Тема 3 періодичний закон і періодична система хімічних елементів

Приклад 1. Суть структури періодичної системи
Д.І. Менделєєва.

Відповідь:

Періодична система елементів або таблиця – це графічний вираз періодичного закону Д.І. Менделєєва.

Періодична система (ПС) складається з 7 періодів та 8 груп. Період, який складається з одного ряду, називається малим, а з двох рядів – великим.

Група складається з двох підгруп головної і побічної.

Періоди – горизонтальні ряди ПС, що починаються лужним металом і закінчуються інертним газом.

Номер періоду відповідає числу енергетичних рівнів, на яких розміщуються електрони.

Групи – вертикальні стовпчики, що містять подібні за властивостями елементи.

Номер групи визначає максимальну кількість валентних (неспарених) електронів.

Головні підгрупи складаються з елементів малих і великих періодів. Елементи кожної підгрупи – хімічні аналоги.

Побічні підгрупи складаються лише з елементів великих періодів.

 

Приклад 2. Як змінюються властивості елементів у періодичній системі.

Відповідь:

Схожість хімічних властивостей елементів пов’язана з періодичним повторенням будови валентних підрівнів.

Металічні властивості – це здатність атома віддавати валентні електрони.

Неметалічні властивості – це здатність атома приєднувати електрони до завершення рівня.

В головних підгрупах посилюються ↑

В періодах посилюються →

Вища валентність – це число неспарених електронів за Оксигеном зовнішніх енергетичних рівнів у збудженому стані.

У головних підгрупах – стала.

В періодах зростає →

Атомний радіус у головних підгрупах зростає ↓,

в періодах зростає ←.

Електронегативність – це здатність атомів притягувати до себе валентні електрони.

В головних підгрупах в основному зростає ↑.

В періодах зростає →.

Енергія йонізації – це енергія, яка потрібна для відривання електрона від атома.

В головних підгрупах зростає ↑.

В періодах зростає →.

 

Приклад 3. Поясніть суть ефектів d- i f-стиснення.

Відповідь:

Зміна радіусів атомів елементів у періодичній системі має періодичний характер. У періодах атомні та йонні радіуси елементів із збільшенням заряду ядра атома, як правило, зменшується. Максимальне зменшення радіусів спостерігається в атомах та йонах елементів малих періодів. Це можна пояснити посиленням притягання електронів зовнішнього шару до ядра в міру зростання його заряду. Для елементів великих періодів характерне плавніше зменшення радіусів атомів та йонів елементів, що зумовлено наявністю
d- та f-підрівнів. Такий ефект називається d- i f-стисненням. Ці ефекти пояснюються тим, що в атомах f-елементів (а також d- елементів) число електронних шарів однакове. Однак, із збільшенням заряду ядра посилюється притягання електронів до ядра, внаслідок чого радіуси йонів зменшуються.

Це явище має один важливий наслідок. Наприклад, в результаті f-стиснення (лантаноїдного стиснення) розміри атомів та йонів елементів шостого періодів, розміщених відразу після лантаноїдів (Нf, Та, W і далі), дуже близькі до розмірів атомів та йонів відповідних елементів п’ятого періоду (Zr, Nb, Mo і т.д.). Для елементів четвертого і п’ятого періодів ці характеристики помітно розрізняються.

Атоми і йони аналогічних елементів побічних підгруп п’ятого і шостого періодів мають подібну електронну будову та розміри, тому в хімічних властивостях спостерігається значно більша подібність, ніж у випадку елементів четвертого і п’ятого періодів. Так, цирконій за своїми властивостями стоїть значно ближче до гафнію, ніж до титану, ніобій подібний до танталу більше, ніж до ванадію і т.д.

 

Приклад 4. Чому розділення хімічних елементів на дві групи – метали і неметали – є неточним і неповним?

Відповідь:

Існує багато елементів, які проявляють властивості як металів, так і неметалів в залежності від валентності (ступеня окиснення). Наприклад, двовалентний Хром утворює основний оксид і гідроксид :

Сполуки тривалентного хрому і гідроксид - амфотерні і реагують як з кислотами, так і з основами:

Хром із ступенем окислення утворює типовий кислотний оксид :

Приклад 5. Хімічний елемент Галій подібний до елемента Алюмінію , а Селен до Сульфуру . Напишіть формули оксидів, гідроксидів і солей, до складу яких входять ці елементи. Напишіть рівняння реакцій, які характеризують хімічні властивості відповідних сполук.

Відповідь:

Оксиди і , та гідроксиди і - типові амфотерні сполуки, які реагують як з кислотами, так і з основами:

- в розчині

Селен і сірка утворюють по два кислотних оксиди - і (їм відповідають кислоти і ), і (їм відповідають кислоти і ). Всі ці сполуки реагують із лугами і основними оксидами, утворюючи солі (сульфіти і селеніти, сульфати і селенати):

Приклад 6. Розташуйте оксиди в порядку зростання кислотних властивостей , , , , . Відповідь обґрунтуйте.

Відповідь:

Знаходимо в періодичній таблиці місцеположення елементів, які дають відповідні оксиди. З таблиці видно, що два елементи і належать до одного періоду. Виходячи з правила, що із зростанням протонного числа елемента в елементів одного періоду неметалічні властивості посилюються, приходимо до висновку, що оксид буде мати більш виражені кислотні властивості, ніж

Елементи , , і - це елементи четвертої групи головної підгрупи. З ростом протонного числа цих елементів зростають їх радіуси і зв’язок електронів зовнішнього енергетичного рівня з ядром слабшає. Зростає здатність віддавати ці електрони, тобто посилюються металічні властивості і, відповідно, понижуються кислотні властивості (кислотні оксиди дають неметали, основні – метали). Так, , і проявляють амфотерні властивості, а - тільки кислотні. Таким чином, оксиди в порядку зростання кислотних властивостей можна розташувати в ряд: , , , , .