Зависимость свойств элементов от периодического изменения электронных структур атомов

Рассмотрим зависимость свойств элементов от их положения в периодической системе. Свойства элементов зависят от числа валентных электронов, равную номеру группы в периодической таблице.

Элементы, имеющие завершены внешние энергетические уровни и содержат восемь электронов, наиболее устойчивыми. Именно этим объясняется химическая инертность гелия, неона и аргона: они вообще не вступают в химические реакции. Атомы всех других химических элементов стремятся отдать или присоединить электроны, чтобы их электронная оболочка оказалась устойчивой, при этом они превращаются в заряженные частицы.

Например, щелочной металл Натрий - элемент главной подгруппы I группы. Высокая химическая активность натрия объясняется наличием в его атомах единого валентного электрона. Теряя этот электрон, атом натрия превращается в положительно заряженный ион Na + с электронной конфигурацией инертного газа неона. Ионы Na + химически инертны. Чем больше число электронов находится на внешнем электронном слое, тем сложнее их отдавать, поэтому с увеличением числа электронов на внешнем уровне (в периодах) металлические свойства элементов уменьшаются. Химические элементы, которые обнаруживают металлические свойства, как правило, имеют на внешнем уровне от одного до трех электронов.

В атомах галогенов, образующих главную подгруппу VII группы, семь электронов на внешнем уровне. До завершения им не хватает только одного электрона, поэтому для них наиболее характерен процесс присоединения электрона. Атом хлора, например, присоединяя один электрон, превращается в ион Сl-, имеющим электронную конфигурацию инертного газа и является химически стойким. Атомы других неметаллических элементов, подобно атомов галогенов, стремятся завершить внешний энергетический уровень путем присоединения электронов. Чем больше электронов хватает до завершения электронного слоя, тем труднее их присоединять, следовательно, чем меньше электронов на внешнем уровне, тем слабее обнаружены неметаллические свойства. Химические элементы, которые проявляют неметаллические свойства, как правило, имеют на внешнем уровне от четырех до восьми электронов.

Таким образом, металлические свойства оговариваются способностью отдавать электроны, а неметаллические - способностью их присоединять. Соответственно изменяются и свойства простых веществ образованных этими элементами.

Металлические свойства тем больше и, соответственно, неметаллические свойства тем меньше, чем легче отдается электрон с внешнего энергетического уровня. Отдать электрон с внешнего энергетического уровня тем легче, чем больше атомный радиус, благодаря тому, что сила притяжения ядра и электронов уменьшается с ростом расстояния между ними. Следовательно, изменение металлических свойств химических элементов будет аналогична изменении их атомных радиусов. Поэтому в главных подгруппах металлические свойства с увеличением порядкового номера увеличиваются, а в периодах с увеличением порядкового номера металлические свойства уменьшаются. Неметаллические свойства, наоборот, в главных подгруппах с увеличением порядкового номера уменьшаются, а в периодах с увеличением порядкового номера увеличиваются.


Например, расположим химические элементы Al, S, Mg, Cl, Na в порядке увеличения неметаллических свойств. Приведены химические элементы находятся в третьем периоде. В периодах неметаллические свойства с увеличением порядкового номера увеличиваются. Следовательно, указанные химические элементы надо записать в порядке увеличения их порядковых номеров: Na, Mg, Al, S, Cl.

Рассмотрим взаимосвязь между положением химических элементов в периодической системе и свойствами оксидов и соответствующих гидроксидов, образующих эти химические элементы, на примере элементов третьего периода. К третьему периоду относятся химические элементы: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar. Эти элементы образуют высшие оксиды такого состава (инертный химический элемент Аргон оксида не образует): .

Натрий оксид и магний оксид проявляют свойства основных оксидов, алюминий оксид является амфотерным оксидом, все оксиды (кремний (IV) оксид, фосфор (V) оксид, серы (VI) оксид, хлор (VII) оксид) проявляют свойства кислотных оксидов. Кроме того, в ряде  -  основные свойства ослабляются, а в ряде  -  -  кислотные свойства усиливаются.

Так же можно проанализировать характер изменения в периоде свойств гидроксидов, которые соответствуют высшим оксидам: .

Натрий гидроксид и магний гидроксид проявляют свойства оснований, алюминий гидроксид является амфотерным гидроксидом, все остальные гидроксиды проявляют свойства кислот: силикатный кислота, ортофосфатна кислота, серная кислота, хлоратна кислота. Кроме того, в ряде  -  основные свойства ослабляются, а в ряде  -  -  -  кислотные свойства усиливаются.

Итак, в ряде элементов определенного периода ослабляются свойства основных оксидов и соответствующих им гидроксидов, а кислотные свойства в том же направлении усиливаются. Переход от основных к кислотным оксидов, и, соответственно, от основ до кислот осуществляется в периоде через амфотерный оксид или гидроксид. Такая закономерность справедлива для второго и третьего периодов периодической системы. Для элементов больших периодов наблюдаются сложные закономерности.

При переходе от одного периода к другому конфигурация внешнего электронного слоя периодически повторяется, при этом повторяющиеся свойства химических элементов, их простых веществ и их соединений. Это и является главным объяснением смысла периодического закона Д. И. Менделеева.


Лекция добавлена 27.02.2014 в 17:55:46