Химия Методические указания и контрольные задания (стр. 2 )

1 моль – 6,022·1023 молекул

2 моль – х

= 12,044·1023 молекул.

Гибридизация орбиталей и определение валентностей.

2.1. Строение атома

Пример 1. Один из изотопов урана имеет массовое число А = 238. Каков заряд ядра его атома? Сколько электронов находится на электронных оболочках атома? Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома этого изотопа?

Решение. Заряд ядра атома Z равен числу протонов в ядре и числу электронов на электронных оболочках и совпадает с порядковым номером элемента. Для урана Z = 92. Ядро состоит из протонов, заряженных положительно, и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Массы протона и нейтрона примерно одинаковы. Массовое число A равно сумме числа протонов Z и нейтронов N: А = Z + N. Отсюда число нейтронов в данном изотопе: N = А – Z = 238 – 92 = 146.

Пример 2. Составьте электронные формулы невозбужденных атомов селена и скандия. Приведите графические схемы распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям). К каким электронным семействам относятся эти элементы? Укажите валентные электроны их атомов. Для каждого из валентных электронов приведите значения всех квантовых чисел.

Решение. Электронные формулы:

34 Se        1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4

21 Sс        1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2

Графические схемы распределения электронов по квантовым ячейкам:

У селена происходит застройка p-подуровня, поэтому он относится к электронному семейству p-элементов; у скандия – застройка d-подуровня, он относится к электронному семейству d-элементов.

Валентными электронами p-элементов являются s и p электроны внешнего квантового уровня. Для селена это 4s2 4p4. Валентными электронами d-элементов являются s-электроны внешнего квантового уровня и d-электроны предвнешнего. Для скандия это 3d1 4s2. Номер группы указывает максимальное число валентных электронов. Значения квантовых чисел, характеризующих валентные электроны, очевидны из выше приведенных графических схем.

34 Se

Номер электрона	Подуровень	Квантовые числа
n	e	me	ms
29 30 31 32 33 34	4s	4	0	0	+Ѕ
4	0	0	–Ѕ
4p	4	1	+1	+Ѕ
4	1	+1	–Ѕ
4	1	0	+Ѕ
4	1	–1	+Ѕ

21 Sc

Номер электрона	Подуровень	Квантовые числа
n	e	me	ms
19 20 21	4s	4	0	0	+Ѕ
4	0	0	–Ѕ
3d	3	2	+2	+Ѕ

Пример 3. Определить возможные валентные состояния атома хлора (17 Cl).

Решение. Электронная формула 17 Cl – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5.

В нормальном состоянии атом хлора содержит один неспаренный электрон и его валентность равна единице. Однако у хлора есть пять свободных орбиталей 3d подуровня, за счет этого число неспаренных электронов, а следовательно и валентность, может увеличиваться. При возбуждении атома спаренные электроны внешнего уровня могут распариваться и переходить на свободные орбитали другого подуровня в пределах того же уровня. При возбуждении атома хлора происходит переход 3p-электронов, затем 3s-электрона на свободные d-орбитали. Число неспаренных электронов становится равным соответственно 3, 5 и 7. Хлор проявляет переменную валентность равную 1, 3, 5, 7.

Задания

21-30. Выберите исходные данные в таблице и приведите обоснованные ответы на вопросы.

1).        Один из изотопов элемента имеет массовое число A. Каков заряд ядра его атома? Сколько электронов находится на всех электронных оболочках атома? Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома этого изотопа?

2).        Напишите электронную формулу невозбужденного атома этого элемента, приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям).

3).        К какому электронному семейству относится элемент?

4).        Сколько имеется в атоме элемента электронов с орбитальным квантовым числом l?

Номер задачи	Элемент	A	l	Номер задачи	Элемент	A	l
21	26 Fe	56	1	26	35 Br	79	1
22	53 I	127	2	27	42 Mo*	98	2
23	25 Mn	55	2	28	24 Cr*	52	1
24	28 Ni	58	0	29	16 S	32	1
25	27 Co	59	2	30	17 Cl	35	0

*Следует учесть «провал» электрона с внешнего уровня.

31-40. Выберите исходные данные в таблице и приведите обоснованные ответы на вопросы.

1).        Напишите электронную формулу невозбужденного атома элемента с зарядом ядра z, приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям).

2).        Укажите валентные электроны его атома. Для каждого из них приведите значения всех квантовых чисел.

3).        Сколько в атоме данного элемента электронов с совокупностью главного и орбитального квантовых чисел n и l?

Номер задачи	z	n	l	Номер задачи	z	n	l
31	38	5	0	36	39	3	1
32	22	3	1	37	23	3	2
33	41	4	2	38	33	3	2
34	50	5	1	39	13	2	1
35	20	4	0	40	51	4	2

2.2. Периодическая система элементов

и изменение свойств элементов

Пример 1. У какого из атомов, строение энергетических уровней которых: 1) …3s2 3p2; 2) …3s2 3p4; 3) …3s2 3p6; 4) …3s2, сильнее выражены неметаллические свойства?

Решение. Рассмотрим строение внешних энергетических уровней:

1) имеет 4 электрона;

2) имеет 6 электронов;

3) имеет 8 электронов – благородный газ;

4) имеет 2 электрона.

Неметаллические свойства проявляют атомы в том случае, когда на внешнем уровне содержится высокое число электронов (5, 6, 7), причем большая неметалличность у атома с большим числом электронов. Следовательно, у второго атома будут самые сильные неметаллические свойства.

Пример 2. Как изменяются свойства оксидов и гидроксидов в периодах и группах периодической системы?

Решение. Атомы элементов с положительной степенью окисления образуют оксиды и гидроксиды, которые могут проявлять основные кислотные и амфотерные свойства, закономерно изменяющиеся как внутри периода, так и внутри группы.

В периоде слева направо основные свойства оксидов и гидроксидов постепенно сменяются амфотерными и затем, к концу периода, кислотными. Каждый период начинается элементом, оксид и гидроксид которого обладает ярко выраженными основными свойствами, и заканчивается элементами, гидроксиды которых при максимальной степени окисления центрального атома являются сильными кислотами.

В каждой главной подгруппе всех групп, кроме VIII, сверху вниз усиливается основной характер оксидов и гидроксидов, а кислотные свойства ослабевают. В главных подгруппах II-VI групп содержатся также элементы, оксиды которых обладают амфотерными свойствами.

Если данный элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с увеличением степени окисления свойства последних меняются от основных через амфотерные к кислотным. Например, для оксидов хрома:

CrO	Cr2O3	CrO3
основной	Амфотерный	кислотный

Задания

41.        Какие высшие степени окисления проявляют элементы третьего периода периодической системы: Na, Mg, Al, P, Cl? Напишите формулы оксидов и гидроксидов этих элементов в высшей степени окисления. Как изменяются в периоде кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов с увеличением заряда ядра атомов этих элементов? Почему?