Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

Элемент	ЭО	Элемент	ЭО	Элемент	ЭО
Н	2,10	V	1,45	Tc	1,36
Li	0,97	Cr	1,56	Ru	1,42
Be	1,47	Mn	1,60	Rh	1,45
B	2,01	Fe	1,64	Pd	1,35
C	2,50	Co	1,70	Ag	1,42
N	3,07	Ni	1,75	Cd	1,46
O	3,50	Cu	1,75	In	1,49
F	4,00	Zn	1,66	Sn	1,72
Na	1,01	Ga	1,82	Sb	1,82
Mg	1,23	Ge	2,02	Te	2,01
Al	1,47	As	2,20	I	2,21
Si	1,74	Se	2,48	Cs	0,86
P	2,10	Br	2,74	Ba	0,97
S	2,60	Rb	0,89	Hf	1,33
Cl	2,83	Sr	0,99	Ta	1,33
K	0,91	Y	1,11	W	1,40
Ca	1,04	Zr	1,23	Pb	1,55
Sc	1,20	Nb	1,23	Bi	1,67
Ti	1,32	Mo	1,30	Po	1,76

Закономерная периодическая повторяемость электронных структур валентных подуровней элементов и, как следствие, повторяемость их свойств отражаются в Периодическом законе, современная формулировка которого гласит: свойства химичес­ких элементов, а также формы и свойства образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов. Графическим отражением Периодического закона является ПС элементов Д.И. Менделеева, в которой элементы расположены в порядке возрастания Z их атомов и подразделяются на естественные совокупности – периоды и группы.

Период – это горизонтальный ряд элементов, в атомах которых происходит заполнение одинакового числа электронных слоев. Номер периода совпадает со значением n внешнего энергетического уровня и показывает число электронных слоев атома. Зависимость свойств химических элементов и их соединений в периоде с увеличением Z атомов приведена в табл. 3.

Первые три периода содержат только s- и p-элементы и называются малыми. Четвертый и последующие периоды кроме s- и p-элементов содержат также d- и f-элементы и называются большими. У атомов s- и p-элементов свойства соседних атомов изменяются отчетливо, а для d- и в особенности для f-элементов одного и того же периода различия в свойствах проявляются менее четко, так как у них происходит заполнение электронами внутренних энергетических уровней, тогда как конфигурация внешнего слоя практически не изменятся.

Элементы ПС подразделяют на восемь групп. Положение элемента в группе определяется общим числом его валентных электронов. Каждая группа состоит из главной (А) и побочной (В) подгрупп. В главных подгруппах находятся только s- и p-элементы, побочные подгруппы содержат d-элементы, а все f-элементы формально отнесены к III (В) подгруппе. В коротком (восьмиклеточном) варианте ПС 4 f-элементы 6-го периода и 5f-элементы 7-го периода вынесены за рамки таблицы как семейства лантаноидов и актиноидов соответственно.

Элементы-аналоги, то есть элементы, расположенные в одной подгруппе, имеют одинаковое строение валентных подуровней при разных значениях числа n и поэтому проявляют сходные химические свойства.

Примеры решения задач

Пример 1. По символу изотопа элемента  укажите название элемента, число протонов и нейтронов в его ядре, а также запишите его электронную формулу.

 

Р е ш е н и е

 

Заряд ядра атома элемента Z = 39, значит, его порядковый номер в ПС и количество электронов также равны 39. Следовательно, искомым элементом является иттрий . Число протонов Z = 39, массовое число А = 89, тогда число нейтронов определяем по формуле (14):

 

N = 89 – 39 = 50.

 

Электронная формула : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹ .

 

Ответ: Y; Z = 39; N = 50.

Пример 2. Квантовые числа валентных электронов иона Э^2- равны:

 

Номер электрона        n                  l                       m_l                 m_s

         1                     4                  0                      0             + 1/2

         2                     4                  0                      0              - 1/2

         3                     4                  1                     -1             + 1/2

         4                     4                  1                      0             + 1/2

 

Определите порядковый номер элемента и назовите его.

 

Р е ш е н и е

 

Валентная электронная формула иона Э^2–: …4s²4p². После удаления двух лишних электронов электронная конфигурация атома примет вид Э…4s². Добавим недостающие электроны

Э: 1s²2s²2p⁶3s²3р⁶4s². Общее количество электронов равно (2 + + 2 + 6 + 2 + 6 + 2) = 20, значит, это элемент № 20 – кальций (Сa).

 

Пример 3. Запишите полную электронную формулу элемента с порядковым номером 23. Отметьте его валентные электроны и укажите для них значения всех квантовых чисел. К какому электронному семейству относится данный атом? Составьте электронно-графическую схему его валентных подуровней. Сколько непарных и свободных АО будет иметь ион данного атома с зарядом +2? 

 

Р е ш е н и е

 

Элемент с № 23 – ванадий V. Составляем его электронную формулу

 

₂₃V: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d ³

 

Валентными электронами являются электроны 4s и 3d подуровней. Значения квантовых чисел для каждого из пяти валентных электронов равны:

 

Номер электрона                 n            l              m_l             m_s

                    1                               4            0             0        + 1/2

                    2                               4            0             0         - 1/2

                    3                               3            2            -2        + 1/2

                    4                               3            2            -1        + 1/2

                    5                               3            2             0        + 1/2

 

Поскольку заполняются d -АО, то ванадий следует отнести к семейству d-элементов.

Составим электронно-графическую схему валентных подуровней V:

 

                                4s          3d

 

При отрыве от атома ванадия двух электронов образуется ион V²⁺. Электроны покинут внешний 4s -подуровень, поэтому электронная формула V²⁺ примет вид:

 

 ₂₃V²⁺: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s⁰3d³

 

После удаления электронов с 4s -АО в ионе V²⁺ станут свободными 3 энергетические ячейки (АО) и три АО 3d-подуровня будут заняты непарными электронами.

Пример 4. Запишите электронные формулы атома кремния в нормальном и возбужденном состояниях и определите его валентные возможности.

 

Р е ш е н и е

 

Атом кремния имеет 14-й порядковый номер в ПС. Тогда его электронная формула в нормальном состоянии имеет вид

 

₁₄Si: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p².

 

Электронно-графическая схема валентного М-слоя:

 

3s      3p                  3d

В таком состоянии валентность Si равна В = 2, если считать, что данный атом будет образовывать ковалентные связи только по обменному механизму за счет двух непарных АО 3р-подуровня.

При возбуждении один из парных электронов 3s-орбитали переместится на подуровень 3p и электронная формула примет вид:

 

Si + E ® Si^*: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ 3p³.

 

Электронно-графическая схема возбужденного валентного М-слоя:

  3s      3p                       3d

 

В возбужденном состоянии валентность Si равна В = 4, поскольку атом имеет 4 непарных электрона. Дальнейшее возбуждение атома кремния невозможно, так как все валентные электроны атома являются непарными.

Пример 5. Укажите, как изменяются первая энергия ионизации, сродство к электрону и орбитальный радиус в ряду элементов K – Cu – Rb. Какой из перечисленных элементов является более сильным окислителем?

 

Р е ш е н и е

 

Калий и медь стоят в одном периоде, поэтому при переходе от K к Cu энергия ионизации и сродство к электрону возрастают, а орбитальный радиус уменьшается.

Калий и рубидий находятся в разных периодах, но в одной подгруппе, следовательно, при переходе от K к Rb энергия ионизации и сродство к электрону уменьшаются, а орбитальный радиус возрастает.

Наиболее сильным окислителем является тот элемент, у которого больше значение сродства к электрону. По возрастанию F элементы следует расположить в ряд: Rb ® K ® Cu. Таким образом, более сильным окислителем является медь.

 

Пример 6. Сравните энергии ионизации у следующих пар атомов: а) …2s² 2p³ и …2s² 2p⁴; б) …3s² и …2s² 2p². Ответ мотивируйте.

 

Р е ш е н и е

 

а) Элементы …2s² 2p³ и …2s² 2p⁴ располагаются в ПС в одном периоде, так как их валентные электроны имеют одинаковые значения главного квантового числа (n = 2). Кроме того, они стоят в периоде друг за другом (их электронные конфигурации отличаются на один электрон). В периоде с ростом порядкового номера энергия ионизации увеличивается. Однако I (2s² 2p³) > I (2s² 2p⁴), поскольку у электронной конфигурации …2s²2p³ имеется наполовину заполненный p-подуровень, то есть здесь наблюдается локальный максимум энергии ионизации.

б) Элементы …3s² и …2s²2p² расположены в разных периодах и группах, поэтому их нельзя сравнивать без привлечения вспомогательной конфигурации. Такой конфигурацией может служить …2s², так как с первым элементом она стоит в одной группе (число валентных электронов одинаково и равно 2), а со вторым – в одном периоде.

I(…2s²) > I(…3s²), потому что с увеличением порядкового номера в группе происходит уменьшение энергии ионизации, а I(…2s²2p²) > I(…2s²), поскольку в периоде энергия ионизации увеличивается. Таким образом, I(…2s²2p²) > I(…2s²) > I(…3s²) или иначе I(…2s²2p²) > I(…3s²).

 

Пример 7. Дайте общую характеристику элемента с порядковым номером 33. Какую высшую и низшую с.о. он проявляет в соединениях? Приведите примеры.

Р е ш е н и е

 

Это элемент As – мышьяк. Его полная электронная формула

 

₃₃As: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³

 

Он располагается в четвертом периоде (n = 4, застраивается N-слой), в V(А) группе (имеет 5 валентных электронов …4s²4p³, которые располагаются на внешнем слое). As относится к семейству p-элементов.

Высшая с.о. = +5, так как мышьяк имеет пять валентных электронов. Низшая с.о. = –3, так как до устойчивого электронного октета (4s²4p⁶) ему недостает трех электронов. Примеры: , .

Пример 8. Почему селен и хром, находясь в одном и том же периоде и в одной группе, обладают столь разными химическими свойствами?

 

 

Р е ш е н и е

 

Селен и хром – это элементы шестого периода VI группы. Селен относится к семейству p-элементов и находится в главной подгруппе, тогда как хром – d -элемент, стоящий в побочной подгруппе.

Атом селена имеет на внешнем слое шесть электронов (…4s²4p⁴), а атом хрома - только один электрон (….3d ⁵4s¹). Следовательно, у селена сильнее выражены неметаллические свойства, а у хрома – металлические.