"Химия (углублённый уровень)", Пузаков С.А., Машнина Н.В., Попков В.А.
Характеристика химического элемента — это последовательный способ связать его положение в периодической системе со строением атома и свойствами веществ. По порядковому номеру, периоду, группе и электронной конфигурации определяют заряд ядра, число энергетических уровней и электронов внешнего слоя. Затем прогнозируют типичные степени окисления, свойства простого вещества, формулы и характер высшего оксида, гидроксида и водородного соединения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Характеристика химического элемента — последовательное описание элемента по его положению в периодической системе, строению атома и свойствам образуемых им веществ. Это не перечень разрозненных фактов, а логическая цепочка от положения к свойствам. Такой порядок помогает объяснить и предсказать химическое поведение элемента.
Положение элемента в периодической системе — его порядковый номер, период и группа. По порядковому номеру находят заряд ядра, по периоду — число занятых энергетических уровней, а по группе уточняют строение внешнего уровня. Эти сведения служат началом всей характеристики.
Электронная конфигурация атома — распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням. Она показывает, сколько электронов находится на внешнем уровне и какие подуровни заполнены не полностью. Поэтому конфигурация помогает понять, какие связи и степени окисления характерны для элемента.
Характерные соединения элемента — прежде всего его высший оксид и соответствующий ему гидроксид, а для многих неметаллов также летучее водородное соединение. Высший оксид содержит элемент в наибольшей типичной степени окисления. По формулам этих веществ определяют их свойства и характер.
Характеристику начинают с порядкового номера, потому что он однозначно задаёт состав нейтрального атома: число протонов в ядре равно числу электронов. Номер периода показывает, сколько энергетических уровней занято электронами. Например, у элемента третьего периода электроны распределены по трём уровням, даже если последний уровень заполнен не полностью.
Номер группы помогает установить число электронов внешнего уровня у элементов главных подгрупп, поскольку внутри такой подгруппы повторяется строение внешней оболочки. Отсюда выводят способность атома отдавать или принимать электроны и типичные степени окисления. У элементов побочных подгрупп учитывают также электроны незаполненного d-подуровня, поэтому одного номера группы недостаточно.
Электронное строение объясняет, почему одни элементы проявляют металлические, а другие — неметаллические свойства. Атом металла обычно легче отдаёт внешние электроны и образует положительные ионы, тогда как атом неметалла чаще принимает электроны или обобществляет их в ковалентной связи. Чем ближе внешняя оболочка к устойчивой конфигурации, тем заметнее стремление завершить её.
Формулы характерных соединений составляют после определения степени окисления элемента. В высшем оксиде кислород обычно имеет степень окисления −2, поэтому индексы подбирают так, чтобы сумма степеней окисления была равна нулю. Затем по составу и свойствам оксида определяют характер соответствующего гидроксида: основный, кислотный или амфотерный.
Полученные выводы проверяют сравнением с соседними элементами периода или группы. В периоде обычно ослабевают металлические свойства и усиливаются неметаллические, а в группе сверху вниз возрастает металлический характер у многих элементов. Поэтому изменение состава оксидов, их характера и химической активности служит проверкой характеристики.
Таблицу удобно использовать как маршрут ответа: сначала заполняют сведения о положении и строении атома, затем переходят к простому веществу и соединениям. В последней колонке записывают не только факт, но и вывод, который из него следует. Для побочных элементов отдельно проверяют, какие подуровни участвуют в образовании связей.
| Пункт характеристики | Какие сведения указать | Какой вывод сделать |
|---|---|---|
| Положение в периодической системе | Порядковый номер, период, группа, главная или побочная подгруппа | Заряд ядра, число энергетических уровней, положение среди металлов и неметаллов |
| Строение атома и электронная конфигурация | Число протонов, электронов, распределение по уровням и подуровням | Число внешних электронов и возможные способы образования связей |
| Принадлежность к металлам или неметаллам | Металл, неметалл или элемент с промежуточными свойствами | Способность отдавать, принимать или обобществлять электроны |
| Типичные степени окисления и валентность | Характерные значения степени окисления и валентности | Какие соединения элемент образует и как составлять их формулы |
| Простое вещество и его характерные свойства | Формула, агрегатное состояние, цвет, проводимость, химическая активность | Связь свойств простого вещества со строением атома |
| Формулы и характер высшего оксида и гидроксида | Формулы, высшая степень окисления, основный, кислотный или амфотерный характер | Возможные реакции и принадлежность соединений к классам веществ |
| Летучее водородное соединение (если характерно) | Формула и свойства соединения с водородом | Типичное соединение элемента-неметалла с водородом |
Нужно связать порядковый номер натрия с зарядом ядра, числом электронов, периодом, группой и электронной конфигурацией. После этого можно сделать вывод о характере элемента.
Ответ: натрий — металл третьего периода, первой группы; его конфигурация 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹, типичная степень окисления — +1.
Требуется последовательно перейти от положения серы к строению атома, свойствам простого вещества и характерным соединениям. Нельзя начинать с формул соединений без определения числа внешних электронов.
Ответ: сера — неметалл с конфигурацией 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴; её типичные степени окисления −2, +4, +6, высший оксид SO₃, гидроксид H₂SO₄, водородное соединение H₂S.
Число энергетических уровней сразу указывает период, а число внешних электронов — группу главной подгруппы. Затем результат нужно проверить электронной конфигурацией и свойствами соединений.
Ответ: искомый элемент — кремний Si; он находится в третьем периоде и IV группе главной подгруппы, имеет конфигурацию 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p².
Номер группы считают числом внешних электронов у любого элемента. Так рассуждают по правилу главных подгрупп, но у переходных элементов в химических свойствах участвуют d-электроны. Проверяйте, к какой подгруппе относится элемент, и смотрите его конфигурацию.
Путают валентность со степенью окисления. Причина ошибки — оба понятия используют при описании соединений, но степень окисления имеет знак, а валентность обозначает число связей и знака не имеет. При записи ответа отдельно проверяйте наличие знака перед числом.
Характер оксида определяют только по принадлежности элемента к металлам или неметаллам. Такое упрощение не учитывает амфотерные оксиды и влияние степени окисления. Сопоставляйте формулу, положение элемента и способность оксида реагировать и с кислотами, и с основаниями.
Формулы составляют без баланса зарядов. Индексы иногда переносят механически, не проверяя результат. После записи формулы умножьте индексы на степени окисления: сумма должна быть равна нулю.
Для характеристики нужны знания о строении атома, электронных конфигурациях и периодической системе, а также различия между валентностью и степенью окисления. Этот план используют при сравнении элементов и прогнозировании свойств их простых веществ и соединений. Далее он помогает изучать периодические изменения, химическую связь и реакции неорганических веществ.
С чего начинать характеристику химического элемента?
Начинают с положения элемента в периодической системе: указывают порядковый номер, период, группу и подгруппу. Затем записывают строение атома и переходят к свойствам простого вещества и его соединений.
Как по положению элемента определить строение его атома?
Порядковый номер показывает заряд ядра и число электронов в нейтральном атоме, а период — число занятых энергетических уровней. Для элементов главных подгрупп номер группы обычно помогает определить число электронов внешнего уровня.
Можно ли по номеру группы узнать число электронов внешнего уровня?
Для элементов главных подгрупп это правило обычно работает: номер группы соответствует числу электронов внешнего уровня. Для элементов побочных подгрупп его нельзя применять без оговорок, поскольку в химических свойствах участвуют также электроны незаполненного d-подуровня.
Как определить характер высшего оксида элемента?
Сначала находят высшую степень окисления элемента и составляют формулу оксида по балансу зарядов. Затем учитывают положение элемента и свойства оксида: он может быть основным, кислотным или амфотерным.
Чем степень окисления отличается от валентности?
Степень окисления условно показывает заряд атома в соединении и записывается со знаком, например +6 или −2. Валентность обозначает число связей атома и знака не имеет.
19.1. Характеристика элементов
