Періодична система хімічних елементів з позицій теорії будови атома

Вивчення параграфа допоможе вам:

висловлювати судження про фізичну сутність: порядкового номера елемента в періодичній системі, номера періоду, групи та підгрупи; встановлювати максимальне значення валентності хімічного елемента з'ясувати причину наявності у короткій формі періодичної системи побічних підгруп (аналогічно груп Б у довгій формі періодичної системи): зрозуміти розташування за межами основної структури періодичної системи лантаноїдів та актиноїдів

Вивчаючи будову атома, вам неодноразово доводилося звертатись за тією чи іншою інформацією до періодичної системи хімічних елементів. Адже ви знаєте, що кожний елемент у періодичній системі займає постійне, чітко визначене місце (положення). За ним можна безпомилково дізнатися про: а) заряд ядра атома; б) кількість електронів в електронній оболонці атома; в) кількість енергетичних рівнів та ін. для кожного хімічного елемента. Настав час узагальнити одержані знання.

ПОРЯДКОВИЙ НОМЕР ЕЛЕМЕНТА В ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ ТА БУДОВА АТОМА. Порядковий номер має однакове значення з протонним числом. Отже, який порядковий номер хімічного елемента, стільки й протонів міститься в ядрі атома.

Величина позитивного заряду ядра атома однакова з порядковим номером хімічного елемента в періодичній системі. Кількість електронів в електронній оболонці атома теж дорівнює порядковому номеру.

Тобто, алгебраїчна сума зарядів протонів й електронів в атомі дорівнює нулю. Саме тому атом — електронейтральна частинка.

НОМЕР ПЕРІОДУ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ ТА БУДОВА АТОМА. Положення хімічного елемента в періоді періодичної системи визначає кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці атома.

Кількість енергетичних рівнів (електронних шарів) в електронній оболонці атома завжди дорівнює номеру періоду, в якому розташований хімічний елемент.

Це означає, що в усіх елементів одного періоду кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці атомів однакова. Переконаємося в цьому на прикладі будови електронних оболонок атомів Літію, Карбону, Неону.

Як бачимо, атоми кожного з розглянутих хімічних елементів мають по два енергетичних рівні, незважаючи на різну кількість електронів в електронній оболонці атома та на зовнішньому енергетичному рівні. Приклад 1 ілюструє практичне застосування знань про взаємозв’язок номера періоду з будовою атома.

Електронна оболонка атома якого з елементів — Аргентуму Ag, Стронцію Sr чи Кальцію Ca — має найменшу кількість енергетичних рівнів?

Розв’язання

1. Встановимо розташування зазначених хімічних елементів у періодах періодичної системи:

ApreHTj^rM під порядковим номером 47 розташований у 5 періоді. Стронцій (порядковий номер 38) теж елемент 5 періоду. Кальцій знаходиться у 4 періоді.

2. Знаючи, що кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці атома співпадає з номером періоду, робимо висновок, що електронні оболонки атомів Аргентуму та Стронцію мають по 5 енергетичних рівнів, а Кальцію — чотири.

Відповідь: найменша кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці атома Кальцію.

НОМЕР ГРУПИ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ ТА БУДОВА АТОМА. Положення хімічного елемента у групі періодичної системи тісно пов’язане з будовою електронних оболонок атомів. Так, в елементів головних підгруп короткоперіодичної системи та групах А довгоперіодичної системи номер групи співпадає з кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні електронної оболонки атома. Тобто, ватентні електрони в елементів цих підгруп розташовані на зовнішньому енергетичному рівні.

В елементів побічних підгруп короткоперіодичної системи та груп Б довгоперіодичної номер групи співпадає з з максимальною валентністю

атомів елемента у сполуках з Оксигеном (оксидах). Тобто, валентні електрони таких атомів розташовані не лише на зовнішньому енергетичному рівні, а й на попередньому енергетичному рівні.

Валентність елементів зі сталою валентністю і, як правило, максимальна валентність елементів зі змінною валентністю, співпадають з номером групи.

Знаючи це, ви зможете легко визначати валентність хімічного елемен та за його місцем у групі періодичної системи.

Чому неметалічний елемент Хлор і металічний елемент Манган належать до однієї групи? Складіть формули оксидів з максимальною валентністю цих елементів.

Розв’язання

1. З’ясуємо, про яку групу йдеться в умові пізнавального завдання.

Періодична система свідчить, що обидва елементи розташовані у

VII групі, але Хлор у головній підгрупі, а Манган — у побічній.

2. За номером групи робимо висновок, що кожен з атомів має по сім валентних електронів. У неметалічного елемента головної підгрупи Хлору всі вони розташовані на зовнішньому енергетичному рівні. У металічного елемента побічної підгрупи Мангану два з них (як у переважної більшості металічних елементів побічних підгруп) розміщені на останньому (зовнішньому) енергетичному рівні. Ще п’ять він використовує з тих, що перебувають на передостанньому рівні на підрівні d.

3. Розглянуті елементи можуть утворювати оксиди з максимальною валентністю VII:

НОМЕР ГРУПИ ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ ТА ЛЕТКІ СПОЛУКИ ЕЛЕМЕНТА З ГІДРОГЕНОМ. Номер групи дозволяє визначити валентність неметалічного елемента в його леткій сполуці з Гідрогеном. Вона дорівнює різниці між числом 8 і числом, що позначає номер групи.

Складіть формулу леткої сполуки з Гідрогеном та вищого оксиду неметалічного елемента з порядковим номером 52.

Розв’язання

1. З’ясовуємо, який елемент розташований у періодичній системі під номером 52 та до якої групи і підгрупи він належить.

Це елемент VT групи головної підгрупи Телур Те.

2. Визначаємо його валентність у леткій сполуці з Гідрогеном:

8-6 = 2.

3. Складаємо формулу леткої сполуки Телуру з Гідрогеном за валентністю

4. Складаємо формулу оксиду з найвищою валентністю Телуру Номер групи свідчить, що в такому оксиді Телур виявляє валентність VT

Зверніть увагу, що сума валентностей неметалічного елемента Телуру в його вищому оксиді й леткій сполуці з Гідрогеном дорівнює 8. Це правило поширюється й на інші неметал Ічні елементи, які утворюють сполуки з Гідрогеном та Оксигеном.

Уважно прочитайте сформульовані правила й до кожного з них наведіть і запишіть конкретні приклади.

Пересвідчіться, що періодична система відображає будову атомів хімічних елементів.

РОЗТАШУВАННЯ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ ЛАНТАНОЇДІВ ТА АКТИНОЇДІВ З ПОЗИЦІЇ ТЕОРІЇ БУДОВИ АТОМА. У параграфі 8 мова йшла про те, що властивості сполук металічних елементів лантаноїдів багато в чому схожі. Те ж саме можна сказати і про сполуки актиноїдів. Виявляється, що за цим стоїть однакова будова зовнішнього енергетичного рівня електронної оболонки атомів та заповнення електронами 4-го (лантаноїди) і 5-го (актиноїди) енергетичних рівнів підрівнів f. Тому їх називають / елементами.

МІСЦЕ МЕТАЛІЧНИХ І НЕМЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ З ПОЗИЦІЇ БУДОВИ ЕЛЕКТРОННИХ ОБОЛОНОК АТОМА. Розглянемо, як узгоджується з будовою електронних оболонок атомів місце металічних і неметалічних хімічних елементів у періодичній системі на прикладі елементів третього періоду. Ви вже знаєте, що періоди починаються (виняток перший період) металічним елементом. Закінчуються періоди інертними елементами (окрім 7-го), яким передують представники родини неметалічних елементів галогенів. Наведена у таблиці 9 інформація переконує в тому, що в межах третього періоду зі збільшенням порядкового номера хімічного елемента збільшується загальна кількість електронів в електронній оболонці та на зовнішньому енергетичному рівні. Отже, така будова електронних оболонок атомів елементів одного періоду обумовлює розташування металічних елементів на початку періодів, а неметалічних — у кінці. У таблиці 9 ви батате, що Натрій, Магній, Алюміній — металічні елементи, а Силіцій, Фосфор, Сульфур, Хлор, Аргон — неметалічні

Таблиця 9

Порівняння елементів третього періоду та їк деяких сполук

Розташування кожного хімічного елемента у періодичній системі знаходить пояснення з позицій теорії будови атома.

Зверніть увагу, що:

• металічні елементи на зовнішньому енергетичному рівні мають 1-3 електрони. Це менше половини електронів зовнішнього енергетичного рівня інертного елемента Аргону, де всі комірки заповнені спареними електронами;

• атоми неметалічних елементів мають на зовнішньому енергетичному рівні від 4 (порівняно з повністю заповненим зовнішнім енергетичним рівнем атома Аргону' — це половина) і більше електронів. Виняток становлять Гідроген, Гелій, Бор.

За наповненням електронами зовнішнього енергетичного рівня електронної оболонки атома можна визначити, до металічних чи неметалічних елементів належить конкретний елемент (існують винятки). У металічних елементів він містить 1-3 електрони, у неметалічних — 4-8 електронів.

Номер періоду, в якому розташований хімічний елемент і кількість енергетичних рівнів в електронній оболонці його атома співпадають.

Номер групи, в якій розташований хімічний елемент, і його вища валентність здебільшого співпадають.

З позиції теорії будови атома всі елементи однієї головної підгрупи мають однакову кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні і вона дорівнює номеру групи.

Наявність невеликої кількості електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів металічних елементів (1,2 рідше 3) зумовлює їхнє розташування на початку періодів, тоді як неметалічні елементи, маючи 4 і більше електронів на зовнішньому енергетичному рівні, розташовані у кінці періодів.

У періодах металічні елементи та їхніх сполук послаблюються, а неметалічні — посилюються. Що ближче до початку періоду розміщений елемент, то сильніше в нього виражені металічні властивості.

До появи сучасної теорії будови атома не існувало доведень, які 6 пояснювали інертний характер хімічних властивостей неметалічних елементів Vlll групи головної підгрупи — Гелію, Неону, Аргону та інших. Відтепер він пояснюється тим, що всі енергетичні комірки зовнішнього енергетичного рівня повністю заповнені спареними електронами. Такий рівень називається завершеним і вважається стійким:

У всіх інертних газів, окрім Гелію, зовнішній енергетичний рівень містить 8 електронів. Тому замість нульової групи, яку спочатку було додано до періодичної системи для розміщення в ній інертних хімічних елементів, їх помістили в головну підгрупу восьмої групи. Відтепер знайшла підтвердження ще одна залежність — елементи головних підгруп на зовнішньому енергетичному рівні мають стільки електронів, який номер групи (виняток становить Гелій).

Дайте визначення групи, підгрупи, періоду.

Використавши знання про будову електронних оболонок атомів, поясніть розташування Натрію на початку 3-го періоду, а Аргону — у кінці.

Виходячи з розташування Літію і Калію у періодичній системі, поясніть, до яких елементів — металічних чи неметалічних вони належать.

Як за положенням хімічного елемента в періодичній системі визначити:

а) величину заряду атома;

б) кількість енергетичних рівнів (електронних шарів) в електронній оболонці атома;

в) число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів хімічних елементів головних підгруп;

г) валентність неметалічного елемента у леткій сполуці з Гідрогеном.

Укажіть, електронна оболонка атома Берилію чи Алюмінію має однакову з Магнієм кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Ярошенко