Периодический закон и периодическая система Д. И. Менделеева

В соответствии с периодическим законом каждый элемент в таблице Менделеева занимает место, определённое электронным строением атома. Атом состоит из определённого числа протонов, нейтронов и электронов. Число протонов в атоме равно заряду ядра и соответствует порядковому номеру элемента в таблице. Сумма масс всех протонов и нейтронов равна атомной массе элемента: A = Z + N, где Z –масса всех протонов, N –масса всех нейтронов. Число нейтронов для данного элемента не является постоянной величиной. Существуют атомы, имеющие одинаковый заряд ядра и разные атомные массы. Такие атомы называются изотопами. Чтобы определить число нейтронов, надо из массы атома вычесть массу протонов.

 

 

 

Периодическая система состоит из 7 периодов, расположенных горизонтально, и 8 групп, расположенных вертикально. Каждая группы состоит из двух подгрупп: главной и побочной. Главные подгруппы начинаются с малых периодов, побочные с больших. Свойства элемента зависят от его положения в периодической системе. С увеличением номера группы происходит ослабление металлических и усиление неметаллических свойств. С увеличениям номера периода происходит усиление металлических свойств и ослабление неметаллических. Таким образом, самые активные неметаллы расположены в верхнем правом углу таблицы, а самые активные металлы в нижнем левом углу. Элементы всех побочных подгрупп являются металлами.

Электроны в атоме расположены по уровням(слоям). Число электронных уровней соответствует номеру периода. На каждом уровне имеется ряд подуровней, число которых зависит от номера уровня n. Каждый подуровень имеет своё обозначение и определённое максимальное число электронов:

n = 1, s-подуровень 2 электрона

n= 2, p-подуровень 6 электронов

n= 3, d-подуровень 10 электронов

n= 4, f-подуровень 14 электронов и так далее.

Заполнение d- подуровня начинается с четвёртого периода после заполнения третьего s-подуровня. Заполнение f-подуровня начинается с шестого периода после заполнения шестого s-подуровня. Распределение электронов в атоме по уровням и подуровням описывается электронной формулой.

Электронные формулы ионов отличаются от электронных формул образующих их атомов. Катионы имеют положительный заряд, равный числу отданных электронов и в электронной формуле они указываться не будут. Анионы имеют отрицательный заряд, равный числу принятых атомом электронов и в электронной формуле их следует добавить.

 

Пример 1. Охарактеризуйте элемент калий в соответствии с его положением в периодической системе.

Решение: Элемент калий имеет порядковый номер 19 и расположен в четвёртом периоде первой группы главной подгруппы. Поскольку К расположен в начале периода, то обладает ярко-выраженными металлическими свойствами: взаимодействует с неметаллами, кислотами и солями.

Пример 2. Составьте электронную формулу ванадия.

Решение: элемент V имеет порядковый номер 23 и соответственно 23 электрона, расположенных следующим образом:

1s 2s 2p 3s 3p 4s d

 

Пример 3. Укажите элемент, имеющий 4s 3d валентные электроны.

Решение: Электроны атома данного химического элемента расположены на четырёх энергетических уровнях, следовательно, но находится в четвёртом периоде. Общее число валентных электронов равно семи. Последний электрон

 

 

расположен на d-подуровне, т. е. этот элемент является d- элементом. Поэтому он принадлежит к VII побочной подгруппе и имее порядковый номер 25. Этот элемент марганец Mn.

Пример 4. Составьте электронную формулу иона F.

Решение: отрицательный заряд указывает на присутствие одного дополнительного к содержащимся электронам. Поэтому электронная формула будет 1s 2s 2p.

 

Пример 5. Cколько протонов и нейтронов содержится в ядре атома железа Fe?

Решение: Заряд ядра атома химического элемента определяется количеством протонов в ядре (порядковый номер элемента в периодической системе химических элементов). Следовательно, в ядре атома железа находится 26 протонов. Число нейтронов равно разности между массовым числом (индекс вверху слева символа) и количеством протонов. Это значит, что в ядре атома Fe находится 30 нейтронов (56 – 26 = 30).

 

Задания

1. Определите число нейтронов, содержащееся в атомах He, Ru, Nb

2. Атомная масса равна 40, а число протонов равно 20. Определите число нейтронов.

3. Порядковый номер элемента 105, а число нейтронов в нём равно 156. Определите атомную массу.

4. Опишите положение элемента азота в периодической системе и его предполагаемые свойства.

5. Опишите положение цезия в периодической системе и его предполагаемые свойства.

6. Элемент имеет порядковый номер 17. Где расположен этот элемент и каковы его свойства?

7. Составьте электронные формулы кремния, марганца, галлия, рубидия.

8. Порядковый номер элемента 23. Составьте электронную формулу этого элемента.

9. Укажите элемент, имеющий на внешнем уровне 4s 3d 4s электроны.

10. Укажите элемент, имеющий на внешнем уровне семь валентных электронов и расположенный в пятом периоде.

11. Элемент имеет завершённый электронный уровень и расположен в третьем периоде. Составьте электронную формулу этого элемента.

12. Составьте электронные формулы ионов S, N, Br, In.

 

Виды химической связи

 

Атомы многих элементов способны образовывать молекулы благодаря химическим связям между ними. Связи образуются взаимодействием неспаренных электронов каждого атома. Существует несколько видов связей. Вид связи зависит от электроотрицательности (ЭО) образующих её атомов. ОЭ –способность атома притягивать электроны. Чем выше эта способность, тем больше значение ЭО. Отсюда следует, что атомы неметаллов имеют большие значения ЭО по сравнению с металлами.

Ионная связь возникает между атомами с резко различающимися электроотрицательностями. Такая связь существует между металлами и неметаллами в солях, а также в водных растворах кислот и щелочей.

Ковалентная полярная связь возникает между атомами с близкими значениями ЭО. Такая связь существует между атомами различных неметаллов, например, в оксидах, водородных соединениях неметаллов.

Ковалентная неполярная связь возникает между атомами неметаллов с равными значениями ЭО. Такая связь возникает в молекулах простых веществ неметаллов.

Металлическая связь существует между атомами металлов.

Водородная связь возникает между молекулами веществ, содержащих атом водорода и атом с большим значением ЭО (фтор, кислород, азот, сера). Именно благодаря водородной связи вода при нормальных условиях находится в жидком состоянии.

Прочность связи зависит от радиусов образующих их атомов: чем больше радиусы, чем слабее взаимодействие между атомами и слабее связь. Следует помнить, что радиусы атомов возрастают с увеличением номера периода.

 

Пример 1. Какой вид связи существует в молекуле воды? Изобразите схему образования молекулы воды.

Решение: молекула воды образована атомами двух неметаллов с различными значениями ЭО. Поэтому связь будет ковалентной полярной. Атом водорода имеет на внешнем уровне один неспаренный электрон, атом кислорода два неспаренных электрона. Схема образования молекулы воды

 

О

Н Н

Пример 2. Между молекулами какого вещества возможно образование водородной связи: NO2, CH4, NH3, CO2, F2?

Решение: согласно теории водородная связь возникает между молекулами, содержащими атом водорода и сильно электроотрицательный элемент. Среди приведённых веществ этим требованиям отвечает молекула аммиака NH3.

 

 

 

Задания

1. Изобразите схему образования молекулы аммиака

2. Какой вид связи существует в молекулах

а) хлороводорода

б) азота

в) бромида натрия

г) оксида серы (IV)

д) фосфина PH3

Изобразите схему образования этих молекул

3. Между молекулами каких веществ возможно образование водородной связи: СuO, KCl, HF, H2S, CO2, Cl2, NaH?

4. Укажите тип связи в молекулах:

FeO, LiBr, HJ, SiH3, SiO2, J2, Na2S, C2H2

5. Как изменяется прочность связи в ряду HCl, HBr, HI?

6. Расположите вещества в ряд по возрастанию прочности связи:

H2O, H2Te, H2S, HF