9) Классификация и свойства оснований

Основаниями или гидроксидами металлов называются сложные вещества, состоящие из металла и одной или нескольких гидроксогрупп ( одно- и поликислотные основания). При диссоциации оснований в качестве анионов образуются гидроксид-ионы. Число гидроксогрупп в молекуле основания равно валентности металла.

Все основания, как правило твердые вещества с различной окраской. Большинство оснований не растворимо воде. Растворимы гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов и гидроксид аммония. Растворимые в воде основания, проявляющие свойства сильных электролитов, называют щелочами.

Названия оснований образуются так же, как и оксидов. Например, Ba(OH)2 - гидроксид бария, Fe(OH)3 - гидроксид железа (III).

Как электролиты основания в водных растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы гидроксида. Многокислотные основания диссоциируют ступенчато:

Sr(OH)2 " SrOH+ + OH-

SrOH+ " Sr2+ + ОН-

Основания вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды. Такая реакция называется реакцией нейтрализации, потому что после её окончания среда становится близкой к нейтральной:

2KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2H2O

Если основание растворимо в воде, то оно взаимодействует с кислотными и амфотерными оксидами, образуя соль и воду:

2KOH + SO3 = K2SO4 + H2O

2RbOH + ZnO = Rb2ZnO2 + H2O.

Также растворимые в воде основания могут реагировать с солями, образуя новую соль и новое основание при условии, что новое основание нерастворимо:

2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2 + Na2SO4

Особую группу гидроксидов составляют амфотерные гидроксиды. Они при диссоциации образуют одновременно и катионы H+ и гидроксид-ионы ОН- К ним относятся, например, Zn(OH)2, Al(OH)3, Be(OH)2, Pb(OH)2 и другие.

Амфотерные гидроксиды реагируют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей. При взаимодействии с основаниями они проявляют свойства кислот, а при взаимодействии с кислотами - свойства оснований:

Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O

Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6] (гексагидроксохромат (III) натрия)

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH) 4] (тетрагидроксоалюминат (III) натрия)

С точки зрения теории электролитической диссоциации свойства растворов оснований (изменение цвета индикаторов, мыльность на ощупь, взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами и солями) обусловлены присутствием гидроксид-ионов ОН-. Основания окрашивают индикаторы фенолфталеин - в малиновый цвет, лакмус - в синий.

Методы получения оснований разнообразны. Основания активных металлов можно получить взаимодействия металла с водой ( многие реакции протекают бурно).

2Na + H2O = 2NaOH + H2

либо при взаимодействии соответствующего оксида с водой:

CaO + H2O = Ca(OH)2

В случае, если оксид металла с водой не реагирует, соответствующее основание можно получить реакцией щелочи с растворимой солью этого металла:

ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2NaCl

10) Классификация и свойства солей

Солями называются сложные вещества, состоящие из кислотных остатков и атомов металлов или других атомных группировок. При диссоциации солей образуются катионы металлов (а также катион аммония NH4) и анионы кислотных остатков.

При полном замещении атомов водорода в молекуле кислоты образуются средние ( или нормальные) соли, при неполном - кислые соли. Существуют несколько групп солей.

При частичном замещении групп OH- в молекуле многокислотного гидроксида кислотными остатками образуются основные соли, например, KNO3, Na2CO3.

Кислые соли образуются многоосновными кислотами в случае их неполной нейтрализации гидроксидом, например, NaHCO3, Ca(HCO3)2. Кислые соли могут образовывать только многоосновные кислоты, одноосновные кислоты кислых солей образовать не могут.

Если атомы водорода в многоосновной кислоте замещены атомами не одного, а двух различных металлов, образуются двойные соли, например, KAl(SO4)2, NaKCO3.

При частичном замещении групп OH- в молекуле многокислотного основания кислотными остатками образуются основные соли: Zn(OH)Cl, Al(OH)SO4.

Также существует группа комплексных солей, состав которых нельзя объяснить, используя обычные представления о валентности. Строение и свойства этих соединений изучаются в высшей школе.

Название соли каждой кислоты происходит от латинского названия кислотного остатка. Например, соли азотистой кислоты называются нитритами: нитрит калия KNO2, нитрит магния Mg(NO2) 2. Названия солей бескислородных кислот оканчиваются на "ид", например, сульфид калия K2S. В случае, когда соль образована металлом, имеющим разную валентность, то она указывается после названия металла римской цифрой в скобках. Например, FeCl2 - хлорид железа (II), Fe2(SO4)3 - сульфат железа (III). Если в кислой соли в кислотный остаток входит один атом водорода, то к названию соли добавляются частицы "би" или "гидро", а если два атома, то "дигидро": Mg(HCO3)2 - бикарбонат, или гидрокарбонат магния, Na2HPO4 - гидрофосфат натрия, NaH2PO4 - дигидрофосфат натрия.

Соли являются твердыми веществами с самой различной растворимостью в воде. По этому критерию их условно делят на растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые.

Как электролиты средние соли в водных растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков:

MgSO4 " Mg2+ + SO42-

Кислые и основные соли диссоциируют ступенчато. У кислых солей вначале происходит диссоциация на катион металла и анион кислотного остатка, после чего в значительно меньшей степени, диссоциирует анион с образованием катионов водорода. У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем, также в значительно меньшей степени, ионы OH-.

Химические свойства солей во многом зависят от их химической природы.

Если соль образована летучими или слабыми кислотами наподобие HCl, H2S, H2СO3, то она взаимодействует с нелетучими кислотами, например. H2SO4, с выделением летучей или слабой кислоты и образованием новой соли:

2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl

Ca3(PO4) 2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4

В водных растворах соли могут вступать в реакцию с гидроксидами, образуя новую соль и гидроксид при условии, если один из продуктов реакции будет выпадать в осадок:

CuCl2 +2NaOH = Cu(OH)2Ї + 2NaCl

Na2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4Ї + 2NaOH

При подобных условиях в водных растворах соли могут вступать в реакцию друг с другом, образуя новые соли:

KCl + AgNO3 = AgClЇ + KClO3

Соли также реагируют в водных растворах с металлами, стоящими в ряду активности до металла, входящего в состав соли:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + CuЇ

К наиболее общим способам получения солей относятся химические взаимодействия: металлов с неметаллами 2Na + Cl2 = 2NaCl

металлов с кислотами: Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2­

основных оксидов с кислотными CaO + CO2 = CaCO3.

кислот с солями H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl.

оснований с солями 2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu (ОН)2Ї

кислот с основаниями NaOH + HCl = NaCl + H2O

основных оксидов с кислотами H2SO4 + CaO = CaSO4 + H2O

кислотных оксидов с основаниями Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

двух солей между собой K2SO4 + BaCl2 = BaSO4Ї + 2KCl

металлов с солями Fe+ CuSO4 = FeSO4 + Cu

Кислые соли получают при неполной нейтрализации кислоты основанием, при этом гидроксид берут в количестве, недостаточном для полной нейтрализации кислоты: NaOH + H2S = NaHS + H2O

Основные соли получают частичной нейтрализацией основания кислотой:

Zn(ОН) 2 + HCl = Zn(ОН)Cl + H2O

11) Подтверждённая экспериментально в 1927 г. двойственная природа электрона, обладающего свойствами не только частицы, но и волны, побудила учёных к созданию новой теории строения атома, учитывающей оба этих свойства. Современная теория строения атома опирается на квантовую механику.

Двойственность свойств электрона проявляется в том, что он, с одной стороны, обладает свойствами частицы (имеет определённую массу покоя), а с другой — его движение напоминает волну и может быть описано определённой амплитудой, длиной волны, частотой кол***ий и др. Поэтому нельзя говорить о какой-либо определённой траектории движения электрона — можно лишь судить о той или иной степени вероятности его нахождения в данной точке пространства.

Cледовательно, под электронной орбитой следует понимать не определённую линию перемещения электрона, а некоторую часть пространства вокруг ядра, в пределах которого вероятность пребывания электрона наибольшая. Иными словами, электронная орбита не характеризует последовательность перемещения электрона от точки к точке, а определяется вероятностью нахождения электрона на определённом расстоянии от ядра. В связи с этим электрон представляют не в виде материальной точки, а как бы "размазанным" по всему объёму атома в виде так называемого электронного облака, имеющего области сгущения и разрежения электрического заряда. Представление об электроне как о некотором облаке электрического заряда удобно; оно довольно точно передаёт особенности поведения электрона. Однако следует иметь в виду, что электронное облако не имеет резко очерченных границ, и даже на большом расстоянии от ядра существует вероятность пребывания электрона. Для характеристики формы электронного облака понятие орбиталь вместо понятия орбита было введено именно для того, чтобы не смешивать движение электрона с движением тела в классической физике. Однако при упрощённом рассмотрении строения атома иногда сохраняют термин орбита, помня тем не менее об особом характере движения электрона в атоме.

По современным представлениям состояние элетрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами. Главное квантовое число n характеризует величину энергии электрона и может принимать только положительные целочисленные значения: 1, 2, 3 и т. д. С увеличением главного квантового числа энергия электрона возрастает. Состояние электрона, отвечающее определённому значению главного квантового числа, называют энергетическим уровнем электрона в атоме. Помимо энергии электрона главное квантовое число определяет размеры электронного облака: чем выше значение главного квантового числа, тем больше электронное облако. Электроны, характеризующиеся одним и тем же квантовым числом, имеют электронные облака приблизительно одинаковых размеров. Поэтому говорят о существовании в атоме электронных слоёв. Электронные слои обозначают большими буквами латинского алфавита K, L, M, N, O, причём K-слой является первым от ядра атома, ему соответствует главное квантовое число n = 1, L-слой — вторым, M-слой — третьим и т. д. Электроны, образующие данный слой, могут обладать несколько отличающейся друг от друга энергией и иметь орбитали различных форм. Из квантовомеханической теории следует, что с увеличением главного квантового числа n изменяются число и характер электронных орбиталей в пределах данного электронного слоя. Количество орбиталей для каждого значения n равно квадрату главного квантового числа (n2).

Второе квантовое число l, описывающее форму электронного облака, называется орбитальным квантовым числом. При данном главном вантовом числе n орбитальное квантовое число l может принимать любые целочисленные значения от 0 до n–1. Соответствующие орбитали обозначаются строчными буквами латинского алфавита: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3). Орбитальное квантовое число отображает энергию электрона на подуровне. Электроны с различными орбитальными квантовыми числами несколько отличаются друг от друга: их энергия тем выше, чем больше число l. Число возможных подуровней в каждом энергетическом уровне совпадает с порядковым номером электронного слоя, но фактически ни один энергетический уровень не содержит больше четырёх подуровней. Это справедливо для стационарного состояния атомов всех элементов. Так, первому энергетическому уровню соответствует s-подуровень; второму уровню — два подуровня: s и p; третьему уровню — три подуровня: s, p и d; четвёртому и следующим уровням —четыре подуровня: s, p, d и f.

Ориентацию орбиталей в пространстве определяет третье квантовое число, называемое магнитным квантовым числом и обозначаемое m. При данном орбитальном квантовом числе l магнитное квантовое число m может принимать любые целочисленные значения от –l до +l, в том числе нулевое значение. Оно определяет число орбиталей в одном и том же электронном слое: одна s-орбиталь (m = 0), три p-орбитали (m равно –1, 0, +1), пять d-орбиталей (m равно –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3). Орбитали с различными магнитными квантовыми числами, но с одинаковым главным и орбитальным квантовыми числами характеризуются одной и той же энергией. Магнитное квантовое число есть вектор, следовательно, ему соответствует не только определённое числовое значение, но и определённое направление, что выражается в знаках "+" и "–".

Четвёртое квантовое число, называемое спином и обозначаемое ms, раньше связывали с вращением электрона вокруг своей оси, но теперь ему не придают какого-либо наглядного образа и считают чисто квантовомеханической величиной. Спин электрона может иметь два значения: +1/2 и –1/2.

12) Правило Клечковского (также Правило n+l; также используется название правило Маделунга) — эмпирическое правило, описывающее энергетическое распределение орбиталей в многоэлектронных атомах.Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел “ню+1”. При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением”ню” .

Правило n+l предложено в 1936 г. немецким физиком Э. Маделунгом; в 1951 г. было вновь сформулировано В. М. Клечковским. При́нцип Па́ули (принцип запрета) — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому два и более тождественных фермиона не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.

Принцип был сформулирован для электронов Вольфгангом Паули в 1925 г. в процессе работы над квантомеханической интерпретацией аномального эффекта Зеемана и в дальнейшем распространён на все частицы с полуцелым спином. Полное обобщённое доказательство принципа было сделано им в 1940 г. в рамках релятивистской квантовой механики: волновая функция системы фермионов является антисимметричной относительно их перестановок, поведение систем таких частиц описывается статистикой Ферми — Дирака.

Принцип Паули можно сформулировать следующим образом: в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.

В статистической физике принцип Паули иногда формулируется в терминах чисел заполнения: в системе одинаковых частиц, описываемых антисимметричной волновой функцией, числа заполнения могут принимать лишь два значения Np = 0,1

Правило Хунда (Гунда) определяет порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным.

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а только после исчерпания незаполненных орбиталей на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако) и, в результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.

13) Символ элемента Электронная конфигурация Z Символ элемента Электронная конфигурация

1 H 1s1 42 Mo [Kr]4d55s1

2 He 1s2 43 Tc [Kr]4d55s2

3 Li [He]2s1 44 Ru [Kr]4d75s1

4 Be [He]2s2 45 Rh [Kr]4d85s1

5 B [He]2s22p1 46 Pd [Kr]4d105s0

6 C [He]2s22p2 47 Ag [Kr]4d105s1

7 N [He]2s22p3 48 Cd [Kr]4d105s2

8 O [He]2s22p4 49 In [Kr]4d105s25p1

9 F [He]2s22p5 50 Sn [Kr]4d105s25p2

10 Ne [He]2s22p6 51 Sb [Kr]4d105s25p3

11 Na [Ne]3s1 52 Te [Kr]4d105s25p4

12 Mg [Ne]3s2 53 I [Kr]4d105s25p5

13 Al [Ne]3s23p1 54 Xe [Kr]4d105s25p6

14 Si [Ne]3s23p2 55 Cs [Xe]6s1

15 P [Ne]3s23p3 56 Ba [Xe]6s2

16 S [Ne]3s23p4 57 La [Xe]5d16s2

17 Cl [Ne]3s23p5 58–71 Ln (Ce–Lu) [Xe]4f 2–145d 0–16s 2

18 Ar [Ne]3s23p6 72 Hf [Xe]5d26s2

19 K [Ar]4s1 73 Ta [Xe]5d36s2

20 Ca [Ar]4s2 74 W [Xe]5d46s2

21 Sc [Ar]3d14s2 75 Re [Xe]5d56s2

22 Ti [Ar]3d24s2 76 Os [Xe]5d66s2

23 V [Ar]3d34s2 77 Ir [Xe]5d76s2

24 Cr [Ar]3d54s1 78 Pt [Xe]5d96s1

25 Mn [Ar]3d54s2 79 Au [Xe]5d106s1

26 Fe [Ar]3d64s2 80 Hg [Xe]5d106s2

27 Co [Ar]3d74s2 81 Tl [Xe]5d106s26p1

28 Ni [Ar]3d84s2 82 Pb [Xe]5d106s26p2

29 Cu [Ar]3d104s1 83 Bi [Xe]5d106s26p3

30 Zn [Ar]3d104s2 84 Po [Xe]5d106s26p4

31 Ga [Ar]3d104s24p1 85 At [Xe]5d106s26p5

32 Ge [Ar]3d104s24p2 86 Rn [Xe]5d106s26p6

33 As [Ar]3d104s24p3 87 Fr [Rn]7s1

34 Se [Ar]3d104s24p4 88 Ra [Rn]7s2

35 Br [Ar]3d104s24p5 89 Ac [Rn]5d17s2

36 Kr [Ar]3d104s24p6 90–103 An (Th–Lr) [Rn]5f 2–146d 0–17s 2

37 Rb [Kr]5s1 104 Rf [Rn]6d27s2

38 Sr [Kr]5s2 105 Db [Rn]6d37s2

39 Y [Kr]4d15s2 106 Sg [Rn]6d57s1

40 Zr [Kr]4d25s2 107–109 Bh, Hs, Mt [Rn]6d57s2; 6d67s2; 6d77s2

41 Nb [Kr]4d45s1 114 114 [Rn]6d107s27p2

аналог Pb (82 + 32)

Сте́пень окисле́ния (окислительное число, формальный заряд) — вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций, численная величина электрического заряда, приписываемого атому в молекуле в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов.

14) ериодический закон — фундаментальный закон природы, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году при сопоставлении свойств известных в то время химических элементов и величин их атомных масс. «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса» "Свойства элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра"Главный принцип построения Периодической системы - выделение в ней периодов (горизонтальных рядов) и групп (вертикальных столбцов) элементов. Современная Периодическая система состоит из 7 периодов (седьмой период должен закончиться 118-м элементом). Короткопериодный вариант Периодической системы содержит 8 групп элементов, каждая из которых условно подразделяется на группу А (главную) и группу Б (побочную). В длиннопериодном варианте Периодической системы - 18 групп, имеющих те же обозначения, что и в короткопериодном. Элементы одной группы имеют одинаковое строение внешних электронных оболочек атомов и проявляют определенное химическое сходство.

Номер группы в Периодической системе определяет число валентных электронов а атомах элементов. При этом в группах, обозначенных буквой А, содержатся элементы, в которых идет заселение s- и р-подуровней - s-элементы (IA- и IIA-группы) и р-элементы (IIIA-VIIIA-группы), а в группах, обозначенной буквой Б, находятся элементы, в которых заселяются d-подуровни - d-элементы. Поскольку в каждом большом периоде должно находиться по 10 d-элементов (у которых заполняются пять d-орбиталей), то Периодическая система должна содержать 10 соответствующих групп. Однако традиционно используется нумерация групп лишь до восьми, поэтому число групп d-элементов расширяется за счет введения дополнительных цифр - это IБ-VIIБ, VIIIБ0, VIIIБ1 и VIIIБ2-группы. Для f-элементов номеров групп не предусмотрено. Обычно их условно помещают в ячейки Периодической системы, отвечающие лантану (лантаноиды) и актинию (актиноиды). Символы лантаноидов и актиноидов выносятся за пределы Периодической системы в виде отдельных рядов.

Номер периода в Периодической системе соответствует числу энергетических уровней атома данного элемента, заполненных электронами.

Номер периода = Число энергетических уровней, заполненных электронами = Обозначение последнего энергетического уровня

Порядок формирования периодов связан с постепенным заселением энергетических подуровней электронами. Последовательность заселения определяется принципом минимума энергии, принципом Паули и правилом Гунда.

Периодическое изменение свойств элементов в периоде объясняется последовательностью заполнения электронами уровней и подуровней в атомах при увеличении порядкового номера элемента и заряда ядра атома.

15) Орбиталь каждого из типов характеризуется угловым моментом L. Количество электронов для полностью заполненной орбитали вычисляется по формуле 2*(2*L+1).

s-орбиталь, L=0 (2 электрона)

p-орбиталь, L=1 (6 электронов)

d-орбиталь, L=2 (10 электронов)

f-орьиталь L=3 (14 электронов)

В многоэлектронных атомах орбитали заполняются в соответствии с правилом n+l (правило Маделунга-Клечковского). Правило гласит, что орбитали заполняются по мере рост суммы главного квантового числа (n) и орбитального углового момента (l). При одинаковой сумме первой заполняется орбиталь с меньшим n.

Т.е. оболочки заполняются в следующем порядке: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5p 6s (4f 5d)

Начиная с орбитали 4f правило перестает, возникает так называемая конкуренция оболочек. В этом случае нужно смотреть в таблицу Менделеева, чтобы узнать реальное заселение оболочек.

На первом уровне один подуровень s-

На втором уровне два подуровня s-, p-

На третьем уровне три подуровня s-, p-, d

На четвертом уровне четыре подуровня s-, p-, d , f-

16) В образовании ионных связей важен один фактор – энергия, необходимая для создания положительных ионов из нейтральных атомов (предполагается, что они находятся в газообразном состоянии). Эта величина, как и все энергетические величины в химии, измеряется для 1 моль вещества и называется энергией ионизации (энтальпией) Hи. Например:

Na (г.) Na+ (г.) + e, Hи = (+)502 кДж/моль. Атомный радиус - радиус атома в простых веществах и металлах.

Располагая примерно сотней значений межатомных расстояний, В. Л. Брэгг смог уже в 1920 г. определить размеры индивидуальных атомов в кристалле. Способ определения радиусов атомов в простых веществах, например, в металлах, очень прост: надо разделить пополам кратчайшее межатомное расстояние. Брэгг распространил этот метод и на другие случаи, оценив радиус атома серы как половину межатомного расстояния S-S в пирите FeS2 (rs = 2,05/2 = 1,02 Å). Затем можно было вычислить «по цепочке» и радиусы других атомов (Zn из ZnS, О из ZnO и т. п.). Всего Брэгг определил таким путем размеры около 40 атомов, что дало основание для ряда сопоставлений. Так, оказалось, что в системе Брэгга размеры электроотрицательных атомов (rP = 0,67; rO = 0,65; rCl=1,05; rS=l,02 Å) значительно меньше по сравнению с размерами электроположительных элементов (rNa=1,77; rMg=l,42; rSr =l,95 Å и т. д.). Это вступало в противоречие с представлениями ионной модели Косселя, согласно которой электроны отрываются от катиона и переносятся к аниону, делая его крупнее. Поэтому от использования системы радиусов Брэгга как универсальной надолго отказались. К идее атомных радиусов вернулись в 60-ые годы 20 века. Дж. Слейтер построил свою систему атомных радиусов. Они оказались весьма близкими к радиусам Брэгга (среднее отклонение составляет лишь 0,03 Å). Для построения Слейтер использовал результаты теоретических (квантовохимических) вычислений радиусов, которые были закончены к 1964 г., а также межатомные расстояния, измеренные для 1200 кристаллов самых различных типов.

По физическому смыслу их вывода атомные радиусы следует использовать прежде всего в тех случаях, когда атомы соединены друг с другом ковалентной или металлической связью.

17) Окислительно-восстановительные свойства нейтральных атомов. Эти свойства определяются значениями энергии ионизации и сродства к электрону. Восстановительные свойства проявляет атом, отдающий электрон, а окислительные – атом, принимающий электрон. В периоде слева направо восстановительные свойства ослабевают, т.к. потенциал ионизации возрастает. В подгруппах сверху вниз восстановительные свойства нейтральных атомов усиливаются, поскольку потенциал ионизации в этом направлении уменьшается. Окислительные свойства, напротив, усиливаются слева направо в периоде и ослабевают сверху вниз в подгруппе, что связано с тенденциями в изменении сродства к электрону.

д) Кислотно-основные свойства соединений. Свойства оксидов и гидроксидов элементов зависят главным образом от заряда и радиуса центрального атома. С ростом положительного заряда (точнее, степени окисления) центрального атома кислотный характер этих соединений становится более выраженным:

Na+

Mg2+

Al3+

Si4+

P5+

S6+

Cl7+

Na2O

MgO

Al2O3

SiO2

P2O5

SO3

Cl2O7

NaOH

Mg(OH)2

Al(OH)3

H2SiO3

H3PO4

H2SO4

HClO4

основные

амфотерный

слабо кислотный

средне кислотный

сильно кислотные

Сверху вниз в подгруппе при одинаковости заряда (степени окисления) центрального атома с увеличением его радиуса кислотные свойства оксидов и гидроксидов ослабевают, а основные – усиливаются:

B3+

H3BO3

слабая кислота

Al3+

Ga3+

In3+

Al(OH)3

Ga(OH)3

In(OH)3

Tl3+

Tl(OH)3

более выражены основные свойства

Аналогичный пример можно привести для кислородсодержащих кислот элементов VI группы: сила кислот убывает в ряду H2SO4, H2SeO4, H2TeO4.

18) Периодическая система Менделеева является естественной классификацией хим.элементов по электронной структуре их атомов. Об электронной структуре атома, а значит, и свойствах элемента судят по положению элемента в соответствующем периоде и подгруппе пер системы. Закономерностями заполнения эл.уровней объясняется различное число элементов в периодах. Строгая периодичность расположения элементов в пер системе хим.элементов Менделеева полностью объясняется последовательным характером заполнения энергетических уровней. Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание положительных зарядов атомных ядер от 1 до 107 обусловливает периодическое повторение строения внешнего энергетического уровня. А поскольку свойства элементов в основном зависят от числа электронов на внешнем уровне, то и они периодически повторяются. В этом - физический смысл периодического закона. В малых периодах с ростом положительного заряда ядер атомов возраст число электронов на внешнем уровне (от 1 до 2-в первом периоде, и от 1 до 8-во втором и третьем периодах), что объясняет изменение свойств элементов: в начале периода (кроме первого периода) находится щелочной металл, затем металлические свойства постепенно ослабевают и усиливаются свойства неметалл. В больших периодах с ростом заряда ядер заполнение уровней электронами происходит сложнее, что объясняет и более сложное изменение свойств элементов по сравнению с элементами малых периодов. Так, в четных рядах больших периодов с ростом заряда число электронов на внешнем уровне остается постоянным и равно 2 или 1.Поэтому, пока идет заполнение электронами следующего за внешним (второго снаружи) уровня, свойства элементов в этих рядах изменяются крайне медленно. Лишь в нечетных рядах, когда с ростом заряда ядра увеличивается число электронов на внешнем уровне (от 1 до 8), свойства элементов начинают изменяться так же, как у типических. В свете учения о строении атомов становится обоснованным разделение Д.И. Менделеевым всех элементов на 7 периодов. Номер периода соответствует числу энергетических уровней атомов, заполняемых электронами. Поэтому s-элементы имеются во всех периодах, р-элементы - во втором и последующих, d-элементы - в четвертом и последующих и f-элементы - в шестом и седьмом периодах. Легко объяснимо и деление групп на подгруппы, основанное на различии в заполнении электронами энергетических уровней. У элементов главных подгрупп заполняются или s-подуровни (это s-элементы), или р-подуровни (это р-элементы) внешних уровней. У элементов побочных подгрупп заполняется (d-подуровень второго снаружи уровня (это d-элементы).У лантаноидов и актиноидов заполняются соответственно 4f- и 5f-подуровни (это f-элементы).Таким образом, в каждой подгруппе объединены элементы, атомы которых имеют сходное строение внешнего электронного уровня. При этом атомы элементов главных подгрупп содержат на внешних уровнях число электронов, равное номеру группы. В побочные же подгруппы входят элементы, атомы которых имеют на внешнем уровне по два или по одному электрону. Различия в строении обусловливают и различия в свойствах элементов разных подгрупп одной группы. Так, на внешнем уровне атомов элементов подгруппы галогенов имеется по семь электронов подгруппы марганца - по два электрона. Первые - типичные металлы, а вторые- металлы. Но у элементов этих подгрупп есть и общие свойства: вступая в химические реакции, все они (за исключением фтора F)могут отдавать по 7 электронов на образование химических связей. При этом атомы подгруппы марганца отдают 2 электрона с внешнего и 5 электронов со следующего за ним уровня. Таким образом, у элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних (вторых снаружи) уровней, в чем состоит основное различие в свойствах элементов главных и побочных подгрупп. Отсюда же следует, что номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом - физический смысл номера группы. Итак, строение атомов обусловливает две закономерности: 1) изменение свойств элементов по горизонтали — в периоде слева право ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства;2) изменение свойств элементов по вертикали - в подгруппе с ростом порядкового номера усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические. В таком случае элемент (и клетка системы) находится на пересечении горизонтали и вертикали, что определяет его свойства. Это помогает находить и писывать свойства элементов, изотопы которых получают искусственным путем. По числу энергетических уровней в электронной оболочке атома элементы делятся на семь периодов. Первый период состоит из атомов, в которых электронная оболочка состоит из одного энергетического уровня, во втором периоде - из двух, в третьем - из трех, в четвертом - из четырех и т. д. Каждый новый период начинается тогда, когда начинает заполняться новый энергетический уровень. В периодической системе каждый период начинается элементами, атомы которых на внешнем уровне имеют один электрон, - атомами щелочных металлов - и заканчивается элементами, атомы которых на внешнем Уровне имеют 2 (в первом периоде) или 8 электронов (во всех последующих)-атомами благородных газов. Внешние электронные оболочки сходны у атомов элементов (Li, Na, К, Rb, Cs); (Ве, Mg, Са, Sr); (F, Сl, Вг, I); (Не, Nе, Аг, Kr, Хе) и т. д. Именно поэтому каждая из вышеприведенных групп элементов оказывается в определенной главной подгруппе периодической таблицы: Li, Na, К, Rb, Cs в I группе, F, Сl, Вг, I — в VII и т. д. Именно вследствие сходства строения электронных оболочек атомов сходны их физические и химические свойства. Число главных подгрупп определяется максимальным числом элементов на энергетическом уровне и равно 8. Число переходных элементов (элементов побочных подгрупп) определяется максимальным числом электронов на d-подуровне и равно 10 в каждом из больших периодов. Поскольку в периодической системе химических элементов Менделеева одна из побочных подгрупп содержит сразу три переходных элемента, близких по химическим свойствам (так называемые триады Fe-Со-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Ir-Pt), то число побочных подгрупп, так же как и главных, равно 8.По аналогии с переходными элементами число лантаноидов и актиноидов, вынесенных внизу периодической системы в виде самостоятельных рядов, равно максимальному числу электронов на f-подуровне, т. е. 14. Период начинается элементом, в атоме которого на внешнем уровне находится один s-электрон: в первом периоде это водород, в остальных-щелочные металлы. Завершается период благородным газом: первый-гелием (1s2), остальные периоды — элементами, атомы которых на внешнем уровне имеют электронную конфигурацию ns2np6. Первый период содержит два элемента: водород (Z=1) и гелий (Z= 2). Второй период начинается элементом литием (Z= 3) и завершается неоном (Z = 10). Во втором периоде восемь элементов. Третий период начинается с натрия (Z= 11), электронная конфигурация которого 1s22s22p63s1. С него началось заполнение третьего энергетического уровня. Завершается оно у инертного газа аргона (Z = 18), Зs- и 3p-подуровни которого полностью заполнены. Электронная формула аргона: 1s22s22p6Зs23p6. Натрий — аналог лития, аргон неона. В третьем периоде, как и во втором, восемь элементов. Четвертый период начинается калием (Z= 19), электронное строение которого выражается формулой 1s22s22p63s23p64s1. Его 19-й электрон занял 4s-подуровень, энергия которого ниже энергии Зd-подуровня. Внешний 4s-электрон придает элементу свойства, сходные со свойствами натрия. У кальция (Z = 20) 4s-подуро-вень заполнен двумя электронами: 1s22s22p63s23р64s2. С элемента скандия (Z = 21) начинается заполнение Зd-подуровня, так как он энергетически более выгоден, чем 4р-подуровень. Пять орбиталей 3d-подуровня могут быть заняты десятью электронами, что осуществляется у атомов от скандия до цинка (Z = 30). Поэтому электронное строение Sc соответствует формуле 1s22s22p63s23p63d14s2, а цинка - 1s22s22p63s23p63d104s2. В атомах последующих элементов вплоть до инертного газа криптона (Z=36) идет заполнение 4p-подуровня. В четвертом периоде 18 элементов. Пятый период содержит элементы от рубидия (Z=37) до инертного газа ксенона (Z = 54).Заполнение их энергетических уровней идет так же, как у элементов четвертого периода: после Rb и Sr у десяти элементов от иттрия (Z = 39) до кадмия (Z=48) заполняется 4d-подуровень, после чего электроны занимают 5p-подуровень. В пятом периоде как и в четвертом, 18 элементов. В атомах элементов шестого периода цезия (Z= 55) и бария (Z = 56) заполняется 6s-подуровень. У лантана (Z= 57) один электрон поступает на 5d-подуровень, после чего заполнение этого подуровня приостанавливается, а начинает заполняться 4f-поАуровень, семь орбиталей которого могут быть заняты 14 электронами. Это происходит у атомов элементов лантаноидов с Z = 58 — 71. Поскольку у этих элементов заполняется глубинный 4f-подуровеиь третьего снаружи уровня, они обладают весьма близкими химическими свойствами. С гафния (Z = 72) возобновляется заполнение d-подуровня и заканчивается у ртути (Z = 80), после чего электроны заполняют 6p-подуровень. Заполнение уровня завершается у благородного газа радона (Z= 86). В шестом периоде 32 элемента. Седьмой период — незавершенный. Заполнение электронами электронных уровней аналогично шестому периоду. После заполнения 7s-подуровня у Франция (Z = 87) и радия (Z = 88) электрон актиния поступает на 6d-подуровень, после которого начинает заполняться 5f-подуровень 14 электронами. Это происходит у атомов элементов актиноидов с Z = 90 — 103. После 103-го элемента идет заполнение б d-подуровня: у курчатовия (Z = 104), нильсбория (Z =105), элементов Z = 106 и Z = 107. Актиноиды, как и лантаноиды, обладают многими сходными химическими свойствами. Хотя 3 d-подуровень заполняется после 4s-подуровня, в формуле он ставится раньше, так как последовательно записываются все подуровни данного уровня. В зависимости от того, какой подуровень последним заполняется электронами, все элементы делят на четыре типа (семейства). 1. s-Элементы: заполняется электронами s-подуровень внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода. 2. р-элементы: заполняется электронами р-подуровень внешнего уровня. Это последние 6 элементов каждого периода (кроме первого и седьмого). 3. d-Элементы: заполняется электронами d-подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне остается один или два эле трона (у Pd — нуль). К ним относятся элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s- и р-элементами (их также называют переходными элементами). 4. f-Элементы: заполняется электронами f-подуровень третьего снаружи уровня, а на внешнем уровне остается два электрона. Это лантаноиды и актиноиды. В периодической системе s-элементов 14, р-элементов 30, d-элементов 35, f-элементов 28. Элементы одного типа имеют ряд общих химических свойств.

19) Вале́нтность (от лат. valens — имеющий силу) — способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов.

Вопрос № 20

1.Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная связь) — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.

2.а)Донорно-акцепторный механизм (иначе координационный механизм) — способ образования ковалентной химической связи между двумя атомами или группой атомов, осуществляемая за счет неподеленной пары электронов, атома-донора и свободной орбитали атома-акцептора. Донорами обычно выступают атомы азота, кислорода, фосфора, серы и др., имеющие неподелённые электронные пары на валентных орбиталях малого размера. Роль акцептора могут выполнять ионизированный атом водорода H+, некоторые p-металлы (напр., алюминий при образовании иона AlH4-) и, в особенности, d-элементы, имеющие незаполненные энергетические ячейки в валентном электронном слое.

Б)Обменный механизм образования ковалентной связи – механизм образования ковалентной связи, по которому каждый из связываемых атомов предоставляет для ее образования по одному неспаренному электрону.