Будова атомів та періодичний закон д.І. Менделєєва

При підготовці до виконання контрольних завдань треба пам'ятати, що:

Атомна орбіталь характеризує ту частину простору навколо ядра, у якому найбільш вірогідне знаходження електрона. Сукупність атом­них орбіталей одного енергетичного рівня утворює електронний шар (оболонку). Енергетичний стан електрона у атомі описується 4 кванто­вими числами: п, l, m_l, m_s.

Головне квантове число “n” характеризує рівень енергії у полі яд­ра і відстань цього ріння кіл ядра. Співпадає з номером періоду, тобто енергетичного рівня. Приймає значення: n=1, 2, 3,…∞.

Побічне, орбітальне або азимутальне число “l” визначає енергію енергетичного підрівня, характеризує форму орбіталі. Приймає зна­чення: від 0 до (n-1):

l=0 1 2 3 4

s р d f q

Магнітне квантове число "ml" характеризує просторове розмі­щення орбіталей відносно магнітної осі атома. Приймає значення: віл +l через 0 до -l.

Спінове квантове число "ms" характеризує рух електрона навколо власної осі. Воно має два значення: +1/2, 191919191919191919191919афічно↑↓.

За структурою електронної оболонки атома судять:

• про розміщення елементу у певному періоді (за макси­мальною кількістю s-електронів, наприклад, 5s²4d² — це елемент 5-го пері­оду);

• до якої групи відноситься елемент (до головної підгрупи А нале­жать s і p-елементи, оскільки валентні електрони перебувають на одному й тому ж енергетичному рівні; до побічної підгрупи В на­лежать d- і f-елементи, у яких валентні електрони перебувають на різних енергетичних рівнях);

• до якого типу (s-, p-, d- чи f-елементів) належить даний елемент (визначають за будовою відповідного енергетичного підрівня);

• про належність елемента до металів (па зовнішньому енергетич­ному рівні 1—3 електрони — це s-, d-, f-елементи та p-елементи ІІІА групи, крім бору); неметалів (решта p-елементів); метало­їдів — за фізичними властивостями наближаються до металів, а хімічними — до неметалів (за класифікацією українського хіміка A.M.Голуба належать елементи 1VA—VIA груп 5—б періодів: Sn, Sb, Те, Pb, Ві, Ро);

• про максимальний ступінь окислення (встановлюється, як прави­ло, за номером групи — числом валентних електронів); метали мають тільки позитивний ступінь окислення, неметали ще й нега­тивний, який визначається за формулою n=N-8, де N — номер групи;

• які оксиди утворює даний елемент: кислотні оксиди — це оксиди неметалів (NO₂, Р₂O₅, SiO₂) та оксиди металів вищого ступеня оки­слення (Мn₂О₇, Сr₂О₃); основні — це оксиди s- та d-елементів з нижчим ступенем окислення (СаО, МпО); амфотерні — це оксиди p-елементів ІІІА групи (Аl₂О₃), d-елементів у проміжному ступені окислення (МnО_2, Сr₂O₃).

Приклади розв'язування задач

Приклад 1. Визначити квантові числа та навести графічне зобра­ження валентних електронів для елементу Р (фосфору).

Розв'язування. Фосфор (Z=15) розміщується у періодичній сис­темі у III періоді, VA групі. Його валентні електрони 3s²3p, а їх графі­чне зображення:

3s² 3р³

Квантові числа: 3s²-n=3, l=0, m_l=0, Σm_s=0;

3р³-п=3, l=1, т_l=-1, 0, +1; Σm_s=±1/2*3.

Приклад 2. Назвати елемент і охарактеризувати його хімічні вла­стивості за електронною будовою атома, валентні електрони якого — 4s¹3d⁵. Наведіть приклади практичного використання цього елементу.

Розв'язування: Хром (4s¹3d⁵) — це d-елемент IV періоду (n=4), VIB групи (Σ_s+d=6), метал, утворює оксиди зі ступенем окислення +2 (СlO), +3 (Сг₂O₃) та +6 (СгО₃). За загальним правилом: оксид з нижчим ступенем окислення (+2) має основний характер, з проміжним (+3),— амфотерний та з вищим ступенем окислення (+6) — кислотний харак­тер, їм відповідають гідроксиди, амфоліти і кислоти:

Сr(ОН)₂; Сr(ОН)₃ ↔ Н₃СrO₃ ↔ НСrO₂ + Н₂O; Н₂СrО₄.

орто-форма мета-форма

Хром використовують як легуючу домішку у різні сорти сталі (жаростійкі, інструментальні та ін.). Введення у сталь. 13% Сr робить її нержавіючою. Входить до складу ніхрому (80% Ni, 20% Сr), який ви­користовують у електронагрівниках. Широко застосовується хро­мування різних виробів (дизайн, захист від корозії). Є складовою час­тиною композиційних матеріалів — керметів (кераміка + метал), на­приклад, матеріал, що містить 72% Сr і 28% Аl₂О₃.