Периодический закон и Периодическая система в свете учения о строении атома

Вспомните:

  • Что такое порядковый номер элемента?

  • Как связано строение электронной оболочки атома с положением элемента в Периодической системе?

  • Какую формулировку Периодического закона дал Д.И. Менделеев?

Ключевые вопросы:

  • Как звучит современная формулировка Периодического закона?

  • В чём заключается причина периодичности свойств элементов?

  • Как изменяются свойства элементов в периодах и группах?

1. Современная формулировка Периодического закона

После открытия сложного строения атома стало ясно, что главной характеристикой элемента является не атомная масса, а величина положительного заряда ядра, которая равна порядковому номеру элемента.

Изучение строения атома позволило дать Периодическому закону Д.И. Менделеева новую, более точную и фундаментальную формулировку.

Современная формулировка Периодического закона:
Свойства химических элементов и образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов.

Эта формулировка не отменяет, а углубляет и уточняет закон, открытый Менделеевым. Она показывает, что именно заряд ядра, определяющий число электронов в атоме и строение их электронных оболочек, является истинной причиной периодичности.

2. Причина периодичности свойств элементов

Почему же свойства элементов повторяются? Причина периодичности заключается в периодическом повторении сходного строения внешнего электронного слоя атомов.

Рассмотрим это на примере.

  • Литий (Li, №3) имеет схему строения атома: 2е, 1е. Один электрон на внешнем уровне делает его типичным металлом.

  • По мере увеличения заряда ядра от Бериллия (Be) до Неона (Ne) число электронов на внешнем уровне постепенно увеличивается, а свойства элементов закономерно меняются.

  • Неон (Ne, №10) имеет завершённый внешний уровень: 2е, 8е. Это благородный газ.

  • Следующий элемент, Натрий (Na, №11), имеет схему: 2е, 8е, 1е. Снова один электрон на внешнем уровне! Как и литий, это типичный щелочной металл, похожий на него по свойствам.

  • Далее, Магний (Mg, №12, ...2е, 2е) похож на Бериллий, Алюминий (Al, №13, ...3е) похож на Бор, и так далее, вплоть до Аргона (Ar, №18, ...8е), который, как и Неон, является благородным газом.

Вывод: С возрастанием заряда ядра периодически повторяется строение внешнего энергетического уровня. А поскольку химические свойства элемента в основном определяются строением его внешнего электронного слоя, то и свойства элементов закономерно повторяются.

3. Закономерности изменения свойств элементов в периодах и группах

Зная причину периодичности, мы можем объяснить, почему свойства элементов изменяются именно так, а не иначе.

3.1. Изменение свойств в периодах

Период – это горизонтальная последовательность элементов. Номер периода показывает число энергетических уровней в атоме.

Рассмотрим третий период: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar.

 
 
Элемент Z Строение внешнего уровня Свойства
Na 11 3s¹ Щелочной металл
Mg 12 3s² Металл
Al 13 3s²3p¹ Амфотерный металл
Si 14 3s²3p² Неметалл (полупроводник)
P 15 3s²3p³ Неметалл
S 16 3s²3p⁴ Неметалл
Cl 17 3s²3p⁵ Неметалл (галоген)
Ar 18 3s²3p⁶ Благородный газ

Что меняется в периоде слева направо?

  1. Заряд ядра увеличивается.

  2. Число энергетических уровней постоянно.

  3. Число электронов на внешнем уровне последовательно увеличивается от 1 до 8.

  4. Радиус атома уменьшается, так как растущее притяжение электронов к ядру сильнее сжимает электронную оболочку.

Как меняются свойства?

  • Металлические свойства ослабевают. Атомам всё труднее отдавать электроны, так как они сильнее притягиваются к ядру.

  • Неметаллические свойства усиливаются. Способность атомов принимать электроны для завершения внешнего уровня, наоборот, возрастает.

Общий вывод по периодам:

В пределах периода с увеличением заряда ядра атома металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

3.2. Изменение свойств в группах (главных подгруппах)

Группа – это вертикальная последовательность элементов. Номер группы (для элементов главных подгрупп) показывает число электронов на внешнем уровне.

Рассмотрим I группу (щелочные металлы): Li, Na, K, Rb.

 
 
Элемент Z Число уровней Строение внешнего уровня
Li 3 2 2s¹
Na 11 3 3s¹
K 19 4 4s¹
Rb 37 5 5s¹

Что меняется в группе сверху вниз?

  1. Заряд ядра увеличивается.

  2. Число энергетических уровней увеличивается.

  3. Число электронов на внешнем уровне остаётся постоянным.

  4. Радиус атома увеличивается, так как добавляются новые энергетические уровни.

Как меняются свойства?

  • Внешние электроны находятся всё дальше от ядра и слабее притягиваются к нему (эффект «экранирования» внутренними электронами).

  • Поэтому отдавать электроны атомам становится легче.

  • Металлические свойства усиливаются. Литий – уже активный металл, но калий реагирует с водой ещё энергичнее, а рубидий – ещё бурнее.

  • Для неметаллов (например, в группе галогенов) сверху вниз неметаллические свойства ослабевают.

Общий вывод по группам:

В пределах главной подгруппы с увеличением заряда ядра атома металлические свойства усиливаются, а неметаллические – ослабевают.

Выводы по параграфу:

  1. Периодический закон имеет современную формулировку, основанную на заряде ядра атома.

  2. Причина периодичности – периодическое повторение сходного строения внешнего электронного слоя атомов.

  3. В периодах (слева направо) металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются.

  4. В группах (сверху вниз) металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают.

Проверьте свои знания:

  1. Сформулируйте современный Периодический закон. Чем он отличается от формулировки Д.И. Менделеева?

  2. В чём заключается физический смысл периодичности изменения свойств элементов?

  3. Объясните, почему:
    а) натрий – более сильный металл, чем магний;
    б) фосфор – более сильный неметалл, чем кремний;
    в) калий – более активный металл, чем натрий.

  4. Расположите элементы в порядке усиления металлических свойств: Ca, Mg, Be, Sr. Ответ обоснуйте.

Последнее изменение: понедельник, 10 ноября 2025, 10:59