Периодические свойства элементов

Периодический закон утверждает, что свойства химических элементов и образуемых ими соединений находятся в закономерной зависимости от заряда атомного ядра, то есть от порядкового номера элемента. Эта зависимость проявляется в повторяемости химических и физических свойств через определённые интервалы, что находит отражение в структуре Периодической системы.

Изменение атомного радиуса

Атомный радиус определяется как половина расстояния между ядрами двух одинаковых атомов, находящихся в молекуле или кристаллической решётке.

В пределах периода радиус атома уменьшается слева направо. Это связано с увеличением положительного заряда ядра, который сильнее притягивает электроны, несмотря на постоянное число энергетических уровней.
В пределах группы атомный радиус увеличивается сверху вниз, поскольку добавляются новые энергетические уровни, что приводит к удалению внешних электронов от ядра.

Таким образом, минимальные радиусы наблюдаются у элементов верхнего правого угла системы (например, у фтора), а максимальные — у щелочных металлов нижних периодов (например, у цезия).

Изменение ионизационной энергии

Ионизационная энергия — это энергия, необходимая для отрыва электрона от изолированного атома.

В периоде значение ионизационной энергии возрастает слева направо, так как ядро сильнее удерживает электроны при увеличении заряда.
В группе ионизационная энергия убывает сверху вниз, что связано с ростом атомного радиуса и ослаблением притяжения электронов внешнего уровня.

Максимальные значения характерны для инертных газов, минимальные — для щелочных металлов.

Изменение электроотрицательности

Электроотрицательность выражает способность атома притягивать к себе общие электронные пары.

В пределах периода электроотрицательность возрастает слева направо, что связано с уменьшением радиуса и увеличением заряда ядра.
В пределах группы она уменьшается сверху вниз вследствие роста атомных размеров.

Наибольшая электроотрицательность у фтора, наименьшая — у щелочных металлов.

Изменение металлических и неметаллических свойств

Металлический характер элемента выражается в способности отдавать электроны, неметаллический — в склонности их принимать.

В периодах при движении слева направо металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются.
В группах сверху вниз металлический характер возрастает, неметаллический ослабевает.

Щелочные металлы обладают наиболее выраженными металлическими свойствами, а фтор и кислород — сильнейшими неметаллическими.

Изменение степени окисления

Степени окисления элементов также подчиняются периодической закономерности.

В пределах периода максимальная положительная степень окисления возрастает от +1 у щелочных металлов до +7 у элементов VII группы.
Отрицательные степени окисления наиболее характерны для элементов конца периода (например, −1 у галогенов, −2 у кислорода).

Изменение основных и кислотных свойств оксидов и гидроксидов

Свойства соединений элементов закономерно изменяются вместе с положением элементов.

В периодах от щелочных металлов к галогенам свойства оксидов и гидроксидов изменяются от основных через амфотерные к кислотным.
В группах сверху вниз усиливаются основные свойства и ослабевают кислотные.

Электронное строение и периодичность

Причина периодичности свойств заключается в повторяемости конфигураций внешнего электронного уровня. Атомы элементов одного периода постепенно заполняют электронные оболочки, и наибольшее сходство свойств наблюдается у элементов, у которых число валентных электронов одинаково. Именно поэтому элементы одной группы обладают сходными химическими характеристиками, хотя и проявляют их в различной степени.

Значение периодических свойств

Знание закономерностей изменения периодических свойств позволяет предсказать характеристики новых или малоизученных элементов, а также объяснить различия в реакционной способности веществ. Периодический закон и Периодическая система Менделеева остаются фундаментальной основой химии, объединяющей атомное строение и макроскопические проявления химических реакций.