Периодическая система: периоды, группы, семейства

Периодическая система — это графическое изображение периодического закона. Каждый элемент занимает в ней свою клетку, и положение клетки многое говорит об атоме и о свойствах элемента. Научимся читать таблицу так же уверенно, как карту.

Порядковый номер элемента

В клетке указаны знак элемента, его название, относительная атомная масса и порядковый номер элемента \(Z\). Порядковый номер равен заряду ядра атома, а значит, числу протонов в ядре и числу электронов в атоме. У натрия \(Z = 11\): заряд ядра +11, в атоме 11 протонов и 11 электронов.

Периоды

Период — это горизонтальный ряд элементов. Всего периодов семь: первый, второй и третий называют малыми, с четвёртого по седьмой — большими. Номер периода равен числу электронных слоёв в атоме: хлор находится в третьем периоде, и у его атома три электронных слоя. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом, а внутри периода металлические свойства элементов постепенно сменяются неметаллическими. Например, третий период начинается активным металлом натрием, а заканчивается хлором и аргоном.

Группы и подгруппы

Группа — это вертикальный столбец элементов. В короткой форме таблицы восемь групп, и каждая делится на две подгруппы. В главную подгруппу (её обозначают буквой А) входят элементы и малых, и больших периодов, а в побочную (Б) — только элементы больших периодов, все они металлы: медь, цинк, железо, хром, марганец. Элементы одной главной подгруппы похожи друг на друга, потому что у их атомов одинаковое число электронов на внешнем слое, и это число равно номеру группы. Номер группы для элементов главных подгрупп показывает также высшую валентность и высшую степень окисления элемента (тема 1.3).

Высшие оксиды и водородные соединения

Раз высшая степень окисления равна номеру группы, по номеру группы можно сразу написать формулу высшего оксида. Элемент IA группы в высшем оксиде одновалентен, поэтому его оксид имеет состав \(\mathrm{R_2O}\), элемент VI группы шестивалентен — \(\mathrm{RO_3}\). Неметаллы IV–VII групп образуют с водородом газообразные соединения — это летучие водородные соединения. Валентность неметалла в них равна \(8 -\) номер группы. Формулы этих соединений указывают в нижних строках короткой таблицы.

Проверим на примерах. Углерод (IV группа): высший оксид \(\ce{CO2}\), водородное соединение метан \(\ce{CH4}\). Азот и фосфор (V группа): \(\ce{N2O5}\) и \(\ce{P2O5}\), аммиак \(\ce{NH3}\) и фосфин \(\ce{PH3}\). Сера (VI группа): \(\ce{SO3}\) и сероводород \(\ce{H2S}\). Хлор (VII группа): \(\ce{Cl2O7}\) и хлороводород \(\ce{HCl}\).

Семейства элементов

Некоторые группы элементов так похожи внутри, что получили общие названия. Щелочные металлы — литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций (IA группа, без водорода). Это мягкие, легко режущиеся ножом металлы, которые бурно реагируют с водой, образуя щёлочи; их хранят под слоем керосина. Кальций, стронций и барий (IIA группа) называют щёлочноземельными металлами. Галогены — фтор, хлор, бром и иод (VIIA группа); их название по-гречески означает «рождающие соли», ведь с металлами они образуют соли, например поваренную соль \(\ce{NaCl}\). Благородные газы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон (VIIIA группа); они почти не вступают в реакции.

Граница между металлами и неметаллами в главных подгруппах проходит по диагонали от бора к астату: \(\ce{B}\)–\(\ce{Si}\)–\(\ce{As}\)–\(\ce{Te}\)–\(\ce{At}\). Неметаллы располагаются правее и выше этой линии, металлы — левее и ниже. Элементы побочных подгрупп — все металлы.