Периодическая система элементов представляет собой графическое отображение периодического закона. Существует более 200 систем.

Рассмотрим структуру короткопериодической системы, предложенной Д.И. Менделеевым.

Структура периодической системы

7 периодов: три периода малых, четыре - больших, один - незаконченный. 8 групп, которые делятся на главные и побочные подгруппы.

Для рассмотрения характеристики свойств элементов в периодах и группах необходимо учитывать строение электронной оболочки атомов, особенно структуру внешних слоев, а также заряд и радиус атома.

ПЕРИОДЫ

1, 2 и 3-й периоды - малые. Рассмотрим их структуру на примере третьего периода.

Строение электронных оболочек атомов элементов 3-го периода:

₁₁Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

₁₂Mg 1s² 2s² 2p⁶ 3s² металлы

₁₃Al 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

₁₄Si 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²

₁₅P 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ неметаллы

₁₆S 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

₁₇Cl 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

₁₈Ar 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ инертный газ.

Как видно из строения электронных оболочек, период начинается элементом, у которого заполняется s - подуровень, первым стоит металл Na, на внешнем слое у него 1 электрон. Это активный металл. Далее идет заполнение s - и р - подуровней, с изменением числа электронов внешнего слоя уменьшаются металлические свойства. Начиная с кремния, появляются неметаллы. Период завершается инертным газом аргоном, у которого на внешнем слое 8 электронов.

Заполнение электронных оболочек элементов малых периодов начинается с s – подуровня и заканчивается р – подуровнем.

Число элементов в периодах определяется числом электронов заполняемых подуровней.

В первом энергетическом уровне возможен только один 1s – подуровень, поэтому первый период содержит два элемента.

Во 2-м и 3-м периодах по 8 элементов, так как заполняются s - и р - подуровни (s² и р⁶).

Таким образом, период начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом, так как идет заполнение только внешнего слоя, который определяет свойства элементов.

4, 5, 6 периоды – большие, 7 – незаконченный, они сложнее: кроме s – и р – элементов в их состав могут входить d – и f – элементы. Рассмотрим структуру 4-го большого периода. Строение электронных оболочек атомов элементов этого периода:

₁₉К 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d 4s¹

₂₀Ca 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d 4s²

₂₁Sc 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s²

₂₂Ti 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s²

₂₃V 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s²

Металлы

₂₆Fe 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²

.....................................

₃₀Zn 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s²

₃₁Ja 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p¹

₃₃As 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³

Неметаллы

₃₅Br 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁵

₃₆Kr 1s² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ инертный газ.

Формирование 4-го периода начинается также с s-подуровня и заканчивается р-подуровнем. Кроме того, внутри слоя идёт заполнение 3d-подуровня, у которого имеется d¹⁰ - электронов, поэтому число элементов в периоде увеличивается на 10, т. е. всего 18 элементов (s - 2ē, p - 6ē, d - 10 ē). Период начинается щелочным металлом калием и заканчивается инертным газом криптоном.

В 5-м периоде идёт заполнение 5s-, 5p- и 4d-подуровней, в периоде также 18 элементов. Период начинается щелочным металлом рубидием и заканчивается инертным газом ксеноном.

В 6-м периоде идет заполнение 6s-, 6р-подуровней. Внутренние слои имеют на 5d-подуровне 10 электронов и на 4f-подуровне - 14 электронов. Таким образом, число элементов увеличивается за счет заполнения 4-го подуровня на 14 элементов. Всего в периоде 32 элемента.

В 7-периоде идет заполнение 7s-подуровня, появляются элементы, у которых заполняется 5f- подуровень. Период не закончен.

В 6 и 7 периодах появляется новый внутренний f- подуровень. Элементы, у которых он заполняется, вынесены за пределы периода и относятся к семействам лантаноидов и актиноидов по названию элементов, с которых начинается их формирование. Это редкоземельные металлы со сходными свойствами.

Таблица 4

Строение периодической системы

Под свойствами элементов понимают способность их отдавать или принимать электроны. В зависимости от этого элементы подразделяются на металлы и неметаллы, восстановители и окислители.

Свойства элементов зависят от числа электронов внешнего слоя, заряда ядра и радиуса атома. Поэтому изменение свойств элементов и их соединений в периодах слева направо необходимо рассматривать в зависимости от изменения перечисленных параметров.

Итак, в периодах слева направо происходит увеличение заряда ядра, рост числа электронов внешнего слоя и уменьшение радиуса (уменьшение радиуса атома происходит за счет электронного сжатия, т.е. усиленного притяжения электронов к ядру). При этом происходит уменьшение металлических свойств и нарастание неметаллических, усиление окислительных свойств и ослабление восстановительных.

В малых периодах изменение свойств происходит быстро. Так, в третьем периоде Na, Mg – металлы, Al – амфотерный, а начиная с кремния, усиливаются неметаллические свойства, т. е. способность принимать электроны, следовательно, и окислительные свойства растут. Восстановительные свойства ослабевают, потому что усиливается притяжение к ядру, элементы труднее отдают электроны.

В больших периодах изменение свойств происходит аналогично, но более постепенно, т. к. в больших периодах есть группы d- и f- элементов, у которых заполняются внутренние подуровни, а внешний слой остаётся без изменений. Таким образом, в больших периодах увеличивается число металлов, а неметаллы появляются при заполнении р - подуровней, т. е. в конце периодов.

Вывод. Существование периодов в периодической системе является отражением наличия энергетических уровней в атоме. Периодом называется ряд элементов, начинающийся щелочным металлом и заканчивающийся инертным газом. Формирование периода начинается с заполнения s- подуровня и заканчивается р- подуровнем.

В периодах слева направо происходит уменьшение металлических и восстановительных свойств. При этом одновременно возрастают неметаллические и окислительные свойства элементов в связи с ростом заряда ядра, уменьшением радиуса атома и увеличением числа электронов внешнего слоя.

Группы

Группа – ряд элементов, расположенных по вертикали. В группы входят элементы, сходные по свойствам. Группы делятся на главные и побочные подгруппы.

Рассмотрим характеристику групп на примере элементов 4-й группы.

Главная подгруппа Побочная подгруппа

₆С 1s² 2s² 2p² ₂₂Ti 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s²

₁₄Si 10ē... 3s² 3p² ₄₀Zr 36ē... 4d² 5s²

₃₂Ge 28ē... 4s² 4p² ₇₂Hf 68ē... 5d² 6s²

₅₀Sn 46ē... 5s² 5p²

₈₂Pb 78ē... 6s² 6p²

На основании строения электронных оболочек атомов видно, что в главных подгруппах заполняется внешний слой (в нашем случае – р- подуровень), а в побочных – внутренний (d-подуровень).

Изменение свойств элементов в главных подгруппах сверху вниз также зависит от заряда ядра – Z, радиуса атома – R и числа электронов внешнего слоя.

В главных подгруппах сверху вниз растёт заряд ядра – Z, радиус атома – R, число электронов внешнего слоя остаётся постоянным. Следовательно, притяжение электронов к ядру ослабевает. Необходимо учитывать ещё эффект электронного отражения: внутренний слой электронной оболочки отталкивает внешние электроны, поэтому связь с ядром ослабевает. Происходит усиление металлических, восстановительных свойств и ослабление неметаллических, окислительных свойств.

В четвёртой группе в главной подгруппе С и Si – неметаллы, Ge, Sn, Pb – амфотерные металлы, причем свинец более активен, чем олово.

В побочных подгруппах сверху вниз происходит ослабление металлических свойств, т.к. растёт притяжение к ядру: Z – растёт, а радиус практически остаётся неизменным. На величину радиуса влияет заполнение внешнего слоя, а в побочных подгруппах заполняется внутренний d-подуровень.

Вывод. Появление в периодической системе групп – отражение сходных структур внешних слоёв электронных оболочек.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: