Пригадайте:

• металічні елементи утворюють прості речовини метали та речовини переважно з основними властивостями;

• неметалічні елементи утворюють неметали та речовини переважно з кислотними властивостями;

• окисник — частинка (речовина), що в хімічних взаємодіях приймає електрони, відновник — та, що віддає.

Періодичність у зміні будови електронних оболонок атомів

В елементів однієї підгрупи подібна електронна конфігурація. Наприклад, в атомах Карбону й Силіцію, що розміщені в четвертій групі Періодичної системи, на зовнішньому рівні міститься по чотири електрони (на s- та р-орбіталях). Відмінність лише в тому, що в Карбону зовнішнім є другий енергетичний рівень, а в Силіцію — третій. Отже, ці дві пари елементів є електронними аналогами.

Будова зовнішнього енергетичного рівня атомів хімічних елементів однієї підгрупи є подібною (мал. 4.1), вони є електронними аналогами і внаслідок цього мають подібні хімічні властивості.

Періодичність у зміні властивостей елементів та їхніх сполук У 8 класі ви вивчали Періодичний закон:

Властивості хімічних елементів, а також утворених ними речовин перебувають у періодичній залежності від зарядів їхніх атомних ядер.

Звертаючи увагу на будову електронних оболонок, ми бачимо, що зі збільшенням заряду ядра атомів періодично повторюються електронні формули зовнішніх енергетичних рівнів. Оскільки саме від зовнішнього рівня в першу чергу залежать властивості елементів та їх сполук, то така періодичність зміни електронної конфігурації пояснює справедливість Періодичного закону.

Радіус атома

• Зі збільшенням порядкового номера елемента в головних підгрупах зростає число енергетичних рівнів, що заповнюється електронами, тому радіус атомів хімічних елементів однієї групи збільшується.

• В атомів хімічних елементів одного періоду число енергетичних рівнів, що заповнюються, однакове. Але зі збільшенням порядкового номера хімічного елемента заряд ядра поступово зростає, що спричиняє сильніше притягання електронів до ядра, і тому в періоді радіус атомів поступово зменшується (мал. 4.2).

Електронегативність елементів

• У періодах число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів поступово збільшується. Унаслідок цього зменшується здатність віддавати електрони і збільшується здатність їх приймати, а отже, й збільшується притягання спільних електронних пар, тобто в періодах електронегативність збільшується.

• В елементів однієї групи електронна конфігурація подібна, але число заповнених електронних шарів поступово збільшується. І чим далі від ядра перебуває зовнішній електронний шар, тим важче ядру притягувати спільні електронні пари. Унаслідок цього у групах електронегативність зменшується (мал. 4.2).

Металічні й неметалічні властивості

• Чим більше електронів на зовнішньому рівні, тим атомам складніше їх віддавати, тому зі збільшенням числа електронів на зовнішньому рівні (у періодах) металічні властивості елементів послаблюються. Чим більше електронів бракує до завершення електронного шару, тим важче їх приєднувати, тож чим менше електронів на зовнішньому шарі, тим слабшими є неметалічні властивості елементів. Отже, у періоді зі збільшенням порядкового номера металічні властивості елементів послаблюються, а неметалічні — посилюються.

• В елементів однієї підгрупи електронна конфігурація зовнішнього рівня однакова, але металічні властивості залежать від числа заповнених енергетичних рівнів. Зі збільшенням радіуса зовнішні електрони легше втрачати, тому в групах металічні властивості посилюються. Разом із цим зі збільшенням радіуса в групах атомів неметалічні властивості елементів послаблюються. Металічні властивості елементів однієї підгрупи найсильніше виражені в елементів із найбільшим радіусом (найбільшим порядковим номером), а неметалічні — в елементів із найменшим радіусом (найменшим порядковим номером) (мал. 4.2).

Окисно-відновні властивості простих речовин

З металічними та неметалічними властивостями хімічних елементів тісно пов’язані й окисно-відновні властивості простих речовин, що вони утворюють. Оскільки металічні властивості пов’язані зі здатністю атомів віддавати електрони, то чим активніший метал, тим сильнішим відновником він є. Так само щодо неметалічних властивостей, що пов’язані зі здатністю приймати електрони. Чим активніші неметалічні властивості, тим сильнішим окисником є речовина.

• Зі збільшенням порядкового номера в періодах відновні властивості послаблюються, а окисні — посилюються.

• У групах відновні властивості посилюються, а окисні послаблюються.

Кислотно-основні властивості оксидів та гідратів оксидів

З металічними та неметалічними властивостями хімічних елементів також тісно пов’язані кислотно-основні властивості їх оксидів та гідратів їх оксидів. Так, ви вже вивчали, що металічні елементи утворюють переважно основні речовини, а неметалічні — кислотні. Проаналізуйте зміну властивостей сполук у таблиці 3.

Таблиця 3. Кислотно-основні властивості оксидів та їхніх гідратів елементів третього періоду

Як можна побачити, з послабленням металічних та посиленням неметалічних властивостей хімічних елементів характерно змінюються властивості їхніх оксидів та гідратів оксидів. Елементи на початку періоду утворюють основні речовини (оксиди та гідроксиди). Потім основні властивості послаблюються: Алюміній утворює вже амфотерні сполуки, які виявляють і кислотні, і основні властивості. А немета-лічні елементи утворюють кислотні речовини, причому на прикладі гідратів оксидів добре видно як вони змінюються: від слабкої силікатної кислоти до дуже сильної перхлоратної кислоти (HClO₄ — одна з найсильніших кислот).

Отже, властивості хімічних елементів та їхніх сполук періодично змінюються, що значною мірою зумовлено періодичністю змін у будові електронних оболонок атомів. А Францій та Флуор — рекордсмени за багатьма властивостями (мал. 4.3).

Ключова ідея

Періодичність змін властивостей хімічних елементів та їхніх сполук пов'язана

з періодичністю повторюваності електронної будови атомів.

Контрольні запитання

48. Чим зумовлені металічні та неметалічні властивості елементів?

49. Поясніть, як за Періодичною системою визначити число валентних електронів в електронних оболонках атомів хімічних елементів головних підгруп.

50. Чому атоми приймають або віддають електрони в хімічних реакціях?

51. Схарактеризуйте та поясніть зміни в періодах та групах: а) сили притягання валентних електронів до ядра; б) металічних та неметалічних властивостей; в) радіуса атомів; г) електронегативності елементів; д) окисно-відновних властивостей простих речовин; е) кислотно-основних властивостей оксидів та гідратів оксидів.

52. Назвіть елемент, що має: а) найбільшу електронегативність; б) найменшу електронегативність; в) найбільший радіус атома; г) найменший радіус атома; д) найсильніші металічні властивості; е) найсильніші неметалічні властивості.

Завдання для засвоєння матеріалу

53. Поясніть, чому Натрій і Калій є електронними аналогами.

54. Який елемент другого періоду є електронним аналогом елемента з порядковим номером 12?

55. Які хімічні елементи є електронними аналогами: а) Карбону; б) Нітрогену? Складіть електронну формулу одного з них та схарактеризуйте, у чому полягає подібність у властивостях елементів та їхніх сполук.

56. Складіть графічні електронні формули елементів із порядковими номерами 11, 13 та 15. Складіть формули їхніх вищих оксидів та гідратів оксидів. Порівняйте їхні: а) металічні та неметалічні властивості; б) електронега-тивності; в) окисно-відновні властивості простих речовин; г) кислотно-основні властивості оксидів і гідратів оксидів.

57. Наведіть по одному прикладу елемента третього періоду, що: а) є активнішим металічним елементом за Літій; б) є активнішим неметалічним елементом за Фосфор; в) має електронегативність більшу за Нітроген; г) є менш активним окисником за Сульфур; д) є більш активним відновником за Алюміній; е) утворює гідрат вищого оксиду із сильнішими за Силіцій кислотними властивостями.

Завдання з розвитку критичного мислення

58. Як ви вважаєте, зміною яких властивостей атомів чи елементів можна пояснити зміну: а) неметалічних та металічних властивостей елементів; б) окисно-відновних властивостей речовин?

59. Схарактеризуйте причинно-наслідкові зв'язки між характером вищих оксидів та гідратів вищих оксидів елементів з: а) неметалічними чи металічними властивостями цих елементів; б) електронегативністю цих елементів; в) радіусом атомів цих елементів.

Перевірте свої знання за темою «Періодичний закон і Періодична система хімічних елементів», виконавши тестові завдання на сайті.

Це матеріал з підручника Хімія 11 клас Григорович