В группах с увеличением порядкового номера

Видеоурок: Изменение свойств элементов и их соединений по периодам и группам

Лекция: Закономерности изменения свойств элементов и их соединений по периодам и группам

Закон Д.И. Менделеева

Русский ученый Д. И. Менделеев успешно работал во многих областях науки. Однако наибольшую известность ему принесло уникальное открытие периодического закона химических элементов в 1869 г. Изначально, он звучал таким образом: «Свойства всех элементов, а вследствие и качества образуемых ими простых, а также сложных веществ, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». 

В настоящее время формулировка закона иная. Дело в том, что во времена открытия закона ученые не имели представления о строении атома, а за атомный вес принимался вес химического элемента. Впоследствии активного изучения атома и получения новых сведений о его строении, был выведен закон, имеющий актуальность в наши дни: «Свойства атомов хим. элементов и образованных ими простых веществ в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов».

Закон так же выражен графически. Наглядно его изображает таблица:

Периодическая таблица Д.И. Менделеева

На данном уроке мы научимся извлекать из неё важную и нужную для постижения науки информацию. В ней вы видите строки. Это периоды. Всего их семь. Вспомните из предыдущего урока, что номер каждого периода демонстрирует количество энергетических уровней, на которых размещаются электроны атома химического элемента. Например, натрий (Na) и магний (Mg) находятся в третьем периоде, значит их электроны размещены на трех энергетических уровнях. Все периоды, за исключением 1 – го берут начало со щелочного металла, и завершаются благородным газом.

Электронная конфигурация:

• щелочного металла — ns¹,

• благородного газа — ns²p⁶, за исключением гелия (Не) — 1s².

Где n — является номером периода.  

Еще мы видим в таблице вертикальные столбцы – это группы. В одних таблицах вы можете увидеть 18 групп, нумерованных арабскими цифрами. Такая форма таблица называется длинной, она появилась после обнаружения отличий d-элементов от s- и p-элементов. Но традиционной, созданной Менделеевым является короткая форма, где элементы сгруппированы в 8 групп, нумерованных римскими цифрами:

В дальнейшем мы будем пользоваться уже знакомой и привычной для вас короткой таблицей.

• В главную входят электроны s- и p-подуровней. Это подгруппы IА, IIА, IIIА, IVА, VА, VIА, VIIА и VIIIА. Например, аллюминий (Al) – элемент главной подгруппы III группы имеет … 3s² 3p¹  валентных электрона. 

• Элементы, располагающиеся в побочных подгруппах, содержат электроны d — подуровня. Побочными являются группы IБ, IIБ, IIIБ, IVБ, VБ, VIБ, VIIБ и VIIIБ. Например, марганец (Mn) – элемент главной подгруппы VII группы имеет …3d⁵ 4s² валентных электрона.

• В короткой таблице s- элементы обозначены красным, p-элементы желтым, d-элементы синим и f-элементы белым цветами.

• Какую еще информацию мы можем извлечь из таблицы? Вы видите, что каждому элементу присвоен порядковый номер. Тоже не случайно. Судя по номеру элемента, мы можем судить о количестве электронов в атоме данного элемента. К примеру, кальций (Ca) находится под номером 20, значит электронов в его атоме 20.

Но следует помнить, что численность валентных электронов периодически меняется. Связанно это с периодическими изменениями электронных оболочек. Так, при перемещении вниз по подгруппе атомные радиусы всех химических элементов начинают расти. Потому что растет количество электронных слоев. Если же перемещаться горизонтально по одному ряду радиус атома уменьшается. Почему так происходит? А связанно это с тем, что при заполнении одной электронной оболочки атома, происходящем поочередно, ее заряд возрастает. Это приводит к увеличению взаимопритяжения электронов и их сжиманию вокруг ядра.

Еще из таблицы можно сделать и такой вывод, чем выше порядковый номер элемента, тем меньше радиус атома. Почему? Дело в том, что при увеличении общего количества электронов, происходит уменьшение радиуса атома. Чем больше электронов, тем выше энергия их связи с ядром. Например, ядро атома фосфора (Р) намного сильнее удерживает электроны своего внешнего уровня, чем ядро атома натрия (Na), имеющего один электрон на внешнем уровне. И если атомы фосфора и натрия вступят в реакцию, фосфор отберет этот электрон у натрия, потому что фосфор более электроотрицательный. Этот процесс называется электроотрицательностью. Запомните, при движении вправо по одному ряду элементов таблицы их электроотрицательность возрастает, а внутри одной подгруппы она уменьшается. О данном свойстве элементов мы подробнее скажем на следующих уроках.   

Запомните:

1. В периодах с увеличением порядкового номера мы можем наблюдать:

• увеличение ядерного заряда и уменьшение атомного радиуса;
• увеличение числа внешних электронов;
• увеличение ионизации и электроотрицательности;
• возрастание неметаллических окислительных свойств и убывание металлических восстановительных свойств;
• возрастание кислотности и ослабевание основности гидроксидов и оксидов.

2. В А-группах с увеличением порядкового номера мы можем наблюдать:

• увеличение ядерного заряда и увеличение атомного радиуса;
• уменьшение ионизации и электроотрицательности;
• убывание неметаллических окислительных свойств и возрастание металлических восстановительных свойств;
• возрастание основности и ослабевание кислотности гидроксидов и оксидов.

Вспомним химическую терминологию:

Ионизация — это процесс превращения атомов в ионы (положительно заряженные катионы или отрицательно заряженные анионы) во время химической реакции.

Электроотрицательность — это способность атома к притягиванию электрона другого атома во время химических реакций.

Окисление — процесс передачи электрона атома восстановителя (донора электрона)  атому окислителя (акцептору электрона) и увеличение степени окисления атома вещества. 

Существуют три значения степени окисления:

• при высокой электроотрицательности элемента, он сильнее притягивает к себе электроны и его атомы приобретают отрицательную степень окисления (к примеру, фтор всегда имеет степень окисления — 1); 
• при низкой электроотрицательности, элемент отдает электроны и приобретает положительную степень окисления (все металлы имеют +степень, к примеру, калий +1, кальций +2, алюминий +3);  
• атомы простых веществ, состоящих из одного элемента у атомов с высокими и свободные атому имеют нулевую степень. 

Степень окисления ставится над символом элемента:

Восстановление — встречный окислению процесс приема электрона атома окислителя (акцептора электрона) атомом восстановителя (донором электрона) и уменьшение степени окисления атома вещества.

Кислотность — способность вещества (органического соединения) отдавать протон другим атомам, т. е. быть донором протона.

Основность — способность вещества (органического соединения) принимать протон другого атома, т. е. быть акцептором протона.