Тема 4 Периодическая система д.И. Менделеева

Свойства элементов тесно связаны со строением их атомов. Периодическая повторяемость свойств элементов обусловлена периодическим повторением сходных электронных группировок атомов. Например: все атомы элементов I главной подгруппы Н, Li, Na, К, Rb, Cs, Fr имеют на внешнем энергетическом уровне по одному s-электрону; все атомы элементов II главной подгруппы Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra - по два s-электрона (это - s-элементы); атомы элементов III главной подгруппы В, Al, Ga, In, Tl - два s-электрона и один р-электрон; атомы элементов IV главной подгруппы С, Si, Ge, Sn, Pb - два s-электрона и два р-электрона (т.е. внешний энергетический уровень атомов IV главной подгруппы имеет одинаковую электронную конфигурацию s²p²). Конфигурация внешнего энергетического уровня атомов элементов V главной подгруппы - s²p³, VI главной подгруппы - s²p⁴, VII главной подгруппы— s²p⁵, VIII главной подгруппы -s²p⁶. Соответственно элементы III— VIII главных подгрупп называются р-элементами и принадлежат к р-электронному семейству. Элементы побочных подгрупп принадлежат к d-электронному семейству. Элементы, следующие за лантаном (лантаноиды) и за актинием (актиноиды), принадлежат к f-электронному семейству.

Химическая природа элемента обусловливается способностью его атома терять и приобретать электроны. Эта способность может быть количественно оценена энергией ионизации атома и его сродством к электрону.

Энергией ионизации называют количество энергии, необходимое для отрыва электрона от невозбужденного атома. Сродством к электрону называют энергетический эффект процесса присоединения электрона к нейтральному атому с превращением его в отрицательно заряженный ион. Энергия ионизации служит мерой металлических и восстановительных свойств элементов. Энергия сродства к электрону является мерой неметаллических и косвенно окислительных свойств элементов. Наиболее полную характеристику металлических и неметаллических свойств элементов, а также способность атома данного элемента к оттягиванию на себя электронной плотности по сравнению с другими элементами соединения дает величина, называемая электроотрицательностью (ЭО). Наибольшей ЭО обладает F (4,0), наименьшей - Cs, Fr (0,7). Значение ЭО металлов ≈ 1,8 и меньше.

В пределах главных подгрупп сверху вниз энергия ионизации, энергия сродства к электрону и ЭО уменьшаются, следовательно, в главных подгруппах сверху вниз увеличиваются металлические свойства элементов, основные свойства гидроксидов и восстановительные свойства соответствующих соединений.

В периодах слева направо энергия ионизации, энергия сродства к электрону и ЭО увеличиваются, и поэтому происходит постепенное уменьшение металлических и нарастание неметаллических свойств.

Самый активный неметалл F является наиболее сильным окислителем, самые активные металлы Rb, Cs, Fr - наиболее сильными восстановителями, а их гидроксиды - самыми сильными основаниями.

Номер группы, в которой находится элемент, равен высшей степени окисления его атома. Такая степень окисления может проявляться не у всех элементов данной группы (кислород, фтор) Для некоторых элементов (медь, серебро и золото), наоборот, известны соединения, где они проявляют степень окисления большую, чем номер группы. Для неметаллов низшая степень окисления соответствует числу электронов, которые атому необходимо присоединить для образования устойчивой восьмиэлектронной конфигурации.

Форма и свойства соединений, образуемых данным элементом, определяют степень окисления его атомов. Свойства оксидов и гидроксидов зависят от степени окисления образующих их элементов. Если данный элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с увеличением степени окисления свойства последних меняются от основных через амфотерные к кислотным.