Периодическая система

Периодический закон Д.И. Менделеева формулируется так: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.

Таблица периодического закона (табл.1.4) состоит из 8 вертикальных колонок, называемых группами, и 7 горизон-

тальных строк, называемых периодами. Группы состоят из 2

подгрупп, называемых главными и побочными. Главные подгруппы начинаются с элементов 1-го или 2-го периода

(водорода, гелия, лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода, фтора),а побочные – с элементов 4-го периода (скандия,

Таблица 1.3.Электронные формулы элементов ПСЭМ

титана, ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля, меди и цинка). Периоды делятся на малые (1,2 и 3-й) и боль- шие (4,5,6 и 7-й). Малые периоды состоят из одного ряда,а большие – из двух рядов. Кроме того, две группы элементов (лантаниды и актиниды) располагаются отдельно, в нижней части таблицы.

Элементы, находящиеся в одной группе и одной подгруппе, обладают большим сходством химических свойств.

Это связано с тем, что химические свойства элементов определяются в значительной степени числом электронов на внешней электронной оболочке, а элементы из одной группы и подгруппы имеют одинаковое число электронов на внешней электронной оболочке и аналогичное строение этой оболочки.

Таблица 1.4.Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

^{* Л А Н Т А Н И Д Ы}

Например, азот и фосфор находятся в главной подгруппе 5-й группы. На внешней оболочке каждого из этих элементов находится по 5 электронов, а строение внешних оболочек выражается формулами 2s²2p³ (N) и 3s²3p² (Р). Число электронов на внешней электронной оболочке определяет способность атома образовывать соединения с другими атомами посредством химических связей. Один электрон на внешней оболочке может обычно образовывать одну химическую связь. Так, азот и фосфор могут образовывать 5 связей, а литий и натрий, у которых на внешней оболочке находится только по одному электрону (2s¹ – Li и 3s^{1 –} Na), образуют по одной связи. Атом химического элементаможет образовывать или постоянное, или переменное число связей. Например, кальций всегда образует только 2 связи, а азот может образовывать 1, 2, 3, 4 или 5 связей. Образование химических связей может сопровождаться потерей электронов атомом. В этом случае говорят, что атом проявляет положительную степень окисления (СО). Примерами могут быть литий, натрий, калий, магний, кальций. Эти элементы в химических реакциях всегда отдают электроны, т.е. проявляют положительные СО. Атомы ряда элементов, напротив, в химических реакциях принимают электроны и проявляют отрицательные СО.Примерами могут быть кислород и фтор. Очень многие элементы, в зависимости от конкретной реакции, могут как отдавать, так и принимать электроны.

Часть элементов могут проявлять только одну СО, равную номеру группы. Эта СО называется высшей СО элемента. К таким элементам относятся, например, литий, натрий, магний, кальций, алюминий. Другие элементы помимо высшей СО могут проявлять и другие, низшие, СО. Например, фосфор может проявлять СО +5 и +3, а сера – +6 и +4.

Исключениями из элементов главных подгрупп являются фтор, который проявляет только СО, равную -1, а также гелий, неон и аргон, которые химических соединений не образуют, т.е. их СО равна нулю.

Степень окисления является важнейшим свойством элемента, определяющим его химические свойства. Основные СО ряда элементов ПСЭМ приведены в табл. 1.5.

Степень окисления элемента может быть использована для составления формулы химического соединения.

Таблица 1.5. Основные степени окисления некоторых элементов ПСЭМ

Пример 1.11. Составить формулы соединений с кислородом натрия, магния, алюминия, кремния, фосфора, серы и хлора в высших степенях окисления.

Решение. Сумма СО элементов в соединении, состоящем из двух элементов (бинарное соединение), должна быть равна нулю. Следовательно, формула оксида натрия будет иметь вид Na₂O, т.е. сумма СО атома кислорода (-2) и сумма СО двух атомов натрия [2(+1)=+2] будет равна нулю. Аналогично получим формулы оксидов других элементов: MgO; Al₂O₃; SiO₂; P₂O₅; SO₃; Cl₂O₇.

Очевидно, что все элементы, находящиеся в одной и той же подгруппе, будут иметь аналогичные формулы высших оксидов, например, элементы 5-й группы главной подгруппы (азот, мышьяк, сурьма и висмут) будут иметь высшие оксиды состава N₂O₅, As₂O₅, Sb₂O_5, Bi₂O₅.

1.8. Контрольные вопросы и задачи

1. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержит атом изотопа ²⁵Mg? Ответ: 12, 13, 12.

2. Какие из следующих элементов на внешнем уровне имеют 2 р-электрона ( натрий, углерод, фосфор, сера, кальций, кремний) ?

Ответ: углерод, кремний.

3. Запишите электронную формулу элемента, имеющего в ПСЭМ порядковый номер 15.

Ответ: 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

4. Составьте формулу соединения мышьяка с серой, если СО мышьяка равна +5, а серы – - 2.

Ответ: As₂ S₅.

5. Найдите СО серы в соединении Al₂S₃.

Ответ: -2.