Периодический закон: как читать таблицу Менделеева, а не заучивать её
Все свойства элемента следуют из его адреса в таблице: номер периода даёт число электронных слоёв, номер группы — число внешних электронов. Из этих двух чисел выводятся радиус, электроотрицательность, степени окисления и активность.
1Адрес элемента: период, группа, подгруппа
Периодический закон в современной формулировке: свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома (а не от атомной массы, как у Менделеева изначально). Заряд ядра равен порядковому номеру элемента — это ключ ко всему заданию 2.
- Период — горизонтальный ряд. В первых трёх периодах заполняются только s- и p-подуровни, поэтому они короткие: 2, 8 и 8 элементов.
- Группа — вертикальный столбец. Элементы одной группы имеют одинаковое число внешних электронов и потому похожи по свойствам.
- Главная подгруппа (А) — s- и p-элементы: их валентные электроны только на внешнем слое.
- Побочная подгруппа (Б) — d-элементы (Sc…Zn). Валентными являются электроны внешнего s- и предвнешнего d-подуровня.
- Четвёртый период — первый большой: между Ca и Ga вклинивается декада d-элементов, у которых заполняется 3d-подуровень.
- У d-элементов высшая степень окисления не всегда равна номеру группы: у меди (IБ) это +2, у железа (VIIIБ) реально +3.
2Четыре свойства, которые меняются периодически
Все закономерности задания 2 держатся на одной физической причине: как сильно ядро удерживает внешние электроны. Это зависит от двух конкурирующих факторов — заряда ядра (притягивает сильнее) и числа электронных слоёв (отодвигает внешние электроны и экранирует их).
| Свойство | По периоду → | По группе ↓ | Почему |
|---|---|---|---|
| Радиус атома | уменьшается | увеличивается | В периоде растёт заряд ядра при том же числе слоёв; в группе добавляются слои |
| Электроотрицательность | увеличивается | уменьшается | Чем меньше радиус и больше заряд ядра, тем сильнее атом оттягивает общую пару |
| Энергия ионизации | увеличивается | уменьшается | Электрон, который ближе к ядру, оторвать труднее |
| Металлические свойства | ослабевают | усиливаются | Металличность — способность отдавать электроны, она растёт с радиусом |
| Неметаллические свойства | усиливаются | ослабевают | Зеркально металлическим: это способность принимать электроны |
| Высшая степень окисления | растёт от +1 до +7 | не меняется | Равна числу валентных электронов, то есть номеру группы |
Переключайте свойство кнопками сверху, наводите и кликайте по клеткам — снизу появятся данные элемента
По периоду растёт заряд ядра при неизменном числе слоёв — оболочка стягивается. По группе добавляются электронные слои — атом «раздувается».
3Сравнение элементов — главный формат задания 2
В задании 2 обычно дан ряд из трёх-пяти элементов, и требуется выбрать те, у которых свойство меняется в заданном направлении, либо расположить элементы в порядке возрастания свойства. Алгоритм всегда один: определите период и группу каждого элемента, а дальше примените тренд.
Выберите пару элементов — визуализация покажет, у кого больше радиус и электроотрицательность, и объяснит почему
- Оба элемента — в одной группе (VА), поэтому у них одинаковое число внешних электронов и похожие химические свойства.
- Сверху вниз добавляются электронные слои (N: 2 слоя(-ёв) → P: 3). Внешние электроны оказываются дальше от ядра и экранируются внутренними — ядро удерживает их слабее.
- Поэтому у Фосфор радиус больше, электроотрицательность и энергия ионизации ниже, а металлические свойства выражены сильнее, чем у Азот.
Вывод: радиус больше у P, электроотрицательность выше у N, металлические свойства сильнее у P.
В каком ряду элементы расположены в порядке увеличения радиуса атома?
Li, Na, K — одна группа IА, сверху вниз добавляется электронный слой, поэтому радиус растёт: 167 → 190 → 243 пм. Все остальные ряды идут по периоду слева направо, где заряд ядра увеличивается при неизменном числе слоёв, и радиус, наоборот, уменьшается: Na 190 → Mg 145 → Al 118; P 98 → S 88 → Cl 79; N 56 → O 48 → F 42 пм.
4Степени окисления, высшие оксиды и водородные соединения
Вторая половина заданий на периодический закон касается формул соединений. Здесь работают два простых правила, оба привязаны к номеру группы.
Двигайте ползунок по группам А — формулы и степени окисления пересобираются автоматически
Равна номеру группы
Номер группы минус 8
Сверху вниз в группе растёт радиус, поэтому усиливаются металлические свойства простых веществ, а высшие оксиды и гидроксиды становятся более основными (менее кислотными).
| Группа | Высший оксид | Пример (3-й период) | Характер оксида |
|---|---|---|---|
| IА | R₂O | Na₂O | основный |
| IIА | RO | MgO | основный |
| IIIА | R₂O₃ | Al₂O₃ | амфотерный |
| IVА | RO₂ | SiO₂ | кислотный |
| VА | R₂O₅ | P₂O₅ | кислотный |
| VIА | RO₃ | SO₃ | кислотный |
| VIIА | R₂O₇ | Cl₂O₇ | кислотный |
Элемент образует высший оксид состава RO₃ и летучее водородное соединение H₂R. В какой группе он находится?
В RO₃ степень окисления R равна +6, значит номер группы VI. Низшая СО = 6 − 8 = −2, что даёт формулу летучего водородного соединения H₂R. Это группа VIА: сера, селен, теллур (у кислорода RO₃ не образуется).
5Как решать задание 2 за минуту
На реальном экзамене задание 2 идёт в блоке «Строение атома» вместе с заданиями 1 и 3. Таблица Менделеева есть на бланке, поэтому запоминать значения не нужно — нужно уметь быстро читать положение элемента.
- Шаг 1. Выпишите для каждого элемента ряда пару чисел: номер периода и номер группы.
- Шаг 2. Определите, что общего — один период или одна группа. Это сразу задаёт, какой тренд применять.
- Шаг 3. Вспомните направление: вправо — сильнее неметалл, вниз — сильнее металл. Радиус ведёт себя противоположно неметалличности.
- Шаг 4. Если элементы в разных периодах и группах, сравнивайте сначала по числу слоёв: этот фактор обычно перевешивает.
- Шаг 5. Проверьте, что записали цифры в том порядке, который требует условие: «увеличение» и «уменьшение» дают разные ответы.
- Шаг 6. Если спрашивают про формулы, переведите номер группы в высшую СО и соберите оксид по индексам.
Даны элементы: 1) Si, 2) P, 3) N, 4) Al, 5) C. Выберите три элемента, расположенные в порядке усиления неметаллических свойств.
Al, Si, P стоят подряд в 3-м периоде слева направо. При движении вправо заряд ядра растёт, радиус уменьшается, электроотрицательность увеличивается — неметаллические свойства усиливаются: Al (металл) → Si (промежуточные свойства) → P (неметалл). Вариант «3, 2, 1» (N, P, Si) даёт, наоборот, ослабление.
У какого из атомов радиус наибольший?
Все четыре элемента — 4-й период, значит число электронных слоёв одинаково (4). Слева направо радиус уменьшается, поэтому наибольший радиус у самого левого элемента — калия (243 пм). Далее Ca 194, As 114, Br 94 пм.
Теория закончилась — теперь руки
Понимание закрепляется только на задачах. Прорешайте тему в тренажёре, пока материал свежий: 40 задач с разбором каждого решения.
Перейти в тренажёр