Періодичний закон
Завдання 54. Який нижчий ступінь окислення виявляють водень, фтор, сірка та азот? Чому? Складіть формули сполук кальцію з даними елементами цього ступеня окислення. Як називаються відповідні сполуки?Рішення: Нижчий ступінь окислення визначається тим умовним зарядом, який набуває атом при приєднанні того числа електронів, яке необхідне для утворення стійкої електронної оболонки інертного газу ns2np6 (у разі водню ns 2 ). Водень, фтор, сірка і азот знаходяться відповідно в ІА-, VIIА-, VIА-і VА-групах періодичної системи хімічних елементів і мають структуру зовнішнього енергетичного рівня s1, s2p5, s2p4 і s2p3.
Таким чином, для завершення зовнішнього енергетичного рівня, атома водню та атома фтору необхідно приєднати по одному електрону, атому сірки – два, атому азоту – три. Звідси низький ступінь окислення для водню, фтору, сірки та азоту дорівнює відповідно -1, -1, -2 та -3. Формули сполук кальцію з даними елементами цього ступеня окислення:
CaH2 – гідрид кальцію; CaF2 – фторид кальцію; CaS – сульфід кальцію; Ca3N2 – нітрид кальцію.
Завдання 55. Який нижчий і найвищий ступінь окислення виявляють кремній, миш'як, селен і хлор? Чому? Складіть формули сполук цих елементів, що відповідають цим ступеням окиснення.Рішення: Вищий ступінь окислення елемента визначає, як правило, номер групи періодичної системи Д. І. Менделєєва, де він перебуває. Нижчий ступінь окислення визначається тим умовним зарядом, який набуває атом при приєднанні того числа електронів, яке необхідне для утвореннястійкої восьмиелектронної оболонки інертного газу ns 2 np 6 (у разі водню ns 2 ). Кремній, миш'як, селен і хлор знаходяться відповідно в IVА-, VА-, VIа- і VIIА-групах і мають структуру зовнішнього енергетичного рівня відповідно s 2 p 2 , s 2 p 3 , s 2 p 4 і s 2 p5. Таким чином, вищий ступінь окислення кремнію миш'яку, селену та хлору дорівнює відповідно +4, +5, +6 та +7. Формули сполук цих елементів, що відповідають цим ступеням окислення: H2SiO3 – крем'яна кислота; Н3AsO4 – миш'якова кислота; H2SeO4 – селенова кислота; HClO4 – хлорна кислота.
Нижчий ступінь окислення кремнію миш'яку, селену та хлору дорівнює відповідно -4, -5, -6 та -7. Формули сполук даних елементів, що відповідають цим ступеням окиснення: H4Si, H3As, H2Se, HCl.
Завдання 56. Хром утворює сполуки, в яких він виявляє ступені окислення +2, +3, +6. Складіть формули його оксидів і гідроксидів, що відповідають цим ступеням окиснення. Напишіть рівняння реакцій, що доводять амфотерність хрому гідроксиду (III).Рішення: Хром утворює сполуки, в яких виявляє ступені окислення +2, +3, +6. Формули його оксидів і гідроксидів, що відповідають цим ступеням окислення:
CrO – оксид хрому (II); Cr2O3 – оксид хрому (III); CrO3 – оксид хрому (VI).
б) гідроксиди хрому:
Cr(OH)2 – гідроксид хрому (II); Cr(OH)3 – гідроксид хрому (III); H2CrO4 – хромова кислота.
Cr(OH)3 – гідроксид хрому (III) – амфоліт, тобто речовина, яка реагує як з кислотами, так і з основами. Рівняння реакцій, що доводять амфотерність хрому гідроксиду (III):
Завдання 57. Атомні маси елементів у періодичній системі безперервно збільшуються, тоді як властивості простих тіл змінюються періодично. Чим це можнапояснити? Дайте вмотивовану відповідь.Рішення: У більшості випадків зі зростанням заряду ядра атомів елементів закономірно збільшуються їх відносні атомні маси, тому що відбувається закономірне збільшення вмісту протонів і нейтронів в ядрах атомів. Властивості простих тіл змінюються періодично, тому що на зовнішньому рівні в атомів періодично змінюється кількість електронів. У атомів елементів періодично із зростанням заряду ядра зростає кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні, що необхідне освіти стійкої восьмиелектронної оболонки (оболонки інертного газу). Наприклад, періодична повторюваність властивостей у атомів Li, Na і K пояснюється тим, що на зовнішньому рівні їх атомів є по одному валентному електрону. Також періодично повторюються властивості у атомів Не, Ne, Ar, Kr, Xe і Rn – у атомів цих елементів на зовнішньому енергетичному рівні міститься по вісім електронів (у гелію – два електрони) – всі вони є хімічно інертними, тому що їх атоми не можуть ні приєднувати, ні віддавати електрони атомам інших елементів.
Завдання 58. Яке сучасне формулювання періодичного закону? Поясніть, чому в періодичній системі елементів аргон, кобальт, телур і торій вміщені відповідно перед калієм, нікелем, йодом та протактинням, хоча й мають велику атомну масу?Рішення: Сучасне формулювання періодичного закону: «Властивості хімічних елементів та утворених ними простих чи складних речовин перебувають у періодичній залежності від величини заряду ядра атомів елементів».
Так як у атомів К, Ni, I, Pa - мають меншу відносну масу, ніж відповідно у Ar, Co, Te, Th - заряди атомних ядер на одиницю більше
то калію, нікелю, йоду і протактинію присвоюється порядкові номери відповідно 19, 28, 53 і 91. Таким чином елементу в періодичній системі присвоюється порядковий номер за зростанням його атомної маси, а за кількістю протонів, що містяться в ядрі даного атома, т.е. по заряду ядра атома. Номер елемента вказує заряд ядра (кількість протонів, що містяться в ядрі атома), загальна кількість електронів, що містяться в цьому атомі.
Завдання 59. Який нижчий і найвищий ступінь окислення виявляють вуглець, фосфор, сірка та йод? Чому? Складіть формули сполук даних елементів, що відповідають цим ступеням окислення.Рішення: Вищий ступінь окислення елемента визначає, як правило, номер групи періодичної системи Д. І. Менделєєва, в якій він знаходиться. Нижчий ступінь окислення визначається тим умовним зарядом, який набуває атом при приєднанні того числа електронів, яке необхідне для утворення стійкої восьмиелектронної оболонки інертного газу ns2np6 (у разі водню ns2). Вуглець, фосфор, сірка та йод знаходяться відповідно в IVА-, VА-, VIа- і VIIА-групах і мають структуру зовнішнього енергетичного рівня відповідно s 2 p 2 , s 2 p 3 , s 2 p 4 і s 2 p 5 . Таким чином, вищий ступінь окислення вуглецю, фосфору, сірки та йоду дорівнює відповідно +4, +5, +6 та +7. Формули сполук цих елементів, що відповідають цим ступеням окиснення: СО2 – оксид вуглецю (II); Н3РО4 – ортофосфорна кислота; H2SO4 – сірчана кислота; HIO4 – йодна кислота.
Нижчий ступінь окислення вуглецю, фосфору, сірки та йоду дорівнює відповідно -4, -5, -6 та -7. Формули сполук даних елементів, що відповідають цим ступеням окиснення: СH4, H3Р, H2S, HI.
Завдання 60. Атоми яких елементів четвертого періодуперіодичної системи утворюють оксид, що відповідає їх вищого ступеня окиснення Е2О5? Який із них дає газоподібне з'єднання з воднем? Складіть формули кислот, що відповідають цим оксидам і зобразите їх графічно? Рішення: Оксид Е2О5, де елемент знаходиться у вищому ступені окислення +5, характерний для елементів V групи. Такий оксид можуть утворювати два елементи четвертого періоду та V-групи – це елемент №23 (ванадій) та №33 (миш'як). Ванадій і миш'як як елементи п'ятої групи утворюють водневі сполуки складу ЕН3, тому що вони можуть виявляти нижчий ступінь окислення -3. Оскільки миш'як – неметал, він утворює з воднем газоподібне з'єднання – H3As – арсин.
Формули кислот, що відповідають оксидам найвищою мірою окислення ванадію та миш'яку:
H3VO4 – ортованадієва кислота; HVO3 – метаванадієва кислота; HAsO3 - метамиш'якова кислота; H3AsO4 – миш'якова (ортомиш'якова) кислота.