Периодические свойства химических элементов
Литий и натрий стоят в одном столбце таблицы и похожи: оба металлы, оба легко отдают по одному электрону, оба образуют щёлочи. Но натрий активнее. Причину не нужно искать в справочнике реакций: её подсказывает положение элементов в периодической системе.
Периодические свойства - свойства атомов и простых веществ, которые закономерно меняются с увеличением заряда ядра и повторяются в периодах и группах.
Почему свойства повторяются
Порядковый номер показывает заряд ядра и число электронов нейтрального атома. По мере движения по таблице электроны заполняют уровни в определённом порядке. Когда начинается новый период, появляется новый внешний уровень. Его строение постепенно повторяет уже знакомую схему, поэтому повторяются и свойства элементов.
Элементы главных подгрупп одной группы имеют одинаковое число внешних электронов. У фтора и хлора их семь, у магния и кальция по два. Подробно о том, как считать внешние электроны, рассказано в статье про валентные электроны.
Радиус атома
Атомный радиус условно описывает размер электронной оболочки. В периоде слева направо заряд ядра растёт, а электроны добавляются на тот же уровень. Ядро сильнее притягивает оболочку, поэтому радиус в целом уменьшается. У натрия атом больше, чем у хлора, хотя у хлора протонов и электронов больше.
В группе сверху вниз появляются новые энергетические уровни. Оболочка становится больше, поэтому радиус растёт. У калия он больше, чем у натрия. Внешний электрон калия дальше от ядра и легче отрывается, отсюда более высокая химическая активность.
Радиус уменьшается слева направо в периоде и увеличивается сверху вниз в группе. Это общая тенденция; для переходных элементов возможны нюансы.
Электроотрицательность
Электроотрицательность показывает, насколько атом в соединении притягивает к себе общую электронную пару. Чем ближе элемент к правому верхнему углу таблицы, тем она обычно выше. Самая высокая электроотрицательность у фтора.
В периоде электроотрицательность возрастает слева направо: радиус уменьшается, а ядро сильнее притягивает электроны связи. В группе она убывает сверху вниз, потому что внешняя оболочка удаляется от ядра. Разность электроотрицательностей помогает оценить полярность связи: у натрия и хлора она велика, у двух одинаковых атомов равна нулю.
Металлические и неметаллические свойства
Металлы обычно легко отдают внешние электроны. Их свойства усиливаются при движении вниз по группе и влево по периоду. Поэтому цезий активнее лития, а натрий проявляет металлические свойства сильнее магния.
Неметаллы, наоборот, чаще принимают электроны или образуют общие пары. Их свойства усиливаются вверх по группе и вправо по периоду. Хлор сильнее проявляет неметаллический характер, чем сера. Благородные газы стоят особняком: их внешний уровень заполнен, поэтому они реагируют редко.
Как сравнивать элементы в задаче
Сначала определите, стоят ли элементы в одной группе или в одном периоде. Для элементов одной группы ниже расположен более крупный атом с меньшей электроотрицательностью и более сильными металлическими свойствами. Для элементов одного периода правее расположен более маленький атом с большей электроотрицательностью и более сильными неметаллическими свойствами.
Сравним магний и кальций. Оба находятся во второй группе, но кальций ниже: его радиус больше, электроны отдаются легче, металлические свойства выражены сильнее. Сравним фосфор и хлор. Оба в третьем периоде, хлор правее: его радиус меньше, электроотрицательность выше, неметаллические свойства сильнее.
- В периоде слева направо: радиус уменьшается, электроотрицательность растёт.
- В группе сверху вниз: радиус растёт, электроотрицательность уменьшается.
- Металлические свойства усиливаются вниз и влево.
- Неметаллические свойства усиливаются вверх и вправо.
Тенденции помогают сделать прогноз, но не отменяют конкретных данных. Если в условии дана таблица значений или речь идёт о сложных переходных металлах, опирайтесь на неё. Для основной школьной химии эта схема закрывает большую часть сравнительных заданий.