Тема 3 ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Приклад 1.Суть структури періодичної системи
Д.І. Менделєєва.

Відповідь:

Періодична система елементів або таблиця – це графічний вираз періодичного закону Д.І. Менделєєва.

Періодична система (ПС) складається з 7 періодів та 8 груп. Період, який складається з одного ряду, називається малим, а з двох рядів – великим.

Група складається з двох підгруп головної і побічної.

Періоди– горизонтальні ряди ПС, що починаються лужним металом і закінчуються інертним газом.

Номер періоду відповідає числу енергетичних рівнів, на яких розміщуються електрони.

Групи– вертикальні стовпчики, що містять подібні за властивостями елементи.

Номер групи визначає максимальну кількість валентних (неспарених) електронів.

Головні підгрупискладаються з елементів малих і великих періодів. Елементи кожної підгрупи – хімічні аналоги.

Побічні підгрупискладаються лише з елементів великих періодів.

Приклад 2.Як змінюються властивості елементів у періодичній системі.

Відповідь:

Схожість хімічних властивостей елементів пов’язана з періодичним повторенням будови валентних підрівнів.

Металічні властивості – це здатність атома віддавати валентні електрони.

Неметалічнівластивості – це здатність атома приєднувати електрони до завершення рівня.

В головних підгрупах посилюються ↑

В періодах посилюються →

Вища валентність – це число неспарених електронів за Оксигеном зовнішніх енергетичних рівнів у збудженому стані.

У головних підгрупах – стала.

В періодах зростає →

Атомний радіусу головних підгрупах зростає ↓,

в періодах зростає ←.

Електронегативність – це здатність атомів притягувати до себе валентні електрони.

В головних підгрупах в основному зростає ↑.

В періодах зростає →.

Енергія йонізації – це енергія, яка потрібна для відривання електрона від атома.

В головних підгрупах зростає ↑.

В періодах зростає →.

Приклад 3.Поясніть суть ефектів d- i f-стиснення.

Відповідь:

Зміна радіусів атомів елементів у періодичній системі має періодичний характер. У періодах атомні та йонні радіуси елементів із збільшенням заряду ядра атома, як правило, зменшується. Максимальне зменшення радіусів спостерігається в атомах та йонах елементів малих періодів. Це можна пояснити посиленням притягання електронів зовнішнього шару до ядра в міру зростання його заряду. Для елементів великих періодів характерне плавніше зменшення радіусів атомів та йонів елементів, що зумовлено наявністю
d- та f-підрівнів. Такий ефект називається d- i f-стисненням. Ці ефекти пояснюються тим, що в атомах f-елементів (а також d- елементів) число електронних шарів однакове. Однак, із збільшенням заряду ядра посилюється притягання електронів до ядра, внаслідок чого радіуси йонів зменшуються.

Це явище має один важливий наслідок. Наприклад, в результаті f-стиснення (лантаноїдного стиснення) розміри атомів та йонів елементів шостого періодів, розміщених відразу після лантаноїдів (Нf, Та, W і далі), дуже близькі до розмірів атомів та йонів відповідних елементів п’ятого періоду (Zr, Nb, Mo і т.д.). Для елементів четвертого і п’ятого періодів ці характеристики помітно розрізняються.

Атоми і йони аналогічних елементів побічних підгруп п’ятого і шостого періодів мають подібну електронну будову та розміри, тому в хімічних властивостях спостерігається значно більша подібність, ніж у випадку елементів четвертого і п’ятого періодів. Так, цирконій за своїми властивостями стоїть значно ближче до гафнію, ніж до титану, ніобій подібний до танталу більше, ніж до ванадію і т.д.

Приклад 4. Чому розділення хімічних елементів на дві групи – метали і неметали – є неточним і неповним?

Відповідь:

Існує багато елементів, які проявляють властивості як металів, так і неметалів в залежності від валентності (ступеня окиснення). Наприклад, двовалентний Хром утворює основний оксид і гідроксид :

Сполуки тривалентного хрому і гідроксид - амфотерні і реагують як з кислотами, так і з основами:

Хром із ступенем окислення утворює типовий кислотний оксид :

Приклад 5. Хімічний елемент Галій подібний до елемента Алюмінію , а Селен до Сульфуру . Напишіть формули оксидів, гідроксидів і солей, до складу яких входять ці елементи. Напишіть рівняння реакцій, які характеризують хімічні властивості відповідних сполук.

Відповідь:

Оксиди і , та гідроксиди і - типові амфотерні сполуки, які реагують як з кислотами, так і з основами:

- в розчині

Селен і сірка утворюють по два кислотних оксиди - і (їм відповідають кислоти і ), і (їм відповідають кислоти і ). Всі ці сполуки реагують із лугами і основними оксидами, утворюючи солі (сульфіти і селеніти, сульфати і селенати):

Приклад 6. Розташуйте оксиди в порядку зростання кислотних властивостей , , , , . Відповідь обґрунтуйте.

Відповідь:

Знаходимо в періодичній таблиці місцеположення елементів, які дають відповідні оксиди. З таблиці видно, що два елементи і належать до одного періоду. Виходячи з правила, що із зростанням протонного числа елемента в елементів одного періоду неметалічні властивості посилюються, приходимо до висновку, що оксид буде мати більш виражені кислотні властивості, ніж

Елементи , , і - це елементи четвертої групи головної підгрупи. З ростом протонного числа цих елементів зростають їх радіуси і зв’язок електронів зовнішнього енергетичного рівня з ядром слабшає. Зростає здатність віддавати ці електрони, тобто посилюються металічні властивості і, відповідно, понижуються кислотні властивості (кислотні оксиди дають неметали, основні – метали). Так, , і проявляють амфотерні властивості, а - тільки кислотні. Таким чином, оксиди в порядку зростання кислотних властивостей можна розташувати в ряд: , , , , .