Struktura periodického systému D. I. Mendělejeva a periodicita vlastností chemických prvků

TÉMA 4. Struktura periodického systému D. I. Mendělejeva. Druhy periodicity vlastností chemických prvků.

P ř í k l a d 1
Jaký nejvyšší a nejnižší oxidační stupeň vykazují arsen, selen a brom?
Sestavte vzorce sloučenin těchto prvků odpovídající daným oxidačním stupňům.
Řešení
Nejvyšší oxidační stupeň prvku je určen číslem skupiny periodického systému D. I. Mendělejeva, ve které se prvek nachází. Nejnižší oxidační stupeň je určen tím fiktivním nábojem, který získá atom při připojení takového počtu elektronů, jaký je potřebný k vytvoření stabilní osmilelektronové vrstvy (ns2np6).
Uvedené prvky se nacházejí ve vedlejších podskupinách V., VI. a VII. skupiny a mají strukturu valenční vrstvy: s2p3, s2p4, s2p5.
Oxidační stupně arsenu, selenu a bromu ve sloučeninách jsou tedy následující:
As +5 (nejvyšší), -3 (nejnižší) --- As2O5, AsH3;
Se +6 (nejvyšší), -2 (nejnižší) --- SeO3, Na2Se;
Br +7 (nejvyšší), -1 (nejnižší) --- KBrO4, KBr.

P ř í k l a d 2
Který z prvků čtvrté periody – mangan nebo brom – vykazuje silnější kovové vlastnosti?
Řešení
Elektronové konfigurace těchto prvků:
25Mn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
35Br 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
Mangan je d-prvek VII. skupiny vedlejší podskupiny, zatímco brom je p-prvek VII. skupiny hlavní podskupiny.
Na valenční vrstvě má atom manganu dva elektrony, zatímco atom bromu sedm.

Úlohy pro samostatné řešení

1. Uveďte moderní formulaci periodického zákona. V čem se liší od té, kterou formuloval D. I. Mendělejev?

2. Objev kterých tří prvků byl triumfem periodického zákona? Jak přesně se shodovaly vlastnosti těchto prvků a jejich nejjednodušších sloučenin s vlastnostmi předpovězenými D. I. Mendělejevem?

3. Ukažte, jak periodický zákon ilustruje a potvrzuje jeden z obecných zákonů vývoje přírody – zákon přechodu kvantity v kvalitu.

4. Jak vysvětluje nauka o stavbě atomu periodicitu změn vlastností chemických prvků?

5. Jaký fyzikální význam má protonové číslo a proč jsou chemické vlastnosti prvku určeny nábojem jádra jeho atomu?

6. Vysvětlete tři případy (uveďte je), kdy dochází k odchylkám od sledu řazení prvků v periodickém systému podle vzrůstající relativní atomové hmotnosti.

7. Jaká je struktura periodického systému? Periody, skupiny a podskupiny. Fyzikální význam čísla periody a skupiny.

8. Ve kterých případech se kapacita zaplnění energetické vrstvy a počet prvků v periodě: a) shodují; b) neshodují? Vysvětlete příčinu.

9. Hodnotám kterého kvantového čísla odpovídají čísla period? Uveďte definici periody vycházející z nauky o stavbě atomu.

10. Které periody periodického systému se nazývají malé a které velké? Čím je určován počet prvků v každé z nich?

11. Uveďte valenční energetické podvrstvy v následujících elektronových konfiguracích neutrálních atomů:
    a) [KL]3s2 3p1;
    b) [K]2s2 2p5;
    c) [KLM]4s2 4p3;
    d) [KL]4s2 3d8.

12. Kde se v periodickém systému nacházejí vzácné plyny? Proč dříve tvořily nulovou skupinu a jak byly nazývány?

13. Proč je vodík zařazen jak do I., tak do VII. skupiny periodického systému? Jaké odůvodnění lze podat pro obě varianty?

14. Jak se mění vlastnosti prvků hlavních podskupin v rámci period a skupin? Co je příčinou těchto změn?

15. Jaké místo v periodickém systému zaujímají dva prvky, z nichž jeden má nejvyšší hodnotu ionizačního potenciálu a elektronegativity, a druhý nejnižší hodnoty těchto veličin?

16. U atomů kterých prvků dochází k tzv. „propadu“ elektronů? Vysvětlete příčinu tohoto jevu.

17. Za normálních podmínek jsou pouze 11 chemických prvků v elementární formě plyny a 2 prvky v kapalném stavu. Uveďte značky a názvy těchto prvků.

18. Konfigurace valenčních elektronů u dvou prvků je vyjádřena vzorci:
    a) 3s2 3p2 a 4s2 3d2;
    b) 4s2 3d3 a 4s2 3d10 4p3. Ve kterých periodách a skupinách se tyto prvky nacházejí? Měly by se lišit svými vlastnostmi, i když mají stejné množství valenčních elektronů?

19. Na základě počtu prvků v každé periodě určete místo prvku v periodickém systému a jeho základní chemické vlastnosti podle protonového čísla: 35, 42 a 56.

20. Navzdory vlastní formulaci Mendělejev umístil tellur před jód a kobalt před nikl. Vysvětlete to.

21. Čím lze vysvětlit obecný trend – zmenšování atomového poloměru s rostoucím protonovým číslem v periodě a zvětšování atomového poloměru s rostoucím protonovým číslem ve skupině?

22. Na základě čeho jsou chrom a síra ve stejné skupině periodického systému? Proč jsou však zařazeny do různých podskupin?

23. Na základě čeho jsou fosfor a vanad ve stejné skupině periodického systému? Proč jsou však zařazeny do různých podskupin?

24. Která řada prvků je seřazena podle vzrůstajícího atomového poloměru:
    a) Na, Mg, Al, Si;
    b) C, N, O, F;
    c) O, S, Sc, Fe;
    d) I, Br, Cl, F.

25. V čem je podobnost a rozdíl mezi atomy:
    a) F a Cl;
    b) N a P.