Страница 23 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

3. Бериллий раньше относили к элементам III группы, и его относительная атомная масса считалась равной 13,5. Почему Д. И. Менделеев перенёс его во II группу и исправил атомную массу бериллия с 13,5 на 9?

До открытия Д. И. Менделеевым периодического закона элементы классифицировали в основном по сходству их химических свойств. Бериллий (Be) образовывал оксид BeO и гидроксид Be(OH)₂, которые, подобно оксиду и гидроксиду алюминия (Al₂O₃ и Al(OH)₃), проявляли амфотерные свойства. Из-за этого химического сходства с алюминием, который является элементом III группы, учёные неверно предположили, что бериллий тоже трёхвалентен (имеет валентность III).

В то время относительную атомную массу элемента вычисляли как произведение его эквивалентной массы на валентность. Экспериментально определённая эквивалентная масса бериллия составляла примерно 4,5. Принимая валентность равной III, его атомную массу считали равной: $A_r(Be) = \text{эквивалентная масса} \cdot \text{валентность} = 4,5 \cdot 3 = 13,5$

Когда Д. И. Менделеев начал располагать элементы в своей таблице в порядке возрастания их атомных масс, он столкнулся с проблемой. Элемент с атомной массой 13,5 должен был бы находиться между углеродом (C, $A_r \approx 12$) и азотом (N, $A_r \approx 14$). Однако в этом месте в таблице не было свободной ячейки, а свойства бериллия (лёгкий металл) совершенно не соответствовали свойствам, ожидаемым для элемента между неметаллами углеродом и азотом.

Доверяя своему периодическому закону, который гласил, что свойства элементов периодически повторяются, Менделеев пришёл к выводу, что ошибка была в определении валентности бериллия. Он заметил, что по совокупности своих физических и химических свойств бериллий гораздо больше похож на элементы II группы — магний (Mg) и кальций (Ca). Элементы II группы, как правило, двухвалентны.

Основываясь на этом, Менделеев сделал смелое предположение: бериллий принадлежит ко II группе, и его валентность равна II. Он пересчитал атомную массу бериллия, используя правильную валентность: $A_r(Be) = 4,5 \cdot 2 = 9$

С новой атомной массой, равной 9, бериллий идеально вписался в периодическую систему, заняв место во втором периоде, II группе, между литием (Li, $A_r \approx 7$) и бором (B, $A_r \approx 11$). Это исправление стало одним из первых триумфов периодического закона, продемонстрировав его предсказательную силу. Позднее выводы Менделеева были подтверждены экспериментальными данными, в частности, измерением удельной теплоёмкости металлического бериллия.

Ответ: Д. И. Менделеев перенёс бериллий из III во II группу и исправил его атомную массу с 13,5 на 9, так как первоначальные данные противоречили открытому им периодическому закону. В таблице не было места для элемента с массой 13,5, а его свойства не соответствовали положению между углеродом и азотом. Менделеев предположил, что валентность бериллия была определена неверно (III), и, исходя из его сходства с элементами II группы (магнием и кальцием), присвоил ему валентность II. Это позволило вычислить правильную атомную массу (9) и найти для бериллия верное место в периодической системе, что позже было подтверждено экспериментально.

4. Напишите уравнения реакций между простым веществом, образованным химическим элементом, в атоме которого электроны распределены по энергетическим уровням согласно ряду чисел: 2, 8, 8, 2, и простыми веществами, образованными элементами № 7 и № 8 в Периодической системе. Каков тип химической связи в продуктах реакций? Какое кристаллическое строение имеют исходные простые вещества и продукты их взаимодействия?

1. Сначала определим химический элемент, атом которого имеет электронное строение 2, 8, 8, 2. Общее число электронов в атоме равно сумме электронов на всех энергетических уровнях: $2 + 8 + 8 + 2 = 20$. Порядковый номер элемента в Периодической системе равен числу электронов в нейтральном атоме, следовательно, это элемент № 20 — Кальций ($Ca$). Кальций — это щелочноземельный металл, простое вещество — кальций ($Ca$).

2. Другие два простых вещества образованы элементами № 7 (Азот, $N$) и № 8 (Кислород, $O$). Простые вещества — это азот ($N_2$) и кислород ($O_2$).

Напишите уравнения реакций

Кальций вступает в реакцию с азотом и кислородом при нагревании.

а) Взаимодействие кальция с азотом с образованием нитрида кальция:

$3Ca + N_2 \xrightarrow{t} Ca_3N_2$

б) Взаимодействие кальция с кислородом с образованием оксида кальция:

$2Ca + O_2 \xrightarrow{t} 2CaO$

Ответ: Уравнения реакций: $3Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2$; $2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$.

Каков тип химической связи в продуктах реакций?

Продуктами реакций являются нитрид кальция ($Ca_3N_2$) и оксид кальция ($CaO$). Оба эти вещества образованы атомами типичного металла (кальция) и атомами типичных неметаллов (азота и кислорода). Разница в электроотрицательности между кальцием и азотом, а также между кальцием и кислородом, является значительной. Это приводит к смещению электронной плотности от атомов металла к атомам неметаллов с образованием ионов ($Ca^{2+}$, $N^{3-}$, $O^{2-}$). Связь, возникающая между противоположно заряженными ионами за счет электростатического притяжения, называется ионной.

Ответ: В продуктах реакций, нитриде кальция ($Ca_3N_2$) и оксиде кальция ($CaO$), тип химической связи — ионная.

Какое кристаллическое строение имеют исходные простые вещества и продукты их взаимодействия?

Кристаллическое строение вещества определяется типом его кристаллической решетки.

• Исходные простые вещества:
  • Кальций ($Ca$) — это металл, следовательно, он имеет металлическое кристаллическое строение (металлическую кристаллическую решетку).
  • Азот ($N_2$) и Кислород ($O_2$) — это вещества, состоящие из двухатомных молекул. В твердом состоянии в узлах их кристаллических решеток находятся молекулы, связанные слабыми межмолекулярными силами. Такое строение называется молекулярным (молекулярная кристаллическая решетка).
• Продукты взаимодействия:
  • Нитрид кальция ($Ca_3N_2$) и оксид кальция ($CaO$) — это ионные соединения. В узлах их кристаллических решеток находятся ионы ($Ca^{2+}$, $N^{3-}$, $O^{2-}$), связанные силами электростатического притяжения. Такое строение называется ионным (ионная кристаллическая решетка).

Ответ: Исходные вещества: кальций ($Ca$) — металлическое строение; азот ($N_2$) и кислород ($O_2$) — молекулярное строение. Продукты реакций: нитрид кальция ($Ca_3N_2$) и оксид кальция ($CaO$) — ионное строение.

5. Расположите в порядке усиления металлических свойств следующие элементы: As, Sb, N, P, Bi.

Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.

Решение

Для того чтобы расположить элементы в порядке усиления металлических свойств, необходимо определить их положение в Периодической системе химических элементов. Все указанные элементы: Азот (N), Фосфор (P), Мышьяк (As), Сурьма (Sb) и Висмут (Bi) – находятся в 15-й группе (главной подгруппе V группы).

Металлические свойства – это способность атомов отдавать электроны с внешнего энергетического уровня. В пределах одной группы Периодической системы, при движении сверху вниз, металлические свойства элементов усиливаются. Это объясняется изменением строения их атомов.

С увеличением порядкового номера элемента в группе (при переходе от N к P, As, Sb и Bi) происходит следующее:

1. Увеличивается заряд ядра атома.
2. Увеличивается число электронных слоев (энергетических уровней). Так, у азота 2 электронных слоя, у фосфора – 3, у мышьяка – 4, у сурьмы – 5, а у висмута – 6.
3. Вследствие увеличения числа слоев значительно возрастает радиус атома.

Из-за увеличения радиуса атома валентные электроны, находящиеся на внешнем слое, оказываются все дальше от ядра. Сила их притяжения к ядру ослабевает, несмотря на рост его заряда. В результате атому становится легче отдавать свои валентные электроны. Чем легче атом отдает электроны, тем сильнее выражены его металлические свойства.

Таким образом, в ряду от азота к висмуту металлические свойства закономерно усиливаются. Азот (N) и фосфор (P) являются неметаллами, мышьяк (As) и сурьма (Sb) – полуметаллами (металлоидами), а висмут (Bi) проявляет свойства типичного металла.

Следовательно, ряд элементов в порядке усиления металлических свойств будет следующим: N → P → As → Sb → Bi.

Ответ: N → P → As → Sb → Bi.

6. Расположите в порядке усиления неметаллических свойств простые вещества, образованные следующими элементами: $Si$, $Al$, $P$, $S$, $Cl$, $Mg$, $Na$.

Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.

Решение

Неметаллические свойства химических элементов определяются способностью их атомов принимать электроны (электроотрицательностью). Эта способность напрямую зависит от строения атомов: заряда ядра, атомного радиуса и числа электронов на внешнем энергетическом уровне.

Все элементы, указанные в задании (Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na), находятся в одном и том же, третьем, периоде Периодической системы химических элементов. Это означает, что у их атомов одинаковое количество электронных слоев – три. В периоде неметаллические свойства закономерно усиливаются слева направо.

Обоснуем это, рассмотрев строение и свойства каждого элемента в порядке их расположения в периоде:

Na (Натрий): Порядковый номер 11, заряд ядра +11. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^1$. Имеет 1 валентный электрон, который атом легко отдает. Типичный металл, неметаллические свойства выражены очень слабо.

Mg (Магний): Порядковый номер 12, заряд ядра +12. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^2$. Имеет 2 валентных электрона. Также является типичным металлом, но отдает электроны немного труднее, чем натрий, из-за большего заряда ядра.

Al (Алюминий): Порядковый номер 13, заряд ядра +13. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^1$. Имеет 3 валентных электрона. Металл, проявляющий амфотерные свойства. Неметаллические свойства у него выражены сильнее, чем у Mg.

Si (Кремний): Порядковый номер 14, заряд ядра +14. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^2$. Имеет 4 валентных электрона. Является неметаллом (иногда классифицируется как полуметалл), находящимся на границе между металлами и неметаллами. Может как отдавать, так и принимать электроны.

P (Фосфор): Порядковый номер 15, заряд ядра +15. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^3$. Имеет 5 валентных электронов. Типичный неметалл. До завершения внешнего слоя ему не хватает 3 электронов, которые он стремится принять.

S (Сера): Порядковый номер 16, заряд ядра +16. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^4$. Имеет 6 валентных электронов. Более активный неметалл, чем фосфор, так как его ядро имеет больший заряд, а радиус атома меньше.

Cl (Хлор): Порядковый номер 17, заряд ядра +17. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^5$. Имеет 7 валентных электронов. Очень активный неметалл (галоген), ему до завершения слоя не хватает всего 1 электрона, который он очень энергично присоединяет.

Таким образом, при движении по периоду от Na к Cl заряд ядра увеличивается, атомный радиус уменьшается, а число валентных электронов растет. Это приводит к усилению способности атомов принимать электроны, то есть к усилению неметаллических свойств.

Ответ: Na → Mg → Al → Si → P → S → Cl.

7. Расположите в порядке ослабления кислотных свойств оксиды, формулы которых: $SiO_2$, $P_2O_5$, $Al_2O_3$, $Na_2O$, $MgO$, $Cl_2O_7$. Обоснуйте полученный ряд. Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Как изменяется их кислотный характер в предложенном вами ряду?

Решение

Расположение оксидов в порядке ослабления кислотных свойств и его обоснование

Для определения характера оксидов и расположения их в ряд по ослаблению кислотных свойств необходимо рассмотреть положение элементов, их образующих, в Периодической системе Д.И. Менделеева. Все элементы (Na, Mg, Al, Si, P, Cl) находятся в одном, третьем периоде.

В периоде слева направо происходит усиление неметаллических свойств элементов, увеличение их электроотрицательности и степени окисления в высших оксидах. Это приводит к усилению кислотных свойств их высших оксидов и ослаблению основных. Соответственно, в ряду от хлора к натрию кислотные свойства оксидов будут ослабевать, а основные — усиливаться.

Таким образом, ряд оксидов в порядке ослабления их кислотных свойств выглядит следующим образом:

$Cl_2O_7$ (сильный кислотный оксид) → $P_2O_5$ (кислотный оксид) → $SiO_2$ (кислотный оксид) → $Al_2O_3$ (амфотерный оксид) → $MgO$ (основный оксид) → $Na_2O$ (сильный основный оксид).

Обоснование:

• $Cl_2O_7$ — оксид хлора(VII), типичного неметалла 17-й группы, проявляет ярко выраженные кислотные свойства.
• $P_2O_5$ — оксид фосфора(V), неметалла 15-й группы, также является кислотным, но кислотные свойства выражены слабее, чем у $Cl_2O_7$, так как фосфор менее электроотрицателен, чем хлор.
• $SiO_2$ — оксид кремния(IV), неметалла 14-й группы, является кислотным оксидом, но соответствующая ему кислота очень слабая.
• $Al_2O_3$ — оксид алюминия(III), элемента 13-й группы, находящегося на границе между металлами и неметаллами. Он проявляет амфотерные свойства, то есть реагирует и с кислотами, и с щелочами.
• $MgO$ — оксид магния(II), щелочноземельного металла 2-й группы, проявляет основные свойства.
• $Na_2O$ — оксид натрия(I), щелочного металла 1-й группы, проявляет ярко выраженные основные свойства, так как натрий является активным металлом.

Ответ: Ряд оксидов в порядке ослабления кислотных свойств: $Cl_2O_7$, $P_2O_5$, $SiO_2$, $Al_2O_3$, $MgO$, $Na_2O$. Ослабление кислотных свойств в этом ряду объясняется уменьшением неметаллических свойств и электроотрицательности соответствующего элемента в 3-м периоде при движении справа налево.

Формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам

Каждому оксиду соответствует определенный гидроксид (кислота или основание):

• $Cl_2O_7$ → $HClO_4$ (хлорная кислота)
• $P_2O_5$ → $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота)
• $SiO_2$ → $H_2SiO_3$ (кремниевая кислота)
• $Al_2O_3$ → $Al(OH)_3$ (гидроксид алюминия)
• $MgO$ → $Mg(OH)_2$ (гидроксид магния)
• $Na_2O$ → $NaOH$ (гидроксид натрия)

Ответ: $HClO_4$, $H_3PO_4$, $H_2SiO_3$, $Al(OH)_3$, $Mg(OH)_2$, $NaOH$.

Как изменяется их кислотный характер в предложенном вами ряду?

В ряду гидроксидов, соответствующем ряду оксидов с ослабевающими кислотными свойствами, также наблюдается ослабление кислотного характера и усиление основного характера.

Ряд гидроксидов: $HClO_4$ → $H_3PO_4$ → $H_2SiO_3$ → $Al(OH)_3$ → $Mg(OH)_2$ → $NaOH$.

Изменение свойств в этом ряду:

• $HClO_4$ — одна из самых сильных неорганических кислот.
• $H_3PO_4$ — кислота средней силы.
• $H_2SiO_3$ — очень слабая кислота.
• $Al(OH)_3$ — амфотерный гидроксид, проявляющий как слабые кислотные, так и слабые основные свойства.
• $Mg(OH)_2$ — слабое основание.
• $NaOH$ — сильное основание, щелочь.

Таким образом, происходит закономерный переход от сильной кислоты к сильному основанию.

Ответ: В предложенном ряду кислотный характер гидроксидов резко ослабевает, а основный характер усиливается, происходит переход от сильной кислоты ($HClO_4$) через кислоты убывающей силы, амфотерный гидроксид ($Al(OH)_3$) и слабое основание ($Mg(OH)_2$) к сильному основанию ($NaOH$).

8. Напишите формулы оксидов бора, бериллия и лития и расположите их в порядке возрастания основных свойств. Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Каков их химический характер?

Решение

Напишите формулы оксидов бора, бериллия и лития и расположите их в порядке возрастания основных свойств.

Сначала определим формулы оксидов, исходя из степеней окисления элементов. Степень окисления кислорода в оксидах равна -2.
- Литий ($Li$) находится в I группе, его степень окисления +1. Формула оксида: $Li_2O$.
- Бериллий ($Be$) находится во II группе, его степень окисления +2. Формула оксида: $BeO$.
- Бор ($B$) находится в XIII (IIIA) группе, его степень окисления +3. Формула оксида: $B_2O_3$.

Элементы Li, Be, B находятся во втором периоде периодической системы. При движении по периоду слева направо ($Li \rightarrow Be \rightarrow B$) металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические усиливаются. Соответственно, основные свойства их высших оксидов ослабевают, а кислотные — усиливаются.

Таким образом, оксид бора ($B_2O_3$) является кислотным, оксид бериллия ($BeO$) — амфотерным, а оксид лития ($Li_2O$) — основным. Расположив их в порядке возрастания основных свойств, получим следующий ряд.

Ответ: Формулы оксидов: $B_2O_3$ (оксид бора), $BeO$ (оксид бериллия), $Li_2O$ (оксид лития). Ряд оксидов в порядке возрастания основных свойств: $B_2O_3 < BeO < Li_2O$.

Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Каков их химический характер?

Каждому оксиду соответствует гидроксид, химический характер которого совпадает с характером оксида.
- Кислотному оксиду бора ($B_2O_3$) соответствует борная кислота. Формула: $H_3BO_3$ (или $B(OH)_3$). Характер — кислотный.
- Амфотерному оксиду бериллия ($BeO$) соответствует гидроксид бериллия. Формула: $Be(OH)_2$. Характер — амфотерный.
- Основному оксиду лития ($Li_2O$) соответствует гидроксид лития. Формула: $LiOH$. Характер — основный (является сильным основанием, щелочью).

Ответ: Формулы гидроксидов и их химический характер: $H_3BO_3$ — кислотный; $Be(OH)_2$ — амфотерный; $LiOH$ — основный.

9. Что такое изотопы? Как открытие изотопов способствовало становлению Периодического закона?

Что такое изотопы?

Изотопы (от греческих слов изос – «одинаковый» и топос – «место») — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют одинаковый заряд атомного ядра (то есть одинаковое число протонов), но разную массу. Иными словами, изотопы занимают одно и то же место в Периодической системе химических элементов.

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов ($Z$) определяет химический элемент и его порядковый номер в таблице Менделеева. Число нейтронов ($N$) может варьироваться. Сумма протонов и нейтронов называется массовым числом ($A = Z + N$). Таким образом, у изотопов одного элемента одинаковое число протонов ($Z$), но разное число нейтронов ($N$) и, как следствие, разное массовое число ($A$).

Поскольку химические свойства элемента определяются строением его электронной оболочки, а число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов, изотопы одного элемента имеют практически идентичные химические свойства. Однако их физические свойства, зависящие от массы ядра (например, плотность, скорость диффузии, радиоактивность), могут существенно различаться.

Например, у водорода существует три основных изотопа:

• Протий ($^{1}_{1}H$) — ядро состоит из одного протона.
• Дейтерий ($^{2}_{1}H$) — ядро состоит из одного протона и одного нейтрона.
• Тритий ($^{3}_{1}H$) — ядро состоит из одного протона и двух нейтронов.

Ответ: Изотопы — это атомы одного химического элемента, имеющие одинаковое число протонов в ядре, но различающиеся числом нейтронов, и, следовательно, обладающие разной атомной массой.

Как открытие изотопов способствовало становлению Периодического закона?

Первоначальная формулировка Периодического закона, предложенная Д. И. Менделеевым в 1869 году, гласила, что свойства элементов находятся в периодической зависимости от их атомных весов (атомных масс). Эта закономерность в целом работала, но имела несколько явных противоречий. В некоторых парах элементов, чтобы сохранить логику химических свойств, Менделееву приходилось нарушать принцип возрастания атомной массы. Например:

• Аргон ($Ar$, атомная масса $\approx 39.95$) был помещён перед калием ($K$, атомная масса $\approx 39.10$).
• Теллур ($Te$, атомная масса $\approx 127.60$) был помещён перед йодом ($I$, атомная масса $\approx 126.90$).

Менделеев предположил, что атомные массы этих элементов были измерены неверно, но он был уверен в правильности их расположения по химическим свойствам.

Открытие изотопов в начале XX века (Фредерик Содди, 1913 г.) и установление физического смысла порядкового номера элемента (Генри Мозли, 1913 г.) полностью разрешили эти противоречия.

1. Уточнение понятия атомной массы. Было установлено, что атомная масса, указанная в Периодической таблице, является средневзвешенным значением масс всех природных изотопов данного элемента с учётом их распространенности. Аномалия в паре аргон-калий объяснилась тем, что в природе преобладает тяжёлый изотоп аргона $^{40}Ar$ (99.6%), в то время как калий в основном состоит из более лёгкого изотопа $^{39}K$ (93.3%). Из-за этого средняя атомная масса аргона оказалась больше, чем у калия.

2. Установление фундаментальной основы закона. Работы Генри Мозли показали, что основной характеристикой атома, определяющей его свойства, является не атомная масса, а заряд ядра, то есть число протонов ($Z$), которое и является порядковым номером элемента. Расположение элементов в порядке возрастания заряда ядра (атомного номера) полностью устранило все существовавшие аномалии.

Таким образом, открытие изотопов объяснило, почему атомная масса не является главной характеристикой элемента, и помогло сформулировать современный Периодический закон: свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер. Это открытие превратило эмпирическое наблюдение Менделеева в фундаментальный закон природы, основанный на строении атома.

Ответ: Открытие изотопов показало, что фундаментальной характеристикой элемента является не его атомная масса (которая является средним значением масс изотопов), а заряд ядра (число протонов). Это позволило разрешить противоречия в таблице Менделеева (например, аномальное расположение аргона и калия) и привело к современной формулировке Периодического закона, в основе которого лежит порядковый номер элемента, а не его атомная масса.

10. Почему заряды атомных ядер элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева изменяются монотонно, т. е. заряд ядра каждого последующего элемента возрастает на единицу по сравнению с зарядом атомного ядра предыдущего элемента, а свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются периодически?

Этот вопрос затрагивает два фундаментальных принципа строения атома и Периодической системы элементов. Разберем каждую часть вопроса отдельно.

Монотонное изменение заряда ядра

Заряд атомного ядра определяется количеством протонов в нем. Каждый протон несет элементарный положительный заряд, условно равный $+1$. Порядковый номер элемента в Периодической системе (обозначается как $Z$) как раз и равен числу протонов в ядре его атома. Это основной закон, по которому элементы упорядочены в современной Периодической системе.

Когда мы переходим от одного элемента к следующему в таблице, например, от водорода ($Z=1$) к гелию ($Z=2$), а затем к литию ($Z=3$), мы последовательно добавляем в ядро по одному протону. Таким образом, заряд ядра, равный $q_{ядра} = Z \cdot e$, где $e$ - элементарный заряд, увеличивается строго на одну единицу при переходе к каждому последующему элементу. Это и есть причина монотонного (последовательного, без пропусков и повторений) возрастания заряда ядра.

Ответ: Заряды атомных ядер изменяются монотонно, потому что элементы в Периодической системе расположены в порядке увеличения числа протонов в ядре, и у каждого последующего элемента количество протонов ровно на один больше, чем у предыдущего.

Периодическое изменение свойств

Химические и многие физические свойства элемента определяются не ядром, а строением его электронной оболочки, а точнее – количеством электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов).

Согласно квантовой механике, электроны в атоме располагаются по энергетическим уровням (или оболочкам), каждый из которых может вместить строго определенное максимальное число электронов. По мере увеличения заряда ядра (и, соответственно, общего числа электронов в нейтральном атоме) происходит последовательное заполнение этих электронных оболочек.

Когда внешний электронный уровень заполняется до своего максимума (например, у инертных газов, таких как неон или аргон), он образует очень устойчивую конфигурацию. У следующего за ним элемента электрон начинает занимать новый, более высокий энергетический уровень. Например, у натрия ($Na$, $Z=11$) после завершения второго уровня у неона ($Ne$, $Z=10$) появляется один электрон на третьем уровне. Эта конфигурация с одним электроном на внешней оболочке схожа с конфигурацией лития ($Li$, $Z=3$), у которого также один электрон на внешней (второй) оболочке.

Таким образом, структура внешнего электронного уровня периодически повторяется. Поскольку именно эта структура определяет, как атом будет взаимодействовать с другими атомами (т.е. его химические свойства), то и свойства элементов и их соединений изменяются периодически. Каждый новый период в таблице Менделеева соответствует началу заполнения нового электронного уровня.

Ответ: Свойства элементов изменяются периодически, так как они зависят от строения внешней электронной оболочки атома, а конфигурация этой оболочки (число валентных электронов) периодически повторяется с началом заполнения каждого нового энергетического уровня.

11. Приведите три формулировки Периодического закона, в которых за основу систематизации химических элементов взяты относительная атомная масса, заряд атомного ядра и строение внешних энергетических уровней в электронной оболочке атома.

Относительная атомная масса
Исторически первая формулировка Периодического закона, предложенная Д.И. Менделеевым в 1869 году. В этой формулировке за основу систематизации химических элементов взята их относительная атомная масса (в XIX веке использовался термин «атомный вес»).
Ответ: Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых и сложных веществ, находятся в периодической зависимости от величины их относительных атомных масс.

Заряд атомного ядра
Современная, более точная формулировка закона, которая стала возможной после открытия строения атома и установления, что фундаментальной характеристикой элемента, определяющей его свойства, является не масса, а заряд ядра его атома, равный порядковому номеру элемента в Периодической системе.
Ответ: Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых и сложных веществ, находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Строение внешних энергетических уровней в электронной оболочке атома
Эта формулировка раскрывает физическую сущность и причину периодичности с точки зрения квантовой теории строения атома. Периодическое изменение свойств элементов объясняется периодическим повторением строения внешних (валентных) электронных оболочек их атомов по мере возрастания заряда ядра.
Ответ: Свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от периодически повторяющегося строения внешних электронных оболочек их атомов.