3.8: Конфігурації електронів та Періодична таблиця

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20459

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Інтерактивна періодична таблиця елементів, в картинках і словах

https://elements.wlonk.com/ElementsTable.htm

(відкривається в новому вікні) Цей твір ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства 4.0 Міжнародна (відкривається в новому вікні).

елементів.wlonk.com

Цілі навчання

Знайте класифікацію різних елементів.
Визначте валентні електрони.
Опишіть, як кількість валентних електронів пов'язані з розташуванням елементів основної групи і її хімічною поведінкою.

Елементи, які мають схожі хімічні властивості, групуються в стовпці, які називаються групами (або сімействами). Окрім нумерації, деякі з цих груп мають назви - наприклад, лужні метали (перший стовпець елементів), лужноземельні метали (другий стовпець елементів), галогени (наступна колонка елементів) та благородні гази (останній стовпець елементів). В і атомний, основна група - це група елементів, найлегші члени якої представлені,,,,, і як розташовані в елементах. Основна група включає елементи (крім того, що іноді не включаються) в групи 1 і 2, і групи з 13 по 18. Основні елементи групи (з деякими з запальничок) є найбільш поширеними елементами на, в, і в. Їх іноді ще називають представницькими елементами. У старій номенклатурі основними елементами групи є групи IA та IIA та групи IIIB до 0 (групи CAS IIIA до VIIIA). Група 12 позначена як група МІБ в обох системах. Група 3 позначена як група IIIA в старій номенклатурі (група CAS IIIB).

Кожен ряд елементів таблиці Менделєєва називається крапкою. Періоди мають різну довжину; перший період має всього 2 елементи (водень і гелій), тоді як другий і третій періоди мають по 8 елементів кожен. Четвертий і п'ятий періоди мають 18 елементів кожен, а пізніші періоди настільки довгі, що відрізок з кожного видаляється і розміщується під основним тілом таблиці.

Один із способів класифікації елементів таблиці Менделєєва наведено на малюнку\(\PageIndex{1}\). Перші два стовпці зліва і останні шість стовпців праворуч, як згадувалося раніше, є основними груповими елементами. Десятистовпчастий блок між цими стовпцями містить перехідні метали. Два рядки під основним тілом таблиці Менделєєва містять внутрішні перехідні метали. Елементи в цих двох рядах також називаються, відповідно, лантанідними металами та актинідними металами.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Спеціальні назви розділів таблиці Менделєєва.

Особливості сімейства: Зовнішні конфігурації електронів

валентні електрони

Валентна оболонка - це зовнішня оболонка атома в його некомбінованому стані, яка містить електрони, які, швидше за все, враховують характер будь-яких реакцій за участю атома та зв'язкових взаємодій, які він має з іншими атомами. Валентні електрони - електрони зовнішньої оболонки атома. Це електрони, які можуть брати участь в утворенні хімічного зв'язку. Наявність валентних електронів може визначити хімічні властивості елемента і чи може він зв'язуватися з іншими елементами.

Атом із замкнутою оболонкою валентних електронів має тенденцію бути хімічно інертним. Атом з одним або двома валентними електронами більше, ніж замкнута оболонка, є високореактивним, оскільки зайві валентні електрони легко видаляються, утворюючи позитивний іон. Атом з одним або двома валентними електронами менше замкнутої оболонки також є високореактивним, через тенденцію або до отримання відсутніх валентних електронів (тим самим утворюючи негативний іон), або до ділення валентних електронів (тим самим утворюючи ковалентний зв'язок).

Кількість валентних електронів елемента можна визначити за групою періодичної таблиці (вертикальний стовпець), в якій елемент класифікується (Таблиця\(\PageIndex{1}\)). За винятком груп 3—12 (перехідні метали), цифра одиниць групового числа визначає, скільки валентних електронів пов'язано з нейтральним атомом елемента, перерахованого під цим конкретним стовпцем.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Кількість валентних електронів для основних груп періодичної таблиці.
Періодична таблиця групи	валентні електрони
Група 1 (I) (лужні метали)	1
Група 2 (II) (лужноземельні метали)	2
Групи 3-12 (перехідні метали)	2*
Група 13 (III) (група бору)	3
Група 14 (IV) (вуглецева група)	4
Група 15 (V) (пніктогени)	5
Група 16 (VI) (халькогени)	6
Група 17 (VII) (галогени)	7
Група 18 (VIII або 0) (благородні гази)	8**

* Загальний метод підрахунку валентних електронів, як правило, не корисний для перехідних металів.

** За винятком гелію, який має тільки два валентних електронів.

Валентні електрони і Періодична таблиця

Відео \(\PageIndex{1}\)Пошук валентного електрона для елемента.

Сімейні групи

Як зазначалося раніше, таблиця Менделєєва влаштована так, що елементи з подібною хімічною поведінкою знаходяться в одній групі. Хіміки часто роблять загальні твердження про властивості елементів в групі, використовуючи описові назви з історичним походженням.

Група 1: Лужні метали

Лужними металами є літій, натрій, калій, рубідій, цезій та францій. Водень унікальний тим, що він, як правило, поміщений в групу 1, але це не метал.

Сполуки лужних металів поширені в природі та повсякденному житті. Одним із прикладів є кухонна сіль (хлорид натрію); сполуки літію використовуються в мастилах, в батареях та як ліки для лікування пацієнтів, які проявляють маніакально-депресивну або біполярну поведінку. Хоча літій, рубідій і цезій порівняно рідкісні в природі, а францій настільки нестабільний і високорадіоактивний, що існує лише в слідових кількостях, натрій і калій є сьомим і восьмим за кількістю елементів земної корі відповідно.

Група 2: Лужноземельні метали

Лужноземельними металами є берилій, магній, кальцій, стронцій, барій та радій. Берилій, стронцій і барій зустрічаються рідко, а радій нестійкий і високорадіоактивний. На відміну від цього, кальцій і магній є п'ятим і шостим за поширеністю елементів на Землі відповідно; вони знаходяться у величезних родовищах вапняку та інших мінералів.

Група 17: Галогени

Галогенами є фтор, хлор, бром, йод та астатин. Назва галогену походить від грецьких слів «формування солі», що відображає, що всі галогени легко реагують з металами, утворюючи сполуки, такі як хлорид натрію та хлорид кальцію (використовується в деяких областях як дорожня сіль).

Сполуки, що містять іон фтору, додають в зубну пасту та подачу води для запобігання зубних порожнин. Фтор також міститься в тефлонових покриттях на кухонному начинні. Хоча хлорфторуглеродні пропеленти та холодоагенти, як вважають, призводять до виснаження озонового шару Землі і містять як фтор, так і хлор, останній відповідає за несприятливий вплив на озоновий шар. Бром і йод менш рясні, ніж хлор, а астатін настільки радіоактивний, що існує лише в незначних кількостях в природі.

Група 18: Благородні гази

Благородними газами є гелій, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. Оскільки благородні гази складаються лише з одиночних атомів, їх називають одноатомними. При кімнатній температурі і тиску вони є нереактивними газами. Через відсутність у них реактивності протягом багатьох років їх називали інертними газами або рідкісними газами. Однак перші хімічні сполуки, що містять благородні гази, були підготовлені в 1962 році. Хоча благородні гази є відносно незначними складовими атмосфери, природний газ містить значну кількість гелію. Через низьку реакційну здатність аргон часто використовується як нереактивна (інертна) атмосфера для зварювання і в лампочках. Червоне світло, що випромінюється неоном в газорозрядній трубці, використовується в неонових вогнях.

Приклад\(\PageIndex{1}\): Groups

Вкажіть назву сім'ї або групи кожного елемента.

Лі
Ар
Cl

Рішення

Літій - лужний метал (1 група)
Аргон - благородний газ (група 18)
Хлор - галоген (група 17)

Вправа\(\PageIndex{1}\): Groups

Вкажіть назву сім'ї або групи кожного елемента.

F
Ca
Кр

Відповідь a:: Фтор є галогеном (17 група)
Відповідь б:: Кальцій - лужноземельний метал (2 група)
Відповідь c:: Криптон - благородний газ (Група 18)

Метали та неметали

Певні елементні властивості стають очевидними при огляді таблиці Менделєєва в цілому. Кожен елемент може бути класифікований як метал, неметал, або металоїд (або напівметал), як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Метал - це речовина, яка блискуча, зазвичай (але не завжди) сріблястого кольору, і відмінний провідник електрики і тепла. Метали також податливі (їх можна бити в тонкі листи) і пластичні (їх можна втягувати в тонкі дроти). Неметал, як правило, тьмяний і поганий провідник електрики і тепла. Тверді неметали також дуже крихкі. Як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\), метали займають ліві три чверті таблиці Менделєєва, тоді як неметали (крім водню) згруповані в правому верхньому куті таблиці Менделєєва. Елементи з властивостями, проміжними між властивостями металів і неметалів, називаються металоїдами (або напівметалами). Елементи, що прилягають до жирної лінії в правій частині таблиці Менделєєва, мають напівметалеві властивості.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Типи елементів. Елементи - це або метали, неметали, або металоїди (або напівметали). Кожна група розташована в іншій частині таблиці Менделєєва.

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Виходячи з його положення в таблиці Менделєєва, класифікуйте кожен елемент нижче як метал, неметал або металоїд.

Се
Мг
Ге

Рішення

На малюнку\(\PageIndex{1}\) селен лежить вище і праворуч від діагональної лінії, що позначає межу між металами і неметалами, тому він повинен бути неметалом.
Магній лежить зліва від діагональної лінії, що позначає межу між металами і неметалами, тому він повинен бути металом.
Германій лежить в межах діагональної лінії, що позначає межу між металами і неметалами, тому він повинен бути металоїдом.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Виходячи з його розташування в таблиці Менделєєва, ви очікуєте, що індій буде неметалом, металом або металоїдом?

Відповідь: Індій - це метал.

Приклад\(\PageIndex{3}\): Classification of Elements

Класифікуйте кожен елемент як метал, неметал, перехідний метал або внутрішній перехідний метал.

Лі
Ар
Ам
Fe

Рішення

Літій - це метал.
Аргон - це не метал
Америцій - внутрішній перехідний метал
Залізо є перехідним металом.

Вправа\(\PageIndex{3}\): Classification of Elements

Класифікуйте кожен елемент як метал, неметал, перехідний метал або внутрішній перехідний метал.

Відповідь a:: Фтор є неметалом.
Відповідь б:: Уран - це метал (і внутрішній перехідний метал теж)
Відповідь c:: Мідь - метал (і перехідний метал теж)

Лужні метали

Відео \(\PageIndex{2}\)Лужні метали у воді.

Резюме

Валентні електрони - електрони зовнішньої оболонки атома. Це електрони, які можуть брати участь в утворенні хімічного зв'язку.
Елементи, які демонструють подібну хімію, з'являються у вертикальних стовпцях, які називаються групами (нумеруються 1—18 зліва направо).
Сім горизонтальних рядів називаються періодами. Деякі групи мають широко використовувані загальні назви, включаючи лужні метали (група 1) та лужноземельні метали (група 2) зліва, а галогени (група 17) та благородні гази (група 18) на крайньому правому куті.
Важливою групою елементів у таблиці Менделєєва є елементи основної групи, перехідні метали та внутрішні перехідні метали (лантаноїди та актиніди).
Елементи можуть бути широко розділені на метали, неметали та напівметали. Напівметали проявляють проміжні властивості між властивостями металів і неметалів. Метали розташовуються зліва від таблиці Менделєєва, а праворуч вгорі - неметали. Вони розділені діагональною смугою напівметалів.
Метали блискучі, хороші провідники електрики і легко формуються (вони пластичні і податливі). Тверді неметали, як правило, крихкі та погані електричні провідники.

Посилання

Петруччі, Ральф Х., Вільям Гарвуд, Ф.Г. Оселедець та Джеффрі Д. Мадура. Загальна хімія: принципи та сучасні застосування. 9-е изд. Верхня річка Сідло: Пірсон Освіта, Inc., 2007.
Сіслер, Гаррі Х. Електронна структура, властивості та періодичний закон. Нью-Йорк; Видавнича корпорація Рейнхольда, 1963.
Петруччі, Ральф Х., Кері Біссонет, Ф.Г. Оселедець та Джеффрі Д. Мадура. Загальна хімія: принципи та сучасні застосування. Користувальницькі видання для CHEM 2. Навчальні рішення Пірсона, 2010.