Химия
Закономерности изменения свойств

Закономерности изменения свойств

6 Июн, 2024

Химические элементы в периодической системе упорядочены по своим характеристикам, основанным на строении атома.

Д. И. Менделеев сформулировал периодический закон в 1869 году, опираясь на атомные массы элементов, так как считал их основополагающей характеристикой элемента:

Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомного веса элементов.

В современной интерпретации Периодический закон химических элементов звучит несколько иначе:

Свойства химических элементов, а также простых и сложных веществ, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от значения заряда их атомных ядер.

То есть в основоположение взята именно характеристика заряда ядра атома, которая определяет все его свойства.

На основании этого закона и была сформирована периодическая система химических элементов. Таблица Менделеева представлена ниже на рисунке 1.

Рисунок 1 — Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Периоды — это горизонтальные ряды элементов, которые располагаются в порядке возрастания их атомных масс.

Периоды подразделяются на ряды. Ряды в свою очередь бывают четные и нечетные.

В зависимости от числа рядов периоды подразделяются на малые и большие. К малым периодам относятся периоды с 1-го по 3-й. К большим периодам относятся периоды с 4-го по 7-ой. Так, например, 7-ой период состоит из одного ряда, но он является незавершенным, так как большая часть элементов в нем получена искусственным путем. В периоде под номером 6 после элемента лантана находятся 14 элементов с порядковыми номерами 58-71. Данные элементы носят название лантаноидов. Лантаноиды размещены в таблице Менделеева отдельно внизу. Их химические свойства очень схожи друг с другом.

В седьмом периоде находятся 14 элементов с порядковыми номерами от 90 до 103, данные элементы образуют семейство под названием актиноиды. Они также вынесены отдельно в таблице — а именно под лантаноидами.

Первый период включает в себя два элемента (водород и гелий). Второй и третий периоды содержат по 8 элементов. При этом их свойства закономерно изменяются от типичного металла до благородного газа. Четвертый и пятый периоды содержат уже по 18 элементов, а шестой и седьмой периоды — по 32 элемента.

Во всех периодах с увеличением относительных атомных масс элементов (слева направо) можно наблюдать ослабление металлических свойств и усиление неметаллических свойств.

Группы — это вертикальные ряды, в которые объединены элементы, которые схожи по своим свойствам. Каждая группа состоит из двух подгрупп — главной (А) и побочной (В). Подгруппа, в которую входят элементы и малых, и больших периодов, называется главной подгруппой.

Подгруппа, в которую входят элементы только больших периодов, носит название побочной подгруппы.

Так, в главную подгруппу I группы входят такие элементы, как литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций — это подгруппа лития Li, под другому эту группу называют семейством щелочных металлов. Побочную подгруппу этой группы составляют такие элементы, как медь, серебро и золото — это подгруппа меди Си.

Элементы главных подгрупп образуют определенные семейства ввиду схожих химических и физических свойств. Названия естественных семейств главных подгрупп представлены ниже в таблице 1.

Таблица 1 — Названия естественных семейств главных подгрупп

Номер группы	IA	IIA	VIA	VIIA	VIIIA
Название естественного семейство	щелочные металлы	щелочноземельные металлы	халькогены	галогены	благородные или инертные газы

Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп сильно отличаются. Например, в VII группе главную подгруппу составляют неметаллы F, CI, Br, I, At, побочную — металлы Mn, Тс, Re. Это доказывает, что подгруппы объединяют наиболее сходные между собой элементы. Элементы всех групп (кроме благородных газов) образуют кислородные соединения — оксиды. В периодической системе их часто изображают формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания валентности элементов: R₂O, RO, R₂O₃, R₂O₅, R₂O₇, RO₄, где R — элемент данной группы (кроме элементов. валентность которых не совпадает с номером группы).

Высшая валентность элементов в соединениях с кислородом (за исключением некоторых элементов) соответствует номеру группы. Элементы побочных подгрупп могут проявлять и другую высшую валентность.

Так, например, медь — элемент 1 группы побочной подгруппы образует оксиды Сu₂О, СuО. Однако наиболее распространенными являются соединения двухвалентной меди. В главных подгруппах (сверху вниз) с увеличением относительных атомных масс усиливаются металлические свойства элементов и ослабевают неметаллические. B побочных подгруппах эта закономерность соблюдается не всегда.

Элементы неметаллы главных подгрупп IV-VII групп образуют летучие соединения с водородом. Их также изображают общими формулами в последовательности RH₄, RH₃, H₂R, HR. Формулы водородных соединений расположены под элементами главных подгрупп и относятся только к ним.

Валентность элементов в соединениях с водородом определяется разностью между числом 8 и номером группы. Например, у элементов IV группы валентность равна 8-4=4, у элементов V группы: 8-5=3, у элементов VI группы: 8-6=2 и так далее.

Формулы водородных соединений некоторых элементов главных подгрупп представлены ниже в таблице 1.

Таблица 1 — Формулы гидридов некоторых элементов главных подгрупп

I группа	II группа	III группа	IV группа	V группа	VI группа	VII группа
Гидрид натрия NaH	Гидрид магния MgH2	Гидрид бора BH3	Гидрид углерода CH4 (метан)	Гидрид фосфора PH3 (фосфин)	Гидрид серы H2S	Гидрид хлора HCl (хлороводородная или соляная кислота)
Гидрид калия KH	Гидрид кальция CaH2	Гидрид алюминия AlH3
Гидрид лития LiH	Гидрид бериллия BeH2

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются.

Металлические свойства наиболее сильно выражены у франция. затем — у цезия: неметаллические — у фтора, затем — у кислорода.

Закономерности изменения свойств химических элементов главных подгрупп и периодов представлены ниже в таблице 1.

Таблица 1 — Закономерности изменения свойств химических элементов главных подгрупп и периодов

Свойство	В периодах	В главных подгруппах
Относительная атомная масса	возрастает слева направо	возрастает сверху вниз
Заряд ядра	возрастает слева направо	возрастает сверху вниз
Радиус атома	убывает слева направо	возрастает сверху вниз
Металлические	убывают слева направо	возрастают сверху вниз
Неметаллические	возрастают слева направо	убывают сверху вниз
Валентность по отношению к кислороду	возрастает слева направо	остается постоянной, равной номеру группы
Валентность по отношению к водороду	убывает слева направо	остается постоянной, равной8 — номер группы

Поскольку свойства элементов в основном зависят от числа электронов на внешнем уровне, то и они периодически повторяются. B этом заключается физический смысл периодического закона.

Периодический закон утверждает, что химические и физические свойства элементов периодически повторяются при увеличении их атомных номеров. Это происходит из-за того, что основные свойства атомов, такие как их реакционная способность, радиус ионов, электроотрицательность, и другие, определяются в основном количеством электронов на внешнем электронном уровне.

Периодический закон также описывает изменение этих свойств вдоль периодов и групп таблицы элементов. При движении вдоль периода, количество электронов на внешнем электронном слое обычно увеличивается, что влияет на химические свойства элементов. В то же время, движение вниз по группе обычно приводит к увеличению главного квантового числа, что также вносит изменения в химические свойства элементов внутри этой группы.

Таким образом, периодический закон имеет физический смысл в том, что он обусловлен строением атомов и основными принципами их взаимодействия в химических реакциях.

Обобщая все вышесказанное, сделаем главные выводы по данной теме:

Горизонтальные ряды элементов, расположенных в порядке возрастания их атомных масс, называются периодами.

Каждый период (кроме 1-го) начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом (кроме 7-го).

Группы — это вертикальные ряды, в которые объединены элементы, сходные по своим свойствам.

Подгруппа, в которую входят элементы и малых, и больших периодов, называется главной подгруппой.

Подгруппа, в которую входят элементы только больших периодов, называется побочной подгруппой.

Высшая валентность элементов в соединениях с кислородом (за некоторым исключением) соответствует номеру группы.

Задания для самопроверки:

Задание 1

В главных подгруппах периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с увеличением заряда ядра радиус атомов, как правило:

1) изменяется периодически

2) не изменяется

3) увеличивается

4) уменьшается

Задание 2

Самые сильные неметаллические свойства среди элементов 2-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева демонстрирует:

1) углерод

2) азот

3) кислород

4) фтор

Задание 3

В периодах периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с увеличением заряда ядер атомов не изменяется:

1) число электронов на внешнем энергетическом уровне

2) общее число электронов

3) число энергетических уровней

4) масса атомов

Задание 4

В ряду элементов Na → Mg → Al → Si → Cl:

1) металлические свойства ослабевают

2) металлические свойства не изменяются

3) металлические свойства усиливаются

4) неметаллические свойства ослабевают

Задание 5

Самые сильные металлические свойства среди элементов IA группы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева демонстрирует:

1) литий

2) франций

3) калий

4) цезий

Ответы:

1 – 3, 2 – 4, 3 – 3, 4 – 1, 5 – 2.

Понравилась статья? Оцени:

Загрузка...