II. Строение атома и систематика химических элементов. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

Пример 1. Написать электронную формулу и краткую электронную схему элемента с порядковым номером 22. К какому электронному семейству, периоду, группе, подгруппе он принадлежит? Указать конкурирующие подуровни.

Решение. Элементом с порядковым номером 22 является титан (Ti). Электронная формула имеет вид:

₂₂Ti 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d².

Два первых квантовых уровня полностью заполнены, поэтому электронную схему можно записать в кратком виде:

₂₂Ti s p d

Титан относится к d-семейству, т.к. у него заполняется d-подуровень. 4s 3dявляются конкурирующими подуровнями. Он находится в четвертом периоде, т.к. заполняется четвертый энергетический уровень (максимальное n равно 4), в четвертой группе: сумма электронов на конкурирующих подуровнях равна 4 (4s² 3d²),в побочной подгруппе – заполняются внешний и предвнешний энергетические уровни.

Пример 2.У какого из элементов четвертого периода – марганца или брома – сильнее выражены металлические свойства?

Решение. Электронные формулы данных элементов

₂₅ Mn 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s²

₃₅ Br 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁵

Марганец – d – элемент VIIВ – группы, а бром – р – элемент VIIА – группы. На внешнем энергетическом уровне у атома марганца два электрона, а у атома брома – семь. Атомы типичных металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов на внешнем энергетическом уровне, а, следовательно, тенденцией терять эти электроны. Они обладают только восстановительными свойствами и не образуют элементарных отрицательных ионов. Элементы, атомы которых на внешнем энергетическом уровне содержат более трех электронов, обладают определенным сродством к электрону, а, следовательно, приобретают отрицательную степень окисления и даже образуют элементарные отрицательные ионы. Таким образом, марганец, как и все металлы, обладает только восстановительными свойствами, тогда как для брома, проявляющего слабые восстановительные свойства, более свойственны окислительные функции. Общей закономерностью для всех групп, содержащих р – и d – элементы, является преобладание металлических свойств у d – элементов. Следовательно, металлические свойства у марганца сильнее выражены, чем у брома.

Пример 3. У элементов 5 периода I группы с порядковыми номерами 37 и 47 имеется одинаковая электронная конфигурация внешнего уровня 5s¹. Почему эти элементы находятся в разных подгруппах? Ответ мотивировать электронным строением атомов этих элементов. Определить принадлежность данных элементов к электронному семейству. Какими свойствами обладают атомы этих элементов?

Решение.Элемент с порядковым номером 37 – рубидий. Его электронная формула: ₃₇Rb 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹.

Элемент находится в главной подгруппе, т. к. идет заполнение внешнего уровня n = 5. Рубидий относится к электронному s-семейству.

Элемент с порядковым номером 47 – серебро, электронная формула:

₄₇Ag 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹ 4d¹⁰.

Серебро находится в побочной подгруппе, т.к. идет заполнение внешнего и предвнешнего энергетических уровней (конкурирующие подуровни). У серебра наблюдается “провал” электрона с 5s-на 4d-подуровень, который объясняется более выгодным энергетическим состоянием атома (минимальный запас энергии). Серебро относится к d-семейству, т.к. последним заполняется d-подуровень.

Эти элементы обладают восстановительными свойствами (металлическими), т.к. на внешнем энергетическом уровне имеют по одному электрону, который они способны легко отдать.