Тема 1.2. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева и строение атома — КиберПедия 

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...

Тема 1.2. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева и строение атома

2017-11-22 482
Тема 1.2. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева и строение атома 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

На основании своих наблюдений 1 марта 1869 г Менделеев сформулировал: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов (от их относительных атомных масс)». Уязвимое место Периодического закона – невозможность объяснения причины повторения свойств. Несколько пар элементов (Аr-К, Со-Ni, Те-I, Тh- Рa) расположены с нарушением порядка роста атомной массы. Периодический закон был открыт, когда атом считали неделимым, и о внутреннем строении ничего не было известно. Только с открытием строения атомного ядра и установлением физического смысла порядкового номера элемента стало понятно, что в Периодической системе химические элементы расположены в порядке увеличения положительного заряда их атомных ядер.

Современная формулировка периодического закона: свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер.

По мере возрастания зарядов атомных ядер химических элементов периодически изменяется строение их электронных оболочек. Это является причиной периодических изменений свойств элементов.

К основным положениям современной теории строения атома можно отнести следующее:

1. Атом является электронейтральной частицей.

2. Ядро атома состоит из протонов (р) m=1, q=+1, нейтронов (n) m=1, q=0, где число протонов (р) соответствует порядковому номеру химического элемента.

Порядковый номер химического элемента = число l и p. Число нейтронов (n) = относительная атомная масса (Ar) – число протонов (р).

3. Вокруг ядра по сложным орбитам вращаются электроны.

Число l = порядковый номер химического элемента, m = 0, q= -1.В 1927 г. В. Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности: невозможно установить местонахождение электрона в атоме, и строго определенная орбита для него никогда не может стать физической реальностью.

4. Электронная оболочка любого атома – сложная система, она делится на энергетические уровни, отличающиеся друг от друга расстоянием от ядра и запасом энергии.

Число энергетических уровней в атоме = № периода.

1 2 3 4 5 6 7
K L M N O P Q

Максимальное число электронов в квантовом слое (N) рассчитывается по формуле N = 2n2, где n – целое число, обозначающее номер энергетического уровня – главное квантовое число

I период N=2∙12=2l  s

II период N=2∙22=8l  s  p

III период N=2∙32=18l  s  p  d

IV период N=2∙42=32l  s  p  d  f

2 6 10 14 электронов

5. Энергетические уровни делятся на подуровни, отличающиеся по формам и размерам

 

s Å p d f

 

Максимальное количество электронов на энергетическом подуровне:

s2 p6 d10 f14

Орбиталь –.область возможного нахождения электрона вокруг атомного ядра, совокупность положений электрона в атоме. Квантовая механика вводит понятие электронного облака, то есть заряд электрона размазывается, расплывается по всему объему этого облака. Электронные облака имеют разные геометрические формы. Электронные формулы меди и цинка можно представить следующим образом:

6. На каждой атомной орбитали может разместиться только 2l с противоположными спинами (принцип Паули). Он установил, что в атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех 4 квантовых чисел.

7. Электроны заполняют атомные орбитали, начиная с подуровней с наименьшей энергией (принцип минимума энергии). Пример заполнения орбиталей с использованием ряда В. Клечковского: 1s2<2s2<2p6<3s2<3p6< 4s2£3d10 <4p6<5s2

 
 

 

 


8. При наличии свободных орбиталей с одинаковым запасом энергии, каждая орбиталь заполняется вначале наполовину электронами с одинаковыми спинами, а затем полностью с образованием электронной пары, так чтобы их сумма была максимальной (правило Гунда).


Задания для самоконтроля:

Задание № 1. Составьте схему электронного строения, электронную и графическую формулы атомов следующих элементов:а) неон, б) цинк, в) магний, г) кальций, д) аргон, е) алюминий.

Задание № 2. Напишите электронные формулы: а) калия, б) селена, в) скандия, г) кремния, д) ванадия, е) хрома.

Задание № 3. Дайте характеристику химического элемента: а) соединения, которого используются в строительном деле (№ 14), б) обладающего самой высокой электрической проводимостью (№ 47). При характеристике химического элемента следует придерживаться следующего плана:

1) Положение элемента в ПСХЭ Д.И.Менделеева и строение его атома.

2) Характер простого вещества – металл, неметалл или переходный металл.

3) Сравнение свойств заданного простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по подгруппе элементами.

4) Сравнение свойств заданного простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по периоду элементами.

5) Состав высшего оксида, его характер (основный, кислотный, амфотерный).

6) Состав высшего гидроксида, его характер (кислота, основание, амфотерный гидроксид).

Задание № 4. Определите химический элемент по его электронной формуле.

1) По содержанию этого элемента можно определить пол человека. В волосах женщины его содержание на порядок выше. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p64s23d8

2) Этот элемент в сочетании с другими замедляет процессы старения и концентрируется в ногтях. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p64s23d3

3) Этот элемент известен как противострессовый биоэлемент, концентрирующийся в твердых тканях зубов. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s2

4) Ядра атомов этого элемента используются в медицине для облучения раковых опухолей. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p64s23d7

5) Этот элемент усиливает иммунную защиту организма, способствует увеличению продолжительности жизни. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p64s23d104p4

6) Максимальное содержание этого элемента отмечено в сетчатке глаза. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p64s23d104p6

7) При недостатке этого элемента приостанавливается рост растений, задерживается созревание плодов. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p3

8) Этот химический элемент осуществляет перенос кислорода в организме человека. Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p64s23d6

9) Когда содержание этого элемента в крови уменьшается, человек начинает «чувствовать погоду». Электронная формула данного элемента 1s22s22p63s23p2

 

Тема 1.3. Строение вещества

Химическая связь взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы. Химическая связь может быть внутримолекулярной и межмолекулярной.

 
 

 


Большое значение для формирования химической связи имеют:

1) длина связи - расстояние между взаимодействующими атомами,

2) энергия ионизации - энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома,

3) электроотрицательность (ЭО)– способность атомов притягивать к себе электроны от других атомов. В периоде ЭО возрастает слева направо, а в группе ЭО понижается сверху вниз. Самой большой электроотрицательностью обладает фтор.

Ковалентная химическая связь(1916 г., Льюис) связь, образующаяся между атомами за счет образования общих электронных пар, это двухэлектронная связь, принадлежащая одновременно ядрам двух атомов. Пример составления электронных и структурных формул:

 

 


Можно выделить и другие типы химических связей. Например: σ-связь сигма - связь, при которой перекрывание электронных облаков происходит вдоль прямой, соединяющей центры взаимодействующих атомов. В молекуле азота (N2) общая электронная пара образуется за счет σ- связи, а 2 общие электронные пары за счет π -связи.

π-связь – пи – связь, боковое перекрывание двух р - орбиталей в двух областях с образованием двух максимумов электронной плотности по обе стороны от плоскости образования сигма - связи. Так изображают образование связей в молекуле азота:

 
 

 

 


Электроны, находящиеся на внешнем энергетическом уровне атома которые могут принимать участие в образовании химических связей, называются валентными.

Валентность определяется: числом неспаренных электронов, наличием свободных орбиталей и неподеленных электронных пар.

Для определения валентных возможностей атома рассматривают распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням для невозбужденных и возбужденных состояний атома. Распределение электронов можно изобразить таким образом:

 
 

 

 


Неполярная ковалентная связь – связь, образующаяся между атомами неметаллов с одинаковой электроотрицательностью (в молекулах простых веществ).

Полярная ковалентная связь – связь между атомами неметаллов, электроотрицательность которых не сильно различается, при этом происходит смещение общей электронной пары к наиболее электроотрицательному атому (между атомами различных неметаллов).

Ионная химическая связь – связь, образовавшаяся за счет электростатического притяжения катионов к анионам. Она образуется между ионами металлов и неметаллов, электроотрицательность которых сильно отличается друг от друга.

Металлическая химическая связь– связь в металлах, которую выполняют относительно свободные электроны между ионами металлов в металлической кристаллической решетке. Она основана на обобществлении валентных электронов, принадлежащих всем атомам в кристалле.

Водородной связью называют химическую связь, образованную атомом водорода, связанным с атомом другого более электроотрицательного элемента (О, F, N, Сl). Эта связь обусловлена электростатическим притяжением, которому способствуют малые размеры атома водорода. Водородная связь может быть межмолекулярной и внутримолекулярной.

Степень окисления – это условный заряд атома в молекуле, вычисленный согласно предположению о том, что молекула состоит только из ионов. Правила нахождения степени окисления следующие:

1) Алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле любого вещества равна нулю,

2) Степень окисления элемента в простом веществе равна нулю,

3) Степень окисления атомов в молекуле сложного вещества может быть выражена отрицательным или положительным числом,

4) Алгебраическая сумма степеней окисления атомов в сложном ионе равна его заряду,

5) Элементы с постоянной степенью окисления: Н +1(кроме гидридов), О –2 (кроме пероксидов) и ОF2 , элементы главной подгруппы 1 группы +1, все элементы 2 группы, кроме Hg +2, алюминий АI +3, фтор F – 1.

Кристаллические решётки могут быть атомными, молекулярными, ионными, металлическими. Ионные кристаллические решетки встречаются у большинства солей, щелочей и некоторых оксидов типичных металлов.

Атомные кристаллические решётки имеют углерод в форме алмаза, кремний, германий, бор.

Молекулярные решётки встречаются у большинства неорганических веществ Н2О (тв), НCl (тв), Н2S (тв) и неметаллов (Н2, N2 (тв), О2 (тв), Cl2 (тв), Р4, S8.

Схему образования ионной связи в NaCl можно представить:

Na + →Na+[: ]-

Образование ковалентной неполярной химической связи в молекуле хлора (Сl2):

Задания для самоконтроля:

Задание № 1. Составьте структурные и электронные формулы соединений с водородом следующих элементов: а) кремния, б) фосфора, в) брома, г) углерода.

Задание № 2. Определите степени окисления элементов в следующих веществах: а) MgCl2, б) Na2SO4, в) KHSO4, г) NH3, д) KNO2, е) Na2Cr2O7, ж) NaSbO3, з) KMnO4.

Задание № 3. Составьте структурные и электронные формулы следующих веществ:

а) MgCl2, б) Н2S, в) F2, г) NH3, д) O2, е) CO2 .

Определите виды химической связи в данных соединениях.

 


Поделиться с друзьями:

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.052 с.