Изменение свойств по периодам и группам

Радиусы ионов. Катион меньше своего атома, анион больше: \(r(\ce{Na+}) < r(\ce{Na})\), \(r(\ce{Cl-}) > r(\ce{Cl})\). В ряду изоэлектронных частиц (одинаковое число электронов) радиус уменьшается с ростом заряда ядра:

\[ r(\ce{O^{2-}}) > r(\ce{F-}) > r(\ce{Na+}) > r(\ce{Mg^{2+}}) > r(\ce{Al^{3+}}) \quad (\text{у всех по 10 электронов}). \]

Элементы из разных периодов и групп сравнивают через промежуточный элемент, стоящий в периоде одного и в группе другого. Калий и алюминий: от калия поднимемся по группе к натрию (радиус уменьшается), затем пройдём по периоду вправо к алюминию (радиус снова уменьшается). Оба шага ведут в одну сторону, значит, \(r(\ce{K}) > r(\ce{Al})\). Натрий и кальций: от натрия вправо к магнию радиус уменьшается, от магния вниз к кальцию — растёт; шаги ведут в разные стороны, правило ответа не даёт, и такие пары «наискосок» в заданиях не сравнивают. Если же у одного элемента на два уровня больше, а стоит он правее не более чем на три группы, решает число уровней: селен крупнее углерода, бром — азота и кислорода, иод — серы.

Правило группы знает исключения, и в заданиях их обходят. Радиусы соседних \(d\)-элементов почти одинаковы: электроны заполняют у них предвнешний слой. Галлий и германий стоят после десяти \(d\)-элементов, заряд ядра у них растёт резче обычного, поэтому галлий электроотрицательнее алюминия, а германий — кремния; пару алюминий — галлий не сравнивают ни по радиусу, ни по восстановительным свойствам. Почти одинаковы электроотрицательности в парах фосфор — мышьяк, сера — селен, калий — рубидий. Водород по электроотрицательности уступает азоту, кислороду, фтору, хлору, брому и сере, но превосходит все металлы.

Восстановительные и окислительные свойства простых веществ. Металлы в реакциях только отдают электроны и поэтому бывают только восстановителями; их восстановительные свойства усиливаются в группе сверху вниз и в периоде справа налево: калий сильнее натрия, натрий — магния, магний — алюминия. Металлы разных групп и периодов, прежде всего \(d\)-металлы, сравнивают по электрохимическому ряду напряжений: \(\ce{Na}\), \(\ce{Al}\), \(\ce{Cr}\), \(\ce{Fe}\), \(\ce{Cu}\) стоят в нём именно в этом порядке, и в этом порядке ослабевают их восстановительные свойства. Соседей по ряду (цинк, хром, железо; кальций и натрий) так не сравнивают — разница между ними мала и зависит от условий. Литий в ряду напряжений стоит первым, хотя по правилу группы он самый слабый восстановитель среди щелочных металлов: маленький ион \(\ce{Li+}\) особенно прочно связывается с водой. Поэтому по восстановительным свойствам литий с другими щелочными металлами не сравнивают, а по металлическим свойствам элемента он подчиняется правилу группы: \(\ce{Li} < \ce{Na} < \ce{K}\).

Неметаллы, кроме фтора, бывают и окислителями, и восстановителями; фтор — только окислитель. Окислительные свойства неметаллов изменяются так же, как электроотрицательность: \(\ce{F2} > \ce{Cl2} > \ce{Br2} > \ce{I2}\) в группе и \(\ce{F2} > \ce{O2} > \ce{N2}\) в периоде; водород как окислитель слабее всех неметаллов, которые электроотрицательнее его. Восстановительные свойства неметаллов изменяются в обратную сторону: бор — более сильный восстановитель, чем углерод, углерод — чем азот. Активный металл — более сильный восстановитель, чем любой неметалл: в тройке \(\ce{Al}\), \(\ce{P}\), \(\ce{S}\) восстановительные свойства убывают именно в этом порядке. Не сравнивают пары углерод — кремний (кремний получают восстановлением \(\ce{SiO2}\) углеродом) и кислород — хлор (по электроотрицательности сильнее кислород, а в водных растворах более сильный окислитель — хлор).