У какого атома больше выражены металлические свойства

Периодическая таблица Дмитрия Ивановича Менделеева очень удобна и универсальна в своём использовании. По ней можно определить некоторые характеристики элементов, и что самое удивительное, предсказать некоторые свойства ещё неоткрытых, не обнаруженных учёными, химических элементов (например, мы знаем некоторые свойства предполагаемого унбигексия, хотя его ещё не открыли и не синтезировали).

Что такое металлические и неметаллические свойства

Эти свойства зависят от способности элемента отдавать или притягивать к себе электроны. Важно запомнить одно правило, металлы – отдают электроны, а неметаллы – принимают. Соответственно металлические свойства – это способность определённого химического элемента отдавать свои электроны (с внешнего электронного облака) другому химическому элементу. Для неметаллов всё в точности наоборот. Чем легче неметалл принимает электроны, тем выше его неметаллические свойства.

Металлы никогда не примут электроны другого химического элемента. Такое характерно для следующих элементов;

• натрия;
• калия;
• лития;
• франция и так далее.

С неметаллами дела обстоят похожим образом. Фтор больше всех остальных неметаллов проявляет свои свойства, он может только притянуть к себе частицы другого элемента, но ни при каких условиях не отдаст свои. Он обладает наибольшими неметаллическими свойствами. Кислород (по своим характеристикам) идёт сразу же после фтора. Кислород может образовывать соединение с фтором, отдавая свои электроны, но у других элементов он забирает отрицательные частицы.

Список неметаллов с наиболее выраженными характеристиками:

1. фтор;
2. кислород;
3. азот;
4. хлор;
5. бром.

Неметаллические и металлические свойства объясняются тем, что все химические вещества стремятся завершить свой энергетический уровень. Для этого на последнем электронном уровне должно быть 8 электронов. У атома фтора на последней электронной оболочке 7 электронов, стремясь завершить ее, он притягивает ещё один электрон. У атома натрия на внешней оболочке один электрон, чтобы получить 8, ему проще отдать 1, и на последнем уровне окажется 8 отрицательно заряженных частиц.

Благородные газы не взаимодействуют с другими веществами именно из-за того, что у них завершён энергетический уровень, им не нужно ни притягивать, ни отдавать электроны.

Как изменяются металлические свойства в периодической системе

Периодическая таблица Менделеева состоит из групп и периодов. Периоды располагаются по горизонтали таким образом, что первый период включает в себя: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и так далее. Химические элементы располагаются строго по увеличению порядкового номера.

Группы располагаются по вертикали таким образом, что первая группа включает в себя: литий, натрий, калий, медь, рубидий, серебро и так далее. Номер группы указывает на количество отрицательных частиц на внешнем уровне определённого химического элемента. В то время, как номер периода указывает на количество электронных облаков.

Металлические свойства усиливаются в ряду справа налево или, по-другому, ослабевают в периоде. То есть магний обладает большими металлическими свойствами, чем алюминий, но меньшими, нежели натрий. Это происходит потому, что в периоде количество электронов на внешней оболочке увеличивается, следовательно, химическому элементу сложнее отдавать свои электроны.

В группе все наоборот, металлические свойства усиливаются в ряду сверху вниз. Например, калий проявляется сильнее, чем медь, но слабее, нежели натрий. Объяснение этому очень простое, в группе увеличивается количество электронных оболочек, а чем дальше электрон находится от ядра, тем проще элементу его отдать. Сила притяжения между ядром атома и электроном в первой оболочке больше, чем между ядром и электроном в 4 оболочке.

Сравним два элемента – кальций и барий. Барий в периодической системе стоит ниже, чем кальций. А это значит, что электроны с внешней оболочки кальция расположены ближе к ядру, следовательно, они лучше притягиваются, чем у бария.

Сложнее сравнивать элементы, которые находятся в разных группах и периодах. Возьмём, к примеру, кальций и рубидий. Рубидий будет лучше отдавать отрицательные частицы, чем кальций. Так как он стоит ниже и левее. Но пользуясь только таблицей Менделеева нельзя однозначно ответить на этот вопрос сравнивая магний и скандий (так как один элемент ниже и правее, а другой выше и левее). Для сравнения этих элементов понадобятся специальные таблицы (например, электрохимический ряд напряжений металлов).

Как изменяются неметаллические свойства в периодической системе

Неметаллические свойства в периодической системе Менделеева изменяются с точностью до наоборот, нежели металлические. По сути, эти два признака являются антагонистами.

Неметаллические свойства усиливаются в периоде (в ряду справа налево). Например, сера способна меньше притягивать к себе электроны, чем хлор, но больше, нежели фосфор. Объяснение этому явлению такое же. Количество отрицательно заряженных частиц на внешнем слое увеличивается, и поэтому элементу легче закончить свой энергетический уровень.

Неметаллические свойства уменьшаются в ряду сверху вниз (в группе). Например, фосфор способен отдавать отрицательно заряженные частицы больше, чем азот, но при этом способен лучше притягивать, нежели мышьяк. Частицы фосфора притягиваются к ядру лучше, чем частицы мышьяка, что даёт ему преимущество окислителя в реакциях на понижение и повышение степени окисления (окислительно-восстановительные реакции).

Сравним, к примеру, серу и мышьяк. Сера находится выше и правее, а это значит, что ей легче завершить свой энергетический уровень. Как и металлы, неметаллы сложно сравнивать, если они находятся в разных группах и периодах. Например, хлор и кислород. Один из этих элементов выше и левее, а другой ниже и правее. Для ответа придётся обратиться к таблице электроотрицательности неметаллов, из которой мы видим, что кислород легче притягивает к себе отрицательные частицы, нежели хлор.

Периодическая таблица Менделеева помогает узнать не только количество протонов в атоме, атомную массу и порядковый номер, но и помогает определить свойства элементов.

Видео

Видео поможет вам разобраться в закономерности свойств химических элементов и их соединений по периодам и группам.

В настоящий момент науке известно сто пять химических элементов, систематизированных в виде периодической таблицы. Подавляющее большинство из них причисляют к металлам, что подразумевает наличие у этих элементов особых качеств. Это так называемые металлические свойства. К таким характеристикам, в первую очередь, относятся пластичность, повышенная тепло- и электропроводимость, способность к образованию сплавов, низкое значение потенциала ионизации. 

Металлические свойства того или иного элемента обусловлены способностью его атомов при возникновении взаимодействия с атомными структурами других элементов смещать в их направлении электронные облака или же «отдавать» им свои свободные электроны. Самыми активными металлами являются те, что имеют низкую энергию ионизации и электроотрицательность. Также ярко выраженные металлические свойства характерны для элементов, имеющих максимально большой радиус атома и предельно малое число внешних (валентных) электронов.

По мере наполнения валентной орбиты количество электронов во внешнем слое атомной структуры возрастает, и радиус, соответственно, уменьшается. В связи с этим атомы начинают стремиться к присоединению свободных электронов, а не к их отдаче. Металлические свойства таких элементов приобретают тенденцию к уменьшению, а их неметаллические свойства – к увеличению. И, наоборот, при увеличении атомного радиуса отмечается усиление металлических свойств. Поэтому характерной общей чертой всех металлов являются, так называемые, восстановительные качества – та самая способность атома отдавать свободные электроны.

Наиболее ярко металлические свойства элементов проявляются у веществ первой, второй групп главных подгрупп периодической таблицы, а также у щелочных и щелочноземельных металлов. Но самые сильные восстановительные качества наблюдаются у франция, а в водной среде – у лития благодаря более высокому показателю энергии гидратации.

Количество элементов, у которых проявляются металлические свойства, в пределах периода возрастает с увеличением номера периода. В периодической таблице металлы от неметаллов отделены диагональной линией, которая тянется от бора к астату. По этой разделительной черте расположены элементы, у которых в равной степени проявляются и те, и другие качества. К таким веществам относятся кремний, мышьяк, бор, германий, астат, сурьма и теллур. Данная группа элементов называется металлоидами.

Каждый период характеризуется наличием своеобразной «пограничной зоны», в которой располагаются элементы с двойственными качествами. Следовательно, переход от ярко выраженного металла к типичному неметаллу осуществляется постепенно, что и нашло отражение в периодической таблице.

Общие свойства металлических элементов (высокая электропроводимость, теплопроводность, ковкость, характерный блеск, пластичность и др.) обусловлены схожестью их внутреннего строения, а точнее – наличием кристаллической решетки. Однако существует немало качеств (плотность, твердость, температура плавления), которые придают всем металлам сугубо индивидуальные физико-химические свойства. Эти характеристики зависят от строения кристаллической решетки каждого конкретного элемента.

3.6.  Зависимость свойств элементов от строения их
атомов

Теория
строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов при
увеличении порядкового номера.

Важнейшими
свойствами элементов являются металличность
(металлические свойства) и неметалличность
(неметаллические свойства).

Металличность – это
способность атомов элемента отдавать электроны. Количественной характеристикой
металличности элемента является энергия ионизации.

Энергия
ионизации атома
– это количество энергии, которое необходимо для отрыва электрона от атома
элемента, т.е. для превращения атомов в положительно заряженный ион:

Чем
меньше энергия ионизации, тем легче атом отдает электрон, тем сильнее
металлические свойства элемента.

Неметалличность – это
способность атомов элемента присоединять
электроны.

Количественной
характеристикой неметалличности элемента является сродство к электрону (Еср).

Сродство к
электрону – это энергия, которая выделяется при присоединении электрона к
нейтральному атому, т.е.  при превращении
атомов в отрицательно заряженный ион: 

Чем
больше сродство к электрону, тем легче атом присоединяет электрон, тем сильнее
неметаллические свойства элемента. Универсальной  характеристикой металличности и
неметалличности элементов является электроотрицательность элемента (ЭО).

Электроотрицательность
элемента характеризует способность его атомов притягивать к себе электроны,
которые участвуют в образовании химических связей с другими атомами в молекуле.

Чем
больше металличность, тем меньше ЭО.

Чем
больше неметалличность, тем больше ЭО.

При
определении значений относительной электроотрицательности различных элементов
за единицу принята ЭО лития.

Рассмотрим,
как изменяются некоторые характеристики элементов в малых периодах слева направо:

В больших
периодах
с увеличением заряда ядер электронное строение атомов изменяется сложнее, чем в
малых периодах. Поэтому и изменение свойств элементов в больших периодах более
сложное.

Рассмотрим
это изменение свойств на примере четвертого периода. Он начинается, как и малые
периоды, двумя s-элементами – К и Са, в атомах которых на внешнем слое
находится соответственно 1 и 2 электрона. Эти элементы имеют наибольшие радиусы
атомов среди всех элементов IV периода, поэтому электроны внешнего слоя слабо
связаны с атомами, и эти элементы являются типичными металлами. Эти элементы
имеют самые низкие в IV периоде значения ЭО.

Рассмотрим,
как изменяются некоторые характеристики элементов в главных подгруппах сверху
вниз:

В малых периодах
закономерно изменяется высшая
валентность элементов: во втором периоде от I у Li до  V у  N;
в третьем периоде от  I у Na до  VII  у
Cl. В большом четвертом периоде высшая валентность увеличивается от I у K  до  VII
у Mn; у следующих элементов она понижается до II у  Zn, а потом снова увеличивается от III у  Ga 
до  VII у  Br.

Периодическое
изменение высшей валентности объясняется периодическим изменением числа валентных электронов в атомах.

Валентные
электроны
– это электроны, которые могут участвовать в образовании химических связей.

В атомах s-
и  p-элементов валентными
являются, как правило, все электроны внешнего слоя.

В атомах d-элементов
валентными являются электроны внешнего слоя, а также все или некоторые d-электроны
предвнешнего слоя.

Число
валентных электронов для большинства элементов равно номеру группы.

УПРАЖНЕНИЯ

Решение:

N < P < As
< Sb < Bi → металлические свойства возрастают так как:
На внешнем энергетическом уровне у всех элементов по 5 электронов, но от N до
Bi возрастают радиусы атомов. 
Чем больше радиус атома, тем слабее притяжение внешних электронов к ядру, тем
сильнее проявляются металлические свойства (способность отдавать электроны).

_____________________________________________________________

Решение:

Na
< Mg < Al < Si < P < S < Cl → неметаллические свойства
возрастают так как:
Число энергетических уровней постоянно. 
Увеличивается число электронов на внешнем
уровне, и увеличивается заряд ядра. (от 11 у Na до 17 у Cl )
Следовательно притяжение электронов к ядру
увеличивается, и радиус, немного уменьшается.

Из-за усиления притяжения электронов к ядру
металлические свойства (способность отдавать электроны) уменьшается, а
неметаллические свойства увеличиваются.

_____________________________________________________________

Решение:

B2O3 < BeO < Li2O  →
основные свойства возрастают.

H3BO3  – борная
кислота, характер кислотный. 
Be(OH)2 –
гидроксид бериллия, характер амфотерный. 
LiOH – гидроксид лития,
характер основный.

_____________________________________________________________

ЗАДАНИЯ  ДЛЯ  САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
РЕШЕНИЯ

Объясните ответ.

Ответы: