Номер 4, страница 57 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

4. Почему свойства химических элементов и их соединений подчиняются периодическому закону? Обоснуйте свой ответ.

Решение

Свойства химических элементов и их соединений подчиняются периодическому закону, потому что они периодически зависят от фундаментальной характеристики атома — заряда его ядра. Современная формулировка периодического закона, предложенного Д. И. Менделеевым, гласит: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов.

Обоснование этого закона лежит в теории строения атома. Химические свойства любого элемента, то есть его способность вступать в реакции и образовывать соединения, определяются в первую очередь строением его внешней электронной оболочки — количеством и энергией валентных электронов.

С увеличением порядкового номера элемента в периодической системе, что соответствует увеличению заряда ядра ($Z$) и общего числа электронов, происходит последовательное заполнение электронами энергетических уровней и подуровней ($s, p, d, f$). Это заполнение подчиняется строгим квантово-механическим правилам.

Причина периодичности заключается в том, что структура внешней электронной оболочки периодически повторяется. Когда внешний энергетический уровень оказывается заполненным (как у инертных газов), следующий электрон начинает занимать новый, более высокий уровень. Это событие знаменует начало нового периода в таблице Менделеева. В результате элементы с одинаковым строением внешнего электронного уровня (то есть с одинаковым числом валентных электронов) попадают в одну и ту же группу и, как следствие, обладают схожими химическими свойствами.

Например, все щелочные металлы (Li, Na, K и т.д.) имеют на внешнем уровне один $s$-электрон (общая конфигурация $ns^1$). Это делает их химически похожими: все они — активные металлы, сильные восстановители, легко отдают один электрон, образуя катионы с зарядом +1, и формируют соединения со сходными формулами и свойствами (например, оксиды $R_2O$ и гидроксиды $ROH$).

Аналогично, все галогены (F, Cl, Br и т.д.) имеют семь валентных электронов (общая конфигурация $ns^2np^5$). Им не хватает всего одного электрона для завершения внешнего уровня, поэтому они являются сильными окислителями, легко присоединяют электрон, образуя анионы с зарядом –1. Свойства их соединений также закономерно изменяются в группе.

Таким образом, именно периодическое повторение электронной конфигурации внешнего уровня атомов при росте заряда ядра является фундаментальной причиной периодичности свойств как самих химических элементов, так и образуемых ими соединений.

Ответ:

Свойства химических элементов и их соединений подчиняются периодическому закону, так как они напрямую зависят от строения внешних электронных оболочек их атомов. По мере увеличения заряда ядра происходит регулярное, периодическое повторение электронной конфигурации внешнего уровня, что и является причиной периодического проявления сходных химических свойств у элементов и форм их соединений.