"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Периодическая система упорядочивает химические элементы по заряду ядер их атомов и помогает увидеть повторяющиеся закономерности. По положению элемента в таблице можно узнать число протонов, определить количество электронных слоёв и предположить свойства элемента. В периодах свойства меняются слева направо, а элементы одной группы похожи строением внешнего электронного слоя. Эти связи лежат в основе периодического закона.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Элемент обозначают химическим знаком: например, Na — натрий, O — кислород. Знак нужен, чтобы коротко записывать названия элементов и состав веществ; при этом химический элемент и простое вещество — не одно и то же: кислород как элемент обозначается O, а простое вещество кислород состоит из молекул O₂.
Порядковый номер элемента — число, равное заряду ядра его атома. Заряд ядра создают положительно заряженные протоны, поэтому порядковый номер показывает и число протонов. Это помогает определить состав ядра и число электронов в нейтральном атоме, но не число нейтронов: оно может различаться у атомов одного элемента.
Период — горизонтальный ряд элементов периодической таблицы. Номер периода связан с числом электронных слоёв атома: у элемента второго периода два слоя, у элемента третьего — три. По периоду можно понять, на скольких уровнях вокруг ядра находятся электроны.
Группа — вертикальный столбец элементов таблицы. У элементов одной группы сходно строение внешнего электронного слоя — части атома, на которой находятся наиболее важные для химических взаимодействий электроны. Поэтому элементы группы часто проявляют сходные свойства; номер группы помогает сравнивать элементы, но не означает, что их свойства совершенно одинаковы.
Элементы в таблице расположены по возрастанию порядковых номеров, то есть по увеличению заряда ядра. Такой порядок выявляет повторение свойств: при переходе к следующим элементам меняется строение атомов, а затем сходные особенности внешнего электронного слоя снова встречаются. Поэтому сходство элементов — закономерность, а не случайность. Система позволяет сравнивать атомы по единому принципу.
Периодический закон устанавливает связь свойств элементов и их соединений с зарядом ядер атомов. Когда учёные искали причину периодичности, сначала они обнаружили повторение свойств при упорядочении элементов, но ещё не могли объяснить его устройством атома. Позднее выяснилось, что порядковый номер связан с зарядом ядра, а периодическое повторение обусловлено закономерным изменением электронных оболочек. Так наблюдаемую закономерность удалось объяснить строением атома.
Положение элемента в таблице связано со строением его атома. Заряд ядра задаёт порядковый номер и тем самым число протонов; у нейтрального атома он также определяет число электронов. Электроны распределяются по слоям вокруг ядра, а число занятых слоёв соответствует номеру периода. Сходное строение внешнего слоя объединяет элементы группы, поэтому по таблице можно не только найти элемент, но и сделать выводы о его атоме.
В периоде при движении слева направо заряд ядра и порядковый номер увеличиваются, а число электронных слоёв остаётся тем же. Из-за изменений в строении атомов меняется способность отдавать или присоединять электроны. Металлические свойства обычно ослабевают, а неметаллические усиливаются. Поэтому ряд элементов периода показывает постепенный переход от более выраженных металлических свойств к неметаллическим.
Элементы одной группы похожи, потому что у них сходно устроен внешний электронный слой. В химических взаимодействиях особенно важны именно электроны этого слоя, поэтому атомы одной группы часто ведут себя сходным образом. Однако вниз по группе число электронных слоёв увеличивается, а свойства элементов закономерно меняются. Значит, сходство группы не следует путать с полным совпадением свойств.
| Признак | Что показывает | Как использовать |
|---|---|---|
| Порядковый номер | Заряд ядра и число протонов | Определить число протонов; для нейтрального атома — также число электронов |
| Номер периода | Число электронных слоёв | Оценить, сколько слоёв занято электронами в атоме |
| Номер группы | Положение элемента в вертикальном столбце | Найти элементы со сходным строением внешнего слоя и сравнить их свойства |
| Положение в периоде | Место элемента в горизонтальном ряду | Проследить закономерное изменение свойств слева направо |
| Положение в группе | Место элемента среди элементов вертикального столбца | Сравнить сходные свойства и их изменение сверху вниз |
| Изменение металлических и неметаллических свойств | Общее направление изменения свойств в таблице | В периоде слева направо металлические свойства обычно ослабевают, неметаллические усиливаются |
Сначала найдите в таблице знак элемента и его порядковый номер, затем посмотрите на номер периода и группы. Номер периода помогает определить число слоёв, а положение в строке — сравнить свойства с соседними элементами. При сравнении элементов одной группы учитывайте, что их свойства сходны, но могут изменяться сверху вниз.
Задача 1. Для элемента с порядковым номером 11 определите заряд ядра и число протонов в атоме.
Записываем порядковый номер: Z = 11.
По определению порядковый номер равен заряду ядра. Следовательно, заряд ядра равен +11, если выражать его через элементарный положительный заряд.
Каждый протон даёт ядру один положительный заряд, поэтому число протонов равно порядковому номеру: 11.
Ответ: заряд ядра +11, в атоме 11 протонов. Число нейтронов из этих данных определить нельзя: для этого нужно знать изотоп элемента.
Задача 2. По положению элемента в третьем периоде определите число электронных слоёв его атома.
Уточняем, какой признак таблицы дан: это номер периода, равный трём.
Связываем номер периода с устройством атома: он показывает число электронных слоёв.
Значит, у атома элемента третьего периода заняты три электронных слоя. Номер группы для этого вывода не нужен.
Ответ: три электронных слоя. Такой способ показывает, как положение элемента в горизонтальном ряду помогает сделать вывод о строении его атома.
Задача 3. Сравните металлические свойства натрия, магния и алюминия, расположенных подряд в третьем периоде, и объясните закономерность.
Находим порядок элементов в третьем периоде: натрий, магний, алюминий. Они расположены слева направо.
У этих атомов одинаковое число электронных слоёв, но по мере движения вправо увеличивается заряд ядра и меняется строение электронных оболочек.
В периоде слева направо металлические свойства обычно ослабевают, а неметаллические усиливаются. Поэтому натрий проявляет более выраженные металлические свойства, чем магний, а магний — чем алюминий.
Ответ: металлические свойства уменьшаются в ряду Na → Mg → Al. Это не случайный порядок: он отражает закономерное изменение строения атомов при увеличении порядкового номера.
Порядковый номер принимают за число нейтронов. Путают, потому что и протоны, и нейтроны находятся в ядре. Но порядковый номер показывает заряд ядра и число протонов, а количество нейтронов зависит от изотопа. Проверьте себя: если в условии дан только порядковый номер, число нейтронов без дополнительных сведений найти нельзя.
Период путают с группой. Оба понятия обозначают положение элемента в таблице, поэтому их иногда смешивают. Период — горизонтальный ряд, группа — вертикальный столбец. Чтобы проверить ответ, проследите направление: номер слоя ищут по периоду, а сходные элементы — в группе.
Число электронных слоёв определяют по номеру группы. Ошибка возникает, когда любой номер рядом с элементом считают подсказкой о слоях. Для числа слоёв используют номер периода; группа указывает вертикальный столбец. Самопроверка проста: найдите строку элемента и назовите её номер.
Считают, что свойства элементов одной группы совершенно одинаковы. Такое впечатление возникает из-за сходства элементов в одном столбце. На деле сходно строение внешнего электронного слоя, поэтому свойства похожи, но при движении сверху вниз они закономерно меняются. Проверяйте себя формулировкой «сходные свойства», а не «одинаковые свойства».
Чтобы разбираться в периодической системе, нужно знать состав атома: ядро, протоны, нейтроны и электронную оболочку. Также полезно различать химический элемент и простое вещество и уметь читать химические знаки: это помогает не путать обозначение элемента с формулой вещества. Периодический закон связывает устройство атомов со свойствами элементов. Эти знания пригодятся при изучении строения атома, химической связи и способов предсказывать свойства веществ.
Почему элементы в таблице расположены именно в таком порядке?
Элементы расположены по возрастанию порядкового номера, то есть заряда ядра. При таком порядке их свойства не просто идут списком: через определённые промежутки сходные свойства повторяются. Это повторение связано с изменениями строения электронных оболочек атомов.
Что показывает порядковый номер элемента?
Он показывает заряд ядра атома и число протонов в ядре. В нейтральном атоме порядковый номер также равен числу электронов. Число нейтронов по одному порядковому номеру узнать нельзя.
Как по таблице узнать число электронных слоёв атома?
Нужно посмотреть, в каком периоде находится элемент: номер периода указывает число электронных слоёв. Например, у атома элемента третьего периода три слоя. Номер группы для этого не используют.
Почему элементы одной группы похожи по свойствам?
У элементов одной группы сходно устроен внешний электронный слой. Именно внешние электроны во многом определяют, как атомы взаимодействуют с другими атомами. Поэтому свойства элементов группы похожи, хотя не являются одинаковыми.
Как меняются металлические свойства элементов в периоде?
При движении слева направо металлические свойства обычно ослабевают, а неметаллические усиливаются. Это связано с изменением строения атомов при увеличении заряда ядра. Поэтому натрий проявляет более выраженные металлические свойства, чем магний, а магний — чем алюминий.
Самое важное в главе 5
