Деякі закономірності в Періодичній таблиці Д.І. Менделєєва

Періодична таблиця систематизує не тільки елементи, але і найрізноманітніші їх властивості. Хіміку часто буває досить мати перед очима Періодичну таблицю для того, щоб правильно відповісти на безліч питань (не тільки екзаменаційних, а й наукових).

Заглянемо ще раз у Періодичну таблицю. Крім глибокої фундаментальної зв’язку між елементами, вона відображає ряд корисних для вивчення хімії закономірностей.

а) Закономірності, пов’язані з металевими і неметалевими властивостями елементів.

1. При переміщенні вздовж періоду СПРАВА ЛІВОРУЧ металеві властивості елементів посилюються. У зворотному напрямку зростають неметалеві.

Це пояснюється тим, що правіше знаходяться елементи, електронні оболонки яких ближче до октету. Елементи в правій частині періоду менше схильні віддавати свої електрони для утворення металевого зв’язку і взагалі в хімічних реакціях.

Наприклад, вуглець – більш виражений неметал, ніж його сусід по періоду бор, а азот володіє ще більш яскравими неметалевими властивостями, ніж вуглець.

Зліва направо в періоді також збільшується і заряд ядра. Отже, збільшується тяжіння до ядра валентних електронів і утруднюється їх віддача.

Навпаки, s-елементи в лівій частині таблиці мають мало електронів на зовнішній оболонці і менший заряд ядра, що сприяє утворенню саме металевого зв’язку. За зрозумілих винятком водню і гелію (їх оболонки близькі до завершення або завершені!), Всі s-елементи є металами; p-елементи можуть бути як металами, так і неметалами, залежно від того – в лівій або правій частині таблиці вони знаходяться.

У d-і f-елементів, як ми знаємо, є “резервні” електрони з “передостанніх” оболонок, які ускладнюють просту картину, характерну для s-і p-елементів. У цілому d-і f-елементи набагато охочіше проявляють металеві властивості.

Переважна кількість елементів є металами і тільки 22 елемента відносять до неметалів: це H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, а також всі галогени та інертні гази.

Деякі елементи у зв’язку з тим, що вони можуть проявляти лише слабкі металеві властивості, відносять до напівметал.

Що таке напівметали? Якщо вибрати з Періодичної таблиці p-елементи і записати їх в окремий “блок” (це зроблено в “довгої” формі таблиці), то виявиться закономірність, показана на рис. 4-7. Ліва нижня частина блоку містить типові метали, права верхня – типові неметали. Елементи, що займають місця на кордоні між металами і неметалами, іноді називають напівметал.

Напівметали мають ковалентну кристалічну решітку при наявності металевої провідності (електропровідності). Валентних електронів у них або недостатньо для утворення повноцінної “октетное” ковалентного зв’язку (як у борі), або вони не утримуються досить міцно (як у тeллуре або полонії) за великих розмірів атома. Тому зв’язок в ковалентних кристалах цих елементів має частково металевий характер.

Деякі напівметали (кремній, германій) є напівпровідниками. Напівпровідникові властивості цих елементів пояснюються багатьма складними причинами, але одна з них – істотно менша (хоча і не нульова) електропровідність, яка пояснюється слабкою металевим зв’язком. Роль напівпровідників в електронній техніці надзвичайно важлива.

2. При переміщенні зверху Вниз уздовж груп посилюють МЕТАЛЕВІ властивості елементів. Це пов’язано з тим, що нижче в групах розташовані елементи, що мають вже досить багато заповнених електронних оболонок. Їх зовнішні оболонки знаходяться далі від ядра. Вони відокремлені від ядра більш товстою “шубою” з нижніх електронних оболонок і електрони зовнішніх рівнів утримуються слабше.

б) Закономірності, пов’язані з окислювально-відновні властивості. Зміни електронегативності елементів.

3. Перераховані вище причини пояснюють, чому ЗЛІВА НАПРАВО підсилює окислювально властивості, а при русі зверху Вниз – ВІДНОВНІ властивості елементів.

Остання закономірність поширюється навіть на такі незвичайні елементи, як інертні гази. У “важких” благородних газів криптону і ксенону, які знаходяться в нижній частині групи, вдається “відібрати” електрони і отримати їх з’єднання з сильними окислювачами (фтором і киснем), а для “легких” гелію, неону і аргону це здійснити не вдається.

Самозаймання цезію на повітрі правому верхньому куті таблиці знаходиться найактивніший неметал-окислювач фтор (F), а в лівому нижньому кутку – найактивніший метал-відновник цезій (Cs). Цезій настільки активний, що самозаймається на повітрі (подивіться досвід з “Єдиної колекції цифрових освітніх ресурсів”). Елемент францій (Fr) повинен бути ще більш активним відновником, але його хімічні властивості вивчати вкрай важко через швидкого радіоактивного розпаду.

4. З тієї ж причини, що і окисні властивості елементів, їх ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ ЗРОСТАЄ теж ЗЛІВА НАПРАВО, досягаючи максимуму у галогенів. Не останню роль у цьому відіграє ступінь завершеності валентної оболонки, її близькість до октету.

5. При переміщенні зверху Вниз по групах ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ ЗМЕНШУЄТЬСЯ. Це пов’язано зі зростанням числа електронних оболонок, на останній з яких електрони притягуються до ядра все слабкішим і слабкіше.

Посилання на основну публікацію