Екзаменаційний білет № 23

1. Формули побудови електронних оболонок хімічних елементів VI і VII періоду.

2. Вплив зростання атомного номеру елементу на властивості хімічних елементів та явища біогеохімії.

3. Вивчення структури кристалічної решітки хімічних елементів.

Відповіді до питання 1 білету № 23:

VI період:

Починається аналогічно попереднім періодам – луговим і лугоземельним елементами (цезієм, барієм). З третього елементу – лантану – знову з’являється перший електрон на підрівні d попедернього рівню. Але ж до цього часу всередині четвертого (вже позапопереднього) рівня залишився не заповненим підрівень f, що з’являється тут. І після лантану починається заповнення цього підрівню. Нові додаткові електрони опиняються глибоко всередині, далеко від зовнішнього рівню. Вони практично не впливають на валентні властивості атомів, і вся велика група наступних елементів займає в таблиці Менделеєва одну клітину з лантаном. Потім вже продовжується заповнення підрівню 5d, і так далі.

VII період:

На початку повторює VI період. Можна припускати, що в його рамках повинно відбуватися заповнення ще більшого числа підрівнів, і він повинен виявитися ще довшим. Але, так як він не завершений через нестійкість надважких елементів, це залишається лише припущенням.

Відповіді до питання 2 білету № 23:

Із зростанням атомного номеру елемента закономірно змінюються не тільки хімічні властивості елементів, але і їх розміри (параметри) – атомні та іонні радіуси.

Це особливо важливе для біогеохімії, так як окрім валентних властивостей хімічних елементів, процеси їх міграції в істотній мірі залежать від їх розмірів. В найбільшій мірі, ці параметри впливають на явище ізоморфізму – взаємозаміщення атомів в хімічних сполуках (це явище відоме з курсу загальної геології).

Відповіді до питання 3 білету № 23:

Визначення розмірів атомів та іонів стало можливим завдяки появленню методу вивчення кристалічних решіток та їх параметрів рентгеноструктурним методом (вивчення структури кристалічної решітки за характером діфракції рентгенівських променів, які проходять через неї).

Екзаменаційний білет № 24

1. Важливі для біогеохімії закономірності періодичної системи хімічних елементів.

2. Походження і розповсюдженість хімічних елементів в природі.

3. Синтез важких атомних ядер хімічних елементів в природі - нуклеосинтез.

Відповіді до питання 1 білету № 24:

Закономірності:

1. Величини іонних радіусів коливаються від 0,46 ангстрем у водня до 2,62 – у цезія.

2. Значення іонних радіусів в елементарних аніонів завжди перевищує атомні, а в катіонів є меньшими.

3. Величини атомних та іонних радіусів змінюються з періодичністю, яка відповідає положенню елементів в періодичній системі Менделєєва.

4. Максимальне значення атомних радіусів характерні для елементів, з яких починається заповнення чергового енергетичного рівня електронних оболонок, тобто починаючих періоди (лугових елементів). Виключення – самий перший з них (літій), атомний радіус якого менший, чим у гелія.

5. В межах кожного періоду спочатку спостерігається поступове зменшення атомних радіусів, а потім воно змінюється на зростання.

6. В межах груп періодичної системи спостерігається зростання величин атомних радіусів від легких елементів до більш важких. Закономірність не розповсюджується на елементи, важкіші лантану, через так зване лантанове стискання (обумовлене зростанням сили внутрішньоатомних зв’язків в результаті заповнення внутрішніх електронних оболонок).

Відповіді до питання 2 білету № 24:

Різні хімічні елементи розповсюджені вкрай нерівномірно. Елемент може бути в сотні і тисячі разів більш або менш розповсюдженим, чим його безпосередній сусід за періодичною системою. Атомів одних елементів (кисень, кремній, алюміній, залізо та інші) на нашій планеті значно більше, ніж атомів інших елементів (мід, золото, германій та інші). А звідки взагалі взялося таке різноманіття хімічних елементів? Перед тим, як перейти до розгляду питання про відносну розповсюдженість хімічних елементів, необхідно коротко познайомитися з існуючою точкою зору з питання їх походженння.

За прийнятою зараз моделлю розвитку Всесвіту, формування речовини, що її складає є результатом «Великого вибуху». В перші миті після нього відбулося формування елементарних частинок. Спочатку – фотонів, нейтрино, електронів, позитронів. Потім – протонів і нейтронів. Після зниження температури нижче рівня 10110 К починається поєднаня протонів з нейтронами. Утворюються ядра важких ізотопів водню, можливо також ядер гелію, і невеликих кількостей Li, Be.

Відповіді до питання 3 білету № 24:

Синтез більш важких атомних ядер починається після формування крупних і щільних гарячих газових скупчень – зірок. Спочатку - продовжується утворення ⁴Не. Далі відбуваєтья так назване «вигорання» гелію:

3⁴Не + ¹²С

і далі, з приєднанням нових ядер гелію: ¹⁶О, ²⁰Ne, ²⁴Mg, ²⁸Si, ³²S і таке інше, аж до ⁵⁶Fe і ⁵⁸Ni. Зверніть увагу, що все це – саме синтез ядер (нуклеосинтез), в не атомів в цілому, так як електрони за цих високих температур залишаються у вільному стані. Утворення ядер проміжних елементів – результат реакцій захвату або втрати протону або нейтрону.

Атоми важкіші Fe і Ni в звичайних процесах внутрішньозіркового нуклеосинтезу не формуються (не вистачає енергії). Ці процеси реалізуються тільки при вибухах «наднових» зірок. При спостереженні за надновими в їх спектрі виявлені яскраві лінії, характерні для ²⁵⁴Cf. Цікаво, що швидкість падіння яскравості наднових (56 діб) дуже точно співпадає з періодом ядерного синтезу в процесі вибуху наднових, а також розпаду каліфорнію і, можливо, інших трансуранових елементів (може, і більш важких, які нам невідомі).