Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 46. Залежність властивостей елементів і їхніх сполук від електронної будови атомів

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • повторити особливості електронної будови атомів хімічних елементів;
  • визначати хімічні властивості оксидів, гідратів оксидів конкретного елемента;
  • пояснювати зв'язок електронної будови атомів і хімічних властивостей елементів та утворених ними сполук;
  • узагальнити відомості про зміну властивостей елементів та їхніх сполук у межах головних підгруп (груп А) і періодів періодичної системи.

Ви знаєте, що кожний елемент у періодичній системі займає постійне, чітко визначене місце, за яким можна безпомилково дізнатися про: а) заряд ядра атома; б) число електронів; в) кількість енергетичних рівнів. А яким чином пов'язані (чи є залежність) електронна будова атомів і хімічні властивості елементів та їхніх сполук?

Для отримання відповіді спершу виконаємо демонстраційні досліди з виявлення властивостей гідратів оксидів хімічних елементів одного періоду.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОВЕДЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГІДРАТІВ ОКСИДІВ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ОДНОГО ПЕРІОДУ. Для проведення дослідів оберемо гідрати оксидів Натрію, Алюмінію та Сульфуру — елементів 3 періоду.

Попрацюйте групами

1. Спостерігайте за дослідами, що їх демонструє вчитель.

2. Дайте пояснення спостережуваним змінам.

3. Напишіть рівняння реакцій, що відбулися у проведених дослідах.

Дослід 1. У дві пробірки наллємо розчин натрій гідроксиду та додамо по кілька крапель розчину індикатора лужного середовища (наприклад, фенолфталеїну). В одну пробірку доллємо хлоридної кислоти, у другу помістимо небагато порошку магній гідроксиду. Завдяки спостереженню виявимо, що в першій пробірці колір індикатора змінився з малинового на безбарвний. У другій видимих змін не сталося. Про що це свідчить?

Дослід 2. Добудемо алюміній гідроксид із розчину його солі алюміній хлориду, подіявши на неї невеликою кількістю розчину натрій гідроксиду. Добутий осад розділимо на дві пробірки. У першу доллємо розчину лугу до повного зникнення осаду, а в другу — хлоридної чи іншої кислоти (теж до повного зникнення осаду).

Поясніть, чому в обох пробірках осад розчинився.

Дослід 3. Наллємо у дві пробірки розчину сульфатної кислоти та додамо в кожну по кілька крапель розчину індикатора кислого середовища, наприклад метилового оранжевого.

В одну пробірку до сульфатної кислоти доллємо розчину лугу, у другу — розчину іншої кислоти і спостерігатимемо за змінами кольору індикатора. Після доливання малими порціями розчину лугу до кислоти спостерігається зникнення рожевого кольору. Натомість з'являється оранжевий, а якщо лугу взяли з надлишком, то жовтий. Поясніть результати спостереження.

Як змінився колір вмісту пробірок? Поясніть, чому.

Експериментальним шляхом ми отримали підтвердження, що властивості досліджуваних гідратів оксидів різні. Натрій гідроксид — типова основа з вираженими лужними властивостями, алюміній гідроксид — амфотерний гідроксид, а сульфатна кислота має всі властивості кислоти.

Ви знаєте, що натрій гідроксиду відповідає основний оксид — натрій оксид, алюміній гідроксиду відповідає амфотерний оксид алюміній оксид, а сульфатній кислоті — кислотний оксид сульфур(VІ) оксид.

Як бачимо, у межах 3 періоду зі збільшенням протонного числа властивості сполук хімічних елементів змінилися від типових основних — через амфотерні — до кислотних.

ЗВ'ЯЗОК МІЖ ХІМІЧНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ ЕЛЕМЕНТІВ, ЇХНІХ СПОЛУК І ЕЛЕКТРОННОЮ БУДОВОЮ АТОМА. На основі сучасної теорії будови атома вчені пояснюють, що хімічні властивості елементів та їх зміна в періодах перебуває в залежності від будови електронних оболонок атомів. Пригадаємо, як змінюється будова електронних оболонок атомів хімічних елементів одного періоду.

Проаналізуємо електронні формули атомів цих хімічних елементів, з гідратами оксидів яких виконувалися досліди.

За кількістю енергетичних рівнів атоми Натрію, Алюмінію та Сульфуру відмінностей не мають. Однак у кожного з них різне число електронів на зовнішньому енергетичному рівні, яке зі збільшенням порядкового номера елемента зростає. В атома Натрію один електрон, Алюмінію — три, Сульфуру — шість.

Повторіть § 15 і пригадайте, що атоми металічних елементів містять на зовнішньому енергетичному рівні мало електронів, тому він у них далекий до завершення.

Атоми неметалічних елементів, навпаки, мають зовнішні енергетичні рівні наполовину й більше заповнені електронами (відлік ведеться в порівнянні з 8-електронним енергетичним рівнем). З позицій теорії будови атома в цьому слід шукати пояснення властивостей хімічних елементів та їхніх сполук.

Як будова електронних оболонок атомів та місце елемента в періодичній системі позначаються на властивостях хімічних елементів та їхніх сполук, ілюструє таблиця 16.

Таблиця 16

Елементи третього періоду та їх деякі характеристики

У періодах зі збільшенням протонного числа послаблюються металічні й посилюються неметалічні властивості елементів та їхніх сполук. Причиною цього є зростання числа електронів на зовнішньому енергетичному рівні електронної оболонки атома.

Така залежність між розміщенням елемента в періоді та властивостями утворених ним речовин є загальною для всіх періодів із тією лише різницею, що в малих періодах ці зміни настають швидше, ніж у великих.

Якщо у короткоперіодній системі хімічних елементів провести уявну лінію через елементи Берилій, Алюміній, Германій, Станум, Стибій, Плюмбум, Полоній, то у верхній правій частині міститимуться неметалічні елементи, а в нижній лівій — металічні. Елементи, розташовані на лінії поділу, — це металічні елементи з амфотерними властивостями оксидів та гідроксидів.

Залежно від того, в якій частині періодичної системи розміщено елемент, його сполуки виявляють або основні, або кислотні, або амфотерні хімічні властивості.

Відновіть у пам'яті розглянуті раніше властивості природних родин лужних елементів (див. § 5), галогенів та інертних елементів (див. § 6). Пригадайте, з якою активністю реагують із водою літій, натрій, калій та галогени з металами. Ви переконаєтесь у тому, що металічні властивості лужних елементів зі збільшенням протонного числа посилюються, неметалічні властивості галогенів — послаблюються.

Найактивніші лужні металічні елементи розміщено у групі під номером І, тобто на початку періодів, а найактивніші неметалічні елементи галогени — у групі під номером VII, тобто в кінці періодів. Елементом VIII групи закінчується кожний період.

Елементи однієї підгрупи (чи лужні, чи галогени, чи інших родин) мають спільні властивості завдяки однаковій будові зовнішнього енергетичного рівня.

Розглянуті залежності ще раз підтверджують універсальний характер періодичного закону й доводять, що він є фундаментальним законом природи.

Стисло про основне

• Зміна властивостей елементів у періодах є наслідком зміни числа електронів на зовнішньому енергетичному рівні атома.

• У періодах металічні властивості елементів та їхніх сполук послаблюються, а неметалічні — посилюються. Що ближче до початку періоду розміщено елемент, то сильніше в нього виражені металічні властивості.

• Подібність хімічних властивостей елементів однієї підгрупи — результат однакової будови зовнішніх енергетичних рівнів їхніх атомів. Що більше протонне число металічного елемента, то він хімічно активніший за інші металічні елементи однієї з ним підгрупи.

• Періодична повторюваність властивостей елементів у періодах є наслідком періодичного повторення будови електронних оболонок атомів.

Знаємо, розуміємо

1. Дайте визначення періоду періодичної системи, наведіть приклади.

2. Які енергетичні підрівні наявні в межах 2 та 3 енергетичних рівнів?

3. За місцем у періодичній системі хімічних елементів, протонні числа яких 52 і 56, спрогнозуйте хімічні властивості їх оксидів.

4. Натрій чи Магній має сильніше виражений металічний характер?

5. Гідрат якого оксиду — СО2 чи N2O5 — має сильніше виражені кислотні властивості? Відповідь обґрунтуйте.

6. Як змінюються металічні властивості хімічних елементів одного періоду зі збільшенням протонного числа?

7. Як змінюються неметалічні властивості елементів однієї підгрупи (групи А) зі збільшенням протонного числа?

Застосовуємо

174. Для елементів другого періоду розгляньте, порівняйте та запишіть:

  • а) формули оксидів і гідратів оксидів, валентності елементів у них;
  • б) металічні та неметалічні властивості простих, кислотні й основні властивості складних речовин.

175. Чи відповідають результати вашого порівняння висновку про те, що в межах одного періоду відбувається поступовий перехід від металічних властивостей хімічних елементів та їхніх простих речовин до неметалічних?

176. Спрогнозуйте хімічні властивості сполук елементів другого періоду з протонними числами 3, 6 і 9. На підтвердження вашого передбачення напишіть рівняння хімічних реакцій.

177. Розмістіть хімічні елементи за посиленням неметалічних властивостей.

  • А Оксиген
  • Б Карбон
  • В Флуор
  • Г Нітроген

178*. Чи можуть оксид і гідрат оксиду хімічного елемента, електронна формула якого має закінчення ...3s23p5, виявляти основні властивості? Відповідь обґрунтуйте.