Файл: Закон Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.03.2024
Просмотров: 18
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2 коллоквиум. Химия.
1) Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Принцип построения группы, периода. s-, p-, d-, f- блоки элементов. Их расположение в периодической системе.
Д.И.Менделеев в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон:
«Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».
На базе современных представлений периодический закон формулируется так:
«Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера)».
Периодическая таблица элементов- графическое выражение Периодического закона.
Горизонтальные строчки Периодической таблицы называются ПЕРИОДАМИ, а вертикальные – ГРУППАМИ.
В группах собраны элементы с похожими химическими свойствами, а в периодах химические свойства постепенно изменяются.
Если сравнить между собой элементы разных периодов, то можно отметить важную особенность: номер ПЕРИОДА, в котором находится элемент, совпадает с номером его валентной оболочки. Эта валентная оболочка постепенно заполняется от начала к концу периода.
В этом заключается физический и химический смысл номера периода.
Как же изменяются свойства элементов одного периода?
-
Каждый период Периодической таблицы начинается активным металлом и заканчивается инертным газом. -
Элементы во всех группах имеют одинаковое электронное строение внешних электронных оболочек. -
Номер группы совпадает с числом валентных электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. -
Поэтому номер группы часто совпадает с валентностью элементов.
В этом заключается физический смысл номера группы.
-
Заряд ядра Z совпадает с ПОРЯДКОВЫМ НОМЕРОМ элемента в Периодической таблице. -
Свойства элементов периодически изменяются в соответствии с их атомным весом.
Все элементы разделяются на 4 электронных семейства.
1) s-элементы – это элементы в атомах которых последним заполняется s – подуровень внешнего электронного слоя. Первые два элемента каждого периода. Они составляют главные подгруппы 1 и 2 групп.
2) р- элементы – это элементы в атомах которых последним заполняется р –подуровень внешнего электронного слоя. Р – элементы составляют главные подгруппы 3-8 групп.
3) d- элементы – это элементы, в атомах которых последним заполняется d- подуровень предвнешнего электронного слоя. Это элементы побочных подгрупп всех восьми групп.
4) f- элементы – это элементы в атомах которых последним заполняется f- подуровень третьего снаружи электронного слоя. Это элементы располагающиеся в нижней части периодической системы лантаноиды и актиноиды.
Валентные электроны – это электроны, которые могут участвовать в образовании химических связей.
В атомах s- и р- элементов валентными являются, все электроны внешнего слоя.
В атомах d – элементов валентными являются электроны s- и d- подуровней.
В атомах f – элементов валентными являются электроны s- и f- подуровней.
Число валентных электронов для большинства элементов равно номеру группы.
2) Важнейшие характеристики элемента: энергия ионизации, относительная электроотрицательность, от каких свойств атомов зависит его ЭО, сродство атома элемента к электрону и их зависимость от радиуса атома. Атомные и ионные радиусы.
Такие свойства атомов, как их размер, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, степень окисления связаны с электронной конфигурацией атома. В их изменении с увеличением порядкового номера элемента наблюдается периодичность.
Атомы не имеют строго определенных границ, что обусловлено волновой природой электронов. В расчетах пользуются так называемыми эффективными и кажущимися радиусами, т.е. радиусом шарообразных атомов, сближенных между собой при образовании кристалла. Обычно их рассчитывают из рентгенометрических данных.
Радиус атома - расстояние от ядра атома до максимума электронной плотности его валентных электронов. Чем больше атомный радиус, тем слабее удерживаются внешние электроны. И, наоборот, с уменьшением атомного радиуса электрона притягиваются к ядру сильнее.
Атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов, становятся заряженными положительно, т.к. заряд ядра атома превышает сумму зарядов оставшихся электронов. Атомы, присоединяющие к себе лишние электроны, заряжаются отрицательно. Образующиеся заряженные частицы называются ионами.
Потеря атомом электронов приводит к уменьшению его эффективных размеров, а присоединение избыточных электронов – к увеличению. Поэтому радиус положительно заряженного иона (катиона) всегда меньше, а радиус отрицательно заряженного иона (аниона) всегда больше радиуса соответствующего электронейтрального атома:
r аниона > r ат.> rкатиона
Энергия ионизации – это энергия, необходимая для отрыва наиболее слабо связанного электрона от атома. Она обычно выражается в электрон-вольтах. При отрыве электрона от атома образуется соответствующий катион.
Потенциал ионизации - наименьшее напряжение поля, при котором скорость электронов становится достаточной для ионизации атомов. Выражается в вольтах
Энергия ионизации, выраженная в электронвольтах, численно равна потенциалу ионизации, выраженному в вольтах.
Электроотрицательность характеризует способность атомов притягивать к себе электроны, которые участвуют в образовании химических связей с другими атомами в молекуле.
Металличность – это способность атомов элемента отдавать электроны.
Неметалличность – это способность атомов элемента присоединять электроны.
Чем больше металличность, тем меньше ЭО.
Чем больше неметалличность, тем больше ЭО.
Количественной характеристикой неметалличности является сродство к электрону.
Сродство к электрону – это энергия, которая выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому т.е. при превращении атома в отрицательно заряженный ион:
Э0 + е = Э- + Еср
Чем больше сродство к электрону, тем легче атом присоединяет электрон, тем, сильнее неметаллические свойства элемента.
Закономерности, связанные с металлическими и неметаллическими свойствами элементов.
1) При перемещении вдоль периода СПРАВА НАЛЕВО металлические свойства элементов УСИЛИВАЮТСЯ. В обратном направлении возрастают неметаллические.
Слева направо в периоде также увеличивается и заряд ядра. Следовательно, увеличивается притяжение к ядру валентных электронов и затрудняется их отдача.
2) При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ вдоль групп УСИЛИВАЮТСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ свойства элементов. Это связано с тем, что ниже в группах расположены элементы, имеющие уже довольно много заполненных электронных оболочек. Их внешние оболочки находятся дальше от ядра. Они отделены от ядра более толстой "шубой" из нижних электронных оболочек и электроны внешних уровней удерживаются слабее.
3) СЛЕВА НАПРАВО УСИЛИВАЮТСЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ свойства, а при движении СВЕРХУ ВНИЗ - ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ свойства элементов.
4) По той же причине, что и окислительные свойства элементов, их ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ ВОЗРАСТАЕТ тоже СЛЕВА НАПРАВО, достигая максимума у галогенов. Не последнюю роль в этом играет степень завершенности валентной оболочки, ее близость к октету.
5) При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ по группам ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ УМЕНЬШАЕТСЯ. Это связано с возрастанием числа электронных оболочек, на последней из которых электроны притягиваются к ядру все слабее и слабее.
6) Размеры атомов (АТОМНЫЕ РАДИУСЫ) при перемещении СЛЕВА НАПРАВО вдоль периода УМЕНЬШАЮТСЯ. Это объясняют тем, что электроны все сильнее притягиваются к ядру по мере возрастания заряда ядра. Даже увеличение числа электронов на внешней оболочке (например, у фтора по сравнению с кислородом) не приводит к увеличению размеров атома. Наоборот, размеры атома фтора меньше, чем атома кислорода.
7) При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ АТОМНЫЕ РАДИУСЫ элементов РАСТУТ, потому что заполнено больше электронных оболочек.
С позиции строения атома объяснимо положение Н в периодической системе. Атом Н – имеет 1е, который может быть отдан атомам других элементов. Т.к это свойство проявляют атомы всех элементов, начинающих периоды, - то и Н должен стоять в главной подгруппе 1 группы.
Поскольку атом Н обладает способностью, подобно атомам галогенов, присоединять 1 е (Н +е = Н-), т.е. проявляет НеМе свойства, он должен находится в главной подгруппе 7 группы. Такая двойственность в химическом поведении водорода является причиной того, что его помещают в двух подгруппах.
В четырех местах ПС элементы расположены не в порядке возрастания их атомных масс:
Аr (39,948) - К (39,098),
Со (58,933) – Ni (58,70).
Те (127,60) - I(126,904),
Тh (232,038) - Ра (231,035).
Эти отступления считали недостатками ПС. Учение о строении атомов объяснило указанные (недостатки) отступления. Ранее был сделан вывод, что свойства элемента зависят от величины положительного заряда ядра, а не от атомных масс. Опытное определение зарядов ядер четырех пар элементов подтвердило, что Д.И.Менделеев расположил их правильно:
18Аr - 19К , 27Со –28 Ni , 52Те - 53I, 90Тh - 91Ра .
Как же объяснить то, что атомная масса аргона больше атомной массы К. Как правило, атомная масса элемента равна среднему значению массовых чисел его изотопов. Очевидно, атомная масса аргона в основном определяется изотопом с большим массовым числом, тогда как у калия преобладает изотоп с меньшим массовым числом. Т.о. с точки зрения величин зарядов атомных ядер элементы расположены правильно.
Закономерности изменение свойств атомов, простых веществ и соединений, образованных химическими элементами, в пределах главных подгрупп и периодов системы Д.ИМ.Менделеева.
Значение Периодического закона Д.И.Менделеева.
ПЗ Д.И.Менделеева имеет исключительное значение. Он положил начало современной химии, сделал, ее единой целостной наукой элементы стали рассматриваться во взаимосвязи в зависимости от того, какое место они занимают в периодической системе.
Учение о строении атома привело к открытию атомной энергии и использованию ее для нужд человека. ПЗ является первоисточником всех открытий химии и физики ХХ в. ПЗ и система лежат в основе решения современных задач химической науки и промышленности. С учетом ПС ведутся работы по получению новых полимерных и полупроводниковых материалов жаропрочных сплавов, веществ с заданными свойствами, использованию ядерной энергии, исследуются недра.
3) Химическая связь. Параметры химической связи: энергия связи, длина связи, валентный угол. Виды химической связи. Причины образования химической связи. Зависимость энергии молекулы Н2 от межъядерного расстояния.
Атомы большинства элементов могут взаимодействовать между собой или атомами других элементов с образований молекулярных частиц.
И теоретические, и экспериментальные данные показывают, что в результате получается система, состоящая из атомных ядер и окружающих их валентных электронов.
Химической связью называется совокупность взаимодействующих ядер и электронов, приводящая к образованию молекул.
К основным параметрам, характеризующим химическую связь относят:
а) энергию связи;
б) длину связи;
в) валентные угол, если молекула угловая.
Энергия связи Есв - это энергия которую необходимо затратить для её разрыва, при этом молекула должна быть в основном (не возбуждённом) состоянии, то есть Есв - это величина, определяющая прочность связи. Чем больше Есв, тем прочнее связь.
Единица измерения Есв - кДж/моль.
По величине Есв можно судить и о реакционной способности молекулы.
Длина связи - это среднее расстояние между ядрами атомов, соответствующее min E системы.
1) В ряду аналогичных молекул длина связи изменяется закономерно. Например, в ряду галогеноводородов сверху вниз длина связи увеличивается с возрастанием радиуса атома, а энергия связи - уменьшается и соответственно возрастает реакционная способность, а электроотрицательность- уменьшается.
2) В молекулах, близких по химической природе в пределах одного гомологического ряда длины связей между ядрами элементов мало различаются, т.е. можно считать постоянными. Например, длины связей С-С в предельных углеводородах.