Д. И. Менделеева прогнозирование свойств элементов и их соединений методические указания
| Вид материала | Методические указания |
- Химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых, 461.43kb.
- Модуль Теория строения атома. Периодический закон и периодическая система Д. И. Менделеева, 401.18kb.
- Химических элементов Д. И. Менделеева, 32.78kb.
- Программа, контрольные вопросы и упражнения по неорганической химии под редакцией проф.,, 600.91kb.
- Таблицы Д. И. Менделеева. Атомы в свою очередь состоят из более мелких частиц: протонов,, 951.76kb.
- Тема №1 «Общая химия», 73.57kb.
- Задачи изучения дисциплины, 16.34kb.
- Материалы для подготовки к экзамену по химии, 462.84kb.
- Характеристика химических элементов малых периодов по их положению в периодической, 97.2kb.
- Закон и периодическая система д. И. Менделеева, 334.53kb.
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ
И ИХ СОЕДИНЕНИЙ
Методические указания к самостоятельной работе
студентов 1-го курса всех специальностей, изучающих химию
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Хабаровский государственный технический университет»
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ
И ИХ СОЕДИНЕНИЙ
Методические указания к самостоятельной работе
студентов 1-го курса всех специальностей, изучающих химию
Хабаровск
Издательство ХГТУ
2005
УДК 546
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Прогнозирование свойств элементов и их соединений : методические указания к самостоятельной работе студентов 1-го курса всех специальностей, изучающих химию / сост. Л. В. Сеничева. – Хабаровск : Изд–во Хабар. гос. технич. ун-та, 2005. – 23 с.
Методические указания составлены на кафедре «Химия». В них рассмотрены периодический закон Д. И. Менделеева, структура периодической системы химических элементов, методика определения электронного строения атома и прогнозирования свойств простых и сложных веществ на основании положения химического элемента в периодической системе.
Многовариантные задания предназначены для самостоятельной аудиторной и внеаудиторной работы студентов, изучающих общую и неорганическую химию.
Печатается в соответствии с решениями кафедры «Химия» и методического совета факультета математического моделирования и процессов управления.
© Хабаровский государственный технический университет, 2005
Введение
Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева являются научной основой развития химической науки, познания строения и свойств простых и сложных веществ, преподавания общей и неорганической химии.
При составлении периодической системы элементов Д. И. Менделеев руководствовался правилом возрастания атомной массы и принципом периодичности форм и свойств соединений химических элементов, прежде всего оксидов и гидроксидов элементов в высших степенях окисления. Как показали достижения физики в области квантовой механики строения атома, периодичность свойств элементов обусловлена периодической повторяемостью расположения валентных электронов на уровнях и подуровнях по мере роста заряда ядра атома.
Велико прогностическое значение периодической системы химических элементов. Опираясь на периодическую систему, Д. И. Менделеев предсказал, например, существование и свойства неизвестных тогда химических элементов (Gа, Sc, Ge), которые были вскоре открыты; изменил атомные массы некоторых элементов (Au, Co, Ni…). В ХХ столетии были переосмыслены химическая природа и место в таблице трансурановых элементов, предсказана возможность открытия новых химических элементов.
Закономерности периодической системы элементов широко используются в современной химии: геохимии, космохимии, ядерной химии, катализе при подборе катализаторов и т.д.
При изучении химии очень полезно уметь пользоваться периодической системой элементов Д. И. Менделеева с целью написания формул многих веществ и прогнозирования их свойств. Настоящие методические указания могут помочь студенту решить такие задачи, так как в них предлагаются пути определения строения атома, свойств многих простых и сложных веществ на основании положения химического элемента, их образующего, в периодической системе Д. И. Менделеева.
Для приобретения студентами навыков пользования периодической системой элементов Д. И. Менделеева с целью прогнозирования свойств веществ и составления аналогичных формул однотипных химических соединений в методических указаниях приведены три типа многовариантных заданий с кратким алгоритмом их выполнения.
Благодарю доцента кафедры химии В. А. Яргаеву за внимательное прочтение рукописи и ценные рекомендации, которые позволили улучшить содержание настоящих методических указаний, и техника кафедры А. Ю. Матюсову за творческий подход к компьютерной верстке этих указаний.
- Периодический закон Д. И. Менделеева
Д. И. Менделеев в 1869 году открыл периодический закон, а позднее на его основе создал периодическую систему элементов, которая служит ключом к познанию строения вещества. Периодический закон, по сути, является основным законом химии неорганических соединений.
1.1. Формулировка периодического закона
Свойства химических элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома .
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра атома Zя.
Изотопы – это атомы с одинаковым зарядом ядра, но с разными массовыми числами Аr.
Заряд ядра атома, равный порядковому номеру элемента N в периодической системе, увеличивается непрерывно, а свойства химических элементов, формы и свойства соединений элементов изменяются периодически.
Пример 1
| Химический элемент | Изотопы (атомы химического элемента) | |||||||
| Название | Элемент | N | Аr | Zя | Изотоп | Аr | Zя | Содержание в природе, % масс |
| Железо | Fe | 26 | 55,847 | +26 | 26Fe54 26Fe56 26Fe57 26Fe58 | 54 56 57 58 | +26 +26 +26 +26 | 5,84 91,68 2,17 0,31 |
| Водород | Н | 1 | 1,00794 | +1 | 1Н1 (протий) 1Н2 (дейтерий Д) 1Н3 (тритий Т) | 1 2 3 | +1 +1 +1 | 99,985 0,015 3 ∙ 10-16 |
1.2. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева
Периодический закон Д. И. Менделеев не только сформулировал, но и наглядно представил в виде периодической системы химических элементов.
К настоящему времени известно более ста вариантов изображения периодической системы элементов, из которых наиболее часто используется короткая форма таблицы.
С позиции квантовой химии принцип периодичности электронных конфигураций атомов и свойств химических элементов наилучшим образом реализуется в варианте короткой формы таблицы периодической системы элементов:
- два s-элемента начинают каждый период;
- шесть p-элементов завершают все периоды, кроме первого;
- десять d-элементов занимают место в середине больших периодов;
- четырнадцать f-элементов вынесены за пределы таблицы в виде рядов лантаноидов и актиноидов.
Пример 2:
Стронций Sr – это s-элемент, так как находится в числе первых двух элементов 5-го периода;
Селен Se – это p-элемент, так как находится в числе последних шести элементов 4-го периода;
Вольфрам W – это d-элемент, так как находится в числе средних 10 элементов 6-го периода;
Уран U – это f-элемент, так как находится в ряду актиноидов вне таблицы.
- Структура периодической системы элементов
Д. И. Менделеева (короткая форма таблицы)
В табличном варианте периодической системы элементов Д. И. Менделеева каждый элемент имеет свой порядковый номер и занимает одну клетку таблицы, химические элементы расположены в направлении увеличения их порядкового номера по периодам, группам и подгруппам.
2.1. Порядковый номер химического элемента
В каждой клетке таблицы, кроме порядкового номера, названия и символа химического элемента, указаны его атомная масса, распределение электронов по энергетическим уровням и электронная конфигурация валентных электронов.
Порядковый номер химического элемента в периодической системе – это важная характеристика атома:
N = Zя = Np = Nē = A − Nn
| порядковый номер элемента | заряд ядра атома | число протонов в ядре атома | число электронов в атоме | молярная масса атома | число нейтронов в ядре атома |
2.2. Период – горизонтальный ряд химических элементов, расположенных в порядке увеличения заряда ядра и числа электронов в атоме.
Атомы одного периода имеют одинаковое число энергетических уровней, которое равно номеру периода, обозначенному арабской цифрой. В таблице имеется 7 периодов.
N (периода) = N (энерг. ур.) = n
-
номер периода
число энергетических уровней в атоме
главное квантовое число последнего энергетического уровня
2.3. Группа – вертикальный ряд химических элементов, атомы которых имеют одинаковое число валентных электронов, но разное число энергетических уровней. Номера групп обозначены римскими цифрами. В таблице имеется 8 групп.
N (группы) = Вē
-
номер группы
число валентных электронов