Той има осем електрона на външното енергийно ниво. Външни енергийни нива: структурни характеристики и тяхната роля във взаимодействията между атомите
Атомът е електрически неутрална частица, състояща се от положително заредено ядро \u200b\u200bи отрицателно заредена електронна обвивка. Ядрото е разположено в центъра на атома и се състои от положително заредени протони и незаредени неутрони, задържани заедно от ядрените сили. Ядрената структура на атома е експериментално доказана през 1911 г. от английския физик Е. Ръдърфорд.
Броят на протоните определя положителния заряд на ядрото и е равен на поредния номер на елемента. Броят на неутроните се изчислява като разлика между атомната маса и поредния номер на елемента. Елементи, които имат еднакъв ядрен заряд (еднакъв брой протони), но различни атомни маси (различен брой неутрони), се наричат \u200b\u200bизотопи. Масата на атома е концентрирана главно в ядрото, тъй като незначителната маса на електроните може да бъде пренебрегната. Атомната маса е равна на сумата от масите на всички протони и всички неутрони в ядрото.
Химичният елемент е вид атоми със същия ядрен заряд. В момента са известни 118 различни химични елемента.
Всички електрони на атома образуват неговата електронна обвивка. Електронната обвивка има отрицателен зарядравен на общия брой електрони. Броят на електроните в обвивката на атома съвпада с броя на протоните в ядрото и е равен на поредния номер на елемента. Електроните в обвивката се разпределят по електронните слоеве според техните енергийни резерви (електрони с близки енергии образуват един електронен слой): електроните с по-ниска енергия са по-близо до ядрото, електроните с по-висока енергия са по-далеч от ядрото. Броят на електронните слоеве (енергийните нива) съвпада с броя на периода, в който се намира химичният елемент.
Разграничете завършените и непълните енергийни нива. Нивото се счита за завършено, ако съдържа максимално възможния брой електрони (първото ниво - 2 електрона, второто ниво - 8 електрона, третото ниво - 18 електрона, четвъртото ниво - 32 електрона и т.н.). Непълното ниво съдържа по-малко електрони.
Най-отдалеченото от ядрото на атома ниво се нарича външно. Електроните, които са на външно енергийно ниво, се наричат \u200b\u200bвъншни (валентни) електрони. Броят на електроните на външното енергийно ниво съвпада с броя на групата, в която се намира химическият елемент. Външното ниво се счита за завършено, ако съдържа 8 електрона. Атомите на елементи от група 8А (инертни газове хелий, неон, криптон, ксенон, радон) имат пълно външно енергийно ниво.
Областта на пространството около ядрото на атом, в която е най-вероятно да се намери електронът, се нарича електронна орбитала. Орбиталите се различават по енергийно ниво и форма. По отношение на формата те разграничават s-орбитали (сфера), p-орбитали (обем осем), d-орбитали и f-орбитали. Всяко енергийно ниво има свой набор от орбитали: на първото енергийно ниво - една s-орбитала, на второ енергийно ниво - една s- и три p-орбитали, на трето енергийно ниво - една s-, три p-, пет d-орбитали, на четвъртото енергийно ниво една s-, три p-, пет d-орбитали и седем f-орбитали. Всяка орбитала може да има максимум два електрона.
Орбиталното разпределение на електроните се отразява с помощта на електронни формули. Например за магнезиев атом разпределението на електроните по енергийни нива ще бъде както следва: 2е, 8е, 2е. Тази формула показва, че 12 електрона от магнезиевия атом са разпределени на три енергийни нива: първото ниво е пълно и съдържа 2 електрона, второто ниво е пълно и съдържа 8 електрона, третото ниво не е пълно, тъй като съдържа 2 електрона. За калциев атом разпределението на електроните по енергийните нива ще бъде както следва: 2е, 8е, 8е, 2е. Тази формула показва, че 20 електрона калций са разпределени на четири енергийни нива: първото ниво е пълно и съдържа 2 електрона, второто ниво е пълно и съдържа 8 електрона, третото ниво не е пълно, тъй като съдържа 8 електрона, четвъртото ниво не е завършено, тъй като съдържа 2 електрона.
На външното енергийно ниво на атомите на желязото, кобалта и никела има по 2 електрона. На d-поднивото на предпоследното енергийно ниво желязото, кобалтът и никелът имат съответно 6, 7 и 8 електрона. Характерните степени на окисление на металите от семейството на желязото са +2 и +3 (известни са съединения, при които те проявяват степени на окисление +1, +4 и +6, например калиев ферат K 2 FeO 4, но има малко такива съединения и те не са типични). За желязото съединенията със степен на окисление (+3) са по-стабилни, а за никел и кобалт - (+2). Следователно Fe 2+ е доста силен редуциращ агент, докато Ni 2+ и Co 2+ не притежават тези свойства в забележима степен; съединенията на кобалт и никел са доста стабилни на въздух. В +3 степен на окисление желязото, кобалтът, никелът проявяват окислителни свойства, окислителната способност се увеличава в серията Fe 3+ - Ni 3+ - Co 3+.
Желязото, кобалтът и никелът са много сходни по свойства помежду си (феромагнитна, каталитична активност, способност за образуване на оцветени йони, комплексиране). Между тях обаче има разлики: желязото по своите магнитни свойства се освобождава в триада, редуциращата активност на желязото е много по-висока от тази на кобалта и никела, които са по-близки до калая, отколкото до желязото по отношение на техните електродни потенциали.
При нагряване металите от семейството на желязото взаимодействат енергично с металоиди, например с хлор, бром, кислород, сяра и др. Химически чистото желязо, кобалт и никел не се променят при излагане на въздух и вода. Обикновеното желязо обаче съдържа различни примеси, така че корозира във влажен въздух. Полученият слой ръжда е крехък и порест, не пречи на металния контакт околната среда и не го предпазва от по-нататъшно окисляване. Кога висока температура желязото взаимодейства с водата, измествайки водорода от нея. Желязото се разтваря лесно в разредени киселини; кобалт, никел - много по-трудно.
При висока концентрация на киселини в студа желязото се пасивира, покривайки се с най-тънкия оксиден филм. Оксидите и на трите метала (FeO, CoO, NiO) са неразтворими във вода. Техните хидрати се получават чрез действието на алкали върху разтворими соли. Оксидните хидрати проявяват основни свойства. Fe (OH) 2 хидроксид, взаимодействайки с атмосферния кислород и вода, бързо се окислява:
4Fе (OH) 2 + O2 + 2H2O \u003d 4Fe (OH) 3.
Окисляването на йоните Co 2+ и особено Ni 2+ е малко по-трудно. От оксидите и хидроксидите на Fe, Co, Ni, само Fe 2 O 3 и Fe (OH) 3 са амфотерни с преобладаване на основните свойства. Кобалтовите и никеловите оксиди и хидроксиди са силни окислители; при взаимодействие с киселини те се редуцират до соли на двувалентни метали:
Co 2 O 3 + 6HC1 \u003d 2CoCl 2 + Cl 2 + 3H 2 O;
4Ni (OH) 3 + 4H2SO4 \u003d 4NiSO4 + О2 + 10H2O
Съединенията Fe 3+ са слаби окислители и под действието на редуциращи агенти се трансформират във производни на Fe 2+:
H2S + Fe2 (SO4) 3 \u003d S + 2FeSO4 + H2SO4
Оцветени са много прости и сложни йони на елементите желязо, кобалт и никел. И така, хидратираните йони Co 2+ са розови, Ni 2+ са зелени, Fe 3+ в воден разтвор поради хидролизата има кафяво-жълт цвят.
Какво се случва с атомите на елементите по време на химични реакции? От какво зависят свойствата на елементите? И на двата въпроса може да се даде един отговор: причината се крие в структурата на външното.В нашата статия ще разгледаме електрониката на метали и неметали и ще установим връзката между структурата на външното ниво и свойствата на елементи.
Специални свойства на електроните
При преминаване химическа реакция Между молекулите на два или повече реагенти настъпват промени в структурата на електронните обвивки на атомите, докато техните ядра остават непроменени. Първо, нека се запознаем с характеристиките на електроните, разположени на най-отдалечените нива на атома от ядрото. Отрицателно заредените частици са разположени на слоеве на определено разстояние от ядрото и една от друга. Пространството около ядрото, където е възможно най-много да се намерят електрони, се нарича електронна орбитала. Около 90% от отрицателно заредения електронен облак е кондензиран в него. Самият електрон в атома проявява свойството на двойственост; той може едновременно да се държи както като частица, така и като вълна.
Правила за запълване на електронната обвивка на атом
Броят на енергийните нива, на които се намират частиците, е равен на броя на периода, в който се намира елементът. Какво показва електронният състав? Оказа се, че на външното енергийно ниво за s- и p-елементите на основните подгрупи от малки и големи периоди съответства на броя на групите. Например литиевите атоми от първата група, които имат два слоя, имат един електрон върху външната обвивка. Сярните атоми съдържат шест електрона на последното енергийно ниво, тъй като елементът се намира в основната подгрупа на шестата група и т.н. Ако говорим за d-елементи, тогава за тях съществува следното правило: броят на външните отрицателни частици е 1 (за хром и мед) или 2. Това се обяснява с факта, че с увеличаване на заряда на атомното ядро \u200b\u200bпърво се запълва вътрешното d-подниво и външните енергийни нива остават непроменени.
Защо се променят свойствата на елементите от малки периоди?
Периоди 1, 2, 3 и 7 се считат за малки. Плавната промяна в свойствата на елементите с нарастващи ядрени заряди, вариращи от активни метали до инертни газове, се обяснява с постепенно увеличаване на броя на електроните на външно ниво. Първите елементи в такива периоди са тези, чиито атоми имат само един или два електрона, които лесно могат да бъдат отделени от ядрото. В този случай се образува положително зареден метален йон.
Амфотерните елементи, например алуминий или цинк, запълват външните си енергийни нива с малък брой електрони (1 за цинк, 3 за алуминий). В зависимост от условията на химичната реакция те могат да проявяват както свойствата на металите, така и на неметалите. Неметалните елементи от малки периоди съдържат от 4 до 7 отрицателни частици върху външните обвивки на своите атоми и го допълват до един октет, привличайки електроните на други атоми. Например, неметалът с най-висок индекс на електроотрицателност - флуор, има 7 електрона на последния слой и винаги отнема един електрон не само от метали, но и от активни неметални елементи: кислород, хлор, азот. Малките периоди, както и големите, завършват с инертни газове, чиито едноатомни молекули имат напълно завършени външни енергийни нива до 8 електрона.
Характеристики на структурата на атомите от дълги периоди
Четните редове от 4, 5 и 6 периоди се състоят от елементи, чиито външни обвивки съдържат само един или два електрона. Както казахме по-рано, те запълват d- или f-поднивата на предпоследния слой с електрони. Това обикновено са типични метали. Физически и химични свойства те се променят много бавно. Нечетните редове съдържат такива елементи, при които външните енергийни нива се запълват с електрони по следната схема: метали - амфотерен елемент - неметали - инертен газ. Вече наблюдавахме неговото проявление във всички малки периоди. Например, в нечетен ред от 4-ти период, медта е метал, цинкът е амфотерен, след това от галий до бром има увеличение на неметалните свойства. Периодът завършва с криптон, чиито атоми имат напълно завършена електронна обвивка.
Как да обясня разделението на елементите на групи?
Всяка група - и има осем от тях в кратката форма на таблицата, също е разделена на подгрупи, наречени главни и странични. Тази класификация отразява различното положение на електроните на външното енергийно ниво на атомите на елементите. Оказа се, че елементите на основните подгрупи, например литий, натрий, калий, рубидий и цезий, имат последния електрон, разположен на s-поднивото. Елементи от 7-ма група на основната подгрупа (халогени) запълват своето p-подниво с отрицателни частици.
За представители на странични подгрупи, като хром, пълненето с електрони на d-поднивото ще бъде типично. А елементите на семейството натрупват отрицателни заряди на f-поднивото на предпоследното енергийно ниво. Освен това номерът на групата по правило съвпада с броя на електроните, способни да образуват химически връзки.
В нашата статия разбрахме каква структура имат външните енергийни нива на атомите на химичните елементи и определихме тяхната роля в междуатомните взаимодействия.
Е. Н. ФРЕНКЕЛ
Урок по химия
Ръководство за тези, които не знаят, но искат да знаят и разбират химията
Част I. Елементи на общата химия
(първото ниво на трудност)
Продължение. За началото вижте No 13, 18, 23/2007
Глава 3. Елементарна информация за структурата на атома.
Периодичният закон на Д. И. Менделеев
Спомнете си какво представлява атомът, от какво е изграден атомът, дали атомът се променя в химичните реакции.
Атомът е електрически неутрална частица, състояща се от положително заредено ядро \u200b\u200bи отрицателно заредени електрони.
Броят на електроните в хода на химичните процеси може да се промени, но зарядът на ядрото винаги остава непроменен... Познавайки разпределението на електроните в атома (структурата на атома), е възможно да се предвидят много свойства на даден атом, както и свойствата на прости и сложни вещества, от които е включен.
Структурата на атома, т.е. съставът на ядрото и разпределението на електроните около ядрото могат лесно да бъдат определени от позицията на елемента в периодична система.
В периодичната система на Д. И. Менделеев химическите елементи са подредени в определена последователност. Тази последователност е тясно свързана със структурата на атомите на тези елементи. Зададен е всеки химичен елемент в системата сериен номер, освен това можете да посочите номера на периода, номера на групата, типа подгрупа за него.
Спонсор на публикацията на статии онлайн магазин "Megamekh". В магазина ще намерите кожени изделия за всеки вкус - якета, жилетки и кожуси от лисица, нутрия, заек, норка, сребърна лисица, бяла лисица. Компанията ви предлага също да закупите елитни кожени изделия и да използвате услугите по индивидуално шиене. Изделия от кожи на едро и дребно - от бюджетната категория до луксозния клас, отстъпки до 50%, 1 година гаранция, доставка в Украйна, Русия, ОНД и страните от ЕС, самобиране от шоурума в Кривой Рог, стоки от водещи производители на Украйна, Русия, Турция и Китай. Можете да разгледате каталога със стоки, цени, контакти и да получите съвет на уебсайта, който се намира на адрес: "megameh.com".
Познавайки точния „адрес“ на даден химичен елемент - група, подгрупа и номер на периода, човек може по уникален начин да определи структурата на неговия атом.
месечен цикъл Представлява хоризонтален ред от химични елементи. В съвременната периодична система има седем периода. Първите три периода - малъкот те съдържат 2 или 8 елемента:
1-ви период - H, Not - 2 елемента;
2-ри период - Li ... Ne - 8 елемента;
3-ти период - Na ... Ar - 8 елемента.
Други периоди - голям... Всеки от тях съдържа 2-3 реда елементи:
4-ти период (2 реда) - K ... Kr - 18 елемента;
6-ти период (3 реда) - Сs ... Rn - 32 елемента. Този период включва редица лантаниди.
Група - вертикален ред от химически елементи. Общо има осем групи. Всяка група се състои от две подгрупи: основна подгрупаи странична подгрупа... Например:
Основната подгрупа се формира от химични елементи от малки периоди (например N, P) и големи периоди (например As, Sb, Bi).
Страничната подгрупа се формира от химически елементи само за дълги периоди (например V, Nb,
Ta).
Визуално тези подгрупи са лесни за разграничаване. Основната подгрупа е "висока", започва от 1-ви или 2-ри период. Странична подгрупа - "ниска", започва от 4-ти период.
И така, всеки химичен елемент на периодичната система има свой собствен адрес: период, група, подгрупа, сериен номер.
Например, ванадий V е химичен елемент от 4-ти период, група V, странична подгрупа, сериен номер 23.
Задача 3.1. Посочете периода, групата и подгрупата за химични елементи със серийни номера 8, 26, 31, 35, 54.
Задача 3.2. Посочете серийния номер и името на химичния елемент, ако е известно, че той се намира:
а) през 4-ти период, група VI, странична подгрупа;
б) през 5-ти период, IV група, основна подгрупа.
Как можете да свържете информация за позицията на елемент в периодичната таблица със структурата на неговия атом?
Атомът се състои от ядро \u200b\u200b(има положителен заряд) и електрони (те имат отрицателен заряд). По принцип атомът е електрически неутрален.
Положителен ядрен заряд е равно на поредния номер на химичен елемент.
Ядрото на атома е сложна частица. Почти цялата маса на атома е концентрирана в ядрото. Тъй като химичният елемент е съвкупност от атоми със същия ядрен заряд, близо до символа на елемента са посочени следните координати:
От тези данни можете да определите състава на ядрото. Ядрото е съставено от протони и неутрони.
Протон стр има маса 1 (1.0073 amu) и заряд +1. Неутрон н няма заряд (неутрален) и масата му е приблизително равна на масата на протон (1.0087 amu).
Зарядът на ядрото се определя от протоните. освен това броят на протоните е(най-големият) ядрен заряд, т.е. пореден номер.
Брой неутрони н определя се от разликата между количествата: "маса на сърцевината" И и "сериен номер" Z.... И така, за алуминиев атом:
н = И – Z. = 27 –13 = 14н,
Задача 3.3. Определете състава на ядрата на атомите, ако химичен елемент е в:
а) 3-ти период, VII група, основна подгрупа;
б) 4-ти период, IV група, странична подгрупа;
в) 5-ти период, I група, основна подгрупа.
Внимание! При определяне на масовия брой на атомно ядро \u200b\u200bе необходимо да се закръгли атомната маса, посочена в периодичната система. Това се прави, защото масите на протона и неутрона са практически цели числа и масата на електроните може да бъде пренебрегната.
Нека определим кои от следните ядра принадлежат към един и същ химичен елемент:
A (20 r + 20н),
Б (19 r + 20н),
НА 20 r + 19н).
Ядрата A и B принадлежат към атомите на един и същ химичен елемент, тъй като те съдържат еднакъв брой протони, тоест зарядите на тези ядра са еднакви. Изследванията показват, че масата на атома не оказва значително влияние върху химичните му свойства.
Изотопите са атоми на един и същ химичен елемент (еднакъв брой протони), които се различават по маса (различен брой неутрони).
Изотопи и техните химични съединения се различават един от друг по физични свойства, но химичните свойства на изотопите на един химичен елемент са еднакви. По този начин изотопите на въглерод-14 (14 С) имат същите химични свойства като въглерод-12 (12 С), които са включени в тъканите на всеки жив организъм. Разликата се проявява само в радиоактивността (изотоп 14 С). Следователно изотопите се използват за диагностика и лечение на различни заболявания, за научни изследвания.
Да се \u200b\u200bвърнем към описанието на структурата на атома. Както знаете, ядрото на атома не се променя в химичните процеси. Какво се променя? Общият брой на електроните в атома и разпределението на електроните се оказват променливи. Общ брой електрони в неутрален атом Не е трудно да се определи - той е равен на поредния номер, т.е. ядрен заряд:
Електроните имат отрицателен заряд –1 и масата им е незначителна: 1/1840 от масата на протон.
Отрицателно заредените електрони се отблъскват и са включени различни разстояния от сърцевината. При това електроните, които имат приблизително еднакви енергийни резерви, са приблизително на еднакво разстояние от ядрото и образуват енергийно ниво.
Броят на енергийните нива в атома е равен на броя на периода, в който се намира химичният елемент. Енергийните нива обикновено се обозначават, както следва (например за Al):
Задача 3.4. Определете броя на енергийните нива в атомите на кислород, магнезий, калций, олово.
Всяко енергийно ниво може да съдържа ограничен брой електрони:
На първия - не повече от два електрона;
На втория, не повече от осем електрона;
На третия - не повече от осемнадесет електрона.
Тези числа показват, че например на второто енергийно ниво може да има 2, 5 или 7 електрона, но не може да има 9 или 12 електрона.
Важно е да знаете, че независимо от броя на енергийните нива външно ниво (последният) не може да има повече от осем електрона. Външното осемелектронно енергийно ниво е най-стабилното и се нарича пълно. Такива енергийни нива се намират в най-неактивните елементи - благородните газове.
Как да определим броя на електроните на външното ниво на останалите атоми? Има просто правило за това: брой външни електрони по равно:
За елементи от основни подгрупи - номер на група;
За елементи от вторични подгрупи не може да бъде повече от две.
Например (фиг. 5):
Задача 3.5. Посочете броя на външните електрони за химични елементи със серийни номера 15, 25, 30, 53.
Задача 3.6. Намерете химични елементи в периодичната таблица, чиито атоми имат пълно външно ниво.
Много е важно правилно да се определи броят на външните електрони, тъй като именно с тях са свързани най-важните свойства на атома. Така че при химичните реакции атомите са склонни да придобиват стабилно, пълно външно ниво (8 д). Следователно атомите, на външното ниво на които има малко електрони, предпочитат да ги отдават.
Наричат \u200b\u200bсе химични елементи, чиито атоми са способни само да отдават електрони метали... Очевидно трябва да има малко електрони на външното ниво на металния атом: 1, 2, 3.
Ако на външното енергийно ниво на атома има много електрони, тогава такива атоми са склонни да приемат електрони до завършване на външното енергийно ниво, т.е. до осем електрона. Такива елементи се наричат неметали.
Въпрос Химичните елементи на вторичните подгрупи принадлежат към метали или неметали? Защо?
Отговор: Метали и неметали от основните подгрупи в периодичната таблица са разделени с линия, която може да бъде изтеглена от бор до астат. Над тази линия (и на линията) има неметали, отдолу - метали. Всички елементи на страничните подгрупи са под тази линия.
Задача 3.7. Определете дали металите или неметалите включват: фосфор, ванадий, кобалт, селен, бисмут. Използвайте позицията на елемента в периодичната таблица на химичните елементи и броя на електроните на външното ниво.
За да се състави разпределението на електроните по останалите нива и поднива, трябва да се използва следният алгоритъм.
1. Определете общия брой електрони в атома (по пореден номер).
2. Определете броя на енергийните нива (по номер на периода).
3. Определете броя на външните електрони (по типа на подгрупата и номера на групата).
4. Посочете броя на електроните на всички нива с изключение на предпоследното.
Например, съгласно параграфи 1-4 за мангановия атом се определя:
Общо 25 д; разпределено (2 + 8 + 2) \u003d 12 д; което означава, че третото ниво е: 25 - 12 \u003d 13 д.
Получихме разпределението на електроните в мангановия атом:
Задача 3.8. Разработете алгоритъма, като съставите диаграми на структурата на атомите за елементи No 16, 26, 33, 37. Посочете дали това са метали или неметали. Обяснете отговора.
При съставянето на горните схеми на структурата на атома не взехме предвид, че електроните в атома заемат не само нива, но и определени поднива всяко ниво. Видовете поднива са обозначени с латински букви: с, стр, д.
Броят на възможните поднива е равен на броя на нивата.Първото ниво се състои от едно
с-подно ниво. Второто ниво се състои от две поднива - с и r... Третото ниво - от три поднива - с, стр и д.
Всяко подниво може да съдържа строго ограничен брой електрони:
при s-подниво - не повече от 2e;
на p-подниво - не повече от 6e;
на d-поднивото - не повече от 10e.
Поднивата от същото ниво се попълват в строго определен ред: сстрд.
По този начин, r-поднивото не може да започне да се пълни, ако не е попълнено с-подно ниво на дадено енергийно ниво и др. Въз основа на това правило не е трудно да се състави електронната конфигурация на мангановия атом:
В общи линии електронна конфигурация на атомманган се пише така:
25 Mn 1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3д 5 4с 2 .
Задача 3.9. Направете електронни конфигурации на атоми за химични елементи № 16, 26, 33, 37.
Защо е необходимо да се съставят електронните конфигурации на атомите? За да се определят свойствата на тези химични елементи. Трябва да се помни само това валентни електрони.
Валентните електрони са на външно енергийно ниво и са недовършени
d-подниво на пред-външното ниво.
Нека определим броя на валентните електрони за манган:
или съкратено: Мn ... 3 д 5 4с 2 .
Какво може да се определи по формулата за електронната конфигурация на атом?
1. Кой елемент е - метален или неметален?
Манганът е метал; външното (четвърто) ниво съдържа два електрона.
2. Какъв процес е типичен за метала?
Мангановите атоми в реакциите винаги отдават само електрони.
3. Какви електрони и колко ще даде мангановият атом?
В реакции мангановият атом се отказва от два външни електрона (те са най-отдалечени от ядрото и са по-малко привлечени от него), както и пет предварително външни електрона д-електрони. Общият брой на валентните електрони е седем (2 + 5). В този случай на третото ниво на атома ще останат осем електрона, т.е. се формира завършено външно ниво.
Всички тези съображения и заключения могат да бъдат отразени с помощта на диаграмата (фиг. 6):
Получените условни заряди на атома се наричат степени на окисление.
Разглеждайки структурата на атома, по подобен начин може да се покаже, че типичните степени на окисление за кислорода са –2, а за водорода +1.
Въпрос С кой от химичните елементи манганът може да образува съединения, предвид горните степени на окисление?
От друга страна, само с кислород, защото неговият атом има противоположното окислително ниво, за което е зареден. Формулите на съответните манганови оксиди (тук степента на окисление съответстват на валентностите на тези химични елементи):
Структурата на мангановия атом предполага, че манганът не може да има по-високо ниво на окисление, тъй като в този случай би трябвало да бъде засегнато стабилното, вече завършено пред-външно ниво. Следователно степента на окисление +7 е най-висока, а съответният оксид Mn 2 O 7 е най-високият манганов оксид.
За да консолидирате всички тези концепции, разгледайте структурата на телурния атом и някои от неговите свойства:
Като неметален атом Te може да приеме 2 електрона преди завършването на външното ниво и да се откаже от „допълнителните“ 6 електрона:
Задача 3.10. Начертайте електронните конфигурации на атоми Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Определете свойствата на тези химични елементи, формулите на най-простите им съединения (с кислород и водород).
Практически изводи
1. Само валентни електрони участват в химични реакции, които могат да бъдат локализирани само на последните две нива.
2. Металните атоми могат да отдават валентни електрони (всички или някои), като приемат положителни степени на окисление.
3. Атомите на неметалите могат да приемат електрони (липсващи - до осем), като същевременно придобиват отрицателни степени на окисление, и да даряват валентни електрони (всички или няколко), докато те придобиват положителни степени на окисление.
Нека сега сравним свойствата на химичните елементи на една подгрупа, например натрий и рубидий:
Na ... 3 с 1 и Rb ... 5 с 1 .
Какво е общото в структурата на атомите на тези елементи? На външното ниво на всеки атом един електрон е активни метали. Метална активност свързани със способността да даряват електрони: колкото по-лесно атомът подарява електрони, толкова по-изразени са неговите метални свойства.
Какво задържа електроните в атома? Привличането им до същината. Колкото по-близо са електроните до ядрото, толкова повече те са привлечени от ядрото на атома, толкова по-трудно е да ги „откъснат“.
Въз основа на това ще отговорим на въпроса: кой елемент - Na или Rb - се отказва по-лесно от външен електрон? Кой елемент е по-активният метал? Очевидно рубидий, защото неговите валентни електрони са по-далеч от ядрото (и са по-слабо задържани от ядрото).
Изход. В основните подгрупи, отгоре надолу, металните свойства се подобряватот радиусът на атома се увеличава и валентните електрони са по-малко привлечени от ядрото.
Нека сравним свойствата на химичните елементи от група VIIa: Cl ... 3 с 2 3стр 5 и аз ... 5 с 2 5стр 5 .
И двата химични елемента са неметали, тъй като до завършване на външното ниво липсва един електрон. Тези атоми ще привличат активно липсващия електрон. В този случай, колкото повече липсващият електрон привлича неметален атом, толкова по-изразени са неговите неметални свойства (способността да приема електрони).
Поради какво е привличането на електрона? За сметка на положителен заряд ядрото на атома. Освен това, колкото по-близо е електронът до ядрото, толкова по-силно е взаимното им привличане, толкова по-активен е неметалът.
Въпрос Кой елемент има по-изразени неметални свойства: хлор или йод?
Отговор.Очевидно хлор, защото неговите валентни електрони са разположени по-близо до ядрото.
Изход. Активността на неметалите в подгрупи отгоре надолу намаляваот радиусът на атома се увеличава и за ядрото е все по-трудно да привлече липсващите електрони.
Нека сравним свойствата на силиций и калай: Si ... 3 с 2 3стр 2 и Sn ... 5 с 2 5стр 2 .
На външното ниво на двата атома има четири електрона. Независимо от това, тези елементи в периодичната таблица са на противоположните страни на линията, свързваща бор и астат. Следователно силиций, чийто символ се намира над линията B - At, проявява по-силни неметални свойства. От друга страна, калайът, чийто символ е под линията B - At, проявява по-силни метални свойства. Това се дължи на факта, че в атома на калая четири валентни електрона са отдалечени от ядрото. Следователно, прикрепването на липсващите четири електрона е трудно. В същото време освобождаването на електрони от петото енергийно ниво се случва доста лесно. За силиция са възможни и двата процеса, като първият (приемането на електроните) преобладава.
Заключения за глава 3. Колкото по-малко са външните електрони в атома и колкото са по-далеч от ядрото, толкова по-изразени са металните свойства.
Колкото повече външни електрони има в атома и колкото по-близо са до ядрото, толкова по-изразени са неметалните свойства.
Въз основа на заключенията, формулирани в тази глава, за всеки химичен елемент от периодичната система може да се изготви „характеристика“.
Алгоритъм за описание на свойствата
химичен елемент по неговото положение
в периодичната система
1. Начертайте диаграма на структурата на атома, т.е. определят състава на ядрото и разпределението на електроните по енергийни нива и поднива:
Определете общия брой протони, електрони и неутрони в атома (по реда и относителната атомна маса);
Определете броя на енергийните нива (по номер на периода);
Определете броя на външните електрони (по типа на подгрупата и номера на групата);
Посочете броя на електроните на всички енергийни нива, с изключение на предпоследното;
2. Определете броя на валентните електрони.
3. Определете кои свойства - метални или неметални - са по-изразени в даден химичен елемент.
4. Определете броя дарени (получени) електрони.
5. Определете най-високото и най-ниското ниво на окисление на даден химичен елемент.
6. Съставянето за тези окисления посочва химичните формули на най-простите съединения с кислород и водород.
7. Определете естеството на оксида и съставете уравнение за реакцията му с вода.
8. За веществата, посочени в параграф 6, съставете уравненията на типичните реакции (вж. Глава 2).
Задача 3.11. Съгласно горната схема, съставете описания на атомите на сяра, селен, калций и стронций и свойствата на тези химични елементи. Какви са общите свойства на техните оксиди и хидроксиди?
Ако сте изпълнили упражнения 3.10 и 3.11, тогава е лесно да забележите, че не само атомите на елементите от една подгрупа, но и техните съединения имат общи свойства и подобен състав.
Периодичният закон на Д. И. Менделеев: свойствата на химичните елементи, както и свойствата на прости и сложни вещества, образувани от тях, периодично зависят от заряда на ядрата на техните атоми.
Физическият смисъл на периодичния закон: свойствата на химичните елементи се повтарят периодично, тъй като конфигурациите на валентните електрони (разпределение на електроните на външното и предпоследното ниво) се повтарят периодично.
И така, химичните елементи от една и съща подгрупа имат еднакво разпределение на валентните електрони и следователно сходни свойства.
Например, химическите елементи от петата група имат пет валентни електрона. Освен това, в атомите на химичните елементи на основните подгрупи - всички валентни електрони са на външно ниво: ... ns 2 np 3, където н - номер на периода.
Атоми елементи на вторични подгрупи на външното ниво има само 1 или 2 електрона, останалите са включени д-подно ниво на пред-външното ниво: ... ( н – 1)д 3 ns 2, където н - номер на периода.
Задача 3.12. Направете кратки електронни формули за атоми на химични елементи № 35 и 42 и след това съставете разпределението на електроните в тези атоми според алгоритъма. Уверете се, че вашата прогноза се сбъдва.
Упражнения за глава 3
1. Формулирайте дефинициите на понятията "период", "група", "подгрупа". Какво е общото между химичните елементи: а) период; б) група; в) подгрупа?
2. Какво представляват изотопите? Какви свойства - физични или химични - са еднакви за изотопите? Защо?
3. Формулирайте периодичния закон на Д. И. Менделеев. Обяснете физическото му значение и илюстрирайте с примери.
4. Какви са металните свойства на химичните елементи? Как се променят в групата и в периода? Защо?
5. Какви са проявите на неметалните свойства на химичните елементи? Как се променят в групата и в периода? Защо?
6. Направете кратки електронни формули на химични елементи 43, 51, 38. Потвърдете вашите предположения, като опишете структурата на атомите на тези елементи съгласно горния алгоритъм. Посочете свойствата на тези елементи.
7. На кратко електронни формули
а) ... 4 с 2 4p 1;
б) ... 4 д 1 5с 2 ;
в 3 д 5 4s 1
определят позицията на съответните химични елементи в периодичната система на Д. И. Менделеев. Назовете тези химични елементи. Потвърдете вашите предположения, като опишете структурата на атомите на тези химични елементи според алгоритъма. Посочете свойствата на тези химични елементи.
Следва продължение
Установете съответствие между символа на химичен елемент (в даден ред) и броя на електроните на външното енергийно ниво на неговия атом.Съответно на верните отговори, вие ще съставите името на инсталацията, което ще позволи на човечеството да разбере структурата на атома още по-дълбоко (9 букви).
Число e на символ на елемент
Енергия
ниво Mg Si I F C Ba Sn Ca Br
2 k a p o l y se m
4 a o v k a t d h z
7 w y l l n g o l r
1 Периодичното повторение на броя на електроните на външното ниво на атома обяснява _______________ 2. Броят на енергийните нива на атома може да бъдеопределете чрез:
А. номер на групата;
Б. номер на периода;
Б. сериен номер.
4. Коя от характеристиките на химичните елементи не се променя в основните подгрупи:
И радиусът на атома;
B е броят на електроните на външното ниво;
Б. броя на енергийните нива.
5. Общи положения в структурата на атомите на елементи със серийни номера 7 и 15:
А. броя на електроните на външното ниво, Б. заряда на ядрото;
Б. брой енергийни нива.
1 (2 точки). Разпределение на електроните по енергийни нива в калиев атом:A. 2e, 8e, 8e, 1e C. 2е, 8е,
18е, 8е, 1е
Б. 2-ри, 1-ви Г. 2-ри, 8-ми, 1-ви
2 (2 точки). Броят на електроните във външния електронен слой на алуминиев атом:
А. 1 Б. 2 В. 3 Г.4
3 (2 точки). Просто вещество с най-изразени метални свойства:
A. Калций B. Барий C. Стронций G. Радий
4 (2 точки). Изглед химическа връзка в просто вещество - алуминий:
А. Йонна Б. Ковалентна полярна
B. Метален D. Ковалентен неполярен
5 (2 точки). Броят на енергийните нива за елементи от една подгрупа отгоре надолу:
А. Променя се периодично. Б. Не се променя.
Б. Увеличава се. Ж. Намалява.
6 (2 точки). Литиевият атом се различава от литиевия йон:
А. Ядрен заряд. Б. Броят на електроните на външното енергийно ниво.
Б. Броят на протоните. Г. Броят на неутроните.
7 (2 точки.). Реагира най-малко енергично с вода:
А. Барий. Б. Магнезий.
Б. Калций. Г. Стронций
8 (2 точки). Не взаимодейства с разтвор на сярна киселина:
А. Алуминий. Б. Натрий
Б. Магнезий. Г. Мед
9 (2 точки). Калиевият хидроксид не взаимодейства с веществото, чиято формула е:
A. Na2O B. AlCl3
Б. P2O5 G. Zn (NO3) 2
10 (2 точки). Редът, в който всички вещества реагират с желязо:
А. HCl, CO2, CO
B. CO2, HCl, S
Б. Н2, О2, СаО
G. O2, CuSO4, H2SO4
11 (9 точки). Предложете три начина за получаване на натриев хидроксид. Потвърдете отговора с реакционните уравнения.
12 (6 точки). Извършете верига от химични трансформации, като съставите реакционните уравнения в молекулни и йонни форми, назовете реакционните продукти:
FeCl2 → Fe (OH) 2 → FeSO4 → Fe (OH) 2
13 (6 точки). Как, използвайки каквито и да е реактиви (вещества) и цинк, да получим неговия оксид, основа, сол? Напишете уравненията на реакциите в молекулярна форма.
14 (4 точки). Напишете уравнението за химичната реакция на взаимодействието на лития с азота. Определете редуциращия агент и окислителя в тази реакция