Периодическое изменение некоторых характеристик и свойств атомов химических элементов
Атомы химических элементов обладают некоторыми характеристиками (масса и радиус; заряд ядра; число электронов, движущихся вокруг ядра; число валентных электронов; определенное строение электронной оболочки) и свойствами (способность отдавать или принимать электроны, т.е. металлические или неметаллические свойства).
Малые периоды (изменение свойств атомов рассмотрим на примере элементов второго периода).
Во втором периоде с возрастанием положительного заряда ядра атома происходит последовательное увеличение числа электронов на внешнем энергетическом уровне, а следовательно, и числа валентных электронов. В это же время увеличение заряда ядра (от +3 в атоме лития до +10 в атоме неона) вызывает возрастание силы притяжения электронов к ядру. Вследствие этого атомы как бы сжимаются и радиусы атомов элементов в периоде уменьшаются.
| Элемент заряда ядра его атома | 3Li | 4Be | 5B | 6C | 7N | 8O | 9F | 10Ne |
| Радиус атома, нм | 0.159 | 0.104 | 0.078 | 0.062 | 0.052 | 0.045 | 0.040 | 0.035 |
| Заряд ядра атомов увеличивается, радиус атомов уменьшается | ||||||||
В результате возрастания заряда ядра и уменьшения радиуса атома прочность связей электронов внешнего уровня (валентных электронов) с ядром увеличивается, а способность атомов отдавать электроны (т.е. металлические свойства), ярко выраженная у атомов лития, постепенно ослабевает при переходе от лития к фтору. Фтор образует вещество, являющимся типичным неметаллом, атомы которого способны только присоединять электроны. Завершается второй период элементом, атомы которого образуют благородный газ – неон.
В третьем периоде начинает заполняться электронами новый (третий) энергетический уровень, и электронные структуры атомов повторяются. В связи с повторением электронных структур атомов характер свойств атомов элементов в третьем периоде такой же, как и во втором. Например, атомы натрия, как и атомы лития, легко отдают электроны, а атомы хлора, как и атомы фтора, активно их присоединяют. Завершается третий период так же элементом, атомы которого образуют благородный газ – аргон.
Итак, изменения некоторых характеристик свойств атомов элементов во втором и третьем периодах (от лития до аргона) носят периодический характер, т.е. повторяются через определенное число элементов (в переводе с греческого языка периодический – появляющийся через определенный интервал).
В периодах слева направо:
- заряд ядер атомов увеличивается;
- число занятых электронами энергетических уровней в атомах изменяется;
- число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов (валентных) увеличивается от 1 до 8;
- радиус атомов уменьшается;
- прочность связи электронов внешнего уровня (валентных) с ядром увеличивается;
- металлические свойства атомов элементов убывают;
- неметаллические свойства атомов элементов усиливаются;
- начало каждого периода совпадает с началом заполнения нового электронного слоя;
- каждый период начинается элементом, атомы которого образуют вещество – металл, а заканчивается элементом, атомы которого образуют вещество – благородный газ.
Главные подгруппы.
В главных подгруппах сверху вниз увеличивается число занятых электронами энергетических уровней, поэтому возрастают радиусы атомов. Число электронов на внешнем уровне остается одинаковым.
Некоторые характеристики атомов элементов главной подгруппы I группы
| Период (число электронных слоев) | Элемент, заряд ядра его атома | Радиус атома, нм | Электронная схема атома |
| 1 | H | 0.050 | 1е |
| 2 | Li | 0.159 | 2е 1е |
| 3 | Na | 0.171 | 2е 8е 1е |
Вследствие этого прочность связи электронов внешнего уровня (валентных) с ядром уменьшается, а способность атомов отдавать электроны увеличивается.
В главных подгруппах сверху вниз:
- заряд ядер атомов возрастает;
- число занятых электронами энергетических уровней увеличивается;
- радиус атомов растет;
- число электронов на внешнем уровне не изменяется, оно равно номеру группы;
- прочность связи электронов внешнего уровня с ядром уменьшается;
- металлические свойства атомов элементов усиливаются;
- неметаллические свойства атомов элементов ослабевают;
Рассмотрев изменение свойств атомов элементов в двух направлениях, можно сделать выводы:
- фтор образует самый активный неметалл, так как его атомы имеют малый радиус (всего два занятых электронами уровня), и поэтому внешние семь электронов сильно притягиваются к ядру;
- франций образует самый активный металл, так как его атомы имеют больший радиус (семь занятых на энергетических уровней) и на самом далеком от ядра энергетическом уровне находится всего один электрон, слабо связанный с ядром.
Вопросы:
1. Расположите перечисленные химические элементы в порядке возрастания радиуса атомов: а) кремний, алюминий, фосфор б) натрий, литий, калий.
2. Расположите перечисленные химические элементы в порядке возрастания металлических свойств атомов: а) бериллий, бор, литий б) магний, кальций, бериллий.
3. Расположите перечисленные химические элементы в порядке возрастания неметаллических свойств атомов: а) селен, кислород, сера б) хлор, фосфор, сера
4. Изобразите электронные схемы атомов кремния и фосфора. Укажите, что общего в строении атомов данных химических элементов, атомы какого из элементов проявляют неметаллические свойства в большей степени.
5. Укажите химический элемент третьего период, атомы которого имеют наиболее выраженные металлические свойства.