Тема: Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева и строение атома.

Тема: Характеристика элементов с учётом местонахождения в Периодической системе. Составление электронных формул атомов элементов и графических схем, заполнения их электронами.

Цель работы:рассмотрение плана общей характеристики химического элемента; овладение умениями характеризовать химический элемент на основании его положения в Периодической системе Д.И. Менделеева; овладение навыками составления электронных формул и графических схем атомов элементов.

 Пояснение к работе:

Повторите основные понятия и химические термины по учебному тексту. Рассмотрите примеры и правилами записи электронных формул атомов элементов и графических схем; план характеристики химического элемента и образец ответа. Далее приступайте к выполнению заданий.

Учебный текст:

Для полного описания состояния каждого электрона в ато­ме в квантово-волновой механике используются параметры п, l— квантовые числа.

Главное квантовое число (n) — это положительное целое число (1,2,3,4,... ∞), которое характеризует в основном энер­гию электрона, т.е. энергетический уровень.

Значение главного квантового числа также указывает на число энергетических подуровней, соответствующих данному уровню, - оно равно значению п.Таким образом, главное кван­товое число определяет уровень электрона в атоме.

Орбитальное квантовое число (l) характеризует величи­ну орбитального момента количества движения электрона, дру­гими словами, уточняет энергетическое состояние электронов в пределах данного уровня, т. е. энергию подуровня.

Электроны, которые при движении образуют облако шаровой формы, принято называть s-электронами. Электронные облака называют также орбиталями.

Электроны, которые при движении образуют облака гантелеобразной формы, называют р-электронами.

Вращение электрона вокруг собственной оси называется спином{в пер. с англ.— веретено).

На одной орбитали может находиться лишь два элек­трона, обладающих противоположными (антипараллель­ными) спинами, т. е. один электрон как бы вращается вокруг оси по часовой стрелке, а другой — против часовой стрелки.

Пользуясь этими понятиями, расположение электронов в атомах изображают при помощи электронных формул, например Н — Is', Не — Is², где цифра перед буквой показывает номер энергетического уровня, буква — форму электронного облака, а цифра справа над буквой— число электронов с данной формой облака. Клетка — орбиталь, стрелка — электрон, разнонаправ­ленные стрелки — электроны с противоположными (анти-параллельными) спинами.

Энерге­тические уровни принято делить на подуровни. Группа делится на две подгруппы: главную и побочную.

К главным подгруппам относят те элементы, у которых очередные электроны (идущие по порядку) помещаются на s- и р-орбиталях. Это s- и р-электроны. В связи с этим и сами элементы главных подгрупп часто называют s и р-элементами.

К побочным подгруппам относят элементы, очередные электроны которых помещаются на d-орбиталях.

В зависимости от того, какой подуровень атома запол­няется электронами последним, все элементы, делят на четыре электронных семейства или блока.

1) s-элементы; заполняется электронами s-подуровень внешнего уровня атома; к s-элементам относятся водород, ге­лий и элементы главных подгрупп I и II групп; число возможных электронов -2; графическое изображение – одна клетка.

2) р-элементы; заполняется электронами р-подуровень внешнего уровня атома; к р-элементам относятся элементы главных подгрупп III—VIII групп; число возможных электронов-6; графическое изображение – три клетки.

3) d-элементы; заполняется электронами d-подуровень предвнешнего уровня атома; к d-элементам относятся эле­менты побочных подгрупп I—VIII групп, их называют переходными элемен­тами; число возможных электронов-10; графическое изображение – пять клеток.

4) f-элементы; заполняется электронами f-подуровень третьего снаружи уровня атома; к ним относятся лантаноиды и актиноиды; число возможных электронов-14; графическое изображение – семь клеток.

Номер периода соответствует номеру внеш­него уровня.

Число валентных электронов равно номеру группы.

Строение электронных оболочек атомов можно изо­бражать с помощью энергетических или квантовых ячеек — записывают графические электронные формулы. Для этой записи используют следующие обозначения: каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, которая со­ответствует одной орбитали; каждый электрон обозначается стрелкой, соответствующей направлению спина. При записи графической электронной формулы следует помнить два пра­вила: принцип Паули, согласно которому в ячейке (орбитали) может быть не более двух электронов, но с антипараллельны­ми спинами, и правило Ф. Хунда, согласно которому электро­ны занимают свободные ячейки (орбитали), располагаются в них сначала по одному и имеют при этом одинаковое значение. Сначала первым заполняется s-подуровень, вторым- p- подуровень, третьим – d-подуровень и четвёртым – f- подуровень (см. в таблице 1 и 2).

Таблица 1 Строение электронных оболочек атомов элементов второго периода

Таблица 2 Строение электронных оболочек атомов элементов третьего периода

План характеристики химических элементов.

1)Положение в периодической системе: порядковый номер, период, ряд, группа, подгруппа, относительная атомная масса.

2) Строение атома: заряд ядра; количество протонов, ней­тронов, электронов; количество энергетических уровней и раз­мещение на них электронов; формула электронной конфигура­ции — размещение электронов по подуровням; графическая формула расположения электронов; число электронов на пос­леднем слое (металл или неметалл); высшая положительная степень окисления.

3) Формулы соединений: оксида, гидроксида (кислоты или основания), летучего водородного соединения (для неметаллов).

4) Химический характер элемента, его доказательство: кислотный (имеет кислотный оксид, который реагирует со ще­лочью с образованием соли и воды; кислотному оксиду соот­ветствует кислота, взаимодействующая с основанием также с образованием соли и воды), основный (имеет основной оксид, которому соответствует основание; они реагируют с кислотой с образованием соли и воды), амфотерный (имеет оксид с соот­ветствующим ему гидроксидом, которые реагируют и со щело­чами, и с кислотами),

5) Сравнение с соседями: по периоду и по подгруппе (нуж­но помнить, что металл с неметаллами сравнивать нельзя).

Приведем пример характеристики химических элементов главных подгрупп на основании положения в периодической системе и строения атома.

Учитывая положение в периодической системе, дадим об­щую характеристику и укажем основные свойства фосфора.

Фосфор имеет порядковый номер 15, находится в третьем периоде, третьем ряду, главной подгруппе V группы периоди­ческой системы, относительная атомная масса 31. Ядро атома имеет заряд +15, состоит из 15 протонов и 31 - 15 = 16 нейтро­нов, вокруг ядра вращается 15 электронов, расположенных на трех энергетических уровнях, на внешнем уровне находится 5 электронов. Формула электронной конфигурации:

Наличие 5 электронов в наружном слое атома указывает, что это неметалл. Высшая положительная степень окисления эле­мента должна равняться 5. Формула высшего оксида Р₂О₅, кис­лоты — НРО₃ (прибавляем Н₂О к формуле оксида Р₂О₅, полу­чаем Н₂Р₂О₆, сокращаем индексы на 2), летучего соединения с водородом РН_3.

Приведем доказательства кислотного характера оксида (Р₂О₅ или Р₄О_|0) и соответствующего ему гидроксида Р(НРО₃):

Р₄О₁₀+ 12NaOH (разб.) = 4Na₃PO₄ + 6Н₂О.

НРО₃ + NaOH (конц.) = NaPO₃ + Н₂О.

Сравним Р с соседями по периоду (слева — кремний Si, справа — сера S) и подгруппе (сверху — азот N, снизу — мы­шьяк As).

Свойства любого элемента являются средними из свойств окружающих его соседей. Кремний, сера, азот и мышьяк — неметаллы. В периоде слева направо усиливаются неметалли­ческие свойства и ослабевают металлические. Поэтому фосфор обладает более сильными неметаллическими свойствами, чем кремний, но более слабыми, чем сера. В главных подгруппах неметаллические свойства возрастают снизу вверх: азот — бо­лее сильный неметалл, чем фосфор; мышьяк— более слабый неметалл, чем фосфор.

Выполните задания по вариантам.

вариант -1

1. Дайте характеристику химическому элементу Mg (магний) согласно плану.
2. Напишите электронные формулы и графические электронные формулы для элементов: Cu, Zn, Mn
3. Определите, какому химическому элементу соответствует заполнение электронами энергетических уровней: 2ē 8ē 18ē 2ē.

вариант-2

1. Дайте характеристику химическому элементу P (фосфор) согласно плану.
2. Напишите электронные формулы и графические электронные формулы для элементов: Cr, O, Cl
3. Определите, какому химическому элементу соответствует заполнение электронами энергетических уровней: 2ē 8ē 18ē 5ē.

вариант-3

1. Дайте характеристику химическому элементу Сa (кальций) согласно плану.

2. Напишите электронные формулы и графические электронные формулы для элементов; К, F, S

3. Определите, какому химическому элементу соответствует заполнение электронами энергетических уровней: 2ē 8ē 13ē 2ē.