Связь строения атома с положением элемента в Периодической системе

Введение

Периодическая система химических элементов является не просто перечнем химических элементов. Она отражает строение атомов и закономерности изменения их свойств.

Каждый элемент занимает в таблице строго определённое место. Положение элемента в Периодической системе связано со строением его атома, а строение атома, в свою очередь, определяет химические свойства элемента и образуемых им веществ.

Поэтому, зная положение элемента в Периодической системе, можно получить важную информацию о его строении и свойствах.

---

Основные характеристики элемента

Каждый элемент характеризуется:

• порядковым номером;
• номером периода;
• номером группы.

Эти данные позволяют определить строение атома элемента.

---

Порядковый номер элемента

Порядковый номер элемента показывает заряд ядра его атома.

Поскольку атом в обычном состоянии электронейтрален, порядковый номер также показывает:

• число протонов;
• число электронов.

Пример: хлор

У хлора порядковый номер 17, следовательно:

• заряд ядра = +17;
• число протонов = 17;
• число электронов = 17.

---

Номер периода и количество энергетических уровней

Номер периода показывает количество энергетических уровней в атоме.

Чем больше номер периода, тем больше электронных слоёв содержит атом.

Пример: калий

Калий расположен в IV периоде.

Электронная конфигурация:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

Электроны располагаются уже на четырёх энергетических уровнях.

![]

[ИЗОБРАЖЕНИЕ_КАЛИЙ_ЭЛЕКТРОННАЯ_КОНФИГУРАЦИЯ]

---

Номер группы и число валентных электронов

Для элементов главных подгрупп номер группы связан с числом электронов на внешнем энергетическом уровне.

Именно эти электроны участвуют в образовании химических связей.

Примеры

Литий (I группа)

На внешнем уровне находится 1 электрон.

Электронная конфигурация:

1s² 2s¹

Магний (II группа)

На внешнем уровне находится 2 электрона.

Электронная конфигурация:

1s² 2s² 2p⁶ 3s²

Алюминий (III группа)

На внешнем уровне находится 3 электрона.

Электронная конфигурация:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

Хлор (VII группа)

На внешнем уровне находится 7 электронов.

Электронная конфигурация:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Закономерность

Для элементов главных подгрупп: номер группы = число валентных электронов.

---

Связь строения атома с химическими свойствами

Химические свойства элемента определяются прежде всего строением его внешнего энергетического уровня.

Особенно важны:

• число валентных электронов;
• способность отдавать или принимать электроны;
• размеры атома.

---

Элементы I группы

Рассмотрим элементы I группы:

Li — 2s¹
Na — 3s¹
K — 4s¹

У всех атомов имеется по одному валентному электрону.

Поэтому они:

• являются металлами;
• образуют ионы +1;
• активно реагируют с водой;
• образуют щёлочи.

---

Элементы VII группы

Рассмотрим элементы VII группы:

F — 2s²2p⁵
Cl — 3s²3p⁵
Br — 4s²4p⁵

У всех атомов по семь валентных электронов.

Поэтому они:

• являются неметаллами;
• принимают один электрон;
• образуют ионы −1;
• проявляют сходные химические свойства.

---

Изменение строения атомов в периоде

Рассмотрим III период:

Na → Mg → Al → Si → P → S → Cl → Ar

При движении слева направо:

• увеличивается заряд ядра;
• число энергетических уровней не изменяется;
• увеличивается число валентных электронов.

Изменение числа валентных электронов

Na → Mg → Al → Si → P → S → Cl → Ar
1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7 → 8

В результате постепенно изменяются свойства элементов:

• металлические свойства ослабевают;
• неметаллические свойства усиливаются.

---

Изменение строения атомов в группе

Рассмотрим I группу:

Li → Na → K → Rb → Cs

При движении сверху вниз:

• увеличивается число энергетических уровней;
• возрастает радиус атома;
• внешний электрон удаляется от ядра.

Поэтому металлы легче отдают валентные электроны.

Следовательно, металлические свойства усиливаются сверху вниз.

---

Связь строения атома с формулами оксидов и гидроксидов

Число валентных электронов помогает определить высшую валентность элемента.

Высшая валентность элементов главных подгрупп

Элемент	Группа	Высшая валентность
Na	I	I
Mg	II	II
Al	III	III
C	IV	IV
P	V	V
S	VI	VI
Cl	VII	VII

Формулы высших оксидов

На основании высшей валентности можно составить формулы высших оксидов:

Na₂O
MgO
Al₂O₃
CO₂
P₂O₅
SO₃
Cl₂O₇

---

Алгоритм характеристики химического элемента

Чтобы охарактеризовать элемент, необходимо:

1. Определить порядковый номер.
2. Определить заряд ядра, число протонов и электронов.
3. Определить номер периода.
4. Установить число энергетических уровней.
5. Определить номер группы.
6. Найти число валентных электронов.
7. Установить, металл это или неметалл.
8. Предсказать возможные степени окисления и химические свойства.

---

Пример характеристики элемента: сера

Основные сведения

Порядковый номер серы:

16

Следовательно:

• заряд ядра = +16;
• число протонов = 16;
• число электронов = 16.

Положение в Периодической системе

• III период → 3 энергетических уровня;
• VI группа → 6 валентных электронов.

Электронная конфигурация

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

Характеристика элемента

• сера является неметаллом;
• высшая валентность — VI;
• высший оксид — SO₃;
• соответствующая кислота — H₂SO₄.

---

Значение Периодической системы

Периодическая система позволяет:

• определять строение атомов;
• прогнозировать свойства элементов;
• устанавливать типичные степени окисления;
• предсказывать формулы соединений;
• объяснять сходство и различие элементов.

Именно поэтому Периодическую систему называют «паспортом химических элементов».