Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 3. Явище періодичної зміни властивостей елементів і їхніх сполук на основі уявлень про електронну будову атомів

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • обґрунтовувати періодичну зміну властивостей елементів і відповідних простих речовин на основі електронної будови їхніх атомів;
  • висловлювати судження щодо застосування періодичного закону для передбачення властивостей іще не відкритих елементів.

Періодична зміна властивостей елементів та відповідних простих речовин пов’язана з електронною структурою атомів хімічних елементів, зумовлена нею. У періодичній залежності від зміни електронних структур атомів перебувають металічні й неметалічні властивості, значення вищої валентності, електронегативність, радіуси атомів тощо. Порівнявши (зробіть це) будову атомів хімічних елементів першого, другого та третього періодів, ви легко дійдете висновку: подібність властивостей хімічних елементів у головних підгрупах зумовлена періодичним повторенням структури зовнішнього енергетичного рівня їхніх атомів. У цьому полягає фізичний зміст періодичного закону.

Закономірності зміни властивостей хімічних елементів у періодичній системі ви добре знаєте (рис. 3.1). Наприклад, у періодах зі зростанням протонного числа:

• валентність та ступені окиснення хімічних елементів у вищих оксидах збільшуються;

• валентність хімічних елементів IV-VII груп у летких сполуках з Гідрогеном зменшується від IV до І, вона дорівнює різниці між числом 8 і номером групи, ступені окиснення збільшуються від -4 до -1;

• радіус атомів зменшується;

• металічні властивості послаблюються, неметалічні - посилюються;

• основний характер оксидів та гідроксидів послаблюється, кислотний - посилюється.

У головних підгрупах зі зростанням протонного числа:

• валентність хімічних елементів у вищих оксидах та в летких сполуках з Гідрогеном не змінюється;

• радіус атома збільшується;

• неметалічні властивості послаблюються, металічні - посилюються;

• кислотний характер оксидів та гідроксидів послаблюється, основний - посилюється.

Рис. 3.1. Закономірності зміни в періодичній системі хімічних елементів радіуса атомів, електронегативності, металічних і неметалічних властивостей

Проаналізуйте рис. 3.1 і поясніть, стрілками якого кольору відображено на ньому закономірності зміни в періодичній системі хімічних елементів: а) радіуса атомів; б) електронегативності; в) металічних властивостей; г) неметалічних властивостей.

Визначте найсильнішу й найслабшу кислоту з-поміж водних розчинів летких сполук елементів VII групи з Гідрогеном. 2. У якого з хімічних елементів другого періоду неметалічні властивості виражено найсильніше? 3. Як змінюється хімічний характер оксидів та гідроксидів у ряду Na, Mg, Al, Si, S?

Застосування періодичного закону для передбачення властивостей ще не відкритих елементів важко переоцінити. На основі періодичного закону Д. І. Менделєєв передбачив існування дванадцятьох нових невідомих науці хімічних елементів, про які до нього ніхто й гадки не мав. Він не лише докладно описав властивості деяких елементів та їхніх сполук, а й спрогнозував ті способи, за допомогою яких вони згодом будуть відкриті. Уже в першому виданні «Основ хімії» Менделєєв залишив п’ять вільних місць за Ураном наприкінці таблиці і за 100 років передбачив відкриття зауранових1 елементів. Усі прогнози Менделєєва та його послідовників справдилися. Історія науки не знає подібного тріумфу.

1 Зауранові елементи - радіоактивні хімічні елементи, розміщені в періодичній системі за Ураном, тобто з протонним числом вище 92. Вони майже не трапляються в природі, їх добувають штучно за допомогою різних ядерних реакцій.

https://www.e-reading.club/djvureader.php/132825/5/Trifonov - Kak_byli_otkryty_himicheskie_elementy.html

Менделєєв відкрив новий закон природи. Замість розрізнених, не пов’язаних між собою речовин перед наукою постала єдина струнка система, що об’єднала в одне ціле всі елементи Всесвіту. Цей узаємний зв’язок, ця єдність потребували обґрунтування.

Дослідження Менделєєва створили міцний надійний фундамент для спроб пояснити будову атома: після відкриття періодичного закону стало очевидним, що атоми всіх елементів мають бути побудовані «за одним планом», що в їхній будові відбивається періодичність властивостей елементів.

Усі досягнення сучасної хімії, зокрема атомної і ядерної, включно з атомною енергетикою та синтезом штучних елементів, стали можливими лише завдяки періодичному закону. Водночас успіхи атомної фізики, поява нових методів дослідження, розвиток квантової механіки розширили й поглибили сутність періодичного закону.

Цікаво і пізнавально

За останні півстоліття періодичну систему хімічних елементів поповнено 17 новими елементами (порядкові номери 102-118). У 2019 році відзначено 100-річчя IUPAC та Міжнародний рік періодичної таблиці. До свят IUPAC та Міжнародною мережею молодих учених у галузі хімії (IYCN) створено періодичну таблицю молодих хіміків і хімікинь: визначено групу зі 118 знаних молодих учених з усього світу. Ця періодична таблиця підкреслила різноманітність кар’єри, творчості та відданості молодих учених, які ведуть хімічну спільноту в наступне століття. Кожен «молодий хімічний елемент» розміщено на веб-сайті IUPAC100 https://iupac.org/100/pt-of-chemist/

Закон Менделєєва - фундаментальний закон природи - не лише не застарів, але й не втратив своєї значущості. Навпаки, розвиток науки довів: значення періодичного закону ще остаточно не пізнане й не завершене, воно є значно ширшим, ніж припускав його творець, ніж уважали донедавна науковці. Виявлено, що закону періодичності підпорядковано не лише будову зовнішніх електронних оболонок атомів, а й тонку структуру атомних ядер. Очевидно, що ті закономірності, які керують складним і багато в чому незрозумілим світом елементарних частинок, також мають у своїй основі періодичний характер.

На елементному рівні (макросвіт) періодична система хімічних елементів є узагальненням фактів, виявлених унаслідок спостережень та експериментів. На атомному рівні (рівні мікросвіту) це узагальнення дістало теоретичну основу.

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

http://periodictable.com/

https://www.litmir.me/br/?b=545874&p=1

https://www.litmir.me/br/?b=545877

ПРО ГОЛОВНЕ

• Подібність властивостей хімічних елементів у головних підгрупах зумовлене періодичним повторенням структури зовнішнього енергетичного рівня їхніх атомів.

• У періодичній залежності від зміни електронних структур атомів хімічних елементів перебувають металічні й неметалічні властивості, радіус атома, електронегативність, значення вищої валентності, хімічний характер оксидів і гідроксидів.

• Усі досягнення сучасної хімії, зокрема атомної та ядерної, включно з атомною енергетикою та синтезом штучних елементів, стали можливими лише завдяки періодичному закону.

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. Щорічний з’їзд Міжнародного товариства матеріалознавців 2006 року визнав найважливішим унеском, що сформував саму наукову дисципліну взагалі, періодичну систему хімічних елементів. Чи поділяєте ви цю думку? Відповідь обґрунтуйте.
  • 3. Елементу 118 присвоєно назву Оганесон (Oganesson, Оg), його відкриття завершило сьомий період періодичної системи. Поміркуйте й висловте припущення, до яких елементів він має бути подібний. Чому?
  • 4. Складіть хімічні формули селенатної кислоти, стронцій гідроксиду, обґрунтуйте свою відповідь.
  • 5. В атомі хімічного елемента X електрони перебувають на п’ятьох енергетичних рівнях. На його зовнішньому енергетичному рівні на два електрони більше, ніж в атомі елемента Y, протонне число якого 13. Визначте протонне число елемента X та кількість енергетичних рівнів в атомі елемента Y.
  • 6. Спрогнозуйте хімічний характер xpoм(VI) оксиду.
  • 7. Поясніть вислів М. О. Фігуровського «Періодичний закон цілком слушно називають дороговказом у вивченні хімії».

Творча майстерня

  • 8. Складіть вірш (можна білий) або пісню, де йдеться про явище періодичності у світі хімічних елементів.

Проектуймо! Творімо!

  • 1. Створення 3D-моделей атомів елементів.
  • 2. Застосування радіонуклідів у медицині.
  • 3. Використання радіоактивних ізотопів як індикаторів у тваринництві, археології.

Тест-контроль

1. Розташуйте хімічні елементи за зростанням валентності у вищих оксидах.

A S

Б Вr

В В

Г Si

2. Розташуйте хімічні елементи за зменшенням валентності в летких сполуках із Гідрогеном.

A C

Б F

B P

Г S

3. Розташуйте хімічні елементи за посиленням неметалічних властивостей.

A Se

Б F

B O

Г S

4. Розташуйте хімічні елементи за послабленням металічних властивостей.

A Mg

Б Cs

B Li

Г Be

5. Яка максимальна кількість р-електронів на одному енергетичному рівні?

А 2

Б 3

В 6

Г 8

6. Укажіть формулу для обчислення максимального числа електронів Nmах(е) на енергетичному рівні n.

7. Розташуйте електронні орбіталі за зростанням їхньої енергії.

А

Б 2s

В 3d

Г 4s

8. Укажіть графічний варіант електронної формули атома Нітрогену.

9. Укажіть правильне зображення електронної будови атома Фосфору.

10. Яка характеристика атомів змінюється періодично зі зростанням порядкового номера хімічного елемента в періодичній системі?

А масове число

Б кількість протонів і нейтронів в атомному ядрі

В протонне число

Г кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні

11. Розташуйте хімічні елементи за зростанням радіусів їхніх атомів.

A N

Б Аl

В Ga

Γ Η

12. Розташуйте хімічні елементи за зменшенням радіусів їхніх атомів.

A S

Б Se

В О

Г F