Періодичний закон і будова періодичної системи
~15 хв · 8 розділів · 10 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Хімія — повний курс.
Сучасний періодичний закон пов'язує властивості елементів із зарядом ядра, а номер періоду, групи та підгрупи — з будовою електронної оболонки. Ти навчишся читати коротку й довгу форми періодичної системи, визначати s-, p- та d-елементи й розпізнавати родини лужних металів, галогенів та інертних газів.
Перший крок до розуміння періодичної системи — зрозуміти, чому елементи розташовані саме в такому порядку. У 1869 році Дмитро Менделєєв уперше сформулював періодичний закон: властивості простих речовин, а також форми й властивості сполук елементів перебувають у періодичній залежності від атомної маси. Однак з розвитком фізики стало зрозуміло, що атомна маса — не найглибша характеристика елемента.
Сучасне формулювання періодичного закону
Сьогодні періодичний закон звучить так: властивості хімічних елементів, а також форми й властивості їхніх сполук перебувають у періодичній залежності від заряду атомного ядра. Цей заряд позначають символом Z — він збігається з порядковим номером елемента в Періодичній системі.
Чому саме Z, а не атомна маса (Aᵣ)? Ядро кожного атома складається з протонів і нейтронів. Число протонів — це й є Z. Саме воно визначає, який це елемент: якщо Z = 6, то це Карбон (C); якщо Z = 8 — Оксиген (O). Атомна маса може змінюватися через різну кількість нейтронів (ізотопи), але заряд ядра для всіх атомів одного елемента завжди незмінний.
Фізичний зміст порядкового номера
Порядковий номер елемента (Z) показує:
число протонів у ядрі;
для нейтрального атома — число електронів навколо ядра.
Приклад: у Фосфору (P) Z = 15, отже, в ядрі 15 протонів, а навколо ядра в нейтральному атомі — 15 електронів. Саме ці 15 електронів утворюють електронну оболонку, будова якої й пояснює хімічні властивості Фосфору.
Чому властивості повторюються періодично?
Періодичність хімічних властивостей спричинена тим, що в міру зростання Z періодично повторюється подібна будова зовнішнього електронного шару. Наприклад, у всіх лужних металів (Li, Na, K) на зовнішньому рівні один s-електрон, тому вони мають схожі властивості. Усі галогени (F, Cl, Br) мають зовнішню конфігурацію ns²np⁵ — і тому теж подібні між собою.
Важливо не плутати: у Періодичній системі місце елемента визначає заряд ядра (число протонів), а не відносна атомна маса. Наприклад, Аргон (Z = 18) має більшу відносну атомну масу (≈ 39,95), ніж наступний за ним Калій (Z = 19, ≈ 39,10) — якби систему впорядковували за Aᵣ, ці елементи помінялися б місцями, і періодичність властивостей порушилася б.
Інформацію про масове число конкретного нукліда (A = Z + N) неможливо дізнатися з номера періоду чи групи — вона не закодована в положенні елемента в таблиці. Номер періоду й групи пов'язані з електронною будовою, а не з кількістю нейтронів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Періодична система має два виміри: горизонтальні ряди — періоди — і вертикальні стовпці — групи. Розуміння цих понять дає змогу визначити електронну будову атома та передбачити його властивості.
Періоди
Період — це горизонтальний ряд елементів. Номер періоду для нейтрального атома в основному стані дорівнює найбільшому зайнятому головному квантовому числу n, тобто числу зайнятих енергетичних рівнів.
Наприклад, електронна конфігурація Фосфору — [Ne]3s²3p³. Найбільше головне квантове число тут дорівнює 3, отже, Фосфор міститься в третьому періоді. У Калію (K) конфігурація [Ar]4s¹ — найбільше n = 4, тому Калій у четвертому періоді.
Запам'ятай: номер періоду = число зайнятих енергетичних рівнів у нейтральному атомі основного стану. Якщо атом утратив електрони (катіон), кількість рівнів може зменшитися — період визначають за нейтральним атомом.
Групи: коротка й довга форми
Група — це вертикальний стовпець елементів зі схожою будовою зовнішнього електронного шару. Групи нумерують римськими цифрами I–VIII з підгрупами (так підписано обидві форми таблиці в довідкових матеріалах НМТ) або числами 1–18 (нумерація IUPAC у підручниках; у таблицях НМТ її немає).
Коротка форма (I–VIII) | Нумерація 1–18 (IUPAC) | Приклад елемента |
|---|---|---|
IA (головна) | 1 | Li, Na, K |
IIA (головна) | 2 | Mg, Ca |
IIIA (головна) | 13 | B, Al |
IVA (головна) | 14 | C, Si |
VA (головна) | 15 | N, P |
VIA (головна) | 16 | O, S |
VIIA (головна) | 17 | F, Cl |
VIIIA (головна) | 18 | He, Ne, Ar |
У короткій формі групи поділяють на головні (А) і побічні (Б) підгрупи. Головні підгрупи містять елементи малих і великих періодів, а побічні — лише елементи великих періодів (перехідні метали).
Зв'язок номера групи з електронною будовою
Для елементів головних підгруп число електронів на зовнішньому енергетичному рівні зазвичай дорівнює номеру групи в короткій формі. Наприклад, у Карбону (C, IVA) на зовнішньому рівні 4 електрони (2s²2p²), у Нітрогену (N, VA) — 5 (2s²2p³), у Флуору (F, VIIA) — 7 (2s²2p⁵).
Виняток — Гелій (He). Його електронна конфігурація 1s², тобто на зовнішньому (і єдиному) рівні лише 2 електрони. Однак у періодичній системі Гелій міститься в групі VIIIA (18), бо за хімічними властивостями він інертний газ, подібний до Неону та Аргону. Не плутай: номер групи не завжди дорівнює числу зовнішніх електронів для всіх елементів.
Для елементів побічних підгруп (d-елементів) номер групи не дорівнює кількості зовнішніх електронів. Наприклад, Ферум (Fe) має конфігурацію [Ar]3d⁶4s². На зовнішньому рівні (4s) лише 2 електрони, але Fe міститься в групі VIII (8). Номер групи тут пов'язаний із сумою електронів на d- і s-підрівнях, а не лише із зовнішніми.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Елементи з подібною будовою зовнішнього електронного шару утворюють родини — групи елементів зі схожими хімічними властивостями. Крім того, за типом підрівня, який заповнюється останнім, елементи поділяють на s-, p-, d- та f-блоки.
Лужні елементи
Лужні метали — це елементи IA групи (1 група довгої форми): Літій (Li), Натрій (Na), Калій (K), Рубідій (Rb), Цезій (Cs), Францій (Fr). Їхні нейтральні атоми мають на зовнішньому рівні один s-електрон (ns¹). Це активні метали, які легко віддають цей електрон.
Гідроген (H) також міститься в IA/1 групі, але він не є лужним металом! Гідроген — неметал, його властивості зовсім інші. Не зараховуй H до лужних металів.
Галогени
Галогени — це елементи VIIA групи (17 група довгої форми): Флуор (F), Хлор (Cl), Бром (Br), Йод (I), Астат (At). Їхні атоми мають на зовнішньому рівні сім електронів (ns²np⁵). Це типові неметали, які активно приєднують один електрон, утворюючи йони з зарядом 1−.
Інертні (благородні) елементи
Інертні гази — це елементи VIIIA групи (18 група довгої форми): Гелій (He), Неон (Ne), Аргон (Ar), Криптон (Kr), Ксенон (Xe), Радон (Rn). Їхні атоми мають повністю заповнений зовнішній рівень, тому вони хімічно малоактивні.
s-, p- та d-елементи
Залежно від того, який підрівень заповнюється електронами останнім, елементи поділяють на електронні блоки:
Блок | Останній підрівень | Приклади (Z 1–20) | Де містяться |
|---|---|---|---|
s-елементи | s | H, He, Li, Be, Na, Mg, K, Ca | IA, IIA (1, 2) |
p-елементи | p | B, C, N, O, F, Ne, Al, Si, P, S, Cl, Ar | IIIA–VIIIA (13–18) |
d-елементи | d | Fe (Z=26), Cu, Zn та ін. | Побічні підгрупи (3–12) |
Гелій (He) — s-елемент, хоча міститься в групі VIIIA/18. Його останній підрівень — 1s², тому він належить до s-блоку. Це важливий виняток: положення в групі 18 зумовлене хімічною інертністю, а не типом підрівня.
Металічні та неметалічні елементи в малих періодах
У малих періодах (2-й і 3-й) металічні елементи розташовані ліворуч, а неметалічні — праворуч. Наприклад, у третьому періоді: Na (метал) → Mg (метал) → Al (метал; його оксид і гідроксид амфотерні) → Si (неметал) → P (неметал) → S (неметал) → Cl (неметал) → Ar (інертний газ).
Розгляньмо Фосфор (P) як приклад. Його електронна конфігурація: [Ne]3s²3p³. Звідси: Z = 15, період 3, група VA (15), p-елемент, неметал. Усі ці характеристики випливають безпосередньо з електронної будови.
Закономірності зміни радіусів атомів, електронегативності та кислотно-основного характеру сполук — тема окремого уроку. Тут важливо засвоїти, що тип елемента (метал/неметал) і його належність до s-, p- чи d-блоку визначають за електронною конфігурацією нейтрального атома.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо три типові завдання НМТ на тему періодичного закону та будови періодичної системи. Кожне з них перевіряє вміння читати електронну конфігурацію, зіставляти її з положенням елемента в таблиці та розпізнавати родини елементів.
Приклад 1. Визначення елемента за електронною конфігурацією
Завдання. Атом хімічного елемента має електронну конфігурацію [Ne]3s²3p². Визнач положення цього елемента в періодичній системі: період, групу (коротка форма) та назву елемента.
Розв'язання крок за кроком:
Визначаємо загальне число електронів. Ne має 10 електронів, додаємо 3s²3p² (4 електрони). Разом 10 + 4 = 14 електронів. Для нейтрального атома Z = 14.
Знаходимо елемент за Z = 14. Це Силіцій (Si).
Визначаємо період. Найбільше головне квантове число n = 3, отже, період 3.
Визначаємо групу. Зовнішній рівень — 3s²3p², на ньому 4 електрони. Для головної підгрупи це відповідає IVA групі (14 у довгій формі).
Відповідь: Силіцій (Si), період 3, група IVA.
Розбір дистракторів (типових хибних відповідей):
Якщо взяти за період число зовнішніх електронів (4), отримаємо хибний період 4. Насправді період визначають за найбільшим n, а не за числом електронів.
Якщо прийняти Z = 14 за номер групи, отримаємо хибну групу 14 (але це номер довгої форми, який збігається з правильною групою 14, однак у короткій формі це IVA). Плутанина виникає, коли не розрізняють коротку й довгу нумерації.
Якщо порахувати лише p-електрони (2) і визначити групу IIA — це помилка, бо враховують усі зовнішні електрони (s² + p² = 4).
Приклад 2. Правильне твердження про Гелій
Завдання. Яке з тверджень про Гелій (He) є правильним?
А) Гелій містить 8 електронів на зовнішньому рівні.
Б) Гелій належить до p-елементів.
В) Гелій міститься в групі VIIIA (18) і має 2 електрони на зовнішньому рівні.
Г) Гелій — лужний метал.
Розв'язання:
Електронна конфігурація He: 1s². На зовнішньому (і єдиному) рівні — 2 електрони, а не 8. Варіант А хибний.
Останній підрівень, що заповнюється, — 1s, отже, He належить до s-елементів, а не p. Варіант Б хибний.
He міститься в групі VIIIA (18) як інертний газ, має 2 електрони на зовнішньому рівні. Варіант В правильний.
He — інертний газ, а не лужний метал. Варіант Г хибний.
Відповідь: В.
Чому інші варіанти хибні: А — приписує He 8 зовнішніх електронів (типова помилка через плутання з іншими інертними газами Ne, Ar); Б — вважає He p-елементом через положення в групі 18; Г — плутає He з лужними металами.
Приклад 3. Ряд лише лужних елементів
Завдання. У якому рядку всі елементи належать до лужних металів?
А) H, Li, Na
Б) Li, Na, K
В) Na, K, Mg
Г) K, Ca, Li
Розв'язання:
Лужні метали — це елементи IA групи (1 група): Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.
Варіант А містить H (Гідроген), який не є лужним металом. Хибний.
Варіант Б містить лише Li, Na, K — усі лужні метали. Правильний.
Варіант В містить Mg (Магній) — це лужноземельний метал IIA групи, а не лужний. Хибний.
Варіант Г містить Ca (Кальцій) — лужноземельний метал IIA групи. Хибний.
Відповідь: Б.
Чому інші варіанти хибні: А — Гідроген хоч і в IA групі, але він неметал, не лужний метал; В — Mg належить до IIA групи; Г — Ca належить до IIA групи.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Формулювати сучасний закон через атомну масу. На НМТ можуть дати історичне формулювання Менделєєва (від атомної маси) і попросити обрати сучасне (від заряду ядра Z). Запам'ятай: сучасний періодичний закон пов'язує властивості із зарядом ядра, а не з атомною масою.
Брати номер довгої групи 15 за число зовнішніх електронів. У довгій формі нумерація груп 1–18 не збігається з кількістю зовнішніх електронів для груп 13–18. Наприклад, VA група (коротка) = 15 (довга), а зовнішніх електронів — 5. Не плутай: для головних підгруп число зовнішніх електронів дорівнює номеру групи в короткій формі (I–VIII), а не в довгій.
Вважати He p-елементом або приписувати йому 8 електронів. Гелій має конфігурацію 1s² — це s-елемент із двома електронами. Хоча він стоїть у групі 18 (VIIIA), він не має 8 електронів на зовнішньому рівні, як Ne чи Ar.
Визначати період атома за кількістю рівнів його катіона. Наприклад, йон Na⁺ має конфігурацію [Ne] — лише 2 рівні, але Натрій міститься в третьому періоді. Період визначають за нейтральним атомом основного стану, а не за йоном.
Зараховувати H до лужних металів. Гідроген стоїть у IA/1 групі, але він неметал, а не лужний метал. Лужні метали — це Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема «Періодичний закон і будова періодичної системи» входить до теми 1.4 програми НМТ з хімії. На тесті знадобиться вміння читати як коротку, так і довгу форми періодичної системи. Обидві є в довідкових матеріалах, якими учасник НМТ користується в електронній формі: у короткій формі групи I–VIII мають підгрупи a і b, у довгій групи підписано Ia–VIIIa та IIIb–IIb. Нумерацію 1–18 варто знати з підручників, але в таблицях НМТ її немає.
У демонстраційному варіанті НМТ-2026 завдання № 2 перевіряє зміну властивостей елементів у групі. Це означає, що треба впевнено визначати групу й підгрупу елемента за його положенням у таблиці.
Стратегія виконання
Спочатку визнач, яку форму нумерації груп використано в завданні — коротку (I–VIII) чи довгу (1–18). Відповідь давай у тій самій формі.
Період завжди визначай за нейтральним атомом основного стану: номер періоду = найбільше головне квантове число n.
Для головних підгруп число зовнішніх електронів дорівнює номеру групи в короткій формі. Для нумерації 1–18 (групи 13–18) віднімай 10: 13 → 3, 14 → 4, 15 → 5, 16 → 6, 17 → 7, 18 → 8 (He — виняток: 2 зовнішні електрони).
Запам'ятай винятки: He — s-елемент у групі 18 з двома електронами; H — неметал у групі 1, а не лужний метал.
Формат завдань
На всі 24 завдання з хімії відведено орієнтовно 60 хвилин. У демоваріанті НМТ-2026 завдання № 2 на зміну властивостей елементів у групі має форму вибору однієї відповіді з чотирьох (№ 1–18; 0 або 1 бал); тему можуть перевіряти й завдання на відповідність (№ 19–20).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому сучасний закон формулюють через заряд ядра?
Сучасний періодичний закон формулюють через заряд ядра (Z), тому що саме Z визначає число протонів в атомі, а отже — його належність до певного хімічного елемента. Атомна маса (Aᵣ) може змінюватися в ізотопів одного елемента, тому вона не є сталою характеристикою. Крім того, якби елементи розташовували за зростанням Aᵣ, то Аргон (Aᵣ ≈ 39,95) опинився б після Калію (Aᵣ ≈ 39,10), що порушило б періодичність властивостей. Тому фундаментальною характеристикою є заряд ядра, а не маса.
Як перевести VA в довгу нумерацію?
VA — це позначення групи в короткій формі. Римська цифра V означає номер групи (5), а літера A вказує на головну підгрупу. У довгій формі нумерації (1–18) група VA відповідає групі 15. Загальне правило: для головних підгруп IIIA–VIIIA додай 10 до римського номера: IIIA → 13, IVA → 14, VA → 15, VIA → 16, VIIA → 17, VIIIA → 18. Для IA та IIA номери збігаються: IA → 1, IIA → 2.
Чому в Гелію лише два зовнішні електрони?
Гелій (He) має електронну конфігурацію 1s². Це означає, що на першому (і єдиному) енергетичному рівні міститься лише 2 електрони, оскільки s-підрівень вміщує максимум 2 електрони. Хоча Гелій стоїть у групі VIIIA (18) разом з іншими інертними газами (Ne, Ar), які мають по 8 електронів на зовнішньому рівні, сам He має лише 2. Це виняток: його віднесли до цієї групи через хімічну інертність (заповнений зовнішній рівень), а не через число зовнішніх електронів.
Чому у Fe номер групи не дорівнює числу зовнішніх електронів?
Ферум (Fe) — d-елемент, що міститься в побічній підгрупі VIII групи (VIII група в короткій формі, група 8 за нумерацією 1–18). Його електронна конфігурація: [Ar]3d⁶4s². На зовнішньому рівні (4s) лише 2 електрони, але номер групи — VIII (8). Для елементів побічних підгруп номер групи не дорівнює кількості зовнішніх електронів. Він пов'язаний із сумарною кількістю електронів на d- та s-підрівнях зовнішнього та передзовнішнього рівнів. Правило «номер групи = число зовнішніх електронів» працює лише для елементів головних підгруп.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Порядок елементів у Періодичній системі задає заряд ядра (Z), а не відносна атомна маса.
Номер періоду відповідає найбільшому зайнятому енергетичному рівню нейтрального атома в основному стані.
Номер головної групи короткої форми (I–VIII) пов'язаний із числом зовнішніх електронів; Гелій (He) — виняток: має 2 електрони, але стоїть у групі VIIIA/18.
Коротку (I–VIII з А/Б) і довгу (1–18) нумерації груп треба зіставляти, а не змішувати: IA→1, IIA→2, IIIA→13, IVA→14, VA→15, VIA→16, VIIA→17, VIIIA→18.
Лужні метали — Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (IA/1); галогени — F, Cl, Br, I, At (VIIA/17); інертні гази — He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn (VIIIA/18).
s-елементи заповнюють s-підрівень (IA, IIA та He), p-елементи — p-підрівень (IIIA–VIIIA), d-елементи — d-підрівень (побічні підгрупи).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. У якому ряду всі зазначені елементи належать до лужних металів?
2. До галогенів належать елементи…
3. Атом має електронну конфігурацію [Ne]3s²3p⁴. Визначте номер періоду та номер групи (у короткій формі) для цього елемента.
4. Яке твердження про Гелій (He) є правильним?
5. Група VA у короткій формі періодичної системи відповідає групі з яким номером у довгій формі?
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 10 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест