Учебник Химическая азбука Конспект Практикум Тесты Справочник Приложения

ГЛАВА II. Строение атомов и Периодический закон

предыдущий параграф предыдущий параграф следующий параграф следующий параграф

§8. Парад химических элементов

Чтобы не забыть, каков атомный номер и заряд ядра у разных химических элементов и в каком порядке они следуют друг за другом, будем смотреть на Периодическую систему. Итак, элементы выходят на парад...

В первом периоде, в первом ряду
Два знаменосца гордо идут:
У водорода – один электрон,
И возглавляет шествие он.
Гелий богаче. К чему слова,
Ведь у него электронов – два.

В атоме водорода ядро содержит один протон, атомный номер его 1 и заряд его ядра равен +1. Атом гелия – номер второй: в его ядре с зарядом +2 находятся два протона.

А вот как выглядят энергетические диаграммы электронных оболочек атомов водорода и гелия:

В боевой схватке с “врагами” известный “вояка” атом водорода может потерять свой единственный электрон, который является и внешним, и валентным, и превратиться в катион водорода:

H0 − 1 e− = H+

Это означает, что водород окисляется – участвует в процессе окисления. Но атом водорода может и восстановиться – принять электрон. В процессе восстановления получится анион водорода, который еще называют гидрид-анионом:

H0 + 1 e− = H−

Полезно отметить, что атом водорода не может отдать больше одного электрона (других у него просто нет), и не может принять больше одного электрона, поскольку на 1s-орбитали могут поместиться только два электрона – и ни одним больше.

У атома гелия уже есть эти два электрона на 1s-орбитали, они удерживаются в атоме очень крепко. Поэтому гелий химически инертен – не отдает и не принимает электронов, не желает участвовать в химических реакциях и не образует химических соединений. Гелий относится к числу элементов – благородных газов.

Третий элемент Периодической системы – литий Li.

Щелочным металлом литием начинается второй период, где находятся восемь очень важных химических элементов:
Второй период – восемь персон;
Командует литий, последний – неон.
За командиром – бериллий и бор,
Углерод, азот, кислород и фтор.
Парад идет по своим законам:
Растет в ряду число электронов.

У элементов второго периода заполняются квантовые ячейки второго энергетического уровня – сначала 2s, а потом 2p-подуровень.

Действительно, если у лития Li валентный электрон один, а у бериллия Be их два, то у бора B – уже три электрона, у углерода C – четыре:

Атом лития очень легко может потерять свой единственный внешний электрон, подвижный и шустрый, находящийся далеко от ядра и слабо с ним связанный, и превратиться в однозарядный катион лития. Довольно легко превращается в двухзарядный катион, отсылая “в разведку” два быстрых электрона, и атом бериллия:

Li0 − 1 e− = Li+
Be0 − 2e− = Be2+

Но принимать электроны и превращаться в анионы атомы лития и бериллия никак не способны.

B C

Атом углерода уже становится способен не только отдать свои электроны – окислиться, но и принять – восстановиться:

C0 − 4 e− = C+IV
C0 + 4 e− = C−IV

Реальные катионы и анионы углерода не существуют, поэтому в приведенных здесь уравнениях реакций написаны символы атомов углерода в степени окисления +IV и −IV.

Степень окисления – это условный заряд, который могут иметь атомы различных элементов в химических соединениях.

Азот N– счастливый владелец пяти электронов, кислород O – шести, а фтор F – семи. У атома благородного газа неона Ne на внешнем валентном уровне целых восемь электронов:
N O
F Ne

Азот может восстанавливаться и принимать недостающие до образования восьмиэлектронной оболочки три электрона. Азот может и окисляться, отдавать все пять электронов, находящихся на внешнем (валентном) уровне:

N0 + 3 e− = N−III
N0 − 5 e− = N+V

Что же касается кислорода и фтора, у которых внешние электроны сильно притянуты к ядру и настолько ленивы, что их не дозовешься не только пойти в гости, но и просто на прогулку. Кислород очень трудно, а фтор и вовсе нельзя окислить никакими силами. Эти атомы могут только принимать электроны и превращаться в настоящие анионы:

O0 + 2 e− = O2−
F0 + e− = F−

Неон ведет себя так же, как гелий: его электронная оболочка, полностью укомплектованная и прочно притянутая протонами ядра, не участвует в процессах окисления или восстановления. Вот где электроны окончательно стали домоседами...

Задание для самостоятельной работы.
Если в вашем распоряжении есть компьютерный диск "Открытая химия" компании "Физикон" или вы имеете доступ в Интернет, познакомьтесь с компьютерной моделью " Электронная конфигурация атома".
Эта модель позволяет пронаблюдать электронные конфигурации для атомов первого и второго периодов.
Смотрите пояснения >>>

А между тем шествие элементов продолжается.
Стройной колонною на парад
Идут элементы за рядом ряд.
Третий период – почти как второй,
Любой из восьми – элемент-герой.
За натрием – магний и алюминий,
Кремний, фосфор, сера и хлор.
Аргон. А чьи электроны активней?
Ясно и так. О чем разговор...

И правда: строение атомов, да и многие свойства элементов третьего периода так похожи на их соседей с “верхнего этажа” из тех же групп (вертикальных колонок Периодической системы)!

Натрий Na – такой же активный щелочной металл и так же легко окисляется (отдает свои электроны), как литий. А хлор Cl, который, как и фтор, относится к команде элементов – галогенов, ненамного уступает своему верхнему соседу элементу фтору в окислительной способности (стремлении принять электроны и превратиться в анионы).Аргон Ar, как говорят химики, “полный аналог” и очень похож на предыдущие благородные газы первого и второго периодов с “ленивыми” электронами – гелий и неон.

Но не будем задерживаться, по площади идет следующая команда химических элементов, с еще большими атомными номерами и атомной массой.

В четвертом периоде – рады стараться! –
Кавалеристы. Их восемнадцать.
Рыцари славы, металлы удачи,
Сверкая доспехами, смело скачут
Калий, кальций, скандий, титан,
Ванадий, хром, марганец... Кто атаман?
Триада железа, медь и другие,
И неметаллы – друзья боевые:
Мышьяк, селен и бром. А криптон –
На правом фланге, последний он.

В четвертом периоде, помимо атомных орбиталей 4s и 4p, заполняется тот подуровень, который был пропущен раньше – 3d. По энергии он попадает как раз между 4sи 4p-подуровнями:

Sc

Это значит, что в химических делах за поведение, например, элемента скандия Sc будут отвечать три электрона: 4s2и 3d1. Именно с этими электронами расстанется, пригорюнившись, атом скандия, когда настанет пора превратиться ему в трехзарядный катион:

    Sc0 − 3 e− = Sc+III

А у марганца Mn на 3d-орбитали располагаются уже пять электронов. Принадлежащие марганцу семь внешних (валентных) электронов 4s2и 3d5 и определяют химические свойства этого интересного элемента.

Mn

Если из атома марганца Mn образуется двухзарядный катион:

Mn0 − 2 e− = Mn2+

то это значит, что атом потерял два электрона с 4s-подуровня. Если атом марганца приобретает степень окисления +VII:

Mn0 − 7 e− = Mn+IV

то он остается, как без гроша в кармане, безо всех своих внешних электронов с 4s и 3d-орбиталей. Как видно, у марганца в резерве многочисленный отряд разведчиков (целых семь храбрецов-электронов), которых он может, не раздумывая, послать на боевое задание.

Только после того, как электронами заполнится весь 3d-подуровень, начинается заселение ячеек 4р-подуровня. В итоге, например, у элемента мышьяка As получается такая энергетическая диаграмма:

As

Валентные электроны атома мышьяка As – это электроны 4s и 4p-подуровней (всего их пять). При этом надо помнить, что полностью укомплектованный 3d-подуровень, где поселились все 10 “жильцов” – электронов, становится недоступным для всяких химических событий в жизни атома элемента-хозяина As. Эта "тыловая" команда никак не участвует в химических процессах.

Постепенно, по одному электрону, заселяются все остальные квартиры на четвертом этаже химического дома. Таким образом, перед нами проходят все элементы четвертого периода – от щелочного металла калия K до галогена брома Br и благородного газа криптона Kr.

А вот и пятый период.
Пятый период похож на четвертый,
Идут элементы славной когортой.
Но вот за "конными" и "пехотой"
Тяжелых войск подступают роты.

Следующие за пятым будут шестой и седьмой периоды, где число элементов достигает 32, у атомов по несколько десятков электронов и внушительная атомная масса. Из-за этого ядра многих из них не особенно устойчивы и способны к радиоактивному распаду. Более того, в самом конце нашей парадной колонны – элементы с зарядом ядра, близким к 100, которые не найдены в природе, а получены учеными-физиками искусственным путем.

Задание Задание 18. Строение атома и Периодический закон


Задание Задание 19. Изотопы


предыдущий параграф предыдущий параграф Читайте КОНСПЕКТ следующий параграф следующий параграф
Введение
ГЛАВА I.
Что изучает химия?

ГЛАВА II.
Строение атомов и Периодический закон

  1. Знакомьтесь: электрон, протон, нейтрон
  2. Что такое изотоп и как получаются ионы
  3. Имена элементов
  4. Атом - пудинг или атом - планетная система?
  5. Электронные облака - орбитали
  6. Энергетические "этажи" атома
  7. Электроны заселяют...
  8. Парад химических элементов
  9. В основе всего - периодичность
ГЛАВА III.
Химическая связь и строение молекул
ГЛАВА IV.
Простые и сложные вещества. Водород и кислород
ГЛАВА V.
Типы химических соединений
ГЛАВА VI.
Растворы и растворимость

Учебник Химическая азбукаКонспект
ПрактикумТесты СправочникПриложения		 ©2003 Copyright by alhimik.ru