Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия сборник упражнений. Для студентов-иностранцев. Учебное пособие
.pdf
51
2.7. Периодичность свойств элементов.
Энергия ионизации. Сродство к электрону
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
процесс process processus(m) رﻮﻄﺗ ، ﺔﯿﻠﻤﻋ
перестройка rebuilding reconstruction(f) رﺎﻤﻋأ ةدﺎﻋأ ،ءﺎﻨﺑ ةدﺎﻋأ
взаимодействие interaction interaction(f) ﻞﻣﺎﻌﺗ ،لدﺎﺒﺗ ، ﻞﻋﺎﻔﺗ
устойчивый stable stable ﺖﺑﺎﺛ،ﺪﯿطو ،ﺮﻘﺘﺴﻣ
энергия
ионизация
сродство к
электрону
притяжение attraction attraction(f) بذﺎﺠﺗ، ﺔﯿﺑذﺎﺟ
спаренный coupled apparié, couplé جودﺰﻣ
ionization
energy
affinity to
electron
énergie(f)
ionisation(f)
affinité(f) au
electron
ﻦﯿﯾﺄﺘﻟا ﺔﻗﺎط
نوﺮﺘﻜﻟﻵا ﻰﻟا بﺮﻘﺘﻟأ
Согласно современной теории строения атома в химических
реакциях участвуют главным образом электроны внешних слоев
(валентные электроны). Обычно это одиночные (непарные,
неспаренные) электроны.
Максимально заполненные орбитали наиболее устойчивы.
Электронные слои, орбитали которых заполнены максимально,
называются завершенными (электронная формула s2p6). Атомы
инертных элементов (H e, N e, Ar , K r, Xe, Rn) имеют завершенные
внешние электронные слои и поэтому с большим трудом вступают в химические реакции.
У атомов металлов во внешнем слое, как правило, содер-
жится меньше четырех электронов, и они слабо связаны с ядром.
Атомы металлов при химических реакциях отдают валентные
электроны. Для сравнения металлических свойств элементов
применяют специальную величину – энергию ионизации I.
Энергия ионизации – это энергия, которая необходима для
отрыва наиболее слабо связанного электрона от атома.
Энергию ионизации выражают в электрон-вольт на атом
(эВ/атом). Щелочные металлы, имеющие небольшие значения
энергии ионизации, обладают ярко выраженными металлическими свойствами.
52
У атомов неметаллов во внешнем электронном слое содержатся четыре и более электронов, которые прочно связаны с
ядром. Атомы неметаллов, вступая в химическую реакцию,
обычно присоединяют электроны. Для сравнения неметаллических свойств элементов применяют специальную величину –
сродство к электрону ( E, эВ/атом).
Сродство к электрону – это энергия, которая выделяется
при присоединении к атому одного электрона.
Наибольшие значения сродства к электрону у элементов
главной подгруппы VII группы (F, Cl, Br, I, At) – типичных
неметаллов.
С увеличением заряда ядра атомов у элементов одного периода уменьшается радиус атома, а число внешних электронов
увеличивается. Вследствие этого притяжение внешних электронов
к ядру усиливается, энергия ионизации и сродство к электрону
увеличивается. Поэтому к концу периода металлические свойства
элементов ослабляются, а неметаллические усиливаются.
В больших периодах металлические свойства ослабевают, а
неметаллические усиливаются более медленно, чем в малых
периодах, так как большие периоды содержат переходные d- или
f-элементы.
Таким образом, химические свойства элементов изменяются
периодически с изменением их порядкового номера.
Элементы одной подгруппы имеют одинаковое строение
внешнего электронного слоя. Однако радиус атомов и число
электронных слоев увеличивается с повышением порядкового
номера элемента.
При этом притяжение внешних электронов к ядру ослабляется, энергия ионизации уменьшается. Поэтому в главных подгруппах с увеличением порядкового номера элемента (т. е. сверху
вниз) металлические свойства элементов усиливаются, а неметаллические ослабляются. Таким образом, количественные изменения приводят к качественным.
Однако следует отметить, что деление на металлы и неметаллы относительно. Известно, что существуют элементы, которые проявляют и свойства металлов, и свойства неметаллов.
53
Изменение свойств элементов в периодах и группах схема-
неметаллические свойства
мет
аллические
свойства
порядковые номера
у
величиваются
порядковые номера
Период
тически можно представить так:
Группа
увеличиваются
усиливаются
усиливаются
усиливаются
металлические свойства
ослабевают
неметаллические свойства
Из вышеизложенного следует, что наиболее сильно металлические свойства выражены у франция и цезия, а неметаллические свойства – у фтора.
В настоящее время периодический закон формулируется
так: свойства химических элементов, а также формы и свойства их
соединений находятся в периодической зависимости от величины
заряда их атомных ядер или порядкового номера элемента в
периодической системе.
Контрольные задания
1. Составьте глоссарий: энергия ионизации –; сродство к
электрону –; периодический закон –; завершенный слой –.
2. Какой элемент имеет электронную формулу атома сле-
дующего вида 1s22s22p63s23p63d64s2?
3. Сколько электронов находится на 4d-подуровне в атоме
циркония, серебра, гафния?
4. Какой заряд имеет ядро атома, который имеет электрон-
ную формулу … 4 d55s2?
5. Укажите, на каких подуровнях находятся валентные электроны атомов кремния, хлора, углерода, серы, азота в возбужденном состоянии.
6. Напишите возможные значения четырех квантовых чисел
для валентного p-электрона атома галлия.
54
Оценочные материалы рубежного контроля
(тестовые задания)
1. За единицу элементарного электрического электронного
заряда принята величина заряда:
1) электрона; 2) ядра;
3) протона; 4) нейтрона.
2. Химические свойства элементов зависят от:
1) заряда ядра атома; 3) атомной массы;
3) числа нейтронов; 4) массового числа.
3. Квантовое число ms – спин может иметь:
1) 2 значения; 2) 4 значения;
3) 6 значений; 4) 8 значений.
4. Изотопы – это атомы одного элемента, которые имеют:
1) разные заряды и разные массовые числа;
2) одинаковые заряды и одинаковые массовые числа;
3) разный заряд, но одинаковые массовые числа;
4) одинаковый заряд, но разные массовые числа,
5. На одной орбитале может находиться не более:
1) 14 электронов; 2) 2 электронов;
3) 6 электронов; 4) 10 электронов.
6. Главное квантовое число (n) характеризует:
1) величину энергии электрона;
2) форму электронной орбитали;
3) величину заряда ядра;
4) ориентацию электронной орбитали.
7. Орбитали заполняются электронами в порядке:
1) возрастания главного квантового числа (n);
2) возрастания орбитального квантового числа (l );
3) снижения энергии электрона (n+l);
4) возрастания энергии электрона (n+l).
8. Число электронных слоев в атоме любого элемента равно:
1) номеру периода, в котором он находится;
2) порядковому номеру элемента;
3) номеру группы, в которой он находится;
4) заряду ядра атома элементы.
55
9. Суммарное спиновое число электронов данного
ым,
подуровня должно быть:
1) минимальным; 2) отрицательным;
3) максимальным; 4) положительным.
10. Число электронов во внешнем слое атомов всех элементов
может быть не больше:
1) двух; 2) восьми;
3) десяти; 4) четырнадцати.
11. Внешний электронный слой является завершенн
если имеет конфигурацию:
1) s2; 2) s2p6;
3) s2p6d10; 4) s2p6d10f14.
12. Для сравнения металлических свойств элементов
применяют специальную величину:
1) энергию возбуждения; 2) сродство к электрону;
3) энергию ионизации; 4) заряд ядра атома элемента.
13. Определите заряд ядра атома элемента пятой группы с
массовым числом 74,92:
1) +42; 2) +33;
3) +74; 4) +75.
14. Сколько протонов и нейтронов содержится в атоме урана?
1) 92 и 146; 2) 146 и 92;
3) 92 и 238; 4) 146 и 238.
15. Ядро атома элемента содержит 12 нейтронов, Аr=23.
Определите порядковый номер элемента.
1) № 12; 2) № 35;
3) № 11; 4) № 23.
16. У какого элемента начинает заполняться 4f-подуровень?
1) La; 2) C e;
3) Lu; 4) Hf.
17. Укажите невозможную электронную конфигурацию:
1) 3d6; 2) 5d2;
3) 3f12; 4) 2p4.
18. Сколько свободных 3d-орбиталей имеет атом титана?
1) две; 2) три;
3) четыре; 4) пять.
56
19. По какой формуле можно определить максимальное
число электронов в электронном слое?
1) 2n2; 2) n+l;
3) n2; 4) 2n+l.
20. Какое максимальное число электронов может содержать
атом в электронном слое с главным квантовым числом n = 4?
1) 32 электрона; 2) 18 электронов;
3) 8 электронов; 4) 2 электрона.
21. Какой подуровень заполняется в атомах после
заполнения подуровня 5p?
1) 5d-подуровень; 2) 4f-подуровень;
3) 6s-подуровень; 4) 6p-подуровень.
22. Электронная конфигурация атома имеет вид
1s22s22p63s23p63d64s2. Какой это элемент?
1) Ca; 2) T i;
3) Zn; 4) Fe.
23. Сколько свободных 3d-орбиталей имеет атом титана?
1) две; 2) три;
3) четыре; 4) пять.
24. Сколько свободных f-орбиталей в атоме церия?
1) три; 2) четыре;
3) пять; 4) семь.
25. К какому типу элементов относится свинец?
1) s-элемент; 2) p-элемент;
3) d-элемент; 4) f-элемент.
26. Сколько электронных слоев имеет атом бария?
1) два; 2) три;
3) пять; 4) шесть.
27. Какой из элементов является более активным металлом?
1) натрий; 2) скандий;
3) калий; 4) медь.
28. Магнитное квантовое число определяет:
1) форму и число орбиталей;
2) число орбиталей в атоме;
3) величину энергии электрона;
4) ориентацию орбиталей в пространстве и число орбиталей.
57
29. Группы периодической системы содержат элементы:
1) металлы и неметаллы;
2) с разными химическими свойствами;
3) только металлы;
4) с подобными химическими свойствами.
30. Какова конфигурация валентных электронов в основном
состоянии атома хрома?
1) …5s25p2; 2) …5s15p3;
3) …4d25s2; 4) …3d54s1.
31. Какова конфигурация валентных электронов в
возбужденном состоянии в атоме олова?
1. …5s25p2; 2) …5s15p3;
3. …4d25s2; 4. …3d24s2.
32. Сколько электронов содержится во внешнем
электронном слое атома теллура?
1) два; 2) четыре;
3) шесть; 4) восемь.
33. Какой из элементов проявляет наиболее сильные
неметаллические свойства?
1) углерод; 2) азот;
3) фосфор; 4) хлор.
34. Сколько электронов находится на 5p-подуровне атома
олова в нормальном и возбужденном состоянии?
1) 0 и 2; 2) 2 и 3;
3) 4 и 3; 4) 2 и 4.
35. Какой заряд имеет ядро атома, который имеет
электронную конфигурацию …4d25s2?
1) +22; 2) +24;
3) +40; 4) +72.
36. Атомы каких элементов четвертого периода содержат
наибольшее число неспаренных d-электронов?
1) V и Cr; 2) Ni и Cu;
3) Cr и Mn; 4) Mn и Fe.
37. У какого элемента на третьем энергетическом уровне
расположено девять электронов?
1) калий; 2) кобальт;
3) скандий; 4) медь.
58
38. Сколько электронов находится на 4d-подуровне атома гафния?
1) два; 2) четыре;
3) шесть; 4) десять.
39. Сколько электронных пар у атома хлора?
1) две; 2) три;
3) пять; 4) восемь.
40. Какова конфигурация валентных электронов в основном
состоянии в атоме вольфрама?
1) …5d16s26p3; 2) … f145d56s2;
3) …5d46s2; 4) …6s26p4.
41. Сколько электронов находится на 4f–подуровне атома
самария?
1) три; 2) четыре;
3) пять; 4) шесть.
42. Чему равно максимальное число электронов на
подуровне l=3?
1) два; 2) шесть;
3) десять; 4) четырнадцать.
43. Чему равно максимальное число электронов на
подуровне l=2?
1) два; 2) шесть;
3) десять; 4) четырнадцать.
44. Укажите возможные значения квантовых чисел n,l,ml,m
для валентного p-электрона атома алюминия:
1) 3; 1; +1; +1/2; 2. 3; 2; +1; +1/2;
3) 3; 3; +2; +1/2; 4. 4; 1; +1; +1/2.
45. Сколько электронов на 4d -подуровне атома молибдена?
1) три; 2) четыре;
3) пять; 4) шесть.
46. К какому типу элементов относится лантан?
1) s-элемент; 2) p-элемент;
3) d-элемент; 4) f-элемент.
47. Какой подуровень заполняется в атомах после
заполнения подуровня 4f?
1) 5d-подуровень; 1) 5p-подуровень;
3) 6s-подуровень; 3) 4d-подуровень.
s
59
ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
3.1. Химическая связь. Ковалентная связь
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
химическая связь chemical bond liaison f chimique ﺔﯾوﺎﯿﻤﯿﻛ ﺔﻗﻼﻋ
взаимодействие interaction interaction(f) لدﺎﺒﺘﻣ ﻞﻣﺎﻌﺗ
ковалентная связь covalent bond couplage(m)
covalent
ионная связь ionic bond liaison f ionique ﺔﯿﻧﻮﯾا ﺔﻗﻼﻋ
металлическая связь metallic bond liaison(f)
métallique
сближение approach rapprochement(m) ﺐﯾﺮﻘﺗ ، برﺎﻘﺗ
перекрывание overlapping recouvrement(m) ﺔﯿﻄﻐﺗ ةدﺎﻋأ
общая электронная
пара
донор donor do nneur(m) عﺮﺒﺘﻤﻟا
акцептор accepto r accepteur(m) ﻞﺑﺎﻘﻟا
неспаренный
электрон
common
electr on p air
non-coupled
electron
doublet(m)
électronique
électron m impair جواﺰﺘﻣ ﺮﯿﻏ نوﺮﺘﻜﻟأ
ﺔﯿﻤھﺎﺴﺗ ﺔﻗﻼﻋ
ﺔﯿﻧﺪﻌﻣ ﺔﻗﻼﻋ
ﻲﻧوﺮﺘﻜﻟأ جوز
كﺮﺘﺸﻣ
Химические элементы встречаются в природе, главным образом, не в виде отдельных атомов, а в виде сложных или простых
веществ. Лишь благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) находятся в природе в атомном состоянии, что объясняется устойчивостью электронных оболочек их атомов. Во всех других веществах
между атомами существует химическая связь.
Химическая связь – это взаимодействие двух или несколь-
ких атомов, в результате которого образуется химически устойчивая двух- или многоатомная система (например, молекула или
кристалл).
Химическая связь образуется за счет валентных электронов,
но осуществляется по разным механизмам. Различают три основных типа химических связей: ковалентную, ионную, металлическую и водородную.
Простейший пример ковалентной связи – образование молекулы водорода: H + H = H2, ∆Ho = - 436 кДж.
60
При сближении двух атомов, имеющих по одному неспаренному s-электрону с антипараллельными спинами, на расстояние 0,074 нм происходит частичное перекрывание их электронных
облаков и образуется общая электронная пара (рис.4).
Электронная формула Н
Электронная схема образования молекулы Н
Рис. 4. Изображение образования молекулы водорода
2
2
Между центрами обоих ядер образуется молекулярное
двухэлектронное облако, которое обладает максимальной электронной плотностью в пространстве между ядрами. Увеличение
плотности отрицательного заряда способствует сильному возрастанию сил притяжения между ядрами и молекулярным облаком.
Cвязь атомов с помощью общих электронных пар называется ковалентной. Образование ковалентной связи изображают
также с помощью квантовых ячеек:
валентные электроны общая пара электронов
Рассмотрим образование молекулы хлороводорода. Элек-
тронные формулы атомов хлора и водорода (17Cl 1s22s22p63s23p5;
H 1s1) показывают, что внешние электронные слои этих атомов
1
имеют по одному неспаренному электрону (у атома водорода это
s-электрон, а у атома хлора это p-электрон). При сближении
атомов водорода и хлора на расстояние 0,128 нм происходит
перекрывание s- и p-орбиталей и образуется общая электронная
пара (рис. 5).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]