Периодический закон Д.И.Менделеева. Периодическая система элементов. Химическая связь

Пример 1. Определить тип элемента мышьяка As по положению в перио-дической системе элементов Д.И.Менделеева.

Написать электронную формулу данного элемента, подчеркнуть подуровни, подтверждающие принадлежность элемента к указанному типу элементов.

Представить в виде квантовых ячеек электронные подуровни, определяющие тип элемента.

Написать значения всех четырех квантовых чисел для электронов внешнего и предвнешнего подуровней указанного элементов.

Сколько и какие электроны у данного элемента могут участвовать в обра-зовании химической связи? Какой тип химической связи в молекулах может образовывать данный элемент с другими элементами? Ответ мотивировать, ис-

ходя из электронной структуры атома этого элемента.

Решение:

Мышьяк As, элемент пятой группы, главной подгруппы периодической системы элементов. Значит, это элемент р – типа. Порядковый номер мышьяка – 33, это элемент четвертог8о периода. Следовательно, тридцать три электрона атома мышьяка расположены на четырех энергетических уровнях. Так как

мышьяк элемент р – типа, то количество электронов, находящихся на внешнем (четвертом) энергетическом уровне, равно номеру группы, т. е. пяти, а на предвнешнем (третьем) – восемнадцати. Количество электронов на первом, втором энергетических уровнях определяется формулой 2n². Электронная структура атома мышьяка записывается электронной формулой:

As 1s² 2s² 2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4р³

Заполненные р – уровни внешнего уровня электронами подтверждает принадлежность мышьяка к элементам р – типа.

Расположение электронов 4р³, определяющих тип элемента, по квантовым ячейкам в соответствии с правилом Гунда следующее:

Значения квантовых чисел для электронов 4s²4р³ представим в виде таблицы:

Таблица 1

Электроны	Квантовые числа и их числовые значения
n - главное	ℓ - орбитальное	m - магнитное	s - спиновое
4s2				+ , –
4р3			+1, 0, -1	+ , + , +

У элементов р – типа в образовании химической связи участвуют электроны внешнего энергетического уровня. Значит, у атомов мышьяка химическую связь образуют 4s² и 4р³ электроны. В химических реакциях атомы мышьяка могут отдавать три и пять электронов, приобретая окислительные числа (+3, +5). В реакциях с металлами и водородом атомы мышьяка принимают три электрона до восьмиэлектронного энергетического уровня, окислительное число атомов мышьяка в указанных соединениях равно (-3). В химических соединениях мышьяк образует ковалентную химическую связь.

Пример 2. Назвать сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m при орбитальном квантовом числе ℓ = 0, ℓ = 3.

Решение: Магнитное квантовое число m определяет ориентацию электронного облака в пространстве. Оно зависит от значения орбитального квантового числа ℓ, которое определяет форму электронного облака. Магнитное квантовое число может принимать может принимать любые целочисленные значения как положительные, так и отрицательные в пределах от + ℓ до – ℓ, так и нуль. Вообще, некоторому значению ℓ соответствует 2ℓ + 1 возможных значений магнитного квантового числа, т.е. 2ℓ + 1 возможных расположений электронного облака в пространстве.

При значениях ℓ = 0,т.е. для s – электронов m = 0, возможно одно значение;

ℓ = 3,т.е. для f – электронов m = –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3, возможны семь различных значений.

Пример 3.

На каком основании хлор и марганец помещают в одной группе, но разных подгруппах периодической системы элементов?

Решение:

Элементы, у которых валентные электроны расположены на орбиталях, описываемой общей для всех элементов формулой, называются электронными аналогами. В периодической системе элементов электронные аналоги входят в состав одной подгруппы. Напишем электронные формулы данных элементов:

CL 1s²2s² 2p⁶3s²3p⁵

Mn 1s²2s² 2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²

Валентные электроны хлора - 3s²3p⁵, а марганца - 3d⁵4s², таким образом эти элементы не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же электронной подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов, находится одинаковое число электронов – 7. На этом основании оба элемента совмещают одну и туже седьмую группу периодической системы, но разные подгруппы.

Пример 4. Какая из связей Н – Na, Н – N, Н – S, Н – P является наиболее полярной? К какому из атомов смещено электронное облако связи?

Решение: Пользуясь таблицей относительных электроотрицательностей, вычислить разность относительных электроотрицательностей соединяющих атомов, т.е. . Чем больше , тем более полярна связь:

= 2,1 – 1,01 = 1,09 смещение в сторону Н:

= 3,07 – 2,1 = 0,97 смещение в сторону N;

= 2,5 – 2,1 = 0,4 смещение в сторону S;

= 2,1 – 2,1 = 0 смещение отсутствует.

Наиболее полярна связь Н – Na.

Пример 5. Указать тип химической связи в молекулах веществ KJ и HJ. Схематично показать образование молекулы с ковалентной связью методом валентных связей.

Решение:

В молекуле KJ ионный тип связи, так как она образована атомами металла и неметалла. Атом калия, имея на внешнем энергетическом уровне один электрон, способен его отдавать, превращаясь в положительно заряженный ион (К⁺). Атом йода, имея на внешнем энергетическом уровне семь электронов, склонен присоединять один электрон до завершения внешнего энергетического уровня до восьми электронов, превращаясь в отрицательно заряженный ион (J^–). Между разнозаряженными ионами возникают силы электростатического притяжения.

В молекуле HJ связь между атомами водорода и йода ковалентная полярная, так как она образована атомами двух неметаллов с разной относительной электроотрицательностью. Связь между атомами водорода и йода образована общей парой электронов, полученной перекрыванием электронных облаков s – электрона атома водорода и одного Р – электрона атома йода. Но так как йод более электроотрицателен, чем водород, то общее электронное облако смещено в сторону атома йода, что приводит к появлению у атома йода эффективного отрицательного заряда, а у атома водорода – положительного. В молекуле HJ возникает диполь, и она является полярной.

3 Растворы. Способы выражения концентраций растворов.

Поиск по сайту: