Тема: Зависимость кислотно-основных свойств оксидов от положения элемента в периодической системе и его степени окисления Цель: рассмотреть зависимость свойств оксидов, кислот от степени окисления элемента. Слева направо по периоду у элементов происходит ослабление металлических свойств, и усиление неметаллических свойств, основные свойства оксидов ослабевают, а кислотные свойства оксидов возрастают. По главным подгруппам неметаллические свойства элементов ослабевают, а металлические усиливаются, поэтому: сверху вниз по главной подгруппе возрастают основанные свойства оксидов, а кислотные ослабевают. Обратите внимание! Если один и тот же элемент образует несколько оксидов с разными степенями окисления, то чем выше степень окисления элемента в оксиде, тем выше его кислотные свойства. Например: и – первый оксид основной, а второй амфотерный. , – первый оксид основной, второй – амфотерный, последний – кислотный. Характер изменения свойств оснований в зависимости от положения металла в периодической системе и его степени окисления По периоду слева направо наблюдается постепенное ослабление основных свойств гидроксидов. Например, основание, чем более слабое основание, чем , но более сильное . По главным подгруппам сверху вниз сила оснований возрастает. Так, – более сильное основание, чем , но – более сильное основание, чем . Если металл образует несколько гидроксидов, находясь в различной степени окисления, то чем выше степень окисления металла, тем более слабыми основными свойствами обладает гидроксид. Так, более слабое основание, чем . Зависимость силы кислот от положения элемента в периодической системе и его степени окисления По периоду для кислородосодержащих кислот слева направо возрастает сила кислот. Так, более сильная, чем ; в свою очередь, более сильная, чем . По группе кислородосодержащих кислот сверху вниз уменьшается. Так угольная более сильная, чем кремниевая сила кислот Чем выше степень окисления кислотообразующего элемента, тем сильнее кислота: ,серная кислота сильнее, чем сернистая. Сила бескислородных кислот в главных подгруппах с ростом атомного номера элемента возрастает: , СИЛА КИСЛОТ РАСТЕТ По периоду слева направо сила бескислородных кислот возрастает. Так более сильная кислота, чем ,а – чем . 6.5. Примеры решения задач Пример 1. На основании ПСЭ охарактеризуйте химические свойства атома с порядковым номером 21 по плану. План характеристики элемента по положению в Периодической системе Д.И. Менделеева 1. Укажите название элемента, его обозначение. Определите порядковый номер элемента, номер периода, группу, подгруппу. Укажите физический смысл параметров системы – порядкового номера, номера периода, номера группы. Обоснуйте положение в подгруппе. 2. Укажите количество электронов, протонов и нейтронов в атоме элемента, заряд ядра, массовое число. 3. Составьте полную электронную формулу элемента, определите электронное семейство, отнесите простое вещество к классу металлов или неметаллов. 4. Изобразите графически электронную структуру элемента (или двух последних уровней). 5. Графически изобразите все возможные валентные состояния. 6. Укажите число и тип валентных электронов. 7. Перечислите все возможные валентности и степени окисления. 8. Напишите формулы оксидов и гидроксидов для всех валентных состояний. Укажите их химический характер (подтвердите ответ уравнениями соответствующих реакций). 9. Приведите формулу водородного соединения. 10. Назовите область применения данного элемента Решение. В ПСЭ элементу с порядковым номером 21 соответствует скандий . 1. Элемент находится в IV периоде. Номер периода означает число энергетических уровней в атоме этого элемента, у него их 4. Скандий расположен в 3-й группе – на внешнем уровне 3-го электрона; в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны находятся на 4s- и 3dподуровнях. Порядковый номер численно совпадает с зарядом ядра атома. 2. Заряд ядра атома скандия +21. Число протонов и электронов – по 21. Число нейтронов А–Z = 45 – 21 = 24. Общий состав атома: ( ). 3. Полная электронная формула скандия: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2 . Электронное семейство: d-элемент, так как в стадии заполнения d-орбитали. Электронное строение атома заканчивается s-электронами, поэтому скандий проявляет металлические свойства; простое вещество – металл. 4. Электронно-графическая конфигурация 5. Возможные валентные числом неспаренных электронов: – в основном состоянии: имеет вид: состояния, обусловленные – у скандия в возбужденном состоянии электрон с 4s-орбитали перейдет на свободную 4p-орбиталь, одиннеспаренный d-электрон увеличивает валентные возможности скандия. Sc имеет в возбужденном состоянии три валентных электрона. 6. Возможные валентности в данном случае определяются числом неспаренных электронов: 1, 2, 3 (или I, II, III). Возможные степени окисления (отражают число смещенных электронов) +1, +2, +3 (так как скандий – металл). 7. Наиболее характерная и устойчивая валентность III, степени окисления +3. Наличие лишь одного электрона в d-состоянии обусловливает малую устойчивость 3d14s2-конфигурации. Скандий и его аналоги, в отличие от других d-элементов проявляет постоянную степень окисления +3, это высшая степень окисления и соответствует номеру группы. 8. Формулы оксидов и их химический характер: форма высшего оксида – (амфотерный); формулы гидроксидов: – амфотерный. Уравнения реакций, подтверждающих амфотерный характер оксидов и гидроксидов: (скандат лития), (хлорид скандия), (гексагидроксоскандиат (III) калия), (сульфат скандия). 9. Соединения с водородом не образует, так как находится в побочной подгруппе и является d-элементом. 10. Соединения скандия применяются в полупроводниковой технике. Пример 2. У какого из двух элементов, марганца или брома, сильнее выражены металлические свойства? Решение. Данные элементы находятся в четвертом периоде. Записываем их электронные формулы: 25 Mn 35 Br Марганец – d-элемент, т. е. элемент побочной подгруппы, а бром – рэлемент главной подгруппы этой же группы. На внешнем электронном уровне у атома марганца только два электрона, а у атома брома – семь. Радиус атома марганца меньше радиуса атома брома при одинаковом числе электронных оболочек. Общей закономерностью для всех групп, содержащих р- и d-элементы является преобладание металлических свойств у d-элементов. Таким образом, у марганца металлические свойства выражены сильнее, чем у брома.