Периодическая система

 

Учение о строении атома позволило понять и объяснить периодический закон и периодическую систему элементов.

Периодичность в изменении свойств химических эле­ментов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра их атомов, является результатом периодического повторе­ния структуры внешнего электронного слоя, что связано с последовательным заполнением атомных орбиталей в соот­ветствии с принципом наименьшей энергии.

Период в системе элементов - категория энергетическая. Номер периода и номер энергетического уровня в электронной оболочке атома (главное квантовое число п) — вели­чины взаимосвязанные, но не тождественные.

Число застраиваемых (полностью или частично) энергетических уровней (т. с. число электронных слоев в оболочке атома) соответ­ствует номеру периода, в котором находится данный элемент.

Число валентных электронов в атоме, как правило, соответствует номеру группы в таблице элементов.

Если все валентные электроны расположены на одном (внешнем) уровне — это элемент главной подгруппы (подгруппы А), к ним относятся s - и р -элементы. Если все валентные электроны рас­положены на двух уровнях (внешнем и предвнешнем) — это эле­мент побочной подгруппы (подгруппы В). К ним относятся d -эле­менты. Элементы семейств лантана и актиния рассматриваются как внегрупповые. Это f - элементы.

Число главных подгрупп определяется максимальным числом элементов на энергетическом уровне и равно 8. Число переходных элементов (элементов побочных подгрупп) определяется максимальным числом электронов на d-подуровне и равно 10 в каждом из больших периодов.

 

Задачи:

1. Электронные формулы некоторых элементов:

а) 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ¹

б) 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ³

в) 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶4 s ²

г) 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶4 s ²3 d ¹⁰4 p ⁶5 s ²4 d ¹⁰5 p ⁶6 s ²4 f ¹⁴5 d ¹⁰6 p ⁶7 s ²5 f ¹³

Для каждого элемента:

а) подсчитайте общее число электронов в атоме, укажите поряд­ковый номер элемента и назовите его;

б) выявите достраиваемый энергетический подуровень и укажите электронное семейство, к которому относится элемент;

в) укажите общее число валентных электронов и обратите вни­мание на характер расположения их на энергетических уровнях (на одном или на двух внешних уровнях); отметьте, к какой группе и подгруппе периодической таблицы относится каждый эле­мент;

г) ориентируясь на число электронов во внешнем слое, укажите, каким характером (металлическим или неметаллическим) обладают элементы;

д) по числу застраиваемых энергетических уровней определите, к какому периоду относится элемент.

2. Структура внешних электронных слоев атома: а) 4 s ²4 р ³; б) 5 d ⁵6 s ²; в) 3 d ³4 s ². К каким периодам и группам относятся элемен­ты, атомы которых содержат указанные группировки?

3. Не пользуясь периодической таблицей элементов, определите порядковый номер элемента, электронную конфигурацию его атома, возможные степени окисления, если он находится:

а) в 5-ом периоде, IIIА группе;

б) в 5-ом периоде, VIIIБ группе.

4. Представьте характерные электронные конфигурации для элементов:

а) шестого периода, VВ-подгруппы;

б) четвертого периода, IVА-подгруппы;

в) восьмого периода, IIIА-подгруппы.

5. Представьте электронную конфигурацию всего энергети­ческого уровня, содержащего такие группировки: а) 5 f ⁹; б) 4 р ³; в) 4 f ³; г) 6 d ². Подсчитайте общее число электронов на уровне.

6. Какую информацию о месте элемента в периодиче­ской системе и его свойствах можно получить, зная поряд­ковый номер элемента? Покажите это на примере элемен­тов с порядковыми номерами 20, 24 и 25.

7. Для элемента седьмого периода характерна конфигурация f ³ d ¹. Какой это элемент?

8. Укажите группы и подгруппы, для которых характерны конфигурации: а) s ² р ⁴; б) d ³ s ²; в) s ¹. Какие группировки отно­сятся к металлам, какие — к неметаллам?

9. Атом элемента имеет электронную формулу 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁵. Определите место элемента в периодической системе и напишите для него электронные формулы иона Э^- и условного иона Э⁷⁺.

10. Объясните с помощью схемы электронной структуры спо­собность серы проявлять валентные состояния 2, 4 и 6.

11. Чем объясняется способность марганца проявлять степень окисления, равную семи? Приведите схему электронной структуры атома Мn в нормальном и возбужденном состояниях.

12. Объясните с помощью схем электронной структуры, по­чему хлор может проявлять различные степени окисления, а фтор не может.

13. Атом элемента содержит 5 валентных электронов, которые все расположены на внешнем электронном слое. Напишите формулу высшего солеобразующего оксида этого элемента (обозначив его через Э). Способен ли рассматриваемый элемент образовывать газо­образное соединение с водородом?

14. Атом элемента на втором, считая снаружи, электронном слое содержит 13 электронов, а на внешнем — один. К какой груп­пе и подгруппе относится элемент? Чему равна его высшая поло­жительная валентность? Что это — металл или неметалл? Способен ли рассматриваемый элемент образовывать отрицательно заряжен­ные ионы?

15. Элемент образует гидрид состава ЭН₂. Чему равна валент­ность элемента? К какой группе он принадлежит? Напишите фор­мулу высшего окисла этого элемента.

 

Задачи для самостоятельного решения:

1. К каким периодам и группам относятся элементы, в оболочке атомов которых имеются электронные конфигурации: 6 р ³; 4 f ⁹; 7 d ⁴; 6 f ⁵; 5 g ¹⁰?

2. Высший солеобразующий окисел некоторого элемента имеет молекулярный вес 108 и содержит 74, 08% кислорода. Элемент об­разует газообразное соединение с водородом. К какой группе и подгруппе принадлежит элемент?

3. Не пользуясь периодической таблицей элементов, определите порядковый номер элемента, электронную конфигурацию его атома, возможные степени окисления, если он находится:

а) в 4-ом периоде, VА группе;

б) в 4-ом периоде, VБ группе.

4. Не пользуясь периодической таблицей элементов, определите период и номер группы в которой он находится, электронную конфигурацию его атома, возможные степени окисления, если порядковый номер элемента:

а) 30; б) 50; в) 55.

5. По следующим данным установите порядковый номер эле­мента и назовите его:

Номер периода
Характерная электронная конфигурация	d 5	f 5	р 1	р 3

6. Дайте схему электронной конфигурации, характерной для элементов подгрупп: а) 1А; б) IIIВ; в) IVА; г) VВ; д) VIIА; д) VIIВ. Чем обусловливается значительное сходство d -элементов, образующих побочные подгруппы в периодической таблице элементов? С чем связано общее название их — «переходные металлы»?

7. Напишите электронные формулы ионов. О^2-, S^2-, Sс³⁺, Сr³⁺, Мn²⁺, Ag⁺, Rb⁺, Вr^-.

8. Какое из перечисленных газообразных водородных сое­динений наиболее прочно и какое наименее прочно: NН₃, РН₃, AsН₃, SbН₃, BiН₃?

Занятие №8.