"Химия", Кузнецова Л.М.
Свойства химических элементов меняются не случайно: при увеличении порядкового номера некоторые из них закономерно повторяются. Причина — в строении атомов. Заряд ядра растёт от элемента к элементу, электроны распределяются по энергетическим уровням, а строение внешнего уровня периодически становится сходным. По положению элемента в таблице можно узнать число занятых уровней и предположить, сколько у него валентных электронов. Это помогает объяснить сходство химических свойств элементов одной группы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Заряд ядра атома — положительный заряд, который определяется числом протонов в ядре. Порядковый номер элемента равен числу этих протонов, поэтому с ростом номера растёт и заряд ядра. Это понятие помогает понять, чем атомы соседних элементов отличаются друг от друга.
Энергетический уровень — область атома, на которой находятся электроны с определённой энергией. Электроны распределяются по уровням, а не располагаются где угодно вокруг ядра. Представление об уровнях помогает описать строение атома и связать его с местом элемента в периодической системе.
Валентные электроны — электроны внешнего энергетического уровня атома. Они во многом определяют, как атом взаимодействует с атомами других элементов и какие соединения образует. Поэтому при сравнении химических свойств особенно важно учитывать строение внешнего уровня.
Периодичность свойств элементов — закономерное повторение свойств элементов при увеличении их порядковых номеров. Это не означает, что повторяются сами номера или атомы: изменяется заряд ядра, а сходным через определённые промежутки становится строение внешнего уровня. Такое понятие объясняет закономерность устройства периодической системы.
Порядковый номер каждого следующего элемента на единицу больше предыдущего. Поскольку он равен числу протонов в ядре, при переходе к следующему элементу туда добавляется один протон и увеличивается положительный заряд. В нейтральном атоме при этом становится на один электрон больше, чтобы уравновесить заряд ядра. Именно поэтому атомы соседних элементов отличаются, хотя их строение изменяется последовательно.
Электроны распределяются по энергетическим уровням в соответствии со своей энергией. Когда мы движемся слева направо по периоду, у атомов последовательно добавляются электроны, и они занимают уровень, который заполняется в этом периоде. Достигнув конца периода, мы переходим к элементу нового периода: у его атома начинается заполнение нового уровня. Так связаны изменение атомов по порядковому номеру и устройство периодической системы.
У атомов элементов одного периода одинаковое число занятых уровней, хотя число электронов у них различается. Причина в том, что в пределах периода новые электроны добавляются к одному и тому же внешнему уровню. Например, у всех элементов третьего периода заняты три уровня. Поэтому номер периода показывает не число электронов, а число энергетических уровней, на которых они находятся.
У элементов одной группы главной подгруппы сходно строение внешнего уровня. В частности, у таких атомов одинаково число валентных электронов, хотя число всех электронов и уровней может быть разным. Поскольку именно внешние электроны во многом участвуют в химических взаимодействиях, атомы ведут себя похожим образом. Так объясняется сходство характерных химических свойств элементов одной группы.
Периодичность возникает из сочетания двух изменений: заряд ядра при переходе от элемента к элементу растёт, а электроны последовательно распределяются по уровням. Когда начинается новый период, снова формируется сходное строение внешнего уровня, которое уже встречалось у элементов предыдущих периодов. Поэтому некоторые свойства не остаются неизменными, а повторяются закономерно. Повторяется не порядковый номер, а сходная организация внешних электронов, от которой зависит химическое поведение атомов.
| Признак | Что показывает положение элемента | Как связан со строением атома |
|---|---|---|
| Порядковый номер | Место элемента в последовательности | Равен числу протонов в ядре; у нейтрального атома также числу электронов |
| Номер периода | Горизонтальный ряд, в котором расположен элемент | Показывает число занятых энергетических уровней |
| Номер группы главной подгруппы | Положение элемента в соответствующем столбце | Связан со сходным строением внешнего уровня и числом валентных электронов |
| Изменение при движении слева направо по периоду | Переход к элементам с большим порядковым номером | Заряд ядра и число электронов возрастают, а число занятых уровней остаётся одинаковым |
| Сходство элементов одной группы | Расположение в одном столбце главной подгруппы | Внешние электронные уровни устроены сходно, поэтому свойства элементов похожи |
При работе с таблицей сначала установи порядковый номер и номер периода, а затем отдели число электронов от числа занятых уровней. Для объяснения сходства свойств сравнивай внешние уровни атомов, а не общее число электронов. Так положение элемента превращается в сведения о строении его атома.
Порядковый номер показывает число протонов в ядре. Значит, у этого элемента в ядре 11 протонов. Каждый протон имеет заряд +1, поэтому заряд ядра равен +11.
В условии сказано, что атом нейтральный. Положительный заряд его протонов уравновешен отрицательным зарядом электронов. Следовательно, электронов тоже 11.
Проверь, что не смешаны два разных ответа: заряд ядра положительный, а суммарный заряд нейтрального атома равен нулю. Число электронов и заряд ядра связаны, но это не одно и то же. Для ядра ответ записываем как +11, для атома — 11 электронов.
Ответ: заряд ядра +11; в нейтральном атоме 11 электронов.
Сначала определим положения элементов: литий находится в первой группе главной подгруппы, и натрий также относится к первой группе главной подгруппы. У лития электроны распределены по уровням как 2, 1, а у натрия — как 2, 8, 1. Записи показывают число электронов на каждом уровне, считая от внутреннего к внешнему.
Теперь сравним только внешний уровень, потому что именно на нём находятся валентные электроны. У лития и натрия на внешнем уровне по одному электрону. Число занятых уровней различается, но число электронов, важных для химических взаимодействий, одинаково.
Сходное строение внешнего уровня связано с принадлежностью элементов к одной группе главной подгруппы. Один валентный электрон определяет характерные особенности их химического поведения. Поэтому свойства лития и натрия сходны, хотя их атомы имеют разное общее число электронов и уровней.
Ответ: у обоих атомов на внешнем уровне по одному электрону, поэтому их химические свойства сходны.
При движении слева направо порядковый номер каждого следующего элемента увеличивается на единицу. Поэтому в его ядре на один протон больше, а положительный заряд ядра возрастает. Для нейтрального атома на один увеличивается и число электронов.
Все рассматриваемые элементы находятся в третьем периоде. Это означает, что у их атомов заняты три энергетических уровня. Новые электроны в этом ряду добавляются на один и тот же внешний уровень, а не создают дополнительный уровень.
Значит, число протонов и электронов при движении по периоду меняется, а число занятых уровней остаётся постоянным. Номер периода описывает именно количество уровней, поэтому он не меняется, пока мы остаёмся в том же горизонтальном ряду таблицы. Так можно объяснить оба изменения, не смешивая их друг с другом.
Ответ: заряд ядра растёт из-за увеличения числа протонов, а число уровней остаётся равным трём, потому что электроны добавляются на уже занимаемый в этом периоде внешний уровень.
Ошибка — считать, что номер периода равен числу электронов. Так можно подумать, если смешать положение элемента в горизонтальном ряду с составом атома. Проверь себя: номер периода показывает число занятых уровней, а число электронов нейтрального атома равно порядковому номеру.
Ошибка — называть заряд ядра зарядом всего атома. Ядро положительно из-за протонов, но в нейтральном атоме отрицательно заряженные электроны уравновешивают этот заряд. Чтобы проверить ответ, отдельно укажи заряд ядра и суммарный заряд атома.
Ошибка — объяснять сходство элементов одной группы одинаковым общим числом электронов. У элементов группы число электронов обычно различается, потому что различаются их порядковые номера. Сравни внешние уровни: именно их сходное строение помогает объяснить похожие химические свойства.
Ошибка — считать, что свойства повторяются из-за повторения порядковых номеров. Порядковые номера не повторяются: они последовательно увеличиваются, а вместе с ними растёт заряд ядра. Проверяй объяснение по строению атомов: периодически сходным становится внешний уровень, и с этим связано повторение свойств.
Для понимания причин периодичности нужно знать состав атома, смысл порядкового номера и устройство периодической системы. Эти понятия позволяют перейти от положения элемента в таблице к числу протонов и распределению электронов по уровням. Знание электронного строения атомов пригодится при изучении валентности и химической связи. Оно также помогает объяснять закономерные изменения свойств элементов, а не просто запоминать их.
Почему свойства элементов повторяются, если порядковый номер постоянно увеличивается?
Порядковый номер действительно увеличивается, поэтому в ядре становится больше протонов и растёт его заряд. Но электроны распределяются по уровням так, что строение внешнего уровня через определённые промежутки становится сходным. Именно такое повторение связано с повторением химических свойств.
Что именно показывает номер периода?
Номер периода показывает, сколько энергетических уровней занято электронами в атомах элементов этого периода. Он не равен числу электронов. Например, у атомов третьего периода заняты три уровня.
Почему элементы одной группы имеют сходные свойства?
У элементов одной группы главной подгруппы сходно строение внешнего электронного уровня. На этом уровне находятся валентные электроны, которые во многом определяют химическое поведение атома. Поэтому такие элементы проявляют сходные свойства.
Как число протонов связано с зарядом ядра?
Протоны имеют положительный заряд, а нейтроны электрического заряда не имеют. Поэтому заряд ядра определяется числом протонов: чем их больше, тем больше положительный заряд. Число протонов равно порядковому номеру элемента.
Всегда ли у атомов одного периода одинаковое число электронов?
Нет. У нейтральных атомов одного периода разное число электронов, потому что с каждым следующим элементом растёт порядковый номер. Одинаковым у них является число занятых энергетических уровней.
§ 37. Причины периодичности свойств элементов
