Тема: Зависимость кислотно-основных свойств ... положения элемента в периодической системе и его степени окисления

Тема:
Зависимость кислотно-основных свойств оксидов от
положения элемента в периодической системе и его степени окисления
Цель: рассмотреть зависимость свойств оксидов, кислот от степени окисления элемента.
Слева направо по периоду у элементов происходит ослабление металлических
свойств, и усиление неметаллических свойств, основные свойства оксидов
ослабевают, а кислотные свойства оксидов возрастают.
По главным подгруппам неметаллические свойства элементов ослабевают, а
металлические усиливаются, поэтому: сверху вниз по главной подгруппе
возрастают основанные свойства оксидов, а кислотные ослабевают.
Обратите внимание! Если один и тот же элемент образует несколько
оксидов с разными степенями окисления, то чем выше степень окисления
элемента в оксиде, тем выше его кислотные свойства.
Например:
и
– первый оксид основной, а
второй амфотерный.
,
– первый оксид основной, второй – амфотерный,
последний – кислотный.
Характер изменения свойств оснований в зависимости от положения
металла в периодической системе и его степени окисления
По периоду слева направо наблюдается постепенное ослабление основных
свойств гидроксидов.
Например,
основание, чем
более слабое основание, чем
, но более сильное
.
По главным подгруппам сверху вниз сила оснований возрастает.
Так,
– более сильное основание, чем
, но
– более сильное
основание, чем
.
Если металл образует несколько гидроксидов, находясь в различной степени
окисления, то чем выше степень окисления металла, тем более слабыми
основными свойствами обладает гидроксид.
Так,
более слабое основание, чем
.
Зависимость силы кислот от положения элемента в периодической системе
и его степени окисления
По периоду для кислородосодержащих кислот слева направо возрастает сила
кислот.
Так,
более сильная, чем
; в свою очередь,
более сильная,
чем
.
По группе кислородосодержащих кислот сверху вниз
уменьшается. Так угольная
более сильная, чем кремниевая
сила
кислот
Чем выше степень окисления кислотообразующего элемента, тем
сильнее кислота:
,серная кислота сильнее, чем сернистая.
Сила бескислородных кислот в главных подгруппах с ростом атомного
номера элемента возрастает:
,
СИЛА
КИСЛОТ
РАСТЕТ
По периоду слева направо сила бескислородных кислот возрастает.
Так
более сильная кислота, чем
,а
– чем
.
6.5. Примеры решения задач
Пример 1. На основании ПСЭ охарактеризуйте химические свойства
атома с порядковым номером 21 по плану.
План характеристики элемента по положению
в Периодической системе Д.И. Менделеева
1. Укажите название элемента, его обозначение. Определите порядковый
номер элемента, номер периода, группу, подгруппу. Укажите физический
смысл параметров системы – порядкового номера, номера периода, номера
группы. Обоснуйте положение в подгруппе.
2. Укажите количество электронов, протонов и нейтронов в атоме
элемента, заряд ядра, массовое число.
3. Составьте полную электронную формулу элемента, определите
электронное семейство, отнесите простое вещество к классу металлов или
неметаллов.
4. Изобразите графически электронную структуру элемента (или двух
последних уровней).
5. Графически изобразите все возможные валентные состояния.
6. Укажите число и тип валентных электронов.
7. Перечислите все возможные валентности и степени окисления.
8. Напишите формулы оксидов и гидроксидов для всех валентных
состояний. Укажите их химический характер (подтвердите ответ
уравнениями соответствующих реакций).
9. Приведите формулу водородного соединения.
10. Назовите область применения данного элемента
Решение. В ПСЭ элементу с порядковым номером 21 соответствует
скандий
.
1. Элемент находится в IV периоде. Номер периода означает число
энергетических уровней в атоме этого элемента, у него их 4. Скандий
расположен в 3-й группе – на внешнем уровне 3-го электрона; в побочной
подгруппе. Следовательно, его валентные электроны находятся на 4s- и 3dподуровнях. Порядковый номер численно совпадает с зарядом ядра атома.
2. Заряд ядра атома скандия +21.
Число протонов и электронов – по 21.
Число нейтронов А–Z = 45 – 21 = 24.
Общий состав атома:
(
).
3. Полная электронная формула скандия:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2 .
Электронное семейство: d-элемент, так как в стадии заполнения d-орбитали. Электронное строение атома заканчивается s-электронами, поэтому
скандий проявляет металлические свойства; простое вещество – металл.
4. Электронно-графическая конфигурация
5. Возможные
валентные
числом неспаренных электронов:
– в основном состоянии:
имеет вид:
состояния,
обусловленные
– у скандия в возбужденном состоянии электрон с 4s-орбитали перейдет
на свободную 4p-орбиталь,
одиннеспаренный d-электрон
увеличивает
валентные возможности скандия.
Sc имеет в возбужденном состоянии три валентных электрона.
6. Возможные
валентности
в
данном
случае
определяются
числом неспаренных электронов: 1, 2, 3 (или I, II, III). Возможные степени
окисления (отражают число смещенных электронов) +1, +2, +3 (так как
скандий – металл).
7. Наиболее характерная и устойчивая валентность III, степени
окисления +3. Наличие лишь одного электрона в d-состоянии обусловливает
малую устойчивость 3d14s2-конфигурации.
Скандий и его аналоги, в отличие от других d-элементов проявляет
постоянную степень окисления +3, это высшая степень окисления и
соответствует номеру группы.
8. Формулы оксидов и их химический характер:
форма высшего оксида –
(амфотерный);
формулы гидроксидов:
– амфотерный.
Уравнения реакций, подтверждающих амфотерный характер оксидов
и гидроксидов:
(скандат лития),
(хлорид скандия),
(гексагидроксоскандиат (III) калия),
(сульфат скандия).
9. Соединения с водородом не образует, так как находится в побочной
подгруппе и является d-элементом.
10. Соединения скандия применяются в полупроводниковой технике.
Пример 2. У какого из двух элементов, марганца или брома, сильнее
выражены металлические свойства?
Решение. Данные элементы находятся в четвертом периоде.
Записываем их электронные формулы:
25 Mn
35 Br
Марганец – d-элемент, т. е. элемент побочной подгруппы, а бром – рэлемент главной подгруппы этой же группы. На внешнем электронном
уровне у атома марганца только два электрона, а у атома брома – семь.
Радиус атома марганца меньше радиуса атома брома при одинаковом числе
электронных оболочек.
Общей закономерностью для всех групп, содержащих р- и d-элементы
является преобладание металлических свойств у d-элементов. Таким
образом, у марганца металлические свойства выражены сильнее, чем у
брома.