III. Строение атома. Химическая связь. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Ядро- составная часть атома. Частицы, входящие в состав ядра атома -протоны и нейтроны (нуклоны).

Протон- положительно заряженная стабильная элементарная частица с

массой в 1,67·10^-27 кг, являющаяся ядром лёгкого изотопа водорода (протия) и входящая в состав всех атомных ядер.

Нейтрон- нейтральная частица, заряд которой равен 0.

Энергия ионизации атома (кДж/моль) -минимальная энергия, необходимая для отрыва одного наиболее слабо связанного электрона от нейтрального атома.

Энергия, выделяющаяся при присоединении к атому одного электрона, называется сродством к электрону.

Электроотрицательность- способность атома в соединении притягивать к себе электроны.

Валентность элемента— способность атома данного элемента присоединять определённое число других атомов с образованием химических связей.

Самопроизвольный распад атомов элементов, сопровождающийся испусканием излучения, называется радиоактивностью.

Атомы одного элемента, которые имеют одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа, называются изотопами.

Периодический закон Д.И. Менделеева (1869 г.).Свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью.Орбитали, имеющие форму шара -s-орбитали;форму гантели (объёмной восьмёрки) - p-орбитали;сложную форму — d- и f-орбитали.

Два электрона, которые находятся на одной орбитали, называются спаренными (или неподелённой электронной парой).

Каждый электрон в атоме занимает определённую орбиталь и образует электронное облако,которое является совокупностью различных положений быстро движущегося электрона.

Квантовые числа- числа, описывающие состояние конкретного электрона в электронном облаке атома:

- главное п - характеризует энергию энергетического уровня и определяет
размер электронного облака в зависимости от расстояния электрона от
атомного ядра. Главное квантовое число принимает значения целых чисел от 1
до со. п = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... ∞;

- орбитальное (побочное, азимутальное) l - характеризует форму орбиталей. Принимает значения целых чисел от 0 до (п -1);

- магнитное m₁ - характеризует направление орбиталей (электронных облаков) в пространстве. Принимает значения целых чисел от -l через 0 до +l;

- спиновое т_s - характеризует вращение электрона вокруг своей оси.
Принимает только два значения: + 1/2 и -1/2.

Совокупность орбиталей, имеющие одинаковое значение главного квантового числа, - энергетический уровень.Общее число электронов на энергетическом уровне N = 2п² .

Энергетические уровни состоят из энергетических подуровней.

Энергетический подуровень- совокупность орбиталей, находящихся на одном энергетическом уровне и имеющих одинаковую форму.

Совокупность электронов, находящихся на одном энергетическом уровне, - электронный слой.

s-Элементы(элементы s-семейства) — элементы, в атомах которых электроны внешнего слоя находятся на s-орбитали.

Элементы, в атомах которых электроны внешнего слоя находятся на p>орбиталях, называются p-элементами.

Распределение электронов в атомах по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям определяется тремя основными положениями:

1) принципом Паули,который устанавливает, что в атоме не может
быть двух электронов с одинаковым значением всех четырёх квантовых чисел;

2) принципом наименьшей энергии (принципом минимума энергии).
Последовательность заполнения электронами уровней и подуровней должна
отвечать наибольшей связи электрона с ядром, т. е. электрон должен обладать наименьшей энергией;

3) правилом Хунда,согласно которому определяется порядок заполнения орбиталей. Орбитали в пределах энергетического подуровня сначала заполняются все по одному электрону, затем их занимают вторыеэлектроны.

Последовательность заполнения атомных электронных орбиталей в зависимости от значений главного п и орбитального l квантовых чисел определяется первым правилом Клечковского:при увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (п+ l) к орбиталям с большим значением этой суммы.

Порядок заполнения электронами энергетических подуровней определяется вторым правилом Клечковского:при одинаковых значениях суммы (п+l) заполнение орбиталей происходит последовательно в направлении возрастания значения главного квантового числа п.

Валентные электроны- электроны (в атоме), которые могут участвовать в образовании химических связей.

Ковалентная связь- химическая связь между двумя атомами, осуществляемая за счёт общей электронной пары. Если ковалентная связь образуется между двумя атомами элементов с одинаковой электроотрицателъностъю, то такая связь называется неполярной (Н₂);с разной электроотрицателъностъю - полярной (НСl).

Характерные свойства ковалентной связи - её длина, энергия, насыщаемость и направленность,

Длина связи- это межъядерное расстояние. Химическая связь тем прочнее, чем меньше её длина.

Мерой прочности связи является энергия связи. Энергия связиопределяется количеством энергии, которое необходимо для разрыва связи.

Насыщаемостьковалентной связи объясняется наличием у атома того или иного элемента определённого числа неспаренных электронов.

Направленностьковалентной связи обусловливает пространственную структуру молекул, т. е. их геометрию (форму).

Гибридизация атомных орбиталей- смешение атомных орбиталей (электронных облаков) различного типа, в результате которого образуются одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали.

Связь, образованная электронными облаками по линии, соединяющей ядра атомов, называется сигма-связью (σ).Одинарные связи всегда являются σ-связями.

Связь, образованная перекрыванием электронных облаков по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов, называется пи-связью (π).

Дельта-связь (σ) возникает при перекрывании d-облаков.

Ковалентная связь, возникшая между двумя атомами за счёт неподелённой пары электронов одного атома (донора) и свободной орбиталью другого (акцептор), называется донорно-акцепторной или координационной.

Ионная связьобразуется между атомами, сильно отличающимися по электроотрицательности (как правило, между атомами типичных металлов и типичных неметаллов).

Металлическая связьхарактерна для металлов. В узлах металлической решётки находятся свободные атомы и положительно заряженные ионы

металлов. Связь осуществляется валентными электронами атомов металлов («электронным газом»), свободно перемещающимися в объёме решётки, обеспечивая связь.

Водородная связь- вид химической связи, в основе которой лежит взаимодействие атома водорода, соединённого ковалентной связью с электроотрицательным атомом (S, О, N и др.), и неподелённой парой электронов другого атома (обычно О, N). Такая связь может быть межмолекулярной и внутримолекулярной.

51. У какого атома, строение энергетических уровней которых:
I)...3s²3p²;

2) ... 3s²3p⁴;

3) ... 3s²3p⁶;

4) ... 3s² сильнее выражены неметаллические свойства?
Ответьте, исходя из полных электронных формул атомов элементов.

52. В каком ряду расположены только изотопы:

1) ³⁹К, ⁴⁰К, ⁴⁰Са;

2) ⁴¹К, ⁴¹Са, ⁴¹Аr;
3)⁴⁰Аr,⁴⁰К,⁴⁰Са;
4)³⁹К,⁴⁰К,⁴¹К?

53. Строение внешнего уровня атома выражается формулой ...3d¹4s². Укажите
номер группы, в которой расположен этот элемент в периодической системе.

54. В каком ряду расположены только d-элементы:

1) Al, Sc, La;

2) Ti, Ge, Sn;

3) Ti, V, Cr;

4) La, Ce, Hf?

55. В каком атоме заполняется р-подуровень:
l)Mg;

2)Zn; 3)А1; 4)Fe?

56. Сколько электронных пар в электронной оболочке атома титана в нормальном состоянии?

57. Сколько электронов имеется на внешнем уровне частицы As⁺³?

58. Укажите число нейтронов в ядре атома элемента с порядковым номером 35.

59. Какова молярная масса высшего оксида элемента, ядро атома которого
содержит 25 протонов?

60. Сколько р-электронов имеется в электронной оболочке атома одновалентного металла, 7,8 г которого взаимодействует с водой с выделением 0,2 г водорода?

61. У какого атома сильнее выражены металлические свойства? Строение
энергетических уровней:

1)...3s²3p²;

2)...4s²;

3)...3s²3p⁶; 4)...3d^I04s¹.

Ответьте, исходя из полных электронных формул атомов элементов.

62. У какого атома большее число неспаренных электронов в нормальном
состоянии:

l)Na; 2) Si; 3)Р; 4)S; 5)С1?

63.Какой из приведённых атомов может образовывать ионную связь:

1)C;

2)O; 3)As; 4) К?

64.Электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 4s²4p⁵ имеет
атом:

l)As; 2)Мn; 3)Cl; 4)Вr.

65.Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется в соединении:

1) NaCl;

2) СС1₄;

3) NH₄C1;

4) Н₂О.

66. В какой из приведённых молекул преимущественно ионная связь:

1) ВеС1₂;

2) ZnCl₂;

3) NaCl;

4) СС1₄?

67.Водородные соединения какого элемента склонны к образованию водородных связей:

1)l;

2) С; 3)Si; 4)Р;

5)N?

68. Какой тип связи в молекуле NF₃:

1) ионная;

2) неполярная;

3) полярная;

4) водородная;

5) донорно-акцепторная?

69. В какой паре веществ электронная плотность смещена в сторону атома
кислорода:

1) OF₂ и СО;

2) С1₂О и NO;

3) Н₂О и OF₂?
Ответ поясните.

70. В какой молекуле полярность связи выше:

1) NH₃;

2) AsH₃;

3) РН₃;

4) SbH₃?

71. Металл II группы образует единственный оксид, который содержит 40%
кислорода. Определите порядковый номер металла.

72. При взаимодействии 4,44 г соли МеСl₂ с избытком раствора соды образовалось 4,00 г осадка. Определите атомную массу металла.

73. Элемент, оксид которого отвечает формуле ЭО, образует водородное соединение, содержащее 18,2% водорода. Вычислите относительную атомную массу элемента и определите его порядковый номер.

74. В какой группе периодической системы находится элемент, если для
восстановления 31,92 г его оксида ЭО₂ потребовалось 0,4 моль водорода?

75. Определите относительную атомную массу элемента Э в гидроксиде Э(ОН)х, если известно, что 6,84 г этого гидроксида при реакции с хлоридом меди (II) образует 8,32 г хлорида элемента ЭС1_Х.