Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите частицы, составляющие атом, и их характеристики.

2. Какие принципы положены в основу современной теории строения атома?

3. Постулаты теории строения атома.

4. Могут ли ядра различных элементов при каком–либо условии изотопами?

5. Где применяются меченые атомы?

6. Какие вы знаете элементарные частицы? Укажите их основные характеристики.

7. Чем современная формулировка периодического закона отличается от прежней формулировки и почему она является более точной?

8. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно определить направленность ковалентной связи?

9. Какой способ образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным?

10. Какая химическая связь называется водородной?

Примеры решения типовых задач

Задача 1.Напишите электронную формулу атома технеция. Сколько электронов находится на d-подуровне предпоследнего электронного слоя? К какому электронному семейству относится элемент?

Решение: Атом Tc в таблице Менделеева имеет порядковый номер 43. Следовательно, в его оболочке содержится 43 электрона. В электронной формуле распределяем их по подуровням согласно порядку заполнения (в соответствии с правилами Клечковского) и учитывая емкость подуровней:  Tc 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d⁵5s². При этом порядок заполнения подуровней следующий:  1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d.  Последний электрон располагается на 4d-подуровне, значит, технеций относится к семейству d-элементов. На d-подуровне предпоследнего (4-го) слоя находится 5 электронов.

Ответ:  5, d.

Задача 2.Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p¹?

Решение:

Количество электронов в оболочке нейтрального атома составляет 49. Поэтому его заряд ядра и, следовательно, порядковый номер, также равны 49. В периодической системе Д.И.Менделеева находим, что этот элемент – индий.

Ответ:  In.

Задача 3.У какого из перечисленных ниже соединений наименее выражены кислотные свойства? а) HNO₃,  б) H₃PO₄,  в) H₃AsO₄,  г) H₃SbO₄.

Решение:

Приведенные кислородсодержащие соединения являются гидроксидами элементов главной подгруппы V группы таблицы Менделеева. Известно, что кислотные свойства гидроксидов ослабевают сверху вниз в подгруппе. Поэтому в указанном ряду наименее выраженными кислотными свойствами обладает H₃SbO₄.

Ответ: H₃SbO₄.

Задача 4.Укажите тип гибридизации орбиталей бора в молекуле BBr₃.

Решение:

В образовании трех ковалентных связей между бором и атомами брома участвуют одна s- и две p-орбитали атома бора, свойства которых различаются. Поскольку все химические связи в молекуле BBr₃ равноценны, атом бора подвергается гибридизации. В ней принимают участие указанные выше три орбитали внешнего электронного слоя. Следовательно, тип гибридизации – sp².

Ответ:  sp².

Задача 5.По данным периодической системы составьте эмпирическую формулу высшего оксида свинца. Какова его молярная масса?

Решение:

Свинец находится в 4-й группе периодической системы, поэтому его высшая степень окисления равна +4. Атом кислорода в оксидах имеет степень окисления –2, следовательно в молекуле оксида на каждый атом свинца приходится два атома кислорода. Формула высшего оксида – PbO₂. Вычислим его молярную массу:  207+2·16=239.

Ответ:  239 г/моль.

Задача 6.Какие виды химической связи имеются в молекуле NH₄I ?

Решение:

Молекула NH₄I состоит из ионов NH₄⁺ и I^–, между которыми имеется ионная связь. В ионе NH₄⁺ четыре связи являются ковалентными полярными, причем одна из них образована по донорно-акцепторному типу (см. раздел 3.2.3).

Ответ:  ионная, ковалентная полярная, донорно-акцепторная.

Задача 7.Расчет энергии связи.

Вычислите энергию связи H-S в молекуле H₂S по следующим данным: 2H_{2 (г)} + S_{2 (г)} = 2 H₂S _(г) – 40,30 кДж; энергии связей D(H-H) и D(S-S) соответственно равны –435,9 кДж/моль и – 417,6 кДж/моль.

Решение: Образование двух молекул H₂S можно представить как последовательный процесс разрыва связей H-H в молекуле H₂ и связей S-S в молекуле S₂:

2 H-H 4 Н – 2D(H-H)

S-S 2 S – D(S-S)

4 Н + 2 S 2 H₂S + 4D(S-H),

гдеD(H-H), D(S-S) и D(S-H) – энергии образования связей H-H, S-S и S-Н соответственно. Суммируя левые и правые части приведенных уравнений, приходим к термохимическому уравнению

2H_{2 (г)} + S_{2 (г)} = 2 H₂S _(г) –2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H).

Тепловой эффект этой реакции равен

Q =–2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H), откудаD(S-H)= .

Задача 8. Вычисление длины связи.

Рассчитайте длину связи в молекуле HBr, если межъядерное расстояние в молекулах Н₂ и Br₂,равны 0,74∙10^-10 и 2,28∙10^-10м соответственно.

Решение: Длина ковалентной связи между двумя разноименными атомами равна сумме их ковалентных радиусов

l(H-Br) = r(H) + r(Br).

В свою очередь, ковалентный радиус атома определяется как половина межъядерного расстояния в молекулах Н₂и Br₂:

.

Таким образом,

Ответ: 1,51·10^-10м.

Задача 9.Определение вида гибридизации орбиталей и пространственной структуры молекулы.

Какой вид гибридизации электронных облаков имеет место в атоме кремния при образования молекулы SiF₄? Какова пространственная структура этой молекулы?

Решение:В возбужденном состоянии структура внешнего энергетического уровня атома кремния следующая:

3s		3p
↑	↑	↑	↑
3s	3px	3py	3pz

В образовании химических связей в атоме кремния участвуют электроны третьего энергетического уровня: один электрон в s-состоянии и три электрона в р-состоянии. При образовании молекулы SiF₄ возникают четыре гибридных электронных облака (sp³-гибридизациия). Молекула SiF₄ имеет пространственную тетраэдрическую конфигурацию.

Задача 10.Определение валентностей элементов в химических соединениях на основе анализа графических электронных формул основного и возбужденных состояний атомов этих элементов.

Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами,может проявлять сера в основном и в возбужденном состоянии?

Решение: Распределение электронов внешнего энергетического уровня серы …3s²3p⁴ с учетом правила Гунда имеет вид:

	s		p			d
16S	↑↓	↑↓	↑	↑

Атомы серы имеют свободные d-орбитали, поэтому возможен переход спаренных 3р- и 3s- электронов на 3d подуровень, что приводит к двум возбужденным состояниям:

	s		p				d
16S	↑↓	↑	↑	↑	↑

	s		p				d
16S	↑	↑	↑	↑	↑	↑

Из анализа основного и двух возбужденных состояний следует, что валентность (спинвалентность) серы в нормальном состоянии равна двум, в первом возбужденном состоянии – четырем, во втором – шести.