Глава IV. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атома. § 32. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева — с. 144
§ 32. Примените свои знания.
3. Охарактеризуйте химические элементы литий, бериллий и бор по плану: порядковый номер; положение в Периодической системе (номер периода, номер группы, подгруппа); число протонов в ядре атома; число энергетических уровней; общее число электронов; число электронов на внешнем энергетическом уровне.
Литий Li: порядковый номер 3; 2-й период, IA-группа, главная подгруппа; 3 протона; 2 энергетических уровня; 3 электрона (2, 1); на внешнем уровне 1 электрон.
Бериллий Be: порядковый номер 4; 2-й период, IIA-группа, главная подгруппа; 4 протона; 2 энергетических уровня; 4 электрона (2, 2); на внешнем уровне 2 электрона.
Бор B: порядковый номер 5; 2-й период, IIIA-группа, главная подгруппа; 5 протонов; 2 энергетических уровня; 5 электронов (2, 3); на внешнем уровне 3 электрона.
Все три элемента находятся во втором периоде, поэтому у них по два уровня; число внешних электронов равно номеру группы.
Бериллий Be: порядковый номер 4; 2-й период, IIA-группа, главная подгруппа; 4 протона; 2 энергетических уровня; 4 электрона (2, 2); на внешнем уровне 2 электрона.
Бор B: порядковый номер 5; 2-й период, IIIA-группа, главная подгруппа; 5 протонов; 2 энергетических уровня; 5 электронов (2, 3); на внешнем уровне 3 электрона.
Все три элемента находятся во втором периоде, поэтому у них по два уровня; число внешних электронов равно номеру группы.
§ 32. Примените свои знания.
4. Определите количество электронов, которое нужно отдать или присоединить для получения завершённого внешнего энергетического уровня атомам следующих химических элементов: кислород, натрий, хлор, магний.
Кислород (VIA, 2, 6): на внешнем уровне 6 электронов, до восьми не хватает 8 − 6 = 2, поэтому атом присоединяет 2 электрона (образуется O²⁻ 2, 8).
Натрий (IA, 2, 8, 1): проще отдать 1 внешний электрон, тогда внешним становится завершённый второй уровень (Na⁺ 2, 8).
Хлор (VIIA, 2, 8, 7): не хватает 8 − 7 = 1, атом присоединяет 1 электрон (Cl⁻ 2, 8, 8).
Магний (IIA, 2, 8, 2): атом отдаёт 2 внешних электрона (Mg²⁺ 2, 8).
Натрий (IA, 2, 8, 1): проще отдать 1 внешний электрон, тогда внешним становится завершённый второй уровень (Na⁺ 2, 8).
Хлор (VIIA, 2, 8, 7): не хватает 8 − 7 = 1, атом присоединяет 1 электрон (Cl⁻ 2, 8, 8).
Магний (IIA, 2, 8, 2): атом отдаёт 2 внешних электрона (Mg²⁺ 2, 8).
§ 32. Примените свои знания.
5. Символы каких трёх химических элементов расположены в порядке увеличения радиусов их атомов: а) P, Si, Al; б) C, N, O; в) Ca, Mg, Be; г) C, B, Al?
Радиус атомов уменьшается слева направо в периоде и увеличивается сверху вниз в группе.
а) P, Si, Al — элементы 3-го периода; слева направо радиус уменьшается, значит, у Al он наибольший, у P наименьший: P < Si < Al. Ряд расположен в порядке увеличения радиусов — подходит.
б) C, N, O — 2-й период; радиус уменьшается: C > N > O, порядок обратный — не подходит.
в) Ca, Mg, Be — одна группа (IIA); радиус растёт сверху вниз: Be < Mg < Ca, ряд дан в обратном порядке — не подходит.
г) C, B, Al — C и B во 2-м периоде, причём радиус B больше, чем C (B левее); Al — в 3-м периоде и имеет наибольший радиус: C < B < Al. Ряд подходит.
Ответ: а) и г).
а) P, Si, Al — элементы 3-го периода; слева направо радиус уменьшается, значит, у Al он наибольший, у P наименьший: P < Si < Al. Ряд расположен в порядке увеличения радиусов — подходит.
б) C, N, O — 2-й период; радиус уменьшается: C > N > O, порядок обратный — не подходит.
в) Ca, Mg, Be — одна группа (IIA); радиус растёт сверху вниз: Be < Mg < Ca, ряд дан в обратном порядке — не подходит.
г) C, B, Al — C и B во 2-м периоде, причём радиус B больше, чем C (B левее); Al — в 3-м периоде и имеет наибольший радиус: C < B < Al. Ряд подходит.
Ответ: а) и г).
§ 32. Примените свои знания.
6. Выберите ряд чисел, которому соответствует распределение электронов по энергетическим уровням атома, металлические свойства которого выражены наиболее ярко: а) 2, 8, 2; б) 2, 8, 5; в) 2, 8, 1; г) 2, 8, 8, 1.
Металлические свойства тем сильнее, чем легче атом отдаёт внешние электроны: электронов на внешнем уровне меньше, а радиус атома больше. Ряды: а) 2, 8, 2 — магний (3-й период, IIA); б) 2, 8, 5 — фосфор (неметалл); в) 2, 8, 1 — натрий (3-й период, IA); г) 2, 8, 8, 1 — калий (4-й период, IA). Натрий и калий имеют по одному внешнему электрону, но у калия четыре уровня и больший радиус, поэтому внешний электрон удерживается слабее. Ответ: г) 2, 8, 8, 1.
§ 32. Выразите своё мнение.
7. Дайте свою оценку строк из стихотворения С. Щипачёва «Читая Менделеева»: Другого ничего в природе нет ни здесь, ни там, в космических глубинах: всё — от песчинок малых до планет — из элементов состоит единых.
Строки поэтически точно выражают важную научную идею: все вещества на Земле и в космосе состоят из атомов одних и тех же химических элементов. Это подтверждено, например, спектральным анализом света звёзд, в котором обнаружены те же элементы, что и на Земле. Разнообразие тел и веществ — от песчинки до планеты — объясняется разными сочетаниями ограниченного числа элементов (около ста восемнадцати), систематизированных в таблице Менделеева. Единство элементов означает единство строения атомов: все они состоят из протонов, нейтронов и электронов. Уточнением к поэтической формулировке служит то, что в природе существуют не только вещества, но и другие формы материи, например поля и излучение. Тем не менее общая мысль строк верна,.
§ 33. Вопрос в начале параграфа. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева позволяют прогнозировать свойства элементов и образованных ими веществ. Каким образом?
Положение элемента в таблице (период, группа) однозначно показывает строение его атома: заряд ядра и число протонов, число энергетических уровней (номер периода), число внешних электронов (номер группы для А-групп). По этим данным определяют, металл перед нами или неметалл, насколько сильно выражены его свойства по сравнению с соседями по периоду и группе (радиус атома, лёгкость отдачи или присоединения электронов). Номер группы позволяет предсказать высшую валентность, формулы высшего оксида и гидроксида, их характер (основный, амфотерный, кислотный) и формулу летучего водородного соединения у неметаллов. Например, по положению хлора в VIIA-группе можно предсказать формулы Cl₂O₇, HClO₄ и HCl.