Заряди ядер елементів у періодичній системі безперервно збільшуються, а властивості простих речовинповторюються періодично. Як це пояснити?
Д. І. Менделєєв зазначив, що властивості елементів періодично повторюються зі зростанням значень їх масових чисел. Він розташував відкриті на той час 63 елементи у порядку збільшення їх атомних мас з урахуванням хімічних та фізичних властивостей. Менделєєв вважав, що відкритий ним періодичний закон є відображенням глибоких закономірностей у внутрішній будові речовини, він констатував факт періодичних змін властивостей елементів, але причини періодичності не знав.
Подальше вивчення будови атома показало, що властивості речовин залежать від заряду ядра атомів, і елементи можна систематизувати, ґрунтуючись на їхній електронній структурі. Властивості простих речовин та їх сполук залежать від електронної конфігурації валентного підрівня атомів елемента, що періодично повторюється. Тому "електронні аналоги" є також і "хімічними аналогами".
Розпишемо електронні формули атомів елементів головних підгруп другої та сьомої груп.
Елементи другої групи мають загальну електронну формулу валентних електронів ns2. Розпишемо їх електронні формули:
Be 1s 2 2s 2,
Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2,
Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2,
Sr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2.
У елементів сьомої групи загальна електронна формула валентних електронів ns 2 np 5, а повні електронні формули мають вигляд:
F 1s 2 2s 2 2p 5 ,
Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ,
Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 ,
I 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 5 .
Отже, електронні структури атомів періодично повторюються в елементів однієї групи, тому періодично повторюються та його властивості, оскільки вони в основному від електронної конфігурації валентних електронів. Елементи однієї групи мають загальні властивостіале є і відмінності. Це можна пояснити тим, що хоча атоми мають однакову електронну структуру валентних електронів, але ці електрони розташовані на різній відстані від ядра, сила тяжіння їх до ядра при переході від періоду до періоду слабшає, атомний радіусзбільшується, валентні електрони стають рухливішими, що відбивається на властивостях речовин.
41. Виходячи з положення германію, цезію та технецію в періодичній системі, складіть формули наступних сполук: мета та ортогерманієвої кислот, дигідрофосфату цезію та оксиду технецію, що відповідає його вищого ступеня окислення. Зобразіть структурні формулицих сполук.
42. Що таке енергія іонізації? У яких одиницях вона виражається? Як змінюється відновна активність s- та p-елементів у групах періодичної системи зі збільшенням порядкового номера? Чому?
43. Що таке електронегативність? Як змінюється електронегативність елементів у другому та третьому періодах, у групі періодичної системи зі збільшенням порядкового номера?
44. Виходячи з положення германію, молібдену та ренію в періодичній системі, складіть брутто формули наступних сполук: водневої сполуки германію, ренієвої кислоти та оксиду молібдену, що відповідає його вищого ступеня окислення. Зобразіть структурні формули цих сполук.
45. Що таке спорідненість до електрона? У яких одиницях воно виражається? Як змінюється окислювальна активність неметалів у періоді та у групі періодичної системи зі збільшенням порядкового номера? Відповідь мотивуйте будовою атома відповідного елемента.
46. Складіть формули оксидів та гідроксидів елементів третього періоду періодичної системи, що відповідають їх найвищому ступеню окиснення. Як змінюється хімічний характер цих сполук під час переходу від натрію до хлору?
47. Який з елементів четвертого періоду – ванадій або миш'як – має більш виражені металеві властивості? Який із елементів утворює газоподібне з'єднання з воднем? Відповідь мотивуйте, виходячи із будови атомів даних елементів.
48. Які елементи утворюють газоподібні сполуки водню? У яких групах періодичної системи ці елементи? Складіть формули водневих та кисневих сполукхлору, телуру та сурми, що відповідають їх нижчому та вищому ступеням окислення.
49. У якого елемента четвертого періоду – хрому чи селену – сильніше виражені металеві властивості? Який із цих елементів утворює газоподібне з'єднання з воднем? Відповідь мотивуйте будовою атомів хрому та селену.
50. Який нижчий ступінь окислення виявляють хлор, сірка, азот та вуглець? Чому? Складіть формули сполук алюмінію з цими елементами в цій їх ступеня окиснення. Як називаються відповідні сполуки?
51. Який із p-елементів п'ятої групи періодичної системи – фосфору чи сурми – сильніше виражені неметалічні властивості? Який з водневих сполук цих елементів більш сильний відновник? Відповідь мотивуйте будовою атома цих елементів.
52. Виходячи із положення металу в періодичній системі, дайте мотивовану відповідь на запитання; який із двох гідроксидів більше сильна основа: Ba(OH) 2 або Mg(OH) 2 ; Ca(OH) 2 або Fe(OH) 2 ; Сd(ОН) 2 або Sr(OH) 2?
53. Чому марганець виявляє металеві властивості, а хлор – неметалічні? Відповідь мотивуйте електронною будовою атомів цих елементів. Напишіть формули оксидів та гідроксидів хлору та марганцю.
54. Який нижчий ступінь окислення виявляють водень, фтор, сірка та азот? Чому? Складіть формули сполук кальцію з даними елементами в цьому їхньому ступені окислення. Як називаються відповідні сполуки?
55. Яку нижчу та вищого ступеняокислення виявляють кремній, миш'як, селен та хлор? Чому? Складіть формули сполук цих елементів, що відповідають цим ступеням окиснення.
56. До якого сімейства належать елементи, в атомах яких останній електрон надходить на 4f- та 5f-орбіталі? Скільки елементів включає кожне із цих сімейств?
57. Атомні маси елементів у періодичній системі безперервно збільшуються, тоді як властивості простих тілперіодично змінюються. Чим це можна пояснити?
58. Яке сучасне формулювання періодичного закону? Поясніть, чому в періодичній системі елементів аргон, кобальт, телур і торій поміщені відповідно перед калієм, нікелем, йодом та протактинієм, хоч і мають велику атомну масу?
59. Який нижчий і найвищий ступінь окиснення виявляють вуглець, фосфор, сірка та йод? Чому? Складіть формули сполук цих елементів, що відповідають цим ступеням окиснення.
Періодична система хімічних елементів – це класифікація хімічних елементів, створена Д. І. Менделєєвим на основі відкритого ним у 1869 р. періодичного закону.
Д. І. Менделєєв
Відповідно до сучасного формулювання цього закону, в безперервному рядуелементів, розташованих у порядку зростання величини позитивного зарядуядер їх атомів, періодично повторюються елементи зі схожими властивостями.
Періодична система хімічних елементів, подана у вигляді таблиці, складається з періодів, рядів та груп.
На початку кожного періоду (за винятком першого) знаходиться елемент яскраво вираженими металевими властивостями (лужний метал).
Умовні позначення кольорової таблиці: 1 - хімічний знакелемента; 2 – назва; 3 - атомна маса (атомна вага); 4 – порядковий номер; 5 – розподіл електронів по шарах.
У міру зростання порядкового номера елемента, рівного величиніпозитивного заряду ядра його атома, поступово слабшають металеві та наростають неметалеві властивості. Передостаннім елементом у кожному періоді є елемент із яскраво вираженими неметалевими властивостями (), а останнім - інертний газ. У I періоді знаходяться 2 елементи, у II та III – по 8 елементів, у IV та V – по 18, у VI – 32 та у VII (не завершеному періоді) – 17 елементів.
Перші три періоди називають малими періодами, кожен із них складається з одного горизонтального ряду; інші - великими періодами, кожен із яких (виключаючи VII період) і двох горизонтальних рядів - парного (верхнього) і непарного (нижнього). У парних лавах великих періодів знаходяться лише метали. Властивості елементів у цих рядах із зростанням порядкового номера змінюються слабко. Властивості елементів у непарних лавах великих періодів змінюються. У VI періоді за лантаном слідують 14 елементів, дуже подібних за хімічними властивостями. Ці елементи, які називають лантаноїдами, наведені окремо під основною таблицею. Аналогічно представлені в таблиці та актиноїди - елементи, що йдуть за актинієм.
У таблиці є дев'ять вертикальних груп. Номер групи, за рідкісними винятками, дорівнює вищої позитивної валентності елементів цієї групи. Кожна група, виключаючи нульову та восьму, поділяється на підгрупи. - головну (розташована правіше) та побічну. У основних підгрупах зі збільшенням порядкового номера посилюються металеві та слабшають неметалеві властивості елементів.
Таким чином, хімічні та ряд фізичних властивостей елементів визначаються місцем, яке займає даний елемент у періодичній системі.
Біогенні елементи, тобто елементи, що входять до складу організмів і виконують у ньому певну біологічну роль, займають верхню частинутаблиці Менделєєва. У блакитний колір пофарбовані клітини, займані елементами, що становлять основну масу (понад 99%) живої речовини, рожевий колір- Клітини, займані мікроелементами (див.).
Періодична система хімічних елементів є найбільшим досягненням сучасного природознавстваі яскравим виразомнайбільш загальні діалектичні закони природи.
також , Атомна вага.
Періодична система хімічних елементів природна класифікаціяхімічних елементів, створена Д. І. Менделєєвим на основі відкритого ним у 1869 р. періодичного закону.
У початковому формулюванні періодичний закон Д. І. Менделєєва стверджував: властивості хімічних елементів, а також форми та властивості їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини атомних вагелементів. Надалі з розвитком вчення про будову атома було показано, що точнішою характеристикою кожного елемента є не атомна вага (див.), а величина позитивного заряду ядра атома елемента, що дорівнює порядковому (атомному) номеру цього елемента в періодичній системі Д. І. Менделєєва . Число позитивних зарядів ядра атома дорівнює числу електронів, що оточують ядро атома, оскільки атоми в цілому електронейтральні. У світлі цих даних періодичний закон формулюється так: властивості хімічних елементів, а також форми та властивості їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини позитивного заряду ядер їх атомів. Це означає, що у безперервному ряду елементів, розташованих у порядку зростання позитивних зарядів ядер їх атомів, періодично повторюватимуться елементи зі схожими властивостями.
Таблична форма періодичної системи хімічних елементів представлена в її сучасному вигляді. Вона складається з періодів, рядів та груп. Період є послідовним горизонтальним рядом елементів, розташованих у порядку зростання позитивного заряду ядер їх атомів.
На початку кожного періоду (за винятком першого) знаходиться елемент з яскраво вираженими металевими властивостями (лужний метал). Потім у міру збільшення порядкового номера поступово слабшають металеві та наростають неметалеві властивості елементів. Передостаннім елементом у кожному періоді є елемент із яскраво вираженими неметалевими властивостями (галоген), а останнім – інертний газ. I період складається з двох елементів, роль лужного металу та галогену тут одночасно виконує водень. II та III періоди включають по 8 елементів, названих Менделєєвим типовими. IV та V періоди нараховують по 18 елементів, VI-32. VII період ще завершено і поповнюється штучно створюваними елементами; Нині у цьому періоді налічується 17 елементів. I, II і III періоди називають малими, кожен із новачків складається з одного горизонтального ряду, IV-VII- великими: вони (крім VII) включають два горизонтальних ряду - парний (верхній) і непарний (нижній). У парних рядах великих періодів знаходяться лише метали, і зміна властивостей елементів у рядку зліва направо виражена слабо.
У непарних рядах великих періодів властивості елементів у ряду змінюються так само, як властивості типових елементів. У парному ряду VI періоду після лантану слідує 14 елементів [званих лантанідами (див.), лантаноїдами, рідкісноземельними елементами], подібних за хімічними властивостями з лантаном і між собою. Перелік їх наводиться окремо під таблицею.
Окремо виписані та наведені під таблицею елементи, що йдуть за актинієм-актиніди (актиноїди).
У періодичній системі хімічних елементів за вертикалями розташовано дев'ять груп. Номер групи дорівнює вищій позитивній валентності елементів цієї групи. Виняток становлять фтор (буває лише негативно одновалентним) та бром (не буває семивалентним); крім того, мідь, срібло, золото можуть виявляти валентність більше +1 (Cu-1 та 2, Ag та Au-1 та 3), а з елементів VIII групивалентністю +8 мають тільки осмій та рутеній. Кожна група, за винятком восьмої та нульової, ділиться на дві підгрупи: головну (розташована правіше) та побічну. До основних підгруп входять типові елементи та елементи великих періодів, у побічні - лише елементи великих періодів і до того ж метали.
За хімічними властивостями елементи кожної підгрупи цієї групи значно відрізняються один від одного і лише вища позитивна валентність однакова всім елементів цієї групи. У головних підгрупах зверху вниз посилюються металеві властивості елементів і слабшають неметалеві (так, францій є елементом найбільш яскраво вираженими металевими властивостями, а фтор - неметалевими). Таким чином, місце елемента в періодичній системі Менделєєва (порядковий номер) визначає його властивості, які є середньою з властивостей сусідніх елементів по вертикалі та горизонталі.
Деякі групи елементів мають особливі назви. Так, елементи головних підгруп І групи називають лужними металами, ІІ групи - лужноземельними металами, VII групи- галогенами, елементи, розташовані за ураном, - трансурановими. Елементи, які входять до складу організмів, беруть участь у процесах обміну речовин і мають явно виражену біологічною роллюназивають біогенними елементами. Усі вони займають верхню частину таблиці Д. І. Менделєєва. Це насамперед Про, З, М, N, Са, Р, До, S, Na, Cl, Mg і Fe, що становлять основну масу живої речовини (понад 99%). Місця, які займають ці елементи в періодичній системі, пофарбовані в світло-блакитний колір. Біогенні елементи, яких дуже мало (від 10 -3 до 10 -14 %), називають мікроелементами (див.). У клітинах періодичної системи, пофарбованих у жовтий колір, вміщені мікроелементи, життєво важливе значенняяких для людини доведено.
Відповідно до теорії будови атомів (див. Атом) хімічні властивостіелементів залежать в основному від числа електронів на зовнішній електронної оболонки. Періодична зміна властивостей елементів із збільшенням позитивного заряду атомних ядерпояснюється періодичним повторенням будови зовнішньої електронної оболонки (енергетичного рівня) атомів.
У малих періодах із збільшенням позитивного заряду ядра зростає кількість електронів на зовнішній оболонці від 1 до 2 у I періоді та від 1 до 8 у II та III періодах. Звідси зміна властивостей елементів у період від лужного металу до інертного газу. Зовнішня електронна оболонка, що містить 8 електронів, є завершеною та енергетично стійкою (елементи нульової групи хімічно інертні).
У великих періодах парних рядах зі зростанням позитивного заряду ядер число електронів на зовнішній оболонці залишається постійним (1 або 2) і йде заповнення електронами другої зовні оболонки. Звідси повільне зміна властивостей елементів парних рядах. У непарних рядах великих періодів зі збільшенням заряду ядер йде заповнення електронами зовнішньої оболонки (від 1 до 8) та властивості елементів змінюються так, як і у типових елементів.
Число електронних оболонок в атомі дорівнює номеру періоду. Атоми елементів головних підгруп мають на зовнішніх оболонках число електронів, що дорівнює номеру групи. Атоми елементів побічних підгруп містять на зовнішніх оболонках один або два електрони. Цим пояснюється відмінність у властивостях елементів головної та побічної підгруп. Номер групи вказує можливу кількість електронів, які можуть брати участь у освіті хімічних (валентних) зв'язків (див. Молекула), тому такі електрони називають валентними. У елементів побічних підгруп валентними є як електрони зовнішніх оболонок, а й передостанніх. Число і будова електронних оболонок зазначено в періодичній системі хімічних елементів, що додається.
Періодичний закон Д. І. Менделєєва та заснована на ньому система мають виключно велике значенняу науці та практиці. Періодичний закон і система стали основою для відкриття нових хімічних елементів, точного визначенняїх атомних ваг, розвитку вчення про будову атомів, встановлення геохімічних законів розподілу елементів у земної корита розвитку сучасних уявленьпро живу речовину, склад якої та пов'язані з нею закономірності знаходяться відповідно до періодичною системою. Біологічна активністьелементів та їх вміст в організмі також багато в чому визначаються місцем, яке вони займають у періодичній системі Менделєєва. Так, зі збільшенням порядкового номера у ряді груп зростає токсичність елементів та зменшується їх вміст у організмі. Періодичний закон є яскравим виразом найзагальніших діалектичних законів розвитку природи.
Сторінка 1
Періодичне повторення властивостей елементів із збільшенням атомного номерастає особливо наочним, якщо розташувати елементи у вигляді таблиці, що називається періодичною таблицеючи періодичною системою елементів. Було запропоновано та використовується кілька форм періодичної таблиці.
Періодичне повторення властивостей елементів зі збільшенням атомного номера можна наочно показати, якщо розмістити елементи в таблицю, яка називається періодичною таблицею, або періодичною системою елементів. Було запропоновано та знаходить застосування багато різних формперіодичної системи.
Принцип періодичного повторення властивостей елементів не міг допустити існування лише одного, ізольовано стоїть елементаргону; такого роду простих речовин має бути кілька чи жодного. Однак Рамзай твердо стояв на позиціях періодичного закону, і це, а також розвиток лабораторної техніки наприкінці минулого століття, визначили швидке відкриття решти членів групи. інертних газів.
Чим пояснюється періодичне повторення властивостей елементів періодичної системі.
Чим пояснюється періодичне повторення властивостей елементів.
Приймаючи, що періодичне повторення властивостей елементів зумовлене не лише їхньою масою (атомною вагою), а й характером руху самих атомів як цілих частинок (швидкістю та напрямком їхнього руху), Флавицький будує свою гіпотезу на наступній основі: періодичність елементів пояснюється не тим, що повторюється тип внутрішньої Будівліатомів, тим, що періодично змінюється характер руху атомів як цілих частинок.
Таким чином, причиною періодичного повторення властивостей елементів є періодичне повторення. електронних конфігураційїх атомів.
Дослідження електронної структуриатомів дозволило довести, що причиною періодичного повторення властивостей елементів із зростанням порядкового номера є періодичне повторення процесу побудови нових електронних оболонок. До однієї групи періодичної системи завжди належать елементи, в атомів яких у зовнішніх оболонках знаходиться однакове числоелектронів. Так, атоми всіх інертних газів, крім гелію, містять по 8 електронів у зовнішній оболонці і найважче іонізуються, тим часом як атоми лужних металів містять по одному електрону в зовнішній оболонці і мають найнижчий іонізаційний потенціал. Лужні металитільки з одним електроном у зовнішній оболонці можуть легко його втрачати, переходячи у стійку форму позитивного іона з електронною конфігурацією, подібною до найближчого інертного газу з меншим порядковим номером. Такі елементи, як фтор, хлор та ін., за кількістю зовнішніх електронів, що наближаються до конфігурації інертних газів, навпаки прагнуть придбати електрони і відтворити цю електронну конфігурацію, переходячи у відповідний негативний іон.
Наступні за третім періоди таблиці Д. І. Менделєєва є довшими. Однак періодичне повторення властивостей елементів зберігається. Воно набуває більше складний характер, обумовлений зростаючим різноманіттям фізичних та хімічних особливостейелементів зі збільшенням їх атомних мас. Розгляд будови атомів перших періодів підтверджує, що обмеженість числа місць для електронів у кожній оболонці (заборона Паулі), що оточує ядро, є причиною періодичного повторення властивостей елементів. Ця періодичність - великий закон природи, відкритий Д. І. Менделєєвим наприкінці минулого століття, в наш час став однією з основ розвитку не лише хімії, а й фізики.
Значення /j поступово збільшуються зі зростанням Z до тих пір, поки Z не досягає значення, характерного для благородного газу, а потім при переході до наступному елементупадає приблизно одну четверту значення для благородного газу. Періодичність зміни іншої властивості - густини елементів у твердому стані-показана на рис. 5.13. Таке періодичне повторення властивостей елементів зі збільшенням порядкового номера стає особливо наочним, якщо елементи розташувати як таблиці, званої періодичною таблицеюалж періодичною системою елементів. Було запропоновано та знаходить застосування багато різних формперіодичної системи.
Поруч із Ньюлендсом до відкриття періодичного закону наближався мови у Франції де Шанкуртуа. Але на відміну від чуттєвого музично-звукового образу, що послужив для Ньюлендса аналогією з частково виявленою ним закономірністю хімічних елементів, французький натураліст використовував абстрактно-геометричний образ: він порівнював періодичне повторення властивостей елементів, розташованих за величиною їх атомних ваг, з намотуванням спіральної лінії (vis tellurique) а бічну поверхнюциліндра.
Уявлення про величину заряду ядра як про визначальну властивість атома лягло в основу сучасного формулюванняперіодичного закону Д. І. Менделєєва: властивості хімічних елементів, а також форми та властивості сполук цих елементів перебувають у періодичній залежності від величини заряду ядер їх атомів. Вона дозволила пояснити причину періодичного повторення властивостей елементів, що полягає у періодичному повторенні будови електронних конфігурацій атомів.
Тільки після з'ясування структури атома стали зрозумілими причини періодичного повторення властивостей елементів.
Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва
Основні поняття:
1. Порядковий номер хімічного елемента- Номер, даний елементза його нумерації. Показує загальну кількість електронів в атомі і протонів в ядрі, визначає заряд ядра атома даного хімічного елемента.
2. Період- Хімічні елементи, розташовані в рядок (періодів всього 7). Період визначає кількість енергетичних рівнів атома.
Малі періоди (1 – 3) включають лише s - і p - елементи (елементи головних підгруп) і з одного рядка; великі (4 – 7) включають як s - і p - елементи (елементи головних підгруп), а й d - і f - елементи (елементи побічних підгруп) і з двох рядків.
3. Групи- Хімічні елементи, розташовані в стовпчик (груп всього 8). Група визначає кількість електронів зовнішнього рівня елементів головних підгруп, а як і число валентних електронів в атомі хімічного елемента.
Головна підгрупа (А)- Включає елементи великих і малих періодів (тільки s - і p - елементи).
Побічна підгрупа (В)- Включає елементи тільки великих періодів (тільки d - або f - елементи).
4. Відносна атомна маса (A r) – показує, у скільки разів даний атом важчий за 1/12 частини атома 12 С, це безрозмірна величина (для розрахунків беруть округлене значення).
5. Ізотопи- Різновид атомів одного і того ж хімічного елемента, що відрізняються один від одного тільки своєю масою, з однаковим порядковим номером.
Будова атома
Основні поняття:
1. Електронна хмара - Це модель квантової механіки, що описує рух електрона в атомі.
2. Орбіталь (s, p, d, f) - Частина атомного простору, в якому ймовірність знаходження даного електрона найбільша (~ 90%).
3. Енергетичний рівень– це енергетичний шар з певним рівнем енергії електронів, що знаходяться на ньому.
Число енергетичних рівнів в атомі хімічного елемента дорівнює номеру періоду, коли цей елемент розташований.
4. Максимально можлива кількість електронів на даному енергетичному рівні визначається за такою формулою:
N = 2 n 2 де n – номер періоду
5. Розподіл орбіталей за рівнями представлений схемою:
6. Хімічний елемент – це вид атомів із певним зарядом ядра.
7. Склад атома :
|
Частка |
Заряд |
Маса |
||
|
Кл |
умовні одиниці |
а.е.м. |
||
|
Електрон (ē) |
1.6 ∙ 10 -19 |
9.10 ∙ 10 -28 |
0.00055 |
|
|
Протон ( p) |
1.6 ∙ 10 -19 |
1.67 ∙ 10 -24 |
1.00728 |
|
|
Нейтрон ( n) |
1.67 ∙ 10 -24 |
1.00866 |
||
8. Склад атомного ядра:
В· До складу ядра входять елементарні частинки -
протони(p) та нейтрони(n).
В·Т.к. практично вся маса атома зосереджена в ядрі, то заокруглене значенняA rхімічного елемента дорівнює сумі протонів та нейтронів в ядрі.
9. Загальна кількість електронів в електронній оболонці атома дорівнює числу протонів в ядрі та порядковому номерухімічний елемент.
Порядок заповнення рівнів та підрівнів електронами
I. Електронні формулиатомів хімічних елементів складають у такому порядку:
· Спочатку за номером елемента в таблиці Д. І. Менделєєва визначають загальну кількість електронів в атомі;
· Потім за номером періоду, в якому розташований елемент, визначають кількість енергетичних рівнів;
· Рівні розбивають на підрівні та орбіталі, і заповнюють їх електронами відповідно Принципом найменшої енергії
· Для зручності електрони можна розподілити по енергетичним рівням, скориставшись формулою N = 2n 2 і з урахуванням того, що:
1. у елементів головних підгруп(s -; p -елементи) число електронів на зовнішньому рівні дорівнює номеру групи.
2. у елементів побічних підгрупна зовнішньому рівні зазвичай два електрона (виняток становлять атоми Cu, Ag, Au, Cr, Nb, Mo, Ru, Rh, які мають на зовнішньому рівні один електрон, у Pdна зовнішньому рівні нуль електронів);
3. число електронів на передостанньому рівні дорівнює загальному числуелектронів в атомі мінус число електронів на решті всіх рівнів.
II. Порядок заповнення електронами атомних орбіталей визначається:
1. Принципом найменшої енергії
Шкала енергій:
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s…
2. Стан атома з повністю або наполовину заповненим підрівнем (тобто коли на кожній орбіталі є по одному неспареному електрону) є більш стійким.
Цим пояснюється провал електрона. Так, стійкого стану атома хрому відповідає такий розподіл електронів:
Cr : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 , ані 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 4 ,
тобто відбувається «провал» електрона з 4s-підрівня на 3d-підрівень.
III. Сімейство хімічних елементів.
Елементи, в атомах яких відбувається заповнення електронами s-підрівня зовнішнього s-Елементами. Це перші 2 елемента кожного періоду, що становлять головні підгрупи Iі IIгруп.
Елементи, в атомах яких електронами заповнюється p-підрівень зовнішньогоенергетичного рівня, називаються p-Елементами. Це останні 6 елементів кожного періоду (за винятком Iі VII), що становлять головні підгрупи III- VIIIгруп.
Елементи, в яких заповнюється d-підрівень другогозовні рівня, називаються d-Елементами. Це елементи вставних декад IV, V, VIперіодів.
Елементи, в яких заповнюється f-підрівень третьогозовні рівня, називаються f-Елементами. До f-елементів відносяться лантаноїди та актиноїди.
Періодичний закон Д. І. Менделєєва
Властивості простих речовин, а також форми та властивості сполук елементів знаходяться в періодичній залежності від величини атомних ваг елементів.
Сучасне формулювання періодичного закону.
Властивості хімічних елементів та їх сполук знаходяться у періодичній залежності від величини заряду ядер їх атомів, що виражається у періодичній повторюваності структури зовнішньої валентної електронної оболонки.
Основні положення
1. У період зліва направо:
2) Заряд ядра – збільшується
3) Кількість енергорівнів – постійно
4) Кількість електронів на зовнішньому рівні – збільшується
5) Радіус атомів – зменшується
6) Електронегативність - збільшується
Отже, зовнішні електрони утримуються сильніше і металеві (відновлювальні) властивості слабшають, а неметалеві (окислювальні) посилюються.
2. У групі, в головній підгрупі зверху донизу:
1) Відносна атомна маса – збільшується
2) Число електронів на зовнішньому рівні - постійно
3) Заряд ядра – збільшується
4) Кількість енергорівнів – збільшується
5) Радіус атомів – збільшується
6) Електронегативність – зменшується.
Отже, зовнішні електрони утримуються слабше, і металеві (відновлювальні) властивості елементів посилюються, неметалеві (окисні) – слабшають.
3. Зміна властивостей летких водневих сполук:
1)в групах головних підгрупах зі зростанням заряду ядра міцність летких водневих сполук зменшується, а кислотні властивості їх водних розчинів посилюються (основні властивості зменшуються);
2) у періодах зліва направо кислотні властивості летких водневих сполук у водних розчинах посилюються (основні зменшуються), а міцність зменшується;
3) у групах із зростанням заряду ядра в головних підгрупах валентність елемента в летких водневих сполуках не змінюється, у періодах зліва направо зменшується від IV до I.
4. Зміна властивостей вищих оксидів та відповідних їм гідроксидів (кисневмісні кислоти неметалів та основи металів):
1) у періодах зліва направо властивості вищих оксидів та відповідних їм гідроксидів змінюються від основних через амфотерні до кислотних;
2) кислотні властивості вищих оксидів та відповідних їм гідроксидів зі зростанням заряду ядра в періоді посилюються, основні зменшуються, міцність зменшується;
3) у групах головних підгрупах у вищих оксидів та відповідних їм гідроксидів зі зростанням заряду ядра міцність зростає, кислотні властивості зменшуються, основні посилюються;
4) у групах із зростанням заряду ядра в головних підгрупах валентність елемента у вищих оксидах не змінюється, у періодах зліва направо збільшується від I до VIII.
5. Завершеність зовнішнього рівня – якщо на зовнішньому рівні атома 8 електронів (для водню та гелію 2 електрона)
6. Металеві властивості - Здатність атома віддавати електрони до завершення зовнішнього рівня.
7. Неметалічні властивості - Здатність атома приймати електрони до завершення зовнішнього рівня.
8. Електронегативність - Здатність атома в молекулі притягувати до себе електрони
9. Сімейства елементів:
Лужні метали (1 група «А») –Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Галогени (7 група «А») –F, Cl, Br, I
Інертні гази (8 група «А») –He, Ne, Ar, Xe, Rn
Халькогени (6 група "А") -O, S, Se, Te, Po
Лужноземельні метали (2 група «А») –Ca, Sr, Ba, Ra
10. Радіус атома - Відстань від ядра атома до зовнішнього рівня
Завдання для закріплення:
План.
1.Періодичний закон Д.І. Менделєєва та її загальнонаукове і філософське значення.
2.Періодична система та порядковий номер елемента як його найважливіша характеристика. Періоди та групи.
3.Зміна властивостей елементів у періодичній системі.
4.Розташування металів та неметалів у періодичній системі.
1. Періодичний закон (Д.І. Менделєєв, 1869)
Властивості елементів, а також форми та властивості їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини заряду ядер їх атомів
Чому властивості елементів періодично повторюються?
Зі збільшенням заряду ядра у елементів періодично повторюється кількість та розподіл валентних електронів,від яких великою мірою залежать властивості елементів
2. Періодична система елементів
Це графічне зображення періодичного закону. У періодичній системі виділяють горизонтальне (період) та вертикальне (група) напрями.
Період
Горизонтальний ряд елементів, які заповнюють електронами однакову кількість енергетичних рівнів. період: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar – у атомів даних елементів заповнюється 3 енергетичних рівня. У періодичній системі 7 періодів: 1,2,3 - малі (складаються з одного ряду); 4,5,6,7 - великі (мають по два ряди); 7-й період – незакінчений.
Група
Вертикальний ряд елементів, що мають однакову, рівну номеру групи, кількість валентних електронів, однакову максимальну валентність. У системі 8 груп. Залежно від цього, як розподіляються валентні електрони в елементів, група ділиться дві підгрупи: головну і побічну.
Підгрупа
Вертикальний ряд елементів, що мають однакове число і однаковий розподіл валентних електронів, а отже подібні характеристики.
Головна підгрупа – група «А»
p align="justify"> Вертикальний ряд елементів, у яких всі валентні електрони розташовані на останньому рівні. До складу головної підгрупи входять елементи великих та малих періодів.
Побічна підгрупа "В"
Вертикальний ряд елементів, у яких незалежно від номера групи, на останньому рівні знаходиться не більше 2-х електронів, інші валентні електрони розташовані на передостанньому рівні. До складу побічних підгруп входять елементи великих періодів.
Періодична система та будова атома
1. Порядковий номер елемента вказує на позитивний заряд ядра, кількість протонів у ядрі, кількість електронів в атомі.
2. Номер періоду вказує на кількість енергетичних рівнів атома.
3. Номери груп для всіх елементів, за деяким винятком, вказують на кількість валентних електронів, для елементів головних підгруп – кількість зовнішніх електронів.
3.
ЗМІНА ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ
Радіус атома, r
У період зліва направо радіус атома дещо зменшується, т.к. при однаковій кількості енергетичних рівнів внаслідок збільшення заряду ядра електрони притягуються сильніше. У головній підгрупі зверху донизу, зі збільшенням числа енергетичних рівнів радіус атома зростає. У побічну підгрупу він змінюється нелінійно.
Енергія іонізації, ЕІ
Це енергія, необхідна відриву електрона від атома. Виявляється у електрон-вольтах. У період із збільшенням заряду ядра, числа, зовнішніх електронів, зменшенням радіусу атома зліва направо вона зростає, в головній підгрупі зі збільшенням радіусу атома зверху вниз зменшується.
Енергія спорідненості до електрона, ЕС
Енергія, що виділяється при приєднанні до атома одного електрона. У періоді ліворуч праворуч вона зростає, в головній підгрупі зверху вниз зменшується. Виявляється у електрон-вольтах.
Електронегативність, ЕО
Це здатність атома в молекулі притягувати електрони. У періоді зліва направо зростає, у головній підгрупі – зверху донизу зменшується. Найбільше значення електронегативності має фтор.
Число електронів на зовнішньому рівні
У періоді зліва направо збільшується від I до 8 (виняток становить 1-й період, від I до 2). У елементів основних підгруп дорівнює номеру групи (виключення Н, Не), в елементів побічних підгруп на зовнішньому рівні трохи більше 2-х електронів. При утворенні хімічних сполук атоми прагнуть стійкого стану - 8 електронів на зовнішньому рівні (для перших елементів – 2е). Досягається це шляхом віддачі чи приєднання електронів, залежно від цього, що атому зробити легше.
4.
МЕТАЛИ ТА НЕМЕТАЛИ
У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ
Метали
Елементи, атоми яких на зовнішньому енергетичному рівні містять невелику кількість електронів: 1, 2, 3. При утворенні сполук метали завжди віддають і мають тільки позитивний заряд.
Неметали
Елементи, атоми яких зовнішньому енергетичному рівні містять 4-8 електронів. При утворенні сполук неметали можуть приймати електрони (виникає заряд негативний), і віддавати електрони (виникає заряд позитивний).
Якщо періодичній системі провести діагональ від бору (Z = 5) до астата (Z = 85), то вниз від діагоналі всі елементи-метали, а вгору - неметали, крім елементів побічних підгруп. У елементів побічних підгруп на зовнішньому рівні не більше 2-х, вони всі відносяться до металів.
Чіткої межі між металами і неметалами немає, правильніше говорити про металічність і неметалевість елемента.
Металевість
Здатність атома давати електрони. У періоді ліворуч праворуч зі збільшенням числа ? і зовнішньому рівні металевість слабшає. У основних підгрупах зверху донизу металевість збільшується, т.к. збільшується радіус атома, міцність зв'язку зовнішніх з ядром зменшується, здатність віддавати збільшується.
Неметалічність
Здатність атома приєднувати електрони.
У періоді зліва направо зі збільшенням числа е зовнішньому рівні зростає; в головній підгрупі зверху вниз зі збільшенням радіусу атома слабшає.
Таким чином, кожен період за винятком першого починається активним металом (лужним), закінчується активним неметаллом (галогеном) і інертним газом. Найактивніший метал – францій, найактивніший неметал – фтор.
