Хімія. Повторне видання. 8 клас. Попель

§ 8. Періодичний закон і електронна будова атомів

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • зрозуміти фізичну суть періодичного закону;
  • дізнатися про класифікацію елементів за електронною будовою атомів;
  • прогнозувати можливі значення валентності елемента за кількістю зовнішніх електронів в атомі й місцем елемента в періодичній системі.

Фізична суть періодичного закону. Звернемо увагу на заповнення електронами зовнішніх енергетичних рівнів атомів перших 18 елементів (мал. 20). Ви бачите, що в природному ряду хімічних елементів кількість зовнішніх електронів в атомах та їх розміщення в орбіталях періодично повторюються. Наприклад, в атомах Гідрогену, Літію, Натрію на останньому енергетичному рівні перебуває один s-електрон, в атомах Гелію, Берилію, Магнію — два s-електрони, в атомах Флуору, Хлору — два s-електрони і п’ять p-електронів.

Мал. 20. Зовнішні енергетичні рівні атомів елементів перших трьох періодів

* У дужках наведено значення валентності елемента (єдине або максимальне).

Зовнішніх електронів в атомах елементів 2-го і 3-го періодів Літію, Берилію, Натрію, Магнію, Алюмінію небагато — від одного до трьох. Це — металічні елементи. Атоми неметалічних елементів містять зазвичай більше таких електронів — від 4 до 8. Отже, за кількістю зовнішніх електронів в атомах можна передбачити хімічний характер елемента.

Оскільки склад останнього енергетичного рівня атома впливає на хімічний характер елемента, то періодичність зміни електронної будови атомів елементів спричиняє періодичність змін складу і властивостей речовин. У цьому полягає фізична суть періодичного закону.

Класифікація елементів за електронною будовою атомів. В основу однієї з класифікацій хімічних елементів покладено електронну будову атомів. Залежно від типу орбіталі, в якій розміщуються електрони з найбільшою енергією (§ 5, схема 2), розрізняють s-елементи, p-елементи, d-елементи і f-елементи. Клітинки елементів кожного типу в періодичній системі мають певний колір — рожевий (s-елементи), жовтий (p-елементи), синій (d-елементи), зелений (f-елементи).

s-Елементи (крім Гелію) належать до головних підгруп І та ІІ груп, а р-елементи — до головних підгруп ІІІ—VIII груп. У побічних підгрупах містяться d-елементи, а f-елементи належать до побічної підгрупи III групи. Це — лантаноїди та актиноїди; їх винесено за межі основного поля періодичної системи.

Періодична система і валентність хімічних елементів. Існує зв’язок між розміщенням елементів у періодичній системі і значеннями їхньої валентності. Цей зв’язок ілюструють такі закономірності:

  • максимальне значення валентності елемента збігається з номером групи, в якій він перебуває;
  • значення валентності неметалічного елемента у сполуці з Гідрогеном або металічним елементом дорівнює різниці між числом 8 і номером групи, в якій розміщений неметалічний елемент;
  • неметалічні елементи парних груп мають парні значення валентності, а неметалічні елементи непарних груп — непарні значення валентності.

Підтвердимо наведені закономірності формулами сполук елемента VI групи Сульфуру:

Максимальні значення валентності певних хімічних елементів відрізняються від номерів відповідних груп періодичної системи. Наприклад, елемент VI групи Оксиген є двовалентним, а елемент VII групи Флуор — одновалентним. Чому це так, пояснимо нижче.

Електронна будова атомів і валентність хімічних елементів. Згідно з інформацією, наведеною на малюнку 20, номер групи, в якій перебуває s- чи р-елемент, збігається з кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома. Отже, валентність елементів визначається електронною будовою атомів і залежить не лише від кількості електронів, а й від їх розміщення в орбіталях. Атом Гідрогену має єдиний електрон (1s1); значення валентності цього елемента дорівнює 1. На другому (останньому) енергетичному рівні атома Літію перебуває один електрон (2s1), а атома Флуору — сім електронів (2s22p5), серед яких один є неспареним (⇅ ⇅ ⇅ ↑). Літій і Флуор — одновалентні елементи. В атомі Оксигену на зовнішньому рівні — шість електронів (2s22p4), у тому числі два неспарених (⇅ ⇅ ⇅ ↑); цей елемент двовалентний. Отже, кількість неспарених електронів в атомі вказує на можливе (іноді — єдине) значення валентності елемента1.

1 Значення валентності елементів головних підгруп ІІ і ІІІ груп відповідають кількості всіх зовнішніх електронів в атомах.

Карбон у своїх простих речовинах і сполуках (окрім чадного газу СО) є чотиривалентним, хоча на зовнішньому енергетичному рівні його атома перебуває лише два неспарених електрони. Під час поглинання цим атомом певної порції енергії його електронна будова змінюється — один електрон із 2s-орбіталі переходить у вакантну 2р-орбіталь, і кількість неспарених електронів збільшується до чотирьох:

Аналогічний перерозподіл електронів між орбіталями (в межах одного енергетичного рівня) відбувається в атомах Фосфору, Сульфуру, Хлору, багатьох інших елементів.

В атомах Оксигену і Флуору на останньому енергетичному рівні немає вільних орбіталей. Тому електронна будова атомів не може змінитися, й обидва елементи виявляють сталу валентність.

Атоми Гелію і Неону містять лише спарені електрони, а орбіталі останніх енергетичних рівнів є заповненими. Ці елементи не мають такої властивості, як валентність; їхні атоми не сполучаються між собою або з іншими атомами.

ВИСНОВКИ

Фізична суть періодичного закону полягає в тому, що зі зростанням зарядів ядер періодично змінюється електронна будова атомів, а це зумовлює періодичну зміну хімічного характеру елементів, їхньої валентності, складу та властивостей речовин.

За електронною будовою атомів розрізняють s-, p-, d- і f-елементи.

Номер групи, у якій міститься s- чи p-елемент, указує на кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома, а також на максимальне значення валентності елемента. Можливі значення валентності елемента збігаються з кількістю неспарених електронів у його атомі.

46. Поступово чи періодично змінюється зі зростанням порядкового номера хімічного елемента:

  • а) загальна кількість електронів в атомі;
  • б) кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні?

47. Випишіть у стовпчик символи хімічних елементів, що починаються з літери N. Після кожного символу вкажіть назву і тип відповідного елемента (s-, p-, d- чи f-елемент).

48. Елементи яких типів мають такі електронні формули атомів:

  • а) 1s22s22p63s2;
  • б) 1s22s22p1;
  • в) 1s22s22p63s23p4?

49. Не складаючи електронних формул, укажіть кількість електронів на останньому енергетичному рівні атомів Cl, Pb, As, Kr.

50. Назвіть кілька хімічних елементів, максимальне значення валентності яких дорівнює 7.

51. Укажіть можливі значення валентності хімічного елемента, якщо електронна формула його атома:

  • а) 1s22s22p63s23p3;
  • б) [Ne]3s23p5.
ГДЗ до підручника можна знайти тут.