Struktura układu okresowego D. I. Mendelejewa. Rodzaje okresowości właściwości pierwiastków chemicznych.

TEMA 4. Struktura układu okresowego D. I. Mendelejewa. Rodzaje okresowości właściwości pierwiastków chemicznych.

PRZYKŁAD 1 Jakie najwyższe i najniższe stopnie utlenienia wykazują arsen, selen i brom?
Sporządź wzory związków tych pierwiastków odpowiadających tym stopniom utlenienia.
Rozwiązanie Najwyższy stopień utlenienia pierwiastka określa numer grupy układu okresowego D. I. Mendelejewa, w której się znajduje. Najniższy stopień utlenienia określa ładunek, który atom przyjmuje po dołączeniu odpowiedniej liczby elektronów, niezbędnych do utworzenia stabilnej powłoki ośmiu elektronów (ns2np6).
Te pierwiastki znajdują się odpowiednio w głównych grupach V, VI, VII i mają strukturę zewnętrznego poziomu energetycznego s2p3, s2p4, s2p5. W związku z tym, stopnie utlenienia arsenu, selenu, bromu w związkach są następujące:
As +5 (najwyższy), -3 (najniższy) --- As2O5, AsH3;
Se +6 (najwyższy), -2 (najniższy) --- SeO3, Na2Se;
Br +7 (najwyższy), -1 (najniższy) --- KBrO4, KBr.

PRZYKŁAD 2 U którego z pierwiastków czwartego okresu, manganu czy bromu, wyrażone są silniej właściwości metaliczne?
Rozwiązanie Formuły elektronowe tych pierwiastków:
25Mn 1s22s22p63s23p64s23d5
35Br 1s22s22p63s23p64s23d104p5.
Mangan - pierwiastek d VII grupy podgrupy bocznej, a brom - pierwiastek p VII grupy podgrupy głównej. Na zewnętrznym poziomie energetycznym atom manganu ma dwa elektrony, a atom bromu siedem.

ZADANIA DO SAMODZIELNEGO ROZWIĄZANIA

1. Podaj współczesną formułkę prawa okresowości. Czym różni się od tej, którą podał D. I. Mendelejew?

2. Odkrycie jakich trzech pierwiastków było triumfem prawa okresowości? Jak dokładnie zgadzały się właściwości tych pierwiastków i ich najprostszych związków z właściwościami przewidzianymi przez D. I. Mendelejewa?

3. Pokaż, jak prawo okresowości ilustruje i potwierdza jeden z ogólnych praw natury – prawo przejścia ilości w jakość.

4. Jak nauka o budowie atomu wyjaśnia okresowość w zmianie właściwości pierwiastków chemicznych?

5. Jaki fizyczny sens ma numer porządkowy i dlaczego właściwości chemiczne pierwiastka w ostatecznym rozrachunku zależą od ładunku jądra jego atomu?

6. Wyjaśnij trzy przypadki (wskaż je) odstępstw od kolejności ustawienia pierwiastków w układzie okresowym według wzrastających ich mas atomowych?

7. Jaka jest struktura układu okresowego? Okresy, grupy i podgrupy. Fizyczny sens numeru okresu i grupy.

8. W jakich przypadkach pojemność wypełnienia poziomu energetycznego i liczba pierwiastków w okresie: a) są zgodne; b) nie są zgodne? Wyjaśnij przyczynę.

9. Jakim wartościom odpowiadają numery okresów w przypadku kwantowych liczb? Podaj definicję okresu, opierając się na nauce o budowie atomu?

10. Jakie okresy układu okresowego nazywane są małymi, a jakie dużymi? Czym określa się liczbę pierwiastków w każdym z nich.

11. Wskaż walencyjne podpoziomy energetyczne w podanych formułach elektronowych neutralnych atomów: a) [KL]3s23p1; b) [K]2s22p5; c) [KLM]4s2 4p3; d) [KL]4s23d8.

12. Gdzie w układzie okresowym znajdują się gazy szlachetne? Dlaczego kiedyś tworzyły zerową grupę i jak je nazywano?

13. Dlaczego wodór umieszczono w I i VII grupie układu okresowego? Jakie uzasadnienie można podać dla obu wersji?

14. Jak zmieniają się właściwości pierwiastków głównych grup w okresach i grupach? Co jest przyczyną tych zmian?

15. Jakie miejsce w układzie okresowym zajmują dwa pierwiastki, z których jeden charakteryzuje się najwyższą wartością potencjału jonizacji i elektroujemności, a drugi – najmniejszymi wartościami tych wielkości?

16. W atomach jakich pierwiastków zachodzi tzw. "wpadnięcie" elektronów? Wyjaśnij przyczynę tego efektu.

17. W normalnych warunkach tylko 11 pierwiastków chemicznych w wolnej postaci jest gazami, a 2 pierwiastki w wolnej postaci cieczami. Wskaż symbole i nazwy tych pierwiastków.

18. Konfiguracja walencyjnych elektronów w atomach dwóch pierwiastków wyrażona jest formułami: a) 3s23p2 i 4s23d2; b) 4s23d3 i 4s23d104p3. W jakich okresach i grupach znajdują się te pierwiastki? Czy powinny różnić się swoimi właściwościami, mając tę samą liczbę elektronów walencyjnych?

19. Znając liczbę pierwiastków w każdym okresie, określ miejsce pierwiastka w układzie okresowym i jego podstawowe właściwości chemiczne według numeru porządkowego: 35, 42 i 56.

20. Wbrew własnej formułce D. I. Mendelejew umieścił w układzie tellur przed jodem, a kobalt przed niklem. Wyjaśnij to.

21. Czym można wyjaśnić ogólną tendencję – zmniejszanie się promieni atomowych wraz ze wzrostem numeru porządkowego w okresie i zwiększanie się promieni atomowych wraz ze wzrostem numeru porządkowego w grupie?

22. Na jakiej podstawie chrom i siarka znajdują się w tej samej grupie układu okresowego? Dlaczego umieszcza się je w różnych podgrupach?

23. Na jakiej podstawie fosfor i wanad znajdują się w tej samej grupie układu okresowego? Dlaczego umieszcza się je w różnych podgrupach?

24. Jaki szereg pierwiastków jest uszeregowany według wzrastających promieni atomowych: a) Na, Mg, Al, Si; b) C, N, O, F; c) O, S, Sc, Fe; d) I, Br, Cl, F.

25. W czym podobne i różne są atomy: a) F i Cl; b) N i P.