Kysymys numero 3 Miten kemiallisten alkuaineiden ominaisuudet muuttuvat jaksoissa ja pääalaryhmissä? Selitä nämä mallit rakenneteorian näkökulmasta.

Vastaus:

I. Kun alkuaineen järjestysluku kasvaa jaksossa, alkuaineiden metalliset ominaisuudet heikkenevät ja ei-metalliset ominaisuudet lisääntyvät, lisäksi jaksoissa (pienissä) alkuaineiden valenssi happiyhdisteissä kasvaa arvosta 1 7, vasemmalta oikealle. Nämä ilmiöt selittyvät atomien rakenteella:

1) Jakson sarjanumeron kasvaessa ulkoiset energiatasot täyttyvät vähitellen elektroneilla, viimeisellä tasolla olevien elektronien lukumäärä vastaa happiyhdisteiden ryhmänumeroa ja korkeinta valenssia.

2) Jakson sarjanumeron kasvaessa ytimen varaus kasvaa, mikä aiheuttaa elektronien vetovoimien kasvua ytimeen, minkä seurauksena atomien säteet pienenevät, joten atomien kyky pienenee luovuttaa elektroneja (metalliset ominaisuudet) heikkenee vähitellen ja jaksojen viimeiset elementit ovat tyypillisiä epämetalleja.

Tässä on koottu tehtävät jaksoon Periodinen laki D.I. Mendelejev ja kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Tehtävä 1. Miten alkuaineiden hydroksidien ominaisuudet jaksoissa ja ryhmissä muuttuvat sarjanumeron kasvaessa? Miksi?

Ratkaisu. Metallit voivat muodostaa emäksisiä, happamia ja amfoteerisia hydroksideja. Samanaikaisesti metallin hapetusasteen kasvaessa (siirrettäessä vasemmalta oikealle sen oksidien ja hydroksidien emäksinen luonne heikkenee ja hapan luonne vahvistuu.

Esimerkiksi

Perustojen vahvuus vähenee vasemmalta oikealle ja kasvaa ylhäältä alas, aivan kuten metalliset ominaisuudet lisääntyvät ylhäältä alas.

Esimerkiksi, Cs (cesium) on aktiivisempi metalli kuin K (kalium), koska Cs:llä on valenssielektroni kauempana ytimestä kuin K (kalium) ja Cs luovuttaa elektronin helpommin (koska ytimen vetovoima heikkenee).

Jos yhdellä alkuaineella voi olla erilaisia ​​hapetusasteita, niin elementin hapetusasteen kasvaessa emäksen vahvuus laskee, muodostuneen yhdisteen hapan luonne on selvempi, esimerkiksi

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

emäksinen amfoteerinen hydroksidihappo

emäksinen luonne heikkenee, hapan luonne vahvistuu

ei-metallit eivät muodosta emäksisiä ja amfoteerisia oksideja. Melkein kaikki ei-metallioksidit ovat happamia.

Esimerkiksi, Na 2 O - emäksinen oksidi, NaOH - emäs

SO 3 - happooksidi, H 2 SO 4 - happo

Al 2 O 3 on amfoteerinen oksidi, se voi muodostaa sekä emäksen (Al (OH) 3) että hapon HAlO 2 tai H 3 AlO 3.

Tehtävä 2. Mikä on jaksollisen lain nykyaikainen muotoilu? Mikä on syynä alkuaineiden ja niiden muodostamien yhdisteiden ominaisuuksien jaksoittaiseen riippuvuuteen atomiytimen varauksesta?

Ratkaisu. : Alkuaineiden ja niiden yhdisteiden ominaisuudet ovat jaksoittaisessa riippuvuudessa atomin ytimen varauksesta tai alkuaineen järjestysluvusta.

Elementin ominaisuudet Ensinnäkin niiden atomien ulomman elektronikerroksen rakenteen määräävät. Siksi saman alaryhmän elementeillä on samanlaiset ominaisuudet.

Kun alkuaineiden atomien sarjanumero (ydinvaraus) kasvaa, elektronien kokonaismäärä kasvaa peräkkäin ja elektronien lukumäärä ulkoisessa elektronikerroksessa muuttuu määräajoin, mikä johtaa säännölliseen muutokseen kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksissa .

Elementtien jako jaksoihin energiatasojen lukumäärästä johtuen: yhdessä jaksossa yhdistetään elementtejä, joilla on sama määrä energiatasoja (elektronisia kerroksia) yhtä monta kuin jaksoa.

Jako ryhmiin ja alaryhmiin elektroneilla täytettyjen tasojen ja alatasojen järjestyksestä johtuen: pääalaryhmien alkiot koostuvat s- ja p-elementeistä (eli alkioista, joissa joko s- tai p-alataso on täytetty).

Toissijaisten alaryhmien elementit koostuvat d- ja f-elementeistä (d- tai f-alataso täytetään).

Monet elementin ominaisuudet(atomisäde, elektronegatiivisuus, hapetusaste, ionisaatioenergia, elektroniaffiniteetti) liittyvät elektronikuorten rakenteeseen, joten yhdessä jälkimmäisen kanssa niillä on jaksollisuus.

Alkuaineiden ominaisuudet määräytyvät ensisijaisesti niiden atomien ulkoisen elektronikerroksen rakenteen perusteella. Siksi saman alaryhmän elementeillä on samanlaiset ominaisuudet.

Tehtävä 3. Analysoi ytimien varausten suuruuden muutoksia, säteitä. Atomit, elektronegatiivisuus ja hapetustilat 4 jaksoa. Mitkä ovat näiden muutosten säännöllisyydet liikkeen aikana - ryhmässä ylhäältä alas tai jaksolla vasemmalta oikealle? Miten alkuaineiden metallisuus ja niiden oksidien ja hydroksidien luonne muuttuvat tähän suuntaan?

Ratkaisu. Jakson numero näyttää elektronikerrosten lukumäärän, ulomman elektronikerroksen lukumäärän, energiatasojen lukumäärän, korkeimman energiatason numeron, suurimman energiatason pääkvanttiluvun arvon.

Neljännen jakson elementeillä on pääkvanttiluku n = 4.

Elektroniset kerrokset – 4.

Neljäs jakso päättyy jalokaasuun. Kahta s-alkuainetta (K ja Ca) seuraa 10 alkuainetta (Sc:stä Zn:ään), joiden atomeissa elektronit täyttävät esiulkoisen elektronikerroksen d-alatason (d-elementit) viimeiseksi. Cr ja Cu osoittavat elektronien liukumista. P-elementit täydentävät jakson.

Vasemmalta oikealle ytimen varaus kasvaa, kun orbitaalit täyttyvät ja elektronien ja protonien määrä kasvaa.

Vasemmalta oikealle alkuaineiden atomisäteet pienenevät atomin vetovoiman kasvaessa.

Ionisaatioenergia kasvaa. Koska taulukon vasemmalla puolella olevilla elementeillä on taipumus menettää elektronin muistuttaakseen lähintä jalokaasua (saada vakaan rakenteen), elektronin poistaminen ei vie paljon energiaa. Pöydän oikealla puolella olevat elementit pyrkivät hankkimaan elektronin. Siksi elektronin irrottamiseen tarvitaan enemmän energiaa.

Ryhmissä ylhäältä alas alkuaineiden metallisuus kasvaa ja ionisaatioenergia pienenee. Syynä tähän on se, että matalan energiatason elektronit hylkivät korkean energiatason elektroneja pois ytimestä, koska molemmilla on negatiivinen varaus.

Koska jokaisessa seuraavassa rivissä on yksi energiataso enemmän kuin edellisessä, atomisäteet kasvavat (ylhäältä alas).

Korkein hapetusaste ja metallit ja ei-metallit, yleensä yhtä suuri kuin ryhmänumero. Metallien alin hapetusaste on nolla (yksinkertaisissa aineissa - metallit). Epämetallien alin hapetusaste on 8 - ryhmänumero. Esimerkiksi bromin hapetusaste \u003d 7 - 8 \u003d -1.

Happamia ovat lähes kaikki ei-metallioksidit, samoin kuin metallioksidit, joissa metallin hapetusaste on +5 tai korkeampi (CrO 3, Mn 2 O 7).

Metallien oksidit ja hydroksidit, joiden hapetusaste on +3, +4, ovat enimmäkseen amfoteerisia. Ja joitain metallioksideja, joiden hapetusaste on +2 (ZnO, MnO 2).

ei-metallit eivät muodosta emäksisiä ja amfoteerisia oksideja.

Tärkeimmät oksidit ja -hydroksidit ovat metallioksidit ja -hydroksidit, joiden hapetusaste on +1 (K 2 O), useimmat metallioksidit ja -hydroksidit, joiden hapetusaste on +2 (CaO) ja jotkut metallioksidit, joiden hapetusaste on +3.

Tehtävä 4. Tee kaavat mangaanin oksideille ja hydroksideille. Miten näiden yhdisteiden happo-emäs- ja redox-luonne muuttuu? Tottelevatko nämä yhdisteet oksidien ja hydroksidien ominaisuuksien yleistä muutosmallia?

Ratkaisu. Mangaanille on tunnusomaista hapetusasteet +2, +4, +7, on yhdisteitä, joissa sen hapetusaste on +3, +5, +6.

Mangaaniyhdisteillä voi olla sekä hapettavia että pelkistäviä ominaisuuksia riippuen Mn:n hapetusasteesta. Jos mangaani on yhdisteessä korkeimmassa hapetustilassaan, sillä on hapettavia ominaisuuksia; jos mangaanin hapetusaste on yhdisteessä alhaisin, sillä on pelkistäviä ominaisuuksia. Mangaani toimii sekä hapettavana että pelkistävänä aineena välihapetustilassaan.

Oksidien ja hydroksidien ominaisuudet riippuvat myös Mn:n hapetusasteesta, jolloin yhdisteiden happamat ominaisuudet lisääntyvät:

MnO → Mn 2 O 3 → MnO 2 → Mn 2 O 7

emäksinen amfoteerinen happo

Mn(OH)2 → Mn(OH)3 → Mn(OH)4 → HMnO4

emäksinen amfoteerinen happo

Että. mangaanin oksidit ja hydroksidit noudattavat yleisiä happo-emäs- ja redox-ominaisuuksien muutoslakeja.

Tehtävä 5. Valitse oksideista As 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , SO 3 , Al 2 O 3 , V 2 O 5 kaksi oksidia, joilla on eniten happamia ominaisuuksia. Ilmoita valittujen alkuaineiden valenssielektronit.

Ratkaisu. kun atomin vetovoima kasvaa. Ionisaatioenergia kasvaa. Koska taulukon vasemmalla puolella olevilla elementeillä on taipumus menettää elektronin muistuttaakseen lähintä jalokaasua (saada vakaan rakenteen), elektronin poistaminen ei vie paljon energiaa. Pöydän oikealla puolella olevat elementit pyrkivät hankkimaan elektronin. Siksi elektronin irrottamiseen tarvitaan enemmän energiaa.

Elektronegatiivisuus ja metallisuus lisääntyy pääalaryhmissä vasemmalta oikealle (jalokaasuilla ei ole elektronegatiivisuutta).

Tässä suhteessa oksidien happamat ominaisuudet lisääntyvät pääalaryhmissä alhaalta ylöspäin, ajanjaksolla - vasemmalta oikealle. Alkuaineen hapetusasteen lisääminen ja sen ionin säteen pienentäminen tekee oksidista happamemman.

Edellä mainituista oksideista As 2 O 3 , P 2 O 5 , GeO 2 , SO 3 , Al 2 O 3 , V 2 O 5 voimakkaimmat happamat ominaisuudet P 2 O 5:lle ja SO 3:lle seuraavat:

P+15 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3p 0 valenssi 3

P * +15 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3p 1 valenssi 5

S+16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 3p 0 valenssi 2

S*+16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 3p 1 valenssi 4

S*+16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3p 2 valenssi 6

Tehtävä 6. Valitse oksideista BaO, K 2 O, TiO 2, CaO, Al 2 O 3, MgO, ZnO kaksi oksidia, joilla on selkeimmät perusominaisuudet. Ilmoita valittujen alkuaineiden valenssielektronit.

Ratkaisu. Alkuaineissa, joiden atomit ulkoisella energiatasolla sisältävät 3 tai vähemmän elektroneja (metalleja), on oksideja, joilla on perusominaisuudet.

Vasemmalta oikealle elementtien atomisäteet pienenevät. kun atomin vetovoima kasvaa. Ionisaatioenergia kasvaa. Koska taulukon vasemmalla puolella olevilla elementeillä on taipumus menettää elektronin muistuttaakseen lähintä jalokaasua (saada vakaan rakenteen), elektronin poistaminen ei vie paljon energiaa. Pöydän oikealla puolella olevat elementit pyrkivät hankkimaan elektronin. Siksi elektronin irrottamiseen tarvitaan enemmän energiaa. Pääalaryhmien elektronegatiivisuus ja metallisuus kasvavat vasemmalta oikealle (jalokaasuilla ei ole elektronegatiivisuutta).

Mitä tulee, perusominaisuudet oksideja lisääntyä pääalaryhmissä ylhäältä alas, aikana oikealta vasemmalle. Alkuaineen hapetusasteen lisääminen ja sen ionin säteen pienentäminen tekee oksidista happamemman.

Annetuista oksideista BaO, K 2 O, TiO 2, CaO, Al 2 O 3, MgO, ZnO y:n, K 2 O:n ja BaO:n perusominaisuudet ovat selkeimpiä. seurata:

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

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

Tehtävä 7. Anna jaksollisen lain nykyaikainen muotoilu. Selitä, miksi alkuaineiden jaksollisessa taulukossa argon on sijoitettu vastaavasti kaliumin eteen, vaikka niillä on suurempi atomimassa. Mitä tällaisten elementtien pareja kutsutaan?

Ratkaisu. : Alkuaineiden ja niiden yhdisteiden ominaisuudet ovat jaksoittaisessa riippuvuudessa atomin ytimen varauksesta tai alkuaineen järjestysluvusta.

Kun alkuaineiden atomien sarjanumero (ydinvaraus) kasvaa, elektronien kokonaismäärä kasvaa peräkkäin ja elektronien lukumäärä ulkoisessa elektronikerroksessa muuttuu määräajoin, mikä johtaa säännölliseen muutokseen kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksissa .

Elementtien sijainti Jaksollinen järjestelmä ei riipu alkuaineen atomimassasta, vaan riippuu ytimen varauksesta, joten Ar + 18 sijoittuu K + 19:n eteen, Co + 27 - Ni + 28:n eteen, Te + 52 - eteen I + 53, Th + 90 - Pa + 91:n edessä (vaikka argonilla, koboltilla, telluurilla ja toriumilla on suurempi massa kuin vastaavasti kaliumilla, nikkelillä, jodilla ja protaktiinilla).

Alkuainepareja, joissa on eri määrä protoneja ja neutroneja, mutta sama määrä nukleoneja, kutsutaan esim. isobaariksi.

Luokat,

Alkuaineiden ja ionien atomisäteet lasketaan ytimien välisten etäisyyksien perusteella, jotka eivät riipu pelkästään atomien luonteesta, vaan myös niiden välisen kemiallisen sidoksen luonteesta ja aineen aggregaatiotilasta.

Atomien ja yhtä varautuneiden ionien säteet aikana, jolloin varaukset kasvavat, ytimet pääosin (muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta) pienenevät johtuen Coulombin vetovoimien lisääntymisestä johtuen elektronien lukumäärän ja siten elektronien kokonaisvarauksen kasvusta elektronikuorissa ja -ytimissä.

Alaryhmissä ydinvarauksen kasvaessa (siirtyessä ylhäältä alas) atomi- ja ionisäteet yleensä kasvavat, mikä liittyy elektronisten tasojen määrän kasvuun.

Ionisaatioenergia (I) (ionisaatiopotentiaali) jaksolla kasvaa ydinvarauksen kasvaessa, pää- ja kolmannessa toissijaisessa alaryhmässä se pienenee ylhäältä alas uuden energiatason ilmaantumisen vuoksi. Muissa sivualaryhmissä ionisaatioenergia kasvaa ydinvarauksen kasvaessa.

Elektronien affiniteetti (E) ( energia vapautuu, kun ylimääräinen elektroni kiinnittyy atomiin, ioniin tai molekyyliin). Maksimi halogeeniatomeissa. Elektronien affiniteetti ei riipu vain atomiytimen varauksesta, vaan myös ulompien elektronitasojen täyttöasteesta.

Elektronegatiivisuus (EO)- elementin yleinen ominaisuus, joka määritellään ionisaatioenergian ja elektroniaffiniteetin summana.

Suhteellinen EC Paulingin mukaan Määritetään alkuaineen EO:n ja litiumatomin EO:n suhteeksi. Suhteellinen elektronegatiivisuus jaksossa kasvaa ja alaryhmissä pienenee ydinvarauksen kasvaessa.

Alkuaineen hapetuskyky muuttuu samalla tavalla kuin elektronegatiivisuus ja pelkistysteho päinvastaisessa järjestyksessä.

Yksinkertaisten aineiden tiheys jaksossa kulkee yleensä maksimin, joka sijaitsee suunnilleen jakson puolivälissä, kasvaa alaryhmissä ydinvarauksen kasvaessa.

Alkuaineiden korkeampien oksidien ja hydroksidien perusominaisuudet aikana ne luonnollisesti heikkenevät, mikä liittyy hydroksidi-ionien vetovoiman lisääntymiseen keskusatomiin sen ytimen varauksen lisääntymisen ja atomisäteen pienenemisen kanssa, ja pääsääntöisesti alaryhmässä , ne kasvavat, koska elementtien atomisäde kasvaa.

Happoominaisuudet nämä yhdisteet muuttuvat päinvastaiseen suuntaan.

Ei-metalliset ominaisuudet aikana ne yleensä kasvavat vasemmalta oikealle, ja alaryhmässä ne heikkenevät ylhäältä alas, metalli - päinvastoin. Taulukon metallien ja epämetallien välinen raja kulkee diagonaalia B-At pitkin siten, että kaikki epämetallit ovat taulukon oikeassa yläkulmassa (poikkeus on d-elementit).

Aiemmat materiaalit:

3. Jaksollinen laki ja kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

3.4. Aineiden ominaisuuksien säännöllinen muutos

Seuraavat yksinkertaisten ja monimutkaisten aineiden ominaisuudet muuttuvat ajoittain:

• yksinkertaisten aineiden rakenne (alun perin ei-molekyylinen, esimerkiksi Li:stä C:hen, ja sitten molekyyli: N2 - Ne);
• yksinkertaisten aineiden sulamis- ja kiehumispisteet: siirryttäessä vasemmalta oikealle ajanjaksolla t sulaa ja t kiehuvat, aluksi ne yleensä nousevat (timantti on tulenkestävämpi aine) ja sitten laskevat, mikä liittyy yksinkertaisten aineiden rakenteen muutos (katso edellä);
• yksinkertaisten aineiden metalliset ja ei-metalliset ominaisuudet. Jakson aikana Z:n kasvaessa atomien kyky luovuttaa elektronia vähenee (E ja kasvaa), vastaavasti yksinkertaisten aineiden metalliset ominaisuudet heikkenevät (ei-metalliset lisääntyvät, koska E cf-atomit lisääntyvät). Ylhäältä alas ryhmissä A päinvastoin yksinkertaisten aineiden metalliset ominaisuudet paranevat, kun taas ei-metallisten ominaisuudet heikkenevät;
• oksidien ja hydroksidien koostumus ja happo-emäsominaisuudet (taulukot 3.1–3.2).

Taulukko 3.1

Korkeampien oksidien ja A-ryhmien alkuaineiden yksinkertaisimpien vetyyhdisteiden koostumus

Kuten taulukosta voidaan nähdä. 3.1, korkeampien oksidien koostumus muuttuu tasaisesti atomin kovalenssin (hapetustilan) asteittaisen kasvun mukaisesti.

Kun atomin ytimen varaus lisääntyy jaksossa, oksidien ja hydroksidien perusominaisuudet heikkenevät ja happoominaisuudet lisääntyvät. Siirtyminen emäksisistä oksideista ja hydroksideista happamiin tapahtuu kullakin jaksolla asteittain amfoteeristen oksidien ja hydroksidien kautta. Esimerkkinä taulukossa. 3.2 esittää 3. periodin alkuaineiden oksidien ja hydroksidien ominaisuuksien muutosta.

Taulukko 3.2

3. periodin alkuaineiden muodostamat oksidit ja hydroksidit ja niiden luokittelu

Ryhmissä A, kun atomiytimen varaus kasvaa, oksidien ja hydroksidien perusominaisuudet lisääntyvät. Esimerkiksi IIA-ryhmälle meillä on:

1. BeO, Be (OH) 2 - amfoteerinen (heikot emäksiset ja happamat ominaisuudet).

2. MgO, Mg(OH) 2 - heikot, emäksiset ominaisuudet.

3. CaO, Ca(OH) 2 - voimakkaat emäksiset ominaisuudet (alkalit).

4. SrO, Sr(OH) 2 - voimakkaat emäksiset ominaisuudet (alkalit).

5. BaO, Ba (OH) 2 - voimakkaat perusominaisuudet (emäkset).

6. RaO, Ra (OH) 2 - voimakkaat perusominaisuudet (alkalit).

Samat suuntaukset voidaan jäljittää muiden ryhmien alkuaineilla (binaaristen vetyyhdisteiden koostumus ja happo-emäsominaisuudet, katso taulukko 3.1). Yleensä atomiluvun kasvaessa jakson aikana vetyyhdisteiden emäksiset ominaisuudet heikkenevät ja niiden liuosten happamat ominaisuudet lisääntyvät: natriumhydridi liukenee veteen muodostaen alkalia:

NaH + H 2 O \u003d NaOH + H 2,

ja H2S:n ja HCl:n vesiliuokset ovat happoja, jolloin suolahappo on vahvempaa.

1. A-ryhmissä atomiytimen varauksen kasvaessa myös hapettomien happojen vahvuus kasvaa.

2. Vetyyhdisteissä vetyatomien lukumäärä molekyylissä (tai kaavayksikössä) kasvaa ensin 1:stä 4:ään (ryhmät IA–IVA) ja laskee sitten 4:stä 1:een (ryhmät IVA–VIIA).

3. Haihtuva (kaasumainen) n.o. ovat vain vetyyhdisteitä ryhmien IVA–VIIA alkuaineista (paitsi H 2 O ja HF)

Kuvatut suuntaukset kemiallisten alkuaineiden atomien ja niiden yhdisteiden ominaisuuksien muutoksissa on koottu taulukkoon. 3.3

Taulukko 3.3

Alkuaineiden ja niiden yhdisteiden atomien ominaisuuksien muutos atomiytimen varauksen lisääntyessä

Ominaisuudet	Muuta trendiä
	jaksoissa	ryhmissä A
Atomin säde	Vähenee	kasvaa
Ionisaatioenergia	Kasvava	Vähenee
elektronien affiniteetti	Kasvava	Vähenee
Atomien pelkistävät (metalliset) ominaisuudet	Heikentää	Ovat vahvistumassa
Atomien hapettavat (ei-metalliset) ominaisuudet	Ovat vahvistumassa	Heikentää
Elektronegatiivisuus	Kasvava	Vähenee
Suurin hapetusaste	Kasvava	Jatkuva
Oksidien happamat ominaisuudet	Ovat vahvistumassa	Heikentää
Hydroksidien happamat ominaisuudet	Ovat vahvistumassa	Heikentää
Vetyyhdisteiden happamat ominaisuudet	Ovat vahvistumassa	Ovat vahvistumassa
Yksinkertaisten aineiden metalliset ominaisuudet	Heikentää	Ovat vahvistumassa
Yksinkertaisten aineiden ei-metalliset ominaisuudet	Ovat vahvistumassa	Heikentää

Esimerkki 3.3. Määritä sen oksidin kaava, jolla on selvimmät happamat ominaisuudet:

Ratkaisu. Oksidien happamat ominaisuudet lisääntyvät jakson aikana vasemmalta oikealle ja heikkenevät ylhäältä alas ryhmässä A. Tätä silmällä pitäen tulemme siihen johtopäätökseen, että happamat ominaisuudet ovat selvimmin oksidissa Cl 2 O 7.

Vastaus: 4).

Esimerkki 3.4. Alkuaineen E 2− anionilla on argonatomin elektroninen konfiguraatio. Määritä alkuaineatomin suurimman oksidin kaava:

Ratkaisu. Argonatomin elektronikonfiguraatio on 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, joten atomin elektronikonfiguraatio E (atomi E sisältää 2 elektronia vähemmän kuin ioni E 2−) - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4, joka vastaa rikkiatomia. Alkuaine rikki kuuluu VIA-ryhmään, tämän ryhmän alkuaineiden korkeimman oksidin kaava on EO 3.

Vastaus: 1).

Esimerkki 3.5. Ilmoita sen alkuaineen symboli, jonka atomissa on kolme elektronikerrosta ja joka muodostaa koostumukseltaan EN 2 (H 2 E) olevan haihtuvan (n.o.) yhdisteen:

Ratkaisu. Vetyyhdisteet, joiden koostumus on EN 2 (H 2 E), muodostavat atomeja IIA- ja VIA-ryhmien alkuaineista, mutta ne ovat haihtuvia n.o. ovat VIA-ryhmän alkuaineiden yhdisteitä, jotka sisältävät rikkiä.

Vastaus: 3).

Oksidien ja hydroksidien happo-emäs-ominaisuuksien muutostrendit voidaan ymmärtää seuraavien yksinkertaistettujen oksidien ja hydroksidien rakennekaavioiden analyysin perusteella (kuva 3.1).

Yksinkertaistetusta reaktiokaaviosta

tästä seuraa, että oksidin vuorovaikutuksen tehokkuus veden kanssa emäksen muodostuessa kasvaa (Coulombin lain mukaan) ionin E n + varauksen kasvaessa. Tämän varauksen arvo kasvaa elementtien metallisten ominaisuuksien kasvaessa, ts. oikealta vasemmalle koko ajan ja ylhäältä alas koko ryhmän läpi. Tässä järjestyksessä elementtien pääominaisuudet kasvavat.

Riisi. 3.1. Kaavio oksidien (a) ja hydroksidien (b) rakenteesta

Tarkastellaan syitä, jotka ovat taustalla kuvatut muutokset hydroksidien happo-emäsominaisuuksissa.

Alkuaineen + n hapetusasteen kasvaessa ja ionin E n + säteen pienentyessä (tämä on täsmälleen mitä havaitaan elementin atomin ytimen varauksen lisääntyessä vasemmalta oikealle pitkin jakso), E-O-sidos vahvistuu ja O-H-sidos heikkenee; hydroksidin dissosiaatioprosessi happotyypin mukaan tulee todennäköisemmäksi.

Ylhäältä alas ryhmässä säde E n + kasvaa, eikä n +:n arvo muutu, minkä seurauksena E–O-sidoksen lujuus heikkenee, sen repeäminen helpottuu ja hydroksidin dissosiaatioprosessi päätyypin mukaan tulee todennäköisemmäksi.

Tämän muutoksen päämalli on alkuaineiden metallisen luonteen vahvistuminen Z:n kasvaessa. Tämä kuvio on erityisen voimakas alaryhmissä IIIa-VIIa. Metallien I A-III A-alaryhmien kemiallisen aktiivisuuden havaitaan lisääntyvän. Alaryhmien IVA - VIIA alkuaineissa Z:n kasvaessa havaitaan alkuaineiden kemiallisen aktiivisuuden heikkeneminen. B-alaryhmien elementtien osalta kemiallisen aktiivisuuden muutos on vaikeampaa.

Jaksollisen järjestelmän teoria sen kehittivät N. Bohr ja muut tutkijat 20-luvulla. 20. vuosisata ja perustuu todelliseen kaavioon atomien elektronisten konfiguraatioiden muodostamiseksi. Tämän teorian mukaan Z:n kasvaessa elektronikuorten ja alikuorten täyttyminen jaksollisen järjestelmän jaksoihin sisältyvien alkuaineiden atomeissa tapahtuu seuraavassa järjestyksessä:

Jakson numerot
1 2 3 4 5 6 7
1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p

Jaksojärjestelmän teorian perusteella jaksolle voidaan antaa seuraava määritelmä: jakso on elementtien kokoelma, joka alkaa alkiolla, jonka arvo on n. yhtä suuri kuin jaksonumero, ja l=0 (s-alkiot) ja päättyy alkioon, jolla on sama arvo n ja l = 1 (p-elementit) (katso Atom). Poikkeuksena on ensimmäinen jakso, joka sisältää vain 1s-elementtejä. Alkioiden lukumäärä jaksoissa seuraa jaksollisen järjestelmän teoriasta: 2, 8, 8. 18, 18, 32 ...

Kuvassa kunkin tyypin elementtien symbolit (s-, p-, d- ja f-elementit) on kuvattu tietyllä taustavärillä: s-elementit - punaisella, p-elementit - oranssilla, d-elementit - sinisellä, f-elementit - vihreällä. Jokainen solu sisältää alkuaineiden sarjanumerot ja atomimassat sekä ulompien elektronikuorten elektroniset konfiguraatiot, jotka pohjimmiltaan määräävät alkuaineiden kemialliset ominaisuudet.

Jaksollisen järjestelmän teoriasta seuraa, että a-alaryhmissä on alkioita, jotka ovat yhtä suuria kuin jaksonumero, ja l = 0 ja 1. B-alaryhmiin kuuluvat ne alkuaineet, joiden atomeissa aiemmin epätäydellisiksi jääneet kuoret valmistuvat. . Tästä syystä ensimmäinen, toinen ja kolmas jakso eivät sisällä b-alaryhmien elementtejä.

Kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän rakenne liittyvät läheisesti kemiallisten alkuaineiden atomien rakenteeseen. Z:n kasvaessa samantyyppiset ulkoelektronikuorten konfiguraatiot toistuvat ajoittain. Ne nimittäin määrittävät alkuaineiden kemiallisen käyttäytymisen pääpiirteet. Nämä ominaisuudet ilmenevät eri tavalla A-alaryhmien elementeillä (s- ja p-elementit), b-alaryhmien elementeillä (siirtymä-d-alkuaineet) ja f-perheiden alkuaineilla - lantanideilla ja aktinideilla. . Erikoistapausta edustavat ensimmäisen jakson elementit - vety ja helium. Vetylle on ominaista korkea kemiallinen aktiivisuus, koska sen ainoa b-elektroni irtoaa helposti. Samanaikaisesti heliumin (1.) konfiguraatio on erittäin vakaa, mikä aiheuttaa sen täydellisen kemiallisen inaktiivisuuden.

A-alaryhmien elementit on täytetty ulkoisilla elektronikuorilla (jossa n on yhtä suuri kuin jakson numero); siksi näiden alkuaineiden ominaisuudet muuttuvat huomattavasti Z:n kasvaessa. Näin ollen toisella jaksolla litium (konfiguraatio 2s) on aktiivinen metalli, joka helposti menettää ainoan valenssielektroninsa; beryllium (2s~) on myös metalli, mutta vähemmän aktiivinen johtuen siitä, että sen ulommat elektronit ovat tiukemmin sitoutuneet ytimeen. Lisäksi boorilla (2s "p) on heikosti korostunut metallinen luonne, ja kaikki myöhemmät toisen jakson elementit, johon 2p-alikuori on rakennettu, ovat jo ei-metalleja. Neonin ulomman elektronikuoren kahdeksan elektronin konfiguraatio (2s ~ p ~) - inertti kaasu - on erittäin kestävä.

Toisen jakson alkuaineiden kemialliset ominaisuudet selittyy niiden atomien halulla saada lähimmän inertin kaasun elektroninen konfiguraatio (heliumkonfiguraatio - elementeille litiumista hiileen tai neonkonfiguraatiolle - elementeille hiilestä fluoriin). Tästä syystä esimerkiksi happi ei voi osoittaa suurempaa hapetusastetta, joka on yhtä suuri kuin ryhmänumero: sen onhan sen helpompi saavuttaa neonkonfiguraatio hankkimalla lisää elektroneja. Sama ominaisuuksien muutoksen luonne ilmenee kolmannen jakson elementeissä ja kaikkien sitä seuraavien jaksojen s- ja p-elementeissä. Samalla A-alaryhmien ulompien elektronien ja ytimen välisen sidoksen vahvuuden heikkeneminen Z:n kasvaessa ilmenee vastaavien alkuaineiden ominaisuuksina. Siten s-alkuaineiden kemiallinen aktiivisuus lisääntyy huomattavasti Z:n kasvaessa ja p-alkuaineiden metalliset ominaisuudet lisääntyvät.

Siirtymävaiheen d-alkioiden atomeissa valmistuvat aiemmin keskeneräiset kuoret, joiden arvo on pääkvanttiluku ja yksi pienempi kuin jaksonumero. Joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta siirtymäelementtiatomien ulompien elektronikuorten konfiguraatio on ns. Siksi kaikki d-alkuaineet ovat metalleja, ja tästä syystä 1-alkioiden ominaisuuksien muutokset Z:n kasvaessa eivät ole niin jyrkkiä kuin näimme s- ja p-alkuaineilla. Korkeammissa hapetusasteissa d-alkuaineet osoittavat tiettyä samankaltaisuutta jaksollisen järjestelmän vastaavien ryhmien p-alkuaineiden kanssa.

Triadien (VIII b-alaryhmä) elementtien ominaisuuksien ominaisuudet selittyvät sillä, että d-alikuoret ovat lähes valmiit. Tästä syystä rauta-, koboltti-, nikkeli- ja platinametallit eivät yleensä ole taipuvaisia ​​antamaan korkeamman hapetusasteen yhdisteitä. Ainoat poikkeukset ovat rutenium ja osmium, jotka muodostavat oksideja RuO4 ja OsO4. I- ja II B-alaryhmien elementtien osalta d-alikuori osoittautuu itse asiassa täydelliseksi. Siksi niiden hapettumisaste on yhtä suuri kuin ryhmänumero.

Lantanidien ja aktinidien atomeissa (kaikki ne ovat metalleja) aiemmin epätäydellisten elektronikuorten valmistuminen tapahtuu pääkvanttiluvun arvolla ja kaksi yksikköä pienemmällä jaksonumerolla. Näiden alkuaineiden atomeissa ulkoisen elektronikuoren (ns2) konfiguraatio pysyy muuttumattomana. Samaan aikaan f-elektronit eivät itse asiassa vaikuta kemiallisiin ominaisuuksiin. Siksi lantanidit ovat niin samanlaisia.

Aktinidien osalta tilanne on paljon monimutkaisempi. Ydinvarausten alueella Z = 90 - 95 elektronit 6d ja 5/ voivat osallistua kemiallisiin vuorovaikutuksiin. Ja tästä seuraa, että aktinideilla on paljon laajempi valikoima hapetustiloja. Esimerkiksi neptuniumille, plutoniumille ja americiumille tunnetaan yhdisteitä, joissa nämä alkuaineet toimivat seitsemän valenssin tilassa. Vain alkuaineilla, jotka alkavat curiumista (Z = 96), kolmiarvoinen tila muuttuu vakaaksi. Siten aktinidien ominaisuudet eroavat merkittävästi lantanidien ominaisuuksista, joten molempia perheitä ei voida pitää samanlaisina.

Aktinidiperhe päättyy alkuaineeseen, jonka Z = 103 (lawrencium). Kurchatoviumin (Z = 104) ja nilsboriumin (Z = 105) kemiallisten ominaisuuksien arviointi osoittaa, että näiden alkuaineiden tulisi olla vastaavasti hafniumin ja tantaalin analogeja. Siksi tutkijat uskovat, että atomien aktinidiperheen jälkeen alkaa 6d-alakuoren järjestelmällinen täyttö.

Jaksollisen järjestelmän kattamien elementtien äärellinen määrä on tuntematon. Sen ylärajan ongelma on kenties jaksollisen järjestelmän tärkein arvoitus. Raskain luonnosta löydetty alkuaine on plutonium (Z = 94). Keinotekoisen ydinfuusion saavutettu raja on alkuaine, jonka atominumero on 107. Kysymys jää: onko mahdollista saada alkuaineita, joilla on suurempi atomiluku, mitä ja kuinka monta? Siihen ei voi vielä varmuudella vastata.