- •Федеральное агентство по образованию
- •Введение
- •Основные законы химии Краткие теоретические сведения
- •Определение z* и расчет мэ простых и сложных веществ
- •Математически закон эквивалентов для условной реакции вида
- •Примеры решения задач
- •По закону эквивалентов [формула (13)]: .
- •С.О. Кислорода в любом оксиде равна –2, тогда по формуле (9)
- •Следовательно, .
- •Строение атомов и свойства химических элементов Краткие теоретические сведения
- •Основная масса атома сосредоточена в ядре и характеризуется массовым числом а, которое равно сумме числа протонов z и числа нейтронов n:
- •Основные характеристики подуровней
- •Зависимость некоторых свойств элементов и их соединений от z
- •Относительная электроотрицательность некоторых элементов
- •Примеры решения задач
- •Химическая связь и строение молекул
- •Разрыв связи в молекуле может быть осуществлен:
- •Виды гибридизаций ао и геометрические параметры частиц
- •Строение и ожидаемая полярность молекул
- •Примеры решения задач
- •По табл.4 определяем что эо атомов хлора и йода равны 2,83 и 2,21 соответственно. Найдем разность эо атомов
- •По графику на рис.1 определяем си связи. Си 5 %. Тогда
- •Литература
- •Содержание
Относительная электроотрицательность некоторых элементов
-
Элемент
ЭО
Элемент
ЭО
Элемент
ЭО
Н
2,10
V
1,45
Tc
1,36
Li
0,97
Cr
1,56
Ru
1,42
Be
1,47
Mn
1,60
Rh
1,45
B
2,01
Fe
1,64
Pd
1,35
C
2,50
Co
1,70
Ag
1,42
N
3,07
Ni
1,75
Cd
1,46
O
3,50
Cu
1,75
In
1,49
F
4,00
Zn
1,66
Sn
1,72
Na
1,01
Ga
1,82
Sb
1,82
Mg
1,23
Ge
2,02
Te
2,01
Al
1,47
As
2,20
I
2,21
Si
1,74
Se
2,48
Cs
0,86
P
2,10
Br
2,74
Ba
0,97
S
2,60
Rb
0,89
Hf
1,33
Cl
2,83
Sr
0,99
Ta
1,33
K
0,91
Y
1,11
W
1,40
Ca
1,04
Zr
1,23
Pb
1,55
Sc
1,20
Nb
1,23
Bi
1,67
Ti
1,32
Mo
1,30
Po
1,76
Первые три периода содержат только s- и p-элементы и называются малыми. Четвертый и последующие периоды кроме s- и p-элементов содержат также d- и f-элементы и называются большими. У атомов s- и p-элементов свойства соседних атомов изменяются отчетливо, а для d- и в особенности для f-элементов одного и того же периода отличия в свойствах проявляется менее четко, так как у них происходит заполнение электронами внутренних энергетических уровней, тогда как конфигурация внешнего слоя практически не изменятся.
Элементы ПС подразделяют на восемь групп. Положение элемента в группе определяется общим числом его валентных электронов. Каждая группа состоит из главной (А) и побочной (В) подгрупп. В главных подгруппах находятся только s- и p-элементы, побочные подгруппы содержат d-элементы, а все f-элементы формально отнесены к III (В) подгруппе. В коротком (восьмиклеточном) варианте ПС 4f-элементы 6 периода и 5f-элементы 7 периода вынесены за рамки таблицы как семейства лантаноидов и актиноидов соответственно.
Элементы-аналоги, то есть элементы, расположенные в одной подгруппе, имеют одинаковое строение внешнего энергетического уровня при разных значениях числа n и поэтому проявляют сходные химические свойства.
Примеры решения задач
Пример 1. По символу изотопа элемента укажите название элемента, число протонов и нейтронов в его ядре, а также запишите его электронную формулу.
Р е ш е н и е
Заряд ядра атома элемента Z = 39, значит его порядковый номер в ПС и количество электронов также равно 39. Следовательно, искомым элементом является иттрий. Число протоновZ= 39, массовое числоА = 89, тогда число нейтронов определяем по формуле (14)
N = 89 – 39 = 50.
Электронная формула :1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d1
Ответ:Y;Z= 39;N= 50.
Пример 2. Квантовые числа валентных электронов иона Э2- равны
Номер электрона n l ml ms
1 4 0 0 + 1/2
2 4 0 0 - 1/2
3 4 1 -1 + 1/2
4 4 1 0 + 1/2
Определите порядковый номер элемента и назовите его.
Р е ш е н и е
Валентная электронная формула иона Э2–: …4s24p2. После удаления двух лишних электронов электронная конфигурация атома примет вид Э:…4s2. Добавим недостающие электроны Э:1s22s22p63s23р64s2. Общее количество электронов (2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2) = 20, значит это элемент № 20 – кальций Сa.
Пример 3. Запишите полную электронную формулу элемента с порядковым номером 23. Отметьте его валентные электроны и укажите для них значения всех квантовых чисел. К какому электронному семейству относится данный атом? Составьте электронно-графическую схему его валентных подуровней. Сколько непарных и свободных АО будет иметь ион данного атома с зарядом +2?
Р е ш е н и е
Элемент с № 23 – ванадий V. Составляем его электронную формулу
23V: 1s22s22p63s23p64s23d3
Валентными электронами являются электроны 4s и 3d подуровней. Значения квантовых чисел для каждого из пяти валентных электронов равны:
Номер электрона n l ml ms
1 4 0 0 + 1/2
2 4 0 0 - 1/2
3 3 2 -2 + 1/2
4 3 2 -1 + 1/2
5 3 2 0 + 1/2
Поскольку заполняются d–АО, то ванадий следует отнести к семейству d-элементов.
Составим электронно-графическую схему валентных подуровней V:
4s 3d
При отрыве от атома ванадия двух электронов образуется ион V2+. Электроны покинут внешний 4s подуровень, поэтому электронная формула V2+ примет вид:
23V2+: 1s22s22p63s23p64s03d3
После удаления электронов с 4s–АО в ионе V2+ станут свободными 3 энергетические ячейки (АО) и три АО 3d-подуровня будет заняты непарными электронами.
Пример 4. Запишите электронные формулы атома кремния в нормальном и возбужденном состояниях и определите его валентные возможности.
Р е ш е н и е
Атом кремния имеет 14 порядковый номер в ПС. Тогда его электронная формула в нормальном состоянии имеет вид:
14Si: 1s22s22p63s23p2.
Электронно-графическая схема валентного М-слоя:
3s 3p 3d
В таком состоянии валентность Si равна В = 2, если считать, что данный атом будет образовывать ковалентные связи только по обменному механизму за счет двух непарных АО 3р-подуровня.
При возбуждении один из парных электронов 3s-орбитали переместится на подуровень 3p и электронная формула примет вид:
Si + E Si*: 1s22s22p63s13p3.
Электронно-графическая схема возбужденного валентного М-слоя:
3s 3p 3d
В возбужденном состоянии валентность Siравна В = 4, поскольку атом имеет 4 непарных электрона. Дальнейшее возбуждение атома кремния невозможно, так как все валентные электроны атома являются непарными.
Пример 5. Укажите, как изменяются первая энергия ионизации, сродство к электрону и орбитальный радиус в ряду элементов K – Cu – Rb. Какой из перечисленных элементов является более сильным окислителем?
Р е ш е н и е
Калий и медь стоят в одном периоде, поэтому при переходе от K к Cu энергия ионизации и сродство к электрону возрастают, а орбитальный радиус уменьшается.
Калий и рубидий находятся в разных периодах, но в одной подгруппе, следовательно, при переходе от K к Rb энергия ионизации и сродство к электрону уменьшаются, а орбитальный радиус возрастает.
Наиболее сильным окислителем является тот элемент, у которого больше значение сродства к электрону. По возрастанию F элементы следует расположить в ряд: Rb K Cu. Таким образом, более сильным окислителем является медь.
Пример 6. Сравните энергии ионизации у следующих пар атомов: а) …2s22p3 и …2s22p4; б) …3s2 и …2s22p2. Ответ мотивируйте.
Р е ш е н и е
а) Элементы …2s22p3 и …2s22p4 располагаются в ПС в одном периоде, так как их валентные электроны имеют одинаковые значения главного квантового числа (n = 2). Кроме того, они стоят в периоде друг за другом (их электронные конфигурации отличаются на один электрон). В периоде с ростом порядкового номера энергия ионизации увеличивается. Однако, I(…2s22p3) > I(…2s22p4), поскольку у электронной конфигурации …2s22p3 имеется наполовину заполненный p-подуровень, то есть здесь наблюдается локальный максимум энергии ионизации;
б) Элементы …3s2 и …2s22p2 расположены в разных периодах и группах, поэтому их нельзя сравнивать без привлечения вспомогательной конфигурации. Такой конфигурацией может служить …2s2, так как с первым элементом она стоит в одной группе (число валентных электронов одинаково и равно 2), а со вторым – в одном периоде.
I(…2s2) > I(…3s2), потому что с увеличением порядкового номера в группе происходит уменьшение энергии ионизации, а I(…2s22p2) > I(…2s2), поскольку в периоде энергия ионизации увеличивается. Таким образом, I(…2s22p2) > I(…2s2) > I(…3s2) или иначе I(…2s22p2) > I(…3s2).
Пример 7. Дайте общую характеристику элемента с порядковым номером 33. Какую высшую и низшую С.О. он проявляет в соединениях? Приведите примеры.
Р е ш е н и е
Это элемент As – мышьяк. Его полная электронная формула
33As: 1s22s22p63s23p63d104s24p3
Он располагается в четвертом периоде (n = 4, застраивается N-слой), в V(А) группе (имеет 5 валентных электронов …4s24p3, которые располагаются на внешнем слое). As относится к семейству p-элементов.
Высшая С.О. = +5, т. к. мышьяк имеет пять валентных электронов. Низшая С.О. = –3, т. к. до устойчивого электронного октета (4s24p6) ему недостает трех электронов. Примеры: ,.
Пример 8. Почему селен и хром, находясь в одном и том же периоде и в одной группе, обладают столь разными химическими свойствами?
Р е ш е н и е
Селен и хром – это элементы шестого периода VI группы. Селен относится к семейству p-элементов и находится в главной подгруппе, тогда как хром – d-элемент, стоящий в побочной подгруппе.
Атом селена имеет на внешнем слое шесть электронов (…4s24p4), а атом хрома только один электрон (….3d54s1). Следовательно, у селена сильнее выражены неметаллические свойства, а у хрома – металлические.