Периодический закон, формализованный в графической форме,
имеет вид таблицы, называемой периодической
системой элементов Д.И.Менделеева. Известно более 400 вариантов
изображения периодической системы, но наибольшее
распространение получили восьми-, восемьнадцати- и
тридцатидвухклеточные таблицы, соответствующие емкости
энергетических слоев из 8, 18 и 32 электронов.
Один из вариантов
восьмиклеточной таблицы представлен на рисунке 2.7. Периодическое
изменение свойств элементов теория строения атомов объясняет
периодическим повторением строения внешнего энергетического уровня. В
этом заключается физический смысл периодического закона.
Химические
элементы в периодической системе объединяются в
естественные совокупности в зависимости от строения
электронных оболочек. Эти совокупности
элементов в таблице изображаются горизонтальными и
вертикальными рядами. Горизонтальные ряды
называются периодами, вертикальные - группами и подгруппами.
Период
представляет собой горизонтальный ряд элементов, в атомах которых
происходит последовательное заполнение одинакового количества
электронных уровней. Различная длина периодов связана с
различиями в последовательности заполнения орбиталей. Номер периода
совпадает со значением главного квантового числа n внешнего заполняемого
уровня и показывает общее число энергетических
уровней, занятых электронами в невозбужденном атоме (в
нормальном состоянии). В этом заключается физический смысл номера
периода.
В пределах одного и того же периода d- и f-элементы
объединяются в семейства. Так в четвертом, пятом и
шестом периодах это семейства из десяти 3d- (от скандия Sc до цинка Zn),
4d- (от иттрия Y до гадолиния Gd) и 5d- (от лантана La и гафния Hf до
ртути Hg) элементов. В шестом и седьмом периодах эти семейства состоят
из четырнадцати 4f-элементов - лантаноидов от церия Ce до лютеция
Lu) и 5f-элементов - актиноидов (тория Th до лоуренсия Lr).
По
максимальному числу электронов на внешнем энергетическом уровне
невозбужденного атома химические элементы
располагаются в
вертикальных рядах, называемых группами. В
периодической системе восемь групп. В группах химические
элементы подразделяются на подгруппы: s- и p-элементы образуют
главную подгруппу или подгруппу A, d-элементы объединяются в побочную
подгруппу или подгруппу B.
Для s- и p-элементов число электронов
внешнего слоя обычно совпадает с номером группы, в которой
они расположены. Например, азот, помещенный в
пятую группу имеет на внешнем уровне пять
электронов (7N - 2s22p3), элемент восьмой группы
неон - восемь электронов (10Ne - 2s22p6). Физический смысл номера группы
заключается в том, что он, как правило, указывает
число электронов, оторые могут участвовать в образовании
химических связей.
Первые шесть d-элементов семейства общее число
s- и d-электронов внешнего и предвнешнего подуровней также совпадает с
номером группы, где они находятся.
Например, у скандия из третьей группы четвертого периода оно
равно трем (21Sc - 3d14s2), а у хрома, находящегося в том же
периоде, но в шестой группе - шести (24Cr - 3d54s1). Побочные
подгруппы включают элементы, атомы которых имеют на
внешнем уровне один или два электрона, при этом валентными
могут быть не только электроны внешнего, но и предвнешнего
(предпоследнего) электронного слоя.
Гелий обычно помещают в восьмую группу вместе с инертными газами, поскольку он также имеет завершенный внешний уровень (2s2).
Следует
отметить, что пока нет однозначного понимания, в какую группу следует
помещать водород. Основная особенность этого
элемента заключается в том, что в его атоме
единственный электрон находится в непосредственной близости от ядра и
не отделен от его действия промежуточными
электронными слоями. Исходя из числа внешних
электронов, водород следует разместить в первой группе. Однако его
положительно заряженный ион H+
не имеет никакого сходства с катионами металлов из этой группы.
Напротив, если ходить из того, что атому водорода не хватает до
завершения внешнего уровня одного электрона и способности этого атома
образовывать отрицательно заряженный ион, то водород нужно поместить
в седьмую группу. Вследствие отмеченных
особенностей положение водорода в периодической системе в значительной
мере условно.
Электронное строение атомов обусловливает следующие закономерности в изменении химических свойств элементов:
а)
в периодах слева направо с ростом заряда ядра атомов металлические
свойства элементов ослабевают, а неметаллические усиливаются;
б) в
группах сверху вниз с ростом заряда ядра атомов металлические
свойства элементов усиливаются, а неметаллические ослабевают. | 
З В О Н О К НА У Р О К