Хімія. 8 клас. Савчин

§ 11. Характеристика хімічних елементів за їх місцем у періодичній системі та будовою атома

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• характеризувати хімічні елементи за місцем у періодичній системі та будовою атома;
• прогнозувати властивості інших елементів, що входять до головних підгруп великих періодів.

Пригадайте, як залежать властивості елементів і їх сполук від електронної будови атомів.

З’ясуйте фізичну суть порядкового номера елемента, номерів періоду та групи.

Ви вже переконалися, що періодична система хімічних елементів є універсальною природною класифікацією усіх нині відомих науці елементів. Вона містить надзвичайно багато інформації про хімічні елементи й утворені ними прості та складні речовини. Тому за розташуванням елемента в періодичній системі можна подати досить широку його характеристику.

Розташування хімічних елементів у періоді та групі. Для прикладу візьмемо елемент 12 — Магній Mg.

Магній — це елемент 3 (малого) періоду, 3 ряду. У періоді він межує з Натрієм та Алюмінієм. Ураховуючи таке розташування, Магній є металічним елементом. У нього слабше виявлені металічні властивості, ніж у Натрію, але сильніше, ніж в Алюмінію.

Поясніть самостійно, чому це так.

Магній — елемент головної підгрупи II групи. У підгрупі знаходиться між Берилієм і Кальцієм. З огляду на таке оточення, можна дійти висновку про те, що в Магнію, порівняно з Берилієм, металічні властивості проявляються сильніше, але слабше, ніж у Кальцію.

Поясніть самостійно цю особливість.

Отже, можемо зробити висновок: Магній — металічний елемент. Проста речовина цього елемента — метал магній.

Пригадайте, з якими речовинами Магній може вступати в хімічну взаємодію. Напишіть рівняння реакцій.

Визначення будови атома. У періодичній системі знаходиться й ключ до визначення будови атомів хімічних елементів.

Розглянемо як приклад будову атома Магнію. Порядковий номер елемента — 12. Це означає, що протонне число Магнію — теж 12, а воно показує заряд ядра атома — +12. Електронна оболонка має 12 електронів, які розташовуються на трьох енергетичних рівнях (елемент знаходиться в третьому періоді). На зовнішньому енергетичному рівні в елементів головних підгруп кількість електронів відповідає номеру групи. Відповідно в атома Магнію — 2. Знаючи порядок заповнення електронами енергетичних рівнів, легко виявити, що на першому — їх 2, на другому — 8 і на третьому — 2. Перший і третій енергетичні рівні містять по два s-електрони, тобто утворюють під час руху навколо ядра s-орбіталі. Електони на цих орбіталях спарені. Другий енергетичний рівень містить 8 електронів, з них два — s-електрони та шість — р-електронів. Усі вони спарені. Третій енергетичний рівень — незавершений. До завершення бракує 6 електронів.

У періодичну систему часто вносять дані про будову електронних оболонок. Поглянувши на число електронів зовнішнього рівня, зразу можна виявити характер елемента — металічний чи неметалічний. У металічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні перебуває від 1 до 3 електронів.

Відносна атомна маса Магнію А_r — 24. Отже, у ядрі, крім 12 протонів, міститься 12 нейтронів.

Напишіть електронну та графічну електронну формули будови електронної оболонки атома Магнію.

Утворення складних сполук та їх хімічний характер. Для Магнію, як і для інших металічних елементів, властиво утворювати складні речовини — оксид і гідрат оксиду. Оскільки Магній розташований у головній підгрупі II групи, то його вища валентність за Оксигеном відповідає номеру групи — II. Отже, формула магній оксиду — MgO, а його гідрату — Mg(OH)₂. Характер оксиду — основний, відповідно гідрат оксиду — це основа.

Установіть за таблицею розчинності, розчинний чи нерозчинний у воді магній гідроксид.

Як типовий метал, Магній летких сполук з Гідрогеном не утворює.

Отже, характеристику елемента та його сполук за їх місцем у періодичній системі можна подати за таким алгоритмом.

1. Розташування в періодичній системі, порівняння хімічного характеру з сусідніми елементами в періоді та групі, характер простої речовини:

• а) приклади рівнянь реакцій, що підтверджують характер простої речовини.

2. Характеристика будови атома:

• а) протонне число, заряд ядра атома, кількість нейтронів у ядрі, число електронів в електронній оболонці;
• б) число енергетичних рівнів, підрівнів в електронній оболонці;
• в) число електронів на зовнішньому енергетичному рівні, завершений він чи ні;
• г) число електронів, яких бракує до завершення зовнішнього енергетичного рівня.

3. Характер складних речовин:

• а) формула оксиду й гідрату оксиду; валентність елемента в сполуках за Оксигеном;
• б) хімічний характер оксиду й гідроксиду: основний чи кислотний; приклади рівнянь реакцій, що підтверджують характер сполук;
• в) формула леткої сполуки неметалічного елемента з Гідрогеном; валентність елемента в ній.

Охарактеризуємо неметалічний елемент Сульфур за поданим вище алгоритмом.

Сульфур — це елемент головної підрупи VI групи. У підгрупі межує з Оксигеном і Селеном. Ці два елементи проявляють неметалічні властивості, тому й Сульфур є неметалічним елементом. Однак, ураховуючи те, що в періодах металічні властивості елементів послаблюються, а неметалічні — посилюються, у нього сильніше виявлені неметалічні властивості, ніж у Фосфору, але слабше, ніж у Хлору.

Сульфур як елемент 3 (малого) періоду, 3 ряду в підгрупі межує з Оксигеном і Селеном. Це означає, що порівняно з Оксигеном у нього слабше проявляються неметалічні властивості, але сильніше, ніж у Селену. Проста речовина — неметал. У періодичній системі порядковий номер Сульфуру — 16, що відповідає протонному числу в ядрі атома й одночасно вказує на його заряд — +16. Електронна оболонка має 16 електронів. Вони розташовуються на трьох енергетичних рівнях: на першому рівні — 2, на другому — 8 і на третьому (зовнішньому) — 6. Із цих електронів 2s- — спарені, 2р- — спарені й 2р- — неспарені. Енергетичний рівень незавершений. До завершення не вистачає двох електронів. Оскільки в неметалічних елементів кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні становить від 4 до 8, то Сульфур — типовий неметалічний елемент, а його проста речовина сірка — неметал.

Відносна атомна маса Сульфуру А_r — 32. У ядрі його атома міститься 16 нейтронів.

Формула вищого оксиду — SO₃; гідрату оксиду — H₂SO₄. Максимальна валентність за Оксигеном — VI. Це кислотний оксид, а його гідрат — сульфатна кислота. З курсу хімії 7 класу вам відомо, що, накопичуючись в атмосфері, сульфур(VІ) оксид сполучається з водою, утворюючи кислоту й спричиняючи тим самим кислотні дощі.

Пригадайте, яку шкоду завдають кислотні дощі довкіллю.

Формула леткої сполуки Сульфуру з Гідрогеном — H₂S, валентність елемента за Гідрогеном — 2. Гідроген сульфід горить з утворенням двох оксидів.

Напишіть самостійно рівняння реакції горіння гідроген сульфіду.

Треба зазначити, що зовнішній енергетичний рівень неметалічних елементів близький до завершення.

Охарактеризуйте самостійно елемент 15 за місцем у періодичній системі та будовою атома.

Добре знаючи характеристику елементів малих періодів, ви зможете за поданим алгоритмом характеризувати будову й властивості елементів великих періодів, що входять до головних підгруп періодичної системи.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• За місцем елемента в періодичній системі можна охарактеризувати цей елемент й утворені ним просту та складні речовини.
• Для повної характеристики будови атома необхідно володіти інформацією про фізичний зміст періодичного закону, зокрема: а) порядковий номер елемента; б) номер групи; в) у якій підгрупі елемент знаходиться.
• Характеристику простої та складних речовин, утворених елементом, здійснюють, ураховуючи те, з якими елементами він межує в періоді, підгрупі, закономірності періодів і груп, будову атома, хімічний характер речовин.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Визначте заряди ядер атомів і число електронів в електронній оболонці елементів із порядковим номером 6 і 11. Назвіть ці елементи.
• 2. Укажіть, який елемент проявляє сильніше виражені металічні властивості: а) Літій чи Берилій; б) Натрій чи Алюміній; в) Натрій чи Калій; г) Магній чи Кальцій; ґ) Калій чи Скандій.
• 3. Укажіть, який елемент проявляє сильніше виражені неметалічні властивості: а) Карбон чи Силіцій; б) Фосфор чи Сульфур; в) Нітроген чи Флуор; г) Силіцій чи Хлор.
• 4. Поясніть, як змінюються властивості елементів, їх простих речовин і сполук на проміжку Na — Mg — Al.
• 5. Охарактеризуйте за місцем у періодичній системі та будовою атомів хімічні елементи: а) 13; б) 17; в) 20.
• 6. Оберіть самостійно три елементи головної підгрупи II групи та поясніть зміну їх властивостей і сполук, утворених ними, залежно від будови атома.
• 7. Оберіть самостійно один металічний і один неметалічний елементи й охарактеризуйте їх за місцем у періодичній системі та будовою атомів.