Периодический закон д.И. Менделеева и его современное трактование на основании теории строения атома

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Периодический закон и созданная на его основе периодическая система элементов Д.И. Менделеева являются одним из основных законов естествознания, фундаментом современного учения о строении материи. Химия получила теоретический фундамент и приобрела черты современной науки. Значение этого закона выходит далеко за пределы химии. Так, успехи атомной и ядерной физики атома, стали возможны лишь благодаря периодическому закону. С другой стороны развитие квантовой механики расширили и углубили содержание закона.

В периодической системе элементов нашли своё подтверждение все основные законы философии: закон единства и борьбы противоположностей, переход количества в качество, отрицание отрицания.

Знание периодического закона и периодической системы Д.И. Менделеева, умение пользоваться ими необходимы студентам для дальнейшего изучения ими курсов неорганической, аналитической и фармацевтической химии.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

ЦЕЛЬ ОБЩАЯ:

Уметь трактовать периодический закон и систему элементов, определять электронную форму элемента исходя из положения в таблице, и анализировать свойства соединений.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ.

УМЕТЬ:

1. Интерпретировать структуру периодической системы и понятия порядкового номера элемента период, группа, подгруппа.

2. Интерпретировать понятия: потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, радиус атома и ионов.

3. Трактовать периодический закон Д.И. Менделеева.

4. Трактовать изменение основных характеристик элементов, окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств соединений в группах и периодах.

5. Трактовать роль периодического закона в развитии современной науки.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

1. Структура периодической системы Д.И. Менделеева. Понятия период, группа, подгруппа.

2. Основные характеристики элемента: сродство к электрону, электроотрицательность, радиус атома и ионов.

3. Развитие периодического закона. Современная формулировка периодического закона и ее обоснование с позиций теории строения атома.

4. Периодичность изменения свойств атомов: атомных и ионных радиусов, потенциала ионизации, сродства к электрону, окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств, устойчивости водородных соединений. Внутренняя и вторичная периодичность.

5. Роль периодического закона и периодической системы Д.И. Менделеева в развитии современной химии.

2. Графлогической структуры темы

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

Основная литература:

1. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 41-60.

2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2001. – С. 27 – 45.

Н.И. Михайличенко. Общетеоретические основы химии, К. 1979 Стр.

Дополнительная литература:

3. Михайличенко Н.И. Общетеоретические основы химии. К.: Высшая школа, 1979. – С. 35-49.

4. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. Вінниця: Нова книга, 2006. – С. 30-37.

5. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.З., Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа, 2000. – С. 153-164.

ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инструкция к практическому занятию.

РЕШЕНИЕ ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ.

Задача 1.

Охарактеризуйте положение элемента с порядковым номером 20 в периодической системе, укажите группу и период. Запишите электронную формулу данного элемента, исходя из его положения в периодической системе. Составьте формулы высшего оксида и гидрида данного элемента.

Эталон решения:

Элемент с порядковым номером 20 расположен во второй группе главной подгруппы и четвертом большом периоде.

Порядковый номер элемента показывает заряд ядра атома и определяет соответственно общее количество электронов. Так как номер периода характеризует общее количество заполняемых энергетических уровне, а номер группы (для элементов главных подгрупп) определяет количество валентных электронов, то электронную формулу данного элемента можно записать следующим образом:

₊₂₀Э 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

Та как максимальная валентность элемента в соединениях соответствует номеру группу, то для рассматриваемого элемента равна +2 и формула высшего оксида может быть представлена как ЭО и водородного соединения ЭН₂.

Задача 2.

Проанализируйте изменение сродства к электрону для элементов VII группы, главной подгруппы. Охарактеризуйте изменение кислотных свойств в ряду галогенводородных кислот.

Эталон решения:

Исходя их положения элементов в периодической системе, составим электронные формулы данных соединений:

F 1s²2s²2p⁵

Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Br 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵

I 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁵

Сродство к электрону – это энергия, которая выделяется либо поглощается при присоединении электрона к нейтральному невозбужденному атому при образовании соответствующего аниона.

В атоме Флуора электрон будет присоединяться на внешний второй энергетический уровень, который характеризуется большей энергией связи с положительно заряженным ядром, чем валентный пятый энергетический уровень в атоме Йода. Соответственно, энергия сродства к электрону для атома Флуора имеет большее значение, чем для атома Йода.

В ряду галогенводородные кислоты элементов VII группы:

HF – HCl – HBr – HI

сила кислот увеличивается, что объясняется уменьшением прочности химической связи вследствие увеличения межъядерного расстояния между галогенами и водородом.

Задача 3.

Используя современную формулировку периодического закона, обоснуйте правильность расположение Аргона и Калия в периодической системе, при условии, что относительные атомные массы данных элементов уменьшаются по мере роста порядкового номера.

Эталон решения:

Современная формулировка периодического закона говорит о том, что свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов.

Так как заряд ядра атома Аргона равен 18, а Калия равен 19, то электронные формулы данных атомов могут быть записаны:

₊₁₈Ar 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

₊₁₉K 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

Соответственно, Аргон будет располагаться перед Калием, что так же подтверждается их химическими свойствами и валентностями в соединениях.

Разница в относительных атомных массах данных элементов обусловлена различным содержанием нейтронов в ядрах атомов наиболее распространенных в природе изотопов, которое для Аргона будет составлять 21, а для Калия – 20.

Таким образом, может быть сделан вывод, о том, современное теория строения атома позволяет не только дать более правильную формулировку периодическому закону, но и объяснить не соответствия положения элементов в таблице, составленные Д.И. Менделеевым.

Задача 4.

Дайте сравнительную характеристику элементов хлора и марганца, исходя из положения данных элементов в периодической системе Д.И. Менделеева.

Эталон решения:

Хлор и Манган – элементы седьмой группы, атомы которых имеют одинаковые число валентных элементов, равное номеру группы. Высшая степень окисления элементов +7, поэтому формулы высших оксидов – Cl₂O₇ и Mn₂O₇. они характеризируются кислотными свойствами, в качестве гидроксидов им соответствуют сильные кислоты HClO₄ и HMnO₄. Валентные электроны этих элементов находятся на разных энергетических уровнях: у атома Хлора это s-и р-электроны внешнего уровня, для завершения которого не хватает одного электрона. Поэтому Хлор – типичный неметалл, сильный окислитель.

У атома Мангана валентные два s-электрона внешнего d-электронов предпоследнего энергетических уровней, поэтому марганец – типичный металл, сильный восстановитель.

Соединения этих элементов низших степенях окисления отличаются по свойствам. Низший оксид Мангана MnO – основной оксид, которому соответствует слабое основание Mn(OH)₂, а низший оксид Хлора ClO₂– кислотный оксид, ангидрид слабой хлорноватистой кислоты HClO.

Задача 5.

Назовите валентные электроны атомов s-, р-, d-, f-элементов. Подчеркните их в электронных формулах атомов элементов с порядковыми номерами 5, 15, 17, 24, 25, 35 и укажите, каким электронным семействам они принадлежат

Задача 6.

Напишите формулу высших оксидов и гидроксидов элементов третьего периода и охарактеризуйте порядок изменения кислотно-основных свойств этих веществ с увеличениемзаряда ядра атома.

Задача 7.

Разместите гидроксиды в порядке возрастания основных свойств: NaOH, CsOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, Zn(OH)₂, Cd(OH)₂.

Задача 8.

Укажите символы химических элементов, ионам которых отвечают электронные формулы:

Э^-2 2s²2p⁶

Э^- 3s²3p⁶

Э⁺² 3d⁵; 3d²; 3d³.

Задача 9.

На основании электронного строения атомов дайте сравнительную характеристику элементов хрому и сере.