Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

Вітаємо вас, одинадцятикласники та одинадцятикласниці!

Цього навчального року ви: поглибите й розширите знання з неорганічної та загальної хімії, набуті в попередні роки; вивчите хімію неметалічних і металічних елементів згідно з їхнім положенням у періодичній системі хімічних елементів і будовою атомів; установите причиново-наслідкові зв’язки між фізичними та хімічними властивостями найважливіших сполук елементів та їхнім використанням; конкретизуєте уявлення щодо поширення металічних і неметалічних елементів у природі та найважливіших способів добування металів і неметалів; дізнаєтеся про роль хімії у створенні нових матеріалів, розвитку нових напрямів технологій, розв’язанні продовольчої, сировинної, енергетичної, екологічної проблем; узагальните світоглядні питання щодо місця хімії поміж інших наук про природу; ознайомитеся із зеленою хімією як новою філософією сучасного розвитку хімічної індустрії, наукових досліджень та світогляду молодого покоління хіміків; удосконалите вміння безпечно поводитися з найпростішим лабораторним обладнанням і реактивами, безпечно виконувати хімічні досліди; застосуєте відомі вам методи пізнання під час демонстрування хімічних дослідів учителем або вчителькою хімії та власноручного виконання їх на уроці чи в позаурочний час; навчитеся розв’язувати нові типи розрахункових задач із хімії; використаєте вміння працювати з навчальною літературою та іншими джерелами інформації для розширення свого світогляду; розвинете здатність мислити абстрактно та образно, критично сприймати й аналізувати інформацію.

Реалізувати ці завдання вам допоможе підручник хімії. Роботу з ним вам полегшать такі умовні позначення (піктограми):

Підручник хімії виконуватиме функції своєрідного «тренажеру», на якому ви зможете вправлятися в сприйманні та обробленні інформації різного формату - алгоритмічних приписів, табличних даних, графіків, діаграм. Вироблення навичок сприймати інформацію й після належного оброблення застосовувати в практичній діяльності забезпечить зростання вашої інформаційної компетентності.

Хімія приваблива ще й тим, що її положення та висновки часто можна перевірити експериментально. У підручнику є вичерпні інструкції до виконання лабораторних дослідів і практичних робіт. Неухильно дотримуйтеся правил безпеки! Це важливо не тільки під час виконання навчальних дослідів, а й у повсякденному житті.

Жоден підручник не в змозі задовольнити потребу допитливого учнівства в пізнанні. Використовуйте для самоосвіти найрізноманітніші джерела інформації (додаткову літературу, Інтернет, повідомлення ЗМІ). Учіться критично сприймати інформацію, перевіряти й осмислювати її. Виробляйте власне ставлення до неї, аргументуйте свою позицію. Це допоможе вам стати успішними, компетентними особистостями, справжніми громадянами та громадянками України.

Ми віримо у вас, УЧНІ та УЧЕНИЦІ, і зичимо вам успіхів!

Авторки

Тема 1. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів

Доти, доки не було науково обґрунтованих уявлень про модель (або моделі) атома, не можна було пояснити фізичну сутність явища періодичності; тобто закон періодичності й система елементів, які давали змогу пояснити й передбачити багато того, що належить до сфери вивчення матерії, самі не були пояснені - у цьому й полягав їхній певний емпіризм.

Ю. Соловйов

• Грец. έμπειρία — досвід. Поясніть, про що, на вашу думку, ідеться в епіграфі. Перевірте свої міркування за допомогою додаткових джерел інформації.

§ 1. Принцип «мінімальної енергії». Електронні формули атомів s-, p-, d-елементів та їхні графічні варіанти

Після опрацювання параграфа ви зможете:

• називати s-, p-, d-елементи за їхнім місцем у періодичній системі;
• наводити приклади s-, p-, d-елементів;
• складати з урахуванням принципу «мінімальної енергії» електронні формули атомів s- та р-елементів 1-4 періодів, Феруму (d-елемента), а також графічні варіанти цих формул;
• аналізувати відмінності електронних конфігурацій атомів s-, p-, d-елементів (Ферум) 1-4 періодів.

Принцип «мінімальної енергії», електронні формули атомів і графічні варіанти цих формул не є новими для вас поняттями. Щоб з’ясувати, що ви вже знаєте та вмієте, проаналізуйте наведені далі твердження. Оцініть відповідність інформації, закладеної в них, вашим попереднім навчальним здобуткам. Зверніть увагу, що деякі слова пропущено, тож вам доведеться випробувати себе в ролі дешифрувальника чи дешифрувальниці. Успішно впоратися із завданням вам допоможуть рисунки 1.1-1.5 та дружня допомога.

Рис. 1.1. Розташування в просторі 1-s-орбіталі та р-орбіталей

Твердження:

1) частину простору в атомі, де перебування електрона є найімовірнішим, називають електронною ...; 2) електрони з орбіталями ... форми називають s-електронами; 3) електрони з орбіталями гантелеподібної ... називають ...-електронами; 4) електрони займають енергетичні рівні послідовно, за збільшенням їхньої енергії (рис. 1.2): спочатку перший енергетичний рівень, потім - другий, третій тощо. Цей принцип називають «принципом ... енергії»; 5) енергія 3-d підрівня ... за енергію 4-s підрівня; 6) заповнення орбіталей починається з рівня, розташованого найближче до ... атома; 7) електрони, що перебувають в орбіталях однакової форми й розміру, мають однакову ...; 8) електронна ... атома - це умовний запис послідовності його орбіталей із зазначенням кількості електронів у них. Її графічний варіант дає уявлення про кількість спарених і ... електронів в атомі. Частину електронної формули зазвичай замінюють узятим у квадратні дужки символом інертного елемента попереднього періоду. Наприклад, скорочена електронна формула атома Сульфуру така: [...] 3s²3p⁴.

Рис. 1.2. Енергетичні рівні й підрівні

Рис. 1.3. 1. Електронна формула атома Гелію. 2. Графічний варіант електронної формули атома Нітрогену

• Зобразіть графічний варіант електронної формули атома Гелію та запишіть електронну формулу атома Нітрогену.

9) в атомах s-елементів електрони заповнюють ...-підрівень зовнішнього енергетичного рівня, в атомах р-елементів - ...-підрівень зовнішнього енергетичного рівня. В атомах елементів побічних підгруп - d-елементів - передзовнішній d-підрівень заповнюють d-електрони.

• 1. Яка максимальна кількість електронів на третьому енергетичному рівні? 2. Скільки підрівнів на четвертому енергетичному рівні? Шостому тощо? 3. Енергія електронів якого підрівня вища: 1s чи 2s, 2s чи 2р, 3d чи 4s? 4. Заповніть таблицю за зразком:

Номер рівня	1	2		3			4
Позначення підрівнів	s	s	p	s	p	d	s	p	d	f
Кількість електронних орбіталей						5				7
Максимальна кількість електронів

5. Проаналізуйте речення «Sober Physicists Don’t Find Giraffes Hiding In Kitchens». Висловте припущення, для чого запропоновано цей мнемонічний (грец. τα μνημονιχα - мистецтво запам’ятовування) прийом.

Цікаво і пізнавально

Назви орбіталей (s, р, d та f) походять від якісних характеристик спектральних ліній пов’язаних з ними атомних орбіталей: sharp (гострий), principal (головний), diffuse (розпливчастий), fundamental (фундаментальний). Наступні назви дають за абеткою.

Складати електронні формули атомів s-елементів 1-4 періодів та р-елементів 2 й 3 періодів з огляду на принцип «мінімальної енергії» ви навчилися у 8 класі:

Рис. 1.4. Електронні формули s-елементів 1-4 періодів та р-елементів 2 й 3 періодів

• Проаналізуйте рисунок 1.4 та: а) поясніть, чому в атомах Калію та Кальцію електрони розташовані на 4s-, а не на 3d-підрівні; б) складіть скорочені електронні формули кількох s- та р-елементів на свій розсуд.

Складімо електронну формулу елемента четвертого періоду - Феруму. Електрони в його атомі перебувають на чотирьох енергетичних рівнях. Скорочена електронна формула атома Феруму в основному стані така: [Ar] 3d⁶4s². Розподіл електронів за енергетичними рівнями та підрівнями в атомі Феруму схематично зображено на рисунку 1.5.

Рис. 1.5

• До яких елементів — s- p- чи d- — належить Ферум? Чому?

http://www.rsc.org/periodic-table

http://periodictable.com/

http://toutestquantique.fr/en/atoms/

ПРО ГОЛОВНЕ

• Електронна орбіталь - частина простору в атомі, де перебування електрона є найімовірнішим.

• Електронні орбіталі розрізняють за розміром і формою.

• Електрони заповнюють орбіталі послідовно за зростанням їхньої енергії.

• Електрони розташовані навколо атомного ядра по енергетичних рівнях.

• Електронна формула атома - це умовний запис послідовності його орбіталей із зазначенням кількості електронів у них. Її графічний варіант дає уявлення про кількість спарених і неспарених електронів в атомі.

• За ознакою забудови відповідного енергетичного рівня хімічні елементи класифікують на s-, р-, d-елементи тощо.

Перевірте себе

• 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

• 2. Порівняйте: a) 1s- і 2s-opбіталi; б) 2s- і 2р-орбіталі; в) 2р_х- і 2р_у-орбіталі; г) 2р_х- і 3р_х-орбіталі. Результати порівняння оформте як таблицю або діаграму Венна.
• 3. Визначте кількість енергетичних рівнів в атомах: а) Оксигену; б) Хлору; в) Феруму; г) Цезію.
• 4. Обчисліть максимально можливу кількість електронів на четвертому енергетичному рівні.
• 5. Визначте кількість електронів на другому енергетичному рівні: а) мінімальну й максимально можливу - спарених; б) мінімальну й максимально можливу - неспарених.
• 6. Визначте хімічні елементи за їхніми скороченими електронними формулами: а) [Ar]4s²3d⁵; б) [Kr]5s²4d¹⁰5p⁶.
• 7. Проаналізуйте електронні формули атомів елементів другого періоду. Який фрагмент у них спільний? Електронній формулі якого хімічного елемента він відповідає? Запишіть скорочені електронні формули атомів кількох хімічних елементів другого періоду. Спрогнозуйте, електронним формулам атомів яких хімічних елементів відповідатимуть фрагменти, повторювані в електронних формулах атомів хімічних елементів наступних періодів.
• 8. Складіть скорочені електронні формули: а) катіона - складника кухонної солі; б) двозарядного аніона найпоширенішего на Землі хімічного елемента; в) тризарядного катіона найпоширенішого в земній корі металічного елемента; в) аніона неметалічного елемента, сполуки якого в складі зубних паст використовують для профілактики карієсу. Порівняйте їх.
• ^*9. Яка додаткова інформація потрібна, щоб визначити, йон якого хімічного елемента має електронну формулу 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶? Складіть кілька завдань на визначення хімічних елементів 1-20 за електронними формулами їхніх йонів.

Творча майстерня

• 10. Придумайте мнемонічні правила для запам’ятовування принципів заповнення електронами енергетичних рівнів і підрівнів.
• 11. Виготовте: а) моделі s- і р-електронних орбіталей з повітряних кульок округлої й видовженої форм; б) збірно-розбірну модель для демонстрування заповнення електронами орбіталей в атомі (модель може бути площинною або об’ємною, магнітною, з використанням текстильних застібок-липучок тощо на ваш розсуд).