Некоторые закономерности периодической системы

В предыдущих разделах рассматривались закономерности в изменении свойств s- и p-элементов и их соединений в подгруппах. А теперь кратко остановимся на их изменении в периодах. При движении по периодам слева направо вследствие роста Z и снижения r значения ЭО элементов увеличиваются, поэтому, как правило, наблюдается следующее:

1). В кристаллических решетках простых веществ снижается доля металличности из-за роста ковалентности, причем во 2-ом и 3-ем периодах до подгруппы углерода это повышает прочность решеток, а правее – наоборот. И не только как результат ослабления ХС из-за все большего числа НЭП в атомах элементов, но главное, вследствие меньшей координированности атомов в решетке простого вещества. Так, значение к.ч. к VII группе ( ) снижается до 1, а у БГ к.ч.=0.

2). Восстановительные свойства веществ, содержащих Э в любой (кроме высшей) одинаковой ст.ок. (в том числе и в нулевой) снижаются, а окислительные в любой ст.ок. (кроме низшей) растут.

3). Усиливаются кислотные свойства соединений (сравним тип диссоциации в воде и , т.е. ); и не только гидроксидов, но и оксидов, сульфидов, галидов и т.п. Поскольку связи: , , и т.д., – становятся (из-за снижения разности ЭО элементов) более ковалентными, т.е. менее ионными. Поэтому более обусловлено существование Э не в виде катиона (оснóвные свойства), как в случае ЩМ и ЩЗМ, а в анионной форме. Она включает данный Э в качестве ц.а. ( , и т.п.), что указывает на кислотные свойства исходных веществ ( , и т.п.). И в случае соединений Э с водородом тоже наблюдается изменение свойств от оснóвных (гидриды ЩМ и ЩЗМ) до кислотных ( ). Отметим, что при этом меняется знак поляризации H, поскольку водород имеет среднее значение ЭО среди элементов главных подгрупп.

В основном, те же закономерности наблюдаются при движении по периодам и для d- и f-элементов (см. следующие разделы).

Завершая рассмотрение химии s- и p-элементов, подчеркнем наличие сходства не только в подгруппах (как результат равного числа валентных электронов), но и в периодах (вследствие одинакого количества уровней в атомах элементов, а значит, и одинакового эффекта ЭЯНЭУ, и равенства числа подуровней на валентном уровне).

Это сходство Э, находящихся в одном периоде, проявляется в следующем: а) в их способности существовать в одинаковых валентных состояниях; б) в особом сродстве элементов 2-го периода к водороду (из-за их малого радиуса); а 3-го периода – к кислороду и фтору ((p‑d)‑стабилизация); в) в сравнительно малой устойчивости Э четных периодов в высшей степени окисления (эффекты p-, d- и f-сжатий); г) в стремлении элементов пятого периода к октаэдрической (и выше) координации (большой радиус и большие валентные возможности); в тоже время для Э второго периода характерно даже к.ч., равное 1, в простых и сложных веществах, благодаря достаточно эффективному (p‑р)‑перекрыванию (из-за малого r).

Кроме того, из-за снижения электроотрицательности элементов в периодической таблице и справа налево, и сверху вниз (как результат увеличения r атомов в этих направлениях) наблюдается диагональное сходство в кислотно-основных и редокс-свойствах соответствующих веществ (функциональные аналогии).

Так, примерно одинаковы окислительные свойства Cl₂ и O₂; а сходство бора и кремния заключается: а) в близких значениях (8,3 и 8,2 эВ); б) в непрочности соединений с водородом; в) в особой устойчивости их фторидных комплексов и соединений с кислородом; г) в способности их оксидов легко переходить при нагревании в стеклообразное состояние; д) в кислотном характере их гидроксидов; е) в большом разнообразии состава и структур боратов и силикатов.

Диагональное сходство бериллия и алюминия проявляется: a) в способности их простых веществ взаимодействовать со щелочами с выделением водорода; б) в наличии на поверхности металлов оксидной пленки, пассивирующей их по отношению к воде и кислороду воздуха; в свойстве этой пленки растворяться в щелочах и кислотах, но утолщаться при действии кислот-окислителей; в) в нелетучести их оксидов и в том, что после прокаливания, они теряют свойство реагировать с растворами кислот и щелочей; г) в способности их солей в значительной степени подвергаться гидролизу, который сопровождается процессами оляции (в случае Ве до образования ионов со структурой, подобной бензолу); д) в склонности давать анионные комплексы ( и ) и двойные соли ( и ); е) в том, что их хлориды и гидриды растворимы в органических жидкостях, т.к. состоят из неполярных полимеров, например:

,

Сходство лития и магния заключается в следующем: а) их соединения окрашивают пламя в одинаковый (красный) цвет; б) оксиды этих элементов реагируют с водой обратимо; в) их фосфаты, фториды и карбонаты мало растворимы в отличие от соответствующих кислых солей; их растворимые соли гигроскопичны; г) в способности образовывать металлоорганические вещества;

Диагональное сходство проявляется также в существовании границы, включающей элементы: ¹, – выше которой в длиннопериодном варианте таблицы располагаются неметаллы, а ниже – металлы. Последние составляют 4/5 из 105 элементов (внесенных в таблицу Менделеева) в том числе все d- и f-металлы, которые называют переходными. (Поскольку через d-элементы, начиная с 4-го периода, а с 6-го – и через f-Э, осуществляется переход от s- к р-элементам.)