Примеры решения задач Строение атома. Периодический закон. Химическая связь

Пример 1: Определить символы элементов с порядковыми номерами ₂₅Э и ₃₅Э. Какие (высшие и низшие) степени окисления характерны для атомов данных элементов в их соединениях? Составьте формулы соответствующих соединений атомов данных элементов. Укажите, какой из них характеризуется ярко выраженными металлическими свойствами.

Решение: Высшую степень окисления элемента определяет номер группы системы Д.И. Менделеева, в которой он находится. Низшая степень окисления определяется тем условным зарядом, который приобретает атом при присоединении числа электронов, необходимого для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки (ns² np⁶).

Бром – элемент 4 периода VII-А подгруппы. На внешнем энергетическом уровне атома брома семь электронов, заполняющих s- и р-подуровни: 4s²4p⁵. Следовательно, высшая степень окисления атома брома в соединениях равна +7, низшая – (1). Соответствующие соединения брома:

+7 –1 +7 –1

Br₂O₇ и HBr, KВrO₄ и NаВr .

Запишем электронные формулы строения оболочек атомов марганца и брома

Mn (Z = +25) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵

Br (Z = +35) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵.

Марганец – d-элемент VIII-В подгруппы, бром – р-элемент VII-А подгруппы. На внешнем энергетическом уровне атома марганца расположено два электрона, атома брома – семь. Атомы типичных металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов на внешнем энергетическом уровне и, следовательно, способностью отдавать электроны. Для d-металлов характерна также способность отдавать валентные d-электроны с предвнешнего энергетического уровня. Поэтому металлы обладают только восстановительными свойствами и не образуют отрицательных ионов. Элемента, атомы которых на внешнем энергетическом уровне содержат более четырех электронов, обладают достаточным сродством к электрону, для того чтобы приобретать электроны и превращаться при этом в отрицательные ионы, проявляя окислительные (неметаллические) свойства, Следовательно, марганец, как и все металлы, обладает только восстановительными свойствами, тогда как для брома более характерны окислительные свойства. Таким образом, общей закономерностью для всех групп, содержащих р- и d-элементы, является преобладание металлических свойств у d-элементов.

Если атом данного d-элемента может иметь переменную степень окисления, то с ее увеличением свойства соответствующих оксидов и гидроксидов изменяются, как правило, от основных через амфотерные к кислотным (при этом количество возможных валентных состояний атома должно быть не менее трех). Это объясняется характером электролитической диссоциации гидроксидов ЭОН, которая в зависимости от сравнительной прочности и полярности связей Э-О и О-Н может протекать по двум типам:

Э-----О-----Н

(I) (II)

I: ЭОН Э⁺ + ОН^– – диссоциация по основному типу,

II: ЭОН ЭО^– + Н⁺ – диссоциация по кислотному типу.

Полярность связей, в свою очередь, определяется разностью электроотрицательностей атомов, участвующих в связи, а также их размерами и эффективными зарядами. Поэтому, если атом проявляет переменную степень окисления, то и полярность связей в соответствующих гидроксидах будет изменяться, что приведет к изменению кислотно-основных свойств в ряду этих гидроксидов.