Ю.И.ПАХОМОВ.Практическая работа 2. Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева с точки зрения строения атомов(11класс)

Практическая работа 2.
Периодическая система
химических элементов Д.И.Менделеева
с точки зрения строения атомов

Цели. Рассмотреть взаимосвязь состава и электронной структуры атомов химических элементов с их положением в ПСХЭ Д.И.Менделеева, периодичность расположения элементов и изменение электронных конфигураций их атомов, отвечающее периодичности изменения их свойств; значение периодического закона для развития науки и диалектико-материального понимания природы.
Оборудование. Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, модели s-, p-, d-орбиталей, таблица распределения электронов по квантовым уровням, схема порядка заполнения электронных орбиталей; формулы определения числа элементов в четных и нечетных периодах ПСХЭ Д.И.Менделеева, таблица «Электронное строение атомов в основном состоянии».

Сведения об элементарных частицах

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Примечание. A – массовое число, Z – заряд ядра атома, N – число нейтронов в ядре, A = Z + N.



Таблица
Электронное строение атомов в основном состоянии

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Данные о строении ядра и распределении электронов в атомах позволяют рассмотреть ПСХЭ Д.И.Менделеева с фундаментальных физических позиций. Однозначным признаком химического элемента является заряд ядра Z, определяемый числом протонов в ядре и равный порядковому номеру элемента в ПСХЭ. Относительная атомная масса – усредненное значение Ar изотопов природной смеси.

Общее число электронов в электронейтральных атомах равно числу протонов в ядре или порядковому номеру элемента.
Число энергетических уровней, на которых располагаются электроны в атоме, определяется номером периода. Чем больше номер периода у элемента, тем больше энергетических уровней в его атоме.

Число элементов в периодах можно определить по следующим формулам:

для нечетных периодов

Ln = (n + 1)²/2,

где Ln – число элементов в периоде, n – номер периода;

для четных периодов

Ln = (n + 2)²/2.

Задание 1. Определить число химических элементов в каждом периоде ПСХЭ.

Задание 2. Определить число главных и побочных подгрупп в ПСХЭ.

Решение

Число главных подгрупп определяется максимальным числом электронов на s- и p-подуровнях.
Число переходных элементов в 4-м периоде (от 21Sc до 30Zn), в 5-м (от 39Y до 48Cd) и
6-м (57La и от 72Hf до 80Hg) периодах равно 10 в каждом случае.
Число переходных элементов равно максимальному числу электронов на d-подуровне (10). Именно поэтому на 3-м (М) уровне на 10 электронов больше, чем на 2-м (L). Поскольку в каждом большом периоде периодической системы Д.И.Менделеева одна из побочных подгрупп содержит сразу три переходных элемента, близких по химическим свойствам:

4-й период – Fe–Co–Ni,
5-й период – Ru–Rh–Pd,
6-й период – Os–Ir–Pt,

то число побочных подгрупп ... .
(Проверить по периодической системе, сколько в ней главных и побочных подгрупп.)

Задание 3. Определить (по аналогии с переходными элементами) число лантаноидов и актиноидов, вынесенных в виде самостоятельных рядов вниз периодической системы.
Оно должно быть равно разности между максимальным числом электронов на … и … энергетических уровнях. Это число равно максимальному числу электронов на …-подуровне.
(Сверить вывод с периодической системой.)

Таким образом, строгая периодичность расположения элементов в ПСХЭ полностью
объясняется ... .
Периодическое изменение характера заполнения электронами внешних энергетических уровней вызывает периодические изменения химических свойств элементов и их соединений.

Электронные формулы элементов 2-го периода:³Li – 1s22s1,
⁶С – 1s²2s²2p²,
⁹F – 1s²2s²2p⁵, 4Be – 1s²2s²,
⁷N – 1s²2s²2p³,
¹⁰Ne – 1s²2s²2p⁶, 5B – 1s²2s²2p¹,
⁸O – 1s²2s²2p⁴.


При переходе от Li к Ne заряд ядра (Z) постепенно увеличивается от +3 до +10, что вызывает увеличение сил притяжения электронов к ядру. В результате радиусы атомов в этом ряду уменьшаются.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

оэтому способность отдавать электроны, ярко выраженная у лития, постепенно ослабевает при переходе к фтору, являющемуся типичным неметаллом. Элемент фтор в реакциях присоединяет электроны. Он имеет самую высокую электроотрицательность, равную 4. Начиная со следующего за неоном элемента натрия (Na, Z = 11), электронные структуры атомов повторяются. Как следствие, внешние электронные орбитали можно представить в общем виде, где n – номер периода:для Li и Na – ns1,
для B и Al – ns²np¹,
для N и P – …….……. ,
для F и Cl – …….……. , для Be и Mg – ns²,
для C и Si – …….……. ,
для O и S – …….……. ,
для Ne и Ar – …….……. .


В 4-м периоде появляются переходные элементы, принадлежащие побочным подгруппам. Элементы одной и той же подгруппы имеют идентичный характер расположения электронов на внешних электронных уровнях, а принадлежащие к разным подгруппам одной и той же
группы – … .
Например, галогены (главная подгруппа VIIa) – ns2np5 (идентичная конфигурация), элементы побочной подгруппы VIIб – (n – 1)s²(n – 1)p⁶(n – 1)d⁵ns² (cходная конфигурация). Сходство состоит в наличии у атомов обеих подгрупп семи валентных электронов, но их расположение по подуровням существенно отличается.

Задание 4. Указать и обосновать сходство и различие элементов главной и побочной подгрупп: а) V группы ПСХЭ; б) VI группы ПСХЭ; принадлежность этих элементов к s-, p-, d-, f-типам.

Задание 5. Привести конкретные примеры важнейших направлений развития химии на основе периодического закона и системы химических элементов Д.И.Менделеева.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]