Всім добрий день! Знову вітаю вас на уроці хімії. І цей урок буде дуже корисним, тому що сьогодні я навчу вас користуватись найкращою шпаргалкою хіміків періодичною таблицею хімічних елементів.
Поїхали! Продовжуємо розмовляти про періодичний закон і будову атома. Давайте запишемо тему нашого уроку.
Періодична система хімічних елементів з позиції теорії будови атома. Матеріалу буде багато, тому налаштовуємося на робочий лад. Починаємо працювати. Багато років тому, коли Дмитро Ванч Менделєєв відкрив періодичний закон, він сказав, що створив природну систему елементів, тобто систему, в якій кожен елемент стоїть на своєму місті, що відповідає його властивостям.
Пройшли роки, вчені зробили нові дослідження, нові відкриття, і всі вони тільки підтвердили правильність розташування елементів в таблиці. Дмитро Іванович був живий і бачив, як чудово збігається положення елемента в його періодичній таблиці з будовою ядер електронних оболонок, а то в цього елемента. Він був би, мабуть, дуже і дуже задоволеним. Давайте глянемо нашим сьогоднішнім поглядом на сучасну періодичну таблицю.
Ні, не настільки сучасну. Ось це правильна таблиця. Я вам казала, що періодична таблиця це легальна шпаргалка-хіміка. Якщо вміти нею користуватись, то можна сказати про листивості елементів та їхніх сполук майже все.
Починаємо роздивлятися. Деякі речі ми вже знаємо. По-перше, кожен елемент в таблиці має своє конкретне місце, свою комірочку.
Що в ній написано? Звичайно, символ елемента. Також його назва і назва простої речовини, яку утворює цей елемент.
Крім назв. В комірці є цифри, і перша це порядковий номер елемента. Мінділєв, коли просто пронумерував елементи, навіть не здогадувався, яку інформацію ховатиме в собі порядковий номер.
Розкриваємо секрети. Згадуємо, чому дорівнює порядковий номер. Ми це знаємо. Він дорівнює, перше, заряду ядра атома, друге кількості протонів або протонному числу і третє кількості електронів, тобто числу електронів.
Наприклад, наш карбон. Порядковий номер в нього 6. Це означає, що заряд атома карбону буде плюс 6. В нього буде 6 протонів і 6 електронів. Все дуже легко. А нейтрони? Де взяти кількість нейтронів?
Так, кількості нейтронів дійсно немає. Проблемка? Ні, у нас же шпаргалка.
Зараз ми дізнаємося нейтрони. І в цьому нам допоможе інша цифра атомна маса. Звичайно, це, по-перше, маса атома елемента… яка потрібна для розв'язування багатьох хімічних задач.
Але це число також має один секрет. Якщо округлити його до цілого значення, ми отримаємо так зване нуклонне число. Тобто, що таке нуклонне число?
Це сума протонів і нейтронів. А знаючи порядковий номер, тобто кількість протонів, ми можемо порахувати кількість нейтронів. Для цього треба від... нуклонного числа відняти протони. Або, кажучи простіше, від атомної маси віднімаємо порядковий номер.
Наприклад, у нас атомна маса карбону округляємо, дорівнює 12. Тобто, нуклонне число 12. Порядковий номер 6. 12-6 дорівнює 6. У карбона буде 6 нейтронів. Все легко? Дуже легко. Так, що ще залишилось в клітиниці? Ось у нас є ще розподіл електронів по електронних рівнях і електронна конфігурація зовнішнього рівня елемента.
Ця інформація дуже потрібна для розуміння хімічних властивостей елемента. Як саме? Давайте подивимось далі.
Ось періодична таблиця. Вона складається з періодів і груп. Періоди це горизонтальні ряди, групи вертикальні стопчики.
Це все ми знаємо. І я вам нагадую, як цим користуватися, щоб дістати максимум. інформації для розв'язування задач. Почнемо з груп. Групи поділяються на головну та побічну підгрупи.
Головна довга, побічна коротка, починається завжди з 4 періоду. В підгрупах знаходяться елементи з подібними властивостями, так звані родини елементів. Ми вже знайомі з представниками трьох родин. Всі вони знаходяться в головних підгрупах.
В першій групі лужні метали, літій, натрий, калій, рубідій, цезій, францій. В сьомій групі галогени. флор, хлор, бром, йод, астат.
В восьмій групі інертні гази або благородні гази. Гелій, ніон, аргон, кріптон, ксенон, радон. Ще раз кажу, періодична таблиця це наша шпаргалка.
Вам не треба знати властивості абсолютно всіх елементів. Достатньо просто глянути на вертикаль, де знаходиться потрібний вам елемент, він матиме такі самі властивості, які мають елементи з цієї підгрупи. Наприклад, давайте глянемо, елемент стронці.
Ніколи його не бачили, нічого ніколи про нього не чули. Які властивості матиме стронцій? А, знаю, знаю.
Стронцій знаходиться в другій групі, в головній підгрупі. Разом з ним в вертикалі розташовані кальцій, магній та барій. Це означає, що стронцій матиме властивості подібні до властивостей кальцію та барію. Близькою відповідь і абсолютно правильно. Барій та кальцій активні метали.
Вони називаються ложно-земельні. А це означає, що стронцій також буде активним металом. І так само, як кальцій і барій, він буде реагувати, наприклад, дуже легко з неметалами або з водою, утворюючи при цьому лух і виділяючи водень.
І решта властивостей також будуть подібними до кальцію і барію. Бачите, для того, щоб про це дізнатися, нам не треба було робити жодного досліду. Ми просто зазирнули в періодичну табличку. Дуже корисну річ придумав Меділеєв.
І ось вам завдання на закріплення. Елемент Арсен матиме властивості, подібні до яких елементів? Поставте відео на паузу та дайте відповідь на це питання.
А що показують кольори в таблиці? Кольори це також підказка. Вони допомагають нам розібратись з будовою зовнішнього шару атома.
Справа в тому, що подібні властивості елементи кожної підгрупи мають завдяки подібній електронній будові. І тут важливі навіть не всі електрони, а лише ті, що розташовані на зовнішньому рівні. Так ось, кольори показують нам, які саме електрони останніми заповнюють зовнішній енергетичний рівень. Дивіться, рожевим кольором позначені так звані S-елементи. Це значить, що останніми зовнішній рівень заповнюють S-електрони.
Це елементи, які розташовані в першій і другій групі в головних підгрупах. І елемент гелій, гляньте, він у восьмій групі, але він також рожевий, не забувайте про нього. Жовтенькі елементи це P елементи, там останніми заповнюють P електрончики, P підрівень.
Це елементи з третьої по восьму групу головні підгрупи. Далі блакітні елементи це елементи абсолютно всіх побічних підгруп, це так звані перехідні метали. і в них останнім заповнюється D підрівень, це D елементи. І нарешті зелененькі елементи, винесені за межі періодичної таблички, знизу намальовані, це рідкоземельні елементи, в них останнім заповнюється F підрівень, це F елементи.
Все. Знову повертаємося до будови атома і як ця будова пов'язана з періодичною таблицею. Отже, за хімічні властивості відповідають електрони зовнішнього рівня. Їх ще називають валентними електронами.
Маємо нове поняття валентні електрони. Що це таке? Щоб з цим розібратись, давайте згадаємо, що таке валентність.
О, це я знаю! Валентність це здатність атома утворювати хімічні зв'язки. Правильно!
А це означає, що валентні електрони це ті електрони, які беруть участь в утворенні хімічних зв'язків. Запам'ятайте це, а ще краще запишіть собі в зошит. А в отворенні зв'язків беруть участь, як правило, неспарені електрони зовнішнього рівня.
Тобто чисельно валентність, як правило, дорівнює кількості неспарених електронів. Багато слів, нічого не зрозуміло. Тому давайте розберемо конкретний приклад.
Він допоможе нам розібратися, і наше завдання буде знайти кількість неспарених електронів в атомі, і це число і дасть нам валентність. Отже, маємо завдання. Зобразіть електронно-графічну будову зовнішнього рівня атома оксигену. Скільки в нього неспарених електронів?
Яка валентність оксигену? Поїхали! Давайте глянемо в періодичну табличку і знайдемо там оксиген. Оксиген це елемент №8. Він знаходиться в другому періоді і в шостій групі.
Це означає, що в нього два енергетичних рівня і шість електронів на зовнішньому рівні. Запишемо електронографічну формулу зовнішнього рівня, другого. Чому тільки його?
Тому що тільки він відповідає за хімічні властивості і, відповідно, за валенність. Отже, на другому рівні завжди 4 орбіталі. Одна S і три P.
Розселяємо наші 6 електрончиків по цим орбіталям. Два одразу сідають на S орбіталь і чотири сідають на P орбіталь в такому порядку. Бачимо, останні два електрони не мають пари. Вони не спарені.
Оці неспарені електрони дають нам валентність. У оксигена валентність буде дорівнювати 2. Ще раз кажу, так для кожного елемента. Кількість неспарених електронів дорівнює валентності елемента.
Стоп! Але карбон в углекисному газі має валентність 4, а в нього тільки 2 неспарені електрони. Тому валентність має дорівнювати 2. Не застиковочка, щось не те ви кажете.
Ти абсолютно правий. Таке трапляється і дуже часто. Виявляється, що під час одержання атомом додаткової енергії, наприклад, у разі зіткнення атомів або поглинання світла, можливий перехід електрона з одного підрівня на інший в межах одного рівня.
Такий процес називають промотуванням або збудженням. І відповідний стан атома називають промотованим або збудженим. Пояснюю на конкретному прикладі, що відбувається.
Давайте глянемо на елемент хлор. Він знаходиться в третьому періоді і в сьомій групі. Це значить, що в нього три енергетичних рівня і на зовнішньому рівні сім електронів. Давайте намалюємо будову зовнішнього шару третього.
На третьому рівні завжди три типи орбіталій. Е, С, П, Д. Розташуємо за принципом мінімальної енергії наші сім електронів по сім орбіталям. Перші два електрончика плегають на есорбіталь, решта п'ять. сідають на П-орбіталі в такому порядку. Подивіться, що трапилось.
Останній електрон, він один знаходиться на орбіталі. Тобто він є неспареним електроном. І валентність даного випадку хлора дорівнює одиниці. І ось вам приклад сполуків, який хлор одновалентний. Це дуже відома кислота, аж хлор, ми її знаємо.
Ось, аж хлор, ні, хлор має валентність одиничку. Знову дивимося на будову зовнішнього шару. Подивіться.
На третьому рівні є цілих 5 деорбіталій, які вільні, на них немає електронів. Що це значить? Це значить, що П-електрончики можуть розпаруватись, і один з них перестрибне на деорбіталь.
Таке відбувається. Ось один П-електрончик перестрибує на деорбіталь, сідає там. Скільки ми тепер маємо неспарних електронів?
Три електрони. А це значить, що хлор в даному випадку, тривалентний, може бути така сполука. Може, ось вам приклад, хлор в тор 3, в цій сполуці хлор має валентність 3. Йдемо далі, знову ще один електрончик, нехай перестрибне.
Ось він перестрибнув. Скільки неспарених електронів? 5. Яка валентність у хлора в цьому випадку? 5. Є така сполука?
Є, ось, будь ласка, хлор в тор 5, сполука, в якій хлор 5-валентний. Ну і нарешті, остання пара, давайте її розпаруємо. Знову електрончик перестрибнув на деорбіталь.
Ми маємо тепер 7 неспарених електронів, валентність хлору дорівнює 7. І приклад сполуків, який хлор семивалентний, це оксид хлору. Хлор 2О7. Ось, дивіться, один і той самий хлор має 4 різних варіанти валентності. Тобто він має змінну валентність.
Тепер щодо карбону. Карбон знаходиться в четвертій групі. Це значить, у нього на зовнішньому шарі 4 електрони.
Вони будуть розташовані таким чином. Пара електронів на S-орбіталі і по одному електрончику на двох P-орбіталях. Маємо два неспарені електрони. Тобто валетність карбона в даному випадку дорівнює двом.
І приклад такої спалу кічадний газ. Подивіться, його формула це O. Валетність карбону в цій ��палуці дорівнює двом. Тепер дивимося.
У карбона є вільна P-орбіталь. Це означає, що туди може перестрибнути електрончик з S-орбіталі. Так і відбувається.
Електрон перестрибує. Тепер ми маємо 4 неспарених електрони. Тобто валентність в даному збудженому стані у карбона вже дорівнює 4. І вуглекислий газ це саме та сполука, в якій карбон 4-валентний.
Подивіться, це О2-формула вуглекислого газу. В ній, в цій сполуці, карбон 4-валентний. Ось вам приклад. Елемент карбон. Може мати змінну валентність 2 або 4. А тепер завдання для вас.
Ось вам табличка і питання. Які валентності може мати елемент сульфур? Поставте відео на паузу, намалюйте будову зовнішнього шару і знайдіть всі варіанти валентності. А, зрозумію.
Тобто, якщо атом має вільні орбіталі, на них можуть перестрибувати електрони, і такий атом буде мати змінну валентність. Правильно. Таким чином, число електронів на зовнішньому рівні дає нам максимальну валентність. І така максимальна валентність називається вищою. В нашому прикладі у хлора було 7 електронів на зовнішньому рівні і вища валентність хлора дорівнює 7. У карбона 4 електрончики на зовнішньому рівні і його максимальна, тобто вища валентність, дорівнює 4. Оскільки число електронів на зовнішньому рівні дорівнює номеру групи, Можна зробити висновок, що вища валентність також дорівнює номеру групи.
Давайте це запишемо. Валентність, що дорівнює номеру групи, називають вищою валентністю. Поставте відео на паузу, запишіть це означення.
Однак, в будь-якому правилі є виключення. Так, в елементі другого періоду нітрогена, оксигена та флора вища валентність не дорівнює номеру групи. У нітрогена вона дорівнює 4, а у оксигена та флора взагалі валентність постійна. У оксигена завжди дорівнює 2, у флори завжди дорівнює 1. Завдання вам здогадайтеся, чому саме всіх елементів так відбувається.
І пропоную пояснити це на прикладі оксигену. Подивіться. Чому валентість оцегену завжди дорівнює 2, хоча він знаходиться в 6-й групі? Даю підказку.
Намалюйте будову зовнішнього шару оцегену, і я сподіваюся, ви одразу зрозумієте, чому так відбувається.