Какие свойства даны в периодической системе
Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории. Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная. Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом. Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу. Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме. Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.
В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.
Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).
The YouTube ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.
Периодический закон
Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.
Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.
Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).
Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.
Группы и периоды Периодической системы
Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.
Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.
Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.
Свойства таблицы Менделеева
Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.
Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:
- усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
- возрастает атомный радиус;
- возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
- электроотрицательность падает.
Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R2O, RO, R2O3, RO2, R2O5, RO3, R2O7, RO4, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).
Оксиды состава R2O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO2, R2O5, RO3, R2O7 проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.
Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH4, RH3, RH2, RH.
Соединения RH4 имеют нейтральный характер; RH3 — слабоосновный; RH2 — слабокислый; RH — сильнокислый характер.
Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.
В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:
- электроотрицательность возрастает;
- металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
- атомный радиус падает.
Элементы таблицы Менделеева
Щелочные и щелочноземельные элементы
К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию. Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами. По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.
Показать / Скрыть текст
| Щелочные металлы | Щелочноземельные металлы |
| Литий Li 3 | Бериллий Be 4 |
| Натрий Na 11 | Магний Mg 12 |
| Калий K 19 | Кальций Ca 20 |
| Рубидий Rb 37 | Стронций Sr 38 |
| Цезий Cs 55 | Барий Ba 56 |
| Франций Fr 87 | Радий Ra 88 |
Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды
Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы. Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов. Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.
Показать / Скрыть текст
| Лантаниды | Актиниды |
| Лантан La 57 | Актиний Ac 89 |
| Церий Ce 58 | Торий Th 90 |
| Празеодимий Pr 59 | Протактиний Pa 91 |
| Неодимий Nd 60 | Уран U 92 |
| Прометий Pm 61 | Нептуний Np 93 |
| Самарий Sm 62 | Плутоний Pu 94 |
| Европий Eu 63 | Америций Am 95 |
| Гадолиний Gd 64 | Кюрий Cm 96 |
| Тербий Tb 65 | Берклий Bk 97 |
| Диспрозий Dy 66 | Калифорний Cf 98 |
| Гольмий Ho 67 | Эйнштейний Es 99 |
| Эрбий Er 68 | Фермий Fm 100 |
| Тулий Tm 69 | Менделевий Md 101 |
| Иттербий Yb 70 | Нобелий No 102 |
Галогены и благородные газы
Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы. Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке. В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е. ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.
Показать / Скрыть текст
| Галогены | Благородные газы |
| Фтор F 9 | Гелий He 2 |
| Хлор Cl 17 | Неон Ne 10 |
| Бром Br 35 | Аргон Ar 18 |
| Йод I 53 | Криптон Kr 36 |
| Астат At 85 | Ксенон Xe 54 |
| — | Радон Rn 86 |
Переходные металлы
Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.
Показать / Скрыть текст
| Переходные металлы |
| Скандий Sc 21 |
| Титан Ti 22 |
| Ванадий V 23 |
| Хром Cr 24 |
| Марганец Mn 25 |
| Железо Fe 26 |
| Кобальт Co 27 |
| Никель Ni 28 |
| Медь Cu 29 |
| Цинк Zn 30 |
| Иттрий Y 39 |
| Цирконий Zr 40 |
| Ниобий Nb 41 |
| Молибден Mo 42 |
| Технеций Tc 43 |
| Рутений Ru 44 |
| Родий Rh 45 |
| Палладий Pd 46 |
| Серебро Ag 47 |
| Кадмий Cd 48 |
| Лютеций Lu 71 |
| Гафний Hf 72 |
| Тантал Ta 73 |
| Вольфрам W 74 |
| Рений Re 75 |
| Осмий Os 76 |
| Иридий Ir 77 |
| Платина Pt 78 |
| Золото Au 79 |
| Ртуть Hg 80 |
| Лоуренсий Lr 103 |
| Резерфордий Rf 104 |
| Дубний Db 105 |
| Сиборгий Sg 106 |
| Борий Bh 107 |
| Хассий Hs 108 |
| Мейтнерий Mt 109 |
| Дармштадтий Ds 110 |
| Рентгений Rg 111 |
| Коперниций Cn 112 |
Металлоиды
Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.
Показать / Скрыть текст
| Металлоиды |
| Бор B 5 |
| Кремний Si 14 |
| Германий Ge 32 |
| Мышьяк As 33 |
| Сурьма Sb 51 |
| Теллур Te 52 |
| Полоний Po 84 |
Постпереходными металлами
Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску. В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке. Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.
Показать / Скрыть текст
| Постпереходные металлы |
| Алюминий Al 13 |
| Галлий Ga 31 |
| Индий In 49 |
| Олово Sn 50 |
| Таллий Tl 81 |
| Свинец Pb 82 |
| Висмут Bi 83 |
Неметаллы
Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).
Показать / Скрыть текст
| Неметаллы |
| Водород H 1 |
| Углерод C 6 |
| Азот N 7 |
| Кислород O 8 |
| Фосфор P 15 |
| Сера S 16 |
| Селен Se 34 |
| Флеровий Fl 114 |
| Унунсептий Uus 117 |
А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.
Отлично, первый шаг на пути к знаниям сделан. Теперь вы более-менее ориентируетесь в таблице Менделеева и это вам очень даже пригодится, ведь Периодическая система Менделеева является фундаментом, на котором стоит эта удивительная наука.
Источник
Периодическая система химических элементов
Д. И. Менделеева
Основные понятия:
1. Порядковый номер химического элемента – номер, данный элементу при его
нумерации. Показывает общее число электронов в атоме и число протонов в
ядре, определяет заряд ядра атома данного химического элемента.
2. Период – химические элементы, расположенные в строчку
(периодов всего 7). Период определяет количество энергетических уровней в атоме.
Малые периоды (1 – 3) включают только s- и p- элементы
(элементы главных подгрупп) и состоят из одной строчки; большие (4 – 7)
включают не только s- и p- элементы (элементы главных
подгрупп), но и d- и f- элементы (элементы побочных
подгрупп) и состоят из двух строчек.
3. Группы – химические элементы, расположенные в столбик (групп
всего 8). Группа определяет количество электронов внешнего уровня для
элементов главных подгрупп, а так же число валентных электронов в атоме
химического элемента.
Главная подгруппа (А) – включает элементы больших и малых
периодов (только s- и p- элементы).
Побочная подгруппа (В) – включает элементы только больших
периодов (только d- или f- элементы).
4. Относительная атомная масса (Ar) – показывает, во сколько раз данный атом
тяжелее 1/12 части атома 12С, это безразмерная величина (для
расчётов берут округлённое значение).
5. Изотопы – разновидность атомов одного и того же химического
элемента, отличающиеся друг от друга только своей массой, с одинаковым
порядковым номером.
Строение атома
Основные понятия:
1. Электронное облако – это модель квантовой механики,
описывающая движение электрона в атоме.
2. Орбиталь (s, p, d, f) – часть атомного пространства, в котором вероятность
нахождения данного электрона наибольшая (~ 90%).
3. Энергетический уровень – это энергетический слой с
определённым уровнем энергии находящихся на нём электронов.
Число энергетических уровней в атоме химического
элемента равно номеру периода, в котором этот элемент расположен.
4. Максимально возможное число электронов на данном энергетическом уровне
определяется по формуле:
N = 2n2 , где n – номер периода
5. Распределение орбиталей по уровням представлено схемой:
6. Химический элемент – это вид атомов с определённым
зарядом ядра.
7. Состав атома:
Частица | Заряд | Масса | ||
Кл | условные единицы | г | а.е.м. | |
Электрон (ē) | -1.6 ∙ 10 -19 | -1 | 9.10 ∙ 10-28 | 0.00055 |
Протон (p) | 1.6 ∙ 10 -19 | +1 | 1.67 ∙ 10-24 | 1.00728 |
Нейтрон (n) | 1.67 ∙ 10-24 | 1.00866 | ||
8. Состав атомного ядра:
·В состав ядра входят элементарные частицы –
протоны (p) и нейтроны
(n).
·Т.к. практически вся масса атома сосредоточена в ядре, то округлённое
значение Ar химического элемента равно сумме
протонов и нейтронов в ядре.
9. Общее число электронов в электронной оболочке атома равно числу протонов в
ядре и порядковому номеру химического элемента.
Порядок
заполнения уровней и подуровней электронами
I. Электронные формулы атомов химических элементов
составляют в следующем порядке:
·
Сначала по
номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева определяют общее число электронов в
атоме;
·
Затем по
номеру периода, в котором расположен элемент, определяют число энергетических
уровней;
·
Уровни
разбивают на подуровни и орбитали, и заполняют их электронами в соответствии Принципом
наименьшей энергии
·
Для удобства
электроны можно распределить по энергетическим уровням, воспользовавшись
формулой N=2n2 и с учётом того, что:
1. у
элементов главных подгрупп (s-;p-элементы) число электронов на
внешнем уровне равно номеру группы.
2. у
элементов побочных подгрупп на внешнем уровне обычно два
электрона (исключение составляют атомы Cu, Ag, Au, Cr, Nb, Mo, Ru, Rh, у которых на внешнем уровне один
электрон, у Pd на внешнем уровне ноль электронов);
3. число
электронов на предпоследнем уровне равно общему числу электронов в атоме минус
число электронов на всех остальных уровнях.
II. Порядок заполнения электронами атомных орбиталей
определяется:
1.Принципом
наименьшей энергии
Шкала
энергий:
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s…
2. Состояние
атома с полностью или наполовину заполненным подуровнем (т. е. когда на
каждой орбитали имеется по одному неспаренному электрону) является более
устойчивым.
Этим
объясняется «провал» электрона. Так, устойчивому состоянию атома хрома
соответствует следующее распределение электронов:
Cr: 1s22s22p63s23p64s13d5, ане 1s22s22p63s23p64s23d4,
т. е.
происходит «провал» электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень.
III. Семейства химических элементов.
– Элементы,
в атомах которых происходит заполнение электронами s-подуровня внешнего
энергетического уровня, называются s-элементами. Это первые 2 элемента
каждого периода, составляющие главные подгруппы I иII групп.
– Элементы,
в атомах которых электронами заполняется p-подуровень внешнего
энергетического уровня, называются p-элементами. Это последние 6 элементов
каждого периода (за исключением Iи VII), составляющие главные подгруппы III–VIII групп.
– Элементы,
в которых заполняется d-подуровень второго снаружи
уровня, называются d-элементами. Это элементы вставных декад IV, V, VI периодов.
– Элементы,
в которых заполняется f-подуровень третьего снаружи уровня,
называются f-элементами. К f-элементам относятся лантаноиды и
актиноиды.
Периодический закон Д. И. Менделеева
1 марта 1869г. Формулировка периодического закона Д.И.
Менделеева.
Свойства простых веществ, а также формы и свойства
соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных
весов элементов.
Современная формулировка периодического закона.
Свойства химических элементов и их соединений
находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов,
выражающейся в периодической повторяемости структуры внешней валентной
электронной оболочки.
Основные положения
1. В периоде слева направо:
1)
Относительная атомная масса – увеличивается
2)
Заряд ядра – увеличивается
3)
Количество энергоуровней – постоянно
4)
Количество электронов на внешнем уровне – увеличивается
5)
Радиус атомов – уменьшается
6)
Электроотрицательность – увеличивается
Следовательно, внешние электроны
удерживаются сильнее, и металлические (восстановительные) свойства ослабевают,
а неметаллические (окислительные) усиливаются.
2. В группе, в главной подгруппе
сверху вниз:
1)
Относительная атомная масса – увеличивается
2)
Число электронов на внешнем уровне – постоянно
3)
Заряд ядра – увеличивается
4)
Количество энергоуровней – увеличивается
5)
Радиус атомов – увеличивается
6)
Электроотрицательность – уменьшается.
Следовательно, внешние электроны
удерживаются слабее, и металлические (восстановительные) свойства элементов усиливаются,
неметаллические (окислительные) –
ослабевают.
3.
Изменение свойств летучих водородных соединений:
1) в группах главных подгруппах с
ростом заряда ядра прочность летучих водородных соединений уменьшается, а
кислотные свойства их водных растворов усиливаются (основные свойства
уменьшаются);
2) в периодах слева направо
кислотные свойства летучих водородных соединений в водных растворах усиливаются
(основные уменьшаются), а прочность уменьшается;
3) в группах с ростом заряда ядра в главных
подгруппах валентность элемента в летучих
водородных соединениях не изменяется, в периодах слева направо уменьшается от IV до I.
4.
Изменение свойств высших оксидов и соответствующих им гидроксидов (кислородсодержащие
кислоты неметаллов и основания металлов):
1) в периодах слева направо свойства
высших оксидов и соответствующих им гидроксидов изменяются от основных через
амфотерные к кислотным;
2) кислотные свойства высших оксидов
и соответствующих им гидроксидов с ростом заряда ядра в периоде усиливаются,
основные уменьшаются, прочность уменьшается;
3) в группах главных подгруппах у
высших оксидов и соответствующих им гидроксидов с ростом заряда ядра прочность
растёт, кислотные свойства уменьшаются, основные усиливаются;
4) в группах с ростом заряда ядра в главных
подгруппах валентность элемента в высших оксидах не изменяется, в периодах слева
направо увеличивается от I
до VIII.
5. Завершенность внешнего уровня –
если на внешнем уровне атома 8 электронов (для водорода и гелия 2 электрона)
6. Металлические свойства – способность атома
отдавать электроны до завершения внешнего уровня.
7. Неметаллические свойства – способность атома
принимать электроны до завершения внешнего уровня.
8. Электроотрицательность – способность атома в молекуле
притягивать к себе электроны
9. Семейства элементов:
Щелочные
металлы (1 группа «А») – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Галогены
(7 группа «А») – F, Cl, Br, I
Инертные
газы (8 группа «А») – He, Ne, Ar, Xe, Rn
Халькогены
(6 группа «А») – O,
S,
Se,
Te,
Po
Щелочноземельные
металлы (2 группа «А») – Ca, Sr, Ba, Ra
10. Радиус атома – расстояние от ядра атома
до внешнего уровня
План – алгоритм характеристики элемента по его положению в ПСХЭ Д. И. Менделеева
Задания для закрепления:
Источник