В Периодической системе Д.И. Менделеева - раздел Химия, ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ 1. Укажите Название Элемента, Его Обозначение. Определите Порядковый Номер Эл...
1. Укажите название элемента, его обозначение. Определите порядковый номер элемента, номер периода, группу, подгруппу. Укажите физический смысл параметров системы – порядкового номера, номера периода, номера группы. Обоснуйте положение в подгруппе.
2. Укажите количество электронов, протонов и нейтронов в атоме элемента, заряд ядра, массовое число.
3. Составьте полную электронную формулу элемента, определите электронное семейство, отнесите простое вещество к классу металлов или неметаллов.
4. Изобразите графически электронную структуру элемента (или двух последних уровней).
5. Укажите число и тип валентных электронов.
6. Графически изобразите все возможные валентные состояния.
7. Перечислите все возможные валентности и степени окисления.
8. Напишите формулы оксидов и гидроксидов для всех валентных состояний. Укажите их химический характер (подтвердите ответ уравнениями соответствующих реакций).
9. Приведите формулу водородного соединения.
10. Назовите область применения данного элемента
Решение. В ПСЭ элементу с порядковым номером 21 соответствует скандий .
1. Элемент находится в IV периоде. Номер периода означает число энергетических уровней в атоме этого элемента, у него их 4. Скандий расположен в 3-й группе – на внешнем уровне 3 электрона; в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны находятся на 4s- и 3d- подуровнях. Является d-элементом. Порядковый номер численно совпадает с зарядом ядра атома.
2. Заряд ядра атома скандия +21.
Число протонов и электронов - по 21.
Число нейтронов А-Z= 45-21=24.
Общий состав атома: ( ).
3. Полная электронная формула скандия:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2 или в сокращенной форме: [Sc] 3d1 4s2
Электронное семейство: d-элемент, так как в стадии заполнения d-орбитали. Электронное строение атома заканчивается s- электронами, поэтому скандий проявляет металлические свойства; простое вещество – металл.
4. Электронно-графическая конфигурация имеет вид:
5. Он имеет в возбужденном состоянии три валентных электрона (два на 4s- и один на 3d- подуровне)
6. Возможные валентные состояния, обусловленные числом неспаренных электронов:
- в основном состоянии:
s p d
n = 3
f
n = 4
- в возбужденном состоянии:
s p d
n = 3
f
n = 4
спинвалентность равна 3 (один неспаренный d-электрон и два неспаренных s-электрона)
7. Возможные валентности в данном случае определяются числом неспаренных электронов: 1, 2, 3 (или I, II, III). Возможные степени окисления (отражают число смещенных электронов) +1, +2, +3. Наиболее характерные и устойчивая валентность III, степени окисления +3. Наличие лишь одного электрона в d- состоянии обуславливает малую устойчивость d1s2- конфигурации. Скандий и его аналоги, в отличие от других d-элементов проявляет постоянную степень окисления +3, это высшая степень окисления и соответствует номеру группы.
8. Формулы оксидов и их химический характер: форма высшего оксида – Sc2O3 (амфотерный).
Формулы гидроксидов: Sc(OH)3 – амфотерный.
Уравнения реакций, подтверждающих амфотерный характер оксидов и гидроксидов:
Sc(OH)3 +3 КОН = К3[Sc(OH)6] (гексагидроксоскандиат калия)
9. Соединения с водородом не образует, так как находится в побочной подгруппе и является d-элементом.
10. Соединения скандия применяются в полупроводниковой технике.
Пример 6.У какого из двух элементов марганца или брома сильнее выражены металлические свойства?
Решение.Данные элементы находятся в четвертом периоде. Записываем их электронные формулы:
25 Mg 1s22s22p63s23p64s23d5
35 Br 1s22s22p63s23p64s23d104p5
Марганец – d-элемент, то есть элемент побочной подгруппы, а бром – р-элемент главной подгруппы этой же группы. На внешнем электронном уровне у атома марганца только два электрона, а у атома брома – семь. Радиус атома марганца меньше радиуса атома брома при одинаковом числе электронных оболочек.
Общей закономерностью для всех групп, содержащих р- и d-элементы является преобладание металлических свойств у d-элементов. Таким образом, у марганца металлические свойства выражены сильнее, чем у брома.
Пример 7.Какой из двух гидроксидов является более сильным основанием а) Sr(OH)2или Ba(OH)2; б) Ca(OH)2или Fe(OH)2 в) Sr(OH)2 или Cd(OH)2?
Решение.Чем больше заряд и чем меньше радиус иона, тем сильнее удерживает он другие ионы. В этом случае гидроксид будет более слабым, так как у него меньше способность к диссоциации.
а) Для ионов одинакового заряда со сходным электронным строением радиус, тем больше, чем больше электронных слоев содержит ион. Для элементов главных подгрупп (s- и р-) радиус у ионов увеличивается с увеличением порядкового номера элемента. Следовательно, Ba(OH)2является болеесильным основанием, чем Sr(OH)2.
б) В пределах одного периода радиусы ионов уменьшаются при переходе от s- и р-элементов к d-элементам. При этом число электронных слоев не меняется, а заряд ядра увеличивается. Поэтому основание Ca(OH)2более сильное, чем Fe(OH)2.
в) Если элементы находятся в одном периоде, в одной группе, но в разных подгруппах, то радиус атома элемента главной подгруппы больше радиуса атома элемента побочной подгруппы. Отсюда, основание Sr(OH)2 сильнее, чем Cd(OH)2.
Пример 8.Каким типом гибридизации АО азота описывается образование иона и молекулы NH3? какова пространственная структура этих частиц?
Решение.Как в ионе аммония, так и в молекуле аммиака валентный электронный слой атома азота содержит четыре электронных пары. Поэтому в обоих случаях электронные облака атома азота будут максимально удалены друг от друга при sр3-гибритизации, когда их оси направлены к вершинам тетраэдра. При этом в ионе все вершины тетраэдра заняты атомами водорода, так что этот ион имеет тетраэдрическую конфигурацию с атомом азота в центре тетраэдра.
При образовании молекулы аммиака атомы водорода занимают только три вершины тетраэдра, а к четвертой вершине направлено электронное облако неподеленной электронной пары атома азота. Образовавшаяся фигура при этом – тригональная пирамида с атомом азота в ее вершине и атомами водорода в вершинах основания.
Пример 9.Объясните с позиций метода МО возможность существования молекулярного иона и невозможность существования молекулы Не2.
Решение.В молекулярном ионе имеются три электрона. Энергетическая схема образования этого иона с учетом принципа Паули показана на рис.21.
Рис. 21. Энергетическая схема образования иона .
На связывающей орбитали размещены два электрона, а на разрыхляющей – один. Следовательно, кратность связи в этом ионе равна (2-1)/2 = 0,5, и он должен быть энергетически устойчивым.
Напротив, молекула Не2 должна быть энергетически неустойчивой, поскольку из четырех электронов, которые должны разместиться на МО, два займут связывающую МО, а два – разрыхляющую. Следовательно, образование молекулы Не2не будет сопровождаться выделением энергии. Кратность связи в этом случае равна нулю – молекула не образуется.
Пример 10.Какая из молекул – В2 или С2 характеризуется более высокой энергией диссоциации на атомы? Сопоставьте магнитные свойства этих молекул.
Решение.Составим энергетические схемы образования данных молекул (рис. 22).
Рис. 22. Энергетическая схема образования молекул В2 и С2.
Как видно, в молекуле В2разность между числом связывающих и числом разрыхляющих электронов равна двум, а в молекуле С2– четырем; это отвечает кратности связи соответственно 1 и 2. Следовательно, молекула С2 . характеризующаяся более высокой кратностью связи между атомами, должна быть более прочной. Этот вывод соответствует экспериментально установленным значениям энергии диссоциации на атомы молекул В2(276 кДж/моль) и С2 (605 кДж/моль).
В молекуле В2 два электрона расположены, согласно правилу Гунда, на двух πсв 2р-орбиталях. Наличие двух неспаренных электронов сообщает этой молекуле парамагнитные свойства. В молекуле С2 все электроны спарены, следовательно, эта молекула диамагнитна.
Пример 11.Как располагаются электроны по МО в молекуле CN и в молекулярном ионе CN -, образующемся по схеме: C- + N → CN -. В какой из этих частиц длина связи наименьшая?
Решение.Составив энергетические схемы образования рассматриваемых частиц (рис. 23), заключаем, что кратность связи в CN и CN-соответственно равна 2,5 и 3. Наименьшей длиной связи характеризуется ион CN -, в котором кратность связи между атомами наибольшая.
Рис. 23. Энергетические схемы
образования молекулы CN и молекулярного иона CN -.
Пример 12.Какой тип кристаллической решетки характерен для твердого простого вещества, образованного элементом с порядковым номером 22?
Решение.По ПСЭ Д.И. Менделеева определяем элемент с данным порядковым номером и составляем его электронную формулу.
Титан 1s22s22p63s23p64s23d2
Титан является d-элементом, на внешнем уровне содержит два электрона. Является типичным металлом. В кристалле титана между атомами, имеющими на внешнем валентном уровне два электрона, возникает металлическая связь. Энергия кристаллической решетки ниже энергии решетки ковалентных кристаллов, но значительно выше, чем у молекулярных кристаллов. Кристалл титана обладает высокой электро- и теплопроводностью, способен деформироваться без разрушения, обладает характерным металлическим блеском, имеет высокую механическую прочность и температуру плавления.
Пример 13.Чем отличается структура кристалла CaF2от структуры кристаллов Са и F2? Какие виды связей существуют в кристаллах этих веществ? Как это влияет, а их свойства?
Решение.1s22s22p63s23p64s2Са – типичный металл, s-элемент, имеет на внешнем энергетическом уровне два валентных электрона. Образует металлическую кристаллическую структуру с выраженным металлическим типом связи. Обладает металлическим блеском, электро- и теплопроводностью, пластичен.
1s22s22p5 F2 – типичный неметалл, р-элемент, на внешнем энергетическом уровне имеет только один неспаренный электрон, что недостаточно для образования прочных ковалентных кристаллов. Атомы фтора связаны ковалентной связью в двухатомные молекулы, которые образуют молекулярный кристалл за счет сил межмолекулярного взаимодействия. Он непрочен, легко возгоняется, обладает низкой температурой плавления, изолятор.
При образовании кристалла CaF2между атомами Са и F образуется ионная связь, поскольку разница в электроотрицательности между ними достаточно велика DЭО=4 (табл. 14). Это приводит к образованию ионного кристалла. Вещество растворимо в полярных растворителях. При обычных температурах является изолятором, при повышении температуры усиливаются точечные дефекты кристалла (за счет теплового движения ионы покидают узлы кристаллической решетки и переходят в междоузлия или на поверхность кристалла). Когда кристалл попадает в электрическое поле, наблюдается направленное перемещение ионов к вакансии, образованные ушедшим ионом. Тем самым обеспечивается ионная проводимость кристалла CaF2.
На сайте allrefs.net читайте: ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ. C М Дрюцкая...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
В Периодической системе Д.И. Менделеева
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Теоретические сведения
Химия – это естественная наука о веществах, их строении, свойствах и взаимопревращениях.
Важнейшей задачей химии является получение веществ и материалов с нужными для различных конкретных
Химические свойства оксидов
Основные
Амфотерные
Кислотные
Реагируют с избытком кислоты с образованием соли и воды. Основным оксидам соответствуют осн
Взаимосвязь между солями
Из средних солей можно получить кислые и основные соли, но возможен и обратный процесс.
Кислые
соли
НОМЕНКЛАТУРА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Химическая номенклатура – свод правил, позволяющих однозначно составить ту, или иную формулу или название любого химического вещества, зная его состав и строение.
Названия и символы элементов
Символы химических элементов согласно правилам ИЮПАК приведены в периодической таблице Д.И. Менделеева. Названия химических элементов в большинстве случаев имеют латинские корни. В случае, если эле
Формулы и названия сложных веществ
Так же как и в формуле бинарного соединения в формуле сложного вещества на первом месте стоит символ катиона или атома с частичным положительным зарядом, а на втором – аниона или атома с частичным
Основания
Согласно международной номенклатуре названия оснований составляются из слова гидроксид и названия металла. Например, - гидроксид натрия, - гидроксид калия, - гидроксид кальция. Есл
Средние соли кислородсодержащих кислот
Названия средних солей состоят из традиционных названий катионов и анионов. Если элемент в образуемых им оксоанионах проявляет одну степень окисления, то название аниона оканчивается на -ат
Кислые и основные соли
Если в состав соли входят атомы водорода, которые при диссоциации проявляют кислотные свойства и могут быть замещены на катионы металлов, то такие соли называются кислыми. Названия
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ
Атомно-молекулярное учение о строении вещества М.В. Ломоносова является одной из основ научной химии. Всеобщее признание атомно-молекулярная теория получила в начале ХIХ в. Пос
Основные стехиометрические законы
Закон сохранения массы(М.В. Ломоносов, 1748 г.; А.Л. Лавуазье 1780 г.) служит основой при расчете материального баланса химических процессов): масса веществ, вступивших в хи
Эквивалент. Закон эквивалентов
Эквивалент (Э) – это реальная ли условная частица вещества, которая может присоединять, замещать, высвобождать или быть каким-либо другим способом э
Решение.
Пример 4. Рассчитайте молярную массу эквивалентов серы в соединениях .
Решение
Теоретические сведения
Раствор –гомогенная термодинамически устойчивая система, состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодествия. Компонент, агрегатное состояние которого не
Теоретические сведения
Химический процесс можно рассматривать как первую ступень при восхождении от химических объектов – электрон, протон, атом – к живой системе.
Учение о химических процессах – это обла
Теоретические сведения
Кинетикахимических реакций - учение о химических процессах, о законах их протекания во времени, скоростях и механизмах.
С исследованиями кинетики химических реакций связан
Влияние температуры на скорость реакции.
При повышении температуры на каждые 10 0скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза, и, наоборот, при понижении температуры – понижается соответственно во столько
Влияние катализатора на скорость реакции.
Одним из способов увеличения скорости реакции является снижение энергетического барьера, то есть уменьшение . Это достигается введением катализаторов. Катализатор – вещество
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Различают обратимые и необратимые реакции. Необратимыми реакциями называются такие, после протекания которых, систему и внешнюю среду одновременно нельзя вернуть в прежнее состояние. Они иду
Теоретические сведения
Химические свойства любого элемента определяются строением его атома. С исторической точки зрения, теория строения атома последовательно разрабатывалась: Э. Резерфордом, Н. Бором, Л. де Бройлем, Э.
Корпускулярно-волновые свойства частиц
Характеристика состояния электронов в атоме основана на положении квантовой механики о двойственной природе электрона, обладающего одновременно свойствами частицы и волны.
Впервые двойстве
Последовательность заполнение атомных орбиталей
Заселение электронами атомных орбиталей (АО) осуществляется согласно принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Гунда, а для многоэлектронных атомов – правилу Клечковского.
Электронные формулы элементов
Запись, отражающая распределение электронов в атоме химического элемента по энергетическим уровням и подуровням, называется электронной конфигурацией этого атома. В основном (невоз
Периодичность атомных характеристик
Периодический характер изменения химических свойств атомов элементов зависит от изменения радиуса атома и иона.
За радиус свободного атома принимают положение главного
Свойства кристаллических решеток
Тип кристаллической решетки
Характеристика
Ионные
Состоят из ионов. Образуют вещества с ионной связью. Обладают высокой т
Теоретические сведения
Все химические реакции по своей сути являются донорно-акцепторными и различаются по природе частиц, которыми обмениваются: электрон донорно-акцепторные и протон донорно-акцепторные. Химические реак
Стандартные электродные потенциалы металлов
Он позволяет сделать ряд выводов относительно химических свойств элементов:
1. каждый элемент способен восстанавливать из растворов солей все ионы, имеющие большее значение
Исходные данные
Вариант
Уравнение реакции
K2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2
Теоретические сведения
Многие ионы способны присоединять к себе молекулы или противоположные ионы и превращаться в более сложные ионы, называемые комплексными.
Комплексные соединения (КС) – это соединения в узла
Строение комплексных соединений
В 1893 г. А.Вернер сформулировал положения, заложившие основу координационной теории.
Принцип координации: координирующий атом или ион (Меn+) окружён противоп
Номенклатура IUPAC КС.
Читаются и записываются справа налево.
Первым в именительном падеже называют анион, затем в родительном падеже – катион.
В названии комплексного иона сначала перечисляются лиганды
Природа химической связи в комплексных соединениях
Первой теорией, объясняющей образование КС была теория ионной (гетерополярной) связиВ. Косселя и А. Магнуса: многозарядный ион – комплексообразователь (d-элемент) обладает сильным
Слабое поле
Действие лигандов вызывает расщепление d-подуровня:
dz2, dx2-y2 – высокоспиновый дуплет (d¡)
Теоретические сведения
Растворы – сложные многокомпонентные системы, играют исключительно важную роль в живой и неживой природе. Растворами являются важнейшие физиологические жидкости: кровь, лимфа; в ни
Теория электролитической ионизации (диссоциации).
Электролитическая ионизация в растворе – это распад вещества на сольватиованные (гидратированные) ионы под действием молекул растворителя.
Данная теория была разработана шведским ученым Св
Теоретические сведения
Количество растворенного вещества, необходимое для получения насыщенного раствора в заданном количестве растворителя определяет растворимость этого вещества в данном раствор
Осадок раствор
ПР = [Ktm+]n∙[Ann-]m (76)
Правило Нернста.ПР - в насыщенном ра
Теоретические сведения
Вода – слабый электролит. Она полярна и находится в виде гидратированных кластеров. Благодаря тепловому движению связь разрывается, происходит взаимодействие: Н2О↔[
Уравнения Гендерсона – Гассельбаха
для буферных систем 1-го типа (слабая кислота и её анион):
pH = pKa + lg([акцептор протона]/[донор протона])
ГИДРОЛИЗ.
Гидролиз лежит в основе многих процессов в химической промышленности. В больших масштабах осуществляется гидролиз древесины. Гидролизная промышленность вырабатывает из непищевого сырья (древесины,
Механизм гидролиза по аниону.
1. Анионы, обладающие высоким поляризующим действием: сульфид, карбонат, ацетат, сульфит, фосфат, цианид, силикат – анионы слабых кислот. У них вакантной орбитали нет, работает избыточный отицатель
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература:
1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов/ Ю.А. Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др.; Под ред. Ю
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов