Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Химия ч.1.doc
Скачиваний:
149
Добавлен:
15.04.2015
Размер:
371.2 Кб
Скачать

Ядро атома. Ядерные реакции. Радиоактивность.

Ядро атома состоит из протонов (относительная масса 1, относительный заряд +1) и нейтронов (относительная масса 1, заряд 0). Протоны и нейтроны относятся к элементарным частицам.

Число протонов в ядре атома Z определяет положительный заряд ядра. Этот заряд в относительных единицах равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Относительная масса ядра складывается из массы протонов, которая также будет равна Z, и массы нейтронов, которая в относительных единицах (а.е.м.) равна числу нейтронов в ядре N. Так как практически вся масса атома сосредоточена в ядре (масса электронной оболочки значительно меньше массы ядра), можно считать, что относительная атомная масса равна сумме масс протонов и нейтронов в ядре:

Ar = Z+N

Все химические элементы имеют атомы с различными массами – изотопы. Изотопы какого-либо элемента отличаются друг от друга числом нейтронов в ядре. Элемент водород, например, имеет три изотопа: протий 11Н (в ядре 1 протон и О нейтронов, относительная масса атома 1), дейтерий 12Н или D (в ядре 1 протон и 1 нейтрон, относительная масса атома 2) и тритий 13Н или Т (в ядре 1 протон и 2 нейтрона, относительная масса атома 3). Многие элементы в природе имеют несколько изотопов. Большое число изотопов химических элементов получают искусственным путем.

Пример. Исходя из положения элементов в ПСЭ, составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?

Решение. Используя представления о распределении металлических и неметаллических свойств элементов в периодах, а также о зависимости высшей степени окисления от номера группы, можно изменения химических свойств элементов III периода представить в следующей таблице:

Номер группы

I

II

III

IV

V

VI

VII

Элемент

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Валентные электроны

3s1

3s2

3s23p1

3s23p2

3s23p3

3s23p4

3s23p5

Высшая степень окисления

+1

+2

+3

+4

+5

+6

+7

Формула оксида

Na2O

MgO

Al2O3

SiO2

P2O5

SO3

Cl2O5

Формула гидроксида

NaOH

Mg(OH)2

Al(OH) 3 H3AlO3

H2SiO3

H3PO4

H2SO4

HClO4

Химический характер гидроксида

основной

основной

амфотерный

кислый

кислый

кислый

кислый

Пример. Составить электронную формулу атома кремния и графическую схему заполнения электронами валентных орбита-лей этого атома в нормальном и в возбужденном состояниях.

Р е ш е н и е. Составляем электронную формулу атома кремния. 1s22s22p63s23p2. Валентными орбиталями в этом атоме являются орбитали внешнего (третьего) электронного слоя, т.е. 3s-, Зр- и незаполненные Зd-орбитали. Графически схема заполнения электронами этих орбиталей имеет следующий вид:

3d

3p

3s

↓↑

Размещение электронов на 3р-подуровне показано здесь в соответствии с правилом Хунда: суммарный спин атома имеет при этом максимальное значение (1). Другие возможные размещения электронов на Зр-подуровне, например,

3p 3p

или

↓↑

отвечают нулевому значению суммарного спина атома и, следовательно, соответствуют возбужденному состоянию атома.

При затрате некоторой энергии один из 3s-электронов атома кремния может быть переведен на вакантную Зр-орбиталь; при этом энергия атома возрастает, так что возникающая электронная конфигурация (1s22s22p 63s 13p3) также соответствует одному из возможных возбужденных состояний кремния:

3d

3p

3s

Электронными аналогами называют элементы, у которых валентные электроны расположены на орбиталях, описываемых общей для всех элементов формулой. В периодической системе элементов электронные аналоги входят в состав одной подгруппы.

Пример . На каком основании хлор и марганец помещают в одной группе периодической системы элементов? Почему их помещают в разных подгруппах? Р е ш е н и е. Электронные конфигурации атомов:

Cl 1s22s23p63s23p5 ; Mn 1s22s22p63s23p63d54s2.

Валентные электроны хлора — 3s25, а марганца — 3d54s2; таким образом, эти элементы не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов находится одинаковое число электронов - 7. На этом основании оба элемента помещают в одну и ту же седьмую группу периодической системы, но в разные подгруппы.

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

  1. В каких группах и подгруппах периодической системы находятся s- и р-элементы?

  2. Какое максимальное число электронов может находиться на третьем и четвертом энергетических уровнях?

  3. Как теория строения атома объясняет усиление неметаллических свойств элементов в пределах периода с увеличением атомного номера?

  4. Как с точки зрения теории строения атома объяснить усиление металлических свойств элементов с увеличением их атомной массы в пределах группы?

  5. На основании строения атома докажите, у какого элемента II группы, у магния или стронция,

сильнее проявляются металлические свойства.

  1. Что общего в строении атомов лития, натрия, калия?

  2. Назовите элементы I группы, в предпоследнем слое атомов которых содержится 8 электронов,18 электронов.

  3. Напишите электронные формулы для ионов: Fe2+, Fe3+, Cl-, S2-, Cu2+, Сr3+.

  4. Может ли ион двухвалентного металла иметь электронную конфигурацию ls22s22p63sl; ls22s22p63s23p6?

  5. На основании электронной структуры установите химические свойства элементов с порядковыми номерами 7, 17, 20, 26.

  6. Сколько электронных слоев у атомов с числом протонов в ядре 4, 9, 17, 19? Ответ обоснуйте.

  7. Для всех ли элементов номер группы соответствует числу электронов в последнем слое атома? Ответ поясните.

  8. Сколько неспаренных электронов содержится в основном состоянии в электронных оболочках атомов хлора, серы, углерода?

  9. Среди приведенных ниже конфигураций укажите возможные и невозможные: а)1р2; б) 4s2; в) 5f4; г) 3d3; д) 4р5; е) 2р4; ж) 3d8.

  10. В следующих конфигурациях укажите, какие подуровни достроены, а какие не заполнены электронами до полной их емкости: a)3s2; б) 5d8; в) 4f14; г) 6s1; д) 2р6; е) 3d10.

  11. Составьте электронную формулу атома элемента, расположенного: а) в шестой группе III периода; б) в четвертой группе в пятом ряду IV периода; в) в седьмой группе в седьмом ряду V периода.

  12. Назовите элементы IV, V и VI периодов, у которых заканчивается заполнение d-орбиталей (3d10, 4d10, 5d10).

  13. Напишите электронные формулы атомов IV периода седьмой группы.

  14. Назовите элементы, имеющие следующие электронные формулы:

а) 1s22s22p63s23p5; б) 1s22s22p63s23p64s1;

в) 1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1;

  1. Напишите электронную формулу атома железа. Как распределяются электроны на d-подуровне и какова высшая валентность железа?

  2. Назовите элементы, имеющие по одному электрону на 3d-и 4d-пoдypoвняx. Напишите электронные формулы атомов этих элементов и укажите их положение в периодической системе.

  3. Исходя из распределения электронов по орбиталям атома кремния в возбужденном состоянии, объясните проявление этим v элементом валентности, равной четырем.

  4. На примере марганца и мышьяка покажите применимость правила Хунда.

  5. Назовите элементы, имеющие по одному электрону на Зр1- и 4р1-подуровнях. Напишите электронные формулы атомов этих элементов и укажите их положение в периодической системе.

  6. Сколько свободных d-орбиталей имеет атом ванадия? Напишите для него электронную и электронно-графическую формулы.

  7. Пользуясь правилом Хунда, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам (орбиталям) у атомов хлора, кобальта, азота.

  8. Напишите электронно-графическую формулу для атома хлора. Сколько электронных пар в атоме хлора и какие орбитали они занимают? Сколько неспаренных электронов в атоме хлора?

  9. Могут ли содержаться d-электроны в данном слое, если его структура заканчивается одной из следующих конфигураций: 3s1; 4p1; 5f11?

  10. Напишите электронные формулы атомов элементов: цезия, лантана, тантала, свинца. К каким элементам они относятся (s, p, d или f)?

  11. Указать порядковый номер элемента, у которого: а) заканчивается заполнение электронами орбиталей 4d; б) начинается заполнение подуровня 4р.

  12. Какой подуровень заполняется в атомах после подуровня 5s?

  13. У какого элемента начинает заполняться подуровень 4f? У какого элемента завершается заполнение этого подуровня?

  14. Записать электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра: а) 8; б) 13; в) 18; г) 23; д) 53; е) 63; ж) 83. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов.

  15. Среди приведенных ниже электронных конфигураций указать невозможные и объяснить причину невозможности их реализации: а) 1р3; б) 3р6; в) 3s2; г) 2s2; д) 2d5; e) 5d2; ж) 3f12; з) 2р4; и) Зр7.

  16. Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы: а) В; б) S; в) As; г) Сr; д) Hg; e) Eu?

  17. Структура валентного электронного слоя атома элемента выражается формулой: а) 5s25p4; б) 3d54s1. Определить порядковый номер и название элемента.

  18. Электронная структура атома описывается формулой 1s22s22p63s23p63d64s2. Какой это элемент?

  19. Написать электронные формулы ионов: а) Sn2+; б) Sn4+; в) Мn2+; г) Сu2+; д) Cr3+; e) S2-.

  20. Составьте электронную формулу атома элемента , подчеркните в формуле валентные электроны, укажите к какому электронному семейству относится данный элемент. Распределите электроны атома по электронным ячейкам и укажите число неспаренных электронов в атоме в нормальном (невозбуждеяном) состоянии. Напишите формулу высшего оксида. Определите число протонов и нейтронов:

а) 3517 Cl и 3717 Cl ; б) 4220 Ca и 4020 Ca ; в) 6831Ga и 7031Ga ; г) 3216S и 3416S ; д) 2311Na и 2411Na ;

и) 5525Mn и 5625Mn ; к) 4722Ti и 4822Ti ; л) 3015P и 3215P ; м) 2814Si и 3014Si ; н) 2613Al и 2713Al .

  1. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов III периода ПСЭ, отвечающие их высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?

  2. Что такое сродство к электрону? Как изменяется окислительная активность элементов в ряду N, О, F? Ответ мотивируйте строением атомов данных элементов.

  3. Какую высшую степень окисления проявляют мышьяк, хром. марганец? К каким электронным семействам принадлежат эти элементы? Составьте формулы оксидов данных элементов, отвечающих этой степени окисления.

  4. Какую низшую степень окисления проявляют фосфор, кислород, фтор, кремний? Почему? Составьте и назовите формулы водородных соединений этих элементов. К какому электронному семейству они относятся?

  5. Что понимают под электроотрицательностью? Как изменяются неметаллические свойства элементов в рядах: a) Si, Р, S, Cl; б) Cl, Br, I ? Почему?

  6. Что такое энергия ионизации ? Используя значения J , объясните, какой из металлов - калий, рубидий, цезий или франций– легче всего окисляется.

  7. Внешние уровни атомов имеют строение ...2s22p2; ...4s24p 1 ; ...5s25p4; ...6s1. В каких периодах, группах и подгруппах находятся эти элементы? К каким электронным семействам они принадлежат?

  8. Внешний и предвнешний уровень имеет строение: ... 3s23p63d44s2; ...4s24p64d105s25p4. В каких периодах, группах и подгруппах находятся эти элементы, к какому электронному семейству они относятся? Составьте формулы оксидов, соответствующие высшей степени окисления этих элементов.

  9. Какие степени окисления проявляют углерод и хлор? Ответ мотивируйте , исходя из строения атомов этих элементов. Напишите формулы оксидов, соответствующие всем возможным положительным степеням окисления этих элементов.