§ 5. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Знаки химических элементов

Определения и обозначения

Периодическая система химических элементов — упорядоченное расположение химических элементов, отражающее периодическое изменение их свойств. Она нужна, чтобы находить сведения об элементах и сравнивать их между собой. В таблице каждый элемент имеет своё постоянное место.

Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Например, все атомы кислорода относятся к одному элементу, потому что у них одинаковый заряд ядра. Элементу соответствует отдельная клетка системы, поэтому его можно найти по названию, знаку или порядковому номеру.

Химический знак — условное обозначение элемента одной или двумя латинскими буквами. Первую букву пишут заглавной, а вторую, если она есть, — строчной: O, Na. Знаки позволяют кратко обозначать элементы в формулах и уравнениях; их читают по названию элемента.

Период — горизонтальный ряд, а группа — вертикальный столбец периодической системы. Чтобы найти период, проследите по клетке элемента влево или вправо до начала и конца ряда; чтобы найти группу — вверх или вниз по столбцу. Номера этих рядов и столбцов помогают указать положение элемента.

Как это устроено

В современной периодической системе элементы следуют по возрастанию заряда ядра атома. Заряд ядра связан с числом протонов, а у каждого следующего элемента протонов на один больше, чем у предыдущего. Поэтому порядок клеток не произвольный: он отражает важное различие между атомами элементов.

При увеличении заряда ядра свойства элементов не меняются беспорядочно, а периодически повторяются. Причина связана с устройством электронных оболочек: электроны распределяются по слоям, и похожее строение внешнего слоя снова появляется у атомов через определённые промежутки. Поэтому сходные свойства проявляются у элементов, занимающих похожие места в таблице, а не просто у любых соседей.

Таблица устроена как последовательность горизонтальных периодов и вертикальных групп. Период показывает, в каком горизонтальном ряду находится элемент, а группа — в каком столбце; для современной формы таблицы используют 18 групп. Например, натрий находится в третьем периоде и первой группе. Указание обоих номеров помогает точно определить его положение.

В клетке элемента обычно можно найти его название, химический знак, порядковый номер и относительную атомную массу. Название и знак обозначают сам элемент, порядковый номер показывает его место в последовательности и заряд ядра, а масса характеризует массу атома относительно принятой единицы. Поэтому, читая клетку, не следует принимать одно число за другое: у них разные значения и обычно разный вид записи.

Знаки элементов образованы от их латинских названий. Первая буква всегда заглавная, а следующая, если она нужна, — строчная: так образуются, например, Na от natrium и Fe от ferrum. Чтение знаков по общему правилу делает запись однозначной, даже если названия элементов на разных языках отличаются.

Как читать периодическую систему и химические знаки

Пользуйтесь таблицей, чтобы сопоставить название элемента с его знаком и числовыми характеристиками. Период находят по горизонтальному ряду, а группу — по вертикальному столбцу. Значения относительной атомной массы могут быть округлены в разных таблицах.

Разбор задач

Элемент с порядковым номером 8

Задача: найти элемент с порядковым номером 8 и назвать его знак и относительную атомную массу. Искомый номер следует искать в клетках таблицы, а не вычислять по массе. После нахождения клетки нужно прочитать остальные сведения в ней.

1. Найдём в таблице клетку, где указан порядковый номер 8. Это кислород, его химический знак — O. Значит, название и знак элемента определены.
2. В той же клетке найдём относительную атомную массу. Для кислорода она приблизительно равна 16,00. Это значение не следует путать с порядковым номером 8.

Ответ: кислород, знак O, относительная атомная масса около 16,00. Порядковый номер 8 указывает место элемента и заряд ядра. Атомная масса — отдельная характеристика.

Период и группа натрия

Задача: для натрия Na определить номер периода и группы по его положению в таблице. Здесь не нужно ориентироваться только на порядковый номер 11. Нужно проследить, в каком ряду и столбце расположена клетка натрия.

1. Находим клетку натрия по знаку Na или названию. Она находится в третьем горизонтальном ряду. Следовательно, натрий относится к третьему периоду.
2. Теперь смотрим на вертикальный столбец, в котором стоит эта клетка. В современной таблице это первая группа. Период и группу определяем по двум разным направлениям.

Ответ: натрий находится в третьем периоде и первой группе. Горизонтальное положение даёт номер периода, вертикальное — номер группы. Поэтому перед ответом полезно проверить направление ряда и столбца.

Знаки магния, железа и меди

Задача: записать химические знаки магния, железа и меди и объяснить, почему записи Mg, FE и CU неправильны для последних двух элементов. Знаки образованы от латинских названий, поэтому не всегда совпадают с первыми буквами русского названия. Записать их нужно с соблюдением регистра букв.

1. Для магния используем знак Mg: M заглавная, g строчная. Запись содержит две латинские буквы. Она соответствует правилу для двухбуквенного знака.
2. Железо записывается Fe, а медь — Cu. Варианты FE и CU неверны, потому что в них вторая буква тоже заглавная. По правилу заглавной бывает только первая буква знака.

Ответ: магний — Mg, железо — Fe, медь — Cu. Проверяйте регистр второй буквы, если знак состоит из двух букв. Такая проверка помогает не спутать знак с другой записью.

Типичные ошибки

Ошибка — писать обе буквы знака заглавными, например FE вместо Fe. Так пишут, когда считают каждую букву отдельным сокращением и забывают об общем правиле записи. Проверьте себя: у двухбуквенного знака заглавная только первая буква, а вторая строчная.

Химический знак иногда принимают за формулу вещества. Причина в том, что и в знаках, и в формулах используются буквенные обозначения элементов. Проверьте смысл записи: знак называет элемент, а формула показывает состав вещества, например H₂O обозначает вещество, состоящее из атомов водорода и кислорода.

Можно перепутать номер группы и период, потому что оба обозначаются числами. Ошибка возникает, если забыть направление: группа идёт вертикально, период — горизонтально. Найдите клетку и проследите отдельно по столбцу и по ряду, прежде чем назвать номер.

Относительную атомную массу иногда считают порядковым номером элемента. Оба значения стоят в клетке рядом, но номер обычно целый и определяет место элемента, а масса может быть дробной. Проверьте, какое именно поле таблицы читаете: порядковый номер нельзя заменять массой.

Связь с другими темами

Для работы с таблицей уже нужно знать, что вещества состоят из атомов, а атомы разных видов образуют химические элементы. Знаки элементов понадобятся при чтении химических формул и уравнений реакций: без них нельзя кратко записать состав веществ и ход превращений. Положение элемента в системе пригодится при изучении строения атома и закономерностей изменения свойств элементов. Так таблица связывает сведения об атомах с тем, как устроены и взаимодействуют вещества.

Что запомнить

• Каждый химический элемент занимает отдельную клетку периодической системы.
• Элементы расположены по возрастанию порядкового номера.
• Период — горизонтальный ряд, группа — вертикальный столбец.
• Химический знак состоит из одной или двух латинских букв.
• Первая буква знака — заглавная, вторая — строчная.
• Порядковый номер и относительная атомная масса — разные характеристики элемента.