"Химия (базовый уровень)", Минченков Е.Е., Журин А.А., Оржековский П.А.
Периодическая система связывает положение химического элемента с устройством его атома и свойствами. Порядковый номер показывает число электронов в нейтральном атоме, а номер малого периода — число занятых энергетических уровней. По этим данным можно распределить электроны по оболочкам и определить число электронов на внешнем уровне. Такие сведения помогают сравнивать элементы и объяснять закономерности их химического поведения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Периодическая система — упорядоченное расположение химических элементов, отражающее периодическое изменение их свойств. В таблице элементы размещены по возрастанию порядкового номера, поэтому их положение связано со строением атомов. Система помогает находить закономерности и сравнивать элементы.
Период — горизонтальный ряд элементов. Для элементов малых периодов его номер показывает число занятых электронных оболочек, или энергетических уровней, атома. Поэтому номер периода используют, когда нужно определить, сколько уровней содержит электронная оболочка.
Группа — вертикальный столбец элементов со сходным строением внешней электронной оболочки и близкими химическими свойствами. Внешним называют наиболее удалённый от ядра занятый уровень. Для элементов главных подгрупп число электронов на нём связано с номером группы.
Электронная оболочка атома — совокупность электронов, распределённых по энергетическим уровням вокруг ядра. Уровни различаются удалённостью от ядра и допустимым числом электронов. Такое представление позволяет описывать устройство атома не только общим числом электронов, но и их распределением.
Положение элемента в периодической системе связано с зарядом ядра и числом электронов в нейтральном атоме: оба числа равны порядковому номеру. Это следует из устройства нейтрального атома: положительный заряд протонов должен уравновешиваться отрицательным зарядом электронов. Поэтому, зная порядковый номер, можно определить число электронов, которые предстоит распределить по уровням.
При движении по периоду порядковый номер возрастает на единицу, поэтому каждый следующий атом содержит на один электрон больше предыдущего. Причина в том, что в таблице последовательно расположены элементы с возрастающим зарядом ядра. Когда заряд ядра увеличивается на единицу, в нейтральном атоме появляется ещё один электрон, и его нужно разместить в электронной оболочке.
В элементах первого периода заполняется первый энергетический уровень, в элементах второго — второй, а в элементах третьего — третий. По мере добавления электронов новый уровень начинает заполняться после того, как предыдущие уровни заняты в принятой для малых периодов последовательности. Поэтому у элементов этих периодов номер малого периода соответствует числу занятых уровней. Например, у атома третьего периода есть три занятых уровня, даже если на последнем пока мало электронов.
На первом уровне помещается не более двух электронов, а на втором и третьем уровнях у элементов малых периодов — не более восьми. Ограниченная вместимость уровней объясняет, почему в первом периоде всего два элемента: первому уровню достаточно двух электронов для заполнения. Второй и третий периоды содержат по восемь элементов, потому что при переходе по каждому из них последовательно добавляются восемь электронов.
Распределение электронов по уровням можно определить по порядковому номеру элемента и его периоду, а число электронов на внешнем уровне сопоставить с положением элемента в группе. Сначала устанавливают общее количество электронов по порядковому номеру, затем — количество занятых уровней по периоду. После этого распределяют электроны, учитывая вместимость уровней, и проверяют, что сумма полученных чисел равна порядковому номеру. Для элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне связано с номером группы.
В таблице показано, как меняется распределение электронов от начала периода к его концу. Запись 2, 8, 1 означает, что на первом уровне два электрона, на втором восемь, на третьем один.
| Период | Число элементов | Заполняемые уровни | Распределение электронов по уровням от начала к концу периода | Число электронов на внешнем уровне |
|---|---|---|---|---|
| Первый период | 2 | Первый | 1 → 2 | 1 → 2 |
| Второй период | 8 | Второй | 2, 1 → 2, 8 | 1 → 8 |
| Третий период | 8 | Третий | 2, 8, 1 → 2, 8, 8 | 1 → 8 |
Чтобы прочитать строку, сравните распределения в начале и конце периода: первые уровни уже заполнены, а число электронов на последнем постепенно растёт. Для конкретного элемента найдите его порядковый номер и определите, сколько электронов приходится на каждый уровень. Затем проверьте, что сумма чисел в распределении совпадает с порядковым номером.
Кислород — нейтральный атом с порядковым номером 8, значит, в нём восемь электронов. Первый уровень заполняется раньше второго и вмещает не более двух электронов. Поэтому сначала поместим два электрона на первый уровень, а оставшиеся распределим на второй.
Ответ: 2, 6; у атома кислорода два занятых уровня.
Порядковый номер серы равен 16, следовательно, в нейтральном атоме 16 электронов. Сера находится в третьем периоде, поэтому заняты три энергетических уровня. Заполняем их по порядку: на первом размещаем два электрона, на втором — восемь, а оставшиеся отправляем на третий.
Ответ: три занятых уровня; распределение электронов — 2, 8, 6.
Третий период означает, что у атома три занятых уровня. По условию на внешнем, то есть третьем, уровне находится шесть электронов. В третьем периоде перед ними на первых двух уровнях расположены 2 и 8 электронов, поэтому можно найти общее число электронов сложением.
Ответ: 16 электронов; сера (S).
Номер периода иногда принимают за число электронов на внешнем уровне. Путают эти величины, потому что обе связаны с положением элемента в таблице, но они показывают разное: для малых периодов номер периода указывает число занятых уровней. Проверьте себя, задав отдельно два вопроса: сколько уровней у атома и сколько электронов находится на самом внешнем.
При распределении могут забыть, что число электронов нейтрального атома равно порядковому номеру. Тогда сумма электронов на уровнях не совпадает с числом, которое должно быть в атоме. В конце решения сложите числа по уровням и сравните сумму с порядковым номером элемента.
Ещё одна ошибка — поместить на первый уровень больше двух электронов или на второй больше восьми. Так происходит, если распределять электроны только по общему количеству, не учитывая вместимость уровней. Проверяйте каждый уровень отдельно: сначала на первом должно быть не более двух электронов, а затем учитывайте предел в восемь для второго и третьего уровней элементов малых периодов.
Нельзя считать, что номер группы всегда совпадает с числом электронов на внешнем уровне у любого элемента. Такое соответствие рассматривают для элементов главных подгрупп, а не как универсальное правило для всей таблицы. Перед выводом проверьте, к каким элементам относится правило, и не определяйте число внешних электронов только по номеру группы без этой оговорки.
Для распределения электронов нужно знать строение атома, заряд ядра и связь порядкового номера с числом протонов. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, поэтому порядковый номер задаёт общее число электронов. Без этого шага нельзя правильно начать распределение по уровням.
Распределение электронов по уровням понадобится при изучении валентности и химической связи. Внешняя оболочка помогает объяснять, как атомы взаимодействуют друг с другом и почему образуются химические соединения. Эти же сведения используют, рассматривая закономерности изменения свойств элементов.
Периодическая система помогает объяснять сходство свойств элементов одной группы и изменение свойств в периоде. Положение в таблице сопоставляют со строением внешней электронной оболочки, чтобы увидеть общие черты и различия атомов. Поэтому таблица служит не только справочником, но и способом связывать строение атома с его химическими свойствами.
Почему порядковый номер элемента показывает число электронов в нейтральном атоме?
Порядковый номер равен заряду ядра, то есть числу протонов. В нейтральном атоме положительный заряд протонов уравновешен отрицательным зарядом электронов, поэтому их числа равны.
Как по номеру периода узнать число занятых энергетических уровней?
Для элементов малых периодов номер периода равен числу занятых энергетических уровней. Например, атом элемента третьего периода имеет три занятых уровня.
Почему на первом уровне может быть только два электрона?
Первый энергетический уровень имеет ограниченную вместимость — не более двух электронов. Поэтому после его заполнения следующие электроны занимают второй уровень.
Как распределить электроны по уровням, если известен порядковый номер элемента?
Сначала определите число электронов: в нейтральном атоме оно равно порядковому номеру. Затем узнайте по периоду число занятых уровней и распределяйте электроны последовательно, не превышая вместимость уровней.
Всегда ли номер группы совпадает с числом электронов на внешнем уровне?
Для элементов главных подгрупп номер группы связан с числом электронов на внешнем уровне. Но это правило нельзя без оговорок переносить на все группы периодической системы.
§ 1. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Заполнение электронами оболочек атомов элементов малых периодов
