سوال شماره 3 خواص عناصر شیمیایی در دوره ها و زیر گروه های اصلی چگونه تغییر می کند؟ این الگوها را از دیدگاه تئوری ساختار توضیح دهید.

پاسخ:

1- با افزایش تعداد ترتیبی یک عنصر در یک دوره، خواص فلزی عناصر کاهش می‌یابد و خواص غیرفلزی افزایش می‌یابد، به علاوه در دوره‌ها (کوچک)، ظرفیت عناصر در ترکیبات دارای اکسیژن از 1 افزایش می‌یابد. تا 7، از چپ به راست. این پدیده ها با ساختار اتم ها توضیح داده می شوند:

1) با افزایش شماره سریال در دوره، سطوح انرژی خارجی به تدریج با الکترون ها پر می شود، تعداد الکترون ها در آخرین سطح مربوط به تعداد گروه و بالاترین ظرفیت در ترکیبات با اکسیژن است.

2) با افزایش شماره سریال در دوره، بار هسته افزایش می یابد که باعث افزایش نیروهای جاذبه الکترون ها به هسته می شود در نتیجه شعاع اتم ها کاهش می یابد، بنابراین توانایی اتم ها کاهش می یابد. برای اهدای الکترون (خواص فلزی) به تدریج ضعیف می شود و آخرین عناصر دوره ها غیر فلزات معمولی هستند.

در اینجا وظایف مربوط به بخش قانون دوره ای D.I جمع آوری شده است. مندلیف و جدول تناوبی عناصر شیمیایی

وظیفه 1. خواص هیدروکسیدهای عناصر در دوره ها و گروه ها با افزایش شماره سریال چگونه تغییر می کند؟ چرا؟

راه حل. فلزاتمی تواند هیدروکسیدهای بازی، اسیدی و آمفوتری تشکیل دهد. در عین حال، با افزایش درجه اکسیداسیون فلز (هنگام حرکت از چپ به راست، ویژگی اصلی اکسیدها و هیدروکسیدهای آن تضعیف می شود و ویژگی اسیدی آن افزایش می یابد.

مثلا

استحکام پایه هااز چپ به راست کاهش می یابد و از بالا به پایین افزایش می یابد، همانطور که خواص فلزی از بالا به پایین افزایش می یابد.

مثلا Cs (سزیم) فلزی فعال‌تر از K (پتاسیم) است، زیرا Cs دارای الکترون ظرفیتی دورتر از هسته نسبت به K (پتاسیم) است و Cs الکترون را راحت‌تر از دست می‌دهد (از آنجایی که جاذبه هسته ضعیف می‌شود).

اگر یک عنصر بتواند حالت های اکسیداسیون متفاوتی داشته باشد، با افزایش حالت اکسیداسیون عنصر، قدرت پایه کاهش می یابد، ماهیت اسیدی ترکیب تشکیل شده بارزتر می شود. مثلا

Cr + 2 (OH) 2 Cr + 3 (OH) 3 ≡H 3 CrO 3 H 2 CrO 4

اسید آمفوتریک هیدروکسید پایه

شخصیت اصلی ضعیف می شود، شخصیت اسیدی افزایش می یابد

غیر فلزاتاکسیدهای پایه و آمفوتریک تشکیل نمی دهند. تقریباً تمام اکسیدهای غیر فلزی اسیدی هستند.

مثلا، Na 2 O - اکسید بازی، NaOH - باز

SO 3 - اکسید اسید، H 2 SO 4 - اسید

Al 2 O 3 یک اکسید آمفوتریک است، می تواند هم یک باز (Al (OH) 3) و هم یک اسید HAlO 2 یا H 3 AlO 3 تشکیل دهد.

وظیفه 2. فرمول مدرن قانون تناوبی چیست؟ دلیل وابستگی دوره ای خواص عناصر و ترکیباتی که تشکیل می دهند به بار هسته اتم ها چیست؟

راه حل. : خواص عناصر و ترکیبات آنها در یک وابستگی دوره ای به بار هسته یک اتم یا شماره سریال عنصر است.

ویژگی های عنصراول از همه، توسط ساختار لایه الکترونی بیرونی اتم های آنها تعیین می شود. بنابراین، عناصر یک زیرگروه دارای خواص مشابه هستند.

با افزایش شماره سریال (بار هسته ای) در اتم های عناصر، تعداد کل الکترون ها به طور متوالی افزایش می یابد و تعداد الکترون های لایه الکترونیکی بیرونی به صورت دوره ای تغییر می کند که منجر به تغییر دوره ای در خواص عناصر شیمیایی می شود. .

تقسیم عناصر به دوره هابه دلیل تعداد سطوح انرژی: در یک دوره عناصری با هم ترکیب می شوند که تعداد سطوح انرژی (لایه های الکترونیکی) برابر با تعداد دوره است.

تقسیم به گروه ها و زیر گروه هابا توجه به ترتیب پر شدن سطوح و سطوح فرعی با الکترون ها: عناصر زیرگروه های اصلی از عناصر s و p تشکیل شده اند (یعنی از عناصری که در آنها زیرسطح s یا p پر شده است).

عناصر زیر گروه های ثانویه از عناصر d و f تشکیل شده اند (سطح فرعی d یا f پر شده است).

بسیاری از ویژگی های عنصر(شعاع اتمی، الکترونگاتیوی، حالت اکسیداسیون، انرژی یونیزاسیون، میل الکترونی) با ساختار پوسته های الکترونی مرتبط است، بنابراین، همراه با دومی، دارای تناوب هستند.

خواص عناصر در درجه اول توسط ساختار لایه الکترونیکی بیرونی اتم های آنها تعیین می شود. بنابراین، عناصر یک زیرگروه دارای خواص مشابه هستند.

وظیفه 3. تجزیه و تحلیل تغییرات در بزرگی بارهای هسته، شعاع. اتم ها، الکترونگاتیوی و حالت های اکسیداسیون 4 دوره. نظم این تغییرات در طول حرکت - در طول گروه از بالا به پایین یا در طول دوره از چپ به راست چیست؟ فلزی بودن عناصر و ماهیت اکسیدها و هیدروکسیدهای آنها در این جهت چگونه تغییر می کند؟

راه حل. شماره دورهتعداد لایه های الکترونی، تعداد لایه الکترونی بیرونی، تعداد سطوح انرژی، تعداد بالاترین سطح انرژی، مقدار عدد کوانتومی اصلی برای بالاترین سطح انرژی را نشان می دهد.

عناصر دوره چهارم دارند عدد کوانتومی اصلی n = 4.

لایه های الکترونیکی – 4.

دوره چهارم با گاز نجیب به پایان می رسد. دو عنصر s (K و Ca) توسط 10 عنصر (از Sc تا Zn) دنبال می‌شوند که در اتم‌های آن‌ها الکترون‌ها آخرین سطح d لایه الکترونی پیش خارجی (عناصر d) را پر می‌کنند. کروم و مس لغزش الکترون را نشان می دهند. عناصر p دوره را کامل می کنند.

از چپ به راستبا پر شدن اوربیتال ها و افزایش تعداد الکترون ها و پروتون ها، بار هسته افزایش می یابد.

از چپ به راستبا افزایش جاذبه اتمی، شعاع اتمی عناصر کاهش می یابد.

انرژی یونیزاسیون افزایش می یابد. از آنجایی که عناصر سمت چپ جدول تمایل به از دست دادن یک الکترون دارند تا شبیه نزدیکترین گاز نجیب شوند (ساختاری پایدار به دست آورند)، برای حذف یک الکترون انرژی زیادی لازم نیست. عناصر سمت راست جدول تمایل به گرفتن الکترون دارند. بنابراین، انرژی بیشتری برای جدا کردن یک الکترون مورد نیاز است.

به صورت گروهی از بالا به پایینفلزی بودن عناصر افزایش می یابد و انرژی یونیزاسیون کاهش می یابد. دلیل این امر این است که الکترون های سطوح انرژی پایین، الکترون های سطوح انرژی بالا را از هسته دور می کنند، زیرا هر دو دارای بار منفی هستند.

از آنجایی که در هر ردیف بعدی یک سطح انرژی بیشتر از ردیف قبلی وجود دارد، شعاع اتمی افزایش می یابد (از بالا به پایین).

بالاترین حالت اکسیداسیونو فلزات و غیر فلزات، به طور کلی برابر با شماره گروه است. کمترین حالت اکسیداسیون فلزات صفر است (در مواد ساده - فلزات). کمترین حالت اکسیداسیون غیر فلزات 8 است - شماره گروه. به عنوان مثال، برای برم، حالت اکسیداسیون \u003d 7 - 8 \u003d -1.

اسیدی هستندتقریباً تمام اکسیدهای غیر فلزی و همچنین اکسیدهای فلزی که در آنها فلز دارای حالت اکسیداسیون +5 و بالاتر است (CrO 3، Mn 2 O 7).

اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزات با حالت اکسیداسیون +3، +4 بیشتر آمفوتر هستند. و برخی از اکسیدهای فلزی با حالت اکسیداسیون +2 (ZnO, MnO 2).

غیر فلزاتاکسیدهای پایه و آمفوتریک تشکیل نمی دهند.

اکسیدها و هیدروکسیدهای اصلی، اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزی با حالت اکسیداسیون +1 (K 2 O)، بیشتر اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزات با حالت اکسیداسیون +2 (CaO) و برخی اکسیدهای فلزی با حالت اکسیداسیون +3 هستند.

وظیفه 4. فرمول هایی برای اکسیدها و هیدروکسیدهای منگنز بسازید. ماهیت اسید-باز و ردوکس این ترکیبات چگونه تغییر می کند؟ آیا این ترکیبات از الگوی کلی تغییرات در خواص اکسیدها و هیدروکسیدها تبعیت می کنند؟

راه حل. منگنز با حالت های اکسیداسیون +2، +4، +7 مشخص می شود، ترکیباتی وجود دارد که در آنها حالت های اکسیداسیون +3، +5، +6 را نشان می دهد.

ترکیبات منگنز بسته به حالت اکسیداسیون منگنز می توانند هم خاصیت اکسید کنندگی و هم خاصیت کاهنده را از خود نشان دهند. اگر منگنز در یک ترکیب در بالاترین حالت اکسیداسیون خود باشد، خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان می‌دهد؛ اگر منگنز در یک ترکیب در پایین‌ترین حالت اکسیداسیون خود قرار داشته باشد، خاصیت کاهشی از خود نشان می‌دهد. منگنز در حالت های اکسیداسیون میانی خود هم به عنوان یک عامل اکسید کننده و هم عامل احیا کننده عمل می کند.

خواص اکسیدها و هیدروکسیدها نیز به حالت اکسیداسیون منگنز بستگی دارد، با افزایش که در آن خواص اسیدی ترکیبات افزایش می یابد:

MnO → Mn 2 O 3 → MnO 2 → Mn 2 O 7

اسید آمفوتریک پایه

Mn(OH) 2 → Mn(OH) 3 → Mn(OH) 4 → HMnO4

اسید آمفوتریک پایه

که اکسیدها و هیدروکسیدهای منگنز از قوانین کلی تغییر در خواص اسید-باز و ردوکس پیروی می کنند.

وظیفه 5. از اکسیدهای به عنوان 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , SO 3 , Al 2 O 3 , V 2 O 5 دو اکسید با برجسته ترین خواص اسیدی را انتخاب کنید. الکترون های ظرفیت عناصر انتخاب شده را نشان دهید.

راه حل. با افزایش جاذبه اتمی انرژی یونیزاسیون افزایش می یابد. از آنجایی که عناصر سمت چپ جدول تمایل به از دست دادن یک الکترون دارند تا شبیه نزدیکترین گاز نجیب شوند (ساختاری پایدار به دست آورند)، برای حذف یک الکترون انرژی زیادی لازم نیست. عناصر سمت راست جدول تمایل به گرفتن الکترون دارند. بنابراین، انرژی بیشتری برای جدا کردن یک الکترون مورد نیاز است.

الکترونگاتیوی و فلزی بودندر زیر گروه های اصلی از چپ به راست افزایش می یابد (گازهای نجیب الکترونگاتیوی ندارند).

در این راستا، خواص اسیدی اکسیدها در زیر گروه های اصلی از پایین به بالا، در دوره - از چپ به راست افزایش می یابد. افزایش حالت اکسیداسیون یک عنصر و کاهش شعاع یون آن، اکسید را اسیدی تر می کند.

از اکسیدهای فوق به عنوان 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , SO 3 , Al 2 O 3 , V 2 O 5 بارزترین خواص اسیدیبرای P 2 O 5 و SO 3. موارد زیر:

P+15 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3d 0 valency 3

P * +15 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 valency 5

S+16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 3d 0 valence 2

S*+16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3d 1 valency 4

S*+16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 2 valence 6

وظیفه 6. از اکسیدهای BaO، K 2 O، TiO 2، CaO، Al 2 O 3، MgO، ZnO، دو اکسید با برجسته ترین خواص اساسی را انتخاب کنید. الکترون های ظرفیت عناصر انتخاب شده را نشان دهید.

راه حل. عناصری که اتمهای آنها در سطح انرژی خارجی حاوی 3 یا کمتر الکترون (فلزات) هستند دارای اکسیدهایی هستند که دارند خواص اساسی.

از چپ به راست، شعاع اتمی عناصر کاهش می یابد.با افزایش جاذبه اتمی انرژی یونیزاسیون افزایش می یابد. از آنجایی که عناصر سمت چپ جدول تمایل به از دست دادن یک الکترون دارند تا شبیه نزدیکترین گاز نجیب شوند (ساختاری پایدار به دست آورند)، برای حذف یک الکترون انرژی زیادی لازم نیست. عناصر سمت راست جدول تمایل به گرفتن الکترون دارند. بنابراین، انرژی بیشتری برای جدا کردن یک الکترون مورد نیاز است. الکترونگاتیوی و فلزی بودن در زیرگروه های اصلی از چپ به راست افزایش می یابد (گازهای نجیب الکترونگاتیوی ندارند).

مربوط به، خواص اساسیاکسیدها افزایش دادن در زیر گروه های اصلی بالا پایین, در یک دوره از راست به چپ.افزایش حالت اکسیداسیون یک عنصر و کاهش شعاع یون آن، اکسید را اسیدی تر می کند.

از اکسیدهای داده شده BaO، K 2 O، TiO 2، CaO، Al 2 O 3، MgO، ZnO، خواص اساسی y، K 2 O و BaO بیشتر مشخص است. ذیل:

K+19 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 0

Ba+56 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5 p 6 6 s 2

وظیفه 7. فرمول مدرن قانون تناوبی را ارائه دهید. توضیح دهید که چرا در جدول تناوبی عناصر، آرگون به ترتیب در مقابل پتاسیم قرار می گیرد، اگرچه جرم اتمی آنها بیشتر است. به جفت چنین عناصری چه می گویند؟

راه حل. : خواص عناصر و ترکیبات آنها در یک وابستگی دوره ای به بار هسته یک اتم یا عدد ترتیبی عنصر است.

با افزایش شماره سریال (بار هسته ای) در اتم های عناصر، تعداد کل الکترون ها به طور متوالی افزایش می یابد و تعداد الکترون های لایه الکترونیکی بیرونی به صورت دوره ای تغییر می کند که منجر به تغییر دوره ای در خواص عناصر شیمیایی می شود. .

موقعیت عناصر در جدول تناوبیبه جرم اتمی عنصر بستگی ندارد، بلکه به بار هسته بستگی دارد، بنابراین Ar+18 در مقابل K+19، Co+27 در مقابل Ni +28، Te+52 در مقابل I قرار می‌گیرد. +53، Th+90 در مقابل Pa+91 (اگرچه آرگون، کبالت، تلوریم و توریم به ترتیب جرم بیشتری نسبت به پتاسیم، نیکل، ید و پروتاکتینیم دارند).

به عنوان مثال، به جفت عناصر با تعداد پروتون و نوترون متفاوت، اما با تعداد نوکلئون یکسان، ایزوبار می گویند.

دسته بندی ها ،

شعاع اتمی عناصر و یون‌ها بر اساس فواصل بین هسته‌ای محاسبه می‌شوند که نه تنها به ماهیت اتم‌ها، بلکه به ماهیت پیوند شیمیایی بین آنها و به وضعیت تجمع ماده نیز بستگی دارد.

شعاع اتم ها و یون های دارای بار مساویدر دوره ای با بارهای فزاینده، هسته ها عمدتاً (به استثنای چند مورد) به دلیل افزایش نیروهای جاذبه کولن به دلیل افزایش تعداد و در نتیجه، بار کل الکترون ها در لایه های الکترونی و هسته کاهش می یابند.

در زیر گروه ها، با افزایش بار هسته ای (حرکت از بالا به پایین)، شعاع اتمی و یونی، به عنوان یک قاعده، افزایش می یابد، که با افزایش تعداد سطوح الکترونیکی همراه است.

انرژی یونیزاسیون (I) (پتانسیل یونیزاسیون)در دوره با رشد بار هسته ای افزایش می یابد، در زیرگروه های اصلی و سوم فرعی به دلیل ظهور سطح انرژی جدید از بالا به پایین کاهش می یابد. در زیر گروه های جانبی باقی مانده، انرژی یونیزاسیون با افزایش بار هسته ای افزایش می یابد.

میل الکترونی (E) (انرژی آزاد می شود که یک الکترون اضافی به یک اتم، یون یا مولکول متصل شود). حداکثر در اتم های هالوژن. میل الکترونی نه تنها به بار هسته اتم، بلکه به میزان پر شدن سطوح الکترونیکی بیرونی نیز بستگی دارد.

الکترونگاتیوی (EO)- یک مشخصه تعمیم یافته یک عنصر که به عنوان مجموع انرژی یونیزاسیون و میل الکترون تعریف می شود.

EC نسبی طبق پاولینگبه عنوان نسبت EO یک عنصر به EO یک اتم لیتیوم تعریف می شود. الکترونگاتیوی نسبی در دوره افزایش می یابد و در زیرگروه ها با افزایش بار هسته ای کاهش می یابد.

قدرت اکسیداسیون عنصرمانند الکترونگاتیوی و قدرت کاهنده به ترتیب معکوس تغییر می کند.

چگالی مواد سادهدر یک دوره معمولاً از یک حداکثر تقریباً در وسط دوره عبور می کند، با افزایش بار هسته ای در زیر گروه ها افزایش می یابد.

خواص اساسی اکسیدهای بالاتر و هیدروکسیدهای عناصردر دوره ای که به طور طبیعی ضعیف می شوند، که با افزایش نیروی جذب یون های هیدروکسید به اتم مرکزی همراه با افزایش بار هسته آن و کاهش شعاع اتمی، و به عنوان یک قاعده در یک گروه فرعی همراه است. ، افزایش می یابند، زیرا شعاع اتمی عناصر افزایش می یابد.

خواص اسیدیاین ترکیبات در جهت مخالف تغییر می کنند.

خواص غیر فلزیدر دوره ، به عنوان یک قاعده ، آنها از چپ به راست افزایش می یابند و در زیر گروه از بالا به پایین ضعیف می شوند. فلز -برعکس مرز بین فلزات و غیر فلزات در جدول در امتداد مورب B-At به گونه ای است که تمام غیر فلزات در قسمت سمت راست بالای جدول قرار دارند (به استثنای عناصر d).

مواد قبلی:

3. قانون تناوبی و سیستم تناوبی عناصر شیمیایی

3.4. تغییر دوره ای در خواص مواد

خواص زیر مواد ساده و پیچیده به طور دوره ای تغییر می کند:

• ساختار مواد ساده (در ابتدا غیر مولکولی، به عنوان مثال از Li تا C، و سپس مولکولی: N 2 - Ne)؛
• نقطه ذوب و جوش مواد ساده: هنگام حرکت از چپ به راست در طول دوره t مذاب و t جوش، ابتدا به طور کلی افزایش می یابد (الماس نسوزترین ماده است) و سپس کاهش می یابد که با یک تغییر در ساختار مواد ساده (به بالا مراجعه کنید).
• خواص فلزی و غیرفلزی مواد ساده در طول دوره، با افزایش Z، توانایی اتم ها برای اهدای الکترون کاهش می یابد (E و افزایش می یابد)، به ترتیب، خواص فلزی مواد ساده ضعیف می شود (غیرفلزی افزایش می یابد، زیرا اتم های Ecf افزایش می یابد). از بالا به پایین در گروه A، برعکس، خواص فلزی مواد ساده افزایش می یابد، در حالی که مواد غیرفلزی ضعیف می شوند.
• ترکیب و خواص اسید-باز اکسیدها و هیدروکسیدها (جدول 3.1-3.2).

جدول 3.1

ترکیب اکسیدهای بالاتر و ساده ترین ترکیبات هیدروژنی عناصر گروه A

همانطور که از جدول مشخص است. 3.1، ترکیب اکسیدهای بالاتر به آرامی مطابق با افزایش تدریجی کووالانسی (وضعیت اکسیداسیون) اتم تغییر می کند.

با افزایش بار هسته اتم در یک دوره، خواص اساسی اکسیدها و هیدروکسیدها ضعیف شده و خواص اسیدی افزایش می یابد. انتقال از اکسیدها و هیدروکسیدهای بازی به اکسیدهای اسیدی در هر دوره به تدریج و از طریق اکسیدهای آمفوتریک و هیدروکسیدها انجام می شود. به عنوان مثال، در جدول. 3.2 تغییر در خواص اکسیدها و هیدروکسیدهای عناصر دوره 3 را نشان می دهد.

جدول 3.2

اکسیدها و هیدروکسیدهای تشکیل شده توسط عناصر دوره سوم و طبقه بندی آنها

در گروه A با افزایش بار هسته اتم، خواص اساسی اکسیدها و هیدروکسیدها افزایش می یابد. به عنوان مثال، برای گروه IIA ما داریم:

1. BeO، Be (OH) 2 - آمفوتریک (خواص ضعیف بازی و اسیدی).

2. MgO, Mg(OH) 2 - خواص ضعیف و اساسی.

3. CaO, Ca(OH) 2 - خواص اساسی برجسته (قلیا).

4. SrO، Sr(OH) 2 - خواص اساسی تلفظ شده (قلیاها).

5. BaO, Ba (OH) 2 - خواص اساسی تلفظ (قلیا).

6. RaO, Ra (OH) 2 - خواص اساسی تلفظ (قلیا).

همین روند را می توان برای عناصر گروه های دیگر ردیابی کرد (ترکیب و خواص اسید-باز ترکیبات هیدروژنی دوتایی، جدول 3.1 را ببینید). به طور کلی، با افزایش عدد اتمی در طول دوره، خواص اساسی ترکیبات هیدروژنی ضعیف می شود و خواص اسیدی محلول های آنها افزایش می یابد: هیدرید سدیم با تشکیل قلیایی در آب حل می شود:

NaH + H 2 O \u003d NaOH + H 2،

و محلول های آبی H 2 S و HCl اسید هستند و اسید کلریدریک قوی تر است.

1. در گروه A با افزایش بار هسته اتم، قدرت اسیدهای بدون اکسیژن نیز افزایش می یابد.

2. در ترکیبات هیدروژن، تعداد اتم های هیدروژن در یک مولکول (یا واحد فرمول) ابتدا از 1 به 4 افزایش می یابد (گروه های IA-IVA)، و سپس از 4 به 1 کاهش می یابد (گروه های IVA-VIIA).

3. فرار (گاز) در n.o. فقط ترکیبات هیدروژنی عناصر گروه IVA-VIIA هستند (به جز H2O و HF)

روندهای توصیف شده در تغییر در خواص اتم های عناصر شیمیایی و ترکیبات آنها در جدول خلاصه شده است. 3.3

جدول 3.3

تغییر در خواص اتم های عناصر و ترکیبات آنها با افزایش بار هسته اتم

خواص	تغییر روند
	در دوره ها	در گروه A
شعاع اتم	کاهش می دهد	در حال رشد
انرژی یونیزاسیون	در حال افزایش است	کاهش می دهد
میل ترکیبی الکترون	در حال افزایش است	کاهش می دهد
کاهش خواص (فلزی) اتم ها	ضعیف شود	قوی تر می شوند
خواص اکسیداتیو (غیر فلزی) اتم ها	قوی تر می شوند	ضعیف شود
الکترونگاتیوی	در حال افزایش است	کاهش می دهد
حداکثر حالت اکسیداسیون	در حال افزایش است	مقدار ثابت
خواص اسیدی اکسیدها	قوی تر می شوند	ضعیف شود
خواص اسیدی هیدروکسیدها	قوی تر می شوند	ضعیف شود
خواص اسیدی ترکیبات هیدروژنی	قوی تر می شوند	قوی تر می شوند
خواص فلزی مواد ساده	ضعیف شود	قوی تر می شوند
خواص غیرفلزی مواد ساده	قوی تر می شوند	ضعیف شود

مثال 3.3. فرمول اکسیدی را با مشخص ترین خواص اسیدی مشخص کنید:

راه حل. خواص اسیدی اکسیدها در طول دوره از چپ به راست افزایش می یابد و در گروه A از بالا به پایین ضعیف می شود. با در نظر گرفتن این موضوع، به این نتیجه می رسیم که خواص اسیدی در اکسید Cl 2 O 7 بارزتر است.

پاسخ: 4).

مثال 3.4. آنیون عنصر E2- دارای پیکربندی الکترونیکی اتم آرگون است. فرمول بالاترین اکسید اتم عنصر را مشخص کنید:

راه حل. پیکربندی الکترونیکی اتم آرگون 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 است، بنابراین پیکربندی الکترونیکی اتم E (اتم E حاوی 2 الکترون کمتر از یون E 2− است) - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 که مربوط به اتم گوگرد است. عنصر گوگرد در گروه VIA قرار دارد که فرمول بالاترین اکسید عناصر این گروه EO 3 است.

پاسخ 1).

مثال 3.5. نماد عنصری را که اتم آن دارای سه لایه الکترونی است و یک ترکیب فرار (n.o.) از ترکیب EN 2 (H 2 E) تشکیل می دهد را نشان دهید:

راه حل. ترکیبات هیدروژنی از ترکیب EN 2 (H 2 E) اتم های عناصر گروه های IIA- و VIA را تشکیل می دهند، با این حال، آنها در n.o فرار هستند. ترکیباتی از عناصر گروه VIA هستند که شامل گوگرد است.

پاسخ: 3).

روند مشخص شده در تغییر در خواص اسید-باز اکسیدها و هیدروکسیدها را می توان بر اساس تجزیه و تحلیل طرح های ساده شده زیر برای ساختار اکسیدها و هیدروکسیدها درک کرد (شکل 3.1).

از یک طرح واکنش ساده شده

نتیجه این است که کارایی برهمکنش اکسید با آب با تشکیل باز افزایش می یابد (طبق قانون کولن) با افزایش بار روی یون En + . مقدار این بار با افزایش خواص فلزی عناصر افزایش می یابد، یعنی. از راست به چپ در طول دوره و از بالا به پایین در سراسر گروه. به این ترتیب است که خواص اصلی عناصر افزایش می یابد.

برنج. 3.1. طرح ساختار اکسیدهای (الف) و هیدروکسیدها (ب)

اجازه دهید دلایل تغییرات توصیف شده در خواص اسید-باز هیدروکسیدها را در نظر بگیریم.

با افزایش درجه اکسیداسیون عنصر + n و کاهش شعاع یون E n + (این دقیقاً همان چیزی است که با افزایش بار هسته اتم عنصر از چپ به راست در طول مشاهده می شود. دوره)، پیوند E-O تقویت می شود و پیوند O-H ضعیف می شود. فرآیند تفکیک هیدروکسید با توجه به نوع اسید محتمل تر می شود.

از بالا به پایین در گروه، شعاع En + افزایش می یابد و مقدار n + تغییر نمی کند، در نتیجه استحکام پیوند E-O کاهش می یابد، پارگی آن آسان تر می شود و فرآیند تفکیک هیدروکسید با توجه به نوع اصلی احتمال بیشتری دارد.

الگوی اصلی این تغییر، تقویت ماهیت فلزی عناصر با افزایش Z است.این الگو به ویژه در زیرگروه های IIIa-VIIa بارز است. برای فلزات I A-III A-زیرگروه ها، افزایش فعالیت شیمیایی مشاهده می شود. در عناصر زیرگروه IVA - VIIA با افزایش Z، تضعیف فعالیت شیمیایی عناصر مشاهده می شود. برای عناصر زیرگروه b، تغییر در فعالیت شیمیایی دشوارتر است.

نظریه سیستم تناوبیتوسط N. Bohr و دیگر دانشمندان در دهه 20 توسعه یافت. قرن 20 و بر اساس یک طرح واقعی برای تشکیل پیکربندی های الکترونیکی اتم ها است. بر اساس این نظریه، با افزایش Z، پر شدن لایه های الکترونی و زیر پوسته ها در اتم های عناصر موجود در دوره های سیستم تناوبی به ترتیب زیر رخ می دهد:

اعداد دوره
1 2 3 4 5 6 7
1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p

بر اساس تئوری سیستم تناوبی می توان تعریف زیر را از دوره ارائه داد: دوره مجموعه ای از عناصر است که با عنصری با مقدار n شروع می شود. برابر با عدد دوره، و l=0 (عنصرهای s) و پایان دادن به عنصری با همان مقدار n و l = 1 (عناصر p) (به Atom مراجعه کنید). استثنا اولین دوره است که فقط شامل عناصر 1 است. تعداد عناصر در دوره ها از نظریه سیستم تناوبی به دست می آید: 2، 8، 8. 18، 18، 32 ...

در شکل، نمادهای عناصر هر نوع (s-، p-، d- و f-elements) روی یک پس زمینه رنگی خاص نشان داده شده است: s-elements - در قرمز، p-elements - در نارنجی، d-elements. - روی آبی، عناصر f - روی سبز. هر سلول شامل شماره سریال و جرم اتمی عناصر و همچنین پیکربندی الکترونیکی لایه های الکترونی بیرونی است که اساساً خواص شیمیایی عناصر را تعیین می کند.

از تئوری سیستم تناوبی، چنین برمی‌آید که زیرگروه‌های a شامل عناصری با و مساوی با عدد دوره و l=0 و 1 هستند. زیرگروه‌های b شامل آن دسته از عناصری هستند که پوسته‌هایی که قبلاً ناقص مانده‌اند در اتم‌های آنها تکمیل شده‌اند. . به همین دلیل است که دوره های اول، دوم و سوم حاوی عناصر زیرگروه b نیستند.

ساختار جدول تناوبی عناصر شیمیاییارتباط نزدیکی با ساختار اتم های عناصر شیمیایی دارد. با افزایش Z، انواع مشابهی از پیکربندی لایه های الکترونی بیرونی به صورت دوره ای تکرار می شوند. یعنی ویژگی های اصلی رفتار شیمیایی عناصر را تعیین می کنند. این ویژگی‌ها برای عناصر زیرگروه‌های A (عناصر s و p)، برای عناصر زیرگروه‌های b (عناصر d انتقالی)، و برای عناصر خانواده‌های f - لانتانیدها و اکتینیدها به‌طور متفاوتی ظاهر می‌شوند. . یک مورد خاص توسط عناصر دوره اول - هیدروژن و هلیوم - نشان داده شده است. هیدروژن با فعالیت شیمیایی بالا مشخص می شود، زیرا تنها الکترون b آن به راحتی جدا می شود. در عین حال، پیکربندی هلیوم (1) بسیار پایدار است که باعث عدم فعالیت شیمیایی کامل آن می شود.

عناصر زیرگروه های A با پوسته های الکترونی بیرونی پر شده اند (با n برابر با تعداد دوره). بنابراین، خواص این عناصر با افزایش Z به طور قابل توجهی تغییر می کند. بنابراین، در دوره دوم، لیتیوم (پیکربندی 2s) یک فلز فعال است که به راحتی تنها الکترون ظرفیت خود را از دست می دهد. بریلیم (2s~) نیز یک فلز است، اما به دلیل اینکه الکترون های بیرونی آن محکم تر به هسته متصل هستند، فعالیت کمتری دارد. علاوه بر این، بور (2s "p) دارای ویژگی فلزی ضعیفی است، و تمام عناصر بعدی دوره دوم، که در آن لایه فرعی 2p ساخته شده است، از قبل غیرفلزی هستند. پیکربندی هشت الکترونی لایه الکترونی بیرونی نئون (2s ~ p ~) - یک گاز بی اثر - بسیار بادوام است.

خواص شیمیایی عناصر دوره دومبا تمایل اتم های آنها برای به دست آوردن پیکربندی الکترونیکی نزدیکترین گاز بی اثر (پیکربندی هلیوم - برای عناصر از لیتیوم به کربن یا پیکربندی نئون - برای عناصر از کربن تا فلوئور) توضیح داده می شود. به همین دلیل است که، برای مثال، اکسیژن نمی تواند حالت اکسیداسیون بالاتری برابر با شماره گروه از خود نشان دهد: به هر حال، دستیابی به پیکربندی نئون با به دست آوردن الکترون های اضافی برای آن آسان تر است. ماهیت یکسان تغییر ویژگی ها در عناصر دوره سوم و در عناصر s و p تمام دوره های بعدی آشکار می شود. در عین حال، ضعیف شدن استحکام پیوند بین الکترون‌های بیرونی و هسته در زیرگروه‌های A با افزایش Z خود را در خواص عناصر مربوطه نشان می‌دهد. بنابراین، برای عناصر s، افزایش قابل توجهی در فعالیت شیمیایی با افزایش Z، و برای عناصر p، افزایش در خواص فلزی وجود دارد.

در اتم‌های عناصر d انتقالی، پوسته‌های ناتمام قبلی با مقدار عدد کوانتومی اصلی و یک عدد کمتر از عدد دوره تکمیل می‌شوند. با برخی استثناها، پیکربندی لایه‌های الکترونی بیرونی اتم‌های عنصر گذار ns است. بنابراین، تمام عناصر d فلز هستند، و به همین دلیل است که تغییرات در خواص 1-عنصر با افزایش Z به اندازه عناصر s و p دیده نمی شود. در حالت‌های اکسیداسیون بالاتر، عناصر d شباهت خاصی با عناصر p گروه‌های متناظر سیستم تناوبی نشان می‌دهند.

ویژگی های ویژگی های عناصر سه گانه (زیرگروه هشتم b) با این واقعیت توضیح داده می شود که زیر پوسته های d نزدیک به اتمام هستند. به همین دلیل است که فلزات آهن، کبالت، نیکل و پلاتین معمولاً تمایلی به ایجاد ترکیبات با حالت اکسیداسیون بالاتر ندارند. تنها استثناها روتنیوم و اسمیوم هستند که اکسیدهای RuO4 و OsO4 را تولید می کنند. برای عناصر زیرگروه های I- و II B، در واقع d-subshell کامل می شود. بنابراین، آنها حالت های اکسیداسیون را برابر با تعداد گروه نشان می دهند.

در اتم‌های لانتانیدها و اکتینیدها (همه آنها فلز هستند)، تکمیل لایه‌های الکترونی ناقص قبلی با مقدار عدد کوانتومی اصلی و دو واحد کمتر از عدد دوره اتفاق می‌افتد. در اتم های این عناصر، پیکربندی لایه الکترونی خارجی (ns2) بدون تغییر باقی می ماند. در عین حال، الکترون‌های f عملاً بر خواص شیمیایی تأثیر نمی‌گذارند. به همین دلیل است که لانتانیدها بسیار شبیه به هم هستند.

برای اکتینیدها، وضعیت بسیار پیچیده تر است. در محدوده بارهای هسته ای Z = 90 - 95، الکترون های 6d و 5/ می توانند در برهمکنش های شیمیایی شرکت کنند. و از این نتیجه می شود که اکتینیدها طیف وسیع تری از حالت های اکسیداسیون را نشان می دهند. به عنوان مثال، برای نپتونیم، پلوتونیوم و آمریکیوم، ترکیباتی شناخته شده است که این عناصر در حالت هفت ظرفیتی عمل می کنند. فقط برای عناصری که از کوریم شروع می شوند (Z = 96) حالت سه ظرفیتی پایدار می شود. بنابراین، خواص اکتینیدها به طور قابل توجهی با خواص لانتانیدها متفاوت است و بنابراین نمی توان هر دو خانواده را مشابه در نظر گرفت.

خانواده اکتینیدها با عنصری با Z = 103 (لاورنسیوم) به پایان می رسد. ارزیابی خواص شیمیایی کورچاتویوم (Z = 104) و نیلسبوریوم (Z = 105) نشان می دهد که این عناصر باید به ترتیب مشابه هافنیوم و تانتالیوم باشند. بنابراین، دانشمندان بر این باورند که پس از خانواده اکتینیدها در اتم ها، پر شدن سیستماتیک زیر پوسته 6d آغاز می شود.

تعداد محدودی از عناصری که سیستم تناوبی پوشش می دهد ناشناخته است. مشکل حد بالایی آن شاید معمای اصلی سیستم تناوبی باشد. سنگین ترین عنصر موجود در طبیعت پلوتونیوم است (Z = 94). حد نهایی همجوشی هسته‌ای مصنوعی عنصری با عدد اتمی 107 است. این سوال باقی می‌ماند: آیا می‌توان عناصری با اعداد اتمی بالاتر، کدام و چند عدد بدست آورد؟ هنوز نمی توان با قطعیت به آن پاسخ داد.