СТРОЕНИЕ АТОМА - Неограническая химия
Задание 1.1. Для приведенных в варианте (табл. I.1) 4-х химических элементов определить:
- 1.1.1. Группу и период, в которых находится данный элемент в периодической таблице Д. И. Менделеева. 1.1.2. Электронную формулу атома элемента и указать, к какому семейству относится данный элемент. 1.1.3. Валентные электроны и перечислить все теоретически возможные степени окисления для нормального и возбужденного состояния атома. Привести примеры соединений, в которых данный элемент имеет разные степени окисления. 1.1.4. Как изменяются радиус атома, энергия ионизации, электроотрицательность и металлические свойства по периодам и группам таблицы Д. И. Менделеева.
Пример решения 1.1
Элемент 34Se (Селен)
- 1.1.1. Исходя из положения данного элемента в таблице Д. И. Менделеева (Приложение I) определяем, что селен, имеющий порядковый номер 34, находится в 4 периоде и VI A группе. 1.1.2. Чтобы записать электронную формулу атома селена воспользуемся общей формулой распределения электронов по энергетическим уровням и подуровням: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d14f145d2-106p67s26d15f146d2-10 ..., и представленной ниже схемой (рис. 1.1), на которой показаны валентные электроны, т. е. электроны, участвующие в связи. Записываем электронную формулу, валентные электроны и определяем, к какому семейству относится данный элемент.
Электронная формула селена: 1s22s22p63s23p64s23d104p4. Валентные электроны находятся на 4-м энергетическом уровне: 4s24p4. Так как последний электрон на р-подуровне, то селен относится к элементам р-семейства.
Рис. 1.1. Схема распределения валентных электронов для атомов элементов в семействах (s, p, d, f):
N - номер периода, цифрами указано возможное количество валентных электронов
1.1.3. Чтобы записать степени окисления атома, нужно иметь ввиду, что степень окисления - это условный заряд атома в соединении, указывающий сколько электронов оттянуто или притянуто к атому элемента. Все металлы способны только отдавать электроны, они находятся слева от границы Цинтля, проходящей по линии, соединяющей элементы 5В и 85At. Отдавая электроны, атом элемента приобретает положительный заряд. Все металлы являются восстановителями. Справа от границы Цинтля находятся элементы, которые являются окислителями.
Самый электроотрицательный элемент - 9F. Это безусловный окислитель. Фтор способен только принимать электроны и, кроме степени окисления, равной "0" (в соединении F2) может иметь степень окисления со знаком "-". Остальные элементы, расположенные между границей Цинтля и фтором, несмотря на преимущественные окислительные свойства могут как отдавать, так и принимать электроны и имеют степени окисления как со знаком "+", так и со знаком "-" в зависимости от атома элемента, вступающего с ним в связь. Знаки при степенях окисления показаны на схеме (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Знаки степеней окисления элементов в таблице Д. И. Менделеева
Чтобы определить степени окисления селена записываем валентные электроны для селена в нормальном состоянии.
Согласно схеме (рис. 1.2), селен может не только принимать, но и отдавать электроны.
Учитывая число "посадочных мест", определяем, что селен может принять 1 или 2 электрона, а имея в виду, что неспаренных электронов также 2, делаем вывод, что селен может отдать 1 или 2 электрона. Таким образом, селен в нормальном состоянии может иметь следующие степени окисления: 2-, 1-, 0, 1+, 2+.
Далее записываем валентные электроны для селена в возбужденном состоянии. При получении дополнительной энергии происходит распаривание неподеленных пар электронов. Электроны переходят в более высокое энергетическое состояние. Следует отметить, что переход электронов происходит только в пределах внешнего уровня, в данном случае четвертого.
Так как при возбуждении в основном увеличиваются возможности селена к отдаче электронов, то теоретически возможные степени окисления Se в возбужденном состоянии атома следующие: 2-, 1-, 0, 1+, 2+, 3+, 4+, 5+, 6+.
Приведем примеры для соединений, в которых селен имеет различные степени окисления (табл. 1.1). В случае затруднений при ответе на данный вопрос следует воспользоваться учебниками по химии для ВУЗов.
Таблица 1.1
Степень окисления |
Формула соединения |
Название |
0 |
Se |
Селен |
2- |
H2Se |
Селенистый водород |
1+ |
Se2Cl2 |
Хлорид селена |
4+ |
H2SeO3 |
Селенистая кислота |
6+ |
H2SeO4 |
Селеновая кислота |
1.1.4. В справочной литературе приводятся разные выражения для радиуса атома (металлический, орбитальный, эффективный и др.). За эффективный радиус атома принимают половину расстояния между ядрами атомов, связанных в молекулу в ее устойчивом состоянии.
Потенциал ионизации (эВ/атом) - это потенциал, который надо приложить к одиночному атому или иону, чтобы оторвать от него электрон. Энергия ионизации имеет аналогичный смысл в параметрах кДж/моль.
Электроотрицательность характеризует способность атома как принимать, так и отдавать электроны. Часто это понятие ограничивают только представлением о принятии электронов.
Все эти свойства атома определяются силами взаимодействия между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. При движении по периодам и группам таблицы Д. И. Менделеева (сверху вниз) заряд ядра и суммарный заряд электронов увеличиваются, и силы притяжения между ними возрастают. Однако следует иметь ввиду, что, если заряд ядра можно условно рассматривать как точечный, то электроны распределяются по энергетическим уровням. С увеличением числа уровней (слоев) электроны удаляются от ядра, и силы притяжения между ядром и электронами ослабляются. Далее надо учесть, что каждый уровень "расщепляется" на подуровни. Среди подуровней появляются d - и f-подуровни, наиболее плотно заполненные электронами. Начинает действовать эффект d - и f-сжатия, конкурирующий с удалением электронов от ядра. Закономерности изменения свойств атомов элементов представлены на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Направления, по которым рассматривается изменение свойств атомов элементов по группам и периодам периодической таблицы Д. И. Менделеева
В направлении I (по периоду слева направо):
- 1) заряд ядра и суммарный заряд электронов увеличиваются - сила притяжения между ядром и электронами возрастает; 2) число энергетических уровней остается постоянным; 3) все время пополняется d-подуровень (а начиная с 6 периода и f-подуровень) - действует эффект d - и f-сжатия.
В конечном итоге: сила притяжения между ядром и электронами возрастает, радиус атома уменьшается, потенциал ионизации возрастает, восстановительная активность уменьшается, возрастают окислительные свойства и электроотрицательность.
В направлении II (по группам сверху вниз):
- 1) заряд ядра и суммарный заряд электронов возрастают; 2) число энергетических уровней увеличивается, электроны уда-ляются от ядра, и сила притяжения уменьшается; 3) d - и f-сжатие действует слабо, так как эти электроны остаются во внутренних оболочках.
Таким образом: радиус атома увеличивается; потенциал ионизации уменьшается, восстановительная активность возрастает, а окислительные свойства и электроотрицательность уменьшаются.
В направлении III (правая часть d-семейства):
- 1) заряд ядра и суммарный заряд электронов возрастают; 2) число энергетических уровней увеличивается, но незначи-тельно; 3) очень сильно действует эффект d и f-cжатия, так как d - и f - подуровни все более близки к заполнению.
В результате - радиус атома стремится к уменьшению, потенциал ионизации возрастает, восстановительная активность уменьшается, электроотрицательность также уменьшается.
Для селена свойственны направления I и II.
Рассмотрим следующий элемент.
Элемент 99Es (Энштейний)
- 1.1.1. Энштейний в таблице Д. И. Менделеева находится в 7 периоде в IV A группе. 1.1.2. Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням следующее: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d14f145d2-106p67s26d15f10. Так как последний электрон находится на f-подуровне, то энштейний относится к f-семейству. 1.1.3. Валентные электроны Es : 7s26d15f10.
Электрон 6d может "провалиться" на 5f, так как образуется более устойчивое состояние.
Так как число неспаренных электронов равно 3 и энштейний находится слева от границы Цинтля, то степени окисления имеют следующие значения: 0, 1+, 2+, 3+.
При возбуждении происходит распаривание 7s электронов и переход на 7p подуровень.
Степени окисления: 0, 1+, 2+, 3+, 4+, 5+.
Возможные соединения энштейния приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Степени окисления |
Формула соединения |
Название |
0 |
Es |
Энштейний |
1+ |
EsCl |
Хлорид энштейния |
2+ |
EsO |
Оксид энштейния |
4+ |
EsO2 |
Диоксид энштейния |
1.1.4. По периоду слева направо сила взаимодействия между ядром и электронами увеличивается, радиус атома уменьшается, потенциал ионизации возрастает, восстановительная активность уменьшается, электроотрицательность возрастает.
По группе сверху вниз сила взаимодействия между ядром и электронами возрастает, радиус атома уменьшается, восстановительная активность уменьшается, электроотрицательность уменьшается.
Далее по аналогии даем описание еще 2-х элементов, соответствующих Вашему варианту (табл. I.1).
Таблица I.1
Номер |
Символы химических элементов | |||
Варианта |
S- |
P- |
D- |
F- |
1 |
87Fr |
5B |
80Hg |
71Lu |
2 |
88Ra |
6C |
79Au |
70Yb |
3 |
56Ba |
7N |
78Pt |
69Tm |
4 |
55Cs |
8O |
77Ir |
68Er |
5 |
38Sr |
9F |
76Os |
67Ho |
6 |
37Rb |
13Al |
75Re |
66Dy |
7 |
55Cs |
14Si |
74W |
65Tb |
8 |
56Ba |
15P |
73Ta |
64Gd |
9 |
87Fr |
16S |
72Hf |
63Eu |
10 |
88Ra |
17Cl |
57La |
62Sm |
11 |
56Ba |
31Ga |
89Ac |
61Pm |
12 |
55Cs |
32Ge |
104Rf |
60Nd |
13 |
87Fr |
33As |
105Db |
59Pr |
14 |
88Ra |
34Se |
106Sg |
58Ce |
15 |
20Ca |
35Br |
48Cd |
90Th |
16 |
4Be |
50Sn |
47Ag |
91Pa |
17 |
3Li |
51Sb |
46Pd |
92U |
18 |
38Sr |
52Te |
45Rh |
93Np |
19 |
20Ca |
53I |
44Ru |
94Pu |
20 |
37Rb |
49In |
43Tc |
95Am |
21 |
19K |
81Tl |
42Mo |
96Cm |
22 |
12Mg |
82Pb |
41Nb |
97Bk |
23 |
11Na |
83Bi |
40Zr |
98Cf |
24 |
4Be |
84Po |
39Y |
99Es |
25 |
3Li |
85At |
30Zn |
100Fm |
26 |
19K |
81Tl |
29Cu |
101Md |
27 |
20Ca |
82Pb |
28Ni |
102No |
28 |
11Na |
83Bi |
27Co |
103Lr |
29 |
12Mg |
84Po |
26Fe |
98Cf |
30 |
38Sr |
85At |
25Mn |
99Es |
Похожие статьи
-
Св-ва хим. эл-тов, а так же формы и св-ва соединений эл-тов нах-ся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов. Возрастание + зарядов атомных...
-
Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью...
-
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ - Неограническая химия
Задание 2.1. Для двух, указанных по варианту (табл. II.2), молекул с позиций метода валентных связей показать образование молекул и ответить на следующие...
-
Атом сост. из массивн. "+" заряж. ядра и нах-ся в его поле "-"электронов. В ядрах нах-ся практич. вся масса атома. В состав ядра входят элемент. частицы:...
-
Квантовая механика - это теория, которая устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц и их систем, а также связь величин, характеризующих...
-
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ - Неограническая химия
Задание 6.1. В данной (табл. VI.1) окислительно-восстановительной реакции уравняйте стехиометрические коэффициенты ионно-электронным методом и...
-
Атом (от греч. atomos -- неделимый) - это частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического...
-
Нормальное и возбужденное состояние атомов. Электронные формулы ионов - Основы химии
Нормальное - когда все электроны находятся на своих обычных орбиталях (а они их стараются занять наиболее энергетически выгодное положение, находится...
-
1. В результате линейной комбинации две атомные орбитали (АО) формируют две молекулярные орбитали (МО) - связывающую, энергия которой ниже, чем энергия...
-
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА - Неограническая химия
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте...
-
Введение Нильс Бор принадлежит к числу самых известных исследователей современности. Среди значительных ученых, работавших в области точного...
-
ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ХИМИИ, Очерк исторического развития химии - Этапы становления химии
Очерк исторического развития химии Уже в XVIII веке начала формироваться так называемая минеральная химия. Сейчас этот раздел химии мы называем...
-
Химическая связь и строение молекул вещества. - Роль химии в повседневной жизни
Атомистические воззрения возникли первоначально на Древнем Востоке, в античных Греции и Риме. Первоначально атомное учение предполагало существование...
-
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ - Неограническая химия
Задание 5.1. В определенном объеме раствора V л содержится m г вещества. Плотность раствора с (табл. V.1). Рассчитайте: 5.1.1. Процентную концентрацию...
-
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ - Неограническая химия
Задание 4.1: 4.1.1. Проанализируйте данную Вам реакцию (табл. IV.1) и укажите, какой она является: гомогенной или гетерогенной. 4.1.2. Запишите...
-
Учение о строении вещества - Роль химии в повседневной жизни
На протяжении многих веков в сознании человека господствовали представления об атомах, как мельчайших, неделимых, простейших по составу и неизменных...
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Химическая связь и валентность, Валентность - Квантовые концепции в химии
Валентность Валентность - это способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической...
-
Комплексные соединения, их номенклатура, типы, строение, свойства - Основы химии
Соединения, в состав которых входят сложные ионы, существующие как в кристалле, так и в растворе, называются комплексными, или координационными. Согласно...
-
Периодический закон химических элементов: свойства химических элементов, а также простых и сложных веществ, ими образуемых, находятся в периодической...
-
Дисперсной называется система, состоящая из двух или более веществ, причем одно из них в виде очень маленьких частиц равномерно распределено в объеме...
-
Химическая связь - Квантовые концепции в химии
Химия изучает процессы превращения молекул при воздействиях и при воздействии на них внешних факторов (теплоты, света, электрического тока, магнитного...
-
Понятие квантовой химии - Квантовые концепции в химии
Квантовая химия - это раздел теоретической химии, в котором строение и свойства химических соединений, их взаимодействие и превращение в химических...
-
Ливерморий - Химия элементов VI группы
Ливермомрий (лат. Livermorium, Lv), ранее был известен как унунгемксий (лат. Ununhexium, Uuh) и эка-полоний -- 116-й химический элемент, относится к 16-й...
-
Заключение - Строение вещества
Идея об атомном строении материи так и оставалась чисто философским умопостроением вплоть до начала XIX века, когда сформировались основы химии как...
-
Молекулы, радикалы и ионы - Введение в химию
Молекула - наименьшая частица вещества, определяющая его свойства, способная к самостоятельному существованию. Состоит из одинаковых или разных атомов....
-
Гальванический элемент. ЭДС гальванического элемента - Основы химии
Рассмотрим простейший гальванический элемент Даниэля - Якоби, состоящий из двух полуэлементов - цинковой и медной пластин, помещенных в растворы...
-
Теория Периодической Системы была преимущественно создана Н. Бором (1913-21) на базе предложенной им квантовой модели атома. Учитывая специфику изменения...
-
Возникновение структурной теории позволило химикам впервые обрести мощный инструмент для целенаправленного качественного преобразования веществ. Именно в...
-
В данном разделе речь идет об особом уровне развития химических знаний, на котором главенствующую роль играет структура молекулы реагента. Свойства...
-
Рис.2. Стереоизомеры хлоряблочной кислоты Если в молекуле имеется несколько (n) асимметрических центров, то в общем случае число оптических изомеров...
-
Атомистические представления о строении вещества. - Строение и превращение веществ
Слово "атом" -- греческого происхождения, и переводится оно "неделимый". Принято считать, что первым идею о том, что кажущаяся гладкой и непрерывной...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Химия 20 века - Этапы становления химии
Конец 19 в. ознаменовался тремя выдающимися открытиями в области физики, в результате которых была доказана сложная структура атома, прежде считавшегося...
-
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ, Атомно-молекулярное учение - Основные понятия и законы химии
Химия - наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении. В настоящее время известно более 100 тыс....
-
Атомно-молекулярное учение. Основные понятия химии - Основные понятия неорганической химии
Все вещества сост. из атомов. В химию понятие атома ввел Ломоносов: ат. разные, ат. каждого вида один. М/у собой, но отлич. от атомов др. вида., ат....
-
Металлы и сплавы в химии и технике - Металлы и сплавы в химии и технике
Химические элементы - это элементы, образующие в свободном состоянии простые вещества с металлической связью. Из 110 известных химических элементов...
-
А) Углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (РЬ) - элементы 4 группы главной подгруппы ПСЭ. На внешнем электронном слое атомы этих...
-
Развитие учения о строении вещества - Великие открытия Йенса Якоба Берцелиуса
В основе структурной химии лежит химическая атомистика Дж. Дальтона, согласно которой любой химический индивид стоит из совокупности молекул, обладающих...
-
Упрочнение химических связей, соединяющих основные звенья углеродной цепи, под действием акрилонитрильных группы - СН2--СН атомов фтора приводит к...
СТРОЕНИЕ АТОМА - Неограническая химия