№2. Периодический закон: как меняются свойства элементов по периоду и группе
Задание №2 — это задание на сравнение: нужно расставить элементы по усилению металлических или неметаллических свойств. Достаточно помнить два направления изменений и одно ограничение: сравнивать свойства можно только у элементов одного периода или одной подгруппы.
Периодический закон в современной формулировке звучит так: свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома, то есть от порядкового номера. Наглядная форма закона — таблица Менделеева. Период — горизонтальный ряд, который начинается щелочным металлом; номер периода равен числу электронных слоёв в атоме. Группа — вертикальный столбец: главную подгруппу (A) образуют s- и p-элементы, побочную (B) — d-элементы.
по периоду слева направо: заряд ядра ↑, число слоёв постоянно, радиус ↓, электроотрицательность ↑, неметаллические свойства ↑ · по главной подгруппе сверху вниз: число слоёв ↑, радиус ↑, электроотрицательность ↓, металлические свойства ↑
| Характеристика | По периоду слева направо | По главной подгруппе сверху вниз |
|---|---|---|
| Заряд ядра и число электронов | увеличиваются | увеличиваются |
| Число электронных слоёв | не меняется | увеличивается |
| Радиус атома | уменьшается | увеличивается |
| Электроотрицательность | увеличивается | уменьшается |
| Металлические свойства | ослабевают | усиливаются |
| Неметаллические свойства | усиливаются | ослабевают |
| Высшая степень окисления | растёт от +1 до +7 и равна номеру группы | не меняется и равна номеру группы |
| Характер высших оксидов и гидроксидов | от основных через амфотерные к кислотным | основные свойства усиливаются |
Почему так происходит? Металлические свойства — это способность атома отдавать электроны, неметаллические — способность принимать их. Чем больше заряд ядра и чем меньше радиус, тем сильнее ядро притягивает валентные электроны: отдавать их становится труднее, а принимать легче. Поэтому в периоде слева направо металлические свойства слабеют. В группе сверху вниз добавляется новый электронный слой, валентные электроны удаляются от ядра и отрываются легче, поэтому металлические свойства усиливаются. Сравни: литий реагирует с водой спокойно, а калий — бурно, со вспышкой.
Na (I группа) → Mg (II) → Al (III) → Si (IV) → P (V) → S (VI) → Cl (VII): металлические свойства ослабевают, неметаллические усиливаются
Отдельная тема задания — высшие оксиды и гидроксиды. Формула высшего оксида определяется номером группы: элемент I группы даёт Э2O, II группы — ЭO, III — Э2O3, IV — ЭO2, V — Э2O5, VI — ЭO3, VII — Э2O7. Формула высшего гидроксида тоже связана с группой, а его характер меняется по периоду: у натрия основание, у магния основание послабее, у алюминия амфотерный гидроксид, дальше идут кислоты, причём их сила растёт.
Na2O → MgO → Al2O3 → SiO2 → P2O5 → SO3 → Cl2O7
NaOH (сильное основание) → Mg(OH)2 (основание) → Al(OH)3 (амфотерный) → H2SiO3 (слабая кислота) → H3PO4 → H2SO4 → HClO4 (сильная кислота)
Как устроено само задание. Дан ряд из пяти элементов, и нужно выбрать три, стоящие в одном периоде, а затем расставить их по усилению того или иного признака. Ограничение здесь принципиальное: свойства элементов разных периодов напрямую не сравнивают, поэтому сначала отбираем тройку по строке таблицы, а уже потом упорядочиваем её. Если сравнивать нужно по группе, наоборот, отбирают элементы одного столбца.
- Шаг 1. Выпиши для каждого элемента перечня номер периода и номер группы — без этого задание не решается.
- Шаг 2. Оставь только те три элемента, которые стоят в одном периоде; остальные в ответ не входят, даже если они похожи по свойствам.
- Шаг 3. Определи, что именно просят: усиление металлических свойств или усиление неметаллических.
- Шаг 4. Расставь тройку: металлические свойства усиливаются справа налево (от большей группы к меньшей), неметаллические — слева направо.
- Шаг 5. Проверь крайние элементы: первым должен идти самый слабый по требуемому признаку, последним — самый сильный.
- Шаг 6. Убедись, что цифры записаны в порядке следования элементов в последовательности, а не по возрастанию номеров.
Типичные ошибки. 1) Сравнивают элементы разных периодов: в ответ попадают элементы, которые по строке таблицы рядом не стоят, и задание теряет смысл. 2) Путают направление: в периоде металлические свойства усиливаются справа налево, а не слева направо. 3) Считают, что радиус атома растёт вместе с зарядом ядра: по периоду радиус как раз уменьшается. 4) Путают высшую степень окисления с номером периода: высшая степень окисления у элементов главных подгрупп равна номеру группы. 5) Забывают, что у d-элементов побочных подгрупп закономерности другие, а в задании почти всегда речь о главных подгруппах. 6) Записывают элементы в произвольном порядке: в задании на последовательность проверяется и порядок цифр.
Проверь себя
- Почему в периоде слева направо радиус атома уменьшается, хотя число электронов растёт?
- Как по номеру группы определить формулу высшего оксида элемента III группы и характер этого оксида?
- Почему у калия металлические свойства выражены сильнее, чем у лития, хотя оба стоят в I группе?
- Как изменяется сила высших гидроксидов в ряду NaOH → Mg(OH)2 → Al(OH)3 → H2SO4 → HClO4 и почему?
- В ряду K, Ca, Br, Li, Ba выбери три элемента одного периода и объясни, почему оставшиеся два в ответ попасть не могут.
Показательные решения
- Нужно расположить три элемента в порядке усиления металлических свойств, выбрав их из ряда пяти предложенных.
- Сначала определяем период каждого элемента: сравнивать свойства можно только у элементов одной строки таблицы Менделеева.
- В ряду есть элементы третьего периода — кремний, магний и натрий; остальные элементы стоят в других строках и в ответ не войдут.
- В периоде металлические свойства усиливаются справа налево, то есть при движении от большей группы к меньшей: кремний (IV группа), магний (II группа), натрий (I группа).
- Проверяем по свойствам: натрий — щелочной металл, магний — щёлочноземельный металл, а кремний неметалл, значит порядок действительно отражает усиление металлических свойств.
- Ответ: 341 — Si, Mg, Na.
Ответ: 341
Официальное решение из банка ФИПИ
Металлические свойства усиливаются по периоду справа налево: Si, Mg и Na. Ответ: 341.
- Требуется расставить три элемента в порядке усиления неметаллических свойств.
- Отбираем элементы одного периода: магний, кремний и хлор стоят в третьем периоде, а элементы второго периода в тройку не входят.
- Неметаллические свойства в периоде усиливаются слева направо, то есть от I группы к VII: магний (II группа) — самый слабый по этому признаку, затем кремний (IV группа), затем хлор (VII группа).
- Проверка по высшим оксидам: MgO — основный оксид, SiO2 — слабый кислотный, Cl2O7 — сильный кислотный; значит, неметаллические свойства растут именно в этом порядке.
- Ответ: 234 — Mg, Si, Cl.
Ответ: 234
Официальное решение из банка ФИПИ
В одном периоде находятся Mg, Si, Cl. Неметаллические свойства усиливаются по периоду слева направо: Mg, Si и Cl. Ответ: 234.
- В ряду пять элементов, но сравнивать можно только элементы одного периода, поэтому определяем периоды для лития, калия, кальция, брома и бария.
- Литий и барий стоят в других периодах, значит в тройку входят калий, кальций и бром — все элементы четвёртого периода.
- Спрашивают усиление металлических свойств, поэтому расставляем тройку справа налево по таблице: бром (VII группа), кальций (II группа), калий (I группа).
- Проверяем по химии: бром — неметалл, кальций и калий — металлы, причём калий активнее кальция и реагирует с водой уже при обычных условиях.
- Ответ: 241 — Br, Ca, K.
Ответ: 241
Официальное решение из банка ФИПИ
В одном периоде находятся K, Ca, Br. Металлические свойства усиливаются по периоду справа налево: Br, Ca, K. Ответ: 241.