Структура періодичної системи, зміна властивостей хімічних елементів та алгоритм складання формул вищих оксидів.

• ← Назад до змісту довідника

🧪 Онлайн-інструмент: Скористайтеся нашою новою Інтерактивною періодичною системою хімічних елементів (1–118 онлайн) або відкрийте її на весь екран для швидкого пошуку, перемикання довгої/короткої форм, перегляду електронних формул та ступенів окиснення!

Структура таблиці

Періодична система хімічних елементів — це фундаментальна класифікація всіх відомих на сьогодні 118 хімічних елементів та головна довідкова таблиця хіміка.

Базова будова періодичної системи

У навчальних матеріалах використовують дві графічні форми таблиці: довгоперіодну та короткоперіодну. Незалежно від варіанта графічного зображення, таблиця має чітку координатну сітку:

Довга форма періодичної системи

У довгоперіодній формі елементи розміщені в 7 періодах і 18 вертикальних стовпчиках (групах):

Коротка форма періодичної системи

У короткоперіодній формі елементи згруповані у 8 груп, де кожен стовпчик розділений на головну («а») та побічну («б») підгрупи, а великі періоди записані у два ряди:

У нижній частині короткої таблиці наведено важливі довідкові орієнтири:

• Рядок вищих оксидів — показує загальні формули вищих оксидів для кожної групи ($\mathrm{E_2O}$, $\mathrm{EO}$, $\mathrm{E_2O_3}$, $\mathrm{EO_2}$, $\mathrm{E_2O_5}$, $\mathrm{EO_3}$, $\mathrm{E_2O_7}$, $\mathrm{EO_4}$);
• Рядок летких сполук з Гідрогеном — загальні формули летких водневих сполук неметалів ($\mathrm{EH_4}$, $\mathrm{EH_3}$, $\mathrm{H_2E}$, $\mathrm{HE}$).

Період — це горизонтальний ряд елементів, розташованих за зростанням заряду ядер їхніх атомів. Усього в системі є 7 періодів:

• Малі періоди — 1-й, 2-й та 3-й періоди (складаються з одного ряду елементів);
• Великі періоди — 4-й, 5-й, 6-й та 7-й періоди (містять значно більшу кількість елементів; у короткоперіодному варіанті розбиті на два ряди).

Група — це вертикальний стовпчик хімічних елементів, які мають подібні властивості. Усі групи поділяються на:

• Головні підгрупи (А-групи) — містять елементи як малих, так і великих періодів;
• Побічні підгрупи (Б-групи) — складаються виключно з елементів великих періодів.

Розташування металів і неметалів

Усі хімічні елементи за своїми властивостями поділяють на дві групи:

• Неметали (усього 23 елементи: $\mathrm{H}$, $\mathrm{He}$, $\mathrm{B}$, $\mathrm{C}$, $\mathrm{N}$, $\mathrm{O}$, $\mathrm{F}$, $\mathrm{Ne}$, $\mathrm{Si}$, $\mathrm{P}$, $\mathrm{S}$, $\mathrm{Cl}$, $\mathrm{Ar}$, $\mathrm{As}$, $\mathrm{Se}$, $\mathrm{Br}$, $\mathrm{Kr}$, $\mathrm{Te}$, $\mathrm{I}$, $\mathrm{Xe}$, $\mathrm{At}$, $\mathrm{Rn}$, $\mathrm{Og}$). У довгоперіодній таблиці неметали зосереджені у верхньому правому кутку (над діагоналлю від Бору до Астату), крім Гідрогену, що розташований окремо вгорі ліворуч.
• Метали — решта 95 елементів системи. Метали становлять переважну більшість усіх хімічних елементів і займають ліву й центральну частини таблиці, а також окремі ряди внизу.

Для швидкого порівнювання сили металічних або неметалічних властивостей використовують два елементи-«рекордсмени»:

Уявіть, що ви прямуєте повз пахучий об’єкт: що ближче ви до нього підходите, то сильнішим стає відчуття. Так само й у періодичній системі: що ближче елемент розташований до відповідного елемента-еталона, то яскравіше виражена його хімічна властивість.

Флуор ($\mathrm{F}$) — найбільш хімічно активний неметал у періодичній системі.
Неметалічні властивості посилюються у напрямку до Флуору: зліва направо в періодах та знизу вгору в підгрупах.

Францій ($\mathrm{Fr}$) — найактивніший метал у періодичній системі.
Металічні властивості посилюються у напрямку до Францію: справа наліво в періодах та згори вниз у підгрупах.

Оксиди — це бінарні сполуки, до складу яких входять два хімічні елементи, один із яких — Оксиген зі ступенем окиснення $-2$ (валентністю $\mathrm{II}$).

Багато хімічних елементів утворюють кілька різних оксидів. Наприклад, Фосфор утворює оксиди зі складом $\mathrm{P_2O_3}$ та $\mathrm{P_2O_5}$. У першому оксиді валентність Фосфору дорівнює $\mathrm{III}$, а в другому — $\mathrm{V}$.

Вищий оксид — це сполука елемента з Оксигеном, у якій елемент проявляє свою максимально можливу валентність.

Інші оксиди елемента з нижчими валентностями не називають «невищими»; їх іменують просто іншими оксидами (наприклад, фосфор(III) оксид).

Алгоритм складання формул вищих оксидів

Для елементів головних підгруп діє базове правило:

💡 Правило вищого оксиду
Валентність елемента головної підгрупи (А-групи) у його вищому оксиді чисельно дорівнює номеру групи, в якій він розташований. Валентність Оксигену в оксидах завжди дорівнює $\mathrm{II}$.
У короткій формі таблиці узагальнені формули вищих оксидів для кожної групи вже наведені в нижньому довідковому рядку ($\mathrm{E_2O}$, $\mathrm{EO}$, $\mathrm{E_2O_3}$, $\mathrm{EO_2}$, $\mathrm{E_2O_5}$, $\mathrm{EO_3}$, $\mathrm{E_2O_7}$, $\mathrm{EO_4}$).

Складання формули вищого оксиду фосфору

• Фосфор розташований у $\mathrm{V}$ групі головної підгрупи, отже, його вища валентність дорівнює $\mathrm{V}$.
• Записуємо символи з валентностями: $\overset{\mathrm{V}}{\mathrm{P}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• За правилом перехрестя переносимо валентності в індекси: двійка переходить до Фосфору, а п’ятірка — до Оксигену.
• Отримуємо формулу: $\mathrm{P_2O_5}$ (фосфор(V) оксид).

Складання формули вищого оксиду сульфуру

• Сульфур розташований у $\mathrm{VI}$ групі головної підгрупи, його вища валентність дорівнює $\mathrm{VI}$.
• Записуємо символи з валентностями: $\overset{\mathrm{VI}}{\mathrm{S}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Проміжне перенесення дає співвідношення $\mathrm{S_2O_6}$. Обидва індекси діляться на 2 ($2 : 2 = 1$; $6 : 2 = 3$). Індекс 1 не записують.
• Отримуємо формулу: $\mathrm{SO_3}$ (сульфур(VI) оксид).

Складання формули вищого оксиду карбону

• Карбон розташований у $\mathrm{IV}$ групі головної підгрупи, його вища валентність дорівнює $\mathrm{IV}$.
• Записуємо символи з валентностями: $\overset{\mathrm{IV}}{\mathrm{C}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• Проміжний запис $\mathrm{C_2O_4}$ скорочуємо на 2 ($2 : 2 = 1$; $4 : 2 = 2$).
• Отримуємо формулу: $\mathrm{CO_2}$ (карбон(IV) оксид).

Складання формули вищого оксиду магнію

• Магній розташований у $\mathrm{II}$ групі головної підгрупи, його вища валентність дорівнює $\mathrm{II}$.
• Записуємо символи: $\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{Mg}}\overset{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.
• За однакових валентностей індекси дорівнюють одиниці й не зазначаються.
• Отримуємо формулу: $\mathrm{MgO}$ (магній оксид).

Відмінність головних і побічних підгруп для вищих оксидів

Правило відповідності валентності у вищому оксиді номеру групи надійно діє для елементів головних (А) підгруп (винятком серед них є Флуор, який не утворює вищого оксиду з валентністю $\mathrm{VII}$, та Оксиген).

Для елементів побічних (Б) підгруп це правило часто має винятки:

• Купрум ($\mathrm{Cu}$) міститься в $\mathrm{I}$ групі (побічна підгрупа). За загальним правилом його оксид мав би мати вигляд $\mathrm{Cu_2O}$ з валентністю $\mathrm{I}$, проте вищим оксидом Купруму є $\mathrm{CuO}$, де валентність елемента становить $\mathrm{II}$.

Завдання для самоконтролю (Домашнє завдання)

Завдання 1. Укажіть номер періоду і номер групи, в яких розташовані наведені елементи:

🔍 Показати відповідь до Завдання 1

Елемент	Період	Група
$\mathrm{Mg}$	3	II (II-А)
$\mathrm{Si}$	3	IV (IV-А)
$\mathrm{S}$	3	VI (VI-А)
$\mathrm{Cl}$	3	VII (VII-А)

Завдання 2. Заповніть характеристики елементів та складіть формули їхніх вищих оксидів:

🔍 Показати відповідь до Завдання 2

Елемент	Атомний номер	Відносна атомна маса ($A_r$)	Група	Період	Формула вищого оксиду
$\mathrm{S}$	16	32	VI	3	$\mathrm{SO_3}$
$\mathrm{Al}$	13	27	III	3	$\mathrm{Al_2O_3}$
$\mathrm{Br}$	35	80	VII	4	$\mathrm{Br_2O_7}$
$\mathrm{C}$	6	12	IV	2	$\mathrm{CO_2}$
$\mathrm{Na}$	11	23	I	3	$\mathrm{Na_2O}$

Завдання 3. Укажіть, проста речовина якого з елементів кожної пари виявляє яскравіше виражені металічні властивості:

1. $\mathrm{Na}$ чи $\mathrm{Al}$
2. $\mathrm{Fe}$ чи $\mathrm{K}$
3. $\mathrm{Zn}$ чи $\mathrm{Ca}$
4. $\mathrm{K}$ чи $\mathrm{Zn}$

🔍 Показати відповідь до Завдання 3

Орієнтиром слугує наближення до Францію ($\mathrm{Fr}$):

1. $\mathrm{Na}$ чи $\mathrm{Al}$: $\mathrm{Na}$ (Натрій розташований у 3-му періоді лівіше за Алюміній, отже, ближче до Францію).
2. $\mathrm{Fe}$ чи $\mathrm{K}$: $\mathrm{K}$ (Калій розташований на початку 4-го періоду в I-А групі, значно лівіше від Феруму).
3. $\mathrm{Zn}$ чи $\mathrm{Ca}$: $\mathrm{Ca}$ (Кальцій належить до II-А групи й розташований у 4-му періоді лівіше за Цинк).
4. $\mathrm{K}$ чи $\mathrm{Zn}$: $\mathrm{K}$ (Калій розташований у крайній лівій колонці 4-го періоду).

• ← Назад до змісту довідника