Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия (Для студентов-иностранцев). Учебное пособие
.pdf
Элементы, в атомах которых заполняются s-орбитали последнего слоя, называются s-элементами. Элементы, в атомах
которых заполняются p-орбитали последнего слоя, называются
p-элементами. Каждый период начинается с двух s-элементов
(элементы подгрупп IA и IIA), а также водород и гелий и заканчивается (кроме первого периода) шестью p-элементами (элементы подгрупп IIIA – VIIIA).
Во внешнем электронном слое атомов элементов побочных
подгрупп обычно находятся один или два s-электрона. Но у этих
элементов заполняются d-орбитали второго снаружи слоя или
f-орбитали третьего снаружи слоя.
The elements of secondary subgroups are filled with d-orbitals of the
second layer from the outside or f-orb itals of the t hi rd layer from the outs ide.
Les élément s d es s ous- group es s econ d a ir es s on t r em pl is d ' or bita l es d de
la deu xième couch e de l'ex térieur ou d'or bitales f d e la tr oisième couch e de
l'ext érieur .
وأ ﺔﯿﻧﺎﺜﻟا ﺔﯿﺟرﺎﺨﻟا ﺔﻘﺒﻄﻟا ﻦﻣ lattibro-d تاراﺪﻤﺑ ﺔﯿﺒﻧﺎﺠﻟا ﺔﯿﻋﺮﻔﻟا تﺎﻋﻮﻤﺠﻤﻟا ﺮﺻﺎﻨﻋ ﺊﻠﺘﻤﺗ
.ﺔﻘﺒﻄﻟا جرﺎﺧ ﺚﻟﺎﺜﻟا lattib ro -f
Элементы, у которых заполняются d-орбитали, называются
d-элементами. В 4–7 периодах расположено по десять d-элементов:
№ 21 – 30; № 39 – 48: № 57, 72 – 80, № 89, 104 – 112.
Элементы, у которых заполняются f-орбитали, называются
f-элементами. В 6 и 7 периодах расположено по четырнадцать
f-элементов – это соответственно лантаноиды (№ 58 – 71) и акти-
ноиды (№ 90 – 103).
Электронная теория строения атома объяснила структуру
периодической системы элементов: число групп, подгрупп, периодов, а также число элементов в группах и подгруппах.
В современном варианте периодической системы элементов
также каждый период начинается с двух s-элементов (элементы
1 и 2 групп), а также водород и гелий и заканчивается (кроме первого периода) шестью p-элементами (элементы 13 – 18 групп). В
4–7 периодах между s- и p-элементами расположено по 10
d-элементов (элементы 3 – 12 групп). В 6 и 7 периодах расположе-
но по четырнадцать f-элементов – это соответственно лантаноиды
и актиноиды, которые находятся в 3 группе.
61
Современная форма таблицы лишена несоответствий и
недостатков, присущих ее короткой форме, например, различие
свойств элементов, находящихся в одной группе. Так, например,
в I группе короткой формы находятся металлы Cu, Ag, Au, Rg
(подгруппа IВ) и противоположные по активности щелочные металлы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (подгруппа IА). В современной форме
таблицы щелочные металлы остались в I группе, а металлы Cu,
Ag, Au, Rg переведены в ХI группу. В VI группе элементыхалькогены – O, S, Se, Te, Po, Lv находятся вместе с тугоплавкими металлами – Cr, Mo, W, Sg, а в VII группе галогены – F, Cl, Br,
I, At, Ts находятся с не менее тугоплавкими металлами Mn, Tc,
Re, Bh. Халькогенам (в переводе с греческого «рождающие ру-
ды») свойственно явление аллотропии – существование химических элементов в виде двух и более простых веществ (аллотропных модификаций). Максимально противоречива структура
VIII группы. В нее включены "семейство" железа (Fe, Co, Ni) и
"семейство" платиновых металлов (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) и недавно полученные элементы № 108 – 110 (Hs, Mt, Ds), которые никогда не относились к платиновым. В эту же группу входят так называемые благородные или инертные газы (Не, Ne, Аr, Кr, Хе, Rn,
Og), занимающие особое место среди химических элементов, так
как они имеют полностью завершенный внешний электронный
слой и занимают промежуточное положение между металлами и
неметаллами.
Все элементы одной группы современной формы периодической системы (кроме водорода и гелия - они всегда на особом положении), расположенные вертикально в один ряд, имеют в принципе
одинаковые строения двух наружных s- и p- или s- и d-орбитали.
Теория строения атома объясняет периодическое изменение
свойств элементов, так как возрастание положительных зарядов
атомных ядер обусловливает периодическое повторение строения
внешнего энергетического уровня.
Пример 1. Определите элемент, его местонахождение в
периодической системе, если его электронная формула имеет
следующий вид: …5s25p5.
62
Решение
Определяют элемент и находят его местоположение в периодической системе двумя способами.
1. Составляют полную электронную формулу атома элемента и определяют число электронов в атоме, которое указывает на порядковый номер элемента. Электронная формула этого
элемента будет иметь вид: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5.
Число электронов равно 53, следовательно, порядковой
номер элемента в периодической системе равен 53.
Ответ: йод.
2. Сокращенная электронная формула …5s25p5 показывает,
что число энергетических уровней в атоме элемента рано пяти,
значит этот элемент находится в 5 периоде. Элемент, в атоме
которого заполняются p-орбитали внешнего слоя, находится в
главной подгруппе. Число электронов во внешнем слое атома
элемента равно семи (2 е- на 5s-орбитали + 5е- на 5p-орбитали),
поэтому элемент находится в VII группе.
Ответ: йод (5 период, VII группа, главная подгруппа).
Пример 2. Напишите возможные значения четырех кван-
товых чисел для валентного p-электрона атома алюминия
Решение
Электронная формула алюминия: 1s22s22p63s23p1.
Валентный электрон находится на 3p-орбитали. Эта орби-
таль находится на третьем энергетическом уровне, поэтому главное квантовое число n = 3. Для p-орбитали побочное квантовое
число l = 1, магнитное число ml= -1; 0; +1. Спин электрона m
может принимать два значения +1/2 или -1/2.
Ответ: шесть значений четырех квантовых чисел.
s
n l m
l
m
3 1 -1 +1/
3 1 0 +1/
3 1 +1 -1/
3 1 -1 -1/
3 1 0 -1/
3 1 +1 -1/
s
2
2
2
2
2
2
63
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) ،ءﺎﻨﺑ ةدﺎﻋأرﺎﻤﻋأ 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
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 (He, Ne, Ar, Kr, 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 теряют 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.
The ioni zation ener gy is the en ergy requir ed to detach th e weakest
elec tron from an atom .
L'éner gie d'ionisation est l 'énergi e nécessaire pour détacher l'électron
le plus faible d'un atome.
.ةرﺬﻟا ﻦﻋ ﻼﯿﻠﻗ ﻼﯿﺻﻮﺗ ﺮﺜﻛﻷا نوﺮﺘﻜﻟﻹا ﻞﺼﻔﻟ ﺔﻣزﻼﻟا ﺔﻗﺎﻄﻟا ﻲھ ﻦﯾﺄﺘﻟا ﺔﻗﺎﻃ نإ
64
Энергию ионизации выражают в электрон-вольт на атом
(эВ/атом). Щелочные металлы, имеющие небольшие значения
энергии ионизации, обладают ярко выраженными металлическими свойствами.
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.
Electron affinity is t he energy released wh en one electron i s attach ed
to an atom.
L'affinité électronique est l'én ergie libérée lorsqu'un électron est atta-
ché à un at ome.
.ةرﺬﻟﺎﺑ ﺪﺣاو نوﺮﺘﻜﻟإ ﻞﯿﺻﻮﺗ ﺪﻨﻋ ﺎﮭﺼﯿﺼﺨﺗ ﻢﺘﯾ ﻲﺘﻟا ﺔﻗﺎﻄﻟا ﻮھ نوﺮﺘﻜﻟﻹا برﺎﻘﺗ
Наибольшие значения сродства к электрону у элементов
главной подгруппы VII группы (F, Cl, Br, I, At, Ts) – типичных
неметаллов.
Рассмотрим, как изменяются строение атомов и химические свойства элементов одного периода, например, третьего.
Атомы элементов этого периода имеет три электронных слоя K,
L, M. Строение слоев K и L одинаково для всех элементов этого
периода, строение внешнего слоя M - неодинаково. С увеличени-
ем заряда ядра атомов у элементов одного периода уменьшается
радиус атома, а число внешних электронов увеличивается
(табл. 6). 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.
Третий период начинается типичным щелочным металлом
– натрием. За ним следует другой типичный металл – магний,
металлические свойства которого слабее, чем у натрия. Следующий металл – алюминий в некоторых соединениях проявляет неметаллические свойства. Элементы Si, P, S, Cl являются уже
неметаллами, причем неметаллические свойства усиливаются,
65
переходя от Si к Cl. Хлор является типичным неметаллом. Период заканчивается инертным элементом аргоном. Такие изменения
химических свойств элементов наблюдаются во всех периодах
Таблица 6
Некоторые свойства атомов элементов третьего периода
Элемент Номер
группы
Na I +11 0,189 5,14 0,47
Mg II +12 0,269 7,64 0,32
Al III +13 0,143 5,98 0,52
Si IV +14 0,134 8,15 1,46
P V +15 0,130 10,48 1,77
S VI +16 0,104 10,36 2,15
Cl VII +17 0,099 13,01 3,70
* - Единицы элементарного электрического заряда
Заряд
ядра*
Атомный
радиус,
нм
Энергия
ионизации,
эВ
Сродство к
электрону,
эВ
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. На внешнем слое атомов переходных элементов находятся один или два s-электрона, а заполняются предпоследний слой у d-элементов и третий снаружи слой у f-элементов.
Таким образом, химические свойства элементов изменяются периодически с изменением их порядкового номера.
Элементы одной подгруппы имеют одинаковое строение
внешнего электронного слоя. Например, у атомов всех элементов
IA подгруппы во внешнем слое содержится один s-электрон. Однако радиус атомов и число электронных слоев увеличивается с
повышением порядкового номера элемента (табл. 7).
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.
66
Таблица 7
неметаллические свойства
металлические свойства
порядковые номера
металлические свойства
неметаллические свойства
увеличиваются
порядковые номера
Некоторые свойства элементов главной
подгруппы первой группы
Элемент Номер
периода
H 1 +1 0,110 13,59
Li 2 +3 0,155 5,39
Na 3 +11 0,189 5,14
K 4 +19 0,236 4,34
Rb 5 +37 0,248 4,18
Cs 6 +55 0,262 3,89
Fr 7 +87 0,370 3,83
* - Единицы элементарного электрического заряда
Заряд
ядра*
Атомный
радиус, нм
Энергия
ионизации, эВ
Изменение свойств элементов в периодах и группах схема-
тически можно представить так:
Период
Группа
усиливаются
усиливаются
увеличиваются
ослабевают
усиливаются
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.
Такая формулировка закона нисколько не противоречит
формулировке, данной Д.И. Менделеевым. Она только базируется на новых данных, которые придают закону и системе научную
обоснованность, и подтверждает их правильность. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева отражает периодический закон, а вместе с тем и строение атомов элементов.
67
Задачи и упражнения для самостоятельной работы
1. Гидроксид металла II группы периодической системы
химических элементов Д. И. Менделеева массой 29 г содержит
3,01∙1023 молекул. Определите этот металл и напишите электронную формулу его атома.
2. Составьте электронную формулу химического элемента,
атом которого на d-орбиталях третьего электронного уровня
имеет 7 электронов.
3. Составьте электронную формулу химического элемента,
атом которого на f-орбиталях четвертого электронного уровня
имеет 5 электронов.
4. Определите значения четырех квантовых чисел, характеризующих валентный электрон в атомах натрия, бора, скандия,
меди, лантана.
5. Масса атома изотопа магния равна 4,318∙10
-26
кг. Опре-
делите число нейтронов, которое содержит ядро этого атома.
6. Найдите в периодической системе элемент III группы,
высшее кислородное соединение, которого имеет относительную
молекулярную массу 326.
7. Какой элемент V группы образует высшее кислородное
соединение, в котором массовая доля кислорода составляет 0,56?
8. Рассчитайте массовые доли изотопов галлия:69Ga и71Ga,
если Ar(Ga) = 69,7.
9. Изобразите графические электронные формулы возбужденных атомов галлия и фосфора.
10. Какой заряд имеет ядро атома, который имеет элек-
тронную формулу … 4d55s1?
11. Атом какого элемента пятого периода содержит наибольшее число неспаренных d-электронов?
12. Атомы каких элементов шестого периода содержат
наибольшее число неспаренных f-электронов?
13. Укажите, на каких подуровнях находятся валентные
электроны атома серы в возбужденном состоянии.
14. Какой заряд имеет ядро атома, который имеет элек-
тронную формулу … 5f26s26p66d17s2?
68
15. Укажите элемент, у которого: а) заканчивается заполнение электронами 3d-орбиталей; б) начинается заполнение
4p-орбитали; в) заканчивается заполнение электронами 4d-орби-
талей; г) начинается заполнение 5p-орбитали; д) заканчивается
заполнение электронами 5d-орбиталей; е) начинается заполнение
5f-орбитали; ж) начинается заполнение 6d-орбитали.
16. Составьте графические электронные формулы атома
хлора в основном и возбужденном состояниях.
17. Составьте графические электронные формулы атомов
элементов четвертого периода, которые содержат наибольшее
число неспаренных (одиночных) d-электронов?
18. Напишите графическую электронную формулу атома
скандия. Укажите возможные значения четырех квантовых чисел
для валентного электрона.
19. Напишите графическую электронную формулу атома
галлия. Укажите возможные значения четырех квантовых чисел
для валентного электрона.
20. Напишите графическую электронную формулу атома
рубидия. Укажите возможные значения четырех квантовых чисел
для валентного электрона.
21. Укажите правильный и неправильный порядок размещения электронов на р-орбиталях:
; ; ; ; ; .
22. Сколько свободных 4d-орбиталей имеют атомы иттрия,
ниобия, молибдена?
23. Сколько свободных 3p-орбиталей имеют атомы алюминия, кремния, фосфора?
24. Сколько свободных 4f-орбиталей имеют атомы церия,
неодима, европия?
25. Сколько свободных 5f-орбиталей имеют атомы актиния,
урана, плутона?
26. Атом химического элемента на d-орбиталях третьего
энергетического уровня имеет 5 электронов. Составьте электронную формулу элемента.
69
ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
3.1. Химическая связь. Ковалентная связь
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
химическая связь chemical bond liaison f chimique ﻼﻋﺔﯾوﺎﯿﻤﯿﻛ ﺔﻗ
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 acceptor accepteur(m) ﻞﺑﺎﻘﻟا
неспаренный
электрон
common e lectron pair
non-coupled
electron
doublet(m)
électron ique
électron m impair جواﺰﺘﻣ ﺮﯿﻏ نوﺮﺘﻜﻟأ
ﺔﯿﻤھﺎﺴﺗ ﺔﻗﻼﻋ
ﻣ ﺔﻗﻼﻋﺔﯿﻧﺪﻌ
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,
Og) 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 не-
скольких атомов, в результате которого образуется химически
устойчивая двух- или многоатомная система (например, молекула
или кристалл).
A chemical bond is the interaction of two or more atoms, as a result
of which a chemically stable two- or polyatomic system (for example, a
molec ule or a crys tal ) is for med.
Une liaison chimique est l'interaction de deux atomes ou plus, à la
suite de laquelle un système biatomique ou polyatomique chimiquement
stable (par exemple, une molécule ou un cristal) est formé.
ةﺮﻘﺘﺴﻣ مﺎﻈﻧ ﻞﯿﻜﺸﺗ ﻢﺘﯾ ﻚﻟﺬﻟ ﺔﺠﯿﺘﻧو ،تارذ ةﺪﻋ وأ ﻦﯿﺗرذ ﻞﻋﺎﻔﺗ ﻲھ ﺔﯿﺋﺎﯿﻤﯿﻜﻟا تاﺪﻨﺴﻟا
.تﺎﻘﺒﻄﻟا دﺪﻌﺘﻣ وأ ﻦﯿﻨﺛا ﻦﻣ ﺎﯿﺋﺎﯿﻤﯿﻛ
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]