Закономерности изменения свойств элементов и их соединений
В Периодической системе каждый период начинается щелочным металлом, атом которого имеет один электрон на внешнем уровне, и заканчивается благородным газом, внешний уровень которого полностью заполнен электронами. Например, второй период начинается щелочным металлом Li и заканчивается благородным газом Ne, третий начинается Na, заканчивается Ar. И так далее. Причем в каждом периоде с увеличением заряда ядра, то есть при движении слева направо активные щелочные металлы сменяются менее активными, затем переходными элементами, далее – неметаллами и наконец, период заканчивается инертным газом. Исключением является только первый период, в котором только два элемента – неметалл водород и благородный газ гелий.
Далее мы видим, что внешние электронные оболочки сходны у атомов многих элементов (Li, Na, К, Rb, Cs); (Be, Mg, Ca, Sr); (F, CI, Br, I); (He, Ne, Ar, Кr, Хе) и т.д. Каждая из этих групп элементов оказывается в определенной главной подгруппе периодической таблицы: Li, Na, К, Rb, Cs в I группе, F, CI, Br, I — в VIIи т.д. У элементов главных подгрупп заполняются s- или p-подуровни внешнего уровня. Максимальное число электронов на этих подуровнях может быть равно 8 (2+6), поэтому всего существует 8 главных подгрупп в Периодической системе.
У элементов побочных подгрупп (называемых переходными элементами) заполняются d- или f-подуровни. Поскольку каждый d-подуровень может содержать до 10 электронов, число d-элементов в каждом периоде равно 10. Некоторые из этих элементов объединены в триады (Fe, Co, Ni), (Ru, Rh, Pd), (Os, Ir, Pt), поэтому число побочных подгрупп, как и главных, равно 8.
Число лантаноидов и актиноидов, вынесенных в нижние ряды Периодической таблицы, равно максимальному числу электронов на f-подуровне, т.е. 14.
Рассмотрим, как изменяются химические свойства элементов в периодах и группах.
При движении в периоде слева направо,
от щелочного металла к благородному газу радиус атома меняется незначительно, зато возрастает заряд ядра. Это означает, что притяжение электронов внешнего уровня к ядру увеличивается, поэтому усиливаются неметаллические свойства элементов. В каждом периоде самым активным неметаллом является элемент главной подгруппы VII группы — галоген, а самым активным металлом — щелочной металл (главная подгруппа I группы).
При движении по группе сверху вниз
увеличивается число заполненных энергетических уровней, поэтому возрастает радиус атома. В то же время, эффективный заряд ядра, который действует на внешние электроны, не изменяется, т.к. полный заряд ядра экранируется внутренними электронами. В результате, с ростом номера периода сила притяжения внешних электронов к ядру уменьшается и в каждой группе усиливаются металлические свойства элементов. Так; в подгруппе наиболее активных неметаллов — галогенов самым активным является элемент с наименьшим числом энергетических уровней — фтор. В то же время, галогены больших периодов — йод и астат проявляют некоторые металлические свойства.
Металлы и неметаллы
В главных подгруппах с увеличением порядкового номера уменьшаются электроотрицательность и неметаллические свойства и увеличиваются металлические свойства. В периодах с увеличением порядкового номера металлические свойства уменьшаются, а неметаллические свойства и электроотрицательность возрастают. Электроотрицательность – это свойство атомов оттягивать к себе электроны от других атомов для завершения наружного электронного слоя.
Оксиды и гидроксиды элементов главных подгрупп
Внутри каждого периода с возрастанием порядкового номера ослабевают основные свойства оксидов и гидроксидов элементов главных подгрупп (за исключением элементов первого периода). Одновременно усиливаются их кислотные свойства.
В каждой главной подгруппе (за исключением VIII ) с увеличением порядкового номера элемента возрастают основные свойства оксидов и гидроксидов и уменьшаются кислотные свойства.
В главных подгруппах (с II по VI ) содержатся также элементы, оксиды которых имеют амфотерные свойства.
Амфотерные соединения проявляют как основные, так и кислотные свойства в зависимости от того, реагируют ли они соответственно с кислотой или основанием.
Подводя итог, можно сказать, что строгая периодичность расположения элементов в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева полностью объясняется периодичностью заполнения энергетических уровней при увеличении заряда ядра.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение химического элемента.
2. Какова современная формулировка периодического закона Д. И. Менделеева?
3. Объясните с точки зрения строения атомов, почему свойства элементов периодически повторяются?
4. Атомы каких элементов имеют завершенный внешний электронный уровень?
5. Что называется электроотрицательностью элемента? Как она изменяется с ростом порядкового номера элемента в периоде и в группе?
6. Напишите общие формулы высших оксидов и гидроксидов элементов каждой группы Периодической таблицы.
7. Как изменяются свойства оксидов и гидроксидов элементов в группах периодической системы при движении сверху вниз?
8. Как изменяются свойства оксидов и гидроксидов элементов в периодах периодической системы при движении слева направо?
9. Атом элемента имеет электронную конфигурацию Is2 2s2 2p6 3s23p64s2 3d2, Определите порядковый номер элемента, номер периода, номер группы и тип подгруппы.
СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 1. Символы и названия некоторых химических элементов
| химический знак (Э) | латинское название | русское название | произношение знака | корень латинского названия |
| Ag | Argentum | Серебро | аргентум | аргент |
| Al | Aluminium | Алюминий | алюминий | алюмин |
| Am | Americium | Aмериций | америций | америц |
| Ar | Argon | Аргон | аргон | аргон |
| As | Arsenicum | Мышьяк | арсеникум | арсен |
| At | Astatium | Астат | астат | астат |
| Au | Aurum | Золото | аурум | аур |
| B | Borum | Бор | бор | бор |
| Ba | Barium | Барий | барий | бар |
| Be | Beryllium | Бериллий | бериллий | берилл |
| Bi | Bismuthum | Висмут | висмут | висмут |
| Br | Bromum | Бром | бром | бром |
| C | Carboneum | Углерод | цэ | карб, карбон |
| Ca | Calcium | Кальций | кальций | кальц |
| Cd | Cadmium | Кадмий | кадмий | кадм |
| Cl | Chlorum | Хлор | хлор | хлор |
| Co | Cobaltum | Кобальт | кобальт | кобальт |
| Cr | Chromium | Хром | хром | хром |
| Cs | Caesium | Цезий | цезий | цез |
| Cu | Cuрrum | Медь | купрум | купр |
| Eu | Euroрium | Европий | европий | европ |
| F | Fluorum | Фтор | фтор | фтор |
| Fe | Ferrum | Железо | феррум | ферр |
| Fr | Francium | Франций | франций | франц |
| Ge | Germanium | Германий | германий | герман |
| H | Hydrogenium | Водород | аш | гидр, гидроген |
| He | Helium | Гелий | гелий | гел |
| I | Iodum | Иод | иод | иод |
| K | Kalium | Калий | калий | кал |
| Li | Lithium | Литий | литий | лит |
| Mg | Magnesium | Магний | магний | магн |
| Mn | Manganum | Марганец | марганец | манган |
| Mo | Molybdaenum | Молибден | молибден | молибд |
| N | Nitrogenium | Азот | эн | нитр |
| Na | Natrium | Натрий | натрий | натр |
| Ni | Niccolum | Никель | никель | никкол |
| O | Oxygenium | Кислород | о | окс, оксиген |
| Р | Рhosрhorus | Фосфор | пэ | фосф |
| Рb | Рlumbum | Свинец | плюмбум | плюмб |
| Рt | Рlatinum | Платина | платина | платин |
| Rn | Radon | Радон | радон | радон |
| Ru | Ruthenium | Рутений | рутений | рутен |
| S | Sulfur | Сера | эс | сульф |
| Sb | Stibium | Сурьма | стибиум | стиб |
| Sc | Scandium | Скандий | скандий | сканд |
| Se | Selenium | Селен | селен | селен |
| Si | Silicium | Кремний | силициум | силиц, силик |
| Sn | Stannum | Олово | станнум | станн |
| Sr | Strontium | Стронций | стронций | стронц |
| Ti | Titanium | Титан | титан | титан |
| U | Uranium | Уран | уран | уран |
| V | Vanadium | Ванадий | ванадий | ванад |
| W | Wolframium | Вольфрам | вольфрам | вольфрам |
| Zn | Zincum | Цинк | цинк | цинк |
Перечень неметаллов