Зависимость свойств элементов от периодического изменения электронных структур атомов

Рассмотрим зависимость свойств элементов от их положения в периодической системе. Свойства элементов зависят от числа валентных электронов, равное номеру группы в периодической таблицы.

Элементы, имеют завершены внешние энергетические уровни и содержит восемь электронов, является наиболее устойчивыми. Именно этим объясняется химическая инертность гелия, неона и аргона: они вообще не вступают в химические реакции. Атомы всех других химических элементов стремятся отдать или присоединить электроны, чтобы их электронная оболочка оказалась стойкой, при этом они превращаются в заряженные частицы.

Например, щелочной металл Натрий - элемент главной подгруппы I группы. Высокая химическая активность натрия объясняется наличием в его атомах единого валентного электрона. Теряя этот электрон, атом Натрия превращается в положительно заряженный ион Na⁺ с электронной конфигурацией инертного газа Неона. Ионы Na⁺ химически инертны. Чем больше число электронов содержится на внешнем электронном слое, тем сложнее их отдавать, поэтому с увеличением числа электронов на внешнем уровне (в периодах) металлические свойства элементов уменьшаются. Химические элементы, которые проявляют металлические свойства, как правило, имеют на внешнем уровне от одного до трех электронов.

В атомах галогенов, образующие главную подгруппу VII группы, семь электронов на внешнем уровне. До его завершения им недостает только одного электрона, поэтому для них наиболее характерен процесс присоединения электрона. Атом Хлора, например, присоединяя один электрон, превращается в ион Сl^-, что имеет электронную конфигурацию инертного газа и является химически стойким. Атомы других неметаллических элементов, подобно атомам галогенов, стремятся завершить внешний энергетический уровень путем присоединения электронов. Чем больше электронов не хватает до завершения электронного слоя, тем труднее их присоединять, следовательно, чем меньше электронов на внешнем уровне, тем слабее обнаружены неметаллические свойства. Химические элементы, которые проявляют неметаллические свойства, как правило, имеют на внешнем уровне от четырех до восьми электронов.

Таким образом, металлические свойства обуславливаются способностью отдавать электроны, а неметаллические - способностью их присоединять. Соответственно меняются и свойства простых веществ, образованных этими элементами.

Металлические свойства тем больше и, соответственно, неметаллические свойства тем меньше, чем легче отдается электрон с внешнего энергетического уровня. Отдать электрон с внешнего энергетического уровня тем легче, чем больше атомный радиус, благодаря тому, что сила притяжения ядра и электронов уменьшается с ростом расстояния между ними. Следовательно, изменение металлических свойств химических элементов будет аналогичная изменении их атомных радиусов. Поэтому в главных подгруппах металлические свойства с увеличением порядкового номера увеличиваются, а в периодах с увеличением порядкового номера металлические свойства уменьшаются. Неметаллические свойства, наоборот, в главных подгруппах с увеличением порядкового номера уменьшаются, а в периодах с увеличением порядкового номера увеличиваются.

Например, расположим химические элементы Al, S, Mg, Cl, Na в порядке увеличения неметаллических свойств. Приведенные химические элементы находятся в третьем периоде. В периодах неметаллические свойства с увеличением порядкового номера увеличиваются. Следовательно, указанные химические элементы надо записать в порядке увеличения их порядковых номеров: Na, Mg, Al, S, Cl.

Рассмотрим взаимосвязь между положением химических элементов в периодической системе и свойствами оксидов и соответствующих гидроксидов, которые образуют эти химические элементы, на примере элементов третьего периода. К третьему периоду относятся химические элементы: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar. Эти элементы образуют высшие оксиды такого состава (инертный химический элемент Аргон оксида не образует): , , , , , , .

Натрий оксид и магний оксид проявляют свойства основных оксидов, алюминий оксид является амфотерним оксидом, все другие оксиды (кремний(IV) оксид, фосфор(V) оксид, сульфур(VI) оксид хлора(VII) оксид) проявляют свойства кислотных оксидов. Кроме того, в ряде - основные свойства ослабляются, а в ряде - - - кислотные свойства усиливаются.

Так же можно проанализировать характер изменения в периоде свойств гидроксидов, которые соответствуют высшим оксидам: , , , , , , .

Натрий гидроксид и магния гидроксид проявляют свойства оснований, алюминий гидроксид есть амфотерним гидроксидом, все остальные гидроксиды проявляют свойства кислот: силикатная кислота, ортофосфатная кислота, сульфатная кислота, хлоратна кислота. Кроме того, в ряде - основные свойства ослабляются, а в ряде - - - кислотные свойства усиливаются.

Следовательно, в ряде элементов определенного периода ослабляются свойства основных оксидов и соответствующих им гидроксидов, а кислотные свойства в том же направлении усиливаются. Переход от основных к кислотным оксидов, и, соответственно, от основ до кислот осуществляется в периоде через амфотерный оксид или гидроксид. Такая закономерность справедлива для второго и третьего периодов периодической системы. Для элементов больших периодов наблюдаются более сложные закономерности.

При переходе от одного периода к другому конфигурация внешнего электронного слоя периодически повторяется, при этом повторяются и свойства химических элементов, их простых веществ и их соединений. Это и является главным объяснением смысла периодического закона Д. И. Менделеева.