Выполни задания и сделай график
Краткий ответ: на графике получится «пила»: внутри каждого периода радиус в основном уменьшается, а при переходе к новому периоду резко возрастает. В группах сверху вниз радиус растёт. По данным карточки есть небольшое исключение: у Al радиус 131 пм больше, чем у Mg — 128 пм.
Задание 1. График радиуса атома
В карточке даны Li–Ne и Na–Ar, то есть 2-й и 3-й периоды. Строим график по этим данным.
| Z | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Элемент | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne |
| \(r\), пм | 159 | 104 | 78 | 60 | 49 | 41 | 39 | 35 |
| Z | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Элемент | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar |
| \(r\), пм | 171 | 128 | 131 | 107 | 92 | 81 | 73 | 66 |
Как чертить: ось \(X\) — порядковый номер \(Z\) от 3 до 18; ось \(Y\) — радиус в пм от 0 до 180, удобно с шагом 20 пм. Точки соединяем по порядку.
Схема графика:
r, пм
180 ┤
170 ┤ •
160 ┤ •
150 ┤
140 ┤
130 ┤ • •
120 ┤
110 ┤ •
100 ┤ •
90 ┤ •
80 ┤ • •
70 ┤ • •
60 ┤ •
50 ┤ •
40 ┤ • •
30 ┤ •
└────────────────────────────────
Z = 3 … 18 (Li … Ar)
Что видно:
- Li → Ne: 159 → 35 пм, радиус уменьшается.
- Na → Ar: 171 → 66 пм, тоже в основном уменьшается.
- Ne → Na: резкий скачок вверх, потому что начался новый электронный слой.
- Mg → Al: по данным карточки небольшой подъём 128 → 131 пм — исключение.
- В группах: Li → Na 159 → 171; Be → Mg 104 → 128; F → Cl 39 → 73 — радиус растёт.
Почему так: в периоде заряд ядра увеличивается, а число электронных слоёв остаётся тем же. Ядро сильнее притягивает внешние электроны, поэтому радиус уменьшается. В группе сверху вниз появляется новый слой, внешние электроны дальше от ядра — радиус растёт.
Задание 2. Электроотрицательность
| Элемент 2-го периода | ЭО | Элемент 3-го периода | ЭО |
|---|---|---|---|
| Li | 0,98 | Na | 0,93 |
| Be | 1,57 | Mg | 1,31 |
| B | 2,04 | Al | 1,61 |
| C | 2,55 | Si | 1,90 |
| N | 3,04 | P | 2,19 |
| O | 3,44 | S | 2,58 |
| F | 3,98 | Cl | 3,16 |
| Ne | — | Ar | — |
Для водорода, если нужно добавить: \(\text{H} \approx 2{,}20\).
Закономерность: в периоде слева направо электроотрицательность возрастает, в группе сверху вниз — уменьшается. Например, в 2-м периоде: Li < Be < B < C < N < O < F.
Причина: электроотрицательность — способность атома притягивать электроны в химической связи. В периоде радиус уменьшается, заряд ядра растёт, поэтому атом сильнее притягивает электроны. В группе сверху вниз радиус растёт, внешние электроны экранированы внутренними слоями, поэтому притяжение слабее. У Ne и Ar внешний слой заполнен, обычных соединений они не образуют, поэтому ЭО не указывают.
Задание 3. Атомная масса и положение элемента
| № | Элемент | \(A_r\) | № | Элемент | \(A_r\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | H | 1,0 | 11 | Na | 23,0 |
| 2 | He | 4,0 | 12 | Mg | 24,3 |
| 3 | Li | 6,9 | 13 | Al | 27,0 |
| 4 | Be | 9,0 | 14 | Si | 28,1 |
| 5 | B | 10,8 | 15 | P | 31,0 |
| 6 | C | 12,0 | 16 | S | 32,1 |
| 7 | N | 14,0 | 17 | Cl | 35,5 |
| 8 | O | 16,0 | 18 | Ar | 39,9 |
| 9 | F | 19,0 | 19 | K | 39,1 |
| 10 | Ne | 20,2 | 20 | Ca | 40,1 |
Анализ: в целом атомная масса растёт с увеличением порядкового номера. Но строгой зависимости «масса → место в таблице» нет. Например, Ar имеет \(A_r \approx 39{,}9\), а K — \(39{,}1\), хотя Ar стоит раньше K. Это объясняется тем, что свойства элемента определяются зарядом ядра и строением электронных оболочек, а не массой. Поэтому современный периодический закон формулируется через заряд ядра.
Задание 4. Металлы и неметаллы
| Тип | Элемент | Плотность, г/см³ | \(t_{пл}\), °C | Электропроводность |
|---|---|---|---|---|
| Металл | Na | 0,97 | 97,8 | \(20{,}95\cdot10^6\) См/м |
| Металл | Mg | 1,74 | 648,8 | \(22{,}79\cdot10^6\) См/м |
| Металл | Al | 2,70 | 660,5 | \(37{,}69\cdot10^6\) См/м |
| Неметалл | C | 3,51 | 3550 | плохо; графит — исключение |
| Неметалл | N | 0,00117 | −209,9 | плохо, газ |
| Неметалл | O | 0,00133 | −218,4 | плохо, газ |
Закономерности:
- Na → Mg → Al: плотность, температура плавления и электропроводность в основном растут. Это связано с усилением металлической связи: у Na 1 валентный электрон, у Mg — 2, у Al — 3.
- N и O — газы с очень низкими температурами плавления и малой плотностью. C — твёрдое вещество с высокой температурой плавления из-за прочной атомной решётки.
- Металлы проводят ток благодаря свободным электронам в металлической решётке. У неметаллов свободных электронов обычно нет, поэтому они плохо проводят ток и тепло.
- В периоде слева направо металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются. В группе сверху вниз металлические свойства усиливаются.
Вывод
Радиус атома, электроотрицательность и свойства металлов/неметаллов изменяются периодически. Причина — рост заряда ядра и повторение строения внешнего электронного слоя. В периоде радиус в основном уменьшается, электроотрицательность растёт, металлические свойства ослабевают. В группе сверху вниз радиус растёт, электроотрицательность уменьшается, металлические свойства усиливаются. Атомная масса обычно растёт с номером элемента, но периодичность определяется строением атома, а не массой; пример — Ar и K. Разные физические свойства металлов и неметаллов объясняются разным строением их кристаллических решёток и наличием свободных электронов у металлов.
