Учебник для 11 класса

ХИМИЯ

§ 5.4. Периодическая система химических элементов и строение атома

Периодическая система химических элементов графически отображает Периодический закон. Каждое число в ней характеризует какую-либо особенность в строении атомов:

а) порядковый (атомный) номер химического элемента указывает на заряд его атомного ядра, т. е. на число протонов, содержащихся в нем, а так как атом элек-тронейтрален, то и на число электронов, находящихся вокруг атомного ядра. Число нейтронов определяют по формуле N = А — Z, где А — массовое число, Z — порядковый номер элемента;

б) номер периода соответствует числу энергетических уровней (электронных слоев) в атомах элементов данного периода;

в) номер группы соответствует числу электронов на внешнем уровне для элементов главных подгрупп и максимальному числу валентных электронов для элементов побочных подгрупп.

В свете строения атома можно объяснить причины изменения свойств химических элементов и образованных ими веществ. В периоде с увеличением зарядов атомных ядер элементов (слева направо) металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются в силу того, что:

а)возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне атома;

б)число энергетических уровней в атомах в пределах периода остается постоянным;

в)уменьшается радиус атомов.

В группах (главная подгруппа) с увеличением зарядов атомных ядер элементов (сверху вниз) металлические свойства усиливаются, неметаллические ослабевают. Это объясняется тем, что:

• число электронов на внешнем уровне атомов остается одинаковым;
• увеличивается число энергетических уровней в атоме;
• увеличивается радиус атомов.

В больших периодах изменения происходят медленнее, так как, начиная с третьего элемента, у атомов достраивается не внешний энергетический, а предвнешний уровень с 8 до 18 электронов (у элементов побочных подгрупп) и лишь затем заполняется внешний уровень с 2 до 8 электронов (у элементов главных подгрупп).

В «сверхбольших» периодах (6-м и 7-м, незавершенном) эти изменения происходят еще медленнее, так как у лантаноидов и актиноидов достраивается не внешний или предвнешний уровень, а третий снаружи уровень — с 18 до 32 электронов. Поэтому свойства этих элементов так похожи на свойства лантана La и актиния Ас, а также сходны между собой. Это объясняется тем, что свойства элементов и образуемых ими веществ зависят в первую очередь от строения внешнего энергетического уровня атомов, меньше — от строения предвнешнего и почти не зависят от строения внутренних уровней.

Природа каждого элемента, т. е. присущие только ему свойства атомов, простых веществ, соединений, зависит прежде всего от заряда ядра его атомов. Заряд обусловливает и строение электронной оболочки атома. Но величины зарядов ядер атомов элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева изменяются монотонно — увеличиваются от +1 у водорода до +110 у элемента № 1101, поэтому прямой причиной периодического изменения свойств элементов это явление быть не может.

Причина периодичности — изменение строения внешних электронных слоев атомов. Так, у всех щелочных металлов внешний энергетический уровень занят одним s-электроном, поэтому их свойства так похожи. Но они не одинаковы, степень их проявления разная, потому что этот единственный внешний электрон находится на разном удалении от ядра у атомов каждого из щелочных металлов:

Вывод — третья, причинно-следственная формулировка Периодического закона:

Сведения о горизонтальной и вертикальной зависимостях свойств атомов, простых веществ и соединений, образованных элементами, представлены в таблице 6.

Таблица 6
Изменение свойств атомов, простых веществ и соединений химических элементов