Вісім електронів на зовнішньому енергетичному рівні має. Зовнішні енергетичні рівні: особливості будови і їх роль у взаємодіях між атомами
Атом - електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра і негативно зарядженої електронної оболонки. Ядро знаходиться в центрі атома і складається з позитивно заряджених протонів і незаряджених нейтронів, утримуваних ядерними силами. Ядерне будова атома експериментально довів в 1911 р англійський фізик Е. Резерфорд.
Число протонів визначає позитивний заряд ядра і дорівнює порядковому номеру елемента. Число нейтронів обчислюється як різниця атомної маси і порядкового номера елемента. Елементи, які мають однаковий заряд ядра (однакове число протонів), але різну атомну масу (різну кількість нейтронів) називаються ізотопами. Маса атома в основному зосереджена в ядрі, тому що мізерно малою масою електронів можна знехтувати. Атомна маса дорівнює сумі мас всіх протонів і всіх нейтронів ядра.
Хімічний елемент - це вид атомів з однаковим зарядом ядра. В даний час відомо 118 різних хімічних елементів.
Всі електрони атома утворюють його електронну оболонку. Електронна оболонка має негативний заряд, рівний загальній кількості електронів. Число електронів в оболонці атома збігається з числом протонів в ядрі і дорівнює порядковому номеру елемента. Електрони в оболонці розподілені по електронним верствам згідно запасам енергії (електрони з близькими значеннями енергій утворюють один електронний шар): електрони з меншою енергією знаходяться ближче до ядра, електрони з більшою енергією знаходяться далі від ядра. Число електронних шарів (енергетичних рівнів) збігається з номером періоду, в якому розташовується хімічний елемент.
Розрізняють завершені і незавершені енергетичні рівні. Рівень вважається завершеним, якщо містить максимально можливу кількість електронів (перший рівень - 2 електрони, другий рівень - 8 електронів, третій рівень - 18 електронів, четвертий рівень - 32 електрона і т.д.). Незавершений рівень містить меншу кількість електронів.
Рівень, максимально віддалений від ядра атома, називається зовнішнім. Електрони, що знаходяться на зовнішньому енергетичному рівні, називаються зовнішніми (валентними) електронами. Число електронів на зовнішньому енергетичному рівні збігається з номером групи, в якій знаходиться хімічний елемент. Зовнішній рівень вважається завершеним, якщо містить 8 електронів. Завершеним зовнішнім енергетичним рівнем володіють атоми елементів 8А групи (інертні гази гелій, неон, криптон, ксенон, радон).
Область простору навколо ядра атома, в якій найбільш ймовірно знаходження електрона, називають електронною орбиталью. Орбіталі відрізняються рівнем енергії і формою. За формою розрізняють s-орбіталі (сфера), p-орбіталі (об'ємна вісімка), d-орбіталі і f-орбіталі. На кожному енергетичному рівні є свій набір орбіталей: на першому енергетичному рівні - одна s-орбіталь, на другому енергетичному рівні - одна s- і три p-орбіталі, на третьому енергетичному рівні - одна s-, три p-, п'ять d-орбіталей , на четвертому енергетичному рівні одна s-, три p-, п'ять d-орбіталей і сім f-орбіталей. На кожній орбитале можуть розташовуватися максимально два електрони.
Розподіл електронів по орбіталях відбивається за допомогою електронних формул. Наприклад, для атома магнію розподіл електронів по енергетичним рівням буде наступним: 2е, 8е, 2е. Дана формула показує, що 12 електронів атома магнію розподілені по трьом енергетичним рівням: перший рівень завершений і містить 2 електрона, другий рівень завершений і містить 8 електронів, третій рівень не завершений, тому що містить 2 електрона. Для атома кальцію розподіл електронів по енергетичним рівням буде наступним: 2е, 8е, 8е, 2е. Дана формула показує, що 20 електронів кальцію розподілені по чотирьох енергетичним рівням: перший рівень завершений і містить 2 електрона, другий рівень завершений і містить 8 електронів, третій рівень не завершений, тому що містить 8 електронів, четвертий рівень не завершений, тому що містить 2 електрона.
На зовнішньому енергетичному рівні атомів заліза, кобальту та нікелю знаходиться по 2 електрони. На d-підрівні передостаннього енергетичного рівня у заліза, кобальту та нікелю знаходиться відповідно 6, 7 і 8 електронів. Характерні ступеня окислення металів сімейства заліза +2 і +3 (відомі сполуки, в яких вони проявляють ступінь окислення +1, +4 і +6, наприклад, феррат калію K 2 FeO 4, але подібних з'єднань мало і вони не типові). Для заліза більш стійкими є сполуки зі ступенем окислення (+3), а для нікелю і кобальту - (+2). Тому Fe 2+ є досить сильним відновником, тоді як Ni 2+ і Со 2 цими властивостями в помітному ступені не володіють, з'єднання кобальту і нікелю цілком стійкі на повітрі. В ступеня окислення +3 залізо, кобальт, нікель виявляють окисні властивості, окислювальна здатність збільшується в ряду Fe 3+ - Ni 3+ - Co 3+.
За властивостями залізо, кобальт і нікель дуже схожі один на одного (Ферромагнітність, каталітична активність, здатність до утворення забарвлених іонів, комплексообразованию). Однак між ними існують і відмінності: залізо по своїх магнітних властивостях виділяється в тріаді, відновна активність заліза значно більше, ніж кобальту і нікелю, які за значенням своїх електроднихпотенціалів знаходяться ближче до олова, ніж до заліза.
При нагріванні метали сімейства заліза енергійно взаємодіють з металоїдами, наприклад, з хлором, бромом, киснем, сіркою і т.д. Хімічно чисте залізо, кобальт і нікель не змінюються під дією повітря і води. Однак звичайне залізо містить різні домішки, тому у вологому повітрі піддається корозії. Утворений при цьому шар іржі є крихким і пористим, він не перешкоджає контакту металу з навколишнім середовищем і не охороняє його від подальшого окислення. при високій температурі залізо взаємодіє з водою, витісняючи з неї водень. Залізо легко розчиняється в розбавлених кислотах; кобальт, нікель - значно важче.
При високій концентрації кислот на холоді залізо пассивируется, припадаючи найтоншої плівкою оксидів. Оксиди всіх трьох металів (FeO, CoO, NiO) у воді не розчиняються. Їх гідрати виходять дією лугу на розчинні солі. Гідрати оксидів проявляють основні властивості. Гідроксид Fe (OH) 2, взаємодіючи з киснем повітря і водою, швидко окислюється:
4Fе (OH) 2 + О 2 + 2Н 2 О \u003d 4Fe (ОH) 3.
Окислення іонів Со 2 і особливо Ni 2+ відбувається трохи важче. З оксидів і гідроксидів Fe, Co, Ni тільки Fe 2 О 3 і Fe (OH) 3 амфотерни з переважанням основних властивостей. Оксиди і гідроксиди кобальту і нікелю є сильними окислювачами; при взаємодії з кислотами вони відновлюються в солі двовалентних металів:
З 2 О 3 + 6НС1 \u003d 2СоС1 2 + Сl 2 + 3Н 2 О;
4Ni (ОН) 3 + 4H 2 SO 4 \u003d 4NiSO 4 + О 2 + 10H 2 O
З'єднання Fe 3+ є слабкими окислювачами і при дії відновників переходять в похідні Fe 2+:
H 2 S + Fe 2 (SO 4) 3 \u003d S + 2FeSO 4 + H 2 SO 4
Багато прості і комплексні іони елементів заліза, кобальту та нікелю пофарбовані. Так, гідратованих іони Со 2 рожеві, Ni 2+ - зелені, Fe 3+ в водному розчині внаслідок гідролізу має коричнево-жовте забарвлення.
Що відбувається з атомами елементів під час хімічних реакцій? Від чого залежать властивості елементів? На обидва ці питання можна дати одну відповідь: причина лежить в будові зовнішнього У нашій статті ми розглянемо електронне металів і неметалів і з'ясуємо залежність між структурою зовнішнього рівня і властивостями елементів.
Особливі властивості електронів
при проходженні хімічної реакції між молекулами двох або більше реагентів відбуваються зміни в будові електронних оболонок атомів, тоді як їх ядра залишаються незмінними. Спочатку ознайомимося з характеристиками електронів, що знаходяться на найбільш віддалених від ядра рівнях атома. Негативно заряджені частинки розташовуються шарами на певній відстані від ядра і один від одного. Простір навколо ядра, де знаходження електронів найбільш можливо, називається електронною орбиталью. У ній сконденсовано близько 90% негативно зарядженого електронної хмари. Сам електрон в атомі проявляє властивість дуальності, він одночасно може вести себе і як частка, і як хвиля.
Правила заповнення електронної оболонки атома
Кількість енергетичних рівнів, на яких знаходяться частинки, дорівнює номеру періоду, де розташовується елемент. На що ж вказує електронний склад? Виявилося, що на зовнішньому енергетичному рівні для s- і p-елементів головних підгруп малих і великих періодів відповідає номеру групи. Наприклад, у атомів літію першої групи, що мають два шари, на зовнішній оболонці знаходиться один електрон. Атоми сірки містять на останньому енергетичному рівні шість електронів, так як елемент розташований в головній підгрупі шостої групи і т. д. Якщо ж мова йде про d-елементи, то для них існує наступне правило: кількість зовнішніх негативних частинок дорівнює 1 (у хрому і міді) або 2. Пояснюється це тим, що в міру збільшення заряду ядра атомів спочатку відбуваєтьсязаповнення внутрішнього d- підрівня і зовнішні енергетичні рівні залишаються без змін.
Чому змінюються властивості елементів малих періодів?
В малими вважаються 1, 2, 3 і 7 періоди. Плавна зміна властивостей елементів у міру зростання ядерних зарядів, починаючи від активних металів і закінчуючи інертними газами, пояснюється поступовим збільшенням кількості електронів на зовнішньому рівні. Першими елементами в таких періодах є ті, чиї атоми мають всього один або два електрони, здатні легко відриватися від ядра. В цьому випадку утворюється позитивно заряджений іон металу.
Амфотерні елементи, наприклад, алюміній або цинк, свої зовнішні енергетичні рівні заповнюють невеликою кількістю електронів (1 у цинку, 3 - у алюмінію). Залежно від умов протікання хімічної реакції вони можуть проявляти як властивості металів, так і неметалів. Неметалеві елементи малих періодів містять від 4 до 7 негативних частинок на зовнішніх оболонках своїх атомів і завершують її до октету, притягаючи електрони інших атомів. Наприклад, неметалл з найбільшим показником електронегативності - фтор, має на останньому шарі 7 електронів і завжди забирає один електрон не тільки у металів, а й у активних неметалічних елементів: кисню, хлору, азоту. Закінчуються малі періоди, як і великі, інертними газами, чиї одноатомні молекули мають повністю завершені до 8 електронів зовнішні енергетичні рівні.
Особливості будови атомів великих періодів
Парні ряди 4, 5, і 6 періодів складаються з елементів, зовнішні оболонки яких вміщають всього один або два електрони. Як ми говорили раніше, у них відбувається заповнення електронами d- або f- підрівнів передостаннього шару. Зазвичай це - типові метали. фізичні та хімічні властивості у них змінюються дуже повільно. Непарні ряди вміщають такі елементи, у яких заповнюються електронами зовнішні енергетичні рівні за наступною схемою: метали - амфотерний елемент - неметали - інертний газ. Ми вже спостерігали її прояв у всіх малих періодах. Наприклад, в непарному ряду 4 періоду мідь є металом, цинк - амфотерен, потім від галію і до брому відбувається посилення неметалічних властивостей. Закінчується період криптоном, атоми якого мають повністю завершену електронну оболонку.
Як пояснити розподіл елементів на групи?
Кожна група - а їх в короткій формі таблиці вісім, ділиться ще й на підгрупи, звані головними і побічними. Така класифікація відображає різне положення електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів елементів. Виявилося, що у елементів головних підгруп, наприклад, літію, натрію, калію, заліза і цезію останній електрон розташований на s-підрівні. Елементи 7 групи головної підгрупи (галогени) заповнюють негативними частками свій p-підрівень.
Для представників побічних підгруп, таких, як хром, типовим буде наповнення електронами d-підрівні. А у елементів, що входять в сімейства накопичення негативних зарядів відбувається на f-підрівні передостаннього енергетичного рівня. Більш того, номер групи, як правило, збігається з кількістю електронів, здатних до утворення хімічних зв'язків.
У нашій статті ми з'ясували, яке будова мають зовнішні енергетичні рівні атомів хімічних елементів, і визначили їх роль в міжатомних взаємодіях.
Е.Н.ФРЕНКЕЛЬ
Самовчитель по хімії
Посібник для тих, хто не знає, але хоче дізнатися і зрозуміти хімію
Частина I. Елементи загальної хімії
(Перший рівень складності)
Продовження. Початок див. У № 13, 18, 23/2007
Глава 3. Елементарні відомості про будову атома.
Періодичний закон Д. І. Менделєєва
В з п про м н і т е, що таке атом, з чого складається атом, чи змінюється атом в хімічних реакціях.
Атом - це електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів.
Число електронів в ході хімічних процесів може змінюватися, але заряд ядра завжди залишається незмінним. Знаючи розподіл електронів в атомі (будова атома), можна передбачити багато властивостей даного атома, а також властивості простих і складних речовин, До складу яких він входить.
Будова атома, тобто склад ядра і розподіл електронів навколо ядра, нескладно визначити по положенню елемента в періодичній системі.
У періодичної системі Д. І. Менделєєва хімічні елементи розташовуються в певній послідовності. Ця послідовність тісно пов'язана з будовою атомів цих елементів. Кожному хімічному елементу в системі присвоєно порядковий номер, Крім того, для нього можна вказати номер періоду, номер групи, вид підгрупи.
Спонсор публікації статті інтернет-магазин "Мегамех". У магазині Ви знайдете вироби з хутра на будь-який смак - куртки, жилетки і шуби з лисиці, нутрії, кролика, норки, чорнобурки, песця. Компанія також пропонує Вам придбати елітні хутряні вироби і скористатися послугами індивідуального пошиття. Хутряні вироби оптом і в роздріб - від бюджетної категорії до класу люкс, знижки до 50%, гарантія 1 рік, доставка по Україні, Росії, СНД і країнах Євросоюзу, самовивіз з шоу-руму в м.Кривий Ріг, товари від провідних виробників України , Росії, Туреччини та Китаю. Подивитися каталог товарів, ціни, контакти і отримати консультацію Ви зможете на сайті, який розташовується за адресою: "megameh.com".
Знаючи точний «адреса» хімічного елемента - групу, підгрупу і номер періоду, можна однозначно визначити будову його атома.
період - це горизонтальний ряд хімічних елементів. У сучасній періодичній системі сім періодів. Перші три періоди - малі, Тому що вони містять 2 або 8 елементів:
1-й період - Н, Ні - 2 елементи;
2-й період - Li ... Nе - 8 елементів;
3-й період - Na ... Аr - 8 елементів.
Решта періоди - великі. Кожен з них містить 2-3 ряди елементів:
4-й період (2 ряди) - K ... Kr - 18 елементів;
6-й період (3 ряди) - Сs ... Rn - 32 елемента. У цей період входить ряд лантаноїдів.
Група - вертикальний ряд хімічних елементів. Всього груп вісім. Кожна група складається з двох підгруп: головної підгрупиі побічної підгрупи. наприклад:
Головну підгрупу утворюють хімічні елементи малих періодів (наприклад, N, P) і великих періодів (наприклад, As, Sb, Bi).
Побічну підгрупу утворюють хімічні елементи тільки великих періодів (наприклад, V, Nb,
Ta).
Візуально ці підгрупи розрізнити легко. Головна підгрупа «висока», вона починається з 1-го або 2-го періоду. Побічна підгрупа - «низька», починається з 4-го періоду.
Отже, кожен хімічний елемент періодичної системи має свою адресу: період, групу, підгрупу, порядковий номер.
Наприклад, ванадій V - це хімічний елемент 4-го періоду, V групи, побічної підгрупи, порядковий номер 23.
Завдання 3.1. Вкажіть період, групу і підгрупу для хімічних елементів з порядковими номерами 8, 26, 31, 35, 54.
Завдання 3.2. Вкажіть порядковий номер і назва хімічного елемента, якщо відомо, що він знаходиться:
а) в 4-му періоді, VI групі, побічної підгрупи;
б) в 5-му періоді, IV групі, головній підгрупі.
Яким чином можна пов'язати відомості про становище елемента в періодичній системі з будовою його атома?
Атом складається з ядра (воно має позитивний заряд) і електронів (вони мають негативний заряд). В цілому атом електронейтрален.
позитивний заряд ядра атома дорівнює порядковому номеру хімічного елемента.
Ядро атома - складна частка. У ядрі зосереджена майже вся маса атома. Оскільки хімічний елемент - сукупність атомів з однаковим зарядом ядра, то близько символу елемента вказують наступні його координати:
За цими даними можна визначити склад ядра. Ядро складається з протонів і нейтронів.
Протон p має масу 1 (1,0073 а. е. м.) і заряд +1. нейтрон n заряду не має (нейтральний), а маса його приблизно дорівнює масі протона (1,0087 а. е. м.).
Заряд ядра визначають протони. причому число протонів дорівнює(за величиною) заряду ядра атома, Тобто порядковому номеру.
число нейтронів N визначають по різниці між величинами: «маса ядра» А і «порядковий номер» Z. Так, для атома алюмінію:
N = А – Z = 27 –13 = 14n,
Завдання 3.3. Визначте склад ядер атомів, якщо хімічний елемент знаходиться в:
а) 3-му періоді, VII групі, головній підгрупі;
б) 4-м періоді, IV групі, побічної підгрупи;
в) 5-м періоді, I групі, головній підгрупі.
Увага! При визначенні масового числа ядра атома доводиться округляти атомну масу, зазначену в періодичній системі. Так надходять тому, що маси протона і нейтрона практично цілочисельних, а масою електронів можна знехтувати.
Визначимо, які з наведених нижче ядер належать одному і тому ж хімічному елементу:
А (20 р + 20n),
Б (19 р + 20n),
В (20 р + 19n).
Атомам одного хімічного елемента належать ядра А і В, оскільки вони містять однакову кількість протонів, т. Е. Заряди цих ядер однакові. Дослідження показують, що маса атома не робить істотного впливу на його хімічні властивості.
Ізотопами називають атоми одного і того ж хімічного елемента (однакове число протонів), що розрізняються масою (різне число нейтронів).
Ізотопи і їх хімічні сполуки відрізняються один від одного по фізичними властивостями, Але хімічні властивості у ізотопів одного хімічного елемента однакові. Так, ізотопи вуглецю-14 (14С) мають такі ж хімічні властивості, як і вуглецю-12 (12 С), які входять в тканини будь-якого живого організму. Відмінність проявляється тільки в радіоактивності (ізотоп 14С). Тому ізотопи застосовують для діагностики і лікування різних захворювань, для наукових досліджень.
Повернемося до опису будови атома. Як відомо, ядро \u200b\u200bатома в хімічних процесах не змінюється. А що змінюється? Змінним виявляється загальне число електронів в атомі і розподіл електронів. Загальна число електронів в нейтральному атомі визначити нескладно - воно дорівнює порядковому номеру, тобто заряду ядра атома:
Електрони мають негативний заряд -1, а маса їх незначна: 1/1840 від маси протона.
Негативно заряджені електрони відштовхуються одна від одної і знаходяться на різних відстанях від ядра. При цьому електрони, що мають приблизно рівний запас енергії, перебувають на приблизно рівній відстані від ядра і утворюють енергетичний рівень.
Число енергетичних рівнів в атомі дорівнює номеру періоду, в якому знаходиться хімічний елемент. Енергетичні рівні умовно позначають так (наприклад, для Al):
Завдання 3.4. Визначте число енергетичних рівнів в атомах кисню, магнію, кальцію, свинцю.
На кожному енергетичному рівні може перебувати обмежене число електронів:
На першому - не більше двох електронів;
На другому - не більше восьми електронів;
На третьому - не більше вісімнадцяти електронів.
Ці цифри показують, що, наприклад, на другому енергетичному рівні може перебувати 2, 5 або 7 електронів, але не може бути 9 або 12 електронів.
Важливо знати, що незалежно від номера енергетичного рівня на зовнішньому рівні (Останньому) не може бути більше восьми електронів. Зовнішній восьміелектронний енергетичний рівень є найбільш стійким і називається завершеним. Такі енергетичні рівні є у самих неактивних елементів - благородних газів.
Як визначити число електронів на зовнішньому рівні інших атомів? Для цього існує просте правило: число зовнішніх електронів одно:
Для елементів головних підгруп - номеру групи;
Для елементів побічних підгруп воно не може бути більше двох.
Наприклад (рис. 5):
Завдання 3.5. Вкажіть число зовнішніх електронів для хімічних елементів з порядковими номерами 15, 25, 30, 53.
Завдання 3.6. Знайдіть в періодичній системі хімічні елементи, в атомах яких є завершений зовнішній рівень.
Дуже важливо правильно визначати число зовнішніх електронів, тому що саме з ними пов'язані найважливіші властивості атома. Так, в хімічних реакціях атоми прагнуть придбати стійкий, завершений зовнішній рівень (8 е). Тому атоми, на зовнішньому рівні яких мало електронів, вважають за краще їх віддати.
Хімічні елементи, атоми яких здатні тільки віддавати електрони, називають металами. Очевидно, що на зовнішньому рівні атома металу повинно бути мало електронів: 1, 2, 3.
Якщо на зовнішньому енергетичному рівні атома багато електронів, то такі атоми прагнуть прийняти електрони до завершення зовнішнього енергетичного рівня, т. Е. До восьми електронів. Такі елементи називають неметаллами.
В про п р про з. До металів або неметалів відносяться хімічні елементи побічних підгруп? Чому?
Про т в е т. Метали і неметали головних підгруп в таблиці Менделєєва відокремлює лінія, яку можна провести від бору до астату. Вище цієї лінії (і на лінії) розташовуються неметали, нижче - метали. Всі елементи побічних підгруп виявляються нижче цієї лінії.
Завдання 3.7. Визначте, до металів або неметалів відносяться: фосфор, ванадій, кобальт, селен, вісмут. Використовуйте положення елемента в періодичній системі хімічних елементів і число електронів на зовнішньому рівні.
Для того, щоб скласти розподіл електронів по іншим рівням і подуровням, слід скористатися таким а л о г о р і т м про м.
1. Визначити загальне число електронів в атомі (за порядковим номером).
2. Визначити число енергетичних рівнів (за номером періоду).
3. Визначити число зовнішніх електронів (по виду підгрупи і номером групи).
4. Вказати число електронів на всіх рівнях, крім передостаннього.
Наприклад, згідно з пунктами 1-4 для атома марганцю визначено:
всього 25 е; розподілили (2 + 8 + 2) \u003d 12 e; значить, на третьому рівні знаходиться: 25 - 12 \u003d 13 e.
Отримали розподіл електронів в атомі марганцю:
Завдання 3.8. Відпрацюйте алгоритм, склавши схеми будови атомів для елементів № 16, 26, 33, 37. Вкажіть, метали це або неметали. Відповідь поясніть.
Складаючи наведені вище схеми будови атома, ми не враховували, що електрони в атомі займають не тільки рівні, але і певні підрівні кожного рівня. Види підрівнів позначаються латинськими літерами: s, p, d.
Число можливих підрівнів дорівнює номеру рівня.Перший рівень складається з одного
s-подуровня. Другий рівень складається з двох підрівнів - s і р. Третій рівень - з трьох підрівнів - s, p і d.
На кожному підрівні може перебувати строго обмежена кількість електронів:
на s-підрівні - максимум 2е;
на р-підрівні - максимум 6е;
на d-підрівні - не більш 10е.
Підрівні одного рівня заповнюються в строго визначеному порядку: spd.
Таким чином, р-подуровнь не може почати заповнюватися, якщо не заповнений s-подуровень даного енергетичного рівня, і т.д. Виходячи з цього правила, нескладно скласти електронну конфігурацію атома марганцю:
В цілому електронна конфігурація атомамарганцю записується так:
25 Мn 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 .
Завдання 3.9. Складіть електронні конфігурації атомів для хімічних елементів № 16, 26, 33, 37.
Для чого необхідно складати електронні конфігурації атомів? Для того, щоб визначати властивості цих хімічних елементів. Слід пам'ятати, що в хімічних процесах беруть участь тільки валентні електрони.
Валентні електрони перебувають на зовнішньому енергетичному рівні і незавершеному
d-підрівні предвнешнего рівня.
Визначимо число валентних електронів для марганцю:
або скорочено: Мn ... 3 d 5 4s 2 .
Що можна визначити за формулою електронної конфігурації атома?
1. Який це елемент - метал або неметалл?
Марганець - метал, тому що на зовнішньому (четвертому) рівні знаходиться два електрона.
2. Який процес характерний для металу?
Атоми марганцю в реакціях завжди тільки віддають електрони.
3. Які електрони і скільки буде віддавати атом марганцю?
У реакціях атом марганцю віддає два зовнішніх електрона (вони найдалі від ядра і слабкіше притягуються їм), а також п'ять предвнешнего d-електронів. Загальна кількість валентних електронів - сім (2 + 5). У цьому випадку на третьому рівні атома залишиться вісім електронів, тобто утворюється завершений зовнішній рівень.
Всі ці міркування і висновки можна відобразити за допомогою схеми (рис. 6):
Отримані умовні заряди атома називають ступенями окислення.
Розглядаючи будову атома, аналогічним способом можна показати, що типовими ступенями окислення для кисню є -2, а для водню +1.
В про п р про з. З яким із хімічних елементів може утворювати сполуки марганець, якщо врахувати отримані вище ступеня його окислення?
Про т в е т. Тільки з киснем, тому що його атом має протилежну по заряду ступінь окислення. Формули відповідних оксидів марганцю (тут ступеня окислення відповідають валентності цих хімічних елементів):
Будова атома марганцю підказує, що більшою мірою окислення у марганцю бути не може, тому що в цьому випадку довелося б зачіпати стійкий, тепер уже завершений предвнешнего рівень. Тому ступінь окислення +7 є вищою, а відповідний оксид Мn 2 Про 7 - вищим оксидом марганцю.
Для закріплення всіх цих понять розглянемо будову атома телуру і деякі його властивості:
Як неметалл, атом Te може прийняти 2 електрони до завершення зовнішнього рівня і віддати «зайві» 6 електронів:
Завдання 3.10. Зобразіть електронні конфігурації атомів Nа, Rb, Cl, I, Si, Sn. Визначте властивості цих хімічних елементів, формули їх найпростіших сполук (з киснем і воднем).
практичні висновки
1. У хімічних реакціях беруть участь тільки валентні електрони, які можуть перебувати лише на двох останніх рівнях.
2. Атоми металів можуть тільки віддавати валентні електрони (все або кілька), приймаючи позитивні ступеня окислення.
3. Атоми неметалів можуть приймати електрони (відсутні - до восьми), набуваючи при цьому негативні ступеня окислення, і віддавати валентні електрони (все або кілька), при цьому вони набувають позитивні ступеня окислення.
Порівняємо тепер властивості хімічних елементів однієї підгрупи, наприклад натрію і рубідію:
Nа ... 3 s 1 і Rb ... 5 s 1 .
Що спільного в будові атомів цих елементів? На зовнішньому рівні кожного атома по одному електрону - це активні метали. металева активність пов'язана зі здатністю віддавати електрони: чим легше атом віддає електрони, тим сильніше виражені його металеві властивості.
Що утримує електрони в атомі? Тяжіння їх до ядра. Чим ближче електрони до ядра, тим сильніше вони притягуються ядром атома, тим важче їх «відірвати».
Виходячи з цього, відповімо на питання: який елемент - Na або Rb - легше віддає зовнішній електрон? Який з елементів є більш активним металом? Очевидно, рубідій, тому що його валентні електрони перебувають далі від ядра (і слабкіше утримуються ядром).
Висновок. У головних підгрупах зверху вниз металеві властивості посилюються, Тому що зростає радіус атома, і валентні електрони слабкіше притягуються до ядра.
Порівняємо властивості хімічних елементів VIIa групи: Cl ... 3 s 2 3p 5 і I ... 5 s 2 5p 5 .
Обидва хімічні елементи - неметали, тому що до завершення зовнішнього рівня не вистачає одного електрона. Ці атоми будуть активно притягувати електрон. При цьому чим сильніше притягує атом неметалла електрон, тим сильніше виявляються його неметалеві властивості (здатність приймати електрони).
За рахунок чого відбувається притягання електрона? За рахунок позитивного заряду ядра атома. Крім того, чим ближче електрон до ядра, тим сильніше їх взаємне тяжіння, тим активніше неметалл.
В про п р про з. У якого елемента сильніше виражені неметалічні властивості: у хлору або йоду?
Про т в е т. Очевидно, у хлору, тому що його валентні електрони розташовані ближче до ядра.
Висновок. Активність неметалів в підгрупах зверху вниз зменшується, Тому що зростає радіус атома і ядра все важче притягти відсутні електрони.
Порівняємо властивості кремнію і олова: Si ... 3 s 2 3p 2 і Sn ... 5 s 2 5p 2 .
На зовнішньому рівні обох атомів по чотири електрона. Проте ці елементи в періодичній системі знаходяться по різні боки від лінії, що з'єднує бор і астат. Тому у кремнію, символ якого знаходиться вище лінії В-At, сильніше виявляються неметалеві властивості. Навпаки, у олова, символ якого знаходиться нижче лінії В-At, сильніше виявляються металеві властивості. Це пояснюється тим, що в атомі олова чотири валентних електрони віддалені від ядра. Тому приєднання відсутніх чотирьох електронів утруднено. У той же час віддача електронів з п'ятого енергетичного рівня відбувається досить легко. Для кремнію можливі обидва процеси, причому перший (прийом електронів) переважає.
Висновки до розділу 3. Чим менше зовнішніх електронів в атомі і чим далі вони від ядра, тим сильніше виявляються металеві властивості.
Чим більше зовнішніх електронів в атомі і чим ближче вони до ядра, тим сильніше виявляються неметалеві властивості.
Грунтуючись на висновках, сформульованих в цьому розділі, для будь-якого хімічного елемента періодичної системи можна скласти «характеристику».
Алгоритм опису властивостей
хімічного елемента за його позицією
в періодичній системі
1. Скласти схему будови атома, тобто визначити склад ядра і розподіл електронів по енергетичним рівням і подуровням:
Визначити загальне число протонів, електронів і нейтронів в атомі (за порядковим номером і відносною атомною масою);
Визначити число енергетичних рівнів (за номером періоду);
Визначити число зовнішніх електронів (по виду підгрупи і номером групи);
Вказати число електронів на всіх енергетичних рівнях, крім передостаннього;
2. Визначити число валентних електронів.
3. Визначити, які властивості - металу або неметалла - сильніше виявляються у даного хімічного елемента.
4. Визначити число віддаються (прийнятих) електронів.
5. Визначити вищу і нижчу ступеня окислення хімічного елемента.
6. Скласти для цих ступенів окислення хімічні формули простих з'єднань з киснем і воднем.
7. Визначити характер оксиду і скласти рівняння його реакції з водою.
8. Для зазначених в пункті 6 речовин скласти рівняння характерних реакцій (див. Розділ 2).
Завдання 3.11. З поступовим зниженням дози скласти опису атомів сірки, селену, кальцію і стронцію і властивості цих хімічних елементів. Які загальні властивості проявляють їх оксиди і гідроксиди?
Якщо ви виконали вправи 3.10 і 3.11, то легко помітити, що не тільки атоми елементів однієї підгрупи, а й їх сполуки мають загальні властивості і схожий склад.
Періодичний закон Д. І. Менделєєва: властивості хімічних елементів, а також властивості простих і складних речовин, утворених ними, знаходяться в періодичній залежності від заряду ядер їх атомів.
Фізичний сенс періодичного закону: властивості хімічних елементів періодично повторюються тому, що періодично повторюються конфігурації валентних електронів (розподіл електронів зовнішнього і передостаннього рівнів).
Так, у хімічних елементів однієї і тієї ж підгрупи однакове розподіл валентних електронів і, отже, схожі властивості.
Наприклад, у хімічних елементів п'ятої групи п'ять валентних електронів. При цьому в атомах хімічних елементів головних підгруп - все валентні електрони перебувають на зовнішньому рівні: ... ns 2 np 3, де n - номер періоду.
У атомів елементів побічних підгруп на зовнішньому рівні знаходяться тільки 1 або 2 електрони, інші - на d-подуровне предвнешнего рівня: ... ( n – 1)d 3 ns 2, де n - номер періоду.
Завдання 3.12. Складіть короткі електронні формули для атомів хімічних елементів № 35 і 42, а потім складіть розподіл електронів в цих атомах за алгоритмом. Переконайтеся, що ваше пророцтво збулося.
Вправи до розділу 3
1. Сформулюйте визначення понять «період», «група», «підгрупа». Що спільного у хімічних елементів, які складають: а) період; б) групу; в) підгрупу?
2. Що таке ізотопи? Які властивості - фізичні або хімічні - збігаються у ізотопів? Чому?
3. Сформулюйте періодичний закон Д. І. Менделєєва. Поясніть його фізичний зміст і проиллюстрируйте прикладами.
4. У чому проявляються металеві властивості хімічних елементів? Як вони змінюються в групі і в періоді? Чому?
5. У чому проявляються неметалеві властивості хімічних елементів? Як вони змінюються в групі і в періоді? Чому?
6. Складіть короткі електронні формули хімічних елементів № 43, 51, 38. Підтвердіть свої припущення описом будови атомів цих елементів за наведеним вище алгоритмом. Вкажіть властивості цих елементів.
7. За коротким електронним формулами
а) ... 4 s 2 4p 1;
б) ... 4 d 1 5s 2 ;
у 3 d 5 4s 1
визначте положення відповідних хімічних елементів у періодичній системі Д. І. Менделєєва. Назвіть ці хімічні елементи. Свої припущення підтвердіть описом будови атомів цих хімічних елементів за алгоритмом. Вкажіть властивості цих хімічних елементів.
Далі буде
Установіть відповідність між символом хімічесого елемента (в заданому порядку) і числом електронів на зовнішньому енергетичному рівні його атома.Із буквВідповідних правильних відповідей, ви складете назву установки, яка дозволить людству ще глибше пізнати будову атома (9 букв).
Число е на Символ елемента
енергетичному
рівні Mg Si I F C Ba Sn Ca Br
2 до а п про л й з е м
4 а про в до а т д ч я
7 в й л л н г о л р
1 Періодичне повторення числа електронів на зовнішньому рівні атома пояснює _______________ 2. Кількість енергетичних рівнів атома можнавизначити по:
A. номером групи;
Б. номеру періоду;
B. порядковим номером.
4. Яка з характеристик хімічних елементів не змінюється в головних підгрупах:
А радіус атома;
Б число електронів на зовнішньому рівні;
В. число енергетичних рівнів.
5. Спільне в будові атомів елементів з порядковими номерами 7 і 15:
A. число електронів на зовнішньому рівні, Б. заряд ядра;
B. число енергетичних рівнів.
1 (2 бали). Розподіл електронів по енергетичним рівням в атомі калію:А. 2е, 8е, 8е, 1е В.. 2е, 8е,
18е, 8е, 1е
Б. 2е, 1е Г. 2е, 8е, 1е
2 (2 бали). Число електронів на зовнішньому електронному шарі у атома алюмінію:
А. 1 Б. 2 В. 3 Г.4
3 (2 бали). Проста речовина з найбільш яскраво вираженими металевими властивостями:
А. Кальцій Б. Барій В. Стронцій Г. Радій
4 (2 бали). вид хімічного зв'язку в простому речовині - алюміній:
А. Іонна Б. Ковалентная полярна
В. Металева Г. Ковалентная неполярная
5 (2 бали). Число енергетичних рівнів у елементів однієї підгрупи зверху вниз:
А. Змінюється періодично. Б. Не змінюється.
В. Збільшується. Г. Зменшується.
6 (2 бали). Атом літію відрізняється від іона літію:
А. 3арядом ядра. Б. Числом електронів на зовнішньому енергетичному рівні.
В. Кількістю протонів. Г. Числом нейтронів.
7 (2 бали.). Найменш активно реагує з водою:
А. Барій. В. Магній.
Б. Кальцій. Г. Стронцій
8 (2 бали). З розчином сірчаної кислоти не взаємодіє:
А. Алюміній. В. Натрій
Б. Магній. Г. Мідь
9 (2 бали). Гідроксид калію не взаємодіє з речовиною, формула якого:
А. Na2O В. АlСl3
Б. Р2O5 Г. Zn (NO3) 2
10 (2 бали). Ряд, в якому всі речовини реагують з залізом:
А. НСl, СО2, СО
Б. CO2, HCl, S
В. Н2, O2, СаO
Г. O2, СuSO4, Н2SO4
11 (9 балів). Запропонуйте три способи отримання гідроксиду натрію. Відповідь підтвердіть рівняннями реакцій.
12 (6 балів). Здійсніть ланцюжок хімічних перетворень, склавши рівняння реакцій в молекулярному та іонному видах, назвіть продукти реакцій:
FeCl2 → Fe (OH) 2 → FeSO4 → Fe (OH) 2
13 (6 балів). Як, використовуючи будь-які реактиви (речовини) і цинк, отримати його оксид, підставу, сіль? Складіть рівняння реакцій в молекулярному вигляді.
14 (4 бали). Складіть рівняння хімічної реакції взаємодії літію з азотом. Визначте відновник і окислювач в цій реакції