Періодична система елементів д. І. Менделєєва

Приклад 1. Яку вищу і нижчу ступені окислювання виявляють миш’як, селен і бром? Складіть формули сполук даних елементів, що відповідають цим ступеням окислювання.

елемент	ступінь окислювання		сполуки
	вища	нижча
As Se Br	+5 +6 +7	–3 –2 –1	H3As+5O4; H3As–3 Se+6O3; Na2Se–2 KBr+7O4; KBr–

Рішення. Вищий ступінь окислювання елемента визначає номер групи періодичної системи Д.И.Менделєєва, у якій він знаходиться. Нижчий ступінь окислювання визначається тим умовним зарядом, що здобуває атом при приєднанні тієї кількості електронів, яка необхідна для утворення стійкої восьмиелектронної оболонки ns²np⁶ )

Дані елементи знаходяться відповідно в VA, VIA, VIIA–групах і мають структуру зовнішнього енергетичного рівня s²p³, s²p⁴ і s²p⁵. Відповідь на питання дивись у таблиці.

Приклад 2. У якого з елементів четвертого періоду марганцю або брому сильніше виражені металеві властивості?

Рішення. Електронні формули даних елементів: ₂₅Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²; ₃₅Br 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵.

Марганець – d-елемент VIIB-групи, а бром – р-елемент VIIA-групи. На зовнішньому енергетичному рівні атома марганцю знаходиться два електрона, а в атома брому – сім. Атоми типових металів характеризуються наявністю невеликого числа електронів на зовнішньому енергетичному рівні, а, отже, тенденцією втрачати ці електрони. Вони мають тільки відновлювальні властивості і не утворять елементарних негативних іонів. Елементи, атоми яких на зовнішньому енергетичному рівні містять більш трьох електронів, мають звісну спорідненість до електрона, а отже, здобувають негативний ступінь окислювання і навіть утворюють елементарні негативні іони. Таким чином, марганець, як і всі метали, має тільки відновні властивості, тоді як для брому, що виявляє слабкі відновні властивості, більш властиві окислювальні функції. Загальною закономірністю для всіх груп, що містять p- і d-елементи, є перевага металевих властивостей у d-елементів. Отже, металеві властивості марганцю виражені сильніше, ніж металеві властивості брому.

Приклад 3. Як залежать кислотно-основні властивості оксидів і гідроксидів від ступеня окислювання атомів елементів, їх утворюючих? Які гідроксиди називаються амфотерними (амфолітами) ?

Рішення. Якщо даний елемент виявляє перемінний ступінь окислювання й утворює кілька оксидів і гідроксидів, то зі збільшенням ступеня окислювання властивості останніх міняються від основних до амфотерних і кислотних. Це пояснюється характером електролітичної дисоціації (іонізації) гідроксидів ЕОН, яка у залежності від порівняльної міцності і полярності зв’язків Е−O і O−H може протікати по двох типах:

Полярність зв’язків, у свою чергу, визначається різницею електронегативностей компонентів, розмірами й ефективними зарядами атомів. Дисоціація по кислотному типу (II) протікає, якщо E_O−H << E_Е−O (високий ступінь окислювання), а по основному типу, якщо E_O−H >> E_Е−O (низький ступінь окислювання). Якщо міцності зв’язків Е − O і O − H близькі або рівні, дисоціація гідроксиду може одночасно протікати і по (I), і по (II) типах. У цьому випадку мова йде про амфотерні електроліти (амфоліти):

Е – елемент, n – його позитивний ступінь окислювання. У кислому середовищі амфоліт виявляє основний характер, а в лужному середовищі – кислий характер:

Ga(OH)₃ + 3HCI = GaCl₃+3H₂O

Ga(OH )₃ + 3 NaOH = Nа₃GаО₃ + 3 Н₂О