§ 13. Періодична система хімічних елементів у світлі сучасних уявлень про будову атома

Опрацювавши зміст параграфа, ви будете:

мати уявлення про довгу формулу Періодичної системи;
знати зв’язок періодичної системи хімічних елементів із будовою їх атомів; структуру довгої форми Періодичної системи;
уміти характеризувати елемент за його місцем у Періодичній системі.

Існує понад 500 варіантів зображення Періодичної системи - у вигляді таблиць, схем, графіків тощо. Найпоширенішими є табличні варіанти. Один із них ви вже знаєте. Це - короткоперіодний варіант, або коротка форма Періодичної системи (див. перший форзац). Використовується ще довгоперіодний варіант, або довга форма періодичної системи (див. другий форзац). Він також був розроблений Д. І. Менделєєвим.

Нині у світі великого поширення набула саме довга форма. Вона дедалі стає популярнішою, оскільки краще узгоджується з будовою атомів хімічних елементів. Але за своєю суттю і коротка, і довга форми Періодичної системи в цілому ідентичні (тотожні, рівнозначні). Вони доповнюють одна одну. Хоча в їх структурі є деякі відмінності.

У довгій формі періоди займають лише одну горизонталь, на два ряди не поділяються. Ліворуч розміщують s-елементи (позначені рожевим кольором), в атомах яких заповнюються s-орбіталі (порівняйте з короткою формою Періодичної системи). Праворуч розміщуються p-елементи (позначені жовтим кольором). У s- і p-елементів забудовується зовнішній енергетичний рівень.

У середній частині періодів розміщуються перехідні елементи (синій колір), в атомах яких заповнюються d-орбіталі передзовнішнього рівня.

Родини лантаноїдів та актиноїдів (зелений колір) - це f-елементи. В їхніх атомах заповнюється третій ззовні рівень. Як правило, ці родини виносять за межі таблиці як у короткій, так і в довгій формах. Відмінність у послідовності заповнення енергетичних рівнів (зовнішніх і розміщених глибше) пояснює причину різної довжини періодів.

Довга форма періодичної системи включає 16 груп (підгруп немає). З них 8 груп А, що складаються із s- і p-елементів (відповідають головним підгрупам короткої форми), і 8 груп Б, які складаються з d-елементів (відповідають побічним підгрупам короткої форми).

Періодична повторюваність будови зовнішніх енергетичних рівнів атомів є причиною періодичної зміни властивостей хімічних елементів. У цьому полягає фізична суть Періодичного закону, яка не залежить від форми подання Періодичної системи хімічних елементів.

Знаючи місце елемента в Періодичній системі, можна судити про будову його атома, а відтак - і про властивості простої речовини, утвореної цим елементом, характер його оксиду й гідрату оксиду тощо.

• Користуючись довгою формою Періодичної системи, схарактеризуйте хімічний елемент Натрій. Що ви можете сказати про нього на підставі місця, яке він займає у періодичній системі?

Перевірте себе. Ось що у вас повинно вийти.

Натрій Na - хімічний елемент, розміщений у 3-му періоді, в 1А групі. Протонне число (порядковий номер) - 11. Відносна атомна маса A_r(Na) = 23.

Ядро атома Натрію містить 11 протонів, оскільки заряд ядра: +11 і 23 - 11 = 12 нейтронів. В атомі Натрію є 11 електронів, які розподіляються на трьох енергетичних рівнях (згідно з номером періоду): на першому рівні 2s-електрони, на другому - 8 (2s і 6 р-електронів), на третьому - 1s-електрон (який номер рівня, стільки й форм орбіталей). Отже, Натрій - s-елемент, у його атомі починає формуватися 3-й рівень.

Атом Натрію має великий радіус, отже, притягання до ядра одного зовнішнього електрона незначне, і атом легко його втрачає, тому Натрій виявляє яскраво виражені металічні властивості, його валентність дорівнює 1.

Проста речовина, утворена атомами Натрію як хімічного елемента, натрій - це типовий метал. Хімічний елемент Натрій утворює основний оксид Na₂О, якому відповідає гідроксид NaOH - типова основа, луг.

У цей спосіб можна схарактеризувати будь-який елемент. Варто дотримуватися такої послідовності: місце в Періодичній системі

→ склад атома → будова атома → властивості елемента та речовини, що він утворює.

Розгляньте ще один приклад - Хлор Сl і зверніть увагу, що ті самі відомості можна подати в дещо скороченому вигляді, якщо обґрунтування зрозуміле і ви можете навести його усно.

1. Місце в Періодичній системі: 3-й період, VIIA підгрупа, протонне число - 17, А_r(Сl) = 35,5.

2. Склад атома: Сl 17р+; 35 - 17 = 18n⁰; 17е.

3. Будова атома: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

4. Властивості: Хлор міститься наприкінці 3-го періоду, в його атомі добудовується 3-й енергетичний рівень. Радіус атома невеликий, притягання 7 зовнішніх (3s²3p⁵) електронів збільшується, і атом легко приєднує на свою електронну оболонку один електрон, якого не вистачає до завершення зовнішнього рівня. Він має яскраво виражені неметалічні властивості.

Проста речовина, утворена атомами Хлору Сl, - газуватий хлор Сl₂ - типовий неметал. Найвищий оксид Сl₂О₇, йому відповідає гідрат оксиду НСlО₄ - перхлоратна кислота.

Висновки

Незважаючи на те, що в наш час відомо багато варіантів зображення Періодичної системи, їх суть від цього не змінюється: елементи в Періодичній системі утворюють послідовність, що відповідає зарядам ядер їх атомів.

Порядковий номер елемента в Періодичній системі (протонне число) дорівнює заряду ядра і показує кількість електронів у атомі.

Номер періоду показує число енергетичних рівнів у електронній оболонці атомів елементів, а номер енергетичного рівня - кількість форм орбіталей.

Номер групи для елементів підгруп А в періодичній системі показує число електронів на зовнішньому енергетичному рівні.

Завдання для самоконтролю

1. Знаючи місце Алюмінію в Періодичній системі, схарактеризуйте цей елемент.

2. В якого елемента сильніше виявлені металічні властивості: а) у Літію чи Берилію; б) у Берилію чи Магнію? Відповідь поясніть.

3. В якого елемента сильніше виявлені неметалічні властивості: а) у Сульфуру чи Фосфору; б) у Сульфуру чи Селену? Відповідь поясніть.

4. За розподілом електронів по енергетичних рівнях в атомі хімічного елемента 2, 8, 2 електронів визначте:

а) місце елемента в Періодичній системі;

б) властивості простої речовини;

в) склад і властивості вищого оксиду й відповідного йому гідроксиду;

г) склад леткої сполуки з Гідрогеном, якщо цей елемент її утворює.

5. У Періодичній системі періодично змінюються:

А величина заряду ядра атома;
Б відносна атомна маса елемента;
В кількість енергетичних рівнів у електронній оболонці атомів;
Г кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні.

Додаткові завдання

6*. Формула вищого гідроксиду елемента зі скороченою електронною конфігурацією ... 3s²3p⁴:

А Е(ОН);
Б НЕО₄;
В Н₂ЕО₄;
Г Е(ОН)₃.

7*. Елемент зі скороченою електронною конфігурацією ... 3s²3p³:

А неметалічний;
Б перебуває у 3-му періоді;
В має п’ять зовнішніх (валентних) електронів;
Г перебуває у підгрупі IIIА.

8*. Скорочені електронні конфігурації атомів елементів підгрупи VIIA:

A ...3s²3p⁵;
Б ... 3s²3p⁶3d³4s²;
В ...2s²2p³;
Г ... 3s²3p⁶.

9*. Конфігурація зовнішнього електронного шару атома елемента 4s¹. Складіть повну електронну формулу атома цього елемента. Зазначте період і групу Періодичної системи, де він розміщений, а також склад ядра його атома, і назвіть елемент.

10*. За розподілом електронів по енергетичних комірках зовнішнього рівня визначте елемент з найбільш вираженими металічними властивостями: