МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
И
М
ЕН
И
Н
.Г
.Ч
ЕР
Н
Ы
Ш
ЕВ
С
КО
ГО
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО»
Институт химии
И
ТЕ
Т
Авторы-составители
УН
И
ВЕ
Р
С
КОЖИНА Л.Ф., ЗАХАРОВА Т.В., МАКУШОВА Г.Н.
Ы
Й
Строение атома и периодическая система элементов
С
АР
АТ
О
ВС
КИ
Й
ГО
С
УД
АР
С
ТВ
ЕН
Н
Д.И.Менделеева
Саратов
2015
1
УДК 546
Ш
ЕВ
С
КО
ГО
Авторы-составители: Кожина Л.Ф., Захарова Т.В., Макушова Г.Н.
Строение атома и периодическая система элементов Д.И.Менделеева
Учебно-методическое пособие. Электронный ресурс.- Саратов. – 2015 – 42 с.
ГО
С
УД
АР
С
ТВ
ЕН
Н
Ы
Й
УН
И
ВЕ
Р
С
И
ТЕ
Т
И
М
ЕН
И
Н
.Г
.Ч
ЕР
Н
Ы
Учебно-методическое пособие содержит краткие сведения о строении атома и о
периодическом изменении некоторых свойств атомов в зависимости от положения
элемента в периодической системе Д.И.Менделеева, а также перечень важнейших
понятий, терминов; примеры по вопросам взаимосвязи электронного строения
атомов, их свойств и положения химических элементов в периодической системе
Д.И.Менделеева; тестовые задания и варианты самостоятельной внеаудиторной
работы. В качестве примера приведено решение некоторых тестовых заданий и
одного из вариантов самостоятельной работы.
Пособие предназначено для студентов Института химии направления подготовки
«Техносферная безопасность» (бакалавриат).
С
АР
АТ
О
ВС
КИ
Й
Рекомендует
кафедра общей и неорганической химии Института химии СГУ
НМС Института химии СГУ
Рецензент
доцент кафедры общей и неорганической химии
Института химии СГУ
к.х.н. Акмаева
2
Строение атома и периодическая система
элементов Д.И.Менделеева
Атом – электронейтральная микросистема, состоящая из положительно
КО
ГО
заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Ядро составляет
основу атома и определяет индивидуальность элемента.
Ш
ЕВ
С
Ядра атомов всех элементов (исключение атом водорода – 11 Н ) состоят из протонов и
Н
Ы
нейтронов. Протон (р) – элементарная частица с положительным зарядом, по
.Г
.Ч
ЕР
абсолютной величине равным заряду электрона, и массой m = 1 а.е. Число протонов
в ядре характеризует его заряд и принадлежность атома данному химическому
И
Н
элементу. Нейтрон (n) – элементарная частица, не обладающая электрическим
И
М
ЕН
зарядом и массой m = 1 а.е. Электрон ( e ) – частица, обладающая элементарным
10-8 см; ядра
10-12 см.
И
ТЕ
Т
отрицательным зарядом (-1). Линейные размеры атомов
Основная масса атома сосредоточена в ядре и характеризуется массовым числом А,
И
ВЕ
Р
С
равным сумме чисел протонов Z (заряда ядра) и нейтронов N:
УН
А=Z+N
Й
Зная массовое число и число нейтронов, можно определить заряд ядра атома.
ядра Z = 41 – 20 = 21.
С
обладающие
одинаковым
зарядом
ядра
(и,
следовательно,
АР
Атомы,
ТВ
ЕН
Н
Ы
Например, если атомная масса элемента равна 41, а число нейтронов – 20, то заряд
УД
тождественными химическими свойствами), но разным числом нейтронов (а
ГО
С
значит и разными массовыми числами), называют изотопами. Как правило,
КИ
Й
каждый элемент представляет собой совокупность нескольких изотопов. Именно
АТ
О
ВС
этим объясняются значительные отклонения атомных масс многих элементов от
целочисленных величин.
С
АР
Устойчивому состоянию ядер атомов соответствуют определенные соотношения
чисел протонов и нейтронов: для легких элементов Z/N ~ 1, для тяжелых – около
0,6. Если это соотношение нарушено, то атом становится радиоактивным.
Главной характеристикой атома является заряд ядра. Он определяет число
электронов, находящихся в атоме, и соответствует атомному номеру, т.е.
3
порядковому номеру элемента в периодической системе. При химических реакциях
ядра атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ, не изменяются.
Изменение претерпевают только электронные оболочки. Электрону присуща
корпускулярно-волновая природа. В квантовой механике о местонахождении
КО
ГО
электрона судят только с вероятностной точки зрения. Электрон может находиться в
любом месте объема атома, однако вероятность его пребывания в различных
Ш
ЕВ
С
элементах объема атома в данный момент времени неодинакова. Он чаще бывает в
Ы
одних местах, реже в других, и полностью избегает третьи участки объема атома,
.Г
.Ч
ЕР
Н
вероятность пребывания электрона в которых равна нулю. Движение электрона в
атоме носит вероятностно-волновой характер. Электрон при своем движении как бы
всему объему,
образуя
электронное облако.
Н
по
Околоядерное
И
“размазан”
называется
атомной
орбиталью
(АО).
Она
характеризуется
И
ТЕ
Т
электрон,
И
М
ЕН
пространство, в котором с наибольшей вероятностью может находиться
определенной формой и расстоянием от ядра. Каждую орбиталь можно описать
И
ВЕ
Р
С
тремя квантовыми числами (n, l, ml). Электрон в атоме имеет еще одну
характеристику, не связанную со свойствами орбитали – собственный магнитный
Й
УН
момент (ms).
Н
Ы
Главное квантовое число n определяет возможные значения энергии электрона,
ТВ
ЕН
т.е. степень его удаления от ядра, или размер электронного облака. Для
АР
С
электронов, находящихся в невозбужденных атомах, оно может принимать
элементов,
ГО
С
системе
УД
целочисленные значения 1, 2, 3, ...∞ (равные номеру периода в периодической
числу
энергетических
уровней).
Электроны,
имеющие
КИ
Й
одинаковые значения n, образуют электронные слои, обозначаемые 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
АТ
О
ВС
или K, L, M, N, O, P, Q. Наименьшему значению энергии (Е) электрона в атоме
соответствует значение n = 1. Остальным квантовым состояниям отвечают более
С
АР
высокие значения энергий, и электроны, находящиеся на этих энергетических
уровнях, менее прочно связаны с ядром. Квантовое состояние атома с наименьшей
энергией называют основным или стационарным. Остальные квантовые состояния с
более высокими уровнями энергии называют возбужденными. Когда атом
находится в возбужденном состоянии, связь электрона с ядром ослабевает вплоть до
4
отрыва электрона от атома. В основном состоянии атом может находиться
неограниченное время, в возбужденном же состоянии – ничтожные доли секунды
(10-8 – 10-10 с). Возбуждение атома происходит при нагревании, электроразряде,
поглощении света и т.п. При этом в любом случае атом поглощает лишь
КО
ГО
определенные порции – кванты энергии, соответствующие разности энергетических
уровней электронов.
Ш
ЕВ
С
Орбитальное квантовое число l характеризует форму электронных облаков и
Ы
указывает на различие энергии электронов, находящихся в пределах одного
.Г
.Ч
ЕР
Н
энергетического уровня. Орбитальное квантовое число l обычно обозначают
2
обозначение
s
p
d
3
И
1
ЕН
0
f
И
М
значение l
Н
буквами в соответствии со схемой:
4
g
И
ТЕ
Т
Для каждого значения главного квантового числа n орбитальное число l
И
ВЕ
Р
С
принимает целочисленные значения от 0 до (n-1), т.е. каждому значению n
соответствует определенное число значений l. Следовательно, энергетический
УН
уровень представляет собой совокупность энергетических подуровней. При этом
Н
Ы
Й
число подуровней равно номеру уровня, т.е. численному значению n.
С
АР
АТ
О
ВС
КИ
Й
ГО
С
УД
АР
С
ТВ
ЕН
Значения главного и орбитального квантовых чисел и обозначение подуровня
Орбитально
Главное
Обозначение орбитали
е
квантовое
(электронного облака,
квантовое
число n
подуровня)
число l
1
0
1s
2
0,1
2s,2p
3
0,1,2
3s,3p,3d
4
0,1,2,3
4s,4p,4d,4f
Таким образом, для электрона первого энергетического уровня (n = 1) возможна
только одна форма орбитали, для второго энергетического уровня (n = 2) возможны
две формы орбиталей, для третьего уровня (n = 3) – три и т.д. Согласно
квантовомеханическим расчетам s-орбитали имеют форму сферы, р-орбитали –
форму гантели, d – четырехлепестковую форму.
5
Магнитное квантовое число ml характеризует проекцию магнитного момента
на оси координат и пространственное расположение электронных облаков. Число
возможных значений ml при заданном l равно (2l+1), при этом ml изменяется от – l
через 0 до + l.
ЕН
И
Н
.Г
.Ч
ЕР
Н
Ы
Ш
ЕВ
С
КО
ГО
Значения орбитального и магнитного квантовых чисел, число орбиталей
Орбитальное
Магнитное
Число орбиталей
квантовое
квантовое число
с данным
число l
ml
значением l
0 (s)
0
1
1 (p)
-1,0,1
3
2 (d)
-2,-1,0,1,2
5
3 (f)
-3,-2,-1,0,1,2,3
7
Число значений ml указывает число орбиталей с заданным l. s-Состоянию
И
М
отвечает одна орбиталь, р-состоянию – три, d-состоянию – пять, f-состоянию – семь.
И
ТЕ
Т
Орбитали с одинаковой энергией называются вырожденными.
пятикратно, f-состояниe –
С
p-состояниe вырождено трехкратно, d-состояниe –
Таким образом,
И
ВЕ
Р
семикратно. По характеру ориентации в пространстве p-орбитали обозначают px, py,
y2
, d z ; а d-орбитали, ориентированные лепестками между осями
2
Й
2
Ы
обозначаются d x
УН
pz (рис.1), d-орбитали, ориентированные своими лепестками по осям координат,
ТВ
ЕН
Н
координат, обозначают dxy, dyz, dxz (рис.1). Общее число орбиталей, из которых
С
состоит любой энергетический уровень, равно n2, число орбиталей, составляющих
С
АР
АТ
О
ВС
КИ
Й
ГО
С
УД
АР
подуровень, равно (2l+1).
Рис.1. Форма s-,p- и d-орбиталей.
6
Спиновое квантовое число ms характеризует собственный магнитный момент
электрона. Оно может иметь только 2 значения: +1/2 или -1/2 (условно).
Набором
четырех
квантовых
чисел
(n,
l,
ms)
ml,
можно
полностью
КО
ГО
охарактеризовать состояние любого электрона в атоме.
Пример 1. Какой набор квантовых чисел описывает пять 3d-атомных орбиталей?
Ш
ЕВ
С
Решение. Для 3d-атомных орбиталей главное квантовое число n=3, орбитальное
Ы
квантоволе число l =2, магнитное вантовое число принимает значения от - l до + l:
2.
Какие
типы
орбиталей
соответствуют
следующим
значениям
Н
орбитального квантового числа
.Г
.Ч
ЕР
Пример
Н
ml = -2, -1,0,+1,+2.
ЕН
И
а) l = 1; б) l =3; в) l =2; г) l =0?
И
М
Решение. Для каждого значения главного квантового числа n орбитальное число l
И
ТЕ
Т
принимает целочисленные значения от 0 до (n-1), т.е. каждому значению n
И
ВЕ
Р
С
соответствует определенное число значений l. Следовательно, энергетический
уровень представляет собой совокупность энергетических подуровней. При этом
Ы
Й
УН
число подуровней равно номеру уровня, т.е. численному значению n.
Н
Орбитально
е
квантовое
число l
0
0,1
0,1,2
0,1,2,3
Обозначение орбитали
(электронного облака,
подуровня)
АТ
О
ВС
КИ
Й
ГО
С
УД
АР
С
ТВ
ЕН
Главное
квантовое
число n
1
2
3
4
1s
2s,2p
3s,3p,3d
4s,4p,4d,4f
С
АР
Пример 3. Сколько атомных орбиталей содержит уровень со значением главного
квантового числа n =4?
Решение. Общее число орбиталей, из которых состоит любой энергетический
уровень,
равно
n2,
следовательно,
общее
энергетического уровня равно 42 = 16.
7
число
атомных
орбиталей
4
Пример 4. Сколько атомных орбиталей содержит 5f – подуровень?
Решение. Число значений ml указывает число орбиталей с заданным l.Число
орбиталей, составляющих подуровень, равно (2l+1). Главное квантовое число n =
5, орбитальное квантовое число l принимает
значение 0,1,2,3. Число значений ml
С
Ш
ЕВ
Ы
Н
Число орбиталей
с данным
значением l
1
3
5
7
.Г
.Ч
ЕР
Магнитное
квантовое число
ml
0
-1,0,1
-2,-1,0,1,2
-3,-2,-1,0,1,2,3
И
Н
Орбитальное
квантовое
число l
0 (s)
1 (p)
2 (d)
3 (f)
КО
ГО
(при l=3) равно +3,+2,+1,0,-1,-2,-3.
И
М
ЕН
Пример 5. Сколько существует подуровней для главных квантовых чисел
n =1;n = 2; n =3; n =4?
И
ТЕ
Т
Решение. Число подуровней равно номеру уровня, т.е. численному значению главного
И
ВЕ
Р
С
квантового числа n.
Пример 6. Какие наборы квантовых чисел описывают 2р-атомные орбитали?
УН
Решение. Цифра 2 означает, что n = 2; р – означает, что l=1. Тогда магнитное
ТВ
ЕН
ml = -1, ml = 0, ml = +1.
Н
Ы
Й
квантовое число ml принимает значения от – l до + l , т.е.
ГО
С
орбиталь?
ml = 0? Как различить 2 электрона, которые могут занимать эту
УД
n = 3, l =0,
АР
С
Пример 7. Какая атомная орбиталь определяется набором квантовых чисел
КИ
Й
Решение. Такой набор квантовых чисел соответствует 3s-орбитали, которая
АТ
О
ВС
занимает одно положение в пространстве. На 3s-орбитали могут находиться 2
С
АР
электрона со спиновым квантовым числом ms = + 1/2 и ms = -1/2.
Распределение электронов в атомах элементов по АО определяется принципом
наименьшей энергии, принципом Паули и правилами Хунда и Клечковского.
Принцип наименьшей энергии: последовательность размещения электронов по АО
в невозбужденном атоме должна отвечать наибольшей связи их с ядром, т.е.
электрон должен обладать наименьшей энергией. Электроны заполняют орбитали,
начиная с подуровня с меньшей энергией.
8
Принцип Паули: в атоме не может быть двух или более электронов, имеющих
одинаковый набор всех четырех квантовых чисел. Следствие: на одной орбитали
могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами.
Следовательно, в s-состоянии (одна орбиталь) может быть лишь 2 электрона, в
КО
ГО
p-состоянии (три орбитали) – 6 электронов, в d-состоянии (пять орбиталей) – 10
Ш
ЕВ
Паули, максимальное число электронов на уровне равно 2n2 (табл.1).
С
электронов, в f-состоянии (семь орбиталей) – 14 электронов. Согласно принципу
Ы
Правило Хунда: в пределах энергетического подуровня электроны располагаются
правильно
неправильно
неправильно
И
М
ЕН
И
Н
ms = 1
ms = 0
ms = 0
.Г
.Ч
ЕР
Н
так, чтобы их суммарный спин был максимальным.
И
ТЕ
Т
Правило Хунда называют также принципом максимальной мультиплетности, из
С
этого следует, что в пределах подуровня электроны сначала заполняют все орбитали
И
ВЕ
Р
наполовину, а затем полностью.
УН
Правила Клечковского: энергия электрона в основном определяется значением
Ы
Й
главного квантового числа n и орбитального l, таким образом, сначала
ТВ
ЕН
Н
заполняются те подуровни, для которых сумма значений (n + l) является меньшей;
если суммы значений (n + l) равны, то сначала идет заполнение подуровня с
АР
С
меньшим значением n. Отсюда следует, что после 3р-подуровня заполняется
ГО
С
УД
4s-подуровень (n + l = 4 + 0 = 4), затем 3d-подуровень (n + l = 3 + 2 = 5), 4р (n + l = 4
КИ
Й
+ 1 = 5) и 5s-подуровень (n + l = 5 + 0 = 5).
С
АР
АТ
О
ВС
период
1
подуровни 1s
(n+l)
1+0
n
1
период
подуровни 5s
(n+l)
5+0
n
5
2
3
4
2s
2p
3s
3p
4s
3d
4p
2+0
2+1
3+0 3+1 4+0
3+2
4+1
2
2
3
3
4
3
4
5
6
7
4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
4+2 5+1 6+0 4+3 5+2 6+1 7+0 5+3 6+2 7+1
4
5
6
4
5
6
7
5
6
7
Согласно этим правилам, электроны заполняют уровни и подуровни в следующей
последовательности:
9
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d<
< 5p < 6s < 4f ≈ 5d < 6p < 7s < 5f ≈ 6d < 7p,
где s, p, d, f – энергетические подуровни, цифры впереди букв означают
Значения квантовых чисел и максимальное число электронов
на квантовых уровнях и подуровнях
3
0
1
2
4
s
p
d
f
0
1
2
3
2
С
Ш
ЕВ
Ы
Н
0
0
-1,0,+1
0
-1,0,+1
-2,-1,
0,+1,+2
0
-1,0,+1
-2,1,0,+1,+2
-3,-2,1,0,+1,+2
,+3
1
1
3
3
2
2
6
2
8
1
3
5
2
6
10
18
1
3
5
7
2
6
10
14
32
Ы
Й
УН
4
ТВ
ЕН
Н
N
И
ВЕ
Р
С
M
s
p
d
1
.Г
.Ч
ЕР
2
0
0
1
Н
L
s
s
p
И
1
обозначение
магнитное
квантовое
число ml
И
М
K
число
подорбитальуровней
ное
квантовое в уровне
число l
И
ТЕ
Т
обозначение
главное
квантовое
число n
максичисло
максимальное
квантовых
мальное
число
состояний
число
электрон
(орбиталей) электронов
ов
в подуровне в подуровне
в уровне
(2l+1)
2(2l+1)
2n2
ЕН
квантовый
уровень
подуровень
КО
ГО
энергетический уровень, на котором находятся данные электроны.
АР
С
Строение электронных оболочек атомов тесно связано с положением атомов в
вариантов
ГО
С
УД
периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Существует большое число
периодической
таблицы
химических
элементов.
Наиболее
КИ
Й
распространены клеточные варианты таблицы с короткими (восемь групп) и
АТ
О
ВС
длинными (восемнадцать групп) периодами. Элементы в таблице располагаются в
С
АР
порядке возрастания заряда ядра атома. Вертикальные ряды называются группами, а
горизонтальные – периодами. Период представляет собой последовательный ряд
элементов, в атомах которых происходит заполнение одинакового числа
электронных уровней. При этом номер периода совпадает со значением главного
квантового числа внешнего энергетического уровня. Длина периодов определяется
максимальной емкостью уровней: 2n2. В зависимости от того, на какой
10
энергетический уровень в атоме поступает последний электрон, элементы делятся
на s-, p-, d- и f-элементы. У s- и p-элементов валентные электроны находятся на
внешнем n-энергетическом уровне; у d-элементов – на s-подуровне внешнего
энергетического уровня и предвнешнего (n-1) d-подуровня.
КО
ГО
В малых периодах находятся только s- и p-элементы. В больших периодах между
s-элементами и p-элементами внедряются 10 d-элементов, у которых электроны
Ш
ЕВ
С
заполняют предвнешний d-подуровень. У всех d-элементов, независимо от номера
Ы
группы, на внешнем уровне находится 2 электрона (или один электрон, если имеет
«проваливается»
на
подуровень
(n-1)d)
.Г
.Ч
ЕР
Н
место «провал» электрона). Явление «провала» электрона (электрон с подуровня ns
можно
объяснить
наибольшей
И
Н
устойчивостью наполовину или полностью заполненных d-подуровней. Например:
И
М
ЕН
Cr 1s22s22p6 3s23p63d54s1. Подобные аномалии в распределении электронов в атомах
И
ТЕ
Т
встречаются у атомов молибдена, меди, серебра, золота, рутения, родия, палладия и
у некоторых других элементов.
и пятом периодах располагаются соответственно 3d- и
И
ВЕ
Р
С
В четвертом
4d-элементы. В шестом и седьмом периодах помимо 10 d-элементов располагаются
Й
УН
еще по 14 f-элементов (лантаноиды и актиноиды). Между s- и p-элементами в
Н
Ы
шестом и седьмом периодах находятся по 24 переходных металла, соответственно
ТВ
ЕН
(5d- и 4f-элементы) и (6d- и 5f-элементы).
АР
С
В группы объединяют атомы элементов, имеющие одинаковое число валентных
УД
электронов. Каждая группа делится на две подгруппы: главную (s-, p-элементы) и
ГО
С
побочную (d-, f-элементы). Подгруппа – это совокупность элементов, являющихся
КИ
Й
полными химическими аналогами. Электронными аналогами называются элементы,
АТ
О
ВС
у которых валентные электроны описываются общей для всех элементов
формулой. Например, галогены являются электронными аналогами, электронная
С
АР
конфигурация внешнего уровня ns2np5.
Суммарное количество электронов на внешнем уровне у s- и p-элементов
соответствует номеру группы, в которой находится элемент.
На основании рассмотренных положений можно представить распределение
электронов по уровням и подуровням в атомах любых элементов. Распределение
11
электронов в атоме записывается в виде электронно-графических или электронных
формул.
Приведенные электронные конфигурации и электронно-графические формулы
соответствуют невозбужденному состоянию атома, что отвечает состоянию атома с
КО
ГО
минимальной энергией. Состояние атома, характеризующееся более высокой
энергией, называется возбужденным состоянием. Переход атома в возбужденное
Ш
ЕВ
С
состояние сопровождается переходом электрона с одного подуровня на другой в
Ы
пределах того же уровня. Этот переход возможен при наличии свободных
.Г
.Ч
ЕР
Н
квантовых ячеек подуровней в пределах данного уровня.
Периодическое изменение электронного строения атомов элементов является
И
Н
причиной периодического изменения химических свойств элементов, а также
И
М
ЕН
соединений, которые они образуют.
И
ТЕ
Т
В настоящее время периодический закон Д.И. Менделеева формулируется
следующим образом: свойства простых веществ, а также свойства и формы
И
ВЕ
Р
С
соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра
атомов элементов.
Й
УН
Периодическая система элементов основана на двух типах закономерностей:
Н
Ы
- закономерности, проявляющиеся в вертикальных рядах (в группах);
ТВ
ЕН
- закономерности, проявляющиеся в горизонтальных рядах (периодах) и связанные с
АР
С
последовательным увеличением порядкового номера.
УД
Химическая природа элемента обуславливается способностью его атома терять и
ГО
С
приобретать электроны. Эта способность может быть количественно оценена
КИ
Й
энергией ионизации атома и его сродством к электрону.
С
АР
АТ
О
ВС
Энергия ионизации (I) – количество энергии, необходимое для отрыва
электрона от невозбужденного атома Эо + I= Э+ +е
Характеризует металлические, восстановительные свойства элементов
В группе сверху вниз для
В периоде слева направо
элементов главных подгрупп
Уменьшается
Общая
В группе сверху вниз для
закономерность
Увеличивается
элементов побочных подгрупп
Увеличивается
Наиболее устойчивы подуровни, заполненные электронами полностью или
наполовину
12
УД
АР
С
ТВ
ЕН
Н
Ы
Й
УН
И
ВЕ
Р
С
И
ТЕ
Т
И
М
ЕН
И
Н
.Г
.Ч
ЕР
Н
Ы
Ш
ЕВ
С
КО
ГО
Сродство к электрону (F) - энергетический эффект присоединения
электрона к нейтральному атому с превращением его в отрицательный ион
Эо + е = Э- + F
Характеризует неметаллические, окислительные свойства элементов
В группе сверху вниз для
В периоде слева направо
элементов главных
Общая закономерность
подгрупп
Увеличивается
Уменьшается
АТ
О
ВС
КИ
Й
ГО
С
Рис. 2. Периодические зависимости первых энергий ионизации I1 (а) и энергий
сродства к электрону (б) от заряда ядра для элементов первого, второго и третьего
периодов.
Значения электроотрицательности, полученные разными способами, не
С
АР
совпадают. Однако общие тенденции в изменении электроотрицательности по
периодической таблице совпадают.
Изменение
энергии
ионизации,
сродства
к
электрону
и
электроотрицательности по группам и периодам: по периоду слева направо
увеличиваются, а по группе сверху вниз уменьшаются.
13
С
КО
ГО
Электроотрицательность – способность атома данного элемента притягивать к
себе электроны, связывающие их с другими атомами в гетероатомной молекуле
В периоде слева направо
В группе сверху вниз
Увеличивается
Уменьшается
Общая
Ослабевают металлические,
Ослабевают неметаллические,
закономерность
возрастают неметаллические
возрастают металлические
свойства
свойства
Ы
Н
.Г
.Ч
ЕР
Au
N
P
3,07 O
2,10 S
Cr
As 2,20 Se
Н
9
1,47 B 2,01 C 2,50
1,23 Al 1,47 Si 1,74
1,04
1,66
Ge 2,02
0,99
1,46
Sn 1,72
0,97
И
6
Be
Mg
Ca
Zn
Sr
Cd
Ba
VI
ЕН
Н
Li
Na
K
Cu
Rb
Ag
Cs
III
3,50
2,60
1,56
2,48
1,42 Hg 1,44
Sb 1,82 Te 2,01 I
Pb 1,55 Bi 1,67 Po
VII
F
Cl
Mn
Br
И
М
1
2
3
4
5
6
7
8
II
И
ТЕ
Т
1
2
3
4
4
5
5
6
I
2,10
0,97
1,01
0,91
1,75
0,89
1,42
0,86
Группы
IV
V
С
Ряды
1,67 At
VIII
4,10
2,83
1,60 Fe 1,64
2,74
2,21
1,90
И
ВЕ
Р
Периоды
Ш
ЕВ
Относительные электроотрицательности некоторых химических элементов
– условные величины, поскольку изолированный атом не
УН
Радиусы атомов
Ы
Й
имеет строго определенного размера из-за волновых свойств электронов. Атомный
ТВ
ЕН
Н
радиус определяют как полусумму соответствующих расстояний между ядрами
соседних атомов в молекуле. Атомные радиусы элементов в периоде слева направо
АР
С
уменьшаются. Объяснить это можно тем, что с увеличением заряда ядра
ГО
С
УД
увеличивается сила кулоновского притяжения электронов к ядру, которая
КИ
Й
преобладает над силами взаимного отталкивания электронов. Происходит сжатие
электронной оболочки. Наиболее заметное уменьшение радиуса наблюдается для s-
АТ
О
ВС
и p-элементов. В рядах d- и f-элементов радиусы изменяются более плавно
С
АР
вследствие заполнения электронами второй и третьей снаружи оболочки. В главных
подгруппах с увеличением номера периода (главного квантового числа) происходит
заметное увеличение радиуса атома. Для элементов побочных подгрупп изменение
радиусов незначительное, а при переходе от пятого к шестому периоду радиусы
атомов практически не изменяются. Это является следствием сжатия электронной
оболочки в семействе лантаноидов, которое и компенсирует увеличение объема
14
атома. У элементов, находящихся в одной группе, радиусы атомов последовательно
увеличиваются по мере возрастания заряда ядра атома. Общие закономерности
изменения радиусов можно представить следующим образом:
за
счет
отдачи
С
образованные
И
ВЕ
Р
Ионы,
И
ТЕ
Т
И
М
ЕН
И
Н
.Г
.Ч
ЕР
Н
Ы
Ш
ЕВ
С
КО
ГО
Радиус атомов – условная величина, полусумма расстояний между ядрами
соседних атомов в молекуле
В периоде слева направо
В группе сверху вниз
Уменьшается
Увеличивается
Усиление притяжения электронов к
Увеличение заряда ядра; увеличение
ядру; количество энергетических
количества энергетических уровней
уровне постоянно; увеличение заряда
ядра
В главных подгруппах с увеличением
номера периода (главного квантового
Уменьшение радиуса атомов в ряду dчисла) происходит заметное
элементов называется d-сжатием, в
увеличение радиуса атома. Для
ряду f-элементов - f-сжатие
элементов побочных подгрупп
изменение радиусов незначительное
атомом
электронов
(катионы),
характеризуются меньшим радиусом, чем исходный атом. Ионы, образованные за
атом электронов (анионы), характеризуются
УН
присоединения
большим
Й
счет
Н
Ы
радиусом, чем исходный атом. Для радиусов одноатомных ионов установлены
ТВ
ЕН
следующие закономерности:
АР
С
- у ионов одинакового заряда со сходным электронным строением радиус тем
УД
больше, чем больше электронных слоев имеет ион;
ГО
С
- радиус ионов, содержащих одинаковое число электронов (изоэлектронных ионов),
КИ
Й
уменьшается с ростом заряда иона. Особенно сильно этот эффект проявляется у
АТ
О
ВС
положительных ионов, что обусловлено в основном двумя причинами: при
увеличении заряда иона электроны сильнее притягиваются к центру иона и ион
С
АР
большего заряда сильнее взаимодействует с ионами противоположно заряженными,
что ведет к уменьшению межионных расстояний и, следовательно, радиусов ионов.
У отрицательных ионов при увеличении заряда электроны, наоборот, сильнее
отталкиваются от иона, однако влияние второго фактора остается тем же самым и
оно, как правило, меньше эффекта отталкивания электронов от иона;
15
у ионов, имеющих электронную конфигурацию атомов благородных газов,
-
радиусы больше, чем у ионов, имеющих на внешнем слое d-электроны.
Большинство элементов – металлы. Важной особенностью металлических
элементов является наличие на внешнем энергетическом уровне малого числа
них
характерны
низкие
значения
КО
ГО
электронов (1-3), но наличие большого числа вакантных атомных орбиталей. Для
ионизационных
потенциалов
и
восстановительные
свойства.
Внутри
периодов
слева
Ы
проявляют
Ш
ЕВ
С
электроотрицательности. Металлы проявляют способность к отдаче электронов, т.е.
направо
.Г
.Ч
ЕР
Н
металлические свойства элементов ослабевают, т.е. ослабевают восстановительные
свойства (способность к отдаче электронов) и усиливаются неметаллические
металлические
ослабевают.
Чем
свойства
атомов
сильнее
проявляются
увеличиваются,
а
восстановительные
И
ТЕ
Т
неметаллические
вниз
ЕН
сверху
И
М
группе
И
Н
свойства (способность присоединять электроны), т.е. окислительные свойства. По
свойства, тем активнее металл. Неметаллические элементы отличаются от
И
ВЕ
Р
С
металлических более высокими значениями энергии ионизации, сродства к
электрону и электроотрицательности.
Й
УН
Среди природных соединений широко распространено явление изоморфизма.
Н
Ы
Изоморфизм характеризуется способностью веществ, обладающих в чистом виде
ТВ
ЕН
различными при данной температуре стабильными модификациями, образовывать
АР
С
общие кристаллические решетки со структурой одного из компонентов.
УД
Полезной является классификация разновалентных «изоморфных» ионов (с
ГО
С
различием в величине радиусов не более 10–15%) по принципу геохимических рядов
С
АР
АТ
О
ВС
КИ
Й
А.Е. Ферсмана:
Ряд одновалентных катонов
Катион Li Cu Na+ Ag+ K+ NH4+ Tl+ Rb+ Cs+
r, Ǻ
0,68 0,94 0,98 1,13 1,33 1,40 1,49 1,49 1,65
+
+
Ряд двухвалентных катионов
Катион Be Mg Ni2+ Co2+ Fe2+ Cu2+ Zn2+ Mn2+ Cd2+
r, Ǻ
0,34 0,74 0,74 0,78 0,80 0,80 0,83 0,91 0,99
2+
2+
Катион Ca2+ Sr2+ Pb2+ Ba2+ Ra2+
r, Ǻ
1,04 1,26 1,26 1,38 1,44
16
Ряд трехвалентных катионов
Катион Al3+ Cr3+ Fe3+ Ln3+ и Y3+
r, Ǻ
0,68 0,94 0,98
1,13
Группы изоморфных ионов отделены друг от друга двойной чертой.
КО
ГО
Аналогичные изоморфные ряда известны для анионов. Именно этим объясняется
способность различных ионов замещать друг друга в узлах кристаллической
Ш
ЕВ
С
решеткой природных веществ. В качестве примера можно привести химические
Ы
формулы минералов турмалина Na(Mg,Fe2+,Fe3+, Mn, Li, Al,)3{(BO3)3(Si6O18)(OH,F4)}
.Г
.Ч
ЕР
Н
– формула обобщена, химический состав непостоянный вследствие широкого
проявления изоморфных замещений; и жадеита Na,Al(Si2O6) – ион натрия часто
Н
замещается на катионы Са2+, ионы А13+ – на Mg2+, Fe2+, Сr3+.
ЕН
И
Изоморфизм наглядно проявляется при выполнении следующего эксперимента: в
И
М
химический стакан емкостью 50 мл налить раствор перманганата калия, серной
И
ТЕ
Т
кислоты, затем раствор хлорида бария. В другой стакан налить раствор серной
И
ВЕ
Р
С
кислоты, добавить раствор хлорида бария и прилить раствор перманганата калия.
Проделанные опыты отличаются порядком сливания реагирующих растворов и
УН
следовательно, протекающими при этом превращениями:
Н
Ы
Й
1 стакан: порядок сливания растворов - KMnO4 ,H2SO4 ,BaCl2.
ТВ
ЕН
H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl
С
2KMnO4 + BaCl2 = BaMnO4 + 2KCl
образуются одновременно, имеют химическую
УД
АР
Две соли BaSO4 и BaMnO4
одного
ГО
С
структуру
типа
и
образуют
кристаллы
одной
формы
с
мало
КИ
Й
различающимися размерами кристаллической решетки, т.к. ионы MnO4– (2,40 Å) и
АТ
О
ВС
SO42– (2,30 Å) являются изоморфными.
С
АР
2 стакан: H2SO4 + BaCl2 и затем KMnO4
H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl
Формируется кристаллическая решетка индивидуального вещества BaSO4,
вводимый
после
этого
KMnO4
не
принимает
участия
в
формировании
кристаллической решетки, он может лишь адсорбироваться на поверхности
осадка сульфата бария.
17
Доказать
наблюдаемое явление изоморфного соосаждения с образование
твердого раствора перманганата калия в сульфате бария, можно, добавив в оба
стакана раствор сульфита натрия до обесцвечивания раствора перманганата
2KMnO4 + 3Н2SO4 + 5Na2SO3 = K2SO4 + 5Na2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O
КО
ГО
калия. Избыток перманганата калия реагирует с сульфитом натрия:
В первом стакане, где перманганат калия соосадился изоморфно, осадок
Ш
ЕВ
С
сульфата бария окрашен в розовый цвет.
Ы
Во втором же стакане, где перманганат калия мог адсорбироваться на
.Г
.Ч
ЕР
Н
поверхности, осадок сульфата бария белый.
Необходимо научиться с помощью периодической системы характеризовать
И
Н
химические свойства элементов. Рассмотрим несколько примеров.
И
М
ЕН
Пример 8. Какими квантовыми числами характеризуются валентные
И
ТЕ
Т
электроны атома углерода?
Решение. Строение электронной оболочки атома
углерода отражается
И
ВЕ
Р
С
электронной конфигурацией +6С 1s22s22p2. Валентные электроны расположены на 2
энергетическом уровне, следовательно, главное квантовое число n=2. При n=2,
Й
УН
орбитальное квантовое число l принимает значения: l = 0(s- подуровень) и l = 1(p-
Н
Ы
подуровень). При l = 0 магнитное квантовое число ml = 0, а при l = 1 магнитное
ТВ
ЕН
квантовое число ml = -1, 0,+1.
АР
С
Электроны, находящиеся на 2s-подуровне характеризуются следующими
ГО
С
УД
квантовыми числами:
n=2
n=2
l=0
l=0
ml = 0
ml = 0
ms =+1/2
ms =-1/2
АТ
О
ВС
КИ
Й
1-й электрон
2-й электрон
Электроны, находящиеся на 2р-подуровне характеризуются следующими
С
АР
квантовыми числами:
1-й электрон
2-й электрон
n=2
n=2
l=1
l=1
ml = -1
ml = 0
ms =+1/2
ms =+1/2
Пример 9. Какими квантовыми числами характеризуются валентные электроны
атома хрома в основном состоянии?
18
Решение. Запишем электронное строение атома хрома
1s2s22p63s23p63d54s1
+24Сr
У атома хрома 6 валентных электронов, которые находятся на предвнешнем
3d-подуровне и внешнем 4s-подуровне. На 3d-подуровне находится 5 неспаренных
магнитное квантовое число принимает значения ml = -2,-1, 0,+1,+2.
С
= 2(d-подуровень).Следовательно,
Ш
ЕВ
квантовое число принимает значение: l
КО
ГО
электронов: для всех электронов главное квантовое число n=3, а орбитальное
Ы
Электроны, находящиеся на 3d -подуровне характеризуются следующими
И
Н
ml = -2
ml =-1
ml = 0
ml = +1
ml = +2
ЕН
l=2
l=2
l=2
l=2
l=2
И
ТЕ
Т
n=3
n=3
n=3
n=3
n=3
И
М
1-й электрон
2-й электрон
3-й электрон
4-й электрон
5-й электрон
.Г
.Ч
ЕР
Н
квантовыми числами:
ms =+1/2
ms =+1/2
ms =+1/2
ms =+1/2
ms =+1/2
И
ВЕ
Р
С
Валентный электрон 4s-подуровня характеризуется следующими квантовыми
числами: n=4; l = 0; ml = 0; ms =+1/2.
УН
Пример 10. Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым
Н
Ы
Й
номером 20. К какой группе относится этот элемент и в каком периоде
ТВ
ЕН
располагается?
С
Решение. В соответствии с правилами Клечковского подуровни заполняются в
1s2s2p3s3р4s3d.
Из
принципа
Паули
следует,
что
УД
АР
последовательности
ГО
С
максимальное число электронов на s-подуровне равно 2, а на р-подуровне - 6.
КИ
Й
Записываем число электронов на подуровнях в соответствии с указанной
АТ
О
ВС
последовательностью, следя за тем, чтобы суммарное число электронов
составляло 20: 1s22s22p63s23р64s23d0. Внешний энергетический уровень = 4(главное
С
АР
квантовое число = 4); элемент II группы - на внешнем уровне 2 электрона, которые
располагаются на s-подуровне - элемент главной подгруппы.
Пример 11. Почему хлор и марганец помещают в одну группу, но в разные
подгруппы?
Решение. Запишем электронные конфигурации атомов:
+17Cl
1s22s22p63s23p5
+25Mn
1s22s22p63s23p63d54s2
19
Валентные электроны атома хлора – 3s23р5, а атома марганца – 3d54s 2. Таким
образом, эти элементы не являются электронными аналогами и не должны
располагаться в одной подгруппе. На валентных орбиталях атомов этих элементов
находится одинаковое число электронов, равное 7. На этом основании оба
КО
ГО
элемента помещают в одну и ту же VII группу периодической системы, но в
разные подгруппы: хлор – в главную, а марганец – в побочную.
Ш
ЕВ
С
Пример 12. Дайте характеристику элемента Са, исходя из положения в
Ы
периодической системе.
.Г
.Ч
ЕР
Н
Решение. Элемент кальций Са находится во 2 группе, главной подгруппе IV
периода. Его порядковый номер – 20. Следовательно, заряд ядра атома +20.
И
Н
Атомная масса 40. Ядро атома кальция содержит 20 протонов и 20 нейтронов (40
20Са
1s22s22p63s23p64s2. На внешнем энергетическом уровне находится 2
И
ТЕ
Т
оболочки
И
М
ЕН
– 20 = 20). Вокруг ядра располагаются 20 электронов. Строение электронной
электрона: 4s2, следовательно, кальций – s-элемент, металл, обладает небольшим
И
ВЕ
Р
С
значением энергии ионизации, легко отдает 2 электрона (проявляет сильные
металлические и восстановительные свойства) и превращается в положительно
Й
УН
заряженный катион Са2+ 1s22s22p63s23p6.
ТВ
ЕН
периодической системе.
Н
Ы
Пример 13. Дайте характеристику элемента N, исходя из положения в
АР
С
Решение. Атом азота находится V группе, в главной подгруппе II периода.
УД
Порядковый номер элемента 7. Следовательно, положительный заряд ядра атома
ГО
С
7, ядро атома состоит из 7 протонов и 7 нейтронов, т.к. атомная масса равна 14
КИ
Й
(14-7=7). Вокруг ядра располагаются 7 электронов. Электронная конфигурация
АТ
О
ВС
атома 7N 1s22s22p3. Число электронов на внешнем энергетическом уровне равно
числу валентных электронов (5), что соответствует номеру группы. Это р-
С
АР
элемент, неметалл. Обладает большим сродством к электрону, присоединяя 3
электрона, образует частицу N-3 с электронной конфигурацией 1s22s22p6.
Проявляет
при
этом
окислительные
свойства.
Учитывая
электронную
конфигурацию электронейтрального атома, элемент азот может отдавать
20
электроны, проявляя восстановительные свойства и образуя положительно
заряженные частицы N+1, N+2, N+3, N+4 и N+5.
Пример 14. Дайте характеристику элемента
17Сl,
исходя из положения в
периодической системе.
КО
ГО
Решение. Порядковый номер 17 означает, что атом содержит 17 электронов,
заряд ядра +17. III период – 3 энергетических уровня. VII группа, главная подгруппа,
Ш
ЕВ
С
поэтому на внешнем уровне 7 e , неметалл. Электронная формула 1s22s22p63s23p5,
Ы
валентные электроны – 3s23p5. Легко присоединяет один электрон, проявляя при
.Г
.Ч
ЕР
Н
этом сильные окислительные свойства. Невозбужденный атом хлора имеет
электронную конфигурацию …3s23p5 (один неспаренный электрон), валентность
И
Н
равна 1. Возбужденные атомы хлора …3s23p43d1 (три неспаренных электрона),
И
М
ЕН
…3s23p33d2 (пять неспаренных электронов), …3s13p33d3 (семь неспаренных
И
ТЕ
Т
электронов), проявляют валентность, соответственно, III, V, VII. Возбуждение
И
ВЕ
Р
орбитали и спаренные электроны.
С
атомов возможно только при условии, что на внешнем уровне имеются свободные
Пример 15. По электронной конфигурации атомов назовите элементы с
Й
УН
указанием символа, порядкового номера, группы, периода, числа неспаренных
ТВ
ЕН
а) 1s22s22p63s23p6
Н
Ы
электронов:
АР
С
Решение. Данная запись соответствует элементу с порядковым номером 18,
УД
так как общее число электронов равно 18; элемент находится в III периоде, VIII
ГО
С
группе, имеет 3 энергетических уровня, на последнем уровне имеется 2 завершенных
КИ
Й
подуровня (s2p6), такие конфигурации (конфигурации атомов благородных газов)
АТ
О
ВС
обладают высокой устойчивостью и обеспечивают химическую инертность
С
АР
элемента Ar.
б) 1s22s22p63s23p63d104s24p4
Решение. Данная электронная конфигурация соответствует элементу Se с
порядковым номером 34; элемент находится в IV периоде, VI группе главной
подгруппы (так как имеет 6 валентных электронов на s- и р-подуровнях, 2 из
которых неспаренные).
21
в) 1s22s22p63s23p63d54s1
Решение. Данная электронная конфигурация соответствует атому хрома Cr,
общее число электронов 24, порядковый номер атома 24. Число валентных
электронов 6 (все неспаренные), располагаются на внешнем s–подуровне (1
КО
ГО
электрон, провал электрона) и на предвнешнем d–подуровне (5 электронов,
наполовину заполненный подуровень, устойчивая электронная конфигурация).
.Г
.Ч
ЕР
Н
Cr+3 1s22s22p63s23p63d34s0; Cr+6 1s22s22p63s23p63d04s0.
1s22s22p63s23p63d44s0;
Ы
электронная конфигурация которых соответственно: Cr+2
Ш
ЕВ
С
Металл, т.к. на внешнем уровне 1 электрон, образует частицы Cr+2, Cr+3 и Cr+6,
Пример 16. Назовите элементы (с указанием символа, порядкового номера,
И
Н
группы и периода), атомы которых имеют следующие электронные конфигурации
И
М
ЕН
внешних уровней:
И
ТЕ
Т
а) 2s22p3
Решение. Число электронов на внешнем энергетическом уровне равно числу
главной подгруппы (р-элемент).
И
ВЕ
Р
С
валентных электронов и равно 5, следовательно, это элемент II периода, V группы
Полная электронная конфигурация атома:
Й
УН
1s22s22p3. Общее число электронов указывает на порядковый номер элемента 7.
Н
Ы
Это атом азота N.
ТВ
ЕН
б) 4s24p2
АР
С
Решение. Элемент находится в 4 периоде, р-элемент, имеет 4 валентных
ГО
С
номер 32.
УД
электрона, расположен в IV группе, главной подгруппе. Это германий, порядковый
КИ
Й
Пример 17. Составьте электронную конфигурацию частицы Cl-.
АТ
О
ВС
Решение. Атом хлора имеет порядковый номер 17, электронную конфигурацию
1s22s22p63s23p5. Частица Cl- образуется, когда электронейтральный атом
С
АР
присоединяет
один
электрон
на
внешний
энергетический
уровень,
соответствует следующей записи Сl0+ 1е = Сl- ( 1s22s22p63s23p6).
Пример 18. Какие частицы являются изоэлектронными: Cl-, S, S2-?
22
что
Решение. Изоэлектронными являются частицы, которые имеют одинаковое
электронное строение (одинаковое число электронов). Запишем электронные
конфигурации указанных частиц:
Cl– 1s22s22p63s23p6
S 1s22s22p63s23p4
S2– 1s22s22p63s23p6
КО
ГО
Из этого следует, что изоэлектронными являются частицы Cl– и S2–.
Пример 19. Составьте электронную конфигурацию атома железа Fe и ионов
Ш
ЕВ
С
Fe+2 и Fe+3. Объясните устойчивость электронной конфигурации иона Fe+3.
1s22s22p63s23p63d64s2
Данный атом имеет 8 валентных
Н
+26Fe
.Г
.Ч
ЕР
состоянии:
Ы
Решение. Запишем электронную конфигурацию атома железа в основном
электронов, из которых 6 находятся на предвнешнем 3d-подуровне (4 неспаренных
И
Н
электрона) и 2 электрона (спаренные) – на внешнем 4s-подуровне.
И
М
ЕН
При образовании иона Fe+2 валентные электроны в первую очередь уходят с
Fe+2
И
ТЕ
Т
внешнего 4s-подуровня и образующаяся частица имеет электронную конфигурацию
1s22s22p63s23p63d64s0
И
ВЕ
Р
С
При образовании иона Fe+3 валентные электроны покидают внешний 4sподуровень и 1 электрон уходит
1s22s22p63s23p63d54s0 и приобретает наполовину
Й
УН
электронной конфигурацией Fe+3
с 3d-подуровня и образуется частица с
Н
Ы
заполненный 3d-подуровень, который характеризуется большей устойчивостью.
ТВ
ЕН
Пример 20. Какой атом в данном ряду имеет наибольшее значение энергии
АР
С
ионизации: С – Р – Br – I?
от
ГО
С
электрона
УД
Решение. Энергия ионизации (I) – количество энергии, необходимое для отрыва
невозбужденного
атома
Э0+I
=
Э++е.
Характеризует
КИ
Й
металлические, восстановительные свойства элементов. Чем меньше величина
АТ
О
ВС
энергии ионизации, тем активнее металл как восстановитель. Чем больше величина
энергии ионизации, тем сильнее выражены неметаллические (окислительные)
С
АР
свойства элемента. По периоду слева направо энергия ионизации атомов
увеличивается, а в группе сверху вниз – уменьшается. Среди указанных элементов
наиболее сильный неметалл – бром, он имеет наибольшую энергию ионизации.
Пример 21. Какой атом имеет наибольшее значение сродства к электрону: С, Р,
Cl, Si?
23
Решение. Сродство к электрону в группе сверху вниз уменьшается, поэтому из
2-х элементов 4 группы С и Si, углерод С обладает большим значением сродства к
электрону. По периоду слева направо сродство к электрону увеличивается.
14Si,15Р,17Cl
находятся в одном периоде, с увеличением порядкового
КО
ГО
Элементы
Ш
ЕВ
С
номера элемента, возрастает сродство к электрону. Наибольшее значение
Ы
сродства к электрону имеет атом, который проявляет наиболее ярко выраженные
.Г
.Ч
ЕР
Н
неметаллические свойства, т.е. атом хлора.
Н
Основные понятия и термины
И
М
ЕН
И
Атом – электронейтральная микросистема, состоящая из положительно
И
ТЕ
Т
заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
величине равным заряду электрона.
И
ВЕ
Р
С
Протон (р) – элементарная частица с положительным зарядом, по абсолютной
Ы
Й
УН
Нейтрон (n) – элементарная частица, не обладающая электрическим зарядом.
ТВ
ЕН
Н
Электрон ( e ) – частица, обладающая элементарным отрицательным зарядом.
АР
С
Изотопы – атомы, обладающие одинаковым зарядом ядра, но разным числом
ГО
С
УД
нейтронов (разными массовыми числами).
КИ
Й
Атомная орбиталь – околоядерное пространство, в котором с наибольшей
АТ
О
ВС
вероятностью может находиться электрон.
С
АР
Главное квантовое число (n) определяет возможные значения энергии
электрона, т.е. степень его удаления от ядра, или размер электронного облака.
Орбитальное квантовое число (l) характеризует форму электронных облаков и
указывает на различие энергии электронов, находящихся в пределах одного
энергетического уровня.
24
Магнитное квантовое число (ml)
характеризует проекцию магнитного
момента на оси координат и пространственное расположение электронных облаков.
Спиновое квантовое число (ms) характеризует собственный магнитный момент
КО
ГО
электрона.
Ш
ЕВ
С
Принцип наименьшей энергии – последовательность размещения электронов
Н
.Г
.Ч
ЕР
их с ядром, т.е. электрон должен обладать наименьшей энергией.
Ы
по атомным орбиталям в невозбужденном атоме должна отвечать наибольшей связи
Н
Принцип Паули – в атоме не может быть двух или более электронов, имеющих
И
М
ЕН
И
одинаковый набор всех четырех квантовых чисел. Следствие: на одной орбитали
Хунда
–
в
пределах
энергетического
подуровня
электроны
И
ВЕ
Р
С
Правило
И
ТЕ
Т
могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами.
располагаются так, чтобы их суммарный спин был максимальным.
Ы
Й
УН
Правило Клечковского – сначала заполняются те подуровни, для которых
ТВ
ЕН
Н
сумма значений (n + l) является меньшей; а если суммы значений (n + l) равны, то
АР
С
сначала идет заполнение подуровня с меньшим значением n.
–
элементы,
у которых
валентные
электроны
ГО
С
УД
Электронные аналоги
КИ
Й
описываются общей для всех элементов формулой.
АТ
О
ВС
Группа – совокупность элементов, содержащих одинаковое число валентных
С
АР
электронов.
Подгруппа
–
совокупность
элементов,
являющихся
безусловными
электронными аналогами.
Период – последовательный ряд элементов, в атомах которых происходит
заполнение одинакового числа электронных слоев.
25
Периодическое изменение электронного строения атомов элементов –
причина периодического изменения химических свойств элементов, а также
соединений, которые они образуют.
КО
ГО
Периодический закон – свойства простых веществ, а также свойства и формы
Ш
ЕВ
С
соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра
Ы
атомов элементов.
.Г
.Ч
ЕР
Н
Энергия ионизации (I) – количество энергии, необходимое для отрыва
Н
электрона от невозбужденного атома:
И
М
ЕН
И
Э0 + I = Э+ + e .
И
ТЕ
Т
Сродство к электрону – энергетический эффект (F) процесса присоединения
F.
УН
Э–
И
ВЕ
Р
С
электрона к нейтральному атому с превращением его в отрицательный ион: Э0 + e =
Ы
Й
Электроотрицательность (ЭО) – способность атома данного элемента
ТВ
ЕН
Н
притягивать к себе электроны, связывающие их с другими атомами в гетероатомной
АР
С
молекуле.
УД
Для проверки степени усвоения материала
по изучаемой теме
ГО
С
предлагаются тестовые проверочные работы. В качестве примера рассмотрим
КИ
Й
решение одного из вариантов с целью ознакомления с методическим подходом
АТ
О
ВС
к выбору обоснованного ответа.
1. Ядро атома некоторого изотопа содержит 16 нейтронов, а электронная
С
АР
оболочка – 15 электронов. Массовое число изотопа равно:
1) 16
2) 15
3) 31
4) 1
Решение. Атом – электронейтральная частица, число протонов равно числу
электронов и равно 15. Ядро состоит из протонов и нейтронов и определяет
массовое число атома, 16 + 15 = 31. Следовательно, правильный ответ - 3.
26
2. Укажите символ химического элемента, атом которого в основном состоянии
на третьем энергетическом уровне содержит 10 электронов:
1) Ca
2) Ti
3) Se
4) Cu
Решение. Третий энергетический уровень состоит из s-, p- и d- орбиталей, на
которых располагается 10 электронов:3s23p63d2. Написанная
КО
ГО
электронная
конфигурация соответствует элементу, находящемуся в 3 периоде, в IV группе,в
Ш
ЕВ
С
побочной подгруппе. Это титан. Ответ – 2.
Ы
3. Атому какого элемента (в основном состоянии) отвечает электронная
2) Cu
1) Ba
.Г
.Ч
ЕР
Н
формула 1s22s22p63s23p63d104s2
3) Zn
4) Sr
И
Н
Решение. Электронная конфигурация 1s22s22p63s23p63d104s2 соответствует
И
ТЕ
Т
подгруппа, 10-й d-элемент – цинк. Ответ – 3.
И
М
ЕН
элементу 4 периода (внешний энергетический уровень), 2 группа побочная
4. В каком ряду элементов, символы которых приведены ниже, увеличивается
И
ВЕ
Р
2) Si ; Cl ; P
3) Si ; P ; Cl
4) Cl ; P ; Si
УН
1) P ; Cl ; Si
С
электроотрицательность атомов?
сверху
вниз
Ы
группе
Н
по
уменьшается.
P ; Cl ; Si
-
в
этом
ряду
ТВ
ЕН
а
Й
Решение. Электроотрицательность по периоду слева направо увеличивается,
электроотрицательность от фосфора к хлору увеличивается, а от хлора к
АР
С
кремнию уменьшается. Si ; Cl ; P - в этом ряду электроотрицательность от
ГО
С
УД
кремния к хлору увеличивается, а затем от хлора к фосфору уменьшается.
Si ; P ; Cl - элементы находятся в одном третьем периоде и расположены в
КИ
Й
порядке увеличения электроотрицательности. Ответ – 3.
С
АР
АТ
О
ВС
5. Какой ряд элементов представлен в порядке возрастания атомного радиуса?
1) O ; S ; Se ;Te
2) Na ; Mg ; Al ; Si
3) C ; N ; O ; F
4) I ; Br ; Cl ; F
Решение. Атомный радиус элементов незначительно уменьшается слева
направо по периоду. По группе сверху вниз атомный радиус увеличивается.
Элементы, представленные в 1 ряду расположены в одной группе и наблюдается
27
увеличение порядкового номера элементов
8О,16S, 34Se, 52Te.
Следовательно, в
данном ряду элементов происходит увеличение атомного радиуса. Ответ – 1.
Ниже представлен комплект различных вопросов по изучаемой теме,
которые составляют основу тестового контроля знаний студентов:
2) Al3+
3) Cl-
4) N3-
Ш
ЕВ
С
1) S4+
КО
ГО
1. Число электронов в атоме аргона равно числу электронов в частице:
2) 10
3) 11
4) 12
.Г
.Ч
ЕР
1) 8
Н
Ы
2. В ядре изотопа 2040 Ca число нейтронов больше, чем в ядре изотопа 199 F на:
3. В ядре атома одного из изотопов меди находится 36 нейтронов. Массовое
2) 36
3) 65
4) 94
И
М
1) 29
ЕН
И
Н
число этого изотопа равно:
1) 30
И
ТЕ
Т
4. Укажите число протонов в молекуле оксида азота (II):
2) 15
3) 14
4) 16
И
ВЕ
Р
С
5. Отметьте химические символы изотопов кислорода:
2) 168О
4) 188О
3) О 3
УН
1) О 2
Ы
Й
6. Укажите число нейтронов в ядре атома изотопа бария
2) 138
ТВ
ЕН
Н
1) 56
3) 82
138
56
Ва :
4) 194
3)
138
58
УД
40
20
Са
2)
40
18
и
Се
4)
112
48
и
42
20
136
58
АР
Са
1)
С
7. В каких парах атомы по отношению друг к другу являются изотопами?
ГО
С
Се
Ar
Cd
и
и
40
19
К
112
50
Sn
АТ
О
ВС
КИ
Й
8. В ядре атома какого изотопа содержится четыре нейтрона?
1) 24 He
2) 37 Li
3) 13 H
4) 12 H
С
АР
9. Изотопы данного элемента отличаются между собой:
1) физическими свойствами
2) числом нейтронов в ядре атома
3) массовым числом
4) массой атома
10. Пять неспаренных электронов возникают при возбуждении валентных
электронов атома:
1) лития
2) бора
3) азота
28
4) фосфора
11. Отметьте символы частиц с одинаковым распределением электронов по
энергетическим подуровням:
1) О 2
2) Ne
5
3) N
4) Cl
7
2) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 10
3) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 10 4 s 1
4) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 8 4 s 2
С
1) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 10 4 s 2
КО
ГО
12. Укажите электронную конфигурацию иона Zn 2 :
Ш
ЕВ
13. Укажите заряд ядра атома с сокращённой электронной конфигурацией
2) 25
Н
.Г
.Ч
ЕР
1) 20
Ы
основного состояния  3d 5 4 s 2 4 p 0 :
3) 30
4) 35
Н
14. Какая электронная конфигурация соответствует частице Cl 5 ?
2) 1 s 2 2 s 2 2 p 5 3 s 2 3 p 3
3) 1 s 2 2 s 2 2 p 6
4) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5
И
ТЕ
Т
И
М
ЕН
И
1) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2
15. Возбуждённому состоянию атома отвечает электронная конфигурация:
И
ВЕ
Р
С
1) 1 s 2 2 s 1 2 p 1
4) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 1
УН
3) 1 s 2 2 s 2 2 p 3
2) 1 s 2 2 s 2 2 p 2
Ы
Й
16. Укажите символ частицы, которая имеет такую же электронную
1) Са
ТВ
ЕН
Н
конфигурацию, как и атом аргона в основном состоянии:
2) К
2
3) Сl
4) Na
2) 2d 4
3) 1s 2
4) 3 f
3
ГО
С
УД
1) 1 p 1
АР
С
17. Среди приведённых электронных конфигураций укажите невозможные:
КИ
Й
18. Укажите число электронов в частице Al 3 :
2) 27
3) 10
4) 40
АТ
О
ВС
1) 13
19. Число протонов в атоме элемента со строением валентных подуровней
С
АР
3d 6 4 s 2 равно:
1) 8
2) 32
3) 26
4) 30
20. Отметьте символы только d-элементов:
1) Ca ; Mn ; Co
2) Sc; Ag ; Cu
3) Cl ;Te;Ti
4) Au ; Ce ; Po
29
21. В каком ряду элементов, химические знаки которых приведены ниже,
неметаллические свойства слева направо увеличиваются?
1) O; Po; S ;Te; Se
2) O; Se; S ; Po;Te;
3) Po;Te; Se ; S ; O
4) O; S ; Se ;Te; Po
2) 3
3) 8
4) 9
С
1) 6
КО
ГО
22. Сколько всего орбиталей на третьем энергетическом уровне?
Ш
ЕВ
23. Укажите сокращённые электронные конфигурации атомов элементов
Н
2)  3 s 2 3 p 5
3)  3d 5 4 s 2
4)  3d 3 4 s 2
.Г
.Ч
ЕР
1)  2 s 2 2 p 5
Ы
образующих высшие оксиды состава Э 2 О 7 :
2) Са
4) Rb
И
3) Kr
ЕН
1) К
Н
24. Укажите символ элемента с наибольшим радиусом атома:
И
М
25. Укажите электронную конфигурацию атома мышьяка:
2) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 5 4 s 1
Элемент с сокращённой электронной конфигурацией невозбуждённого
состояния атома  3d 1 4 s 2 :
Н
Ы
Й
1) металл
УН
26.
4) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 10 4 s 2 4 p 2
И
ВЕ
Р
С
3) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 10 4 s 2 4 p 3
И
ТЕ
Т
1) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 3 4 s 2
ТВ
ЕН
2) находится в третьем периоде
С
3) имеет три валентных электрона
УД
АР
4) расположен в главной подгруппе Ш группы
ГО
С
27. Наиболее ярко выраженными металлическими свойствами обладает:
КИ
Й
1) цинк
АТ
О
ВС
28.
2) хром
3) медь
4) калий
Равное число электронов на внешнем энергетическом р-подуровне в
С
АР
основном состоянии содержат атомы:
29.
1) углерода
2) германия
3) кислорода
4) брома
Какие характеристики атомов элементов находятся в периодической
зависимости от заряда ядра?
1) масса
2) металлические и неметаллические свойства
3) радиус
4) высшая валентность
30
30. В каком ряду металлы перечислены в порядке возрастания химической
активности простых веществ?
1) серебро – медь – золото
2) золото – серебро – медь
3) медь – серебро – золото
4) серебро – золото – медь
КО
ГО
31. ъВ атомах каких элементов в основном состоянии одинаковое число
электронов на внешнем энергетическом уровне?
3) магния
4) серы
С
2) ванадия
Ш
ЕВ
1) хрома
Ы
32. Какие сокращённые электронные конфигурации отвечают d – элементам 4
.Г
.Ч
ЕР
Н
периода?
2)  3 s 2 3 p 6
3) …3s23p63d34s2
4) …3s23p63d54s2
И
Н
1)  3 s 2 3 p 6 4 s 1
И
М
ЕН
33. У какого из элементов, сокращённые электронные конфигурации атомов
И
ТЕ
Т
которых приведены ниже, металлические свойства выражены наиболее
2)  3 s 2 3 p 6
3) 3d 3 4 s 2
И
ВЕ
Р
1) 1s 2 2 s 2
С
сильно?
4)  3 s 2 3 p 6 4 s 1
УН
34. Укажите электронную конфигурацию атома элемента с зарядом ядра 24 в
Ы
Й
основном состоянии:
2) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 5 4 s 1
ТВ
ЕН
Н
1) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 4 4 s 2
4) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 3 4 s 2
С
3) 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 6
УД
АР
35. Периодически изменяются характеристики атомов:
2) число нейтронов в ядре
3) электроотрицательность
4) число валентных электронов
КИ
Й
ГО
С
1) заряд ядра
С
АР
АТ
О
ВС
36. Конфигурация орбиталей валентных электронов висмута совпадают с:
1) селеном и теллуром
2) кремнием и германием
3) азотом и фосфором
4) ниобием и танталом
37. Ион Al 3 имеет столько же электронов, сколько и атом:
1) магния
2) натрия
3) неона
38. В одном периоде находятся элементы:
1) со схожими химическими свойствами;
2) с одинаковым радиусом атома;
31
4) кремния
3) с одинаковым числом энергетических уровней;
4) заряд ядра атома которых последовательно возрастает на единицу.
39. Какой элемент имеет химические свойства, позволяющие говорить о его
сходстве с элементом кальцием?
2) Na
4) Sr
уровень атома имеет электронную
формулу
4s 2 4 p6 .
С
40. Внешний
3) K
КО
ГО
1) С
3) 36
4) 21
Ы
2) 9
Н
1) 7
Ш
ЕВ
Определите порядковый номер этого элемента в периодической системе.
.Г
.Ч
ЕР
41. Элемент с сокращённой электронной конфигурацией невозбуждённого
состояния атома  3d 5 4 s 1 :
И
Н
1) расположен в 3 периоде
И
М
ЕН
2) имеет 6 валентных электронов
И
ТЕ
Т
3) находится в VI группе главной подгруппы
4) расположен в VI группе побочной подгруппы.
И
ВЕ
Р
С
42. Наиболее ярко выраженными неметаллическими свойствами обладает:
3) хлор
4) кремний
УН
1) алюминий 2) сера
Ы
Й
43. Атому какого элемента (в основном состоянии) отвечает электронная
ТВ
ЕН
Н
формула 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3d 10 4 s 2 4 p 5 :
1) Cl
2) Ar
3) Sr
4) Br
УД
ГО
С
направо?
АР
С
44. В каком ряду элементов электроотрицательность увеличивается слева
2) кислород – азот – фтор
3) азот – кислород – фтор
4) кислород – фтор – азот
КИ
Й
1) фтор – азот – кислород
С
АР
АТ
О
ВС
45. Какой ряд элементов включает только d- элементы?
1) элементы 11, 14, 22, 42;
2) элементы 13, 33, 54, 83;
3) элементы 24, 39, 74, 80;
4) элементы 19, 32, 51, 101
Освоив изучаемый материал, студенты должны знать и уметь:
- квантовые числа, их физический смысл;
- виды орбиталей, их геометрическую форму и ориентацию в пространстве
- принципы наименьшей энергии и Паули;
32
- правила Клечковского и Хунда;
- определять состав ядра;
- с помощью квантовых чисел рассчитывать количество подуровней, орбиталей
и электронов на данном уровне;
КО
ГО
- строить электронные и электронно-графические формулы элементов, зная их
порядковые номера;
Ш
ЕВ
С
- определять положение элемента в периодической системе на основании его
Ы
электронной формулы;
.Г
.Ч
ЕР
Н
- сопоставлять различные свойства элементов, руководствуясь их положением в
периодической системе;
И
Н
- связь между положением элемента в периодической системе и электронным
И
М
ЕН
строением атома;
И
ТЕ
Т
- периодически и непериодически изменяющиеся свойства, причины
периодичности;
И
ВЕ
Р
С
- закономерности изменения атомных радиусов, энергии ионизации, сродства к
электрону, электроотрицательности в периодах и группах.
элементов»
ТВ
ЕН
Н
Ы
Й
УН
Самостоятельная работа по теме «Строение атома. Периодическая система
АР
С
Решение одного из вариантов
УД
1. Определите число нейтронов в ядре атома изотопа урана 235.
ГО
С
Решение: Запишем символ атома урана, укажем значение атомной массы
КИ
Й
(235) и порядкового номера 92U . Число нейтронов равно разности N = A – Z, т.е.
АТ
О
ВС
235 – 92 = 143.
2.Каким значением главного квантового числа характеризуется энергетический
С
АР
уровень, если он расщеплен на 4 подуровня? Напишите их буквенные обозначения.
Решение: По определению главное квантовое число = число энергетических
уровней = число подуровней в данном энергетическом уровне = номер периода .
Следовательно, главное квантовое число = 4.
3. Составьте электронную и электронно-графические формулы атомов
элементов с порядковыми номерами 15 и 29.
33
Решение: Элемент с порядковым номером 15 – фосфор Р; электронная
конфигурация атома 1s22s22p63s23p3.
Элемент с порядковым номером 29 – медь Cu ; электронная конфигурация
атома 1s22s22p63s23p63d104s1.
КО
ГО
4. Сколько электронных слоев и какое число электронов содержит атом с
внешним электронным слоем 5s25р6?
Ш
ЕВ
С
Решение: Цифра 5 указывает на то, что элемент находится в 5 периоде; на
Ы
внешнем энергетическом уровне 8 электронов, элемент расположен в 8 группе
.Г
.Ч
ЕР
Н
главной подгруппы – это ксенон Хе.
5. Напишите общую электронную формулу внешнего энергетического уровня
И
Н
для элементов 6 группы главной подгруппы.
И
М
ЕН
Решение: Элементы 6 группы главной подгруппы имеют на внешнем
И
ТЕ
Т
энергетическом уровне 6 электронов, которые располагаются на s- и р-подуровнях:
ns2np4.
И
ВЕ
Р
С
6. В чем состоит сходство и различие элементов, которые находятся в одной
группе, но в разных подгруппах? Ответ поясните на примере серы и хрома.
1s22s22p63s23p63d54s1
Й
УН
1s22s22p63s23p4
число валентных электронов = 6;
число валентных электронов = 6.
Н
24Cr
16S
Ы
Решение:
ТВ
ЕН
Данные атомы имеют одинаковое число валентных электронов, поэтому
АР
С
находятся в одной группе, но разное электронное строение, поэтому не являются
Составьте
ГО
С
7.
УД
полными электронными аналогами и располагаются в разных подгруппах.
электронную
формулу
иона
алюминия.
Какому
атому
КИ
Й
изоэлектронен этот ион?
АТ
О
ВС
Решение:
13Al
3+
1s22s22p6 (13-3 = 10 электронов). Изоэлектронные частицы
имеют одинаковое электронное строение. Это атом элемента с порядковым
С
АР
номером 10 – Nе (неон).
8. Какую информацию о месте элемента в периодической системе и его
свойствах можно получить, зная порядковый номер элемента? Покажите это на
примере элементов с порядковыми номерами 11 и 17 (номер периода, группа,
подгруппа, число протонов, электронов и нейтронов, число валентных электронов,
34
металл или неметалл, валентность, степени окисления, электронная конфигурация
элемента в основном и возбужденном состояниях).
Решение: Элемент с порядковым номером 11 – натрий Nа, электронная
конфигурация: 1s22s22р63s1. Число протонов -11; число электронов – 11, число
валентных электронов – 1; металл, степень окисления в составе простого
Ш
ЕВ
С
вещества – 0 (Nа); в составе соединений +1(NаС1).
КО
ГО
нейтронов – 23 – 11 =12. Номер периода – 3; 1 группа главная подгруппа; число
Ы
9. В атомах каких элементов (приведите 2 примера) осуществляется так
.Г
.Ч
ЕР
Н
называемый «провал» электрона. Объясните причину этого эффекта. Решение:
Провал электрона обусловлен образованием более устойчивой электронной
И
Н
конфигурации. Наблюдается у атомов хрома и меди, электроны с 4s подуровня
24Cr
1s22s22p63s23p63d54s1
29Cu
И
ТЕ
Т
полностью заполненные подуровни 3d5 и 3d10:
наполовину и
И
М
ЕН
переходят на 3d, т.к. при этом образуются более устойчивые
1s22s22p63s23p63d104s1.
И
ВЕ
Р
С
10. Какое место в периодической системе занимают 2 элемента, идин из
которых характеризуется наибольшим значением ионизационнго потенциала и
Й
УН
электроотрицательности, а другой – наименьшим значением этих величин?
Н
Ы
Решение: Потенциал ионизации характеризует металлические свойства
ТВ
ЕН
атома, чем меньше энергия ионизации, тем легче атом элемента отдает электрон.
АР
С
Электроотрицательность характеризует неметаллические свойства атома.
УД
Наибольшим значением ионизации и электроотрицательности обладает атом
ГО
С
фтора; наименьшим – атом франция.
КИ
Й
11. В какой части периодической системы находятся элементы с наибольшей
АТ
О
ВС
электроотрицательностью? Что характеризует электроотрицательность?
Решение: Электроотрицательность – способность атома данного элемента
С
АР
притягивать к себе электроны, связывающие их с другими атомами в
гетероатомной молекуле. Электроотрицательность по периоду слева направо
увеличивается, а по группе сверху вниз уменьшается. Элементы с наибольшей
электроотрицательностью располагаются в верхней правой части таблицы
Менделеева.
35
12. Какой из двух элементов является более активным металлом: магний или
барий и почему?
Решение: В таблице Менделеева указанные элемента находятся в одной группе
и в одной подгруппе, являются полными электронными аналогами
1s22s22p63s2
56Ba1s
2
2s22p63s23p63d104s24p65s24d105p66s2 , по группе
КО
ГО
12Mg
сверху вниз металлические свойства увеличиваются, т.к. увеличивается число
Ш
ЕВ
С
энергетических уровней. Поэтому барий более активный металл.
Ы
13. Ионы Со2+ и Ni2+ легко замещают друг друга в минералах. Чем это
.Г
.Ч
ЕР
Н
обусловлено?
Решение: Замещение одних ионов другими в кристаллических решетках
И
Н
различных минералов обусловлено явлением изоморфизма (образование общих
И
ТЕ
Т
должны быть близки, различие не более 10-15%.
И
М
ЕН
кристаллических решеток со структурой одного из компонентов), радиусы ионов
И
ВЕ
Р
С
Каждый студент может проверить, насколько хорошо им освоен материал
изучаемой темы, проработав самостоятельно ниже представленные варианты. При
Й
УН
выполнении работы, предложенной студенту, компоновка материала может быть
ТВ
ЕН
Н
Ы
иной.
Вариант 2
Э, если в его ядре находится 20
УД
нейтронов.
41
АР
С
1. Определите порядковый номер элемента
ГО
С
2. Чему равна емкость энергетических уровней, для которых главное квантовое
КИ
Й
число равно 2 и 3?
АТ
О
ВС
3. Напишите электронную и электронно-графическую формулы атомов кальция
С
АР
и кобальта в основном состоянии.
4. Сколько электронных слоев и какое число электронов содержит атом с
внешним электронным слоем 4s24р2?
5. Какие общие свойства имеют элементы одной группы?
6. Что общего в основном электронном состоянии элементов 7 группы?
36
7. Какой заряд должен быть у атома фосфора, чтобы быть изоэлектронным иону
хлора С1-?
8. Объясните, почему хром и сера находятся в одной группе, но в разных
подгруппах?
информацию о месте элемента в периодической системе и его
КО
ГО
9. Какую
свойствах можно получить, зная порядковый номер элемента? Покажите это на
Ш
ЕВ
С
примере элементов с порядковыми номерами 26 и 16(номер периода, группа,
Ы
подгруппа, число протонов, электронов и нейтронов, число валентных электронов,
.Г
.Ч
ЕР
Н
металл или неметалл, валентность, степени окисления, электронная конфигурация
элемента в основном и возбужденном состояниях).
И
Н
10. Из двух элементов один образует ион Э2-, а другой Э2+. Оба иона имеют
1s22s22р6. Определите период, группу,
И
М
ЕН
одинаковую электронную конфигурацию
И
ТЕ
Т
подгруппу и порядковый номер каждого элемента.
11. Что такое энергия ионизации? Как изменяются величины энергии ионизации
И
ВЕ
Р
С
по периоду и в группе? Какие свойства характеризует величина энергии ионизации?
12. Составьте ряд металлов в порядке возрастания химической активности,
Й
УН
исходя из предложенных элементов: барий, медь, бериллий, алюминий.
Н
Ы
13. Какой из элементов имеет наибольшее сродство к электрону: хлор или иод?
ТВ
ЕН
Обоснуйте свой выбор. Дайте определение понятию энергия сродства к электрону.
АР
С
14. Галогенид-ионы легко замещают друг друга в минералах. Чем это
КИ
Й
ГО
С
УД
обусловлено? Дайте обоснованное объяснение.
Вариант 3
АТ
О
ВС
1. Ядро некоторого изотопа содержит 16 нейтронов, а электронная оболочка –
С
АР
15 электронов. Определите массовое число изотопа.
2. С помощью квантовых чисел рассчитайте число d- орбиталей третьего
энергетического уровня.
3. Какие элементы составляют главные подгруппы?
37
4. Составьте электронную формулу атома хлора в основном состоянии и
электронно-графические формулы для возможных возбужденных состояний атома
хлора.
5. Что общего в основном электронном состоянии элементов 1 группы главной
КО
ГО
подгруппы?
6. Определите порядковый номер элемента, его положение в периодической
Ы
7. Что общего у элементов, находящихся в одном периоде?
Ш
ЕВ
С
системе, который имеет сокращенную электронную конфигурацию … 3s23р4.
.Г
.Ч
ЕР
Н
8. Напишите электронную формулу иона натрия и определите, какому
двухзарядному аниону изоэлектронен ион натрия.
Н
информацию о месте элемента в периодической системе и его
И
9. Какую
И
М
ЕН
свойствах можно получить, зная порядковый номер элемента? Покажите это на
И
ТЕ
Т
примере элементов с порядковыми номерами 9 и 16 (номер периода, группа,
подгруппа, число протонов, электронов и нейтронов, число валентных электронов,
И
ВЕ
Р
С
металл или неметалл, валентность, степени окисления, электронная конфигурация
элемента в основном и возбужденном состояниях).
Й
УН
10. Объясните причины различия величин энергии ионизации для атомов лития
Н
Ы
и калия. Дайте определение понятия энергия ионизации.
ТВ
ЕН
11. Какой из элементов алюминий или хлор имеет наибольшее сродство к
АР
С
электрону и почему? Что такое сродство к электрону?
УД
12. Атом элемента имеет электронную формулу … 3d54s1. Определите место
КИ
Й
и Э3+.
ГО
С
элемента в периодической системе, составьте электронную формулу для частиц Э2+
АТ
О
ВС
13. Азот и висмут находятся в периодической системе в одной группе и в одной
подгруппе. Однако первый из этих элементов относится к неметаллам, а второй - к
С
АР
металлам. Почему?
14. Ионы РЗЭ3+ и Y3+ легко замещают друг друга в минералах. Чем это
обусловлено? Дайте обоснованное объяснение.
38
Вариант 4
1. Массовое число изотопа некоторого элемента равно 130, а в электронной
оболочке находится 54 электрона. Определите число протонов и нейтронов в ядре
атома.
КО
ГО
2. Какая атомная орбиталь характеризуется набором квантовых чисел
n=3, l = 0, ml=0?
Ш
ЕВ
С
3. Составьте электронные формулы атома элемента с порядковым номером 17 в
Ы
основном и возбужденном состоянии.
.Г
.Ч
ЕР
Н
4. Укажите среди атомов s-элементов II группы полные и неполные
электронные аналоги.
И
Н
5. Определите заряд ядра атома элемента с сокращенной электронной
И
М
ЕН
конфигурацией .. 3d34s2. Укажите место элемента в периодической системе.
И
ТЕ
Т
6. Рассчитайте суммарное число электронов на s-орбиталях в атоме магния.
7. Составьте электронную формулу иона Са2+ и укажите, какому однозарядному
И
ВЕ
Р
С
катиону изоэлектронен ион кальция.
8. Что называется группой периодической системы? Почему в одной группе
Й
Ы
информацию о месте элемента в периодической системе и его
Н
9. Какую
УН
различают две подгруппы?
ТВ
ЕН
свойствах можно получить, зная порядковый номер элемента? Покажите это на
АР
С
примере элементов с порядковыми номерами 13 и 17(номер периода, группа,
УД
подгруппа, число протонов, электронов и нейтронов, число валентных электронов,
ГО
С
металл или неметалл, валентность, степени окисления, электронная конфигурация
КИ
Й
элемента в основном и возбужденном состояниях).
АТ
О
ВС
10. Атом элемента в основном состоянии имеет сокращенную формулу …3d64s2.
Определите период, группу, подгруппу, порядковый номер элемента и напишите
С
АР
электронную формулу для частиц Э2+ и Э3+.
11. В какой части периодической системы находятся элементы с наибольшей
электроотрицательностью?
Дайте определение понятию электроотрицательность.
Какие свойства элемента характеризует величина электроотрицательности?
39
12. Какой из двух элементов кремний или хлор является
более активным
неметаллом и почему?
13. Как изменяются значения электроотрицательности элементов главных
подгрупп по периодам и в пределах одной группы? Назовите два резко
КО
ГО
отличающихся по электроотрицательности элемента в третьем периоде.
14. Ионы свинца (2+) и кальция (2+) легко замещают друг друга в минералах.
Ы
Ш
ЕВ
С
Чем это обусловлено? Дайте обоснованное объяснение.
.Г
.Ч
ЕР
Н
Вариант 5
1. Определите число нейтронов в ядре атома изотопа урана 235.
И
Н
2. Каким значением главного квантового числа характеризуется энергетический
И
М
ЕН
уровень, если он расщеплен на 3 подуровня? Напишите их буквенные обозначения.
И
ТЕ
Т
3. Какие элементы называют s-элементами; р-элементами и d-элементами?
4. Напишите электронную и электронно-графическую формулы атомов серы и
И
ВЕ
Р
С
кобальта в основном состоянии.
5. Сколько электронных слоев и какое число электронов содержит атом с
Й
УН
внешним электронным слоем 4s24р4?
Н
Ы
6. Определите порядковый номер элемента, его положение в периодической
ТВ
ЕН
системе, который имеет сокращенную электронную конфигурацию … 3s23р5.
АР
С
7. Что общего у элементов, находящихся в одном третьем периоде?
информацию о месте элемента в периодической системе и его
ГО
С
9. Какую
УД
8. Рассчитайте суммарное число электронов на s-орбиталях в атоме железа.
КИ
Й
свойствах можно получить, зная порядковый номер элемента? Покажите это на
АТ
О
ВС
примере элементов с порядковыми номерами 20 и 27(номер периода, группа,
подгруппа, число протонов, электронов и нейтронов, число валентных электронов,
С
АР
металл или неметалл, валентность, степени окисления, электронная конфигурация
элемента в основном и возбужденном состояниях).
10. Атом элемента имеет электронную формулу … 3d54s1. Определите место
элемента в периодической системе, составьте электронную формулу для частиц Э 2+
и Э3+.
40
11. Какой из элементов
кремний или бром имеет наибольшее сродство к
электрону и почему? Что характеризует энергия сродства к электрону?
12. Какой из двух элементов углерод
или хлор является
более активным
неметаллом и почему?
КО
ГО
13. Азот и висмут находятся в периодической системе в одной группе и в одной
подгруппе. Однако первый из этих элементов относится к неметаллам, а второй - к
Ш
ЕВ
С
металлам. Почему?
Ы
14. Ионы РЗЭ3+ и Y3+ легко замещают друг друга в минералах. Чем это
С
АР
АТ
О
ВС
КИ
Й
ГО
С
УД
АР
С
ТВ
ЕН
Н
Ы
Й
УН
И
ВЕ
Р
С
И
ТЕ
Т
И
М
ЕН
И
Н
.Г
.Ч
ЕР
Н
обусловлено? Дайте обоснованное объяснение.
41
Список литературы
1. Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия: в 3 т.- М.: Академия, 2004. – Т.1. –
240с.
КО
ГО
2. Гельфман М.М., Юстратов В.П.Химия. Серия «Учебники для ВУЗов
Специальная литература». – СПб.: Лань. 2000. – 480с.
Ш
ЕВ
С
3. Лидин Р.А., Аликберова Л.Ю., Логинова Г.Н. Общая и неорганическая химия
Ы
в вопросах: пособие для ВУЗов / Под ред. Р.А.Лидина. – М.: Дрофа, 2004. – 304с.
.Г
.Ч
ЕР
Н
4. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направлений и спец.
ВУЗов. – М.: Высш.шк., 1998. – 559с.
И
Н
5. Неорганическая химия: учеб. для вузов /Д.А.Князев, С.Н.Смарыгин. – 3-е
С
АР
АТ
О
ВС
КИ
Й
ГО
С
УД
АР
С
ТВ
ЕН
Н
Ы
Й
УН
И
ВЕ
Р
С
И
ТЕ
Т
И
М
ЕН
изд., испр. – М.: Дрофа, 2005. – 591с.
42