Периодическая система химических элементов

Периодическая система показывает, как связаны свойства химических элементов с зарядом их атомных ядер и строением электронных оболочек. Научившись определять по таблице порядковый номер, период, группу и характер элемента, можно решать задания на сравнение свойств, определение металла или неметалла и распознавание рядов элементов.

Что показывает периодическая система

Каждая клетка таблицы соответствует одному химическому элементу. Обычно в клетке указаны его химический символ, название и относительная атомная масса. Главное число — порядковый номер элемента, или зарядовое число \(Z\). Он равен числу протонов в ядре атома и определяет, какой это элемент.

Например, у алюминия \(Al\) порядковый номер 13. Значит, в ядре его атома 13 протонов, а в нейтральном атоме — 13 электронов. Число нейтронов находят по массовому числу: \(N_n=A-Z\), если массовое число изотопа известно.

Периоды и группы

Горизонтальные ряды таблицы называют периодами. Номер периода показывает число занятых электронных слоёв в атоме. Поэтому атомы элементов третьего периода имеют три электронных слоя, а атомы второго периода — два.

Вертикальные столбцы называют группами. В школьных задачах для элементов главных подгрупп номер группы часто позволяет определить число электронов на внешнем уровне. Например, у натрия из 1-й группы один внешний электрон, у магния из 2-й группы — два, у хлора из 17-й группы — семь.

Строение таблицы и деление на периоды, группы, главные и побочные подгруппы разобраны на странице строение периодической системы. Для первых 20 элементов удобно записывать распределение электронов по слоям: 2, 8, 8, 2. Например, у фосфора \(P\) с номером 15 распределение электронов равно \(2,8,5\).

Изменение свойств в таблице

В периоде слева направо постепенно увеличивается заряд ядра и число электронов на внешнем слое. Поэтому металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются. Например, в третьем периоде расположены \(Na\), \(Mg\), \(Al\), \(Si\), \(P\), \(S\), \(Cl\), \(Ar\): слева находятся активные металлы, затем встречаются переходные по свойствам элементы, справа — неметаллы и благородный газ.

В группе сверху вниз увеличивается число электронных слоёв и радиус атома. Металлические свойства обычно усиливаются, а неметаллические ослабевают. Так, калий проявляет более сильные металлические свойства, чем натрий, потому что находится ниже него в 1-й группе.

Эти закономерности помогают сравнивать элементы без запоминания всех их свойств. Если элементы стоят в одном периоде, сравнивают их положение слева и справа. Если в одной группе — смотрят, какой элемент расположен выше или ниже.

Как решать задания по положению элемента

В заданиях могут попросить выбрать правильную последовательность элементов, определить элемент по периоду и группе или сравнить свойства. Решение удобно строить по одному алгоритму.

1. Найдите элементы в таблице и проверьте их порядковые номера.
2. Определите, находятся ли они в одном периоде или одной группе.
3. Для одного периода оцените направление слева направо; для одной группы — сверху вниз.
4. Сформулируйте вывод: возрастает или убывает металлический характер, неметаллические свойства или радиус атома.
5. Если требуется ряд, расположите элементы в порядке изменения нужного свойства и проверьте каждый соседний переход.

Следовательно, поисковый запрос «в ряду химических элементов Al Si P» связан с распознаванием положения элементов в третьем периоде. Такой ряд идёт слева направо и соответствует усилению неметаллических свойств.

Связь с электронным строением

Положение элемента нельзя рассматривать отдельно от строения атома. Электроны находятся на электронных слоях, а внешние электроны определяют способность атома вступать в химические реакции. Поэтому сведения об электроне, протонах и нейтронах помогают понять смысл порядкового номера и номера периода.

Для элементов главных подгрупп число внешних электронов связано с номером группы. Атомы стремятся получить более устойчивое строение внешнего слоя: отдавать, принимать или совместно использовать электроны. Из этого объясняются валентность и возможные степени окисления, которые изучаются на страницах валентность и степень окисления.