Хімія. 8 клас. Гранкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 7. Періодична система хімічних елементів з позиції теорії будови атома

За багато років роботи над Періодичною системою Д. І. Менделєєв створив, як він сам писав, природну систему елементів. Природна — це така система, в якій кожний елемент стоїть на своєму місці, що відповідає його властивостям.

Правильність розташування елементів у таблиці підтвердилася під час вивчення будови атома. Якби Д. І. Менделєєв був живий у той час, коли вчені створювали теорію будови атома, і бачив, як чудово збігається положення елемента в Періодичній системі з будовою ядер і електронних оболонок атомів цього елемента, напевно, він був би цілком щасливий.

ЕЛЕКТРОННІ РОДИНИ Й СТРУКТУРА ПЕРІОДИЧНОЇ СИСТЕМИ

Згадаємо (або повторимо § 2), що в Періодичній системі Д. І. Менделєєва виділяють групи й періоди. У короткому варіанті Періодичної системи кожна група ділиться на головну (А) і побічну (Б) підгрупи.

Зіставимо розташування елементів у підгрупах та їхні електронні родини.

В атомах елементів, які перебувають у головних підгрупах І і ІІ груп, на зовнішньому рівні 1 або 2 електрони. Вони розташовуватимуться на орбіталі s-підрівня. Виходить, у головних (А) підгрупах І і ІІ груп розташовані s-елементи. До s-елементів належать також елементи 1-го періоду — Гідроген і Гелій.

Завдання

Знайдіть і назвіть s-елементи I (А) і ІІ (А) підгруп 2 і 3-го періодів.

Можлива відповідь: Літій, Берилій, Натрій, Магній.

Завдання

Знайдіть і назвіть будь-які три р-елементи 3-го періоду.

Можлива відповідь: Силіцій, Сульфур, Аргон.

В атомах елементів, які розташовані в головних підгрупах III—VIII груп, заповнюються орбіталі р-підрівня. Це р-елементи.

Всі елементи, які становлять побічні підгрупи, належать до d-елементів. d-елементи називають іще перехідними елементами, тому що вони ніби стоять на переході від s- до р-елементів.

Є ще хімічні елементи, в атомах яких заповнюються орбіталі f-підрівня. Їхні символи розташовані у два ряди внизу Періодичної системи (див. форзац).

— І навіщо це все вивчати? Я помітив, у таблиці клітинки із s-елементами розфарбовані в червоний колір, з р-елементами — у жовтий, з d-елементами — у синій. А внизу — зелені f-елементи! Я все знаю!

— А якщо таблиця не кольорова?

— А-а... у-у... Тоді треба вчити.

У довгоперіодному варіанті Періодичної системи простіше розібратися з електронними родинами: перші дві групи — s-елементи, потім ідуть d-елементи (тільки з 4-го періоду), і наприкінці шість груп — р-елементи. Ви можете користуватися тим варіантом таблиці, який зручніший для вас.

ДЕЯКІ ВАЖЛИВІ ПОНЯТТЯ, ЯКІ ПОВ'ЯЗУЮТЬ БУДОВУ АТОМА Й ПОЛОЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ

Щоби зіставити розташування елемента в Періодичній системі та його властивості з будовою атомів цього елемента, нам потрібно знати деякі важливі поняття. Якісь із них ми вже знаємо, з іншими будемо знайомитися.

Валентні електрони

• Валентними називають електрони, які можуть брати участь в утворенні хімічних зв'язків.

Для атомів елементів 1—3-го періодів — це електрони зовнішніх (останніх) рівнів.

Валентність

Це поняття вам знайоме із 7 класу. Повторимо: валентність — це здатність атома утворювати хімічні зв'язки.

Тепер ми можемо визначити чисельне значення валентності, спираючись на будову електронної оболонки атома.

• Чисельно валентність, як правило, дорівнює кількості неспарених електронів.

Це електрони зовнішнього (останнього) рівня. Але електрони на цьому рівні можуть бути спареними й неспареними. Як це зіставити з тим, що валентність дорівнює номеру групи (як ви вивчали в 7 класі)?

Завдання

Зобразіть електронно-графічну будову зовнішнього рівня атома Оксигену.

Скільки в нього неспарених електронів? Яка валентність Оксигену?

Відповідь 1 дивіться наприкінці параграфа.

Завдання

Зобразіть електронно-графічну будову зовнішнього рівня атома Літію.

Скільки в нього неспарених електронів? Яка валентність Літію?

Відповідь 2 дивіться наприкінці параграфа.

Отже, ми бачимо, що в атомі Оксигену два неспарених електрони, значить, він двовалентний. В атомі Літію один неспарений електрон. Він одновалентний. І Оксиген, і Літій проявляють постійну валентність, іншого значення валентності в них немає. Але є елементи, в яких кілька значень валентності.

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Розглянемо, що відбувається в атомах елементів зі змінною валентністю. Зобразимо електронно-графічну будову зовнішнього рівня атома Фосфору.

На зовнішньому рівні три неспарених електрони. Це основний стан атома. Валентність Фосфору в основному стані дорівнює трьом.

Однак під час одержання додаткової енергії, наприклад у разі зіткнення атомів або поглинання світла, можливий перехід електрона з одного підрівня на інший у межах одного рівня:

Такий процес називають промотуванням.

У промотованому стані в атомі Фосфору вже п'ять неспарених електронів, отже, він п'ятивалентний. От так і виходить, що атом має змінну валентність.

У атомі Хлору на зовнішньому рівні сім електронів, з урахуванням промотування максимальна валентність дорівнює VII.

Завдання

Визначте вищу валентність для таких елементів: S, Se, Br, Al.

Відповідь 3 дивіться наприкінці параграфа.

Оскільки число електронів на зовнішньому рівні дорівнює номеру групи, можна зробити висновок, що вища валентність також дорівнює номеру групи.

• Валентність, що дорівнює номеру групи, називають вищою валентністю.

Зверніть увагу, валентність елементів IА—IIIА підгруп постійна й дорівнює номеру групи. Для елементів зі змінною валентністю тільки одна з валентностей є вищою. В елементів Нітрогену, Оксигену, Флуору вища валентність не дорівнює номеру групи.

— Так що, треба щоразу для визначення валентності записувати будову зовнішнього рівня атома?

— Не обов'язково. Можна порахувати так: перша — вища валентність, дорівнює номеру групи, потім віднімаємо цифру 2 — одержуємо наступну валентність, потім, якщо можна, ще віднімаємо 2 і т. д.

Наприклад, для елементів IV групи можливі валентності IV і (4-2) II.

Для елементів VII групи — VII, (7-2) V, (5-2) III, (3-2) I.

ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ

• Електронегативність (ЕН) — це сила, з якою атом притягує до себе електрони інших атомів.

Чим більше значення електронегативності, тим сильніше ядро притягує й утримує як власні валентні електрони, так і валентні електрони, отримані від інших, сусідніх атомів.

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Хіміки оцінюють електронегативність атома, порівнюючи величини енергії, яка виділяється під час приєднання електрона до атома, і енергії, яку потрібно витратити, щоби відірвати електрон від атома. Однак найчастіше використовують більш просту величину, запропоновану Нобелівським лауреатом Лайнусом Полінгом, — відносну атомну електронегативність.

Чисельні значення електронегативності можна знайти в таблиці «Відносні електронегативності» (табл. 3).

Таблиця 3

Відносні електронегативності елементів

Приклад

Розгляньте таблицю електронегативності. Знайдіть елемент із найвищою електронегативністю. Це... Флуор. Він буде відтягувати на себе валентні електрони навіть від атома Оксигену, який, у свою чергу, посідає друге місце за величиною електронегативності. А тепер знайдіть елементи з найнижчою електронегативністю. Знайшли? Це елементи ІА групи.

Зверніть увагу, що атоми з високою електронегативністю, наприклад Флуор, Оксиген, утворюють молекули активних неметалів — фтору та кисню, а з атомів елементів із низькою електронегативністю, наприклад, ІА і IIА підгруп утворюються метали — лужні й лужноземельні. У формулах зазвичай на першому місці пишуть символ елемента з нижчою електронегативністю.

МЕТАЛІЧНІ Й НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ

Із розподілом усіх елементів на металічні й неметалічні ви знайомилися ще в 7 класі.

• Металічними називають ті елементи, атоми яких утворюють прості речовини — метали, а атоми неметалічних елементів утворюють прості речовини — неметали.

До металічних елементів належать s-елементи (крім Гідрогену й Гелію), усі d- і f-елементи, а також частина p-елементів. До неметалічних — s-елементи Гідроген і Гелій і частина p-елементів.

Як же визначити, де в Періодичній системі металічні й неметалічні елементи? Треба провести діагональ від Бору до Астату. Це зручно зробити в довгому варіанті Періодичної системи. Елементи, які перебувають на цій прямій і правіше, — неметалічні елементи, елементи, розташовані лівіше, — металічні (табл. 4, 5).

Таблиця 4

Розташування металічних і неметалічних елементів у Періодичній системі Д. І. Менделєєва (довгий варіант)

Таблиця 5

Розташування металічних і неметалічних елементів у Періодичній системі Д. І. Менделєєва (короткий варіант)

• Порівнюючи електронегативності елементів, ми бачимо, що металічні елементи легше віддають електрони під час утворення сполук з атомами інших елементів, а неметалічні елементи активніше електрони забирають. Це досить умовно, але слід запам'ятати. Тому прийнято вважати, що зі збільшенням електронегативності неметалічні властивості елементів підсилюються, а металічні властивості слабшають.

ВІДПОВІДІ ДО ЗАВДАНЬ ПАРАГРАФА

Відповідь 1. Електронно-графічна будова зовнішнього рівня атома Оксигену:

Відповідь 2. Електронно-графічна будова зовнішнього рівня атома Літію:

Відповідь 3. Вища валентність елемента дорівнює номеру групи, в якій він розміщений. Таким чином з'ясовуємо, що Сульфур розташований у VI групі, відповідно, його вища валентність — VI. Селен також у VI групі, отже, його вища валентність така ж сама — VI. Бром розміщений у VII групі, відповідно, він має вищу валентність VII. Щодо Алюмінію, то його група — III і вища валентність теж III. У цього елемента тільки одне значення валентності.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

1. В яких групах і підгрупах у Періодичній системі перебувають s-елементи? p-елементи? d-елементи?
2. Укажіть, де в Періодичній системі розташовані елементи з постійною валентністю? зі змінною валентністю?
3. Які елементи називають металічними? неметалічними?
4. Визначте, як змінюється електронегативність елементів у группах? у періодах?
5. Які електрони називають валентними?
6. Чому чисельно дорівнює валентність?
7. Яке значення валентності називають вищою валентністю?
8. Що таке електронегативність? Назвіть елементи з найбільшою та найменшою електронегативністю.
9. Як можна визначити металічні й неметалічні елементи, застосовуючи поняття електронегативності?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Виберіть окремо символи s-елементів і p-елементів:

Na, K, Cl, H, S, Be, Cs, Se, Sn, He.

2. Виберіть окремо елементи з постійною та змінною валентністю:

Калій, Бор, Нітроген, Бром, Рубідій, Стронцій, Селен, Германій.

3. Визначте валентність атома Карбону. Підтвердьте свою відповідь електронно-графічною формулою.

4. Елемент у різних сполуках проявляє валентність, що дорівнює VII, V, III і I. Який це може бути елемент?

5. Визначте валентності в атомів: