"Химия. Профильный уровень (в 2 частях)", Кузнецова Н.Е., Литвинова Т.Н., Лёвкин А.Н.
Периодический закон объясняет, почему свойства химических элементов и их соединений закономерно повторяются. Периодическая система показывает эту закономерность в наглядной форме: элементы расположены по возрастанию заряда ядра и объединены в периоды, группы и блоки. Электронная теория связывает положение элемента со строением его атома, особенно с числом электронных слоёв и конфигурацией внешней оболочки.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Периодический закон утверждает: свойства химических элементов и образуемых ими веществ периодически зависят от заряда ядра атома. Заряд ядра определяется числом протонов и задаёт порядковый номер элемента. Закон нужен, чтобы связывать положение элемента, строение его атома и химическое поведение.
Периодическая система — графическое выражение периодического закона. В ней элементы расположены по возрастанию заряда ядра, а близкие по свойствам элементы объединены в группы. По таблице можно предсказывать особенности строения атома и свойства ещё до подробного изучения элемента.
Период — горизонтальный ряд элементов, атомы которых имеют одинаковое число занятых электронных слоёв. В коротких периодах заполняются только один или два подуровня, а в длинных — также d- или f-подуровни. Это объясняет различия в длине периодов и постепенное изменение свойств слева направо.
Группа — вертикальный столбец элементов со сходным строением внешних электронных оболочек и близкими химическими свойствами. Особенно наглядно это проявляется у элементов главных подгрупп: у них сходно число электронов, участвующих в образовании связей. Поэтому номер группы помогает установить типичные валентности и химическое поведение, хотя для переходных элементов требует осторожности.
При переходе от элемента к элементу заряд ядра увеличивается на одну элементарную величину. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, поэтому каждый следующий элемент получает на один электрон больше. Так задаётся строгий порядок элементов в системе, а изменение электронного строения приводит к изменению свойств.
Периодичность появляется не из-за простого повторения общего числа электронов, а из-за повторения конфигураций внешних оболочек. Сначала заполняется один энергетический уровень, затем начинается заполнение следующего, и характер внешних электронов проходит сходную последовательность. Поэтому через определённое число элементов возникают похожие химические свойства.
Номер периода равен числу занятых электронных слоёв, то есть наибольшему значению n в конфигурации атома. Длина периода определяется тем, какие подуровни могут заполняться на соответствующих уровнях. В коротких периодах заполняются s- и p-подуровни одного уровня, а в длинных между ними включаются d- или f-подуровни.
В одной группе внешние конфигурации имеют общий тип, поэтому атомы сходно взаимодействуют с другими атомами. В периоде слева направо растёт заряд ядра, а электроны добавляются на тот же внешний уровень, из-за чего постепенно меняются радиус атома, способность отдавать электроны и характер соединений. Так электронная конфигурация объясняет переход от металлических свойств к неметаллическим и появление благородного газа в конце периода.
Элементы делят на s-, p-, d- и f-блоки по подуровню, на который поступает последний электрон. s-блок расположен слева, p-блок — справа, d-блок занимает центральную часть таблицы, а f-элементы обычно вынесены в два нижних ряда. Такое расположение не случайно: оно показывает последовательность заполнения подуровней и помогает отличать главные элементы от переходных.
| Характеристика | Период | Группа | Блок |
|---|---|---|---|
| Положение в периодической системе | Горизонтальный ряд | Вертикальный столбец | Область элементов с одинаковым типом заполняемого подуровня |
| Связь с электронными слоями | Номер периода равен числу занятых слоёв | Слои могут иметь разное число электронов, но внешняя оболочка устроена сходно | Показывает, какой подуровень заполняется последним |
| Связь с электронной конфигурацией | Определяется наибольшим n | Для главных элементов связана с числом внешних электронов; у d-элементов учитывает предвнешний уровень | Последний электрон занимает s-, p-, d- или f-подуровень |
| Какие элементы объединяет | Атомы с одинаковым числом электронных слоёв | Элементы с похожими внешними оболочками | Элементы одного типа электронной конфигурации |
| Что помогает объяснить | Длину ряда и изменение свойств слева направо | Сходство химических свойств и типичные степени окисления | Особенности металлов, неметаллов и переходных элементов |
При работе с таблицей сначала определите период: он укажет число занятых слоёв. Затем сравните внешнюю конфигурацию и положение элемента в группе, а по блоку установите подуровень последнего электрона.
Эта последовательность помогает не смешивать признаки положения элемента. Например, одинаковый период не означает одинаковые свойства, а принадлежность к одной группе не всегда означает одинаковое число электронов только на самом внешнем уровне.
Условие. Для атома натрия с порядковым номером 11 определить число электронов, распределение по слоям, период и блок. Атом считаем нейтральным, поэтому его заряд не указан. Нужно связать порядковый номер с электронной конфигурацией.
Ответ. У атома натрия 11 электронов, распределённых по слоям как 2, 8, 1. Он расположен в 3-м периоде. Натрий относится к s-блоку.
Условие. Нужно определить, какое строение атомов объединяет литий и натрий как элементы одной главной подгруппы. Их конфигурации различаются внутренними слоями, поэтому сравниваем прежде всего внешние электроны. Именно они участвуют в образовании большинства химических связей.
Ответ. Литий и натрий объединяет одинаковая внешняя конфигурация ns¹. Поэтому они находятся в одной группе и проявляют сходные свойства, хотя натрий активнее из-за большего размера атома.
Условие. По конфигурации [Ar] 3d⁶ 4s² определить порядковый номер, период, группу и блок. Обозначение [Ar] заменяет 18 электронов аргона. Для переходного элемента нельзя считать группу только по двум электронам 4s.
Ответ. Элемент с конфигурацией [Ar] 3d⁶ 4s² — железо, Fe. Его порядковый номер 26, период 4, группа 8, блок d. Число внешних электронов здесь не позволяет напрямую определить номер группы.
Номер группы равен числу внешних электронов у любого элемента. Так рассуждают по элементам главных подгрупп, но у переходных атомов участвует ещё предвнешний d-подуровень. Проверяйте, к какому блоку относится элемент, и только затем выбирайте правило.
Номер периода принимают за число электронов на внешнем уровне. Ошибка возникает из-за смешения двух разных характеристик атома. Найдите наибольший номер уровня n: именно он показывает период, тогда как внешние электроны помогают анализировать группу.
Периодичность объясняют только ростом заряда ядра. Заряд действительно увеличивается, но сам по себе он не объясняет повторение свойств. Проверяйте, как при этом повторяется тип внешней электронной конфигурации.
Считают, что все элементы одного периода имеют одинаковые свойства. Общим у них является число электронных слоёв, а не конфигурация внешнего уровня. Проследите движение слева направо: число внешних электронов и химические свойства закономерно меняются.
Для понимания темы нужны знания о составе атома, заряде ядра и порядковом номере элемента. Также необходимо уметь записывать электронные конфигурации и распределять электроны по уровням и подуровням.
Периодический закон помогает объяснять валентность, степени окисления и тип химической связи. На его основе предсказывают изменение свойств элементов и их соединений в периодах и группах.
Почему периодический закон связывают именно с зарядом ядра, а не с атомной массой?
Заряд ядра однозначно определяет порядковый номер элемента и число электронов в его нейтральном атоме. Именно электронное строение задаёт химические свойства, а атомная масса может изменяться у изотопов одного элемента.
Как по электронной конфигурации определить номер периода?
Нужно найти наибольшее главное квантовое число n, встречающееся в конфигурации. Оно показывает номер самого внешнего занятого электронного слоя, а значит, и номер периода.
Почему элементы одной группы часто имеют сходные химические свойства?
У элементов одной группы похожее строение внешних электронных оболочек. Поэтому они сходным образом образуют химические связи, принимают или отдают электроны и реагируют с другими веществами.
Как определить, к какому блоку относится элемент?
Нужно определить, на какой подуровень поступает последний электрон атома. Если заполняется s-, p-, d- или f-подуровень, элемент относят соответственно к s-, p-, d- или f-блоку.
Почему номер группы не всегда равен числу электронов на внешнем уровне?
Для элементов главных подгрупп такое сопоставление часто работает, но для переходных элементов электроны заполняют также предвнешний d-подуровень. Поэтому номер группы d-элемента учитывает не только электроны внешнего слоя.
§ 3. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева в свете электронной теории
