§4.2 Периодическая таблица элементов.

Наверняка многие из вас уже догадались, что точно так же, как можно объединить в одну группу элементы с валентными оболочками типа s¹, объединяются между собой в другие группы и элементы с типом оболочек s², и элементы с типом оболочек s²p¹ и так далее.

Группы элементов

Пери- оды	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
1	1 водород H 1,0079							2 гелий He 4,0026
2	3 литий Li 6,941	4 бериллий Be 9,01218	5 бор B 10,81	6 углерод C 12,011	7 азот N 14,0067	8 кислород O 15,9994	9 фтор F 18,9984	10 неон Ne 20,179
3	11 натрий Na 22,98977	12 магний Mg 24,305	13 алюминий Al 26,98154	14 кремний Si 28,0855	15 фосфор P 30,97376	16 сера S 32,06	17 хлор Cl 35,453	18 аргон Ar 39,948
4	19 калий K 39,0983	20 кальций Ca 40,08	и так далее

Рис.4-2.Часть Периодической таблицы Д. И. Менделеева, построенная на основании данных таблицы 4-2.

Горизонтальные строчки Периодической таблицы называются ПЕРИОДАМИ, а вертикальные - ГРУППАМИ.

В группах собраны элементы с похожими химическими свойствами, а в периодах химические свойства постепенно изменяются.

Если сравнить между собой элементы разных периодов, то можно отметить важную особенность:

Номер ПЕРИОДА, в котором находится элемент, совпадает с номером его валентной оболочки. Эта валентная оболочка постепенно заполняется от начала к концу периода.

В этом заключается физический и химический смысл номера периода. Как же изменяются свойства элементов одного периода?

В левой части периодов элементы проявляют ярко выраженные восстановительные свойства. Большинство из этих элементов являются металлами (Li, Na, Mg, Ca).

В правой части собраны типичные неметаллы, обладающие окислительными свойствами (O, F, Cl).

В середине периодов располагаются элементы, обладающие как восстановительными, так и окислительными свойствами. Эти окислительные или восстановительные свойства зависят от того, с каким элементом они реагируют.

Например, если сера (S) реагирует с сильным окислителем (кислородом), то проявляет восстановительные свойства:

А при взаимодействии с сильным восстановителем (например, с железом) сера играет роль окислителя:

Периоды объединяют в себе несхожие по своим свойствам элементы. Тем не менее, все периоды подчиняются важной общей закономерности:

Каждый период Периодической таблицы начинается активным металлом и заканчивается инертным газом.

О том, какой электронный признак объединяет элементы в группы, мы уже знаем: элементы во всех группах имеют одинаковое электронное строение внешних электронных оболочек.

Номер группы совпадает с числом валентных электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей.

Поэтому номер группы часто совпадает с валентностью элементов. Например, номер группы совпадает с валентностью s-элементов и с наибольшей возможной валентностью p-элементов. В этом заключается физический смысл номера группы.

** Некоторые группы Периодической таблицы имеют традиционные названия (таблица 4-3). Элементы 1-й группы (за исключением водорода) называются ЩЕЛОЧНЫМИ металлами, элементы 2-й группы - ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫМИ металлами, элементы 6-й и 7-й групп - ХАЛЬКОГЕНАМИ и ГАЛОГЕНАМИ. О происхождении таких традиционных названий мы уже либо рассказывали (например, о БЛАГОРОДНЫХ ГАЗАХ), либо еще расскажем в главах, которые специально посвящены этим элементам.

Таблица 4-3. Групповые названия элементов.

Груп-па	Название	Элементы	Внешняя оболочка
I	Щелочные металлы	Li, Na, K, Rb, Cs, Fr	s¹
II	Щелочноземельные металлы	Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra	s²
III	Нет группового названия		s²p¹
IV	Нет группового названия		s²p²
V	Нет группового названия		s²p³
VI	Халькогены	O, S, Se, Te, Po	s²p⁴
VII	Галогены	F, Cl, Br, I, At	s²p⁵
VIII	Благородные газы	Ne, Ar, Kr, Xe, Rn	s²p⁶

Следует рассказать о несколько особом положении водорода в Периодической таблице. Водород имеет электронную конфигурацию 1s¹. Этому элементу в Периодической таблице в равной степени подходит место и в 1-й группе (где щелочные металлы могут легко отдавать свой единственный s-электрон), так и в 7-й группе (где элементам достаточно принять 1 электрон для завершения внешней оболочки). Поэтому водород формально можно поместить в любую из этих групп. Оба варианта будут правильными.

Каждая клеточка Периодической таблицы несет определенную информацию об элементе, которую надо уметь читать.

Во многих изданиях Периодической таблицы s-, p-, d- и f-элементы выделяют разными цветами. Клеточки элементов, у которых заполняются s-орбитали, обычно окрашивают в красный цвет. Клеточки с элементами, у которых в процессе заполнения находятся p-орбитали - в желтый цвет. Таким образом, в красных клеточках находятся s-элементы, а в желтых - p-элементы.

Голубым цветом обозначены клеточки с d-элементами и зеленым - с f-элементами. Цвета носят вспомогательный характер и в разных изданиях таблицы могут быть разными. Но вы должны одинаково хорошо ориентироваться и в черно-белой таблице.

Рис. 4-3. Информация об элементе, содержащаяся в отдельной клеточке Периодической таблицы (см. также текст).

Рассмотрим какую-нибудь отдельную клеточку Периодической таблицы, изданной не обязательно в нашем учебнике (рис. 4-3). Здесь мы найдем прежде всего латинский символ и русское название элемента. В нижней части клеточки приводится такая важная характеристика элемента, как его относительная атомная масса (атомный вес). В верхней части клеточки мы видим число, обозначающее заряд ядра Z.

Заряд ядра Z совпадает с ПОРЯДКОВЫМ НОМЕРОМ элемента в Периодической таблице.

Многие из вас наверняка заметили, что среди порядковых номеров элементов в Периодической таблице нет перерывов. Это означает, что все грядущие открытия новых элементов возможны только для элементов с порядковым номером больше 118, а все клеточки Периодической таблицы с порядковыми номерами от 1 до 118 уже заполнены и здесь не следует ожидать открытий каких-нибудь новых элементов. До появления Периодической таблицы это вполне ясное нам с вами обстоятельство совсем не было очевидным, и поиски многих новых элементов велись химиками практически вслепую.

** Совпадение зарядов ядер Z с порядковыми номерами элементов является чрезвычайно важным фактом. Периодическая таблица была составлена Д.И. Менделеевым в 1869 году, а заряды ядер атомов элементов научились определять только в 1914 году.

Совпадение говорит прежде всего о том, что перед нами не просто один из способов систематизации элементов (таких было немало в истории химии), а фундаментальный закон природы, записанный Д. И. Менделеевым в виде Периодической таблицы.

Продолжим рассмотрение отдельной клеточки Периодической таблицы (рис. 4-3). Во многих ее изданиях справа за рамкой таблицы отмечены уже заполненные или еще заполняемые электронные уровни. Уровни 1, 2, 3, ... также часто обозначают буквами K, L, M (и так далее по латинскому алфавиту). Нам нужно иметь в виду, что главные уровни в разных изданиях таблицы могут обозначаться не только цифрами, но и буквами.

В правой части каждой клеточки иногда пишут число электронов, которое имеется у данного элемента на каждом уровне.

Например, у элемента магния (Mg) имеется 2 электрона на первом уровне К, 8 электронов на втором уровне L и еще 2 электрона на третьем уровне М. В сумме это составляет 12 электронов.

Магний является s-элементом (поэтому клеточку с Mg обычно окрашивают в красный цвет), имеет порядковый (атомный) номер 12 и такой же заряд ядра Z. Его атомный вес составляет 24,305 а.е.м. (атомных единиц массы).

Магний – s-элемент, находящийся во II группе, поэтому он должен быть металлом (ведь всем металлам далеко до завершения внешнего электронного уровня!). Его валентность в соединениях с другими элементами должна быть равной номеру группы, то есть II. Например, формула соединения магния с кислородом (оксида магния) должна быть такой: MgO.

По своим химическим свойствам ближайшими аналогами магния являются его соседи по II группе Периодической таблицы - бериллий (Be) и кальций (Ca). Оба они двухвалентны, а формулы их оксидов соответственно BeO и CaO.

Это лишь часть полезной информации об элементе, которую можно получить, заглянув в Периодическую таблицу.

Задачи.

4.1. Напишите электронные формулы внешних оболочек следующих элементов: ₁₄Si, ₁₅P, ₁₆S, ₁₇Cl, ₃₄Se, ₅₂Te. Три элемента из этого ряда являются химическими аналогами (проявляют похожие химические свойства). Какие это элементы?

4.2. Между собой реагируют элементы: а) сурьма и азот; б) алюминий и хлор. Не записывая уравнений реакций, укажите в каждой из этих пар окислитель и восстановитель, пользуясь только Периодической таблицей.

4.3. Каждый из перечисленных ниже элементов способен образовывать ионы в химических реакциях. С помощью Периодической таблицы предскажите заряды наиболее распространенных ионов лития (Li), стронция (Sr), алюминия (Al), титана (Ti), астата (At). Ответ обоснуйте.

** 4.4. Сравните электронную конфигурацию атомов азота и фосфора. Какую валентность и степени окисления они могут проявлять в химических соединениях? Приведите формулы соединений этих элементов с водородом. Приведите формулы их соединений с кислородом в высшей степени окисления.

_________________

Хотите поработать на 2-м уровне? Тогда переходите к **§4.3. Если осваиваете пока только 1-й уровень, пропустите параграфы **§4.3, **§4.4 и перейдите к §4.5.

_________________

Валентная оболочка	s¹	s²	s²p¹	s²p²	s²p³	s²p⁴	s²p⁵	s²p⁶
ГРУППЫ ®	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
Электроны Элемент Z	1s¹ H 1	1s² He 2	На 1-м уровне нет p-орбиталей					Гелию лучше быть здесь?
Электроны Элемент Z	2s¹ Li 3	2s² Be 4	2s²p¹ B 5	2s²p² C 6	2s²p³ N 7	2s²p⁴ O 8	2s²p⁵ F 9	2s²p⁶ Ne 10
Электроны Элемент Z	3s¹ Na 11	3s² Mg 12	3s²p¹ Al 13	3s²p² Si 14	3s²p³ P 15	3s²p⁴ S 16	3s²p⁵ Cl 17	3s²p⁶ Ar 18
Электроны Элемент Z	4s¹ K 19	4s² Ca 20	и так далее