Strukturen til det periodiske systemet til D.I. Mendelejev og periodisiteten i kjemiske egenskaper hos grunnstoffene

TEMA 4. Strukturen til det periodiske systemet til D. I. Mendelejev. Typer periodisitet i egenskapene til kjemiske grunnstoffer.

E k s e m p e l 1  Hvilke høyeste og laveste oksidasjonstall har arsen, selen og brom?
Lag formler for forbindelser av disse grunnstoffene som tilsvarer disse oksidasjonstallene.
Løsning  Det høyeste oksidasjonstallet til et grunnstoff bestemmes av gruppenummeret i det periodiske systemet til D. I. Mendelejev. Det laveste oksidasjonstallet bestemmes av den formelle ladningen atomet får når det mottar det antallet elektroner som kreves for å oppnå en stabil åtteelektron-konfigurasjon (ns²np⁶).
Disse grunnstoffene befinner seg i hovedgruppene V, VI og VII, og har følgende elektronkonfigurasjon i det ytterste energinivået: s²p³, s²p⁴, s²p⁵. Følgelig er oksidasjonstallene til arsen, selen og brom i forbindelser:
As +5 (høyeste), -3 (laveste) --- As₂O₅, AsH₃;
Se +6 (høyeste), -2 (laveste) --- SeO₃, Na₂Se;
Br +7 (høyeste), -1 (laveste) --- KBrO₄, KBr.

E k s e m p e l 2  Hvilket av grunnstoffene i den fjerde perioden, mangan eller brom, har sterkest metalliske egenskaper?
Løsning  Elektronkonfigurasjonene til disse grunnstoffene er:
25Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵
35Br 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵.
Mangan er et d-grunnstoff i undergruppen til gruppe VII, mens brom er et p-grunnstoff i hovedgruppen til gruppe VII. På det ytterste energinivået har mangan to elektroner, mens brom har sju.
Atomer av typiske metaller kjennetegnes ved å ha få elektroner på det ytterste energinivået, og har dermed en tendens til å avgi disse elektronene. De har bare reduserende egenskaper og danner ikke negative ioner. Grunnstoffer hvis atomer har mer enn tre elektroner på ytterste energinivå har en viss elektronaffinitet, og får dermed negativt oksidasjonstall og danner negative ioner. Dermed har mangan, som alle metaller, utelukkende reduserende egenskaper, mens brom, som har svake reduserende egenskaper, hovedsakelig fungerer som oksidasjonsmiddel. Følgelig er de metalliske egenskapene mer uttalt hos mangan.

Oppgaver FOR SELVSTENDIG LØSNING

1  Gi den moderne formuleringen av det periodiske lov. Hvordan skiller den seg fra formuleringen gitt av D. I. Mendelejev?
2  Oppdagelsen av hvilke tre grunnstoffer var en triumf for den periodiske lov? Hvordan stemte egenskapene til disse grunnstoffene og deres enkle forbindelser nøyaktig overens med de egenskapene som ble forutsagt av D. I. Mendelejev?
3  Vis hvordan den periodiske lov illustrerer og bekrefter en av naturens universelle utviklingslover – loven om overgangen fra kvantitet til kvalitet.
4  Hvordan forklarer læren om atomets struktur periodisiteten i endringen av grunnstoffenes egenskaper?
5  Hva er den fysiske betydningen av atomnummeret, og hvorfor bestemmes grunnstoffets kjemiske egenskaper i siste instans av kjerneladningen i dets atom?
6  Forklar tre tilfeller (oppgi dem) av avvik fra rekkefølgen i plasseringen av grunnstoffene i det periodiske system etter økende atommasse?
7  Hva er strukturen til det periodiske systemet? Perioder, grupper og undergrupper. Den fysiske betydningen av periodens og gruppens nummer.
8  I hvilke tilfeller faller kapasiteten til energinivåets fylling sammen med antallet grunnstoffer i perioden: a) sammenfaller; b) ikke sammenfaller? Forklar årsaken.
9  Hvilket kvantetall svarer til periodens nummer? Gi definisjonen av en periode ut fra læren om atomets struktur.
10  Hvilke perioder i det periodiske system kalles korte, og hvilke lange? Hva bestemmer antall grunnstoffer i hver av dem?
11  Oppgi valenselektronens energidelnivåer i de følgende elektronkonfigurasjonene for nøytrale atomer:
a) [KL]3s²3p¹;
b) [K]2s²2p⁵;
c) [KLM]4s²4p³;
d) [KL]4s²3d⁸.
12  Hvor i det periodiske systemet finnes edelgassene? Hvorfor ble de tidligere plassert i gruppe null, og hva ble de kalt?
13  Hvorfor plasseres hydrogen i både gruppe I og gruppe VII i det periodiske systemet? Hva er begrunnelsen for begge alternativene?
14  Hvordan endres egenskapene til grunnstoffene i hovedgruppene etter perioder og grupper? Hva er årsaken til disse endringene?
15  Hvilken plass i det periodiske systemet har to grunnstoffer, hvor det ene har høyest ioniseringsenergi og elektronegativitet, og det andre har de laveste verdiene for disse størrelsene?
16  I atomene til hvilke grunnstoffer skjer det såkalt «elektron-fall»? Forklar årsaken til denne effekten.
17  Under normale forhold finnes bare 11 kjemiske grunnstoffer i fri form som gasser og 2 grunnstoffer i fri form som væsker. Oppgi symbolene og navnene på disse grunnstoffene.
18  Valenselektronkonfigurasjonene i atomene til to grunnstoffer er:
a) 3s²3p² og 4s²3d²;
b) 4s²3d³ og 4s²3d¹⁰4p³. I hvilke perioder og grupper befinner disse grunnstoffene seg? Bør de skille seg i egenskaper, selv om de har samme antall valenselektroner?
19  Ved å kjenne antallet grunnstoffer i hver periode, bestem plasseringen i det periodiske systemet og de grunnleggende kjemiske egenskapene til grunnstoffene med atomnummer: 35, 42 og 56.
20  I strid med sin egen formulering plasserte D. I. Mendelejev tellur før jod og kobolt før nikkel. Forklar dette.
21  Hvordan kan man forklare den generelle tendensen – reduksjon i atomradius med økende atomnummer i en periode og økning i atomradius med økende atomnummer i en gruppe?
22  På hvilket grunnlag er krom og svovel plassert i samme gruppe i det periodiske systemet? Hvorfor plasseres de i ulike undergrupper?
23  På hvilket grunnlag er fosfor og vanadium plassert i samme gruppe i det periodiske systemet? Hvorfor plasseres de i ulike undergrupper?
24  Hvilken rekke av grunnstoffer er ordnet etter økende atomradius:
a) Na, Mg, Al, Si;
b) C, N, O, F;
c) O, S, Sc, Fe;
d) I, Br, Cl, F.
25  Hva er likhetene og forskjellene mellom atomene til:
a) F og Cl;
b) N og P.