Задача n 25

Номер задачи	Порядковый номер элемента
25	37

На основании положения химического элемента № 37 и его электронной формулы составьте прогноз его химических свойств, ответив на следующие вопросы:

1. В каких периоде, группе и подгруппе располагается данный элемент в периодической системе Д.И. Менделеева?

2. Укажите соответствие между положением элемента в периодической системе Д.И. Менделеева и его электронной формулой (номером внешнего энергетического уровня, общим числом валентных электронов, характером их распределения по энергетическим подуровням).

3. К какому электронному семейству относится данный элемент?

4. Охарактеризуйте валентные состояния атомов данного элемента в основном и возбужденных состояниях с помощью электронно-графических формул.

5. Чему равны максимальная и минимальная степени окисления атомов этого элемента?

6. Каковы формулы высшего оксида и соответствующего гидроксида этого элемента?

Решение

Данный элемент располагается в периодической системе в периоде № 5, в группе № 1, в главной подгруппе.

Электронная формула элемента имеет вид:

1s2-2s2-2p6-3s2-3p6-4s2-3d10-4p6-5s1

Номер внешнего энергетического уровня ( n = 5) соответствует номеру периода. Общее число валентных электронов (электронов внешнего энергетического уровня, а также предвнешнего d-подуровня, если он застроен неполностью) для большинства элементов соответствует номеру группы.

Валентные электроны данного элемента: 5s1 их общее число = 1, что соответствует номеру группы (1).

Принадлежность элементов к главным или побочным подгруппам определяется типом электронного семейства:

s- и p-элементы составляют главные подгруппы,

d- и f-элементы образуют побочные подгруппы.

Классификация химических элементов по электронным семействам основана на характере застройки электронных оболочек. В соответствии с ним элементы подразделяются на следующие электронные семейства:

- s-элементы (застройка внешнего s-подуровня, все внутренние слои застроены);

- p-элементы (застройка внешнего p-подуровня, все внутренние слои застроены);

- d-элементы (застройка предпоследнего d-подуровня);

- f-элементы (застройка третьего снаружи f-подуровня).

Исходя из указанной классификации элемент рубидий (Rb) принадлежит к s -электронному семейству и находится в периодической системе в А-подгруппе.

Валентные состояния атомов определяются наличием одиночных неспаренных валентных электронов (спиновая валентность).

Для определения спиновой валентности элемента в основном (т.е. отвечающем его минимальной энергии) распределяем его валентные электроны по квантовм ячейкам в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда:



1s-подуровень



2s-подуровень







2p-подуровень



3s-подуровень







3p- подуровень











3d-подуровень



4s-подуровень







4p- подуровень



5s-подуровень

Число одиночных неспаренных валентных электронов равно 1.

Кроме представленного выше основного состояния атома можно представить возбужденные состояния, в которые атом переходит при получении им дополнительных порций энергии, и которые характеризуются переходами электронов из занятых ячеек в свободные в пределах данного уровня, что проявляется в изменении спиновой валентности элемента. Если свободные квантовые ячейки на данном энергетическом уровне отсутствуют, то возбужденные состояние невозможны, и спиновая валентность в таком случае постоянна.

На внешнем энергетическом уровне в данном случае лишь один неспаренный электрон, поэтому определять значения спиновой валентности нет необходимости.

Высшую (максимальную) степень окисления атом приобретает, отдав все свои валентные электроны. Поэтому для большинства элементов максимальная степень окисления равна номеру группы, в которой находится данный элемент в таблице Д.И. Менделеева.

Следовательно, для элемента рубидий (Rb) максимальная степень окисления составляет: +1

Низшая (минимальная) степень окисления соответствует числу электронов, необходимых атому для достройки внешнего электронного слоя до октета восьмиэлектронной структуры). Поэтому минимальную степень окисления можно вычислить по формуле: N_группы - 8.

Однако, присоединение электронов свойственно только атомам типичных неметаллов, поэтому для металлов и переходных элементов минимальная степень окисления равна нулю.

Рассматриваемый в задаче элемент рубидий (Rb) проявляет минимальную степень окисления, равную нулю, так как это металл.

Зная величины максимальной и минимальной степени окисления атомов элементов, можно составить формулы их соединений.

Оксиды - это соединения элементов с кислородом. Общая формула оксида: Э_mO_n (Э-символ элемента, О-символ кислорода, числа m и n показывают количественное соотношение между атомами элементов). Кислород проявляет минимальную степень окисления -2 (элемент VI группы).

Поэтому для обеспечения электронейтральности химической формулы необходимо подобрать следующие соотношения m:n для указанного в задаче элемента: рубидий (Rb) .и формула его оксида имеет вид: Rb₂O

Гидроксиды - это основания (для типичных металлов и d-элементов, если их атомы находятся в степени окисления не выше +3) и кислоты (для типичных неметаллов и d-элементов в степенях окисления >3).

Общая формула основания: Me(OH)_n (n  3, n = 3)_, при этом число гидроксильных групп (ОН^-) соответствует валентности металла.

Для элемента, приведенного в условии задачи, формула основания имеет вид:RbOH

Кислот элемент не образует, так как рубидий – метал и s-элемент.