§ 12. Залежність властивостей елементів від періодичної зміни електронних структур атомів

Опрацювавши зміст параграфа, ви будете:

розуміти зміст понять «радіус атома», причини періодичного повторення властивостей хімічних елементів;
уміти визначати характер хімічних властивостей елементів.

Ви вже знаєте, що в періодах у міру зростання заряду ядра атомів елементів послідовно змінюється структура зовнішнього енергетичного рівня (кількість валентних електронів). Саме з цим пов’язана зміна властивостей елементів, тобто тих ознак, які становлять їхню відмінну особливість. Такими ознаками можуть бути радіус атома, металічний або неметалічний характер елемента та його сполук тощо.

Радіус атома. У періодах зі зростанням зарядів ядер атомів елементів притягання ядром електронної оболонки посилюється - відбувається своєрідне «стискання», і радіус атомів та йонів зменшується. Наприклад, у разі переходу від Літію Li до Неону Ne заряд ядра поступово збільшується (від +3 до + 10), що зумовлює зростання сил притягання електронів до ядра. Розміри атомів при цьому зменшуються. Тому на початку періоду розміщуються елементи, в яких невелике число валентних електронів (на зовнішньому енергетичному рівні) і великий радіус атома. А в групах навпаки: зі зростанням кількості енергетичних рівнів радіус атома збільшується

У періодах зі зростанням протонного числа радіус атомів елементів зменшується, а в групах (головних підгрупах) - збільшується.

Зрозуміло, чим більший радіус атома, тим далі від ядра перебувають валентні електрони і тим слабкіше вони зв’язані з ядром, отже, легше від нього відриваються. Така структура атома характерна для металічних елементів.

• Схарактеризуйте електронну будову атомів елементів, розміщених у Періодичній системі наприкінці періодів, наприклад 2-го чи 3-го. До яких родин елементів вони мають належати?

Зміна металічних і неметалічних властивостей елементів. Металічний або неметалічний характер елемента залежить від електронної будови його атома.

Розглянемо, наприклад, елементи 3-го періоду. Зверніть увагу, як закономірно змінюється електронна конфігурація атомів:

В атомах елементів від Na до Аl на зовнішньому рівні мало електронів (1, 2, 3). Радіус атомів зменшується. Отже, зв'язок зовнішніх електронів з ядром поступово посилюється за рахунок притягання до ядра, і здатність атомів віддавати ці електрони зменшується. Це означає, що металічні властивості елементів від Na до Аl послаблюються (Аl - перехідний елемент). Неметалічні властивості, навпаки, посилюються від Силіцію до Фосфору і Сульфуру. Найяскравіше вони виражені у Хлору - галогену. Це пояснюється тим, що зростає кількість електронів зовнішнього рівня, радіус атомів зменшується, отже, притягання до ядра посилюється, тобто здатність до приєднання електронів. Це означає, що неметалічні властивості посилюються.

Завершується 3-й період інертним елементом Аргоном Аr, який повторює переважно властивості Неону Ne. В атомі Аргону зовнішній енергетичний рівень (8 електронів) так само завершений, тому при переході до наступного періоду властивості елементів різко змінюються, і 4-й період знову починається лужним елементом Калієм, який повторює переважно властивості Натрію.

Відповідно до змін електронної будови зовнішнього енергетичного рівня закономірно змінюється значення вищої валентності елементів, отже, і склад їх оксидів:

Лабораторні досліди

У дві пробірки налийте розчин натрій гідроксиду і сульфатної кислоти, до кожної пробірки додайте по 2 краплі метилоранжу. До першої пробірки додавайте краплями розчин кислоти, до другої - лугу. Що спостерігається? Чому? Напишіть рівняння виконаних реакцій і зробіть висновок про характер гідратів оксидів Na і S(VI).

У пробірку налийте розчин алюміній хлориду і додавайте краплинами розчин лугу до утворення драглистої маси. Вміст пробірки розділіть на дві частини. До першої додайте розчин кислоти, до другої - лугу. Що спостерігається? Який висновок про характер алюміній гідроксиду можна зробити?

Отже, так само можна простежити й зміну характеру гідратів оксидів, що відповідають вищій валентності елемента

Висновки

Розміри атомів визначаються зарядом ядра і будовою електронної оболонки. Тому зміна радіусів атомів зі збільшенням протонного числа елемента має чітко виражений періодичний характер. У періодах радіус атомів поступово зменшується, а в головних підгрупах - збільшується.

Властивості хімічних елементів, розміщених у порядку зростання заряду ядра, змінюються періодично: у межах періоду металічні властивості елементів поступово послаблюються, а неметалічні - посилюються; основні властивості оксидів і гідроксидів елементів поступово послаблюються, а кислотні - посилюються. У головних підгрупах елементів навпаки.

Властивості хімічних елементів періодично повторюються, оскільки періодично повторюється будова зовнішніх енергетичних рівнів у їхніх атомах.

Завдання для самоконтролю

1. Поясніть причину періодичності в зміні властивостей хімічних елементів, розміщених у порядку зростання зарядів ядер їхніх атомів.

2. Як пояснити з погляду теорії будови атома зміну властивостей елементів у періодах від металічних до неметалічних?

3. Як пояснити хімічну пасивність інертних газів?

4. Наведіть приклади періодично повторюваних явищ, відомих вам у результаті вивчення інших предметів.

5. Зростання атомних радіусів спостерігається в ряду елементів:

A Na, Mg, Al, Si;
Б С, N, О, F;
В О, S, Se, Те;
Г I, Br, Cl, F.

6. Найбільший радіус атома має елемент:

А Be;
Б Mg;
В Са;
Г Ra.

7. Найінтенсивніше реагуватимуть між собою:

A Fe і Р;
Б Ві і Вr₂;
В Na і Сl₂;
Г Аu і I₂.

8. Серед наведених електронних конфігурацій Оксигену неправильною є:

9. Характеристики атомів елементів, що перебувають у періодичній залежності від заряду ядра, - це:

А маса;
Б радіус;
В валентність;
Г металічні та неметалічні властивості.

Додаткові завдання

10. Скільки завершених енергетичних рівнів міститься в атомах елементів з протонними числами: а) 5; б) 12; в) 18? Відповідь поясніть.

11. Формула вищого оксиду елемента із величиною заряду ядра +24 - це:

А ЕО;
Б Е₂О₇;
В ЕО₃;
Г Е₂О₃.

12. Формула сполуки з Гідрогеном елемента з протонним числом +32 - це:

А ЕН;
Б ЕН₂;
В ЕН₃;
Г ЕН₄.

13*. Знаючи протонні числа елементів 8, 13, 18, але не користуючись Періодичною системою, напишіть електронні формули атомів цих елементів і визначте їх хімічний характер.

14*. Елемент зі скороченою електронною конфігурацією атома ... 3p⁶4s²: