§ 10. Залежність властивостей елементів та їх сполук від електронної будови атомів

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• знати фізичну сутність порядкового номера елемента, номера періоду, групи, підгруп;

• розуміти залежність властивостей елементів і їх сполук від періодичної аміни електронних структур атомів;

• пояснювати аміну властивостей елементів і простих речовин у періодах і групах залежно від будови атома елемента; причину періодичної зміни властивостей елементів;

• порівнювати аміну властивостей елементів, простих речовин, оксидів і гідратів оксидів, що відбуваються зі зростанням зарядів атомних ядер у періоді та радіусів атомів У трунах;

• визначати вищу валентність елемента за Оксигеном і Гідрогеном залежно від розташування елемента в періодичній системі.

Пригадайте, як заповнюються енергетичні рівні елементів перших трьох періодів.

Учення про будову атомів допомогло розшифрувати фізичний зміст періодичного закону. Не порядковий номер елемента та відносна атомна маса є його основними характеристиками, а заряд ядра атома. Саме він визначає певну кількість електронів, структуру електроішої оболонки, та, відповідно, і властивості елементів.

Періодичність зміни властивостей елементів, а також їх сполук не важко пояснити, якщо добре розуміти й знати будову атомів і структуру електронних оболонок.

У 7 класі ви довідково ознайомилися з періодичною системою і навчилися зчитувати інформацію з однієї клітинки. Тепер, знаючи будову атомів елементів і структуру електронних оболонок, ви зможете легко виявляти й інші характеристики атома, зокрема:

а)    заряд ядра атома та кількість електронів в електронній оболонці;

б)    кількість енергетичних рівнів (що відповідає номеру період)');

в)    число електронів на зовнішньому енергетичному рівні (якщо елемент розташований у головній підгрупі);

г)    вищу валентність за Оксигеном (за номером групи);

г)    валентність за Гідрогеном у летких сполуках пеметалічних елементів з Гідрогеном (8 мінус номер групи);

д)    скласти формулу вищого оксиду та леткої сполуки неметал іч ного елемента з Гідрогеном тощо.

Розглянемо взаємозв’язок між розташуванням елементів у періодичній системі та їх властивостями.

Як уже відомо, кожний період починається лужним металічним елементом і закінчується інертним. Зі вростанням заряду атомних ядер відбувається плачне накопичення електропіч па зовнішньому енергетичному рівні. У зв'язку з цим спостерігається плачна зміна металічних властивостей елементів на неметалічні

Фізичний зміст номера періоду полягає в тому, що вій відповідає числу енергетичних рівнів атомів цього періоду. Отже, у періодичній системі сім разів повторюється структура зовнішнього енергетичного рівня атома Гідрогену ns'. Окрім Гідрогену, усі інші елементи з такою структурою є лужними металічними елементами. Характерною ознакою їх будови є найменша кількість електронів на зовігішньому енергетичному рівні. Наприкінці періодів, перед інертними елементами, розташовані найактивніші неметалічні елементи галогени. їх електронні оболонки можна подати загальною формулою ns²np'. До завершення зовнішнього енергетичного рівня бракує одного електрона. Це зумовлює подібність неметалічних властивостей. І, насамкінець, в інертних елементів енергетичний рівень завершений — пS²Hp⁶. Цим пояснюється причина їх хімічної інертності. Періодичне повторення властивостей хімічних елементів та їх сполук можна пояснити появою нового енергетичного рівня, що має однакову будову при переході від періоду до періоду. Тоді відбувається різка зміна властивостей па проміжку галоген інертний елемент — лужний метал.

Поділ елементів па підгрупи теж пояснюється особливістю заповнення електронами енергетичних рівнів. У елементів головних підгруп заповнюються S- та р-підрівні зовнішніх енергетичних рівнів, у побічних — <1- та f-підрівні передостанніх рівнів. Тобто в кожній підгрупі об’єднано елементи з подібною структурою зовнішнього енергетичного рівня. У елементів головних підгруп число електронів па зовнішньому рівні, як уже згадувалося, відповідає номеру групи. У побічних підгрупах елементи містять по одному або по два електрони на зовнішньому рівні, тому вони різняться властивостями. Наприклад, галогени є типовими неметал і ч ними елементами, а елементи підгрупи Марганцю металічні. Отже, у побічних підгрупах розташовані лише металічні елементи.

Спільною властивістю елементів однієї групи є вдатність віддавати максимальну кількість електронів зовнішнього енергетичного рівня па утворення хімічних зв’язків зіншими елементами. Отже, номер групи вказує па максимальну валентність елемента за Оксигеном. Якщо від числа 8 відняти числове значення номера групи, то можна обчислити валентність атомів елементів за Гідрогеном. У цьому полягає фізичний зміст номера групи.

Ураховуючи вищесказане, можемо зробити висновок про те, що в періодичній системі існують закономірності періодів і груп. Ці закономірності випливають із будови атомів елементів.

У періодах зліва направо послаблюються металічні властивості елементів і їх простих речовин, і посилюються пеметалічні.

У групах зверху вниз зі зростанням зарядів атомних ядер посилюються металічні властивості й послаблюються пеметалічні.

Залежність властивостей простих речовин і сполук з Оксигеном і Гідрогеном від розташування елемента в періодичній системі.

Звернемося знову до періодичної системи й простежимо, як поводять себе прості речовини, утворені елементами третього періоду, та оксиди, іідроксиди й леткі сполуки неметал іч-них елементів з Гідрогеном (див. табл. в, с. 58).

Зробимо висновки за даними таблиці 6. Зі зростанням зарядів атомних ядер і накопиченням електронів на зовнішній енергетичний рівень у періоді для простих речовин характерним є:

1)    зміна металічних властивостей на пеметалічні;

2)    для оксидів та гідроксидів — послаблення основних і посилення кислотних властивостей;

3)    у водних розчинах летких сполук пеметалічпих елементів із Гідрогеном посилюються кислотні властивості.

У вертикальні стовпці періодичної системи (підгрупи) потрапляють елементи, що мають однакову кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні. Тому утворені ними прості речовини проявляють подібні властивості. Зокрема, для простих речовин металів із зростанням зарядів атомних ядер і, відповідно, радіусів атомів, посилюється їх хімічна активність.

В оксидів і гідратів оксидів (основ), утворених цими елементами, посилюється основний характер.

Для простих речовин неметалів зі зростанням зарядів атомних ядер і радіусів атомів, хімічна активність послаблюється. В оксидів та гідратів оксидів (кислот), утворених цими елементами, кислотний характер посилюється.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВ ЧЕНЕ

• У межах одного періоду із зростанням зарядів атомних ядер спостерігається плавна зміна металічних властивостей елементів на неметалічні. Металічні властивості послаблюються, а немета-лічні — посилюються. Різка зміна властивостей спостерігається на проміжку галоген — інертний елемент — лужний метал.

• У оксидах і гідратах оксидів оснбені властивості послаблюються, а кислотні — посилюються.

• У водних розчинах летких сполук неметалічних елементів з Гідрогеном послаблюються оснбвні й посилюються кислотні властивості.

• Валентність елементів за Оксигеном у періодах зростає від 1 до 7, для елементів головних підгруп — відповідає номеру групи.

• Валентність нямятяпічних елементів у летких спплукях я Гідрогеном зменшується від 4 до 1.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1.    Поясніть, що означають для розкриття будови атома: а) порядковий номер елемента; б) номер періоду; в) номер групи, у якій розташований елемент.

2.    Позначте назву структурної частини періодичної системи, що починається лужним і закінчується інертним елементами:

А ряд; Б період; В група; Г підгрупа.

З Укажіть найбільш повну відповідь на запитання: «Якзмінюються властивості оксидів елементів на проміжку Li — C?»

А Посилюються оснбвні властивості;

Б посилюються кислотні властивості;

В послаблюються оснбвні властивості через амфотерні посилюються кислотні;

Г посилюються кислотні властивості через амфотерні послаблюються оснбвні.

4. Позначте, у якому із запропонованих рядів елементів посилюються металічні властивості:

A Li, Be, В; BNa,Mg,AI; BNa,K,Rb; TCu_fZn_iGa.

5.    Позначте, у якому випадку посилюються оснбвні властивості гідратів оксидів:

A NaOH, Mg (OH)₂, Al (OH)₃;

Б Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂;

В Cu(OH)₂, Zn(OH)₂, Ga(OH)₃;

Г Ba(OH)₂, Sr(OH)₂, Mg(OH)₂.

6.    Установіть відповідність між символом елемента, кількістю енергетичних рівнів в атомі та вищою валентністю за Оксигеном:

Символ    Кількість енергетичних    Вища валентність

елемента    рівнів    за Оксигеном

A Al;    14;    I III;

Б Br;    2 3;    ПО;

BNe;    3 2;    III VII.

7.    Розташуйте гідроксиди в порядку зростання кислотних властивостей:

A H₃PO₄; Б H₂CO₃; В HNO₃; Г H₂SiO₃.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Савчин