Périodinen järjestelmä ja kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksien säännönmukaisuudet.

TEMA4. D. I. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän rakenne. Kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksien jaksollisuuden tyypit.

Esimerkki 1. Mitkä ovat arseenin, seleenin ja bromin korkein ja matalin hapetusaste?
Laadi kyseisten alkuaineiden yhdisteiden kaavat, jotka vastaavat näitä hapetusasteita.
Ratkaisu: Alkuaineen korkein hapetusaste määräytyy sen mukaan, mihin ryhmään se kuuluu jaksollisessa järjestelmässä. Matalin hapetusaste määräytyy sen mukaan, kuinka monta elektronia atomi saa, jotta sen elektronikuori saavuttaa vakaan kahdeksan elektronin rakenteen (ns2np6).
Nämä alkuaineet kuuluvat pääryhmiin V, VI ja VII, ja niiden ulkoisen energiatason rakenne on seuraava: s2p3, s2p4, s2p5. Siten arseenin, seleenin ja bromin hapetusasteet yhdisteissä ovat:
As +5 (korkein), -3 (matalin) --- As2O5, AsH3;
Se +6 (korkein), -2 (matalin) --- SeO3, Na2Se;
Br +7 (korkein), -1 (matalin) --- KBrO4, KBr.

Esimerkki 2. Kumpi neljännen jakson alkuaineista, mangaani vai bromi, ilmaisee vahvemmin metallisia ominaisuuksia?
Ratkaisu: Näiden alkuaineiden elektronikaavat:
25Mn 1s22s22p63s23p64s23d5
35Br 1s22s22p63s23p64s23d104p5.
Mangaani on d-alkuaine VII ryhmän sivuryhmässä, kun taas bromi on p-alkuaine VII ryhmän pääryhmässä. Mangaanin ulkoisella energiatason rakenteella on kaksi elektronia, kun taas bromilla on seitsemän.
Tyypillisillä metalleilla on ulkoisella energiatason rakenteella vain vähän elektroneja, ja ne taipuvat menettämään nämä elektronit. Ne omaavat vain pelkistysominaisuuksia eivätkä muodosta negatiivisia ionteja. Alkuaineet, joiden ulkoisella energiatason rakenteella on yli kolme elektronia, omaavat sähkönegatiivisuutta ja voivat muodostaa negatiivisia ioneja. Näin ollen mangaani, kuten kaikki metallit, omaa vain pelkistysominaisuuksia, kun taas bromille, jolla on heikompia pelkistysominaisuuksia, on ominaista hapetusominaisuudet. Tästä syystä metalliset ominaisuudet ovat vahvemmin esillä mangaanissa.

TEHTÄVÄT ITSE RATKOTTAVIKSI

1. Anna nykyinen määritelmä jaksollisesta laista. Miten se eroaa D. I. Mendelejevin antamasta määritelmästä?

2. Minkä kolmen alkuaineen löytäminen oli jaksollisen lain triumfi? Miten näiden alkuaineiden ja niiden yksinkertaisten yhdisteiden ominaisuudet täsmensivät D. I. Mendelejevin ennusteet?

3. Näytä, miten jaksollinen laki havainnollistaa ja vahvistaa yhtä luonnon kehityksen yleislakeista – määrän muutoksen laaduksi.

4. Miten atomirakenteen teoria selittää kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksien jaksollisuuden?

5. Mikä on järjestysnumeron fysikaalinen merkitys ja miksi alkuaineen kemialliset ominaisuudet määräytyvät viime kädessä sen atomin ydinvarauksen perusteella?

6. Selitä kolme tapausta (mainitse ne), jolloin alkuaineiden sijoittelu jaksollisessa järjestelmässä poikkeaa niiden atomimassojen mukaan nousevassa järjestyksessä.

7. Mikä on jaksollisen järjestelmän rakenne? Jaksojen, ryhmien ja alaryhmien fysikaalinen merkitys.

8. Missä tapauksissa energia- ja ryhmän täyttökapasiteetti ja jakson alkuaineiden lukumäärä: a) ovat samoja; b) eivät ole samoja? Selitä syy.

9. Minkä kvanttinumeroiden arvot vastaavat jaksojen numeroita? Määrittele jakso atomirakenteen teorian mukaan.

10. Mitkä jaksollisen järjestelmän jaksot ovat pieniä ja mitkä suuria? Miten alkuaineiden lukumäärä tietyssä jaksossa määräytyy?

11. Ilmoita valenssienergian alatasot seuraavissa elektronikaavoissa:
    a) [KL]3s23p1; b) [K]2s22p5; c) [KLM]4s24p3; d) [KL]4s23d8.

12. Missä jaksollisessa järjestelmässä jalokaasut sijaitsevat? Miksi ne kuuluivat aiemmin nollaryhmään ja miten niitä kutsuttiin?

13. Miksi vety sijoitetaan sekä I että VII ryhmään jaksollisessa järjestelmässä? Mikä on perustelu kummallekin vaihtoehdolle?

14. Miten pääryhmien alkuaineiden ominaisuudet muuttuvat jaksojen ja ryhmien mukaan? Mikä on muutosten syy?

15. Missä jaksollisessa järjestelmässä sijaitsevat kaksi alkuaineita, joista toinen on suurimman ionisaatiopotentiaalin ja elektronegatiivisuuden omaava, ja toinen pienimmän näistä arvoista omaava?

16. Missä alkuaineiden atomeissa esiintyy niin sanottu "elektronien murtuminen"? Selitä tämän ilmiön syy.

17. Normaaliolosuhteissa vain 11 kemiallista alkuaineita on kaasuina ja 2 alkuaineet nesteinä. Ilmoita näiden alkuaineiden symbolit ja nimet.

18. Kaksi alkuaineen valenssielektronirakennetta voidaan esittää kaavoilla:
    a) 3s23p2 ja 4s23d2; b) 4s23d3 ja 4s23d104p3. Missä jaksoissa ja ryhmissä nämä alkuaineet sijaitsevat? Poikkeavatko niiden ominaisuudet, vaikka niillä on sama määrä valenssielektroneja?

19. Tietäen alkuaineiden lukumäärän kustakin jaksosta, määritä alkuaineen paikka jaksollisessa järjestelmässä ja sen pääkemialliset ominaisuudet seuraavilla järjestysnumeroilla: 35, 42 ja 56.

20. Vaikka D. I. Mendelejev antoi oman määritelmänsä, hän sijoitti telluurin jodista ennen ja koboltti nikkelistä ennen. Selitä tämä.

21. Mitä voidaan selittää yleisellä tendenssillä – atomiradiuksen pienentyminen jakson numeroa lisääntyessä ja atomiradiuksen kasvaminen ryhmän numeroa kasvaessa?

22. Mikä on peruste sille, että kromi ja rikki sijaitsevat samassa ryhmässä jaksollisessa järjestelmässä? Miksi ne sijoitetaan eri alaryhmiin?

23. Mikä on peruste sille, että fosfori ja vanadiini sijaitsevat samassa ryhmässä jaksollisessa järjestelmässä? Miksi ne sijoitetaan eri alaryhmiin?

24. Mikä on alkuaineiden järjestys niiden atomiradiuksen kasvaessa: a) Na, Mg, Al, Si; b) C, N, O, F; c) O, S, Sc, Fe; d) I, Br, Cl, F.

25. Mikä on samankaltaisuus ja ero seuraavilla atomeilla: a) F ja Cl; b) N ja P?