Сегодня мы с вами поговорим о гениальном изобретении человечества - Периодической системе элементов. Придумал ее Дмитрий Иванович Менделеев еще в конце ХIХ века. Он же рассказал про Периодический закон, который лежит в основе создания таблицы. Конечно, позже она дополнялась новыми элементами, но основа осталась неизменной. Итак, откроем любую Периодическую систему. Они могут быть совершенно любыми.
В любой таблице элементы обязательно будут располагаться на своем определенном месте. В таблице есть периоды и группы. Периоды делятся на ряды, а группы на подгруппы. Обратите на это внимание. Иногда в таблицах не пишут наименование рядов или подгрупп, но это ничего не меняет. Итак, определимся. Периодов в таблице 7, рядов 10. Периоды бывают малые (состоят из 1 ряда) и большие (состоят из 2 рядов). Групп в таблице 8, их обозначают римскими цифрами, пишут сверху, они делятся на подгруппы А и В (иногда а и б). Подгруппа А начинается с малых периодов. Она считается главной, другая подгруппа - побочная.
С этим определились. Чем же хороша вторая таблица? И можно ли ей пользоваться на экзамене?
1. Хороша тем, что цветом обозначены s, p, d, f - элементы. Это помогает нам писать электронную конфигурацию атомов. Плюс у каждого элемента есть распределение электронов по слоям. Видите около калия К, например есть цифры 2 8 8 1? Значит, у калия всего 4 слоя и электроны располагаются на них соответственно.
2. Конечно, такой таблицей не дадут пользоваться на экзамене, но это может хорошо помочь на этапе подготовки, потому что есть такие элементы, у которых распределение электронов идет непонятным на первый взгляд путем. Пример - хром, медь, ниобий, молибден и т.д.
А есть еще и другие таблицы, например:
или
Итак, перейдем к секретам.
1. Число периода в таблице показывает число электронных слоев (энергетических уровней).
Задание. Посчитать число уровней в атомах Mg, In, Hg, I
Решение. Ищем данные элементы. Магний находится в 3 периоде, значит у него всего 3 энергетических уровня. Индий находится в 5 периоде, значит 5; Ртуть в 6, значит 6; йод в 5 периоде, значит 5. Простейшее задание, способное помочь нам при составлении электронной конфигурации атома и составлении последовательности элементов.
2. Номер группы в таблице показывает число электронов на внешнем энергетическом уровне. (Важное примечание: только для элементов главных подгрупп А)
Задание. Посчитать число электронов на внешнем энергетическом уровне у атомов Mg, In, Hg, I
Решение. Магний находится во второй группе главной подгруппе (далее обозначение будет следующим IIA), значит у него на внешнем слое 2 электрона. Индий находится в III группе, но в побочной подгруппе, здесь мы ничего сказать не можем, но можем прикинуть по распределению электронов, что в данном случае, это d-элемент, значит у него на внешнем уровне будет 2 электрона.
Ртуть находится во II группе, но тоже в побочной, соответственно про точное число электронов мы не говорим, по логике выше, мы видим занятый 5p слой, и заполняющий 6s cлой, значит, тоже 2 электрона.
Йод находится в VIIА подгруппе, однозначно, 7 электронов.
3. Радиус атома в группе сверху вниз (или другая формулировка: при увеличении заряда атома, порядкового номера) растет. Думаю, это понятно всем. Мы обсудили, что увеличивается число электронных слоев, соответственно и радиус становится больше.
Задание: расставить элементы в порядке увеличения радиуса: Ва, Са, Ве.
Решение: Анализируем, что Ве находится во 2 периоде, Са - в 4, Ва - в 6. Значит, самый маленький радиус у Ве, потом Са, потом Ва.
Радиус атома в периоде слева направо (или при увеличении заряда атома, порядкового номера) уменьшается. Для того, чтобы это доказать рассмотрим два элемента: литий и фтор.
Они находятся в одном периоде, но при этом заряд ядра лития +3, а заряд ядра фтора +9. У обоих элементов, как мы уже вычислили, 2 электронных слоя. Положительное ядро притягивает к себе отрицательно заряженные электроны. Кому будет проще притягивать? Думаю, всем понятно, что фтору, ведь у него заряд ядра больше. Отсюда выводим наше правило.
Задание: распределить элементы в порядке увеличения радиуса атома: Se, K, Ge.
Решение: Калий находится в самом начале периода, затем германий, затем селен. Значит, у селена будет самый маленький радиус атома, потом германий, потом калий.
4. Периодичность системы заключается в повторении количества электронов у элементов, в повторении химических свойств самих элементов, их соединений (оксидов, гидроксидов и водородных). Поэтому важно эти свойства не только учить, но и понимать.
Электроотрицательность.
Это свойство атомов элементов притягивать электроны. Чем меньше радиус атома, тем проще это делать. Плюс играет роль количество притягиваемых электронов.
Есть даже таблица электроотрицательности, которую запоминать совсем не обязательно. Важно понимать, что в периоде электроотрицательность растет, в группе уменьшается. Таким образом, самым электроотрицательным элементом будет фтор, а далее влево и вниз она будет уменьшаться.
5. Металлические (восстановительные) свойства (а это по сути возможность отдавать электроны) в группе сверху вниз будут усиливаться. Это связано с радиусом атома. Положительному ядру сложно удерживать около себя далекий один электрон у атома, проще отдать, чем такому же ядру, но с малым радиусом атома.
Неметаллические (окислительные) наоборот будут уменьшаться. Если мы рассмотрим IV группу, то увидим, что углерод и кремний - типичные неметаллы, а олово и свинец - типичные металлы.
Понятия восстановления и окисления возникли из темы, разобранной в статье.
Задание: расположите элементы в порядке усиления неметаллических свойств: Na, Cs, Li
Решение: внизу группы стоит цезий, у него будут самые сильные металлические свойства, выше натрий, потом литий.
7. В периоде металлические (восстановительные) свойства ослабевают, а неметаллические (окислительные) усиливаются. Это связано с числом электронов на внешнем уровне в атомах разных элементов. Чем меньше электронов, тем проще их отдать, с пяти электронов ситуация становится такая, что проще принять 3 электрона, чем отдать 5. Промежуточное положение занимает 4 группа, там ориентируемся на радиус атома.
У нас каждый период начинается с активных металлов и заканчивается активными неметаллами. С 8 группой разговор отдельный.
Задание: расположите элементы в порядке усиления металлических свойств: Se, K, Ge.
Решение: калий - активный металл, Ge - переходный металл, Se - неметалл. Последовательность будет: Se-Ge-K
Давайте наконец-то потренируемся на заданиях ЕГЭ.
Беру их из открытом банке ФИПИ
В данном задании неметаллы: сера, хлор и кремний. Они все находятся в 3 периоде, значит, можем применить наше правило, что металлические свойства (восстановительные) в периоде ослабевают слева направо.
Ответ: хлор-сера-кремний 314
Выбираем элементы одного периода: магний, сера и фосфор. Рассуждаем, электроотрицательность в периоде слева направо растет. Нам надо наоборот.
Ответ: сера-фосфор-магний 342
Выберем неметаллы: водород, кислород, фтор
Самый сильный неметалл фтор, далее в периоде ослабевают неметаллические свойства. Водород занимает положение в 1 периоде, мы его ставим после кислорода, конечно, ведь мы с вами знаем о ковалентной полярной связи в молекуле воды и о водородных связях во многих веществах.
Ответ: фтор-кислород-водород 521
Тренируйтесь, решайте, помните, что даже самые сложные задачи состоят из таких маленьких, которые были в статье. И знайте, что перед вами на экзамене лежит настоящая подсказка, главное, уметь этим правильно пользоваться.