Елементите в периодичната система на Менделеев се разделят на s-, p-, d-елементи. Това подразделение се извършва въз основа на това колко нива има електронната обвивка на атома на елемента и с какво ниво завършва запълването на обвивката с електрони.

Да се s-елементипрепращат елементи IA-групи - алкални метали. Електронна формула на валентната обвивка на атомите на алкални метали ns1. Стабилното окислително състояние е +1. Елементи IA групиимат сходни свойства поради сходната структура на електронната обвивка. С увеличаване на радиуса в Li-Fr групата, връзката на валентния електрон с ядрото отслабва и енергията на йонизация намалява. Атомите на алкалните елементи лесно даряват своя валентен електрон, което ги характеризира като силни редуциращи агенти.

Възстановяващите свойства се подобряват с увеличаване на серийния номер.

Да се р-елементивключва 30 артикула IIIA-VIIIA-групипериодична система; p-елементите са разположени във втория и третия малък период, както и в четвъртия до шестия голям период. Елементи IIIA-групиимат един електрон в p орбитала. AT IVA-VIIIA-групинаблюдава се запълване на p-поднивото до 6 електрона. Обща електронна формула на p-елементите ns2np6. В периоди с нарастване на ядрения заряд атомните радиуси и йонните радиуси на р-елементите намаляват, енергията на йонизацията и афинитета на електроните се увеличават, електроотрицателността се увеличава, окислителната активност на съединенията и неметалните свойства на елементите се увеличават. В групите радиусите на атомите се увеличават. От 2p елементи до 6p елементи, йонизационната енергия намалява. Металните свойства на р-елемента в групата се увеличават с увеличаване на серийния номер.

Да се d-елементивключва 32 елемента от периодичната система IV–VII големи периоди. AT IIIB-групаатомите имат първия електрон в d-орбитала, в следващите B-групи d-поднивото се запълва до 10 електрона. Обща формула на външната електронна обвивка (n-1)dansb, където a=1?10, b=1?2. С увеличаване на серийния номер свойствата на d-елементите се променят незначително. За d-елементите атомният радиус бавно се увеличава и те също имат променлива валентност, свързана с непълнотата на предварителното външно d-електронно подниво. В по-ниските степени на окисление d-елементите проявяват метални свойства; с увеличаване на серийния номер в групи В те намаляват. В разтвори d-елементите с най-висока степен на окисление проявяват киселинни и окислителни свойства и обратно при по-ниски степени на окисление. Елементите с междинна степен на окисление проявяват амфотерни свойства.

8. Ковалентна връзка. Метод на валентна връзка

Химична връзка, осъществявана от споделени електронни двойки, възникващи в обвивките на свързаните атоми с антипаралелни завъртания, се нарича атомна или ковалентна връзка.Ковалентната връзка е двуелектронна и двуцентрова (задържа ядра). Образува се от атоми от един тип - ковалентен неполярни– нова електронна двойка, възникнала от два несдвоени електрона, става обща за два хлорни атома; и атоми от различен тип, сходни по химична природа - ковалентни полярни.Елементи с по-голяма електроотрицателност (Cl) ще изтеглят споделени електрони от елементи с по-малка електроотрицателност (H). Атомите с несдвоени електрони, които имат успоредни завъртания, се отблъскват един друг – не се появява химическа връзка. Начинът, по който се образува ковалентна връзка, се нарича обменен механизъм.

Свойства на ковалентна връзка. Дължина на връзката -междуядрено разстояние. Колкото по-късо е това разстояние, толкова по-силна е химическата връзка. Енергия на връзката -количеството енергия, необходимо за прекъсване на връзката. Големината на кратността на връзката е право пропорционална на енергията на връзката и обратно пропорционална на дължината на връзката. Посока на комуникация -определено подреждане на електронни облаци в молекула. Насищаемост- способността на атома да образува определен брой ковалентни връзки. Химична връзка, образувана от припокриването на електронни облаци по ос, свързваща центровете на атомите, се нарича ?-Връзка.Връзката, образувана от припокриването на електронни облаци, перпендикулярни на оста, свързваща центровете на атомите, се нарича ?-връзка. Пространствената ориентация на ковалентната връзка се характеризира с ъглите между връзките. Тези ъгли се наричат валентни ъгли. хибридизация -процесът на пренареждане на електронни облаци нееднакви по форма и енергия, което води до образуването на хибридни облаци, идентични по същите параметри. Валентносте броят на химическите връзки (ковалентен ), чрез които един атом е свързан с други. Електроните, участващи в образуването на химични връзки, се наричат валентност. Броят на връзките между атомите е равен на броя на неговите несдвоени електрони, участващи в образуването на общи електронни двойки, така че валентността не отчита полярността и няма знак. В съединения, в които няма ковалентна връзка, степен на окисление -условен заряд на атома, базиран на предположението, че се състои от положително или отрицателно заредени йони. За повечето неорганични съединения е приложима концепцията за степен на окисление.

s-, p-елементите са разположени в основните подгрупи на периодичната система на D.I. Менделеев (подгрупа А). Всеки период започва с два s-елемента, а последните шест (с изключение на първия период) са p-елементи. При s- и p-елементите електроните и орбиталите на външния слой на атома са валентни. Броят на външните електрони е равен на номера на групата (с изключение на и ). С участието в образуването на връзки на всички валентни електрони, елементът проявява най-висока степен на окисление, която е числено равна на номера на групата. Съединенията, в които елементите на нечетните групи проявяват нечетни състояния на окисление, а елементите на четните групи проявяват четни окислителни състояния, са енергийно по-стабилни (Таблица 8).

s-елементи. Елементите на атомите s 1 имат един електрон на последното ниво и показват степен на окисление само +1, са силни редуциращи агенти, най-активните метали. В съединенията преобладават йонните връзки. Те образуват оксиди с кислород. Оксидите се образуват при липса на кислород или индиректно, чрез пероксиди и супероксиди (изключение). Пероксидите и супероксидите са силни окислители. Оксидите отговарят на силно разтворими основи - алкали, поради което s 1 елементите се наричат алкални метали . Алкалните метали активно реагират с вода по схемата:. Металните соли s 1 обикновено са силно разтворими във вода.

s-елементите от група II показват степен на окисление +2. Това също са доста активни метали. Във въздуха те се окисляват до оксиди, които съответстват на основите. Разтворимостта и основният характер на основите се увеличават от до. Съединението проявява амфотерни свойства (таблици 8, ​​9). Берилият не реагира с вода. Магнезият взаимодейства с вода при нагряване, останалите метали реагират по схемата: образуват алкали и се наричат алкална земя.

Алкалните и някои алкалоземни метали поради високата си активност не могат да бъдат в атмосферата и се съхраняват при специални условия.

Когато взаимодействат с водород, s-елементите образуват йонни хидриди, които се подлагат на хидролиза в присъствието на вода:

р-елементисъдържат от 3 до 8 електрона на последното ниво. Повечето p-елементи са неметали. При типичните неметали електронната обвивка е близо до завършване, т.е. те са в състояние да приемат електрони до последно ниво (окислителни свойства). Окислителната сила на елементите нараства в период от ляво на дясно, а в група отдолу нагоре. Най-силните окислители са флуор, кислород, хлор, бром. Неметалите също могат да проявяват редуциращи свойства (с изключение на F 2), например:

;

Водород, бор, въглерод, силиций, германий, фосфор, астатин, телур показват предимно редуциращи свойства. Примери за съединения с отрицателна степен на окисление на неметал: бориди, карбиди, нитриди, сулфиди и др. (Таблица 9).

При определени условия неметалите реагират един с друг, което води до съединения с ковалентна връзка, например. Неметалите образуват летливи съединения с водород (изкл.). Хидридите от групи VI и VII във водни разтвори проявяват киселинни свойства. Когато амонякът се разтваря във вода, се образува слаба основа.

Р-елементите, разположени вляво от диагонала бор-астатин, са метали. Техните метални свойства са много по-слабо изразени от тези на s-елементите.

Р-елементите образуват оксиди с кислород. Неметалните оксиди са киселинни по природа (изкл. - несолеобразуващи). P-металите се характеризират с амфотерни съединения.

Киселинно-основните свойства се променят периодично, например в период III:

оксиди
хидроксиди
естеството на връзките	амфотерни	слаба киселина	киселина със средна сила	силна киселина	много силна киселина

Много p-елементи могат да проявяват променливо състояние на окисление, образувайки оксиди и киселини с различен състав, например:

Киселинните свойства се увеличават с повишаване на степента на окисление. Например, една киселина е по-силна, по-силна, - амфотерна, - киселинен оксид.

Киселините, образувани от елементи в най-висока степен на окисление, са силни окислители.

d-елементинаричан още преходен. Те са разположени в големи периоди, между s- и p-елементите. В d-елементите девет орбитали, които са енергийно близки, са валентни.

Върху външния слой са 1-2 e електрон (ns), останалите са разположени в пред-външния (n-1)d слой.

Примери за електронни формули: .

Подобна структура на елементите определя общите свойства. Прости вещества, образувани от преходни елементи са метали . Това се дължи на наличието на един или два електрона във външното ниво.

Наличието на частично запълнени d-орбитали в атомите на d-елементите ги причинява разнообразие от степени на окисление . За почти всички от тях е възможно степента на окисление +2 - според броя на външните електрони. Най-високата степен на окисление съответства на номера на групата (с изключение на желязо, елементи от подгрупата на кобалт, никел, мед). Съединенията с най-висока степен на окисление са по-стабилни, подобни по форма и свойства на подобни съединения от основните подгрупи:

Оксидите и хидроксидите на този d-елемент в различни степени на окисление имат различни киселинно-основни свойства. Има модел: с увеличаване на степента на окисление, природата на съединенията се променя от основно през амфотерно към кисело . Например:

степен на окисление.
оксиди
хидроксиди
Имоти	главен	амфотерни	кисела

Поради разнообразието от степени на окисление за химията на d-елементите характеризиращ се с редокс реакции. В най-високите степени на окисление елементите проявяват окислителни свойства, а в степен на окисление +2 те са редуциращи. В междинна степен съединенията могат да бъдат както окислители, така и редуциращи агенти.

d-елементите имат голям брой свободни орбитали и следователно са добри комплексообразуващи агенти съответно са част от комплексни съединения. Например:

– калиев хексацианоферат (III);

– натриев тетрахидроксоцинкат (II);

– диамминсребър(I) хлорид;

- трихлортриаминкобалт.

тестови въпроси

261. Опишете лабораторни и промишлени методи за производство на водород. Какво окислително състояние може да прояви водородът в своите съединения? Защо? Дайте примери за реакции, при които газообразният водород играе ролята на а) окислител; б) редуциращ агент.

262. Какви съединения на магнезий и калций се използват като свързващи строителни материали? Какво причинява техните стягащи свойства?

263. Какви съединения се наричат ​​негасена и гасена вар? Напишете уравненията на реакциите за тяхното получаване. Какво съединение се образува при калциниране на негасена вар с въглища? Какъв е окислителят и редуциращият агент в последната реакция? Напишете електронни и молекулярни уравнения.

264. Напишете химичните формули на следните вещества: сода каустик, кристална сода, калцинирана сода, поташ. Обяснете защо водните разтвори на всички тези вещества могат да се използват като обезмаслители.

265. Напишете уравнението за хидролизата на натриевия пероксид. Как се нарича разтвор на натриев пероксид в инженерството? Ще запази ли разтворът свойствата си, ако се вари? Защо? Напишете съответното уравнение на реакцията в електронна и молекулярна форма.

266. На какви свойства на алуминия се основава неговото използване: а) като конструктивен материал; б) за получаване на газобетон; в) в състава на термити по време на студено заваряване. Напишете уравненията на реакцията.

267. Каква е агресивността на естествената и промишлената вода спрямо алуминия и алуминиевия цимент? Напишете съответните уравнения на реакцията.

268. Какви съединения се наричат ​​карбиди? На какви групи са разделени? Напишете реакционните уравнения за взаимодействието на калциевите и алуминиеви карбиди с вода, къде се използват?

269. Напишете уравненията на реакцията, които могат да се използват за извършване на следните трансформации:

Какво е корозивен въглероден диоксид?

270. Защо калайът е разтворен в солна киселина, а оловото в азотна киселина? Напишете съответните реакционни уравнения в електронна и молекулярна форма.

271. Съставете уравненията на реакциите, които трябва да се извършат за извършване на трансформациите:

Къде се използват тези вещества в технологиите?

272. Съставете молекулярните и електронните уравнения за реакциите на взаимодействие на амоняк и хидразин с кислород, къде се прилагат тези реакции?

273. Какви свойства проявява сярната киселина в редокс реакции? Напишете в молекулярна и електронна форма уравненията на следните взаимодействия: а) разредена сярна киселина с магнезий; б) концентрирана сярна киселина с мед; в) концентрирана сярна киселина с въглища.

274. За отстраняване на серен диоксид от димните газове могат да се използват следните методи: а) адсорбция върху твърд магнезиев оксид; б) превръщане в калциев сулфат чрез реакция с калциев карбонат в присъствието на кислород; в) превръщане в свободна сяра. Какви химични свойства проявява серен диоксид в тези реакции? Напишете съответните уравнения. Къде могат да се използват получените продукти?

275. Какви са специалните свойства на флуороводородната киселина? Съставете уравненията на реакциите, които трябва да се извършат за извършване на трансформациите:

Дайте име на веществото. Къде се използват данните за трансформация?

276. Когато хлорът реагира с гасена вар, се образува белина. Напишете уравнението на реакцията, посочете окислителя, редуциращия агент. Дайте химичното име на получения продукт, напишете неговата структурна формула. Къде се използва белина?

277. Помислете за характеристиките на d-елементите, като използвате примера на мангана и неговите съединения. Подкрепете отговора си с уравнения на реакциите. За редокс реакции направете електронен баланс, посочете окислителя и редуктора.

278. Коя база е по-силна? Защо? Какви свойства проявява той, когато се слее с алкални и основни оксиди? Напишете няколко примера за получаване на такива съединения. Как се наричат ​​получените продукти?

279. Кои железни соли намират най-голямо практическо приложение, къде и за какво се използват? Подкрепете отговора си с уравнения на реакциите.

280. Дайте имената на веществата, направете уравненията на реакциите, които трябва да се извършат за извършване на трансформациите:

за редокс реакции, направете електронни уравнения, посочете окислителя, редуциращия агент. Каква среда трябва да се поддържа по време на утаяване на хром(III) хидроксид? Защо?

1) s-блок в периодичната таблица на елементите - електронна обвивка, която включва първите два слоя s-електрони. Този блок включва алкални метали, алкалоземни метали, водород и хелий. Тези елементи се различават по това, че в атомно състояние високоенергиен електрон се намира в s-орбитала. С изключение на водорода и хелия, тези електрони се прехвърлят много лесно и се образуват в положителни йони в химическа реакция. Конфигурацията на хелия е химически много стабилна, следователно защо хелият няма стабилни изотопи; понякога поради това свойство се комбинира с инертни газове. Останалите елементи, които имат този блок, без изключение са силни редуциращи агенти и следователно не се срещат в природата в свободна форма. Елемент в метална форма може да се получи само чрез електролиза на сол, разтворена във вода. Дейви Хъмфри през 1807 и 1808 г. е първият, който отделя киселинни соли от s-блоковите метали, с изключение на литий, берилий, рубидий и цезий. За първи път берилият е отделен от солите независимо от двама учени: Ф. Вулър и А. А. Бази през 1828 г., докато литият е отделен едва през 1854 г. от Р. Бунзен, който след изследване на рубидия го отделя 9 години по-късно. Цезият е изолиран в чиста форма едва през 1881 г., след като Карл Сетерберг електролизира цезиевия цианид. Твърдостта на елементите, имащи s-блок, в компактна форма (при нормални условия) може да варира от много малка (всички алкални метали - те могат да се режат с нож) до доста висока (берилий). С изключение на берилий и магнезий, металите са много реактивни и могат да се използват в сплави с олово в малки количества (<2 %). Бериллий и магний, ввиду их высокой стоимости, могут быть ценными компонентами для деталей, где требуется твёрдость и лёгкость. Эти металлы являются чрезвычайно важными, поскольку позволяют сэкономить средства при добыче титана, циркония, тория и тантала из их минеральных форм; могут находить своё применение как восстановители в органической химии.

Опасност и съхранение

Всички елементи с s-обвивка са опасни вещества. Те са запалими, изискват специално пожарогасене, с изключение на берилий и магнезий. Трябва да се съхранява в инертна атмосфера от аргон или въглеводороди. Реагирайте бурно с вода, продуктът на реакцията е водород, например:

С изключение на магнезия, който реагира бавно, и берилия, който реагира само когато неговият оксиден филм се отстрани с живак. Литият има подобни свойства на магнезия, тъй като е по отношение на периодичната таблица до магнезия.

p-блокът в периодичната таблица на елементите е електронната обвивка от атоми, чиито валентни електрони заемат p-орбитала с най-висока енергия.

P-блокът съдържа последните шест групи, с изключение на хелия (който е в s-блока). Този блок съдържа всички неметали (с изключение на водород и хелий) и полуметали, както и някои метали.

P-блокът съдържа елементи, които имат различни свойства, както физически, така и механични. Р-блоковите неметали са, като правило, силно реактивни вещества със силна електроотрицателност, р-металите са умерено активни метали и тяхната активност нараства към дъното на таблицата на химичните елементи

Свойства на d- и f-елементите. Дай примери.

D-блокът в периодичната таблица на елементите е електронната обвивка от атоми, чиито валентни електрони заемат d-орбитала с най-висока енергия.

Този блок е част от периодичната таблица; включва елементи от 3 до 12 групи. Елементите на този блок запълват d-обвивката с d-електрони, която за елементите започва с s2d1 (третата група) и завършва с s2d10 (дванадесета група). Има обаче някои нарушения в тази последователност, например в chrome s1d5 (но не s2d4), цялата единадесета група има конфигурация s1d10 (но не и s2d9). Единадесетата група има запълнени s- и d-електрони.

D-блоковите елементи са известни също като преходни метали или преходни елементи. Въпреки това, точните граници, разделящи преходните метали от други групи химични елементи, все още не са начертани. Въпреки че някои автори смятат, че елементите, включени в d-блока, са преходни елементи, в които d-електроните са частично запълнени или с неутрални атоми, или с йони, където степента на окисление е нула. IUPAC понастоящем приема подобни изследвания като надеждни и съобщава, че това се отнася само за 3-12 групи химични елементи. Металите от 12-та група нямат ясно изразени химични и физични свойства, това се дължи на непълното запълване на d подчерупката, така че те също могат да се считат за метали след преход. Историческата употреба на термина "преходни елементи" и d-блока също е преразгледана.

В s-блока и p-блока на периодичната таблица подобни свойства като правило не се наблюдават през периоди: най-важните свойства се засилват вертикално при по-ниските елементи на тези групи. Прави впечатление, че разликите между елементите, включени в d-блока хоризонтално, през периоди, стават по-изразени.

Лутеций и лауренций са в d-блока и не се считат за преходни метали, но лантанидите и актинидите, забележително, се считат за такива от IUPAC. Въпреки че дванадесетата група химични елементи е в d-блока, се смята, че елементите, включени в нея, са елементи след преход.

концепция преходен елементобикновено се използва за обозначаване на всеки елемент с валентни d или f електрони. Тези елементи заемат преходна позиция в периодичната таблица между електроположителните s-елементи и електроотрицателните p-елементи.

d-елементите се наричат ​​основни преходни елементи. Техните атоми се характеризират с вътрешно изграждане на d-подчерупки. Факт е, че s-орбиталата на външната им обвивка обикновено се запълва още преди да започне запълването на d-орбиталите в предишната електронна обвивка. Това означава, че всеки нов електрон, добавен към електронната обвивка на следващия d-елемент, в съответствие с принципа на запълване, не попада върху външната обвивка, а върху вътрешната подобвивка, която го предхожда. Химичните свойства на тези елементи се определят от участието на електрони в реакциите на двете обвивки.

d-елементите образуват три преходни серии – съответно в 4-ти, 5-ти и 6-ти период. Първата преходна серия включва 10 елемента, от скандий до цинк. Характеризира се с вътрешно изграждане на 3d-орбитали. Орбиталата 4s се запълва по-рано от 3d орбитата,защото има по-малко енергия (правилото на Клечковски).

Трябва обаче да се отбележат две аномалии. Хромът и медта имат само по един електрон в своите 4s орбитали. Това е така, защото наполовина напълнените или напълно напълнени подчерупки са по-стабилни от частично напълнените подчерупки.

В атома на хром всяка от петте 3d орбитали, които образуват 3d подобвивка, има един електрон. Такава подчерупка е наполовина запълнена. В медния атом всяка от петте 3d орбитали има двойка електрони. Подобна аномалия се наблюдава при среброто.

Всички d-елементи са метали.

Електронни конфигурации на елементите от четвъртия период от скандий до цинк:

хром

Хромът е в 4-ти период, в VI група, във вторичната подгрупа. Това е метал със средна активност. В своите съединения хромът проявява степен на окисление +2, +3 и +6. CrO е типичен основен оксид, Cr 2 O 3 е амфотерен оксид, CrO 3 е типичен кисел оксид със свойствата на силен окислител, т.е. повишаването на степента на окисление е придружено от увеличаване на киселинните свойства.

Желязо

Желязото е в 4-ти период, в VIII група, във вторичната подгрупа. Желязото е метал със средна активност, в съединенията си проявява най-характерните степени на окисление +2 и +3. Известни са и съединения на желязото, в които то проявява степен на окисление +6, които са силни окислители. FeO проявява основен, а Fe 2 O 3 - амфотерен с преобладаване на основни свойства.

медни

Медта е в 4-ти период, в I група, във вторична подгрупа. Най-стабилните му степени на окисление са +2 и +1. В поредица от напрежения на метали, медта е след водорода, нейната химическа активност не е много висока. Медни оксиди: Cu2O CuO. Последният и медният хидроксид Cu(OH)2 проявяват амфотерни свойства с преобладаване на основни.

Цинк

Цинкът е в 4-ти период, във II-група, във вторична подгрупа. Цинкът принадлежи към металите със средна активност, в съединенията си той проявява единична степен на окисление +2. Цинковият оксид и хидроксидът са амфотерни.