§ 2. Между свойствами химических элементов и их атомными массами есть связь

Определения и обозначения

Относительная атомная масса — величина, с помощью которой сравнивают массы атомов. Она не выражает массу атома в граммах, а показывает её отношение к принятой единице сравнения. До открытия периодического закона это число помогало расположить известные элементы по возрастанию и искать порядок в их свойствах.

Периодический закон — закономерность, обнаруженная Д. И. Менделеевым: при расположении элементов по возрастанию атомных масс свойства элементов и образуемых ими веществ периодически повторяются. Иначе говоря, свойства не просто меняются одно за другим, а через некоторые промежутки снова становятся сходными. Закон позволяет связать свойства разных элементов и упорядочить их в таблице.

Период — последовательность элементов в таблице, в пределах которой свойства постепенно изменяются. Двигаясь по периоду, можно проследить переход от одних свойств к другим. Начало следующего периода связано с повторным появлением элементов со сходными свойствами, поэтому период помогает увидеть ход изменений.

Группа — вертикальный столбец периодической таблицы, объединяющий элементы со сходными свойствами. Например, литий, натрий и калий находятся в одной группе и имеют общие черты в химическом поведении. Понятие группы нужно, чтобы находить в таблице элементы, свойства которых можно сравнивать.

Как это устроено

Когда Менделеев сравнивал известные элементы, у него были сведения и об их атомных массах, и о свойствах простых веществ и соединений. Одного перечня по массе было недостаточно: такой список показывал бы только числовой порядок, но не объяснял сходства между элементами. Сопоставляя обе характеристики, учёный заметил повторяющиеся черты и смог объединить элементы в систему. Поэтому таблица стала не просто списком, а способом показать закономерность.

При переходе от одного элемента к следующему атомные массы в целом возрастают, а свойства постепенно меняются. Затем встречается элемент, похожий по свойствам на один из предыдущих, хотя между ними находятся элементы с иными характеристиками. Это похоже на повторение рисунка через определённый промежуток: меняется отдельный элемент, но знакомые черты возвращаются. Так проявляется периодичность, которая позволяет сопоставлять элементы, удалённые друг от друга в последовательности.

Литий, натрий и калий имеют возрастающие атомные массы, но их объединяет не только порядок чисел. Все три элемента обладают сходными химическими свойствами, поэтому в таблице они располагаются в одной вертикальной группе. Аналогично можно сравнить фтор, хлор и бром: эти элементы тоже имеют общие черты, хотя их свойства не тождественны. Группы показывают, что сходные свойства появляются у элементов через определённые промежутки.

Порядок элементов нельзя объяснять только механическим возрастанием атомной массы. В паре теллур — йод масса теллура больше, но в таблице он стоит перед йодом. Менделеев сохранил такое расположение, потому что химические свойства теллура и йода лучше соответствуют именно этим местам в системе. Этот пример показывает: при составлении таблицы нужно учитывать общую закономерность свойств, а не подчинять каждую пару строгому числовому порядку.

Периодичность свойств в рядах элементов

Таблица показывает, какие признаки нужно сопоставлять: направление изменения атомной массы и повторение сходных свойств. Используй её не как набор одинаковых элементов, а как схему закономерных изменений. В строке «внутри периода» сходство может проявляться не между соседями, а между элементами, которые находятся в разных периодах.

Разбор задач

Задача 1. Даны литий, натрий и калий с возрастающими атомными массами. Укажите, какая закономерность в их свойствах позволяет объединить эти элементы. Нужно установить, достаточно ли здесь только сходства чисел масс. Ответ следует связать с периодическим повторением свойств.

1. Расположим элементы в указанном порядке: литий, натрий, калий. Их атомные массы последовательно возрастают.
2. Сравним не только массы, но и химические свойства. У этих элементов есть общие черты, несмотря на то что они не являются одним и тем же веществом.
3. Сделаем вывод: сходные свойства повторяются у элементов через определённые промежутки, поэтому все три относятся к одной группе.

Ответ: литий, натрий и калий объединяет периодическое повторение сходных химических свойств; они входят в одну группу.

Задача 2. Для нескольких элементов приведены атомные массы и краткие описания свойств. Нужно расположить элементы в ряд и определить, какие из них похожи. Здесь легко ошибиться, если учитывать только один признак, поэтому используем и числовые данные, и описание веществ.

1. Сначала расположим элементы по возрастанию атомных масс, получив предварительный ряд. Это задаёт направление, но пока не показывает, какие элементы сходны.
2. Затем прочитаем описания химических свойств и отметим элементы с общими признаками. Сравним эти отметки с их положением в ряду.
3. Если сходные свойства возвращаются через промежуток, объединим такие элементы как проявление периодичности. При несоответствии не будем делать вывод только по массе: проверим, не важнее ли химические свойства для правильного места.

Ответ: расположите элементы по массам, затем найдите повторяющиеся сходства в свойствах; для вывода используйте оба признака.

Задача 3. Атомная масса теллура больше атомной массы йода, однако в таблице Менделеева теллур стоит перед йодом. Объясните, почему такое расположение обосновано. Нужно понять, означает ли этот порядок ошибку или он сохраняет закономерность таблицы.

1. Сравним атомные массы: при строгом числовом упорядочивании теллур должен был бы оказаться после йода.
2. Теперь учтём свойства элементов. Их химические характеристики лучше соответствуют тому порядку, в котором теллур расположен перед йодом.
3. Проверим объяснение по смыслу периодического закона: таблица должна отражать повторение свойств, а не только последовательность чисел.

Ответ: теллур стоит перед йодом, потому что его химические свойства и место в общей закономерности важнее строгого порядка атомных масс в этом отдельном случае.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что свойства элементов только изменяются вместе с ростом атомной массы. Так думают, потому что видят в таблице последовательность чисел и принимают её за единственное правило. Проверь себя: можешь ли ты указать элементы со сходными свойствами, которые разделены другими элементами? Если да, речь идёт о периодическом повторении.

Ошибка — путать период и группу. Оба понятия описывают расположение элементов в таблице, поэтому их иногда меняют местами. Проверь направление: период идёт горизонтально, а группа образует вертикальный столбец.

Ошибка — считать элементы одной группы совершенно одинаковыми. Их объединяют из-за сходства, но это не означает полного совпадения свойств. Чтобы проверить вывод, сравни описания каждого элемента отдельно и ищи общие черты, а не полное тождество.

Ошибка — считать пару теллур — йод опровержением периодического закона. Такое мнение возникает, если требовать от таблицы исключительно строгого возрастания масс. Проверь себя: учитываются ли при этом химические свойства и место элементов в общей системе? Их учёт объясняет порядок и показывает, почему одно исключение не отменяет закономерность.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что такое химический элемент и атом, а также уметь читать относительную атомную массу. Эти понятия дают исходные данные для сравнения элементов и их свойств. Дальше периодический закон поможет разобраться в строении периодической таблицы. Он также понадобится, чтобы объяснять изменения свойств элементов и образуемых ими соединений.

Что запомнить

• Менделеев сопоставлял атомные массы элементов с их свойствами.
• При возрастании атомных масс свойства элементов изменяются закономерно.
• Сходные свойства периодически повторяются.
• Элементы со сходными свойствами располагаются в одной группе.
• Период — горизонтальный ряд таблицы, группа — вертикальный столбец.
• В отдельных случаях место элемента нельзя определять только по строгому порядку атомных масс.