Qarshi davlat universiteti kimyo kafedrasi noorganik kimyo fanidan

Davriy qonun- kimyoviy elementlar davriy sistemaning jadvaldagi ifodasidir.

1.4. Kimyoviy elementlar xossalarining davriy va davriy bo’lmagan xossalari.

Atom yoki ionning ionlashish energiyasi gaz yoki sof neytral atomdan 1 ta elektron ajralib chiqishida yutiladigan (yoki ajralib chiqadigan) energiyaga aytiladi. (I, harfi bilan belgilanib, kj/g yoki ev/atom birliklarida o’lchanadi). D.I.Mendeleyevning kimyoviy davriy sistemasida elementlarning kimyoviy va ba’zi fizik xossalari davriy ravishda o’zgarshi aks ettirilgan. Davriy ravishda o‘zgaradigan, ya’ni bir necha elementlardan so’ng qaytariladigan kimyoviy xossalar quyidagilardan iborat: 1) elementning valentligi; 2) yuqori oksidi va gidroksidlarining formulalari; 3) ularning asos yoki kislota tabiatiga ega bo’lishi; 4) oksidlarning gidratlanishga intilishi va hakozo.

Fizik xossalariga esa, quyidagi davriylik kiradi; 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 hakozo. Lekin elementlarning rentgen nurlarining spektr chiziqlarining to’lqin uzunligi, yadro zaryadi, atom massasi, atom issiklik sig‘imi davriy ravishda o‘zgarmaydi. Bu xossalar elementlarning davriy bo’lmagan xossalari jumlasiga kiradi. Rentgen nurlari spektr chiziklarining tulqin uzunligi elementning tartib raqami ortishi bilan kichiklashib boradi. Elementlar atomlarining yadro zaryadi davriy sistemada bir elementdan ikkinchi elementga o’tgan sari bittadan ortib boradi. Ayni element atom yadrosining zaryadi o’sha elementning davriy sistemadagi tartib raqamiga teng. Elementlarning atom massalari davriy sistemada bir elementdan ikkinchi elementga o’tish bilan uglerod birligi qadar ortib boradi. Ko‘pchilik elementlarning atom issiqlik sig‘imi 26 ga teng bo’lib, elementning davriy sistemadagi o‘rniga bog‘lik emas.

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

a) Elementlarning atom hajmlari. Bir mol elementning erkin xolatda egallagan hajmi uning atom hajmi deb ataladi.

Lotar Meyyer elementlarining atom hajmlari bilan atom massasi orasidagi bog’lanishni grafik ravishda tasvirladi. Buning uchun abssissa o’kiga atom massasini, ordinata o’qiga esa atom hajmini qo’yib atom hajmlar qiymatining atom massasi ortishi bilan davriy suratda o’zgarishini ko’rsatadi. Grafik 5 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 hajmlarga ega bo‘lgan Li, Na, K, Rb, Cs elementlari grafikning «cho‘qqisiga» joylashadi. Aksincha, yonaki guruxcha elementlari, masalan, VIII guruh metallari grafikning «chuqurligiga» o‘rnashadi. Grafik qismlarining «ko‘tarilish» sohasiga tipik metallmaslar (F, Cl, Br, I, S, Se, Te) joylashadi; «pasayish» sohasini esa - ishqoriy -yer metallari (Ca, Sr, Ba) egallaydi.

O‘zaro o‘xshash elementlarning atom hajmlari deyarli bir chiziqda yotadi. Abssissa o‘qiga elementlarning tartib raqami, ordinata o‘kiga atom hajmlari qo‘yilsa yanada ravshanroq manzara namoyon bo’ladi.

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. Kritall moddalar 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 markazlararo masofani ikkiga bo’lsak, o’sha element atomning 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 bulutlarning 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 0,152 nm. Katta davrlardagi oralik metallarning ham atom radiuslari chapdan o’ng tomon kamayib boradi, lekin bu kamayish asosiy guruhcha elementlarinikiga qaraganda ancha kichik bo’ladi, masalan, skandiyning atom radiusi 0,164 nm; titanniki 0,146 nm; temirniki 0,126 nm; kobaltniki 0,125 nm dir. Latanoidlarning atom radiusi bir elementdan ikkinchi elementga o’tganda juda oz kamayadi. Seriyning atom radiusi 0,183 nm bulib, 14 lantanoid - lyutetsiyning atom radiusi 0,174 nm dir.

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

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

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.

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

Nazariy kimyoning rivojlanish natijasida atomlarning orbital radiusi haqidagi tushuncha shakllandi. Haqiqatdan ham, atomning haqiqiy radiusi sifatida uning tashqi elektron orbitaldagi elektron bulutining maksimal nuqtalari bilan yadro oraliq masofani olish mantiqqa to’g’ri keladi. Ya’ni atom yadrosi bilan tashqi elektron orbitalining 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.

Har bir davr ichida eng katta orbital radius ishqoriy metallarda, eng kichik orbital radius nodir gazlarda kuzatiladi. Nodir gazlarning orbital radiuslarining o’zgarishi ayni davrdagi elementlarning yadro zaryadlari ortib borishi bilan kamayadi, bu umumiy qonuniyatga to’g’ri keladi

Tipik metallarning effektiv radiusi bilan orbital radiusi bir-biriga yaqin kelsa ham metallmaslar uchun bunday holat kuzatilmaydi. Umuman olganda, effektiv radius metallmaslar uchun taxminiy qiymatdir, masalan, turli olimlarning olgan natijalariga ko’ra, kislorod atomi uchun aniqlangan effektiv radius qiymati quyidagichadir: 0,06 nm (Дж. Слейтер), 0,066 нм (Брэгг), 0,132 нм (В. М. Гольдшмидт), 0,140 нм (Л. Полинг).[3]

g) Elementning ion radiusi. Agar kristall modda ionlardan (masalan, NaCl, CaF2 ) tuzilgan bo’lsa, ikki qo’shni ion yadrolari o’zaro masofani ionlar radiuslari yig’indisiga teng deb qabul qilish mumkin: d = r1 + r2 . Yadrolararo masofa - d kristallning panjara konstantasi nomi bilan yuritiladi. Uni tajribada rentgen nuri yordamida aniqlash mumkin.

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

Optik usullar yordamida ftor ioni F^- ning radiusi (r=0,133 nm) bilan kislorod ioni O^-2 ning radiusi (r=0,136 nm) topilgan, ularning radiuslari aniqlangandan so’ng boshqa ionlarning radiuslarini hisoblab topish mumkin bo’ladi. Masalan, NaF kristall panjarasining konstantasi d=0,231 nm. Bundan ftor ionining radiusini ayirib natiriy ionining radiusini topamiz.

r_Na+ = 0,231 - 0,133 = 0,098 nm

Natriy ionining radiusi topilgandan keyin xlor ionining radiusini aniklash kiyin emas. Osh tuzini rentgen nurlari yordami bilan tekshirish natijasida topilgan panjara kostantasi 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_Cl^- = 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 yuqotib, kation hosil kiladi. Barcha ionlarni quyidagi uch guruhga bo’lish mumkin.

1) sirtqi valent kobigi 2 yoki 8 elektron (nodir gazlar atomlarining tashqi elektron qobig’ining tuzilishi) konfiguratsiyaga ega bo’lgan ionlar;

2) sirtqi valent qobig’ida 18 ta elektronga (s-, p- va d- qobiqchalarning batamom to’lgan holatiga) ega bo’lgan ionlar;

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

Tashqi qobiqda nodir gazlar elektron konfiguratsiyasi hosil bo‘lgan ionlarning turg‘un ekanligiga har bir davr oxiriga siljish tartibida elementlarining elektronlarini tortib olish (ionlash) uchun sarf qilinadigan energiyaning miqdori ortib borishidan dalolat beradi. Yuqorida keltirilgan tartibda qobiqchalarning turg’unligi kamayib boradi.