Повторение. Периодический закон и Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Строение вещества

I. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Основные понятия:

1. Порядковый номер химического элемента - номер, данный элементу при его нумерации. Показывает общее число электронов в атоме и число протонов в ядре, определяет заряд ядра атома данного химического элемента.

2. Период – химические элементы, расположенные в строчку (периодов всего 7). Период определяет количество энергетических уровней в атоме.

Малые периоды (1 – 3) включают только s- и p- элементы (элементы главных подгрупп) и состоят из одной строчки; большие (4 – 7) включают не только s- и p- элементы (элементы главных подгрупп), но и d- и f- элементы (элементы побочных подгрупп) и состоят из двух строчек.

3. Группы – химические элементы, расположенные в столбик (групп всего 8). Группа определяет количество электронов внешнего уровня для элементов главных подгрупп, а так же число валентных электронов в атоме химического элемента.

Главная подгруппа (А) – включает элементы больших и малых периодов (только s- и p- элементы).

Побочная подгруппа (В) – включает элементы только больших периодов (только d- или f- элементы).

4. Относительная атомная масса (A_r) – показывает, во сколько раз данный атом тяжелее 1/12 части атома ¹²С, это безразмерная величина (для расчётов берут округлённое значение).

5. Изотопы – разновидность атомов одного и того же химического элемента, отличающиеся друг от друга только своей массой, с одинаковым порядковым номером.

II. Строение атома

Основные понятия:

1. Электронное облако – это модель квантовой механики, описывающая движение электрона в атоме.

2. Орбиталь (s, p, d, f) – часть атомного пространства, в котором вероятность нахождения данного электрона наибольшая (~ 90%).

3. Энергетический уровень – это энергетический слой с определённым уровнем энергии находящихся на нём электронов.

Число энергетических уровней в атоме химического элемента равно номеру периода, в котором этот элемент расположен.

4. Максимально возможное число электронов на данном энергетическом уровне определяется по формуле:

N = 2n² , где n – номер периода

5. Распределение орбиталей по уровням представлено схемой:

6. Химический элемент – это вид атомов с определённым зарядом ядра.

7. Состав атома:

8. Состав атомного ядра: 

В состав ядра входят элементарные частицы – протоны (p) и нейтроны (n).

Т.к. практически вся масса атома сосредоточена в ядре, то округлённое значение A_rхимического элемента равно сумме протонов и нейтронов в ядре.

9. Общее число электронов в электронной оболочке атома равно числу протонов в ядре и порядковому номеру химического элемента.

Порядок заполнения уровней и подуровней электронами

1. Электронные формулы атомов химических элементов составляют в следующем порядке:

• Сначала по номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева определяют общее число электронов в атоме;
• Затем по номеру периода, в котором расположен элемент, определяют число энергетических уровней;
• Уровни разбивают на подуровни и орбитали, и заполняют их электронами в соответствии Принципом наименьшей энергии
• Для удобства электроны можно распределить по энергетическим уровням, воспользовавшись формулой N=2n² и с учётом того, что:

- у элементов главных подгрупп (s-;p-элементы) число электронов на внешнем уровне равно номеру группы.

- у элементов побочных подгрупп на внешнем уровне обычно два электрона (исключение составляют атомы Cu, Ag, Au, Cr, Nb, Mo, Ru, Rh, у которых на внешнем уровне один электрон, у Pd на внешнем уровне ноль электронов);

- число электронов на предпоследнем уровне равно общему числу электронов в атоме минус число электронов на всех остальных уровнях.

2. Порядок заполнения электронами атомных орбиталей определяется:

1.Принципом наименьшей энергии

Шкала энергий:

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s…

2. Состояние атома с полностью или наполовину заполненным подуровнем (т. е. когда на каждой орбитали имеется по одному неспаренному электрону) является более устойчивым.

 Этим объясняется «провал» электрона. Так, устойчивому состоянию атома хрома соответствует следующее распределение электронов:

 Cr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵, ане 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴,

т. е. происходит «провал» электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень.

3. Семейства химических элементов.

- Элементы, в атомах которых происходит заполнение электронами s-подуровнявнешнего энергетического уровня, называются s-элементами. Это первые 2 элемента каждого периода, составляющие главные подгруппы I иII групп.

- Элементы, в атомах которых электронами заполняется p-подуровень внешнегоэнергетического уровня, называются p-элементами. Это последние 6 элементов каждого периода (за исключением Iи VII), составляющие главные подгруппы III-VIII групп.

- Элементы, в которых заполняется d-подуровень второго снаружи уровня, называются d-элементами. Это элементы вставных декад IV, V, VI периодов.

- Элементы, в которых заполняется f-подуровень третьего снаружи уровня, называются f-элементами. К f-элементам относятся лантаноиды и актиноиды.

III. Периодический закон Д. И. Менделеева

1 марта 1869г. Формулировка периодического закона Д.И. Менделеева.

Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Современная формулировка периодического закона.

Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов, выражающейся в периодической повторяемости структуры внешней валентной электронной оболочки.

Основные положения

1. В периоде слева направо:

1) Относительная атомная масса – увеличивается

2) Заряд ядра – увеличивается

3) Количество энергоуровней – постоянно

4) Количество электронов на внешнем уровне - увеличивается

5) Радиус атомов – уменьшается

6) Электроотрицательность – увеличивается

Следовательно, внешние электроны удерживаются сильнее, и металлические (восстановительные) свойства ослабевают, а неметаллические (окислительные)  усиливаются.

2. В группе, в главной подгруппе сверху вниз:

1) Относительная атомная масса – увеличивается

2) Число электронов на внешнем уровне – постоянно

3) Заряд ядра – увеличивается

4) Количество энергоуровней – увеличивается

5) Радиус атомов - увеличивается

6) Электроотрицательность – уменьшается.

Следовательно, внешние электроны удерживаются слабее, и металлические (восстановительные)  свойства элементов усиливаются, неметаллические (окислительные)  - ослабевают.

3. Изменение свойств летучих водородных соединений:

1) В группах главных подгруппах с ростом заряда ядра прочность летучих водородных соединений уменьшается, а кислотные свойства их водных растворов усиливаются (основные свойства уменьшаются).

2) В периодах слева направо кислотные свойства летучих водородных соединений в водных растворах усиливаются (основные уменьшаются), а прочность уменьшается.

3) В группах с ростом заряда ядра в главных подгруппах валентность элемента в  летучих водородных соединениях не изменяется, в периодах слева направо уменьшается от IV до I.

4. Изменение свойств высших оксидов и соответствующих им гидроксидов (кислородсодержащие кислоты неметаллов и основания металлов):

1) В периодах слева направо свойства высших оксидов и соответствующих им гидроксидов изменяются от основных через амфотерные к кислотным.

2) Кислотные свойства высших оксидов и соответствующих им гидроксидов с ростом заряда ядра в периоде усиливаются, основные уменьшаются, прочность уменьшается;

3) В группах главных подгруппах у высших оксидов и соответствующих им гидроксидов с ростом заряда ядра прочность растёт, кислотные свойства уменьшаются, основные усиливаются;

4) В группах с ростом заряда ядра в главных подгруппах валентность элемента в высших оксидах не изменяется, в периодах слева направо увеличивается от I до VIII.

5. Завершенность внешнего уровня – если на внешнем уровне атома 8 электронов (для водорода и гелия 2 электрона)

6. Металлические свойства – способность атома отдавать электроны до завершения внешнего уровня.

7. Неметаллические свойства - способность атома принимать электроны до завершения внешнего уровня.

8. Электроотрицательность – способность атома в молекуле притягивать к себе электроны

9. Семейства элементов:

Щелочные металлы (1 группа «А») – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

Галогены (7 группа «А») – F, Cl, Br, I

Инертные газы (8 группа «А») – He, Ne, Ar, Xe, Rn

Халькогены (6 группа «А») – O, S, Se, Te, Po

Щелочноземельные металлы (2 группа «А») – Ca, Sr, Ba, Ra

10. Радиус атома – расстояние от ядра атома до внешнего уровня

IV. Задания для закрепления

№1. Решите задания теста

Задание №2:

Используя таблицу, изучите закономерности изменения свойств элементов в периоде.

 Ответьте на вопросы:

1. Что происходит в периоде с ростом № химического элемента:

- с зарядом ядра,

- числом электронов на внешнем энергоуровне,

- радиусом атома;

- притяжением электронов последнего уровня к ядру,

- способностью отдавать (металличность) и принимать (неметалличность) валентные электроны?

2. Как с ростом заряда ядра атома в периоде изменяются металлические, неметаллические, основные и кислотные свойства?