Характеристика элемента по положению в таблице Менделеева

Как дать характеристику элемента по положению в таблице Менделеева

Характеристика элемента по положению в периодической системе — самое частое задание школьной химии и обязательный пункт ЕГЭ и ОГЭ. Его смысл ровно в том открытии, которое сделал Менделеев: место элемента в таблице однозначно задаёт строение его атома, а строение атома — все химические свойства и самого элемента, и его соединений. Поэтому характеристику всегда строят одной цепочкой: положение → строение атома → свойства. Стандартный план состоит из девяти пунктов: 1) положение в таблице (номер, период, группа, подгруппа); 2) строение атома (заряд ядра, число протонов, нейтронов и электронов, распределение по уровням); 3) электронная конфигурация и электронное семейство (s-, p-, d- или f-элемент); 4) металл это или неметалл и почему; 5) сравнение с соседями по периоду и по группе; 6) высшая и низшая степени окисления, валентность; 7) высший оксид и его характер; 8) высший гидроксид (основание или кислота); 9) летучее водородное соединение. Конструктор выше проходит все девять пунктов за вас для любого из 118 элементов, но разобраться, откуда берётся каждая строка, всё равно стоит — на контрольной таблица под рукой будет, а интернета не будет.

Первые три пункта читаются прямо из таблицы. Порядковый номер элемента Z — это и его место в таблице, и заряд ядра, и число протонов, и число электронов в нейтральном атоме. Номер периода равен числу заполненных энергетических уровней: у элементов 3-го периода их три. Номер группы у элементов главных подгрупп равен числу электронов на внешнем уровне — именно эти электроны и участвуют в химических связях. Число нейтронов в пункте о строении атома считают так: округлённая относительная атомная масса минус порядковый номер. Для хлора это 35 − 17 = 18 нейтронов. Дальше электроны распределяют по уровням (у хлора 2, 8, 7) и записывают конфигурацию 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵, сокращённо [Ne] 3s² 3p⁵. По последнему заполняемому подуровню определяют семейство: у хлора это p-подуровень, значит хлор — p-элемент. Здесь легко ошибиться с большими периодами: у железа последним заполняется 3d-подуровень, хотя внешний уровень уже четвёртый, — поэтому железо d-элемент с двумя электронами на внешнем уровне, а не «элемент VIII группы с восемью внешними электронами».

Пункты 4–6 — уже о свойствах. Металл перед вами или неметалл, видно по числу внешних электронов и по положению относительно диагонали бор — астат: если электронов на внешнем уровне мало (1–3), атому выгоднее их отдать — это металл и восстановитель; если много (5–7), атом достраивает уровень до восьмёрки, принимая электроны, — это неметалл и окислитель. Сравнение с соседями опирается на две периодические закономерности: в периоде слева направо радиус атома уменьшается, а неметаллические свойства усиливаются; в группе сверху вниз радиус растёт, неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются. Поэтому хлор — более сильный неметалл, чем его сосед по периоду сера, но более слабый, чем стоящий над ним фтор. Степени окисления для элементов главных подгрупп считают по двум простым правилам: высшая степень окисления равна номеру группы (у хлора +7), а низшая для неметалла равна «номер группы минус 8» (у хлора −1). Из правила есть знаменитые исключения: у фтора положительных степеней окисления нет вообще, кислород почти всегда −2, а у элементов побочных подгрупп высшая степень совпадает с номером группы далеко не всегда — у меди, серебра и железа её определяют по конкретным соединениям.

Последние три пункта — формулы соединений, и они выводятся из номера группы N механически. Высший оксид имеет общий вид R₂Oₙ, который после сокращения даёт семь знакомых форм: R₂O (I группа), RO (II), R₂O₃ (III), RO₂ (IV), R₂O₅ (V), RO₃ (VI), R₂O₇ (VII). Отсюда Na₂O, MgO, Al₂O₃, SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇. Характер оксида идёт по той же логике, что и металличность: у активных металлов оксид основный, у алюминия, цинка, бериллия — амфотерный, у неметаллов — кислотный. Высший гидроксид получают присоединением воды: для металлов это основание R(OH)ₙ (NaOH, Ca(OH)₂, Al(OH)₃), для неметаллов — кислородсодержащая кислота (H₂CO₃, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄). Летучее водородное соединение образуют только неметаллы IV–VII групп, и его формула RH₍₈₋ₙ₎: CH₄, NH₃, H₂S, HCl. У металлов летучих водородных соединений нет — с водородом они дают солеобразные гидриды вроде NaH. Обратите внимание на симметрию, которую и открыл Менделеев: чем правее элемент, тем больше кислорода в высшем оксиде и тем меньше водорода в водородном соединении.

Соберём всё вместе на примере, который чаще всего и спрашивают, — характеристика 17 элемента таблицы Менделеева. Под номером 17 стоит хлор (Cl, лат. Chlorum). Положение: 3-й период (малый), VII группа, главная подгруппа. Строение атома: заряд ядра +17, в ядре 17 протонов и 18 нейтронов, вокруг ядра 17 электронов на трёх уровнях — 2, 8, 7. Конфигурация 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵, p-элемент. На внешнем уровне 7 электронов, до восьмёрки не хватает одного, поэтому хлор — активный неметалл и сильный окислитель. Соседи: слева сера (№16), справа аргон (№18), сверху фтор (№9), снизу бром (№35); хлор сильнее серы и брома, но слабее фтора. Высшая степень окисления +7, низшая −1. Высший оксид Cl₂O₇ — кислотный, ему отвечает хлорная кислота HClO₄ — одна из самых сильных кислот. Летучее водородное соединение HCl — хлороводород, водный раствор которого называют соляной кислотой. Ровно такой же разбор конструктор выдаст для 47-го элемента (серебро), 26-го (железо), 29-го (медь) или любого другого номера, а подробные страницы элементов дополнят его историей открытия, физическими свойствами и применением.