Методические указания для выполнения самостоятельной работы студентами специальностей 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» (стр. 2 из 12)

Таким образом, свойства химических элементов по мере возрастания их атомных масс имеют периодический характер.

3. Физический смысл порядкового номера элементов.

Современная формулировка периодического закона

После открытия периодического закона перед учеными вместо разрозненных, не связанных между собой веществ встала единая стройная система, объединившая в одно целое все химические элементы. Однако, расположив элементы в периодической системе в порядке возрастания атомных весов, Д.И. Менделеев вынужден был сделать исключения для трех пар элементов: Ar–K, Co–Ni, Te–I. Атомный вес аргона, кобальта, теллура больше атомного веса соответственно калия, никеля, йода. Расположить их иначе не позволяла совокупность известных свойств этих элементов.

Правильность размещения Ar, Со и Те в периодической системе была подтверждена в 1913 году, уже после смерти Д.И. Менделеева (1907 г.), английским ученым Мозли, который исследуя рентгеновские спектры различных элементов, определил заряды их ядер и установил, что порядковый номер элемента в таблице Д.И. Менделеева равен величине заряда его ядра.

Таким образом, было доказано, что химическая природа элемента определяется не атомным весом, а величиной заряда ядра.

Вследствие этого формулировка периодического закона претерпела некоторое изменение. Теперь она следующая:

Свойства элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра их атомов.

Эта формулировка не противоречит данной периодической системе Д.И. Менделеева, а лишь отражает более поздние представления о строении атома. Она позволила не только подтвердить правильность расположения в таблице аргона, кобальта и теллура, но и установить, что в первом периоде находятся всего два элемента, а также определить заряды ядер лантаноидов и их число.

4. Структура периодической системы Д.И. Менделеева

Периодический закон был оформлен Д.И. Менделеевым в виде периодической системы элементов. Существует много вариантов периодической системы. В России пользуются короткой, прямоугольной формой в виде таблицы, где по горизонтальной оси расположены периоды, по вертикальной – группы.

Период - это горизонтальный ряд элементов, в котором свойства изменяются от типичного металла до типичного неметалла и заканчиваются благородным газом (за исключением пока седьмого периода).Всего семь периодов:

1-й период содержит 2 элемента (ов)

2-й » 8 » малые периоды

3-й » 8 »

4-й » 18 »

5-й » 18 » большие периоды

6-й » 32 »

7-й » 18 » -незаконченный период

Для компактности и удобства пользования периодической системой 14 элементов из седьмого периода, очень сходных по своим химическим свойствам с лантаном, вынесены в отдельный ряд под названием лантаноидов.

По типу лантаноидов вынесены в отдельный ряд элементы, идущие за актинием, под названием актиноидов, правда разные по своим химическим свойствам (если для лантаноидов характерна валентность III, то у актиноидов она слишком различная, только после Cm у всех III).

Группа - вертикальная группировка элементов, в которой один под другим размещены сходные между собой элементы.

В современной периодической системе всего восемь групп. Каждая из них делится на главную и побочную подгруппы.

Главные подгруппы образованы вертикальными рядами элементов, начинающихся с элементов малых периодов, в которых сверху вниз нарастают металлические свойства. Так, например, в VII группе элементам главной подгруппы F, CI, Br, I соответствуют: F₂ и С1₂ - газы, Вг₂ - жидкость, I₂ - твердое кристаллическое вещество с металлическим блеском.

Побочные подгруппы составляют только элементы больших периодов, все они являются металлами и объединяются по сходным признакам.

Главные подгруппы обозначаются буквой А, побочные – буквой В. Римской цифрой впереди буквы обозначают к какой группе относится данная подгруппа, например IIIА, VВ и т.д.

Велико значение периодической системы. Вот некоторые высказывания авторитетных химиков-физиков:

«Периодическая система Менделеева явилась самым большим вкладом одного человека в общую химию всех элементов. Она обладала очень важным значением, как обобщение имеющихся в то время знаний, а также большой предсказательной силой, что с самого начала было доказано открытием новых элементов» (Дж. У. Липнет, Англия).

«Периодическая система позволила Д.И.Менделееву предсказать новые элементы и их свойства, исправить атомные веса и формулы химических соединений» (Я.К.Сыркин).

«Периодический закон, вскрывший глубочайшие принципы строения вещества, позволяет систематизировать все многообразие физико-химических свойств отдельных элементов и их соединений» (Г.Н.Флеров).

Таким образом, с открытием периодического закона появилась возможность предсказывать и описывать новые элементы и их соединения. На основе этого закона Д.И.Менделеевым были исправлены атомные массы многих элементов, заполнены все «пустые клетки» до 92-го элемента, а также открыты трансурановые элементы. Периодический закон оказал влияние на развитие различных отделов химии. Периодический закон имеет огромное философское значение - подтверждает общие законы развития природы.

4.1 Электронные конфигурации атомов элементов от водорода до криптона

Приведена энергетическая диаграмма заполнения атомных орбиталей электронами для элементов с порядковыми номерами 1 (Н) — 36 (Кг) в соответствии с принципами минимума энергии, запрета (принцип Паули) и максимальной мультиплетности (правило Хунда). Номера электронов отвечают последовательности заполнения электронами энергетических подуровней и равны порядковым номерам элементов в периодической системе.

Исключения:

₂₄Cr=ls²2s²2p⁶3s^a3p⁶3d⁵4s^I=[₁₈Ar]3d⁵4s¹, (а не 3d⁴4s² !),

₂₉Cu = ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹ = [₁₈Ar]3d¹⁰4s¹, (а не 3d⁹4s² !).

Эти конфигурации подтверждены экспериментально.

Таблица 2

Электронные конфигурации атомов элементов от водорода до криптона

Примеры выполнения заданий

Задание 1. Что общего и в чем различия в свойствах соединений иода и марганца?

Выполнение. Расположенный в одной группе с иодом марганец на последнем энергетическом уровне имеет два электрона, что указывает на то, что это - металл (все элементы побочных подгрупп являются металлами). В низшей валентности (два) он образует с кислородом соединения МnО - основной оксид и Мn(ОН)₂ - основание. Водородное соединение для металлов не характерно. Семивалентный марганец, подобно хлору, образует кислотный оксид Мn₂О₇ и кислоту НМnО₄. Кислородные соединения марганца с валентностью IV будут обладать амфотерными свойствами.

Вопросы для самоконтроля

1. Чем отличается современная формулировка периодического закона от формулировки, данной Д. И. Менделеевым? В чем состоит значение открытия Мозли?

2. Что называется периодом? Что общего у элементов, находящихся в одном периоде?

3. Что называется группой периодической системы? Что говорят буквы А и В после номера группы?

4. Как изменяются свойства элементов с увеличением порядкового номера?

5. Что общего у элементов, стоящих в одной подгруппе? В чем состоит сходство и различие у элементов, расположенных в разных подгруппах одной группы?

6. Почему стронций и кадмий, имеющие одинаковое строение внешней электронной оболочки, находятся в разных подгруппах?

Завершив изучение темы «Периодическая система Д.И. Менделеева»,вы должны знать:

- формулировки периодического закона;

- физический смысл порядкового номера;

- структуру периодической таблицы;

- периодически и непериодически изменяющиеся свойства, причины периодичности;

- уметь:

- сопоставлять различные свойства элементов, руководствуясь их положением в периодической системе.

Тема 2. Строение атома. Электронные формулы s-, p-, d- элементов первого – четвертого периодов периодической системы Д.И. Менделеева

1. Состав атомных ядер

2. Квантовые числа электронов в атоме. Принцип Паули

3. Электронные формулы. Правило Гунда (Хунда)

1. Состав атомных ядер

Для объяснения химических свойств веществ и их структуры важнейшее значение имеют электроны, протоны и нейтроны.

Заряд протона по величине равен заряду электрона, но противоположен ему по знаку. Массы протона и нейтрона примерно одинаковы и в 1840 раз превышают массу покоя электрона.

Согласно нейтронно-протонной теории число протонов в ядре равно заряду ядра, т. е. порядковому номеру элемента в периодической системе. Число нейтронов может быть найдено как разность между массовым числом А (массой атома, выраженной в а.е.м.) и числом протонов. Например, уран в таблице Д. И. Менделеева имеет порядковый номер 92 и массовое число 238. Это записывается так:

. Следовательно, ядро урана содержит 92 протона и 238 - 92 = 146 нейтронов. В результате появления кварковой гипотезы неитронно-протонная модель несколько модифицировалась. Стали считать, что ядро состоит из протонов и нейтронов, а те в свою очередь – из кварков.

Однако, совсем недавно физиками установлено, что ядро представляет собой сложное образование из кварков, которые то «расползаются» за границы протонов и нейтронов, то опять в них «собираются». Отметим, что теория, которая позволила бы количественно объяснить все известные свойства атомного ядра не создана. В данном курсе мы будем пользоваться нейтронно-протонной теорией, которая вполне удовлетворительно объясняет строение атома и его химические свойства.