Химиялық элемент атомдарының қасиеттері мен кейбір сипаттамаларының периодты түрде өзгеруі. Химия, 8 сынып, қосымша материал.

«ХИМИЯЛЫҚ ЭЛЕМЕНТТЕРДІҢ ПЕРИОД ЖӘНЕ ТОПТАР БОЙЫНША ҚАСИЕТТЕРІНІҢ ӨЗГЕРУ ЗАҢДЫЛЫҚТАРЫ» ТАҚЫРЫБЫНА БЕРІЛГЕН ӘДІСТЕМЕЛІК КЕҢЕС

Сынып: 8, 3тоқсан

Ұзақ мерзімді жоспар бөлімі: 8.3А Химиялық элементтердің периодтық жүйесі

  Элемент қасиеттерінің атом құрылысына тәуелділігін үшке бөліп қарастыруға болады:

 1) атомның ядро құрылысына тәуелді қасиеттері (ядро заряды, молярлық масса, ядролық реакцияларға түскіштігі);

 2) атом ядросы мен электрон құрылысына тәуелді қасиеттері (атом радиустары, иондану энергиясы, электрон тартқыштық, электртерістілік);

 3) атомның электрондық құрылысына тәуелді қасиеттері (атомның оптикалық және рентген спектрлері, валенттілік, тотығу дәрежелері).

 Атом радиусы (r, A^o) электрон қозғалысының толқындық қасиетіне байланысты атомның абсолюттік радиусы туралы айтуға болмайды. Атом радиусы ретінде оның сыртқы электрондық бұлты тығыздығының ең жоғары мәнді болатын нүктесіне дейінгі қашықтығын қабылдаймыз(орбитальдық радиус). Атом радиустары ретінде атомдардың бір-бірімен байланысқан қосылыстарының молекулалары және кристалдарын рентгенографикалық әдіспен тексеру кезінде анықталған шама – эффективті радиус.

 Атом және ион радиустары периодты қайталанады. Период бойынша басынан соңына қарай электрондық қабат саны өзгермегендіктен, ядро зарядының артуына байланысты атом радиусы кішірейеді. Радиус шамасының өзгерісі кіші период элементтерінде айқын байқалады, себебі кезектегі электрон сыртқы энергетикалық деңгейге түседі. Ал, үлкен периодтың d-, f-элементтерінде - өзгеріс баяу жүреді, осыны d-, f-сығылу деп атайды.

 Топшаларда үстінен астына қарай атом радиустары артады. Негізгі топша элементтерінде (s-,p-элементтері) радиус өзгерісі айқын байқалса, ал қосымша топшада әсіресе 5,6,7 период элементтері үшін атом радиустарындағы өзгерісі өте аз болады.Оның себебі энергетикалық деңгей саны артқанымен кезектегі электрон ішкі 4f,5f – деңгейшелеріне түсуіне байланысты болады.

 Иондану энергиясы (J, кДж/моль – эв/моль)газ тәріздес атомнан немесе ионнан бір электронды жұлып алуға жұмсалатын энергия(J₁); J₁< J₂< J₃ …

 э – е → э⁺ + J₁

  Э⁺ – е → э⁺² + J₂

 Әрбір келесі электронды жұлуға жұмсалатын энергия алдынғысынан артық болады. Оның себебі атомның ядро заряды өзгеріссіз, ал электрон санының кемуімен байланысты болады.

 Период бойынша басынан соңына қарай негізінен иондану энергиясының шамасы артады, ол энергетикалық қабат сандары бірдей болғанда элементтердің ядро зарядтарының артуымен түсіндіріледі.

 Ал, период элементтері ішіндегі бұл шаманың ауытқуы байқалады, мысалы J₁(Be) = 9,32 эв, J₁(B) = 8,29 эв, J₁(N) =14,53 эв, J₁(O) =13,61 эв.

 Мұндай ауытқулар сыртқы деңгейшенің жартылай (N) немесе толық толуына (Ве) байланысты электрондарды жұлып алудың қиындайтындығы, атом үшін сол электрондық конфигурацияның тұрақтылығына байланысты болады.

 Магний мен алюминийдің екінші және үшінші иондану энергияларын салыстырсақ:

 J₂(Mg) = 1445 кДж/мольJ₂(AI) = 1815 кДж/моль

 J₃(Mg) = 7730 кДж/мольJ₃(AI) = 2740 кДж/моль

 Сонда J₃(Mg) >>J₃(AI), оның себебі алюминийдің үшінші электроны сыртқы энергетикалық деңгейде болса (3s), магний үшін үшінші иондану энергиясы ішкі деңгейдегі (2p) электронға қатысты болады. Осыдан шығатын қорытынды:элемент байланыс түзуге тек валенттілік электрондарын жұмсайды.

 Топ бойынша үстінен астына қарай негізінен иондану энергиясының шамасы азаяды. Бұл шаманың сандық мәні электрондардың толқындық қасиетіне байланысты ішкі энергетикалық деңгейге ену эффектісі әсер етеді. Осы эффект мына қатарда кемиді: s–p–d–f; ол иондану энергиясының шамасын арттырады. Сыртқы электрондарды ішкі энергетикалық деңгейлердегі электрондардың экрандау эффектісі (эффект экранирование) иондану энергиясының шамасының азаюына әкеліп соғады. Иондану энергиясы d-элементтері үшін жоғары мәнді болуы осы көрсетілген екі эффектінің әсері, мұнда әсіресе бірінші эффектінің әсерінің үлесі мол.

 Электрон тартқыштық (χ, кДж/моль, эв/моль) э + е → э^- + Ғ

 Бейтарап газ тәріздес оқшауланған атомға бір электрон қосылғанда шығатын немесе сіңірілетін энергияны электрон тартқыштық деп атайды.

 Бұл шама период бойынша басынан соңына қарай артады, VII-топтың негізгі топшасының элементтері (р-элементтері) үшін жоғары мәнді: Ғ₁(О)=1,47 эв/моль > Ғ₂(О)=-8,3 эв/моль. Оттек атомына бір электронды қосқанда энергия бөлінсе:

 O⁰ + е → O^- +

 екінші электронды қосу үшін энергия жұмсалады.

 O^-1 + е → O^-2 –

 Бұл атомның келесі бір электронды тартуынан тебу күшінің артық екендігін көрсетеді.

Сондықтан, көп зарядты (теріс) иондар (N^3-, S^2-, O^2-) бос күйінде де, молекулалар құрамында да бола алмайды.

 Электрон тартқыштықтың мәні ns²(Be, Mg, Zn) және ns² np⁶(Ne, Ar, Kr) және жартылай толған р-деңгейшелері бар элементтер (N,P,As) үшін төмен мәнді, ол осы элемент атомдарының электрондық конфигурациясының тұрақты екендігін көрсетеді.

 Электртерістілік ( χ, кДж/моль, эв/моль) . Бұл шама элемент атомының өзіне электрон бұлттарының тығыздығын ығыстыру қабілетін сипаттайды. Электртерістілік мәні екі шамаға тәуелді болғандықтан оның өзгерісін сол аталған шамаларға (J, F) қатысты түсіндіруге болады.

 Период бойынша басынан соңына қарай аталған шамалардың мәні негізінен артады, ал топ бойынша үстінен астына қарай кемиді. Элемент электротерістіліктерінің бірнеше шкаласы белгілі.Соның ішінде қазіргі кезде қолданылатыны – Л.Полинг шкаласы, ол бойынша ең электртерістілігі аз элемент – Fr (χ = 0,7), ал жоғарысы – фтор элементі үшін χ = 4, литийдікі – 1-ге тең, қалған элементтердікі осы шамалар аралығында өзгереді.

 Тотықтырғыштық, тотықсыздандырғыштық қасиет.

 Периодтық жүйедегі элементтердің көпшілігі металдар (s- және d-, f-элементтері), егер шартты түрде жүйедегі бериллий мен астатты қосатын түзу жүргізсек, оның үстінде бейметалдар р-элементтері, астында металдар орналасады. Ал, сызық бойында металл мен бейметалдың да қасиетін көрсететін өтпелі қасиетті (оксидтері мен гидроксидтері екідайлы) элементтер орналасқан.

 Үлкен периодтың басы типтік металмен басталып, қосымша (В) топша элементтерімен (d – элементтері - металдар) жалғасып, біртіндеп металдық қасиет кеміп типтік бейметалдық қасиетке ұласады.

 Металдарды сипаттайтын тотықсыздандырғыштық, бейметалдарды сипаттайтын тотықтырғыштық қасиеттері атомдардың электронтартқыштық және иондану энергиясының шамасына байланысты болады. Тотықсыздандырғыштық қасиет атомдардың электрон беруімен, ал тотықтырғыштық – электронды қосуымен сипатталады. Сондықтан периодтың басынан соңына металдық қасиет (тотықсыздандырғыштық) кеміп, бейметалдарға (тотықтырғыштарға) ұласады. Ал, топ бойынша үстінен астына қарай металдық қасиет (тотықсыздандырғыштық) артады.