Условие
Сравни химическую активность калия и кальция как металлов: какой из них легче отдаёт электроны и почему. Затем ответь на второй вопрос: почему при движении по третьему периоду от натрия к аргону металлические свойства ослабевают, хотя заряд ядра всё время растёт.
Что известно и что ищем
- Калий и кальций — соседи в четвёртом периоде: калий в I группе, кальций во II группе, у обоих на внешнем уровне 4s-подуровень.
- Ищем объяснение через заряд ядра и радиус атома, а не через «так в таблице».
- Второй вопрос — про характер изменения свойств в периоде.
Ход решения
- Шаг 1. Записываем внешние оболочки. У калия …4s¹, у кальция …4s². Оба легко расстаются с 4s-электронами, поэтому оба — активные металлы, и оба реагируют с водой уже при обычных условиях.
- Шаг 2. Сравниваем, кому легче отдать электрон. У кальция заряд ядра больше (20 против 19), а радиус чуть меньше, значит ядро держит электроны сильнее: первый электрон у кальция уходит труднее, чем единственный у калия. Значит калий активнее.
- Шаг 3. Проверяем вывод на понятном факте. Калий хранят под керосином и он загорается при попадании воды, а кальций достаточно плотно покрыт оксидной плёнкой и реагирует спокойнее. Опыт согласуется с расчётом: активность металла падает с ростом заряда ядра внутри одного периода.
- Шаг 4. Отвечаем на второй вопрос. В третьем периоде от натрия к аргону заряд ядра растёт, но новые уровни не добавляются: электроны добавляются в тот же третий уровень. Радиус при этом уменьшается, ядро держит внешние электроны всё крепче, поэтому отдавать их становится всё труднее.
- Шаг 5. Формулируем правило словами. В периоде слева направо металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются: натрий — активный металл, магний и алюминий — металлы поспокойнее, кремний уже полупроводник, а хлор — типичный неметалл.
- Шаг 6. Обращаем внимание на границу. Аргон — благородный газ: у него внешний уровень заполнен, и ни отдавать, ни принимать электроны ему не нужно. Это ещё раз показывает, что дело не в номере элемента, а в строении внешней оболочки.
Проверь себя
- Ответ: калий активнее кальция, потому что при меньшем заряде ядра его единственный 4s-электрон уходит легче; в периоде металлические свойства ослабевают, потому что растёт заряд ядра и уменьшается радиус при постоянном числе уровней.
- Проверка вывода: правило «активность металла падает слева направо в периоде» проверяется на любой паре соседей — натрий и магний, магний и алюминий. Если бы всё объяснялось только номером, закономерность не работала бы в других периодах, а она работает.
- Ловушка: отвечать «калий активнее, потому что он правее в таблице». Калий левее кальция; активнее он потому, что меньший заряд ядра хуже удерживает внешний электрон.
Как объяснить ребёнку
«Представь, что ядро тянет за верёвку внешний электрон. У калия верёвка одна и ядро слабее, у кальция ядро сильнее, а верёвок две — отдавать труднее. Поэтому калий «сгорает» от воды сразу, а кальций ведёт себя спокойнее. А когда мы идём по периоду вправо, этаж тот же, но магнит в центре сильнее — атом поджимается, и быть металлом становится всё невыгоднее».
Тема для отчёта родителю
«Металлические свойства и заряд ядра: почему калий активнее кальция».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.