Физический смысл номера группы в таблице менделеева. Периодическая система элементов. Современная формулировка ПЗ Д.И Менделеева
"Свойства элементов, а потому и образуемых ими простых и сложных тел (веществ), стоят в периодической зависимости от их атомного веса".
Современная формулировка:
"свойства химических элементов (т.е. свойства и форма образуемых ими соединений) находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов химических элементов".
Физический смысл химической периодичности
Периодические изменения свойств химических элементов обусловлены правильным повторением электронной конфигурации внешнего энергетического уровня (валентных электронов) их атомов с увеличением заряда ядра.
Графическим изображением периодического закона является периодическая таблица. Она содержит 7 периодов и 8 групп.
Период - горизонтальные ряды элементов с одинаковым максимальным значением главного квантового числа валентных электронов.
Номер периода обозначает число энергетических уровней в атоме элемента.
Периоды могут состоять из 2 (первый), 8 (второй и третий), 18 (четвертый и пятый) или 32 (шестой) элементов, в зависимости от количества электронов на внешнем энергетическом уровне. Последний, седьмой период незавершен.
Все периоды (кроме первого) начинаются щелочным металлом (s - элементом), а заканчиваются благородным газом (ns 2 np 6 ).
Металлические свойства рассматриваются, как способность атомов элементов легко отдавать электроны, а неметаллические - присоединять электроны из-за стремления атомов приобрести устойчивую конфигурацию с заполненными подуровнями. Заполнение внешнего s - подуровня указывает на металлические свойства атома, а формирование внешнего p - подуровня - на неметаллические свойства. Увеличение числа электронов на p - подуровне (от 1 до 5) усиливает неметаллические свойства атома. Атомы с полностью сформированной, энергетически устойчивой конфигурацией внешнего электронного слоя (ns 2 np 6 ) химически инертны.
В больших периодах переход свойств от активного металла к благородному газу происходит более плавно, чем в малых периодах, т.к. происходит формирование внутреннего (n - 1) d - подуровня при сохранении внешнего ns 2 - слоя. Большие периоды состоят из четных и нечетных рядов.
У элементов четных рядов на внешнем слое ns 2 - электроны, поэтому преобладают металлические свойства и их ослабление с ростом заряда ядра невелико; в нечетных рядах формируется np - подуровень, что объясняет значительное ослабление металлических свойств.
Группы - вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равным номеру группы. Различают главные и побочные подгруппы.
Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов, валентные электроны которых расположены на внешних ns - и np - подуровнях.
Побочные подгруппы состоят из элементов только больших периодов. Их валентные электроны находятся на внешнем ns - подуровне и внутреннем (n - 1) d - подуровне (или (n - 2) f - подуровне).
В зависимости от того, какой подуровень (s -, p -, d - или f -) заполняется валентными электронами, элементы периодической системы подразделяются на: s - элементы (элементы главной подгруппы I и II групп), p - элементы (элементы главных подгрупп III - VII групп), d - элементы (элементы побочных подгрупп), f - элементы (лантаноиды, актиноиды).
В главных подгруппах сверху вниз металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Элементы главных и побочных групп сильно отличаются по свойствам.
Номер группы показывает высшую валентность элемента (кроме O , F , элементов подгруппы меди и восьмой группы).
Общими для элементов главных и побочных подгрупп являются формулы высших оксидов (и их гидратов). У высших оксидов и их гидратов элементов I - III групп (кроме бора) преобладают основные свойства, с IV по VIII - кислотные.
IV - VII - большие периоды , т.к. состоят из двух рядов (четного и нечетного) элементов.
В четных рядах больших периодов располагаются типичные металлы. Нечетный ряд начинается металлом, затем металлические свойства ослабляются и нарастают свойства неметаллические, заканчивается период инертным газом.
Группа - это вертикальный ряд хим. элементов, объединенных по хим. свойствам.
Группа
главная подгруппа побочная подгруппа
В главную подгруппу входят В побочную подгруппу входят
элементы и малых, и больших элементы только больших периодов.
периодов.
H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Cu, Ag, Au
малые большие большие
Для элементов, объединенных в одну и ту же группу, характерны следующие закономерности:
1. Высшая валентность элементов в соединениях с кислородом (за некоторым исключением) соответствует номеру группы.
Элементы побочных подгрупп могут проявлять и другую высшую валентность. Например, Cu - элемент I группы побочной подгруппы - образует оксид Cu 2 O. Однако, наиболее распространенными являются соединения двухвалентной меди.
2. В главных подгруппах (сверху вниз) с увеличением атомных масс усиливаются металлические свойства элементов и ослабевают неметаллические.
Строение атома.
Долгое время в науке господствовало мнение, что атомы неделимы, т.е. не содержат более простых составных частей.
Однако, в конце XIX века был установлен ряд фактов, свидетельствовавших о сложном составе атомов и о возможности их взаимопревращений.
Атомы, представляют собой сложные образования, построенные из более мелких структурных единиц.
|
|
ē - электрон - вне ядра
Для химии большой интерес представляет строение электронной оболочки атома. Под электронной оболочкой понимают совокупность всех электронов в атоме. Число электронов в атоме равно числу протонов, т.е. порядковому номеру элемента, так как атом электронейтрален.
Важнейшей характеристикой электрона является энергия его связи с атомом. Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слой .
Каждый хим. элемент в периодической системе был пронумерован.
Номер, который получает каждый элемент, называется порядковым номером .
Физический смысл порядкового номера:
1. Каков порядковый номер элемента, таков и заряд ядра атома.
2. Столько же электронов вращается вокруг ядра.
Z = р + Z - порядковый номер элемента
n 0 = А - Z
n 0 = А - р + А - атомная масса элемента
n 0 = А - ē
Например, Li.
Физический смысл номера периода.
В каком периоде находится элемент, столько электронных оболочек (слоев) он будет иметь.
| |
Не +2 | |
| |
Определение максимального числа электронов на одной электронной оболочке.
Вариант 1
А1. Каков физический смысл номера группы таблицы Д.И.Менделеева?
2.Это заряд ядра атома
4.Это число нейтронов в ядре
А2. Чему равно число энергетических уровней?
1. Порядковому номеру
2. Номеру периода
3. Номеру группы
4. Числу электронов
А3.
2. Это число энергетических уровней в атоме
3. Это число электронов в атоме
А4. Укажите число электронов на внешнем энергетическом уровне в атоме фосфора:
1. 7 электронов
2. 5 электронов
3. 2 электрона
4. 3 электрона
А5. В каком ряду расположены формулы гидридов?
1. H 2 O, CO, C 2 H 2 , LiH
2. NaH, CH 4 , H 2 O, CaH 2
3. H 2 O, C 2 H 2 , LiH, Li 2 O
4. NO, N 2 O 3 , N 2 O 5 , N 2 O
A 6. В каком соединении степень окисления азота равна +1?
1. N 2 O 3
2. NO
3. N 2 O 5
4. N 2 O
А7. Какое соединение соответствует оксиду марганца (II):
1. MnO 2
2. Mn 2 O 7
3. MnCl 2
4. MnO
А8. В каком ряду расположены только простые вещества?
1. Кислород и озон
2. Сера и вода
3. Углерод и бронза
4. Сахар и соль
А9. Определите элемент, если в его атоме 44 электрона:
1. кобальт
2. олово
3. рутений
4. ниобий
А10. Что имеет атомную кристаллическую решетку?
1. иод
2. германий
3. озон
4. белый фосфор
В1. Установите соответствие
Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома
Символ химического элемента
А. 3
Б. 1
В. 6
Г. 4
1) S 6) C
2) Fr 7) He
3) Mg 8) Ga
4) Al 9) Te
5) Si 10) K
В2. Установите соответствие
Название вещества
Формула вещества
А . Оксид серы (VI)
Б. Гидрид натрия
В. Гидроксид натрия
Г . Хлорид железа (II)
1) SO 2
2) FeCl 2
3) FeCl 3
4) NaH
5) SO 3
6) NaOH
Вариант 2
А1. Каков физический смысл номера периода таблицы Д.И.Менделеева?
1.Это число энергетических уровней в атоме
2.Это заряд ядра атома
3.Это число электронов на внешнем энергетическом уровне атома
4.Это число нейтронов в ядре
А2. Чему равно число электронов в атоме?
1. Порядковому номеру
2. Номеру периода
3. Номеру группы
4. Числу нейтронов
А3. Каков физический смысл порядкового номера химического элемента?
1. Это число нейтронов в ядре
2. Это заряд ядра атома
3. Это число энергетических уровней в атоме
4. Это число электронов на внешнем энергетическом уровне атома
А4. Укажите число электронов на внешнем энергетическом уровне в атоме кремния:
1. 14 электронов
2. 4 электрона
3. 2 электрона
4. 3 электрона
А5. В каком ряду расположены формулы оксидов?
1. H 2 O, CO, C О 2 , Li О H
2. NaH, CH 4 , H 2 O, CaH 2
3. H 2 O, C 2 H 2 , LiH, Li 2 O
4. NO, N 2 O 3 , N 2 O 5 , N 2 O
A 6. В каком соединении степень окисления хлора равна -1?
1. Cl 2 O 7
2. HClO
3. HCl
4. Cl 2 O 3
А7. Какое соединение соответствует оксиду азота (II I ):
1. N 2 O
2. N 2 O 3
3. NO
4. H 3 N
А8. В каком ряду расположены простое и сложное вещества?
1. Алмаз и озон
2. Золото и углекислый газ
3. Вода и серная кислота
4. Сахар и соль
А9. Определите элемент, если в его атоме 56 протонов:
1. железо
2. олово
3. барий
4. марганец
А10. Что имеет молекулярную кристаллическую решетку?
алмаз
кремний
горный хрусталь
бор
В1. Установите соответствие
Число энергетических уровней в атоме
Символ химического элемента
А . 5
Б . 7
В . 3
Г . 2
1) S 6) C
2) Fr 7) He
3) Mg 8) Ga
4) B 9) Te
5) Sn 10) Rf
В2. Установите соответствие
Название вещества
Формула вещества
А. Гидрид углерода (I V)
Б. Оксид кальция
В. Нитрид кальция
Г. Гидроксид кальция
1) H 3 N
2) Ca(OH) 2
3) KOH
4) CaO
5) CH 4
6) Ca 3 N 2
Периодический закон Д.И Менделеева.
Свойства химических элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости, от величины атомного веса.
Физический смысл периодического закона.
Физический смысл периодического закона заключается в периодичном изменении свойств элементов, в результате периодически повторяющихся e-ых оболочек атомов, при последовательном возрастании n.
Современная формулировка ПЗ Д.И Менделеева.
Свойство химических элементов, а также свойство образованных ими простых или сложных веществ находится в периодичной зависимости от величины заряда ядер их атомов.
Периодическая система элементов.
Периодическая система – система классификаций химических элементов, созданная на основе периодического закона. Периодическая система – устанавливает связи между химическими элементами отражающие их сходства и различия.
Периодическая таблица(существует два вида: короткая и длинная) элементов.
Периодическая таблица элементов – графическое отображение периодической системы элементов, состоит из 7 периодов и 8 групп.
Вопрос 10
Периодическая система и строение электронных оболочек атомов элементов.
В дальнейшем было установлено, что не только порядковый номер элемента имеет глубокий физический смысл, но и другие понятия, ранее рассмотренные ранее также постепенно приобретали физический смысл. Например, номер группы, указывая на высшую валентность элемента, выявляет тем самым максимальное число электронов атома того или иного элемента, которое может участвовать в образовании химической связи.
Номер периода, в свою очередь, оказался связанным с числом энергетических уровней, имеющихся в электронной оболочке атома элемента данного периода.
Таким образом, например, „координаты" олова Sn (порядковый номер 50, 5 период, главная подгруппа IV группы), означают, что электронов в атоме олова 50, распределены они на 5 энергетических уровнях, валентными являются лишь 4 электрона.
Физический смысл нахождения элементов в подгруппах различных категорий чрезвычайно важен. Оказывается, что у элементов, расположенных в подгруппах I категории, очередной (последний) электрон располагается на s-подуровне внешнего уровня. Эти элементы относят к электронному семейству. У атомов элементов, расположенных в подгруппах II категории, очередной электрон располагается на р-подуровне внешнего уровня. Это, элементы электронного семейства „р". Так, очередной 50-й электрон у атомов олова располагается на р-подуровне внешнего, т. е. 5-го энергетического уровня.
У атомов элементов подгрупп III категории очередной электрон располагается на d-подуровне , но уже пред внешнего уровня, это элементы электронного семейства «d». У атомов лантаноидов и актиноидов очередной электрон располагается на f-подуровне, пред пред внешнего уровня. Это элементы электронного семейства «f».
Не случайно, следовательно, отмеченные выше числа подгрупп этих 4-х категорий, то есть 2-6-10-14, совпадают с максимальными числами электронов на подуровнях s-p-d-f.
Но можно, оказывается, решить вопрос о порядке заполнения электронной оболочки и вывести электронную формулу для атома любого элемента и на основе периодической системы, которая с достаточной ясностью указывает уровень и подуровень каждого очередного электрона. Периодическая система указывает и на размещение одного за другим элементов по периодам, группам, подгруппам и на распределение их электронов по уровням и подуровням, потому что каждому элементу соответствует свой собственный, характеризующий его последний электрон. В качестве примера разберем составление электронной формулы для атома элемента циркония (Zr). Периодическая система дает показатели и „координаты" этого элемента: порядковый номер 40, период 5, группа IV, побочная подгруппа. Первые выводы: а) всех электронов 40, б) эти 40 электронов распределены на пяти энергетических уровнях; в) из 40 электронов только 4 являются валентными, г) очередной 40-й электрон поступил на d-подуровень пред внешнего, т. е. четвертого энергетического уровня. Подобные выводы можно сделать о каждом из 39 элементов, предшествующих цирконию, только показатели и координаты будут каждый раз иными.