Часть. ОБЩАЯ
ХИМИЯ

Раздел 2. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА И СТРОЕНИЕ АТОМОВ

§ 2.12 Решения типовых
задач

Периодический закон Д. И. Менделеева,
изотопы

Задача 1. В какой группе и в каком периоде
периодической системы элементов Д. И. Менделеева находится элемент с порядковым
номером 42?

Решения. Размещение элементов в
периодической системе согласно строения их атомов такое: в первом периоде— 2,
во втором — 8, в третьем — 8. Третий период заканчивается элементом с
порядковым номером 18 (2 + 8 + 8 = 18). В четвертом периоде 18 элементов,
то есть он заканчивается элементом с порядковым номером 36. В пятом периоде
также 18 элементов, поэтому элемент с порядковым номером 42 попадает в пятый
период. Он занимает шестое место, следовательно, находится в шестой группе. Этот элемент —
молибден (Мо).

Задача 2. Из элементов — натрий или цезий
— имеет более выраженные металлические свойства?

Решения. Строение электронных
оболочек атомов натрия и цезия можно изобразить так:

11Na 1s²2s²2p⁶3s¹,
или сокращенно [Ne]
3s¹;

₅₅Cs
1s²2s²2p²3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶3d¹⁰5s²5p⁶6s1,
или [Xe]
6s¹.

Как видим, в обоих атомов на
внешнем энергетическом уровне находится по одному электрону. Однако у атома
цезия внешний электрон расположен дальше от ядра (на шестом энергетическом
уровне, а натрия — на третьем) и, следовательно, легче отрывается. Поскольку
металлические свойства обусловлены способностью отдавать электроны, они сильнее
выраженные в цезия.

Задача 3. Какие соединения с гідрогеном образуют
элементы главной подгруппы VI группы? Назовите наименее и наиболее крепкие из них.

Решения.
Элементы главной подгруппы VI группы — р-элементы. В них на внешнем
энергетическом уровне по 6 электронов: ns²np⁴. Следовательно, в соединениях с гідрогеном они вы
представляют степень окисления -2. Формулы соединений: Н₂О, H₂S, H₂Se, Н₂То, Н₂Гo.

С увеличением порядкового номера
элемента (от кислорода к полонию) возрастает радиус атома, что обусловливает уменьшение
прочности соединений с гідрогеном (от Н₂О к Н₂Рo). Следовательно, из указанных соединений
самой прочной является вода Н₂О, самой слабой — Н₂Ро.

Задача 4. Исходя из места в периодической
системе, опишите химические свойства элемента с порядковым номером 23.

Решения. По периодической системе
определяем, что элемент с порядковым номером 23 находится в IV периоде и в
побочной подгруппе V группы. Этот элемент — ванадий V. Электронная формула
ванадия:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s², или сокращенно [r] d³4s².

По электронной формуле доходим
выводу, что ванадий — d-элемент.

Элемент может легко отдавать 2 электрона
с 4s-подуровня,
проявляя степень окисления +2. При этом он образует оксид VO
и гидроксид V(OH)₂, проявляют основные
свойства. Газированных водородных соединений ванадий не образует, поскольку размещен
в побочной подгруппе.

Атом ванадия может также отдавать
электрон с предпоследнего d-подуровня
(3 электрона) и, следовательно, проявляет высшую степень окисления +5 (численно равна
номеру группы, в которой находится элемент). Оксид, что соответствует высшей степени
окисления, V₂O₅. Этот оксид проявляет кислотные
свойства. Ему соответствует как гидроксид неустойчивая метаванадатна кислота HVO₃ (соли ее — ванадата — устойчивы
соединения).

Задача 5. Элемент астату (изотоп ²¹¹₈₅At) был получен облучением
изотопа бісмуту ²⁰⁹₈₃Ви a-частицами (ядрами атома гелия).
Напишите уравнение ядерной реакции в полной и сокращенной формах.

Решения.
При составлении уравнений ядерных реакций необходимо учитывать закон
сохранения массы веществ (масса электронов мы пренебрегаем). Кроме того, заряды всех
частиц в левой и правой частях должны быть равны. В левой части
записываем ядра, взаимодействуют, в правой — продуктов реакции.
Учитывая порядковые номера и относительные массы атомов, записываем схему реакции:

²⁰⁹₈₃Ви + ⁴₂a —> ²¹¹₈₅At
+ х.

Очевидно, частица х должна иметь
заряд 0 (так как 83+2=85) и атомную массу 209+4-211=2. Частица с зарядом

0
— это нейтрон In, следовательно,
должно образоваться 2 нейтроны. Окончательный вид уравнения:

²⁰⁹₈₃Вi + ⁴₂a —> ²¹¹₈₂At+2¹₀n.

или в сокращенной форме:

²⁰⁹Вi (а, 2n) ²¹¹ At.

Строение электронных
оболочек атомов

Задача 1. Напишите электронную формулу
элемента, атом которого содержит наd-подуровне один электрон. В которых периоде, группе и
подгруппе он находится и как этот элемент называется?

Решения. Согласно шкалы энергии
(см. § 2.7 и рис. 2.3) 3d-подуровень заполняется после заполнения подуровня 4s²:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹,

или

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²
(см. с. 50, сноска).

Общее число электронов в атоме,
которое определяет порядковый номер элемента в периодической системе, — 21. Это —
скандий. Из электронной формулы следует, что этот элемент находится в IV периоде,
третьей группе (три валентных электрона 3d¹4s²), побочной подгруппе (элемент
вродины).

Задача 2. Составьте электронную формулу и
сокращенную электронную формулу элемента с порядковым номером 20. Укажите
распределение электронов с квантовыми ячейками (орбіталями).

Решения. За порядковым номером
элемента приходим к выводу: в атоме 20 электронов. Указанный элемент —
кальций. Электронная формула в соответствии с принципом наименьшей энергии (см. §
2.7) имеет вид:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² (2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2) = 20.

Компактнее написания электронной
формулы — ее называют сокращенной электронной формуле — имеет вид: [r] 4s₂.

В ней та часть, которая отвечает заполненным
энергетическим уровням благородного газа, обозначается его символом (в квадратных
скобках), а рядом изображается остальные электронов.

Электронной формуле атома кальция
соответствует такое распределение электронов по орбіталями: