19.03.21 хімія Поняття про радіус атома. Періодична система хімічних елементів з позиції теорії будови атома.

 

Якщо на зовнішньому енергетичному рівні міститься максимально можлива для цього рівня кількість електронів, то він називається завершеним і є найбільш стабільним. Атоми інертних елементів (He, Ne, Ar, Kr, Xe) мають завершені енергетичні рівні і тому за звичайних умов не вступають у хімічні реакції (за винятком Ксенону). У атомів всіх інших елементів зовнішні енергетичні рівні незавершені. У атомів металічних елементів на останньому енергетичному рівні міститься від 1 до 3 електронів. Ці елементи легко віддають електрони зовнішнього рівня, які слабко зв’язані з ядром.

Здатність елемента віддавати електрони можна вважати мірою металічності. Чим менше електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома, тим металічні властивості виражені сильніше. Атоми неметалічних елементів мають на зовнішньому енергетичному рівні від 4 до 7 електронів, які міцно зв’язані з ядром. Тому вони, вступаючи в хімічну реакцію, як правило, приєднують електрони. Чим більше електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома, тим легше він притягує до себе електрони, тим сильніше виражені у нього неметалічні властивості. Здатність атома притягувати електрони можна вважати мірою неметалічності.

Хімічні властивості типових металів зумовлюються легкістю відщеплення електронів від їх атомів, а хімічні властивості типових неметалів – легкістю приєднання електронів до їх атомів.

Зміни в межах одного періоду

У першому періоді містяться два елементи – Гідроген і Гелій. Атом Гідрогену має один неспарений електрон, але він належить до неметалічних елементів (як виняток). У атома Гелію два спарені електрони, рівень завершений. Це хімічно інертний неметалічний елемент (виняток). У елементів II періоду, який починається лужним металом Літієм і закінчується інертним газом Неоном, зліва на право зростає кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні, заряд ядра атома відносна атомна маса, валентність за Оксигеном, зменшується валентність за Гідрогеном і зменшується радіус атома. Літій – типовий металічний елемент, Берилій – амфотерний, Бор – проявляє неметалічні властивості, які зростають у кожного наступного елемента. Флуор – типовий неметалічний елемент, Неон – інертний елемент. Аналогічні зімни можемо спостерігати у елементів III періоду, який починається лужним металом Натрієм і закінчується інертним елементом Аргоном. У елементів цього періоду плавно зростає число електронів на третьому енергетичному рівні. Як бачимо, будова зовнішньої оболонки із зростанням порядкового номера елемента періодично повторюється, а отже, періодично повторюються і хімічні властивості елементів. Як змінюються властивості елементів в межах одного періоду?

В межах періоду спадають металічні і збільшуються неметалічні властивості.

Елементи одного періоду мають однакове число енергетичних рівнів але різний заряд ядра атома. Із зростанням зарядів ядер атомів елементів притягання ядром електронних оболонок посилюється — відбувається своєрідне стискання їх, тобто зменшення радіуса атома. На початку періоду розміщуються елементи, які мають великий радіус атома і мале число електронів у зовнішньому електронному шарі. Електрони, які перебувають далі від ядра, слабкіше з ним зв’язані, тому легше відриваються від нього. Чим менший заряд ядра і чим далі електрони розміщені від ядра, тим металічні властивості будуть сильніше виражені. В кінці періоду атоми мають менший радіус атома, більше число електронів і більший заряд ядра атома, тому електрони зовнішнього електронного рівня сильніше зв’язані з ядром, атоми проявляють неметалічні властивості.

В періодах, зліва направо, в міру зростання зарядів ядер і зменшення радіуса атома зростає сила, з якою електрони зовнішнього шару утримуються ядром, легкість відривання електронів від цього шару зменшується, а притягання – збільшується.

У наступних періодах спостерігається поступова зміна властивостей від типового лужного металу до типового галогену. Тільки у них міститься не 8, а 18 елементів і більше, тому спостерігається деяка періодичність у зміні властивостей всередині самих періодів. Так, у парних рядах великих періодів металічні властивості елементів послаблюються повільно, тому всі елементи парних рядів – металічні. У непарних рядах великих періодів властивості елементів змінюються так само, як і в елементів малих періодів: металічні властивості послаблюються, а неметалічні – посилюються. Особливу подібність у хімічних властивостях проявляють металічні елементи VIII групи (тріади), що утворюють родини Феруму, Паладію та Платини.

Порівняємо елементи Неон і Натрій. У атома Неону 10 електронів розташовані на двох енергетичних рівнях, рівні завершені. У атома Натрію 10 електронів, як і у Неону, розташовані на двох енергетичних рівнях, а одинадцятий електрон займає третій енергетичний рівень.

Аналогічно у атома Аргону завершені перші два енергетичні рівні, а на третьому зовнішньому рівні міститься 8 електронів (октет). У атома Калію така будова повторюється, але дев’ятнадцятий електрон займає четвертий енергетичний рівень. З появою нового енергетичного рівня, властивості елементів різко змінюються.

З нагромадженням електронів у зовнішньому шарі пов’язана плавна зміна властивостей елементів у періодах. З появою нового електронного шару відбувається різна, стрибкоподібна зміна властивостей: з’являється новий електронний шар – починається новий період.

Зміни в межах однієї підгрупи

Атоми елементів, які мають однакову кількість електронів на зовнішньому рівні утворюють одну підгрупу, але вони відрізняються радіусом, тому знаходяться в різних періодах. В межах головної підгрупи зверху вниз зростає радіус атома, що пояснюється збільшенням числа електронних шарів. Електрони зовнішнього рівня слабкіше притягується ядром, зростає легкість віддавання електронів, посилюються металічні властивості.

№	Періодична система хімічних елементів	Будова атома
1	Порядковий номер елемента.	а) величина заряду ядра атома; б) кількість протонів у ядрі; в) кількість електронів у атомі.
2	Номер періоду.	Кількість електронних шарів у атомі.
3	Номер групи.	а) максимальна кількість електронів, які можуть брати участь в утворенні хімічних зв’язків; б) для елементів головних підгруп – кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні.
4	Послаблення металічних і посилення неметалічних властивостей зліва направо в межах періоду.	Зі збільшенням порядкового номера елементів зростають заряди ядер атомів і сила притягання до ядра електронів зовнішнього шару.
5	Послаблення неметалічних і посилення металічних властивостей зверху донизу в межах головних підгруп.	Зі збільшенням порядкового номера елемента збільшується кількість електронних шарів і зменшується сила притягання електронів зовнішнього шару до ядра.

 Будова атомів обумовлює дві закономірності:

1. Зміну властивостей елементів по горизонталі: послаблення металічних і посилення неметалічних властивостей зліва направо.
2. Зміну властивостей елементів по вертикалі: посилення металічних і зменшення неметалічних властивостей елемента зверху вниз.

Зміну властивостей елементів у періодичній системі схематично можна зобразити так:

Звідси випливає, що найсильніше металічні властивості виражені у Францію, а неметалічні – у Флуору.