Строение периодической системы
Положение химического элемента в периодической системе помогает определить строение его атома: число электронных слоёв, число электронов на внешнем слое и примерное положение элемента среди металлов и неметаллов. Особенно важно уметь читать период и группу и сравнивать элементы, например Al, Si и P.
Что показывают период и группа
Периодическая таблица построена так, что элементы расположены по возрастанию заряда ядра, то есть порядкового номера. Порядковый номер элемента равен числу протонов в ядре нейтрального атома и числу электронов в его электронной оболочке.
Период — горизонтальный ряд элементов в периодической системе. Номер периода показывает число занятых электронных слоёв в атоме элемента.
Группа периодической системы — вертикальный столбец элементов. Для элементов главных подгрупп номер группы обычно связан с числом электронов на внешнем электронном слое.
Например, алюминий Al имеет порядковый номер 13 и находится в 3-м периоде, III группе (13-й группе по современной нумерации). Значит, в его атоме заняты три электронных слоя, а на внешнем слое находятся три электрона. Кремний Si и фосфор P также находятся в 3-м периоде, поэтому у них одинаковое число электронных слоёв — три.
Здесь \(Z\) — порядковый номер, \(p\) — число протонов, \(e\) — число электронов в нейтральном атоме. Для иона равенство \(p=e\) уже не выполняется: у положительного иона электронов меньше, а у отрицательного — больше.
Как читать положение элемента
Чтобы охарактеризовать атом по таблице, действуйте в определённом порядке:
- Найдите порядковый номер элемента. Он даёт заряд ядра и число электронов в нейтральном атоме.
- Определите номер периода. Это число занятых электронных слоёв.
- Определите номер группы. Для главных групп он позволяет установить число электронов на внешнем слое.
- Запишите распределение электронов по слоям и сравните атом с соседними элементами.
Для элементов главных подгрупп номер периода равен числу электронных слоёв, а число электронов на внешнем слое обычно соответствует номеру группы: у элементов I группы — 1, II группы — 2, III группы — 3 и так далее. Для элементов VIII группы внешнее заполнение обычно связано с 8 электронами, но у гелия — 2 электрона.
| Элемент | Порядковый номер | Период | Электроны по слоям | Электронов на внешнем слое |
|---|---|---|---|---|
| Al | 13 | 3 | 2, 8, 3 | 3 |
| Si | 14 | 3 | 2, 8, 4 | 4 |
| P | 15 | 3 | 2, 8, 5 | 5 |
В одном периоде с увеличением порядкового номера электроны добавляются на один и тот же внешний слой. Поэтому в ряду Al → Si → P число электронов на внешнем слое увеличивается: \(3 \to 4 \to 5\). Это важная закономерность для заданий, где нужно выбрать правильный порядок элементов или определить изменение их свойств.
Сколько электронных слоёв и электронов на внешнем слое имеет атом кремния Si?
Разбор ряда Al, Si, P
Рассмотрим типичное задание: расположить элементы Al, Si и P в порядке увеличения числа электронов на внешнем электронном слое или определить, у какого атома внешний слой заполнен сильнее.
Определите число электронных слоёв и электронов на внешнем слое у Al, Si и P. Расположите элементы в порядке увеличения числа электронов на внешнем слое.
Ответ: у всех трёх атомов по три электронных слоя. На внешнем слое у Al — 3 электрона, у Si — 4, у P — 5. Порядок увеличения числа внешних электронов: Al, Si, P.
В ряду Al → Si → P постепенно ослабевают металлические свойства и усиливаются неметаллические. Алюминий — металл, кремний проявляет свойства элемента, находящегося между металлами и неметаллами, а фосфор — неметалл. Подробные изменения свойств рассматриваются в теме закономерности изменения свойств элементов.
Период, электронные слои и строение атома
Электронные слои обозначают номерами \(1, 2, 3\) и так далее, считая от ядра. Первый слой может содержать не более 2 электронов, второй — не более 8 электронов для элементов, изучаемых на базовом уровне. При движении по периоду сначала заполняется внешний слой уже существующего атома, а не появляется новый слой.
Эта формула позволяет быстро ответить на вопрос о числе электронных слоёв. Например, атомы элементов 2-го периода имеют два слоя, а атомы элементов 4-го периода — четыре. Важно не путать номер периода с числом всех электронов: у натрия период 3, но электронов у нейтрального атома 11.
При переходе слева направо в пределах одного периода порядковый номер увеличивается на единицу, поэтому увеличивается и число электронов в атоме. Число слоёв остаётся тем же, а число электронов на внешнем слое возрастает. Именно поэтому элементы одного периода имеют одинаковое число электронных слоёв, но различаются строением внешнего слоя.
Если элементы находятся в одном периоде, сначала проверьте их группы. Чем правее расположен элемент главной группы, тем больше электронов на его внешнем слое. Для ряда Al, Si, P достаточно увидеть последовательность III, IV, V групп.
Что ещё можно определить по таблице
По порядковому номеру можно установить заряд ядра и общее число электронов нейтрального атома. По периоду — число занятых слоёв. По группе главной подгруппы — число внешних электронов. Эти сведения помогают составить простую характеристику элемента и его атома.
- Al: \(Z=13\), заряд ядра \(+13\), 13 электронов, 3 слоя, 3 внешних электрона.
- Si: \(Z=14\), заряд ядра \(+14\), 14 электронов, 3 слоя, 4 внешних электрона.
- P: \(Z=15\), заряд ядра \(+15\), 15 электронов, 3 слоя, 5 внешних электронов.
Полное описание строения ядра и электронов дано на страницах строение атома и электронная оболочка атома. При решении задач не смешивайте строение атома с составом вещества: для этого нужна химическая формула вещества.
1. Путают период и группу: период — горизонтальный ряд и число слоёв, группа — вертикальный столбец и число внешних электронов для главных групп. 2. Принимают порядковый номер за число электронов на внешнем слое. 3. Считают, что номер группы всегда равен числу электронов на внешнем слое без исключений и без уточнения типа группы. 4. Забывают, что для иона число электронов не равно порядковому номеру элемента. 5. В ряду Al, Si, P сравнивают общее число электронов, хотя обычно требуется сравнить внешние электроны.
Быстрая проверка
Главное
- Период — горизонтальный ряд; его номер показывает число занятых электронных слоёв.
- Группа — вертикальный столбец; для главных групп номер связан с числом электронов на внешнем слое.
- Порядковый номер равен числу протонов и числу электронов в нейтральном атоме.
- В ряду Al, Si, P все атомы имеют по три слоя, а внешних электронов становится больше: \(3, 4, 5\).
- Для характеристики элемента последовательно определяйте порядковый номер, период, группу и электронную схему.