3. Периодическая система элементов д.И. Менделеева. Группы, периоды и семейства s-, p-, d-, f-элементов. Металлы и неметаллы в периодической системе

В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.

Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства.

Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.

Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.

Семейства s-, p-, d- и f-элементов выделяют в соответствии с тем, какой энергетический подуровень атома заполняется у этих элементов:

у s-элементов - заполняется s-подуровень внешнего уровня. Все s-элементы, кроме водорода и гелия, - металлы главных подгрупп 1 и 2 групп периодической системы элементов. У элементов первого периода есть только один s-подуровень, образованный одной s-орбиталью, на которой может находиться не более 2 электронов. Поэтому в 1 периоде только 2 элемента - водород Н и гелий Не.

У p-элементов заполняется p-подуровень внешнего энергетического уровня. Это элементы главных подгрупп 3-8 групп ПСЭ, большинство из них - неметаллы. На p-подуровне 3 орбитали, т.е. максимальное число р-электронов - 6. Всего на внешнем уровне могут заполняться электронами 1 s- и 3 р-орбитали, т.е. максимально - 8 электронов. На втором энергетическом уровне есть только 1 s- и 3 р-орбитали, поэтому во 2 периоде - 8 элементов. Т.к. на внешнем электронном слое заполняются только s- и р-подуровни, то и в 3 периоде - тоже 8 элементов, хотя на 3 энергетическом уровне и появляется d-подуровень.

У d-элементов заполняется d-подуровень предвнешнего (второго снаружи) энергетического уровня (= электронного слоя). Это все металлы побочных подгрупп (кроме лантаноидов и актиноидов). На d-подуровне 5 орбиталей, максимальное число электронов - 10. Начиная с 4 периода, сначала у элементов заполняется s-подуровень внешнего уровня (до 2 электронов), затем - d-подуровень предвнешнего уровня (до 10 электронов), затем - р-подуровень внешнего уровня (до 6 электронов). Поэтому в 4 и 5 периодах по 18 элементов.

У f-элементов заполняется 3-й снаружи электронный слой, это лантаноиды и актиноиды (все они - металлы). Всего на f-подуровне 7 орбиталей, т.е. возможно 14 электронов. Поэтому в 6 периоде, у элементов которых заполняется 5f-подуровень, всего 32 элемента; 7 период - незавершенный.

Металлы расположены в Периодической таблице слева от ступенчатой диагональной линии, которая начинается с Бора (В) и заканчивается полонием (Po) (исключение составляют германий (Ge) и сурьма (Sb). Нетрудно заметить, что металлы занимают бОльшую часть Периодической таблицы. Основные свойства металлов: твердые (кроме ртути); блестят; хорошие электро- и теплопроводники; пластичные; ковкие; легко отдают электроны.

Элементы, расположенные справа от ступенчатой диагонали B-Po, называются неметаллами. Свойства неметаллов прямо противоположны свойствам металлов: плохие проводники тепла и электричества; хрупкие; нековкие; непластичные; обычно принимают электроны.