Хімія. 8 клас. Савчин

§ 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 зміни електронних структур атомів;
  • пояснювати зміну властивостей елементів і простих речовин у періодах і групах залежно від будови атома елемента; причину періодичної зміни властивостей елементів;
  • порівнювати зміну властивостей елементів, простих речовин, оксидів і гідратів оксидів, що відбуваються зі зростанням зарядів атомних ядер у періоді та радіусів атомів у групах;
  • 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 електронної 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 періоду);
  • в) число електронів на зовнішньому енергетичному рівні (якщо елемент розташований у головній підгрупі);
  • г) вищу валентність за Оксигеном (за номером групи);
  • ґ) валентність за Гідрогеном у летких сполуках неметалічних елементів з Гідрогеном (8 мінус номер групи);
  • д) скласти формулу вищого оксиду та леткої сполуки неметалічного 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 зростанням заряду атомних ядер відбувається плавне накопичення електронів на зовнішньому енергетичному рівні. У зв’язку з цим спостерігається плавна зміна металічних властивостей елементів на неметалічні.

Фізичний зміст номера періоду полягає в тому, що він відповідає числу енергетичних рівнів атомів цього періоду. Отже, у періодичній системі сім разів повторюється структура зовнішнього енергетичного рівня атома Гідрогену ns1. Окрім Гідрогену, усі інші елементи з такою структурою є лужними металічними елементами. Характерною ознакою їх будови є найменша кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні. Наприкінці періодів, перед інертними елементами, розташовані найактивніші неметалічні елементи — галогени. їх електронні оболонки можна подати загальною формулою ns2np5. До завершення зовнішнього енергетичного рівня бракує одного електрона. Це зумовлює подібність неметалічних властивостей. І, насамкінець, в інертних елементів енергетичний рівень завершений — ns2np6. 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 на проміжку «галоген — інертний елемент — лужний метал».

Поділ елементів на підгрупи теж пояснюється особливістю заповнення електронами енергетичних рівнів. В елементів головних підгруп заповнюються s- та р-підрівні зовнішніх енергетичних рівнів, у побічних — d- та f-підрівні передостанніх рівнів. Тобто в кожній підгрупі об’єднано елементи з подібною структурою зовнішнього енергетичного рівня. В елементів головних підгруп число електронів на 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 неметалічними елементами, а елементи підгрупи Марганцю — металічні. Отже, у побічних підгрупах розташовані лише металічні елементи.

Спільною властивістю елементів однієї групи є здатність віддавати максимальну кількість електронів зовнішнього енергетичного рівня на утворення хімічних зв’язків з іншими елементами. Отже, номер групи вказує на 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 неметалічні.

У підгрупах зверху вниз зі зростанням зарядів атомних ядер посилюються металічні властивості й послаблюються неметалічні.

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, гідроксиди й леткі сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном (табл. 6, 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 неметалічні;
  • 2) для оксидів і гідроксидів — послаблення основних і посилення кислотних властивостей;
  • 3) у водних розчинах летких сполук неметалічних 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.

Таблиця 6

Зміна властивостей простих речовин, вищих оксидів, гідроксидів і летких сполук неметалічних елементів з Гідрогеном в елементів 3 періоду

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 і гідратів оксидів (кислот), утворених цими елементами, кислотний характер посилюється.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

  • У межах одного періоду із зростанням зарядів атомних ядер спостерігається плавна зміна металічних властивостей елементів на неметалічні. Металічні властивості послаблюються, а неметалічні — посилюються. Різка зміна властивостей спостерігається на проміжку галоген — інертний елемент — лужний метал.
  • В оксидах і гідратах оксидів основні властивості послаблюються, а кислотні — посилюються.
  • У водних розчинах летких сполук неметалічних елементів з Гідрогеном послаблюються основні й посилюються кислотні властивості.
  • Валентність елементів за Оксигеном у періодах зростає від 1 до 7, для елементів головних підгруп — відповідає номеру групи (окрім Гідрогену, Оксигену, Флуору).
  • Валентність неметалічних елементів у летких сполуках з 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.
  • 3. Укажіть найбільш повну відповідь на запитання: «Як змінюються властивості оксидів елементів на проміжку Li — С?»: А Посилюються основні властивості; Б посилюються кислотні властивості; В послаблюються основні властивості через амфотерні посилюються кислотні; Г посилюються кислотні властивості через амфотерні послаблюються основні.
  • 4. Позначте, у якому із запропонованих рядів елементів посилюються металічні властивості: A Li, Be, В; Б Na, Mg, Аl; В Na, К, Rb; Г Cu, Zn, Ga.
  • 5. Позначте, у якому випадку посилюються основні властивості гідратів вищих оксидів: A NaOH, Mg(OH)2, Аl(ОН)3; Б Mg(OH)2, Са(ОН)2, Sr(OH)2; В Cu(OH)2, Zn(OH)2, Ga(OH)3; Г Ва(ОН)2, Sr(OH)2, Mg(ОН)2.
  • 6. Установіть відповідність між символом елемента, кількістю енергетичних рівнів в атомі та вищою валентністю за Оксигеном:

Символ елемента

А Аl;

Б Br;

В Ne;

Кількість енергетичних рівнів

1 4;

2 3;

3 2;

Вища валентність за Оксигеном

I III;

II 0;

III VII.

  • 7. Розташуйте гідрати вищих оксидів у порядку зростання кислотних властивостей: А Н3РО4; Б Н2СО3; В HNO3; Г H2SiO3.