Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия сборник упражнений. Для студентов-иностранцев. Учебное пособие
.pdf
31
ГЛАВА 2. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН
И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА. СТРОЕНИЕ АТОМА
2.1. Химические элементы. Строение периодической системы
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
периодический periodic périodique يرود
система system système(m) مﺎﻈﻧ
сравнить to compare сomparer ﺔﻧرﺎﻘﻣ
изменение changing changement(m) ﺮﯿﯿﻐﺗ ،ﺮﯿﻐﺗ
сходный similar analogue, pareil, ﺊﻓﺎﻜﺘﻣ ، ﮫﺑﺎﺸﺘﻣ
правильный correct juste, correct,
jumeau
интервал interval i nte rvalle(m) ﺔﻠﺻﺎﻓ
повторяться t o r e cur,
to repeate (itself)
период period période(f) ةرود ، ﺔﻠﺣﺮﻣ
группа group groupe(m) ﺔﻋﻮﻤﺠﻣ
подгруппа subgroup sous-groupe(m) ﺔﯿﻋﺮﻓ ﺔﻋﻮﻤﺠﻣ
главный principal principal ﻲﺳﺎﺳأ
побочный secondary secondaire ﻲﺿرﺎﻋ ، يﻮﻧﺎﺛ
se repeater رﺮﻜﺗ
ﺢﯿﺤﺻ
В 1869 году русский ученый Дмитрий Иванович Менделе-
ев открыл периодический закон: свойства простых веществ, а
также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов.
Расположив все известные тогда элементы в порядке возрастания их атомных масс, Д. И. Менделеев открыл, что сходные
в химическом отношении элементы встречаются через правильные интервалы и что, таким образом, в ряду элементов многие их
свойства периодически повторяются.
Современная периодическая система содержит 118 химических элементов. Из многих вариантов построения периодической
системы применяются две формы: короткая (короткопериодная), и
современная длинная (длиннопериодная). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную
32
таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные
физико-химические свойства, а строки представляют собой
периоды, в определённой мере подобные друг другу. Эта форма
была утверждена в 19 89 году Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в качестве основной.
Период – это горизонтальный ряд (строка), который начи-
нается щелочным металлом и оканчивается инертным элементом
(благородным газом).
Щелочные металлы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Jue.
Инертные элементы: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Og.
В периодах свойства элементов изменяются от металлических до неметаллических.
Группа периодической системы (вертикальный столбец,
колонка) содержит элементы, свойства которых подобны. В
короткой форме каждая группа состоит из двух подгрупп: главной
и побочной.
Подгруппы, которые содержат элементы и малых, и больших периодов, называются главными (A).
Подгруппы, которые содержат элементы только больших
периодов, называются побочными (В).
Современная форма периодической системы элементов состоит из 18 групп: щелочные, щелочноземельные и переходные
металлы, металлы и полуметаллы (металлоиды), неметаллы,
галогены, инертные газы, лантаноиды и актиноиды. Формат
современной формы периодической системы не предусматривает
деление элементов в группах на подгруппы и на ряды.
Пример 1. Какой элемент III группы периодической систе-
мы образует высшее кислородное соединение, в котором массовая
доля кислорода составляет 0,47.
Дано: Решение
ЭxO
y
ω(O) = 0,47
Найти:
элемент
1. Элемент находится в III группе,
поэтому высшая валентность равна III и
формула его оксида будет иметь вид
Э2O3.
2. Массовую долю элемента определяют по формуле
ω(Э) = 1 - ω(O) = 1- 0,47 = 0,53.
33
3. Для нахождения относительной атомной массы элемента
w
5·16 / 2 = 14.
следует воспользоваться следующим соотношением:
(O)
)Э(
ω
y:x
:
(O)
)(
ЭA
0,53
3:2;
==
АA
rrr
0,47
:
16
)Э(
Ar(Э)= 27.
Ответ: алюминий.
Пример 2. Найдите в периодической системе элемент, выс-
шее кислородное соединение которого имеет относительную
молекулярную массу 108. Высшая валентность этого элемента
равна V.
Дано: Решение
ЭxO
y
Mr(ЭxOy) = 108
Найти:
элемент
1. Элемент имеет высшую валентность
V, поэтому формула его оксида будет
иметь вид Э2O5.
2. Относительную молекулярную массу кислородного
соединения определяют по формуле
Mr(Э2O5) = 2·Ar(Э) + 5· Ar(О),
следовательно, Ar(Э) = Mr(Э2O5) – 5·Ar(О) = 108 -
Ответ: азот.
Контрольные задания
периодический закон –; лантаноиды –; актиноиды –.
металл или неметалл) следующих элементов: натрия, галлия,
олова, хрома, хлора, марганца, самария, углерода, натрия, цинка,
серебра, ртуть, свинца, марганца, титана в короткой и длиной
формах периодической системы
слородное соединение которого имеет относительную молекулярную массу 60. Высшая валентность этого элемента равна IV.
единение, в котором массовая доля кислорода составляет 0,285.
Определите этот элемент.
1. Составьте глоссарий: период –; группа –; подгруппа –;
2. Дайте характеристику (период, группа, подгруппа, ряд,
3. Найдите в периодической системе элемент, высшее ки-
4. Элемент второй группы образует высшее кислородное со-
34
2.2. Строение атома. изотопы
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
радиоактивность radioactivity radioactivité(f) يﻮﯾداﺮﻟا طﺎﺸﻨﻟا
оболочка shell gaine,couche ةﺮﺸﻗ ، فﻼﻏ
распад decay désintégration(f) لﻼﺤﻧأ ، ﻚﻜﻔﺗ
электрон electron electron(m) نوﺮﺘﻜﻟأ
ядерный nuclear nucléaire يوﻮﻧ
модель model modèle(m) ،ساﺮط ، جذﻮﻤﻧ
ﻞﯾدﻮﻣ ، ﺐﻟﺎﻗ
вращаться to rotate tourner دﺗوﯾ
заряд charge charge(f) ﺔﻨﺤﺷ
протон proton proton(m) نﻮﺗوﺮﺑ
нейтрон neutron neutron(m) نوﺮﺘﻧ
изотоп isotope isotope(m) ﺮﺋﺎﻈﻨﻟا
В 1911 году выдающийся английский ученый Э. Резерфорд
предложил ядерную (планетарную) модель строения атома
(рис. 1). Атом состоит из положительно заряженного ядра и
электронов, которые вращаются вокруг ядра.
Электрон (e-) был еще открыт в 1897 году английским уче-
ным Дж. Томсоном. Это – элементарная частица, имеющая
отрицательный электрический заряд 1,6∙10
чительную массу 9,1∙10
-31
кг. Величина заряда электрона принята
-19
Кл (кулон) и незна-
за единицу элементарного электрического заряда.
В 1913 году английский ученый Д. Мозли установил, что
величина положительного заряда ядра атома равна порядковому
номеру элемента в периодической системе. Атом – электронейтральная частица, поэтому число электронов в атоме равно заряду
ядра или порядковому номеру элемента в периодической системе.
В 1932 году советские ученые Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон
создали протонно-нейтронную теорию строения ядра. Согласно этой
теории, ядро состоит из протонов (p) и нейтронов (n). Протон –
это частица с массой, равной единице, и с зарядом +1. Нейтрон –
это электронейтральная частица с массой, близкой к массе протона. Заряд ядра атома определяется числом протонов, которые
входят в его состав.
35
Рис. 1. Ядерная модель строения атома
Электроны
Протоны
Нейтроны
Масса атома равна сумме масс всех частиц, которые входят
в состав атома. Масса электронов настолько мала, что ею можно
пренебречь, и масса атома определяется суммой его протонов и
нейтронов. Общее число протонов (Z ) и нейтронов ( N) называется
массовым числом (A). Оно равно округленному до целого числа
значению относительной атомной массы элемента (Ar):
Ar = Z + N.
Изотопы – это атомы одного элемента, которые имеют оди-
наковый заряд ядра (одинаковое число протонов в ядре), но
разные массовые числа (разное число нейтронов в ядре).
Относительная атомная масса элемента в периодической
системе элементов Д. И. Менделеева – среднее арифметическое
масс атомов его изотопов.
Например, природный хлор состоит из 75,4 % изотопа с
массовым числом 35 и из 24,6 % изотопа с массовым числом 37.
Поэтому: Ar(Cl) = 35∙0,754 + 37∙0,246 = 35,453.
Химический элемент – это совокупность (вид) атомов с
одинаковым зарядом ядра.
36
Пример 1. Сколько электронов, протонов, нейтронов со-
держится в атомах: ртути, лантана, скандия, платины, углерода,
натрия?
Элемент Массовое
число (Ar)
Hg 201 80 121 80
80
La 139 57 82 57
57
Sc 45 21 24 21
21
Pt 195 78 117 78
78
C 12 6 6 6
6
Na 23 11 12 11
11
As 75 33 42 33
33
Fe 56 26 30 26
26
Eu 152 63 89 63
63
Пример 2. Рассчитайте массовые доли изотопов галлия:
69
Ga и71Ga, если Ar(Ga) = 69,7.
Дано:
69
Ga, A1 = 69
71
Ga, A2 = 71
Ar(Ga) = 69,7
Найти:
ω1, ω
2
1. Относительная атомная масса гал-
лия в периодической системе элементов
Д.И. Менделеева – среднее арифметическое
масс атомов его изотопов:
Ar(Ga) = A1∙ ω1+ A2∙ ω2.
Z N = Ar - Z N
Решение
2. Сумма массовых долей изотопов равна 1: ω1+ ω2= 1.
3. Выражают ω2= 1 – ω1.
е-
4. Тогда Ar(Ga) = A1·ω1+ A2∙ (1 – ω1)
69,7 = 69 ∙ ω1+ 71 · (1 – ω1);
69,7 =69ω1+ 71 – 71 ω1;
2ω1= 71 – 69,7 = 1,3; ω1 = 0,65.
5. ω2= 1 – ω1= 1 – 0,65 = 0,35.
Ответ: ω1(69Ga) = 0,65; ω2(71Ga) = 0,35.
37
Контрольные задания
1. Составьте глоссарий: радиоактивность –; электронная
оболочка –; электрон –; протон –; нейтрон –; химический
элемент –; массовое число –.
1. Сколько электронов, протонов, нейтронов содержится в
атомах: лития, магния, скандия, германия, ниобия, рения, ксенона,
лантана, йода?
2. Определите относительную атомную массу природного
лития, содержащего 92,7 % изотопа с массовым числом 7 и 7,3 %
изотопа с массовым числом 6.
3. Рассчитайте массовые доли изотопов неона:20Ne и22Ne,
если Ar(Ne) =20,18.
4. Рассчитайте массовые доли изотопов калия:39K и41K,
если Ar(K) =39,098.
2.3. Строение электронной оболочки атома
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
энергия energy, power énergie(f) ﺔﻗﺎط
квант quantum quantum(m) ﻲﻤﻛ
двойственный dual ambigu, double جودﺰﻣ ، ﻲﺋﺎﻨﺛ
волна wave onde, vague(f) ﺔﺟﻮﻣ
траектория trajectory trajectoire(f) ﻂﺧ ، كﺮﺤﻣ،ﺮﯿﺴﻣ
روﺮﻣ
вероятность probability probabilité(f) ﺢﯿﺟﺮﺗ،لﺎﻤﺘﺣأ
нахождение locatio n découverte(f) دﻮﺟو ، ﻊﻗﻮﻣ
пространство spaсe espace(m) ءﺎﻀﻓ
облако cloud nuage(m) مﺎﻛر ،ﺔﻤﯿﻏ
орбиталь orbital orbitale(f) راﺪﻣ
(под) уровень (sub) level (sou s) niveau(m) )ﺖﺤﺗ (ىﻮﺘﺴﻣ
слой layer couche(f) ﺔﻘﺒط
магнитный magnetic magnétique ﻲﺴﯿطﺎﻨﻐﻣ
спин spin spin(m) ةرود
противоположный opposite opposé ﻣدﺎﻀﺘﻣ،ﺾﻗﺎﻨ
ячейка cell cellule(f) ﺔﯿﻠﺧ
гантель dumb-bell haltères m pl سﺮﺧﻻا سﺮﺠﻟا
38
Совокупность электронов в атоме называют его электронной оболочкой. Пространство вокруг ядра, в котором нахождение
электрона наиболее вероятно (≈ 90 %), называют орбиталью.
Электроны, которые движутся на орбиталях близкого раз-
мера, образуют энергетические уровни (электронные слои).
Электронные слои нумеруют, начиная от ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и
обозначают соответственно буквами: K, L, M, N, O, P, Q.
Состояние электрона в атоме описывают четырьмя кванто-
выми числами.
1. Главное квантовое число (n) характеризует величину
энергии электрона; n может принимать значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
(только целые числа).
2. Орбитальное (побочное) квантовое число ( l ) характеризует форму электронной орбитали (энергетические подуровни);
при данном значении главного квантового числа l может прини-
мать значения целых чисел от 0 до (n – 1). Орбитали с разными
значениями l обозначаются буквами s, p, d, f:
значение l ………………0 1 2 3
обозначение
орбитали ……………….s p d f.
Состояния электрона, которые характеризуются различны-
ми значениями l, называют энергетическими подуровнями.
s-Орбитали имеют сферическую форму, p-орбитали – форму
гантели, d- и f-орбитали – более сложные формы (рис. 2).
Число энергетических подуровней каждого энергетического
уровня равно номеру уровня, т.е. значению главного квантового
числа (табл. 3).
3. Магнитное квантовое число (ml) определяет ориентацию орбиталей в пространстве и может принимать значения
целых чисел от –l до +l, в том числе значение 0.
Так, при l = 0 ml = 0. Это означает, что s-орбиталь имеет
одинаковую ориентацию относительно трех осей координат. При
l = 1 ml может принимать три значения: -1; 0; +1. Это означает,
что существуют три p-орбитали (px, py, pz) с ориентацией по
координатным осям x, y, z.
4. Четвертое квантовое число (ms) – спин может иметь
только два значения +1/2 и -1/2.
39
а
x
вба
yxzxxуzzzzzzy
yyy
y
xxx
x
zyxspypypzdxzd
yz
d
z
2
2
d
xz
у
d
x2- y
Рис. 2. Изображение орбиталей:
а – s-орбитали; б – p-орбиталей; в – d-орбиталей
40
Таблица 3
Квантовые числа и характеристики электронных орбиталей
Электронный слойКвантовое
число
n 1 2 3 4
l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
m
l
Число орбиталей 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
Обозначение
орбиталей 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
Число
электронов 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
K L M N
-2
-1
0 0-1 0+10-1 0
+1
0
+1
+2
0-1 0
+1
-2
-1
+1
+2
-3
-2
-1
0
0
+1
+2
+3
Согласно принципу Паули: в атоме не может быть двух
электронов с одинаковым значением всех четырех квантовых
чисел. На одной орбитали может находиться не более двух электронов, и эти электроны имеют противоположные спины.
Орбиталь с двумя электронами, спины которых антипарал-
лельны (квантовая ячейка), схематически изображают так: ↑↓.
Пример. Напишите возможные четырех значения кванто-
вых чисел для валентного s-электрона атома натрия.
Дано:
натрий (Na)
Найти:
n, l, ml,m
Натрий – первый элемент 3-го периода –
имеет электронную формулу: 1s22s22p63s1.
s
Графическая электронная формула имеет вид
n = 3
n = 2
n = 1
↑
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓
s.
Решение
p
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]