Реферат по предмету "Химия"


Периодический закон и периодическая система химических элементов

ТЕМА III
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Основой современной химии является открытый в 1869 году Д.И.Менделеевым периодический закон, графическим изображением которого является таблица периодической системы (ПС).

Согласно теории строения атома главной характеристикой атома является положительный заряд ядра, который определяет число электронов в атоме и его электронное строение. Химические свойства атомов и их соединений определяются главным образом строением внешних энергетических уровней />. Заряд ядра атома определяет все свойства элемента и его положение в ПС.

Поэтому современная формулировка ПЗ такова:

Свойства атомов химических элементов, а также состав и свойства образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.

Возрастание заряда ядра атомов элементов от +1 до +118 приводит к постепенной
«застройке» электронной структуры атомов, при этом строение электронных оболочек периодически изменяется и повторяется, а так как свойства элементов зависят от строения электронной оболочки (в первую очередь — внешнего энергетического уровня), то и они периодически изменяются и повторяются. В этом заключается физический смысл ПЗ.

В ПС все химические элементы располагаются в порядке возрастания заряда ядра, которому соответствует т.н. атомный (порядковый) номер (ПН) химического элемента. В этом состоит физический смысл ПН.
Структура ПС связана с электронной структурой элементов. В зависимости от того, какой энергетический подуровень заполняется электронами последним, различают четыре семейства элементов: у элементов s- и р-семейств последними заполняются соответственно s и р-подуровни внешнего энергетического уровня: y d-элементов — d-подуровень предпоследнего энергетического уровня, у f-элементов -f-подуровень третьего снаружи энергетического уровня.
Семь горизонтальных рядов ПС называют периодами, вертикальные ряды — группами.

Период — последовательный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания зарядов ядер их атомов), электронная конфигурация внешнего энергетического уровня которых изменяется от ns1 до ns2np6(для 1 периода от 1s1 до 1s2). При этом номер периода совпадает с номером внешнего энергетического уровня. Т.е. у элементов одного периода электронами заполняется одинаковое число энергетических уровней, равное номеру этого периода. В этом заключается физический смысл номера периода.
Элементы, имеющие сходное электронное строение, объединены в колонках, называемых группами. У элементов А-групп (главных) последними заполняются s и р-подуровни внешнего энергетического уровня, у элементов В-групп (побочных) последними заполняются d- иf-подуровни второго и третьего снаружи энергетических уровней соответственно.

Элементы А- и В-групп с одинаковым номером (например, VIA иVIB) различаются по свойствам, однако имеют определенное сходство (например, состав и свойства высших оксидов и гидроксидов: CrO3иSO3 — кислотные оксиды, H2CrO4иH2SO4- сильные кислоты). Это связано с тем, что число валентных электронов (электронов, способных к образованию химических связей) у элементов А и В групп с одинаковым номером — одинаково, но для элементов А групп валентными являются электроны внешнего энергетического уровня, а у элементов В групп — электроны внешнего и предпоследних энергетических уровней. В этом основное различие между элементами групп А и В. Таким образом номер группы показывает число валентных электронов. В этом заключается физический смысл № группы.

Группа — это вертикальный ряд элементов, расположенных в порядке увеличения зарядов ядер атомов, которые содержат одинаковое число валентных электронов.

ПЕРИОДИЧНОСТЬ СВОЙСТВ АТОМОВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

И ИХ СОЕДИНЕНИЙ
Атомные и ионные радиусы:
С точки зрения квантовой механики атом не имеет строго определенных границ, поэтому установить его абсолютные размеры невозможно.

В химической практике наиболее широко используются так называемые эффективные радиусы — ковалентные, металлические, ионные — рассчитанные по экспериментальным данным из межъядерных расстояний в молекулах или кристаллах. Так, радиусы катионов всегда меньше радиусов соответствующих нейтральных атомов, арадиусы анионов — больше, т.к. катионы образуются при отдаче электронов, а анионы — при присоединении электронов (Rкат Rат; Rан > Rат).

В настоящее время также используют понятие «орбитальный радиус» — теоретически рассчитанное расстояние от ядра до главного максимума электронной плотности внешней орбитали. Орбитальный радиус — характеристика свободного, химически несвязанного атома.

У элементов одной группы ПС при движении сверху вниз с возрастанием заряда ядра увеличивается число энергетических уровней, значит увеличивается расстояние от внешних электронов до ядра />происходит увеличение радиуса атомов и ионов.

У элементов одного периода с возрастанием положительного заряда ядра при движении слева направо (→) увеличивается сила притяжения электронов к ядру, что приводит к уменьшению атомных и ионных радиусов.
Энергия ионизации. Энергия сродства к электрону (сродство к электрону):
Способность атомов химических элементов отдавать или присоединять электроны определяет проявление атомом металлических или неметаллических свойств. Эта способность зависит от электронного строения атома, его радиуса и силы притяжения электрона к ядру.

Энергия ионизации (Еи, I)— минимальная энергия, необходимая для отрыва наибольшее слабо связанного электрона от невозбужденного атома

для процесса

Эо + Eи→ Э+ + ē

Выражается в кДж/моль. Определяется зарядом ядра, радиусом атома и конфигурацией внешних электронных оболочек.

По периоду слева направо с ростом заряда ядра и уменьшением атомного радиуса Eиувеличивается. В А-группах сверху вниз с увеличением атомного радиуса Eиуменьшается. Энергия ионизации (Eи) характеризует проявлениеметалличности у атомов элементов. Чем меньше Eи, тем более выражена способность атома отдавать электроны, его восстановительные и металлические свойства.

По периоду слева направо металлические и восстановительные свойства атомов уменьшаются, по группе сверху вниз растут.
Количественной характеристикой способности атомов присоединять электроны является энергия сродства к электрону Еср, F).
Энергия сродства к электрону — это энергия, которая выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому

Эо + ē → Э- + Еср

Чем больше Еср, тем легче атом присоединяет электроны и тем сильнее проявляются его окислительные и неметаллические свойства элементов.

Выражается обычно в кДж/моль.

В периодах слева направо с возрастанием заряда ядра и уменьшением радиуса атома Есрувеличивается, в группе сверху вниз с увеличением радиуса атома Есруменьшается.

Так Еср большинства металлов невелика или даже отрицательна, поэтому они не образуют устойчивых анионов.

Неметаллические и окислительные свойства элементов по периоду слева направо усиливаются, а по группе сверху вниз уменьшаются.
Электроотрицательность:
Атомы присоединяют или отдают электроны в процессе химического взаимодействия. Комплексной характеристикой атома, учитывающей его способность и к присоединению, и к отдаче электронов, является электроотрицательность — ЭО (χ).


ЭО элемента
— условная величина, характеризующая способность его атомов в химических соединениях притягивать к себе электроны от атомов-партнеров (тех, с которыми непосредственно связан данный атом).

Величина ЭО зависит от Еи и Еср и упрощено может быть определена

χ = 1/2 (Еи + Еср)

Для практической оценки этой способности атомов используют условную шкалу, относительных электроотрицательностей. Согласно ей самый ЭО элемент F, а наименее ЭО — Fr.

Очевидно, что в периоде слева направо с уменьшением радиуса атома и увеличением Еии Есрувеличивается ОЭО />происходит ослабление восстановительных и усиление окислительных свойств, а в группе сверху вниз с увеличением радиус атома и уменьшением Еии ЕсрОЭО уменьшается, />происходит ослабление окислительных и усиление восстановительных свойств атомов химических элементов.

По величине ОЭО можно отнести элемент к металлам или неметаллам.

Как правило, неметаллы имеют значения ОЭО больше 2 (по другим источникам больше 1,7). Они располагаются в А-группах правой верней части ПС над условной диагональю В — Аt. У металлов значение ОЭО 2 (1,7). Наиболее активные металлы находятся в нижнем левом углу ПС в А-группах. Несколько элементов (В, Si, Ge, As, Te) со значение ОЭО близким к 2, проявляют промежуточные свойства, их иногда называют полуметаллы.


ПЕРИОДИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛОЖНЫХ ВЕЩЕСТВ
Характеристики атомов элементов — Еи, Еср, χ — непосредственно связаны с типами химических реакций, в которые способны вступать атомы этих элементов, а также с типами и свойствами веществ, ими образуемых.

С изменением электронной конфигурации атомов элементов по периоду от ns1до ns2np6 изменяется
высшая степень окисления атомов элементов
(от +1 до +7 (+8)), что приводит к изменению состава и свойств высших оксидов и гидроксидов. Это изменение также носит периодический характер.

По периоду слева направо с уменьшением металлических свойств атомов элементов и образуемых ими простых веществ происходит уменьшение основных свойств оксидов, и гидроксидов и соответственно их кислотные свойства увеличиваются.

По группе сверху вниз с уменьшением неметаллических и усилением металлических свойств атомов элементов происходит уменьшение кислотных и увеличение основных свойств оксидов и гидроксидов.

Этот переход обычно осуществляется через так называемые амфотерные гидроксиды, способные диссоциировать и как кислота, и как основание.

Низшая степень окисления металлов равна 0, а неметаллов — (№ группы — 8), т.е. определяется числом электронов, недостающих до завершения внешнего энергетического уровня. Значит, при изменении электронной конфигурации атома неметалла от ns2np2 до ns2np5 низшая степень окисления изменяется от — 4 до -1. Такое изменение также периодично. Это приводит к периодическому изменению состава и свойств летучих водородных соединений неметаллов (RH4, RH3, H2R, RH).

Кислотно-основный характер их водных растворов изменяется следующим образом: по периоду слева направо кислотные свойства усиливаются вследствие увеличения ОЭО неметалла, что приводит к увеличению полярности связи R — Н; по группе сверху вниз кислотные свойства также усиливаются в следствие увеличения радиусов атомов, что приводит к увеличению длины связи R — H и ее ослаблению.

Металлы не образуют летучих водородных соединений, их гидриды солеобразны (NaH, CaH2) или металлоподобны.

Изменение свойств химических элементов и их соединений можно проиллюстрировать на примере 2 и 3 периодов:

высшая с.о.

+ 1

+ 2

+ 3

+ 4

+ 5

+ 6

+ 7

-

высший оксиди характер свойств

Li2O

основный

Na2O основный

BeO

амфотерный

MgO основный

B2O3

кислотный

Al2O3амфотерный

CO2

кислотный

SiO2

кислотны й

N2O5

кислотный

P2O5кислотный

-


SO3кислотный

-


Cl2O7кислотный


-

Высший гидроксид и характер свойств

LiOH щелочь

NaOH щелочь

Be(OH)2

амфотер-ный гидроксид

Mg(OH)2

нераство-римое основание

H3BO3

слабая кислота

Al(OH)3амфотер-ный гидроксид

H2CO3

слабая кислота

H2SiO3слабая кислота

HNO3

сильная кислота

H3PO4слабая кислота

-


H2SO4сильная кислота

-


HClO4сильная кислота

-

низшая с.о.

0

0

0

-4

-3

-2

-1

-

летуч. Водородные соединения и характер свойств


-


-


-


СH4

-

SiH4

-


NH3

слабое основание

PH3

очень слабое основание


H2O

амфотер

H2S

слабая кислота


HF

слабая кислота

HCl сильная кислота


-

Такой характер изменения свойств в основном повторяется во всех периодах (кроме первого), поэтому такое изменение свойств называют
периодическим
.
Кислотный характер оксидов и гидроксидов, образованных атомами одного элемента, с увеличением его степени окисления увеличивается.

Например: Mn2+O, />, Mn+4O2, Mn+6O3, />.
основные амфотерный кислотные

оксиды оксид оксиды

Mn+2(OH)2, Mn+3(OH)3, Mn+4(OH)4, H2Mn+6O4, HMn+7O4.

основания амфотерный кислоты

слабые гидроксид сильные

/>
кислотные свойства усиливаются
Для сравнения: слабые кислоты сильные кислоты

сернистая Н2S+4O3серная H2S+6O4

азотистая HN+3O2азотная HN+5O3


Такова же и закономерность изменения окислительной способности атома.

Например: Mno→ Mn+2 → Mn+3 → Mn+4 → Mn+6 → Mn+7
только окислительно-восстановительная только

восстановитель двойственность окислитель

/>


окислительные свойства возрастают
ВТОРИЧНАЯ ПЕРИОДИЧНОСТЬ

Изменение многих характеристик атомов зачастую не монотонно. Так, для элементов 2 периода слева направо энергия ионизации Еи в целом растет, однако, возрастая от лития к бериллию, она уменьшается к бору, а далее растет к углероду и азоту, снова уменьшаясь к кислороду, а далее увеличивается ко фтору, достигая максимума у неона.

При переходе к 3 периоду с ростом радиуса атома Еи резко уменьшается, а при движении по периоду слева направо от натрия до аргона растет аналогично 2 периоду – немонотонно:

Li B Be C O N F Ne
Na Al Mg Si S P Cl Ar
Такое явление получило название вторичная периодичность.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Балки и балочные конструкции
Реферат Social Learning Theory On Edgar Allen Poe
Реферат Napoleon And Josephine Essay Research Paper Ayoung
Реферат Анализ и совершенствование организации системы управления персоналом на ОАО "УРСА Банк"
Реферат Мышление как процесс и проблемы логического анализа научных текстов
Реферат Учетная политика на примере предприятия
Реферат Циммерман, Иоанн Георг Риттер фон
Реферат Обработка экономической информации средствами языка Pascal.
Реферат Расчет усилителя на транзисторе
Реферат Особенности применения правового института купли-продажи в отношении земельных участков
Реферат Переводческая эквивалентность в текстах газетно-информационных материалов
Реферат Острый вирусный гепатит А
Реферат Совершенствование логистической деятельности предприятия ЗАО Лига-93
Реферат Бизнес-план "Производство искусственных волокон".
Реферат Bakke Essay Research Paper In 1973 a