Repetitor_po_Khimii

			Окончание табл. 15
Символ	Схема	Электронная	Электронно-
элемента,	электрон-	формула	графическая
порядко-	ного		формула
вый номер,	строения
название
28Ni		Электронные и электронно-графические
Никель		формулы напишите самостоятельно
29Cu		1s22s22p63s23p64s13d10
Медь
30Zn		1s22s22p63s23p64s23d10
Цинк
31Ga		1s22s22p63s23p64s23d104p1
Галий
Электронные конфигурации атомов 32Ge, 33As, 34Se, 35Br
	напишите самостоятельно
36Kr		1s22s22p63s23p64s23d104p6
Криптон

В атомах хрома 24Cr и меди 29Cu происходит проскок (переход) одного электрона с 4s-подуровня на Зd-подуровень, что объясняется большой устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций 3d5 и 3d10 (см. табл. 15).

На примере атома криптона познакомимся с названиями электронных слоев:

100

Вопросы для контроля

1.Как формулируется принцип наименьшей энергии?

2.Почему принцип наименьшей энергии определяет порядок заполнения энергетических подуровней?

3.Чем определяется энергия подуровня?

4.Дайте формулировку правила Гунда. Приведите примеры.

5.Что показывают схемы электронного строения атомов?

6.Что показывают электронные формулы атомов?

7.Что показывают электронно-графические формулы атомов?

8.Сколько энергетических уровней заполняется электронами в атомах элементов первого периода (Н и Не)?

9.Посмотрите табл. 13. Сколько энергетических уровней заполняется электронами в атомах элементов второго периода?

10.Посмотрите табл. 14 и 15. Сколько электронных слоев в атомах элементов третьего периода? Четвертого периода?

11.В атомах каких элементов происходит проскок электрона с 4s- на 3d-подуровень?

Упражнения для самостоятельной работы

1.Используйте правило Гунда и напишите электронно-графические формулы электронных конфигураций p2, p4, d7.

2.Выполните задание к табл. 14.

3.Выполните задание к табл. 15.

4.В каком электронном слое — внешнем или предвнешнем — проис-

ходит увеличение числа электронов в атомах ряда элементов от 21Sc до 30Zn?

5.Сколько электронов находится на внешнем электронном слое в атомах ряда элементов от 21Sc до 30Zn?

6.Сколько электронов находится на внешнем электронном слое в атомах благородных газов?

§3.5. Периодическая система химических элементов

иэлектронное строение атомов

Теория строения атома показала, что периодическая система Д. И. Менделеева является классификацией химических элементов по электронным структурам их атомов.

В табл. 16 показаны электронные схемы атомов элементов I—IV периодов.

101

102

Таблица 16

Схемы электронного строения атомов элементов 1—4 периодов

Г

р у

п п ы

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

1

ы

2

д

о

и

3

р

е

П

4

В атомах элементов I периода (Н и Не) электроны запол-

няют один энергетический уровень (К); в атомах элементов II периода (от Li до Ne) электроны заполняют два энергетических уровня (К и L); в атомах элементов III периода (от

Nа до Аr) — три энергетических уровня (К, L и М); в атомах элементов IV периода (от К до Кr) — четыре энергетических

уровня (К, L, М и N). Аналогично в атомах элементов V пе-

риода электроны заполняют пять уровней и т. д.

Вы видите, что число заполняемых энергетических уров-

ней (электронных слоев) в атомах всех элементов данного периода равно номеру периода. Поэтому можно дать следу-

ющее определение периода:

• Период — это последовательность элементов, атомы которых имеют одинаковое число электронных слоев. Это число равно номеру периода.

В атомах всех известных элементов электроны заполняют от 1 до 7 энергетических уровней, поэтому периодическая система состоит из семи периодов.

Каждый период начинается щелочным металлом (кроме первого периода), в атомах которого на внешнем электронном слое имеется один s-электрон; электронное строение внешнего слоя — ns1 (n — номер периода).

Каждый период заканчивается благородным газом. В атомах всех благородных газов (кроме Не) на внешнем электронном слое имеются два s- и шесть p-электронов; электрон-

ное строение внешнего слоя ns2np6 (n — номер периода). Восемь электронов (электронный октет) — это макси-

мальное число электронов на внешнем электронном слое

атомов. Внешний электронный слой, который содержит 8 электронов, называется завершенным. Атомы благородных

газов имеют завершенный внешний электронный слой. Завершенной называется также электронная структура атома гелия Не — 1s2. Завершенные электронные слои являются очень устойчивыми (стабильными). Атомы всех других эле-

ментов имеют незавершенные внешние электронные слои. Элементы 3Li, 11Na, 19K находятся в главной подгруппе I груп-

пы; их атомы имеют на внешнем слое 1 электрон (см. табл. 16). Элементы 4Ве, 12Mg, 20Ca находятся в главной подгруппе

II группы; их атомы имеют на внешнем слое 2 электрона.

103

Аналогично атомы элементов главной подгруппы III группы

(5В, 13Al, 31Ga и др.) имеют на внешнем слое 3 электрона и т. д.

Следовательно, число электронов на внешнем слое атомов элементов главных подгрупп (кроме Не) равно номеру группы, в которой находятся элементы.

Поэтому главную подгруппу любой группы можно определить так:

• Главная подгруппа — это вертикальный рад элементов, атомы которых имеют одинаковое число электронов на внешнем электронной слое. Это число равно номеру группы.

Элементы, которые находятся в одной подгруппе, являются элементами-аналогами, так как они имеют некоторые

общие свойства (одинаковую высшую валентность, одинаковые формы оксидов и гидроксидов и др.). Эти общие свойства объясняются одинаковым строением внешнего электронного слоя.

Теперь мы можем объяснить причину периодического изменения свойств элементов и их соединений при увеличении порядкового номера, т. е. раскрыть физический смысл периодического закона Д. И. Менделеева.

При увеличении порядкового номера последовательно увеличивается общее число электронов в атомах элементов, а число электронов на внешнем электронном слое изменяется периодически (в каждом периоде, кроме первого, это число изменяется от 1 у первого элемента до 8 у последнего элемен-

та периода).

Периодическое изменение свойств химических элементов и их соединений при увеличении порядкового номера объясняется тем, что периодически повторяется строение внешнего электронного слоя в атомах элементов.

Все элементы разделяются на 4 электронных семейства. s-Элементы (элементы s-семейства) — это элементы,

в атомах которых последним заполняется s-подуровень внешнего электронного слоя.

Первые два элемента каждого периода — это s-элементы.

Они составляют главные подгруппы I и II групп. р-Элементы (элементы p-семейства) — это элементы,

в атомах которых последним заполняется p-подуровень внешнего электронного слоя.

104

В каждом периоде (кроме первого и седьмого) имеется шесть p-элементов; они находятся в конце периода. p-Эле-

менты составляют главные подгруппы III—VIII групп. d-Элементы (элементы d-семейства) — это элементы,

в атомах которых последним заполняется d-подуровень предвнешнего электронного слоя.

В IV—VI больших периодах имеется по десять d-элемен- тов, В IV и V периодах они находятся между s- и p-элемента- ми. d-Элементы составляют побочные подгруппы всех восьми групп.

Сформулируем определение побочной подгруппы.

• Побочная подгруппа — это вертикальный ряд d-эле- ментов, которые имеют одинаковое суммарное число электронов на d-подуровне предвнешнего слоя и s-поду- ровне внешнего слоя. Это число обычно равно номеру группы.

Например:

Побочная подгруппа IV группы

	4s23d 2
22	Ti 1s22s22p63s23p6————
	4e #
	5s24d	2
Zr … 3s23p64s23d104p6————

40			4e #
		Побочная подгруппа VI группы
			4s13d	5
	24		Cr 1s22s22p63s23p6————
			6e #
			5s14d 5
41	Mo … 3s23p64s23d104p6————
			6e	#

f-Элементы (элементы f-семейства) — это элементы,

ватомах которых последним заполняется f-подуровень третьего снаружи электронного слоя.

f-Элементы находятся в VI и VII периодах. Каждый из этих периодов содержит 14 f-элементов. f-Элементами являются лантаноиды и актиноиды, которые располагаются

внижней части периодической системы.

105

Вопросы для контроля

1.Чему равно число электронных слоев в атомах всех элементов данного периода?

2.Что такое период?

3.Почему периодическая система элементов состоит из семи периодов?

4.Чему равно максимальное число электронов на внешнем электронном слое атома?

5.Какой электронный слой называется завершенным?

6.Атомы каких элементов имеют завершенный электронный слой?

7.Чему равно число электронов на внешнем слое атомов элементов главных подгрупп?

8.Что такое главная подгруппа?

9.Как называются элементы, которые находятся в одной подгруппе?

10.Чем объясняются некоторые общие свойства элементов одной главной подгруппы?

11.Чем объясняется периодическое изменение свойств химических элементов и их соединений при увеличении порядкового номера?

12.Какие элементы называются s-элементами? Сколько s-элементов

вкаждом периоде?

13.Какие элементы называются p-элементами? Сколько p-элементов

вкаждом периоде (кроме первого и седьмого)?

14.Какие элементы называются d-элементами? Сколько d-элементов

вкаждом большом периоде?

15.Какие элементы называются f-элементами? В каких периодах находятся и где располагаются в периодической системе f-элементы?

16.Что такое побочная подгруппа?

Упражнения для самостоятельной работы

1.По положению элементов в периодической системе определите число электронных слоев и число электронов на внешнем электронном слое в атомах: а) углерода 6С; б) серы 16S; в) цезия 55Cs; г) кальция

20Са; д) висмута 33Bi; е) йода 53I; ж) ксенона 54Хе, Напишите для каждого из этих элементов электронную и электронно-графическую формулы внешнего электронного слоя.

2.Укажите, к какому электронному семейству относится каждый из следующих элементов: а) 6С; б) 56Ва; в) 41Nb; г) 35Br; д) 37Rb; e) 26Fe;

106

ж) 17Сl. Какой подуровень заполняется последним в атомах этих элементов?

3.По электронной формуле внешнего электронного слоя атома определите, какой это элемент. Напишите его название, символ и порядковый номер: а) 3s23p4; б) 4s24p6; в) 2s22p1; г) 5s25p3; д) 6s26p2; е) 5s25p2; ж) 3s23p3. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

4.Чему равно общее число s-элементов в периодической системе? Напишите символы и порядковые номера всех s-элементов.

5.Атомы каких трех элементов имеют структуру внешнего электронного слоя 4s1? Напишите их символы и названия. К каким электронным семействам они относятся? Чем отличаются они по электронному строению?

6.У какого элемента начинает заполняться 3d-подуровень? Сколько электронов на внешнем слое атома этого элемента? У какого элемента заканчивается заполнение 3d-подуровня? Сколько электронов на внешнем слое атома этого элемента?

7.У какого элемента начинается заполнение 4p-подуровня и у какого элемента заканчивается?

8.Определите положение элементов в периодической системе (период, группа, подгруппа) по электронным формулам:

а) 1s22s22p63s23p4;

б) 1s22s22p63s23p64s23d5 (или 1s22s22p63s23p63d54s2); в) 1s22s22p63s23p64s23d10 (или 1s22s22p63s23p63d104s2); д) 1s22s22p1;

е) 1s22s22p63s23p64s23d104p5 (или 1s22s22p63s23p63d104s24p5);

ж) 1s22s1.

Модель решения задания 8

1s2 2s2 2p6 3s2

{ { {

В атоме три электронных слоя, значит, элемент находится в III пе-

риоде.

Последним в атоме заполняется s-подуровень, следовательно, это элемент главной подгруппы. На внешнем электронном слое атома находятся два электрона, поэтому это элемент II группы магний Mg.

107

Тест № 3 по теме: «Строение атома»

(Число правильных ответов — 6)

Вариант I

	1. Чему равно массовое число атома?
	.	числу протонов		.	числу нейтронов
	А			Б
	.	в атоме		.	в атоме
		числу нуклонов			числу электронов
	В			Г
		в атоме			в атоме
	2. Чему равно число нейтронов в атоме					31 P?
	.		.	.		15
		31			15	.
	А		Б 16	В		Г 46

3.Какое квантовое число характеризует направление электронного облака в пространстве?

.	.	.	m	l	.	m	s
А п	Б l	В			Г

4.Какие значения принимает магнитное квантовое число для орбиталей d-подуровня?

.	0, 1, 2	.
А		Б –2, –1, 0, +1, +2
.	–1, 0, +1	.
В		Г 1, 2, 3

5. Чему равно число орбиталей на f-подуровне?

.	.	.	.
А 1	Б 3	В 5	Г 7

6.Атомы какого элемента имеют электронную конфигурацию внешнего слоя: … 4s24p5?

А	35	Br	Б	7	N	В	33	As	Г	23	V
.			.			.			.

Вариант II

1. Чем отличаются атомы изотопов одного элемента?

.	числом протонов	.	числом нейтронов
А		Б
.	зарядом ядра	.	числом электронов
В		Г

2.Чему равно массовое число азота 7N, который содержит 8 нейтронов?

.	.	.	.
А 14	Б 15	В 15	Г 17

108

3.Какое квантовое число характеризует размер электронного облака?

.	.	.	m	l	.	m	s
А п	Б l	В			Г

4.Какие значения принимает орбитальное квантовое число для второго энергетического уровня?

.	0, 1, 2	.
А		Б –2, –1, 0, +1, +2
.	0, 1	.
В		Г 1

5. Как обозначается подуровень, для которого п = 4 и l = 0?

.	.	.	.
А 4f	Б 4d	В 4p	Г 4s

6.Атомы какого элемента имеют электронную конфигурацию внешнего слоя: … 3s23p4?

А	6	С	Б	14	Si	В	16	S	Г	24	Cr
.			.			.			.

§3.6. Зависимость свойств элементов от строения их атомов. Значение

периодического закона и периодической системы элементов Д. И. Менделеева

Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов при увеличении порядкового номера.

Важнейшими свойствами элементов являются металличность (металлические свойства) и неметалличность (неме-

таллические свойства).

Металличность — это способность атомов элемента отдавать электроны. Количественной характеристикой метал-

личности элемента является энергия ионизации (I).

Энергия ионизации атома — это количество энергии, которое необходимо для отрыва электрона от атома элемента (Э), т. е. для превращения атома в положительно заряженный ион:

Э0 + I = Э+ + e#.

Чем меньше энергия ионизации, тем легче атом отдает

электрон, тем сильнее металлические свойства элемента. Неметалличность — это способность атомов элемента

присоединять электроны.

Количественной характеристикой неметалличности элемента является сродство к электрону (Еср.). Сродство к элек-

трону — это энергия, которая выделяется при присоединении

109