Глава IV.33 Характеристика элемента по его положению в Периодической системе

Характеристика химического элемента может строиться по определённому плану. 

1. Положение элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева (атомный номер, период, группа).
2. Строение атома (заряд ядра и, следовательно, количество протонов, электронов, нейтронов); схема распределения электронов по энергетическим уровням.
3. Характер простого вещества, образованного данным химическим элементом (металл, неметалл).
4. Сравнение свойств простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по группе элементами.

5. Сравнение свойств простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по периоду элементами.
6. Максимальная валентность, формула высшего оксида и его характер (осно́вный, амфотерный или кислотный).
7. Формула высшего гидроксида и его характер (основание, амфотерный гидроксид или кислородсодержащая кислота).
8. Формула летучего водородного соединения (для неметаллов).

Проиллюстрируем приведённый план характеристиками двух химических элементов – металла и неметалла.

Характеристика металла. Рассмотрим её на примере кальция (изотоп ${}_{20}{}^{40}\mathrm{Са}$).

1. Атомный номер кальция 20 (Z = 20). Элемент кальций расположен во IIA-группе Периодической системы Д. И. Менделеева, в четвёртом периоде.
2. Заряд ядра +20, оно содержит 20 протонов. Число нейтронов в ядре равно 20 (напомним, число нейтронов в ядре рассчитывается по формуле: N = А – Z, где N – число нейтронов, А – массовое число, Z – порядковый номер). Число электронов на электронной оболочке также равно 20, так как атом электронейтрален. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: $2\overline{\mathrm{e}}; 8\overline{\mathrm{e}}; 8\overline{\mathrm{e}}; 2\overline{\mathrm{e}}.$
3. На внешнем энергетическом уровне атома кальция два валентных электрона. Кальций – это элемент-металл. Простое вещество кальций, образованное атомами данного химического элемента, также является металлом, следовательно, для него характерны все типичные свойства металлов: тепло- и электропроводность, пластичность, металлический блеск.
4. Металлические свойства у кальция выражены сильнее, чем у магния, но слабее, чем у стронция, что объясняется ростом радиуса атома в ряду Mg – Ca – Sr.
5. Металлические свойства у магния выражены слабее, чем у натрия, но сильнее, чем у алюминия, что связано с увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне в ряду Na – Mg – Al.
6. Максимальная валентность кальция равна II, так как его атом содержит два электрона на внешнем энергетическом уровне. Формула высшего (и единственного) оксида кальция – СаО. Он является осно́вным оксидом, следовательно, взаимодействует с кислотами, кислотными оксидами и водой (запишите уравнения соответствующих реакций).
7. Формула гидроксида кальция – Са(ОН)₂. Он является растворимым основанием – щёлочью, следовательно, взаимодействует с кислотами, кислотными оксидами и солями (запишите уравнения соответствующих реакций, укажите условия их протекания).
8. Кальций не имеет летучего водородного соединения, но образует твёрдое ионное соединение – гидрид кальция CaH₂ (вспомните, как образуются названия бинарных соединений).

Характеристика неметалла. Рассмотрим её на примере фосфора (изотоп ${}_{15}{}^{31}\mathrm{P}$).

1. Атомный номер фосфора 15 (Z = 15). Фосфор расположен в VA-группе Периодической системы Д. И. Менделеева, в третьем периоде.
2. Заряд атомного ядра +15, оно содержит 15 протонов и 16 нейтронов. На электронной оболочке 15 электронов. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: $2\overline{\mathrm{e}}; 8\overline{\mathrm{e}}; 5\overline{\mathrm{e}}.$

3. Фосфор образует несколько простых веществ – неметаллов, следовательно, для него характерно явление аллотропии.
4. Неметаллические свойства у фосфора выражены слабее, чем у азота, но сильнее, чем у мышьяка, что объясняется ростом радиуса атома в ряду N – P – As.
5. Неметаллические свойства у фосфора выражены сильнее, чем у кремния, но слабее, чем у серы, что связано с увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне в ряду Si – P – S.
6. Максимальная валентность фосфора равна V, так как его атом содержит пять электронов на внешнем энергетическом уровне. Формула высшего оксида фосфора – Р₂О₅. Этот кислотный оксид взаимодействует с водой, щелочами и осно́вными оксидами (запишите уравнения соответствующих реакций).
7. Гидроксид фосфора(V) – фосфорная кислота Н₃PO₄ взаимодействует с основаниями, осно́вными оксидами и солями (запишите уравнения соответствующих реакций, укажите типы реакций и условия их протекания).
8. Формула летучего водородного соединения – РН₃ (запишите формулу аналогичного соединения для азота).

По приведённому выше плану подобные характеристики можно дать большинству химических элементов А-групп Периодической системы Д. И. Менделеева.

Однако в химическом мире не всё однозначно: не каждому металлу соответствует только осно́вный оксид и основание. Некоторые металлы образуют также кислотные оксиды и кислородсодержащие кислоты и соединения, обладающие амфотерными свойствами.