Решебник по химии 8 класс. Рудзитис ФГОС §55

Разделение электронов по энергетическим уровням

Вопросы

Какие трудности возникли у Д. И. Менделеева при составлении Периодической системы?

При создании Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеев столкнулся с рядом серьёзных трудностей. Основная из них заключалась в том, что в его время были известны не все химические элементы — в таблице не хватало многих ещё не открытых веществ. Несмотря на это, Менделеев не стал механически заполнять таблицу по возрастанию относительных атомных масс. Он ориентировался на свойства элементов и на их сходство с другими представителями группы, даже если для этого нужно было нарушить порядок увеличения атомной массы. Это требовало большой научной смелости и интуиции.

Кроме того, возникали ситуации, когда некоторые элементы, такие как, например, теллур (Te) и иод (I), при расположении строго по возрастанию массы попадали бы в «неподходящие» группы по своим химическим свойствам. Менделеев сознательно ставил иод после теллура, несмотря на то, что его атомная масса меньше, так как иод по свойствам должен быть в группе с галогенами. Он считал, что в будущем будут уточнены значения атомных масс или открыты новые принципы, которые объяснят эти несоответствия — и оказался прав, поскольку позднее было установлено, что ключевым параметром является не масса, а заряд ядра (порядковый номер).

Также одной из трудностей было предсказание существования новых элементов. Менделеев оставил в таблице пустые места, уверенный, что они будут заполнены в будущем. Он предсказал свойства этих элементов с высокой точностью (например, экабор, экалюминий и экасилиций — позже открытые как скандий, галлий и германий). Эти предсказания стали убедительным доказательством гениальности его таблицы и правильности Периодического закона.

Таким образом, главные трудности Менделеева заключались в несовершенстве научных данных его времени, нехватке открытых элементов, несовпадениях между массой и свойствами, а также необходимости опираться не только на факты, но и на предвидение и научную интуицию.

Стр. 199

Подумай, ответь, выполни

1. Поясните, что называется энергетическим уровнем, и изобразите схемы строения атомов натрия Na, азота N, кальция Ca и фосфора P.

Энергетическим уровнем (или электронным слоем) называется определённая область пространства вокруг ядра атома, на которой могут находиться электроны с определённым запасом энергии. Чем ближе электронный уровень к ядру, тем меньше энергия у электронов, находящихся на нём. Каждый уровень может содержать определённое максимальное число электронов, которое вычисляется по формуле N = 2n², где n — номер уровня.

Согласно положениям атомов в периодической таблице и их порядковым номерам:

– Атом натрия Na (Z = 11): 2e, 8e, 1e

– Атом азота N (Z = 7): 2e, 5e

– Атом кальция Ca (Z = 20): 2e, 8e, 8e, 2e

– Атом фосфора P (Z = 15): 2e, 8e, 5e

Каждое значение соответствует числу электронов на первом, втором, третьем и далее уровнях.

2. Объясните сущность явления периодичности в изменении химических свойств элементов.

Явление периодичности химических свойств элементов объясняется тем, что при последовательном увеличении заряда ядра атома на единицу у элемента появляется новый электрон, который начинает заполнять очередной энергетический уровень. Электроны, находящиеся на внешнем (наиболее удалённом) уровне, называются валентными, и именно они определяют химические свойства элемента, включая его способность к образованию соединений. Так как заполнение внешнего уровня повторяется через определённое число элементов, наблюдается периодическое повторение химических свойств. Этим и объясняется закономерность расположения элементов в Периодической таблице.

3. Почему на Солнце основной компонент — это водород (элемент с атомным номером 1), хотя известны элементы с атомными массами более чем в 200 раз превышающими массу водорода? Почему температура на Солнце очень высокая (около 6000 °C), а температура кипения водорода — низкая (–268,9 °C)?

Водород — самый лёгкий и простой элемент во Вселенной, состоящий всего из одного протона и одного электрона. Он образовался в огромных количествах в первые минуты после Большого взрыва, и именно поэтому он составляет основную массу Солнца и других звёзд. Несмотря на то, что существуют элементы с гораздо большей атомной массой, их концентрация во Вселенной значительно ниже.

Температура на Солнце обусловлена не свойствами водорода как вещества, а ядерными реакциями, происходящими в его недрах. В центре Солнца происходят термоядерные реакции, в которых ядра водорода (протоны) сливаются в ядра гелия, выделяя колоссальное количество энергии. Именно это и вызывает высокую температуру.

Температура кипения водорода — это физическая характеристика вещества при обычных условиях на Земле, и она очень низкая (–268,9 °C), потому что атомы водорода слабо взаимодействуют между собой и легко переходят в газообразное состояние. Это никак не противоречит тому, что при термоядерных условиях он становится источником огромного количества энергии.

Стр. 199

Тестовые задания

1. Сходство в строении атомов химических элементов одной А-группы обусловлено:

1. одинаковыми радиусами атомов

2. одинаковыми зарядами ядер атомов

3. одинаковым числом электронов на внешнем электронном слое

4. одинаковым числом электронных слоёв

Правильный ответ: 3

Объяснение:

Все элементы, находящиеся в одной А-группе (то есть в одном вертикальном столбце таблицы Менделеева), имеют одинаковое число валентных электронов — то есть одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне. Именно это определяет сходство их химических свойств. Радиусы, число слоёв и заряд ядра у них разные, но внешняя электронная конфигурация сходна.

2. Распределение электронов по электронным слоям в атоме элемента 2, 8, 4. Такое распределение электронов соответствует атому:

1. углерода

2. алюминия

3. магния

4. кремния

Правильный ответ: 4

Объяснение:

Распределение 2, 8, 4 означает, что всего у атома 14 электронов (2 + 8 + 4 = 14), следовательно, у него и 14 протонов. Порядковый номер 14 в таблице Менделеева соответствует кремнию (Si).

3. Установите соответствие между химическим элементом и числом электронов на внешнем энергетическом уровне его атома.

1. Na → Б. 1e⁻

2. Al → В. 3e⁻

3. S → Г. 6e⁻

4. F → А. 7e⁻

Ответ: 1 – Б, 2 – В, 3 – Г, 4 – А

Объяснение:

– Na (Натрий, Z = 11): 2e, 8e, 1e → 1 электрон на внешнем уровне.

– Al (Алюминий, Z = 13): 2e, 8e, 3e → 3 электрона на внешнем уровне.

– S (Сера, Z = 16): 2e, 8e, 6e → 6 электронов на внешнем уровне.

– F (Фтор, Z = 9): 2e, 7e → 7 электронов на внешнем уровне.

Стр. 201