"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Периодический закон описывает, как свойства химических элементов и образуемых ими веществ меняются при увеличении заряда атомного ядра. Он помогает понять, почему элементы расположены в таблице именно в таком порядке и почему у некоторых из них похожие свойства. Менделеев обнаружил повторяемость, сравнивая свойства элементов с их относительными атомными массами. Позже учёные установили, что точная основа закономерности — заряд ядра, равный порядковому номеру.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Периодический закон — закономерность, согласно которой свойства химических элементов и образуемых ими веществ периодически зависят от заряда ядер атомов. Иными словами, при последовательном переходе от одного элемента к другому свойства не меняются случайно: в них обнаруживается повторяющийся порядок. Закон нужен, чтобы объяснять устройство периодической системы и предсказывать сходство элементов.
Порядковый номер элемента — число, равное заряду ядра атома и числу протонов в нём. Например, у атома с зарядом ядра +16 шестнадцать протонов, а порядковый номер элемента — 16. Этот номер показывает место элемента в периодической системе и задаёт его положение в последовательности элементов.
Периодичность — повторение сходных свойств элементов через определённые промежутки при увеличении заряда ядра. Речь не о том, что все свойства снова становятся совершенно одинаковыми: повторяются общие закономерности и характерные черты. Понятие периодичности помогает увидеть связь между строением атома и сходством элементов.
Исторически Менделеев сформулировал закон, связав свойства элементов и их соединений с относительными атомными массами. Это отражало то, что он мог сравнивать, но масса не объясняла все особенности расположения элементов. Современная формулировка точнее: она связывает периодическое изменение свойств с зарядом ядра, который задаёт порядковый номер.
Менделеев сопоставлял относительные атомные массы элементов с их свойствами и свойствами образуемых ими веществ. Он замечал, что элементы с близкими характеристиками возникают не случайно, а повторяются в определённом порядке. Сравнение позволяло искать общую закономерность, а не просто перечислять отдельные факты. Так стало заметно, что вслед за изменением свойств возникают элементы, похожие на уже встречавшиеся.
Первоначально массу использовали как ориентир, потому что её можно было определить и сравнить для известных элементов. Однако относительная атомная масса не является точным правилом, задающим место элемента: у некоторых элементов массы близки, а химические свойства требуют другого порядка. Если расположить все элементы только по возрастанию массы, отдельные места в таблице окажутся несогласованными со сходством свойств. Историческая формулировка описывала обнаруженную связь, но не объясняла такие исключения.
Позднее изучение атома позволило установить, что заряд его ядра соответствует порядковому номеру элемента. Заряд ядра определяется числом протонов, поэтому у каждого элемента есть своё определённое место в последовательности. Когда элементы упорядочили по этому признаку, стало понятно, почему иногда порядок по массе не совпадает с правильной последовательностью. Современная формулировка опирается на заряд ядра и тем самым объясняет порядок точнее.
Увеличение заряда ядра означает, что в атоме с большим порядковым номером больше протонов, а в нейтральном атоме — и электронов. Электроны располагаются по оболочкам, и их строение меняется закономерно по мере перехода от элемента к элементу. Через определённые промежутки особенности внешней электронной оболочки начинают повторяться. Поэтому снова появляются элементы со сходными химическими свойствами, хотя их атомы не становятся полностью одинаковыми.
Химические свойства во многом зависят от электронов внешней оболочки: именно они участвуют во взаимодействии атомов. Если строение внешних оболочек у элементов похоже, то сходными оказываются и многие особенности их поведения. У соседних элементов число электронов и их расположение меняются, поэтому свойства обычно различаются. Периодический закон связывает эти изменения в общую последовательность и объясняет как сходство, так и различия элементов.
| Что сравнивается | Историческая формулировка | Современная формулировка |
|---|---|---|
| Величина, с ростом которой сопоставляют элементы | Относительная атомная масса | Заряд ядра, равный порядковому номеру |
| Как формулируется зависимость свойств | Свойства элементов и их соединений периодически зависят от относительных атомных масс | Свойства элементов и образуемых ими веществ периодически зависят от зарядов ядер атомов |
| Что объясняет периодическое повторение свойств | Обнаруженная Менделеевым повторяемость при сравнении элементов и их масс | Закономерное изменение и повторение особенностей строения электронных оболочек |
| Значение формулировки для расположения элементов | Помогает увидеть общую закономерность, но не объясняет все несоответствия порядка по массе | Обосновывает порядок элементов по заряду ядра, то есть по порядковому номеру |
Сравнивайте не только формулировки, но и величину, которая задаёт порядок элементов. Исторический вариант показывает, как Менделеев пришёл к закономерности на основе доступных ему данных. Современный вариант объясняет и повторение свойств, и точное расположение элементов.
Задача 1. Сформулируйте периодический закон в современной форме. Чтобы ответить, нужно назвать не просто повторяемость свойств, но и величину, от которой она зависит. В современной формулировке такой величиной служит заряд ядра, а область действия закона включает элементы и образуемые ими вещества.
Ответ: свойства химических элементов и образуемых ими веществ периодически зависят от зарядов ядер атомов. Если в ответе названа только относительная атомная масса, это историческая, а не современная формулировка.
Задача 2. У атома элемента заряд ядра +16. Определите порядковый номер элемента и число протонов. Запись +16 показывает положительный заряд ядра, связанный с протонами. Число после знака плюс сразу даёт нужное количество протонов, а оно же определяет порядковый номер.
Ответ: порядковый номер — 16, число протонов — 16. Не следует искать массовое число: оно учитывает и протоны, и нейтроны, а в условии указан именно заряд ядра.
Задача 3. Объясните, почему элементы с близкими относительными атомными массами не всегда следует располагать в таблице строго по возрастанию этих масс. Здесь требуется выбрать признак, который задаёт порядок элементов в современной периодической системе. Масса может помочь сравнивать атомы, но периодический закон связывает свойства с зарядом ядра.
Ответ: элементы располагают по возрастанию заряда ядра, то есть порядкового номера. Поэтому близость относительных атомных масс не требует ставить элементы в строгий порядок именно по массе.
Ошибка: считать, что современная формулировка связывает свойства только с относительной атомной массой. Так можно подумать, потому что Менделеев использовал массы при открытии закономерности. Проверьте себя: в современной формулировке должно быть указано, что свойства периодически зависят от заряда ядра.
Ошибка: путать порядковый номер с массовым числом. Оба числа связаны с частицами атома, поэтому их легко смешать. Порядковый номер равен числу протонов, а массовое число — сумме протонов и нейтронов; проверка простая: в задаче смотрите, спрашивают ли место элемента или общее число частиц ядра.
Ошибка: понимать периодичность как полное совпадение всех свойств через равные промежутки. Поводом для такого вывода служит слово повторение, но у сходных элементов совпадают не все характеристики. Проверяйте себя так: речь идёт о повторении общих закономерностей и сходных свойств, а не о тождестве атомов и веществ.
Ошибка: считать, что закон описывает только простые вещества. Простые вещества заметны в примерах, поэтому кажется, что закон относится только к ним. Но формулировка охватывает свойства элементов и образуемых ими веществ, включая соединения; перед ответом проверьте, не исключили ли вы соединения без основания.
Чтобы понять периодический закон, нужно знать строение атома, заряд ядра, число протонов и смысл порядкового номера. При сравнении элементов пригодятся также представления об относительной атомной массе и свойствах простых веществ и соединений. Дальше закон поможет разобраться в периодической системе и в связи свойств элементов со строением электронных оболочек. Он даёт основу для объяснения закономерностей изменения свойств при переходе от одного элемента к другому.
Как звучит современная формулировка периодического закона?
Свойства химических элементов и образуемых ими веществ периодически зависят от зарядов ядер атомов. При увеличении заряда ядра свойства закономерно изменяются, а затем сходные особенности повторяются.
Почему Менделеев расположил элементы не строго по возрастанию относительной атомной массы?
Главным для Менделеева было сходство химических свойств, поэтому в отдельных случаях он отступал от порядка по массе. Позже выяснилось, что последовательность элементов определяется зарядом ядра, а не относительной атомной массой.
Что показывает порядковый номер элемента?
Порядковый номер равен заряду ядра и числу протонов в атоме. По нему определяют место элемента в периодической системе.
Почему свойства элементов повторяются периодически?
При росте заряда ядра меняется строение электронных оболочек атомов. Через определённые промежутки повторяются особенности внешних оболочек, поэтому у элементов появляются сходные химические свойства.
Распространяется ли периодический закон на свойства соединений?
Да. Современная формулировка относится к свойствам химических элементов и образуемых ими веществ, в том числе соединений. Поэтому закономерность помогает сравнивать не только простые вещества, но и соединения элементов.
§ 50. Периодический закон Д. И. Менделеева
