"Химия", Жилин Д.М., (изд. "БИНОМ. Лаборатория знаний")
Периодический закон описывает закономерное повторение свойств химических элементов и образованных ими веществ. В современной формулировке эти свойства периодически зависят от заряда ядра атома. Периодическая система — таблица, которая наглядно выражает этот закон: элементы в ней расположены по возрастанию заряда ядра. По месту элемента можно узнать его порядковый номер, число электронных слоёв и, для главных подгрупп, число электронов на внешнем слое. Это помогает объяснять сходство и различия свойств элементов.
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 образованных ими веществ периодически зависят от зарядов ядер атомов. Иными словами, при увеличении числа протонов свойства не меняются случайно, а через определённые промежутки становятся похожими. Закон помогает увидеть общий порядок среди множества элементов и объяснять их свойства.
Периодическая система — графическое выражение периодического закона, в котором элементы расположены по возрастанию заряда ядра. Это таблица, где порядок элементов и их положение показывают связи между строением атомов и свойствами. По ней можно находить элемент и делать выводы о его атоме.
Период — горизонтальный ряд элементов в Периодической системе. Номер периода указывает число энергетических уровней, или электронных слоёв, в атомах элементов этого периода. Это позволяет по положению элемента определить, сколько слоёв занято электронами.
Группа — вертикальный столбец элементов со сходным строением внешнего электронного слоя и близкими химическими свойствами. В главных подгруппах номер группы связан с числом электронов на внешнем слое. Такое сходство помогает объяснить, почему элементы одной группы вступают в похожие химические взаимодействия.
Дмитрий Менделеев расположил известные в его время элементы так, чтобы их свойства и свойства образуемых ими веществ повторялись через определённые промежутки. Если бы таблица просто перечисляла элементы, такие повторения было бы трудно заметить. Менделеев также оставлял свободные места там, где закономерность требовала элемента, ещё не открытого учёными. Он мог предсказывать свойства этих элементов по соседям и по их месту в системе, а последующие открытия подтвердили ценность такого подхода.
В ранних попытках упорядочить элементы учитывали их относительные атомные массы, но масса не всегда позволяет правильно определить место элемента. Современная формулировка опирается на заряд ядра, потому что именно число протонов задаёт порядковый номер атома. При переходе от одного элемента к следующему число протонов увеличивается на единицу. Поэтому современный порядок элементов определяется зарядом ядра, а не строгим увеличением относительной атомной массы.
Таблица устроена как набор горизонтальных периодов и вертикальных групп. Чтобы найти элемент, отыщи его символ: строка, в которой он стоит, — его период, а столбец — группа. Порядковый номер записан вместе с обозначением элемента в таблице; он показывает место элемента в последовательности и число протонов в ядре. Так можно связать положение элемента с характеристиками его атома.
Положение элемента помогает понять строение его атома. Номер периода показывает число электронных слоёв, потому что элементы одной строки имеют одинаковое число занятых энергетических уровней. Для элементов главных подгрупп номер группы связан с числом электронов на внешнем слое. Например, если элемент находится в третьем периоде, в его атоме три электронных слоя; сведения о группе позволяют судить о внешних электронах.
При движении слева направо по периоду заряд ядра увеличивается, а электроны заполняют внешний слой, поэтому строение атомов и свойства элементов меняются закономерно. Когда начинается следующий период, появляется новый электронный слой, и последовательность изменений повторяется. В пределах группы у атомов сохраняется сходное строение внешнего слоя, хотя число слоёв вниз по столбцу увеличивается. Поскольку внешние электроны важны для химических взаимодействий, элементы группы имеют близкие, но не одинаковые свойства.
| Элемент или часть таблицы | Расположение | Что показывает | Пример |
|---|---|---|---|
| Период | Горизонтальный ряд | Число электронных слоёв атомов элементов периода | Натрий находится в третьем периоде: у его атома три слоя |
| Группа | Вертикальный столбец | Сходство внешнего электронного слоя и химических свойств | Литий и калий находятся в одной группе |
| Порядковый номер элемента | Указан рядом с символом элемента | Заряд ядра и число протонов | У элемента с номером 12 заряд ядра +12 |
| Положение элемента в периоде и группе | Пересечение строки и столбца | Место элемента и сведения о строении его атома | По строке и столбцу находят период и группу элемента |
Сначала найди символ элемента, затем определи его строку и столбец: так узнают период и группу. Порядковый номер помогает установить заряд ядра и число протонов. Сведения о числе электронных слоёв и внешних электронах получай отдельно из периода и группы.
Задача 1. По положению натрия в Периодической системе укажите его период и группу. Нужно найти символ натрия Na и определить строку и столбец, в которых он расположен. Не путай горизонтальное и вертикальное направления: строка задаёт период, столбец — группу.
Ответ: натрий находится в третьем периоде и первой группе. Период показывает, что в атоме натрия три электронных слоя. Группа указывает, что натрий относится к элементам со сходным внешним электронным слоем.
Задача 2. У элемента порядковый номер 12. Определите заряд ядра, число протонов и число электронных слоёв атома. Здесь важно не принять порядковый номер за число слоёв: сначала он даёт сведения о ядре, а слои определяются по периоду. Для решения нужно найти элемент с номером 12 в таблице.
Ответ: заряд ядра +12, число протонов — 12, число электронных слоёв — 2. Число слоёв мы получили не из порядкового номера, а из номера периода. Если речь идёт о нейтральном атоме магния, в нём также 12 электронов, но это не меняет числа слоёв.
Задача 3. Сравните строение внешнего электронного слоя и общие химические свойства атомов лития и калия, пользуясь их положением в таблице. Сначала нужно установить, как расположены эти элементы относительно друг друга. Если они стоят в одной группе главной подгруппы, можно сравнить число внешних электронов и сделать вывод о сходстве свойств.
Ответ: у лития и калия сходное строение внешнего слоя — по одному внешнему электрону. Поэтому их химические свойства близки. Полностью одинаковыми их свойства не являются, так как атомы элементов различаются и по числу электронных слоёв, и по другим характеристикам.
Ошибка: считать, что элементы расположены строго по возрастанию относительной атомной массы. Так думают, потому что масса кажется естественной мерой для упорядочивания атомов, однако современный порядок задаёт заряд ядра. Проверка: сравнивай порядковые номера, которые растут на единицу от элемента к элементу, и помни, что номер равен числу протонов.
Ошибка: путать период и группу. Оба понятия описывают части таблицы, поэтому их направления легко перепутать; период идёт горизонтально, группа — вертикально. Проверка: проведи взглядом по строке и столбцу от символа элемента. Если движение слева направо — это период, если сверху вниз — группа.
Ошибка: принимать номер периода за число электронов в атоме. Путаница возникает из-за того, что номер периода действительно связан со строением атома, но он показывает число электронных слоёв. Проверка: у нейтрального атома число электронов находят по порядковому номеру, а число слоёв — по периоду. Эти значения обычно различаются.
Ошибка: считать, что все элементы одной группы обладают одинаковыми свойствами. Сходство свойств легко принять за полное совпадение, но вниз по группе меняются число электронных слоёв и другие характеристики атомов. Проверка: говори о близких или сходных свойствах, а не об одинаковых. У элементов одной группы сходно строение внешнего слоя, но их свойства закономерно различаются.
Для понимания периодического закона нужно знать состав атома и связь заряда ядра с числом протонов. Знание электронных слоёв и внешних электронов помогает объяснять, почему элемент занимает определённое место и почему элементы одной группы похожи. Эти идеи пригодятся при дальнейшем изучении строения атомов, химической связи и изменения свойств элементов и их соединений. Периодический закон связывает эти темы в единую систему закономерностей.
Почему элементы в таблице расположены именно в таком порядке?
Современная таблица упорядочивает элементы по возрастанию заряда ядра, то есть по числу протонов в атоме. Поэтому порядковый номер элемента совпадает с зарядом его ядра и числом протонов.
Чем период отличается от группы?
Период — горизонтальный ряд таблицы, а группа — вертикальный столбец. Номер периода связан с числом электронных слоёв, а элементы одной группы обычно имеют сходное строение внешнего слоя.
Что можно узнать о строении атома по номеру элемента?
Порядковый номер показывает заряд ядра и число протонов. Если известен нейтральный атом, он также равен числу электронов. По номеру периода можно определить число электронных слоёв.
Почему элементы одной группы обладают сходными свойствами?
У элементов одной группы главной подгруппы сходно устроен внешний электронный слой и обычно совпадает число внешних электронов. Именно внешние электроны участвуют в химических взаимодействиях, поэтому свойства элементов близки, хотя и не одинаковы.
В чём состояло значение предсказаний Менделеева?
Менделеев оставлял в системе места для элементов, которые тогда ещё не были открыты, и предсказывал их свойства. Позднейшие открытия подтвердили, что такой подход помогал не только упорядочивать известные элементы, но и находить новые.
§ 14. Периодический закон и Периодическая система элементов
