Читайте также:
|
Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX в.
Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон: Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.
Данные о строении ядра и о распределении электронов в атомах позволяют рассмотреть периодический закон и периодическую систему элементов с фундаментальных физических позиций. На базе современных представлений периодический закон формулируется так: Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера).
В периодической системе по горизонтали имеется 7 периодов, из них первые три называются малыми, а остальные — большими.
В первом периоде находится 2 элемента, во втором и третьем — по 8, в четвертом и пятом — по 18, в шестом — 32, в седьмом (незавершенном) — 21 элемент.
Каждый период, за исключением первого” начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом (7-й период — незаконченный). Все элементы периодической системы пронумерованы в том порядке, в каком они следуют друг за другом. Номера элементов называются порядковыми или атомными номерами. В системе 10 рядов. Каждый малый период состоит из одного ряда, каждый большой период — из двух рядов: четного (верхнего) и нечетного (нижнего). В четных рядах больших периодов (четвертом, шестом, восьмом и десятом) находятся одни металлы, и свойства элементов в ряду слева направо изменяются слабо. В нечетных рядах больших периодов (пятого, седьмого и девятого) свойства элементов в ряду слева направо изменяются, как у типических элементов В шестом периоде вслед за лантаном располагаются 14 элементов с порядковыми номерами 58-71, называемых лантаноидами (слово “лантаноиды” означает подобные лантану”, а “актиноиды” — “подобные актинию”). Химические свойства лантаноидов очень сходны. Например, все они являются реакционно-способными металлами, реагируют с водой с образованием гидроксида и водорода.
В седьмом периоде 14 элементов с порядковыми номерами 90-103 составляют семейство актиноидов. В периодической системе по вертикали расположены восемь групп (обозначены римскими цифрами). Номер группы связан со степенью окисления элементов, проявляемой ими в соединениях. Как правило, высшая положительная степень окисления элементов равна номеру группы. Исключением являются фтор — его степень окисления равна -1; медь, серебро, золото проявляют степень окисления +1, +2 и +3; из элементов VIII группы степень окисления +8 известна только для осмия, рутения и ксенона.
В VIII группе размещены благородные газы. Ранее считалось, что они не способны образовывать химические соединения.
Каждая группа делится на две подгруппы — главную и побочную
Главную подгруппу составляют типические элементы (элементы второго и третьего периодов) и сходные с ними по химическим свойствам элементы больших периодов. Побочную подгруппу составляют только металлы — элементы больших периодов. VIII группа отличается от остальных.
Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения; существует всего 8 форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R2O, RО, R2O3, RO2, R2O5, RО3, R2O7, RO4, где R — элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы (главной и побочной), кроме тех случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы. Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения, форм таких соединений 4. Их также изображают общими формулами в последовательности RН4, RН3, RН2, RН.
Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются: сверху вниз усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические. Очевидно, металлические свойства наиболее сильно выражены у франция, затем у цезия; неметаллические — у фтора, затем — у кислорода.
Согласно современной теории строения атома, атом состоит из ядра (протоны, нейтроны) и электронной оболочки (электроны).
Протон (р): относительный заряд равен +1; относительная масса 1,0073.
Нейтрон(n): относительный заряд равен 0; относительная масса 1,0087
Электрон(е): относительный заряд равен -1; относительная масса 5,48 · 10
Английский физик Мозли установил, что «заряд ядра равен порядковому номеру элемента в Периодической системе»
Порядковый номер определяет число протонов. Атом по заряду - нейтральная частица, следовательно, число электронов в атоме равно числу протонов. Относительная атомная масса элемента определяется сумой масс протонов и нейтронов. Поэтому, число нейтронов в атоме равно атомной массе за вычетом числа протонов.
Пример 1. Определить число протонов, нейтронов, электронов в атоме элемента с порядковым номером 92 в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева.
Элемент Уран U
Число протонов (р) равно 92
Число нейтронов (n) равно 238 - 92 = 146
Число электронов (е) равно 92
Изотопы - это структурные частицы, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов (частицы одного и того же элемента с различной массой).
Например Н-водород, Д -дейтерий, Т -тритий
Область пространства вокруг ядра, для которой вероятность пребывания электрона равна 95%, называется атомной орбиталью. Электрон не движется по орбите, а занимает трёхмерную область в пространстве вокруг ядра - орбиталь. Решения волнового уравнения Шредингера позволяют охарактеризовать орбиталь четырьмя квантовыми числами.
n- главное квантовое число. Может принимать значения 1,2,3,4,5,6,7... Определяет энергетический уровень, на котором находится электрон, энергию электрона на уровне, размер орбитали. Чем больше значение главного квантового числа, тем больше энергия электрона и больше размер орбитали.
l-орбитальное квантовое число. Может принимать целочисленные значения от 0 до n-1. Если n= 4, то I = 0,1,2 и 3. Определяет энергетический подуровень, на котором находится электрон, энергию электрона на подуровне, а так же форму орбитали.
Электроны на s-подуровне (s-электроны) имеют сферическую форму орбитали, р-электроны симметричную гантель, у других орбиталь имеет более сложную конфигурацию.
m-магнитное квантовое число. Может принимать значение целых чисел от +1 до –1
1. Определяет возможное число орбиталей на подуровне, а так же пространственное расположение орбиталей.
Возможное число орбиталей для подуровней:
1 = 0 (s) m = 0 одна s-орбиталь
1 = 1 (р) m = 1,0,-1 три р-орбитали
1 = 2 (d) m =: 2,1,0,-1,-2 пять d-орбиталей и т. д
S-спиновое квантовое число. Определяет вращение электрона вокруг собственной оси. Может принимать значения +1/2 (предполагает вращение по часовой стрелке) и -1/2 (вращение против часовой стрелки)
В соответствии с принципом Паули «в атоме не может быть двух электронов, которые имеют одинаковые наборы четырёх квантовых чисел. Таким образом, на одной орбитали могут находиться только два электрона с противоположными спинами. Отсюда следует, что:
на n=1 уровне находится 2 электрона
на n=2 уровне находится 8 электронов
на n=3 уровне находится 18 электронов
на n=4 уровне находится 32 электрона
Период - последовательный ряд элементов с одинаковым числом заполняемых энергетических уровней, причём номер периода показывает номер внешнего энергетического уровня.
Группа - последовательный ряд элементов, имеющих однотипную электронную конфигурацию.
Все элементы в соответствии с электронным строением атома можно подразделить на металлические и неметаллические.
Металлические свойства элементов определяются способностью атомов «отдавать» электроны (восстановительные свойства).
Неметаллические свойства элементов определяются способностью атомов «принимать» электроны (окислительные свойства).
Изменение свойств элементов в Периодической системе можно проследить в горизонтальном направлении (в периоде) и вертикальном направлении (в группе). С увеличением порядкового номера элементов по периоду (слева на право) происходит нарастание неметаллических' свойств. Сверху вниз по подгруппам возрастают металлические свойства. Эти свойства связаны с атомными радиусами, а в конечном счете - с электроотрицательностью. Элементы, для которых электроотрицательность меньше двух относят к металлическим элементам (атомы только отдают электроны). Элементы, для которых электроотрицательность больше двух, относят к неметаллическим элементам.
J Упражнения:
1. Напишите электронные формулы атомов элементов с
порядковыми номерами 12 и 17. Распределите электроны по квантовым
ячейкам
2. Напишите электронные формулы атомов элементов алюминий
и галлий. Какой элемент проявляет более металлические свойства. Ответ
обосновать.
3.Напишите электронные формулы атомов элементов с
порядковыми номерами 15 и 19. Определите период и группу
Периодической системы Д.И. Менделеева, в которых находятся элементы.
H
1. Напишите электронные формулы атомов элементов с
порядковыми номерами 18 и 37. Распределите электроны по квантовым
ячейкам. К какому электронному семейству относятся элементы?
2.Напишите электронные формулы атомов элементов кальция и
бария. Какой элемент проявляет более металлические свойства? Ответ
обосновать?
3.Напишите электронные формулы атомов элементов с
порядковыми номерами 39 и 51. Определите период и группу
Периодической системы Д.И.Менделеева, в которых находятся элементы
H? Изотопы
Радиоактивность.
Ядерные реакции
Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 269 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Основные положения атомно-молекулярной теории | | | Основные классы неорганических соединений |