joylashtirilgan. Davriy sistemaning bu varianti atom tuzilishi haqidagi barcha ma’lumotlarni o‘z ichiga oladi.

5. Kimyoviy elementlarning Yer qobig‘ida va Koinotda tarqalishi

Yer qobig‘i deganda Yerning dengiz sathidan hisoblaganda 16 km chuqurligi, atmosfera (havo qobig‘i), gidrosfera (okean suvlari, Yer yuzidagi va uning ostidagi suvlar), litosfera (tosh qobig‘i) va biosferani (Yerdagi odam, o‘simlik va hayvonlarni) tushunmoq lozim. Elementlarning Yer qobig‘ida tarqalishi bilan ularning davriy sistemada joylanishi orasida ma’lum bog‘lanish bor.

Yerda hamma elementlar bir xilda tarqalgan emas. Yer qobig‘i tarkibida 88 xil element uchraydi. Texnitsiy, fransiy, prometiy, astat va transuran elementlar Yer qobig‘ida uchramaydi deyish mumkin.

Elementlarning Yer qobig‘ida va Koinotda tarqalishi haqidagi ma’lumotlar geokimyoviy va kosmokimyoviy tadqiqotlar asosida hosil qilingan. Dastlab Fillips 1915 yilda Yer qobig‘ining turli joylaridan olingan namunalarni analiz qilib, unda 10 xil elementning Yerda tarqalganligi haqida taqribiy natijalar olishga muvaffaq bo‘ldi. F. Klark 50 ta element uchun Yer yuzida tarqalishning massa foizlarini topdi. Klarkning natijalari hozirgi kunda ham o‘z kuchini yo‘qotmagan. A. E. Fersman elementlarning Yer qobig‘ida tarqalishining «atom foizi» degan tushunchani kiritdi va uni «atom klarklar» deyiladigan bo‘ldi. CHunki akad. A. E. Fersman elementlarning Yer qobig‘ida tarqalishining massa foizlarini «massa klarklari» deb atash kerak degan taklif kiritgan edi va bu taklif qabul qilindi. Atom klarklarni hisoblashda Yer qobig‘idagi barcha elementlar atomlarining umumiy soni 100 deb olinadi. Zamonaviy adabiyotda elementlar tarqalishining massa foizlari «massa qism foizlari», atom foizlari esa — «mol-qism foizlar» deb ataldi. Bu borada akad. A. P. Vinogradov taklif etgan son qiymatlar quyidagi jadvalda keltirilgan.

1-jadval

Elemeitlarniig Yer qobig’ida tarqalishi

(A. P. Vinogradov ma’lumotlari asosida)

№	Element belgisi	Massa qismi	Mol qismi
1	2	3	4
1	H	0,15	3
2	He	4,6*10ˉ^4	—
3	Li	6,5*10^-3	1,9*10^-^2
4	Be	6*10ˉ^4	1,2*10^-3
5	B	3*10^-3	6*10ˉ^4
6	C	0,1	0,15
7	N	3*10^-^2	2,5*10^-^2
8	O	47,2	58,0
9	F	2,7*10^-^2	2,8*10^-3
10	Ne	1,6*10ˉ^4	—
11	Na	2,64	2,4
12	Mg	2,1	2,0
13	Al	8,8	6,6
14	Si	27,6	20,0
15	P	8*10^-^2	5*10^-^2
16	S	5*10^-^2	3*10^-^2
17	Cl	4,5*10^-^2	2,6*10^-^2
18	Ar	0,92 (atmosferada)	4*10^-6
19	K	2,6	1,4
20	Ca	3,6	2,0
21	Se	6*10ˉ^4	3*10ˉ^4
22	Ti	0,65	0,25
23	V	1,5*10^-^2	6*10ˉ^4
24	Cr	2*10^-^2	8*10^-3
25	Mn	9*10^-^2	8,2*10^-^2
26	Fe	5,1	2,0
27	Co	3*10^-3	1,5*10^-3
28	Ni	8*10^-3	3,2*10^-3
29	Cu	1*10ˉ^1	3,6*10^-3
30	Zn	5*10^-3	1,5*10^-3
31	Ga	1,5*10^-3	4*10^-4
32	Ge	7*10^-4	2*10^-4
33	As	5*10^-4	1,5*10^-4
34	Se	6*10^-5	1,5*10^-4
35	Br	1,6*10^-4	1,4*10^-5
36	Kr	1,4*10^-4	4*10^-5
37	Rb	3,1*10^-3	7*10^-3

Davomi

1	2	3	4
38	Sr	4*10^-^2	1*10^-^2
39	Y	2,8*10^-3	2,6*10^-3
40	Zr	2*10^-^2	4*10^-3
41	Nb	1*10^-3	2*10^-3
42	Mo	3*10^-4	6*10^-5
43	Te	—	—
44	Ru	5*10^-7	1*10^-7
45	Rh	1*10^-7	1,7*10^-8
46	Pd	1*10^-7	1,6*10^-8
47	Ag	1*10^-5	1,6*10^-6
48	Cd	5*10^-5	7,6*10^-6
49	In	1*10^-5	1,5*10^-6
50	Sn	4*10^-3	7*10^-4
51	Sb	4*10^-5	4*10^-6
52	Te	1*10^-6	1,3*10^-7
53	I	3*10^-4	4*10^-5
54	Xe	8*10^-^2	—
55	Cs	7*10^-4	9,5*10^-8
56	Ba	5*10^-^2	5,7*10^-3
57	La	1,8*10^-3	2,5*10^-4
58	Ce	4,5*10^-3	6*10^-4
59	Pr	7,4*10^-3	9*10^-5
60	Nd	2,5*10^-3	3,5*10^-4
61	Pm	—	—
62	Sm	7*10^-4	9*10^-5
63	Eu	1.4*10^-4	1,8*10^-5
64	Gd	1*10^-3	1*10^-4
65	Tb	1,5*10^-4	5*10^-5
66	Dy	4,5*10^-4	5*10^-5
67	Ho	1,3*10^-4	1,5*10^-6
68	Er	4*10^-4	5*10^-5
69	Tm	8*10^-5	8*10^-6
70	Yb	3*10^-4	3*10^-5
71	Lu	1*10^-4	1*10^-5
72	Hf	3,2*10^-4	5*10^-5
73	Ta	2*10^-4	1,8*10^-5
74	W	1*10^-4	1*10^-5
75	Re	1*10^-7	8,5*10^-8
76	Os	5*10^-6	5*10^-7
77	Ir	1*10^-7	8,5*10^-4
78	Pt	5*10^-7	5*10^-8

Davomi

1	2	3	4
79	Au	5*10^-7	5*10^-8
80	Hg	7*10^-6	7*10^-7
81	T1	3*10^-4	3*10^-5
82	Pb	16*10^-3	1,610^-4
83	Bi	2*10^-5	1,7*10^-6
84	Po	2*10^-14	2*10^-15
85	At	—	—
86	Rn	7*10^-16	—
87	Fn	—	—
88	Ra	1*10^-10	—
89	Ac	6*10^-10	5*10^-15
90	Th	8*10^-4	7*10^-5
91	Pa	1*10^-10	8*10^-12
92	U	3*10^-4	2*10^-5
93	Np	—	—
94	Pu	1*10^-15	7*10^-7

Yer qobig‘idagi barcha atomlarning 3% ini vodorod atomlari tashkil etadi. Elementlarning Yer qobig‘ida tarqalishini tekshiruvchi geokimyo fanini rivojlantirishda V. I. Goldshmidt, V. I. Vernadskiy, A. E. Fersman, A. P. Vinogradov va boshqa olimlar katta hissa qo‘shdilar. Analitik kimyo va spektral analizning rivojlanishi elementlarning Yer qobig‘ida tarqalishi haqidagi yangi ma’lumotlar bilan boyimoqda. Bu sohada quyidagi xulosalar olindi.

1. Yer qobig‘ida eng ko‘p tarqalgan elementlar D. I. Mendeleyev davriy sistemasining 1—4 qatorlaridagi elementlardir. Engil elementlar og‘ir elementlarga nisbatan ancha ko‘p uchraydi.

2. Davriy jadvalda tartib raqami juft son bo‘lgan elementlar toq tartib raqamli elementlarga nisbatan ko‘p tarqalgan (juft raqamlilar Yer qobig‘i massasining 86% ini tashkil etadi).

3. Yer qobig‘i massasining qariyb 99% ini sakkizta element tashkil qiladi: kislorod — 47,20%, kremniy — 27,6%, alyuminiy 8,8%, temir — 5,10%, kaltsiy 3,6%, natriy — 2,40%, kaliy — 2,35%, magniy — 2,1%.

Bundan ko‘ramizki, Yer qobig‘i massasining deyarli yarmini (47,20% ini) kislorod tashkil etadi.

4. Vaqt o‘tishi bilan Yer qobig‘ining klarklari oz bo‘lsada o‘zgara borishi kerak, chunki Yerga Koinotdan chang, meteorit va boshqa jnsmlar tushib turadi. Shuningdek, Yer ham o‘z elementlarining bir qismini Koinotga tarqatadi.

Koinot jismlari ikki guruhga ajratiladi: biri (masalan, quyosh va yulduzlar) o‘zidan nur sochadi; ikkinchilari (masalan, planetalar) faqat o‘ziga boshqa jismlardan tushgan nurning bir qismini qaytaradi. Har ikkala guruh vakillaridan Yerga tushayotgan nurlarni spektral analiz qilish natijasida Koinot jismlarining mineralogik va kimyoviy tarkiblari aniqlanadi. Bundan tashqari osmon jismlaridan (masalan, Oydan) keltirilgan namunalarni kimyoviy analiz qilish natijasidan ham foydalaniladi.

6-rasm. Elementlarning Koinotda tarqalishi lgC va yadro zaryadi orasidagi bog‘lanish.

Koinot jismlarining kimyoviy tarkibini aniqlashga oid tekshirishlar XIX asrning ikkinchi yarmidan boshlandi, dastlab G. Kirxgof, P. Bunzen bilan hamkorlikda 1860-yilda spektral analizni joriy qildilar. Keyinchalik bu sohada qo‘llaniladigan astronomik teleskoplarning (radioastronomik asboblarning) sezgirliklari orttirildi. Natijada, barcha elementlarning koinotda tarqalish mol qism (M.q. %) foizlari aniqlandi. 6-rasmda M.q. % bilan Z (ya’ni elementlarning davriy jadvaldagi tartib raqami) orasidagi bog‘lanishni tavsiflovchi (lgC—Z) diagramma keyatirilgan. Quyosh sistemasini yaqindan qurshagan osmon jismlariga oid ana shu diagrammani tahlil qilib quyidagi xulosalar chiqarildi:

1. Yer qobig‘ida uchraydigan barcha elementlar osmon jismlarida ham uchraydi.

2. Elementlarning koinotda tarqalishi, Z ning ortishi bilan notekis ravishda kamayadi.

3. Koinotda eng ko‘p tarqalgan elementlar vodorod va geliydir. Bu ikki element Koinotdagi moddalarning qariyb 3/4 qismini tashkil etadi.

4. Juft tartib raqamli elementlar toq tartib raqamli elementlarga nisbatan koinotda ham ko‘p tarqalgan.

5. lgC—Z diagrammada davriy ravishda qaytariladigan (ya’ni bir necha elementdan keyin uchraydigan) maksimum nuqtalar proton va neytronlarning soni (qavslar ichiga yozilgan) quyidagi elementlarga muvofiq keladi:

He(2p, 2n); (8p, 8n); Ca (20p, 20n); Zr(40p, 50n)

Sn(50p, 69n); Ba(56p, 82n); Pb(82p, 126n)

Bu erda: r — proton va p — neytron; keltirilgan 2, 8, 20, 50, 82, 126 sonlar «sehrli sonlar» nomi bilan yuritiladi.

6. Tartib raqami 22 (Ti) dan 28 (Ni) gacha bo‘lgan elementlar Yer va koinotda ko‘p tarqalgan. Bunga sabab, elementlarning atom yadrolaridagi nuklonlari bir-biri bilan nihoyatda kuchli bog‘langanligidir (1 nuklonga 8,7 MeV bog‘lanish energiyasi muvofiq keladi).

Ayni elementning juft massa sonli izotoplari uning toq massa sonli izotoplariga nisbatan ko‘p tarqalgan.

7. Kimyoviy elementlarning Yer va Koinotda tarqalishini o‘rganish kimyoviy elementlarning kelib chiqishi haqida nazariyalar yaratishga, Yer va Koinotda (Quyosh va yulduzlarda) sodir bo‘ladigan fizik va kimyoviy jarayonlarni idrok qilishga yordam beradi.