§ 5. Періодична система хімічних елементів, її структура

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

знати, чому саме таке графічне зображення має таблиця періодичної зміни хімічних елементів — періодична система;
розрізняти великі й малі періоди, головні (А) та побічні (Б) підгрупи періодичної системи;
пояснювати періодичність зміни властивостей хімічних елементів;
використовувати інформацію, закладену в періодичній системі, для класифікації елементів (металічний або неметалічний) і визначення їхньої валентності; класифікації простих речовин (метал або неметал); визначення хімічного характеру оксидів (кислотний, амфотерний, основний), гідратів оксидів (кислота, амфотерний гідроксид, основа), летких сполук неметалічних елементів з Гідрогеном.

Структура періодичної системи хімічних елементів. Періодичний закон відображений у численних варіантах періодичної системи (див. короткий і довгий варіанти на форзацах). Щоб краще зрозуміти, чому таблицю назвали періодичною системою, з’ясуємо, що ж таке система. Поняття «система» означає цілісність, що складена з частин, взаємопов’язаних певними залежностями. Тому основне наше завдання — знайти залежності між елементами та їхніми сполуками, які уможливлять твердження, що відомості про них є дійсно системними.

Розміщені в ряд хімічні елементи в порядку зростання відносних атомних мас Д. Менделєєв пронумерував і назвав ці цифри порядковим номером. Потім він поділив утворений ряд на коротші ряди, у яких спостерігалася зміна властивостей від типових металічних (лужних) до типових неметалічних елементів (галогенів). Ці ряди отримали назву періоди. Після відкриття інертних елементів їх розмістили за галогеном, тому в сучасній періодичній системі вони завершують кожний період.

Періоди — горизонтальні ряди елементів, розміщені в порядку зростання їхніх атомних мас, що починаються лужним металічним і закінчуються інертним елементом.

Періоди вміщують 2, 8, 18 або 32 елементи. Залежно від кількості елементів їх поділяють на малі та великі (див. форзаци). Періодична система складається із 7 періодів, що утворюють 11 рядів. Сьомий період донедавна був незавершений. Нині він, як і шостий, вміщує 32 елементи, включаючи актиноїди.

Періоди, у яких елементи розміщені в один ряд, називають малими. Великі періоди складаються з двох рядів (рис. 6).

Рис. 6. Схема класифікації періодів

• Назвіть, користуючись періодичною системою, малі та великі періоди.

Розміщені один під одним періоди утворюють таблицю, у якій чітко вирізняються вертикальні стовпці — групи. До них потрапляють елементи, подібні за властивостями (табл. 2, с. 22).

Групи — вертикальні стовпці хімічних елементів з подібними властивостями.

• Назвіть самостійно три відомі вам природні родини елементів.

У періодичній системі (короткий варіант) є вісім груп. Усі вони пронумеровані римськими цифрами від І до VIII. Кожну з груп поділено на дві підгрупи: головну (А) та побічну (Б). Схематично це можна подати так (рис. 7).

Рис. 7. Схема розміщення елементів у підгрупах: а — ІІ групи; б — VII групи

Як бачимо зі схеми, елементи ІІ групи (рис. 7, а) поділені на дві підгрупи. До складу головної підгрупи входять елементи малих (1-3) і великих (4-7) періодів. Це металічні та неметалічні елементи. Вони розміщені ліворуч. У побічній підгрупі — елементи лише великих періодів: Цинк, Кадмій, Меркурій та Коперницій, тобто тільки металічні.

• Назвіть самостійно, користуючись періодичною системою, елементи головної та побічної підгруп VII групи.

Особливу будову має VIII група (рис. 8). Її побічна підгрупа містить три тріади металічних елементів, що отримали назву родина Феруму, а всі інші — платинових елементів. Головна підгрупа — інертні елементи, якими завершується кожний період.

Рис. 8. Схема розміщення елементів у підгрупах VIII групи

• Сформулюйте самостійно визначення головних і побічних підгруп.

Інші структурні частини періодичної системи. У періодичній системі під 7 періодом розміщені два ряди загальних формул: вищі оксиди й леткі сполуки елементів з Гідрогеном. Це означає, що елементи, які входять до цієї групи, проявляють вищу валентність. Вона відповідає номеру групи. Отже, за номером групи легко визначити вищу валентність елемента (крім Гідрогену, Оксигену, Флуору).

Леткі сполуки елементів з Гідрогеном утворюють неметалічні елементи. У періодах вони розміщені в А підгрупах IV—VII груп. За загальними формулами цих сполук визначають валентність елемента за Гідрогеном.

Зазначимо, що періодична система завершується ще двома рядами елементів під назвами «Лантаноїди» та «Актиноїди». Вони об’єднані в родини, названі за подібністю до Лантану (№ 57) та Актинію (№ 89), і проявляють подібні до них властивості. Через те, що в одну клітинку періодичної системи вони не поміщаються, їх винесено окремими рядками.

Отже, розміщення елементів за групами полегшує їхнє вивчення. Знаючи будову та властивості одного елемента, можна спрогнозувати будову та властивості всіх інших, що входять до складу групи чи підгрупи.

• Пригадайте, у чому проявляється подібність властивостей природних груп металічних і неметалічних елементів та їхніх сполук.

У довгому варіанті періодичної системи, на відміну від короткого, періодом є кожний горизонтальний ряд елементів. Цей варіант містить 18 груп, поділ на підгрупи тут відсутній (див. форзац 2).

Закономірності періодів І груп. У періодах спостерігаються певні закономірності. У малих періодах, зліва направо, зі зростанням відносних атомних мас елементів відбувається послаблення їхніх металічних і посилення неметалічних властивостей. Аналогічні зміни відбуваються з властивостями оксидів і гідроксидів, утворених цими елементами. Основні властивості послаблюються, а кислотні — посилюються. Наприклад, проаналізуємо III період (табл. 3).

У головних підгрупах теж спостерігаються певні зміни у властивостях елементів. Зі зростанням відносних атомних мас елементів згори вниз посилюються металічні властивості й послаблюються неметалічні. Тому хімічна активність для металів посилюється, а для неметалів — послаблюється. Через це в оксидах і гідратах оксидів, утворених металічними елементами, посилюються основні властивості. Для оксидів і гідратів оксидів неметалічних елементів спостерігається послаблення їхнього кислотного характеру.

Таблиця 3

Зміна характеру елементів та властивостей їхніх сполук у 3 періоді

Як уже відомо, за номером групи можна визначити вищу валентність елемента в сполуках. Однак треба пам’ятати про те, що існують винятки для елементів деяких підгруп. Такими винятками є елемент І групи побічної підгрупи Купрум та елемент головної підгрупи VII групи Флуор.

Крім того, ураховуючи хімічні властивості елементів і їхніх сполук, Д. I. Менделєєв зробив кілька правок, що суперечили загальній закономірності. Тому вчений розмістив Аргон Ar перед Калієм К, Телур Те — перед Йодом I, Кобальт Со — перед Нікелем Ni.

• Знайдіть у періодичній системі значення відносних атомних мас цих елементів і поясніть, які саме порушення ви спостерігаєте.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Періодичний закон, відкритий Д. І. Менделєєвим, графічно відображено в таблиці, яка дістала назву «Періодична система хімічних елементів».

• Періодична система має чітку структуру, де кожний елемент зайняв своє місце й отримав відповідну характеристику. Складовими періодичної системи є періоди та групи.

• Періоди — горизонтальні ряди елементів, розташовані в порядку зростання їхніх атомних мас, що починаються лужним металічним і закінчуються інертним елементом. Періоди, залежно від кількості елементів, поділяють на малі (2 або 8 елементів) і великі (18 або 32 елементи).

• Групи — вертикальні стовпці хімічних елементів, подібних за властивостями. Групи поділяють на головні (А) і побічні (Б) підгрупи. Головні підгрупи вміщують елементи малих і великих періодів, а побічні — елементи тільки великих періодів.

• У періодах зі зростанням відносних атомних мас елементів послаблюються металічні властивості й посилюються неметалічні. Для оксидів і гідратів оксидів, утворених цими елементами, відбувається послаблення основних і посилення кислотних властивостей. Посилюється кислотний характер водних розчинів летких сполук неметалічних елементів з Гідрогеном.

• У головних підгрупах зі зростанням відносних атомних мас елементів посилюються металічні властивості й послаблюються неметалічні. Для оксидів і гідратів оксидів відбувається послаблення кислотних властивостей.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Сформулюйте визначення:

а) періоду;
б) групи.

2. Назвіть, користуючись періодичною системою, хімічні елементи 1-3 періодів.

3. Поясніть, які зміни спостерігаються в періоді від лужних металічних до інертних елементів.

4. Назвіть ознаки, які Д. І. Менделєєв узяв за основу класифікації елементів. Поясніть, чому.

5. Обґрунтуйте, чому відкритий Д. І. Менделєєвим закон дістав назву періодичний закон, а таблиця, що є графічним його відображенням, названа періодичною системою.

6. Поясніть, як зі зростанням відносних атомних мас елементів змінюються властивості елементів, їхніх оксидів і гідратів оксидів у: