Текст учебника. Урок 10. Изменение свойств элементов в зависимости от строения их атомов

Как строение атома объясняет свойства элементов?

Ключевые вопросы:

• Что такое завершенный и незавершенный электронный уровень?

• Как по положению элемента в таблице Менделеева определить строение его атома?

• Почему в периодах и группах свойства элементов изменяются закономерно?

1. Завершенный и незавершенный электронный уровень

Вы уже знаете, что электроны в атоме располагаются на энергетических уровнях (слоях). Каждый уровень может вместить строго определенное число электронов:

• 1-й уровень – не более 2 электронов

• 2-й уровень – не более 8 электронов

• 3-й уровень – не более 8 электронов (для элементов малых периодов)

Теперь введем два важных понятия:

• Завершенный уровень – это уровень, заполненный максимально возможным для него числом электронов.

• Незавершенный уровень – это уровень, на котором находится меньше электронов, чем максимально возможно.

Давайте разберемся на примерах:

• Гелий (He), №2. Схема строения: +2 ) 2ē
  На первом уровне у него 2 электрона – ровно столько, сколько может вместить этот уровень. Значит, это завершенный уровень.

• Неон (Ne), №10. Схема: +10 ) 2ē ) 8ē
  И первый, и второй уровни заполнены полностью. Это атом с завершенными электронными уровнями.

• Водород (H), №1. Схема: +1 ) 1ē
  На первом уровне всего 1 электрон из 2 возможных. Это незавершенный уровень.

• Литий (Li), №3. Схема: +3 ) 2ē ) 1ē
  Первый уровень завершен (2 электрона), а второй – нет (всего 1 электрон). Значит, у лития внешний уровень незавершен.

Справка: Именно электроны на внешнем энергетическом уровне, будь он завершен или нет, определяют большинство химических свойств элемента, так как они легче всего вступают во взаимодействие с другими атомами.

2. Связь строения атома с положением элемента в Периодической системе

Периодическая система Д.И. Менделеева – это не просто таблица элементов, а графическое отображение строения их атомов. Существуют строгие закономерности:

1. Номер периода показывает число энергетических уровов в атоме.

• Пример: Натрий (Na) находится в 3-м периоде. Значит, в его атоме 3 энергетических уровня.

2. Номер группы (для элементов главных подгрупп – А-групп) показывает число электронов на внешнем энергетическом уровне.

• Пример: Кальций (Ca) находится в главной подгруппе II группы. Значит, на внешнем уровне его атома 2 электрона.

Потренируемся! Определим строение атома Фосфора (P).

1. Находим фосфор в Периодической системе: №15, 3-й период, главная подгруппа V группы.

2. Номер периода = 3 → Вывод: в атоме 3 энергетических уровня.

3. Номер группы = V → Вывод: на внешнем уровне 5 электронов.

4. Общая схема: +15 ) 2ē ) 8ē ) 5ē

Эта простая связь позволяет, лишь взглянув на таблицу, предсказать строение атома любого элемента и примерно оценить его свойства.

3. Закономерности изменения свойств элементов в периодах и группах

Почему одни элементы – блестящие металлы, проводящие ток, а другие – неметаллические газы? Ответ кроется в строении их атомов и легкости, с которой атом отдает или принимает электроны.

• Металлические свойства – это способность атома отдавать электроны.

• Неметаллические свойства – это способность атома принимать электроны.

А) Изменение свойств в периоде (слева направо)

Рассмотрим 3-й период: Na → Mg → Al → Si → P → S → Cl → Ar

Что наблюдаем?

1. Заряд ядра увеличивается.

2. Число энергетических уровней не меняется.

3. Число электронов на внешнем уровне растет (от 1 до 8).

Как это влияет на свойства?
Атомам в начале периода (Na, Mg) легко отдать 1-2 электрона с незавершенного внешнего уровня, чтобы обнажить завершенный предыдущий уровень. Это металлы.
Атомам в конце периода (P, S, Cl) выгоднее принять 2-3 электрона, чтобы завершить свой внешний уровень до 8 электронов. Это неметаллы.

Вывод: При движении слева направо в периоде металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Б) Изменение свойств в группе (сверху вниз)

Рассмотрим I группу (щелочные металлы): Li → Na → K

Что наблюдаем?

1. Заряд ядра увеличивается.

2. Число энергетических уровней растет.

3. Число электронов на внешнем уровне не меняется (всегда 1).

Как это влияет на свойства?
Внешний электрон у калия находится на 4-м уровне – он гораздо дальше от положительно заряженного ядра, чем внешний электрон лития на 2-м уровне. Чем дальше электрон от ядра, тем слабее он притягивается и тем легче атому его отдать.

Вывод: При движении сверху вниз в группе металлические свойства усиливаются, а неметаллические – ослабевают.

Главный вывод урока:

Положение химического элемента в Периодической системе и свойства его атомов и образуемых им веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра его атомов. Эта зависимость проявляется потому, что с ростом заряда ядра закономерно изменяется строение электронных оболочек атома.