"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Периодическая система — таблица, которая показывает порядок химических элементов и помогает увидеть закономерности в их свойствах. Её современная основа — порядковый номер, равный заряду ядра атома. По месту элемента в таблице можно определить период и группу, оценить строение атома и понять, как свойства связаны с соседними элементами. Система нужна не только для поиска элемента: она помогает объяснять и предсказывать свойства веществ.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Периодический закон — закон, раскрывающий связь свойств химических элементов и образуемых ими веществ с зарядом ядер атомов. Иначе говоря, свойства зависят не случайным образом: при изменении заряда ядра они закономерно меняются и повторяются. Закон помогает объяснять сходство элементов и предсказывать свойства веществ.
Периодическая система химических элементов — табличное выражение периодического закона, в котором элементы расположены по возрастанию порядкового номера. Порядковый номер соответствует заряду ядра атома. Система нужна, чтобы видеть связи между элементами и находить сведения об их положении.
Период — горизонтальный ряд элементов, который, кроме первого периода, начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом. Щелочные металлы — элементы первой группы, а благородные газы образуют последнюю группу. Номер периода помогает судить о числе занятых электронных слоёв атома.
Группа — вертикальный столбец элементов. У элементов одной главной подгруппы сходно устроен внешний электронный слой, поэтому их химические свойства близки. По группе можно сопоставлять элементы, но при этом важно учитывать, главная это подгруппа или побочная.
В ранних вариантах системы элементы упорядочивали с учётом относительной атомной массы, но такая сортировка не объясняла всех наблюдаемых закономерностей. Современная система основана на заряде ядра: именно он задаёт порядковый номер элемента и число протонов в его атоме. Поэтому элемент с большим зарядом ядра занимает место после элемента с меньшим зарядом. Масса атома при этом не служит главным критерием расположения.
Химические свойства атома во многом зависят от электронов на внешнем слое — тех, которые находятся дальше всего от ядра. При последовательном увеличении заряда ядра строение внешнего слоя постепенно меняется, а затем возникает похожее сочетание электронов у другого элемента. Поэтому свойства не просто меняются, а через определённые промежутки снова становятся сходными. Такое повторение и отражено в периодическом законе.
Периоды различаются длиной, потому что на электронных слоях может размещаться разное число электронов, а заполнение слоёв и подслоёв происходит по своим закономерностям. В начале нового периода у атома появляется новый занятый слой, поэтому номер периода показывает число таких слоёв. Так, у элементов третьего периода заняты три электронных слоя. Длина ряда связана с тем, сколько элементов требуется для последовательного изменения строения атомов до завершения периода.
Группы объединяют элементы, расположенные друг под другом. В школьной таблице группу могут делить на главную и побочную подгруппы: главная включает элементы больших периодов и малых периодов, а побочная — элементы больших периодов. Для элементов главных подгрупп сходство внешних электронных слоёв особенно заметно, поэтому их свойства часто похожи. Элементы побочных подгрупп устроены сложнее, и правила о сходстве нельзя переносить на них без оговорок.
Положение в системе даёт несколько подсказок о строении атома и свойствах элемента. Порядковый номер указывает заряд ядра и число протонов, а в нейтральном атоме — ещё и число электронов; номер периода показывает число занятых слоёв. В главных подгруппах место элемента помогает судить о внешнем электронном слое. В периоде слева направо металлические свойства обычно ослабевают, а неметаллические усиливаются; сверху вниз в главных подгруппах металлические свойства обычно становятся сильнее.
| Элемент системы | Где расположен | Что показывает | Пример |
|---|---|---|---|
| Период | Горизонтальный ряд | Число занятых электронных слоёв | Натрий — 3-й период, три слоя |
| Группа | Вертикальный столбец | Объединяет элементы; у главных подгрупп их свойства сходны | Литий и натрий — I группа |
| Главная подгруппа | В таблицах обозначается буквой A или выделяется как основная часть группы | Сходство внешнего слоя и свойств элементов | Фтор — VII главная подгруппа |
| Побочная подгруппа | В таблицах обозначается буквой B или выделяется отдельно | Положение переходных элементов; строение внешних и предвнешних слоёв сложнее | Железо — побочная подгруппа |
| Порядковый номер | Указывается в клетке элемента | Заряд ядра и число протонов; в нейтральном атоме также число электронов | У кислорода номер 8 |
| Положение элемента в клетке | На пересечении периода и группы | Помогает определить положение элемента и связать его с соседями | Кислород находится во 2-м периоде |
Начинай чтение клетки с названия и порядкового номера, затем найди её горизонтальный ряд и вертикальный столбец. По ряду определяй число электронных слоёв, а по номеру — заряд ядра и число электронов нейтрального атома. Для выводов о сходстве свойств уточняй, находится ли элемент в главной или побочной подгруппе.
Задача 1. Определить положение элемента с порядковым номером 8 в периодической системе и назвать его. Здесь важно сначала найти элемент по номеру, а уже после этого прочитать его координаты в таблице. Так не придётся угадывать название по свойствам.
Ответ: кислород, O; 2-й период, VI группа, главная подгруппа. Проверка: порядковый номер 8 означает, что заряд ядра равен +8, а у нейтрального атома восемь электронов.
Задача 2. По положению элемента в 3-м периоде, VII группе, главной подгруппе определить его название, символ и число электронных слоёв. Сначала используем группу, чтобы определить часть периода, где нужно искать элемент, а затем проверяем координаты найденной клетки. Номер периода сразу даёт число слоёв.
Ответ: хлор, Cl; три электронных слоя. Для проверки можно заметить, что хлор находится перед благородным газом аргоном, которым заканчивается третий период.
Задача 3. Сравнить металлические и неметаллические свойства натрия, магния и хлора, объяснив их изменение слева направо в 3-м периоде. Все три элемента находятся в одном периоде, поэтому число занятых слоёв у них одинаково. При переходе от Na к Mg и затем к Cl заряд ядра увеличивается, и внешние электроны сильнее притягиваются к ядру.
Ответ: металлические свойства убывают в ряду Na, Mg, Cl; неметаллические усиливаются. Причина — рост заряда ядра при том же числе электронных слоёв: атомам в целом становится легче притягивать дополнительные электроны, чем отдавать внешние. Изменение свойств в периоде закономерное, но не означает, что все элементы образуют одинаковые вещества.
Путают период с группой, потому что оба понятия описывают положение элемента в таблице. Но период идёт горизонтально, а группа — вертикально; номер периода связан с числом электронных слоёв. Проверь себя: проведи пальцем по строке и по столбцу от клетки элемента.
Считают, что элементы расположены только по возрастанию относительной атомной массы. Такое представление связано с ранними вариантами классификации, но современный порядок определяется порядковым номером, то есть зарядом ядра. Проверь себя: выясни, увеличивается ли в таблице номер элемента, а не сравнивай только массы.
Предполагают, что у всех элементов одной группы одинаковое число электронных слоёв. Число слоёв показывает номер периода, поэтому у элементов одной группы, стоящих в разных рядах, оно различается. Чтобы проверить ответ, найди элементы в таблице: сравни их номера периодов.
Путают главную и побочную подгруппы и считают, что все элементы одной группы обязаны иметь одинаковое строение внешнего слоя. Правило о выраженном сходстве внешних электронов прежде всего относится к элементам главных подгрупп; строение атомов побочных элементов сложнее. Проверь себя: уточни подгруппу и не делай вывод о свойствах только по номеру группы.
Для работы с системой нужны знания об атоме, ядре, зарядовом числе, электронах и электронных слоях, а также о химическом элементе и его символе. Без них трудно понять, что показывает порядковый номер и почему период связан со строением атома. Позже эти сведения понадобятся при изучении строения атома, валентности и степени окисления. Положение элементов поможет объяснять изменение свойств, составлять формулы и уравнения реакций и разбирать классы неорганических веществ.
Почему элементы в периодической системе расположены не строго по атомной массе?
Современный порядок определяется зарядом ядра атома, то есть порядковым номером элемента. Масса не всегда возрастает строго вместе с зарядом ядра, поэтому расположение только по массе нарушило бы периодичность свойств.
Чем период отличается от группы?
Период — горизонтальный ряд таблицы, а группа — вертикальный столбец. Номер периода связан с числом занятых электронных слоёв, а элементы одной главной подгруппы сходны строением внешнего слоя.
Что показывает порядковый номер элемента?
Он показывает заряд ядра, то есть число протонов в атоме. В нейтральном атоме порядковый номер также равен числу электронов.
Почему элементы одной группы обладают сходными свойствами?
Особенно сходны элементы одной главной подгруппы: у их атомов похожее строение внешнего электронного слоя. Именно внешние электроны во многом определяют, как атомы вступают в химические реакции.
Можно ли по положению элемента в системе определить строение его атома?
Можно сделать основные выводы: порядковый номер даёт число протонов и электронов в нейтральном атоме, а номер периода — число занятых электронных слоёв. Положение в группе помогает судить о строении внешнего слоя, особенно для элементов главных подгрупп.
§ 12. Система химических элементов Д.И. Менделеева
