Д элементу 4 периода периодической системы соответствует. Общая характеристика d-элементов
В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Период строка периодической системы химических элементов, последовательность атомов по возрастанию заряда ядра и заполнению электронами внешней электронной оболочки. Периодическая система имеет семь периодов. Первый период, содержащий 2 элемента … Википедия
104 Лоуренсий ← Резерфордий → Дубний … Википедия
Д. И. Менделеева, естественная классификация химических элементов, являющаяся табличным (или др. графическим) выражением периодического закона Менделеева (См. Периодический закон Менделеева). П. с. э. разработана Д. И. Менделеевым в 1869… … Большая советская энциклопедия
Менделеев Дмитрий Иванович - (Dmitry Ivanovich Mendeleyev) Биография Менделеева, научная деятельность Менделеева Информаци о биографии Менделеева, научная деятельность Менделеева Содержание Содержание 1. Биография 2. Член русского народа 3. Научная деятельность Периодическая … Энциклопедия инвестора
Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия
Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия
Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия
Химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским… … Википедия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Калий - первый элемент четвертого периода. Он расположен в I группе главной (А) подгруппе Периодической таблицы.
Относится к элементам s — семейства. Металл. Элементы-металлы, входящие в эту группу, носят общее название щелочных. Обозначение - K. Порядковый номер - 19. Относительная атомная масса - 39,102 а.е.м.
Электронное строение атома калия
Атом калия состоит из положительно заряженного ядра (+19), внутри которого есть 19 протонов и 20 нейтронов, а вокруг, по 4-м орбитам движутся 19 электронов.
Рис.1. Схематическое строение атома калия.
Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .
Внешний энергетический уровень атома калия содержит 1 электрон, который является валентным. Степень окисления калия равна +1. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:
Возбужденного состояния, несмотря на наличие вакантных 3p — и 3d -орбиталей нет.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Атом элемента имеет следующую электронную конфигурацию 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 . Укажите: а) заряд ядра; б) число завершенных энергетических уровней в электронной оболочке этого атома; в) максимально возможную степень окисления; г) валентность атома в соединении с водородом. |
| Решение | Для того, чтобы ответить на поставленные вопросы, сначала нужно определить общее число электронов в атоме химического элемента. Это можно сделать, сложив все электроны, имеющиеся в атоме, не учитывая их распределения по энергетическим уровням:
2+2+6+2+6+10+2+3 = 33. Это мышьяк (As). Теперь ответим на вопросы: а) заряд ядра равен +33; б) атом имеет четыре уровня, из которых завершенными являются три; в) запишем энергетическую диаграмму для валентных электронов атома мышьяка в основном состоянии. Мышьяк способен переходит в возбужденное состояние: электроны s -подуровня распариваются и один из них переходит на вакантную d -орбиталь. Пять неспаренных электронов свидетельствуют о том, что максимально возможная степень окисления мышьяка равна +5; г) Валентность мышьяка в соединении с водородом равна III (AsH 3). |
Цель работы - изучение химических свойств некоторых переходных металлов и их соединений.
Металлы побочных подгрупп, так называемые переходные элементы относятся к d - элементам, поскольку в их атомах заполняются электронами d- орбитали.
У переходных металлов валентные электроны находятся на d - орбитали предвнешнего уровня и S - орбитали внешнего электронного уровня. Металличность переходных элементов объясняется наличием одного или двух электронов во внешнем электронном слое.
Незавершенный d-подуровень предвнешнего электронного слоя обуславливает многообразие валентных состояний металлов побочных подгрупп, что в свою очередь объясняет существование большого количества их соединений.
В химических реакциях электроны d - орбитали участвуют после того, как оказываются использованными S - электроны внешней орбитали. В образовании химических соединений могут участвовать все или часть электронов d - орбиталей предпоследнего электронного уровня. При этом образуются соединения, соответствующие различным валентным состояниям. Переменная валентность переходных металлов является их характерным свойством (исключение составляют металлы II и III побочных подгрупп). Металлы побочных подгрупп IV, V, VI, VII групп могут входить в состав соединений как в высшем валентном состоянии (которое соответствует номеру группы), так и в более низких валентных состояниях. Так, например, для титана характерны 2-, 3-, 4- валентные состояния, а для марганца 2-, 3-, 4-, 6- и 7- валентные состояния.
Оксиды
и гидроксиды переходных металлов, в
котором последние находятся в низшем
валентном состоянии, проявляют обычно
основные свойства, например
иFe(OH) 2 .
Высшие оксиды и гидроксиды характеризуются
амфотерными свойствами, например TiO 2 ,
Ti(OH) 4
или кислотными, например
и
.
Окислительно-восстановительные свойства соединений рассматриваемых металлов также связаны с валентным состоянием металла. Соединена с низшей степенью окисления обычно проявляют восстановительные свойства, а с высшей степенью окисления - окислительные.
Например, для оксидов и гидроксидов марганца окислительно-восстановительные свойства изменяются следующим образом:
Комплексные соединения.
Характерной особенностью соединений переходных металлов является способность к комплексообразованию, что объясняется наличием у ионов металла достаточного числа свободных орбиталей во внешнем и предвнешнем электронных уровнях.
В молекулах подобных соединений в центре находится комплексообразователь. Вокруг него координируются ионы, атомы или молекулы, называемые лигандами. Число их зависит от свойств комплексообразователя, степени его окисленности и называется координационным числом:
Комплексообразователь координирует вокруг себя лигандры двух типов: анионные и нейтральные. Образуются комплексы при соединении нескольких различных молекул в одну более сложную:
сульфотетраамин меди (II) гексацианноферрат (III) калия.
В водных растворах комплексные соединения диссоциируют, образуя комплексные ионы:
Сами комплексные ионы так же способны к диссоциации, но обычно в очень небольшой степени. Например:
Этот процесс протекает обратимо и равновесие его резко сдвинуто влево. Следовательно, согласно закону действия масс,
Константа Кн в подобных случаях называется константой нестойкости комплексных ионов. Чем больше величина константы, тем сильнее способность иона диссоциировать на составные части. Величины Кн приводятся в таблице:
Опыт
1. Окисление ионов Mn 2+
в ионы
.
Внесите
в пробирку немного двуокиси свинца, так
чтобы было покрыто только дно пробирки,
добавьте туда же несколько капель
концентрированной
и одну каплю раствора
.
Нагрейте раствор и наблюдайте появление
ионов
.
Составьте уравнение реакции. Раствор
соли марганца следует брать в небольшом
количестве, так как избыток ионов
восстанавливает
до
.
Опыт
2. Окисление ионами
в кислом, нейтральном и щелочном
растворах.
Продукты
восстановления ионов
различны и зависят от РН раствора. Так,
в кислых растворах ион
восстанавливается в ионы
.
В
нейтральных, слабокислых и слабощелочных
растворах, т.е. в интервале РН от 5 до 9,
ион
восстанавливается с образованием
марганцовистой кислоты:
В
сильнощелочных растворах и при недостатке
восстановителя ион
восстанавливается до иона
.
Налейте
в три пробирки по 5-7 капель раствора
перманганата калия
.
В одну из них добавьте такой же объем
разбавленной серной кислоты, в другую
ничего не добавляете, а в третью -
концентрированного раствора щелочи.
Во все три пробирки прибавьте по каплям,
взбалтывая содержимое пробирки, раствор
сульфита калия или натрия до тех пор,
пока первой пробирке раствор не
обесцветится, во второй выпадет бурый
осадок, а в третьей раствор окрасится
в зеленый цвет. Составьте уравнение
реакций, имея в виду, что ион
превращается в ионы
.
Дайте оценку окислительной способности
в различных средах по таблице
окислительно-восстановительных
потенциалов.
Опыт 3. Взаимодействие перманганата калия с перекисью водорода. Поместите в пробирку 1 мл. перекиси водорода, добавьте несколько капель раствора серной кислоты и несколько капель раствора перманганата калия. Какой газ выделяется? Испытайте его тлеющей лучиной. Составьте уравнение реакции и объясните его на основе окислительно-восстановительных потенциалов.
Опыт 4. Комплексные соединения железа.
А)
Получение берлинской лазури. К 2-3 каплям
раствора соли железа (III) добавьте каплю
кислоты, несколько капель воды и каплю
раствора гексационно - (П) феррата калия
(желтой кровяной соли). Наблюдайте
появления осадка берлинской лазури.
Составьте уравнение реакции. Эта реакция
используется для обнаружения ионов
.
Если
взять в избытке, то вместо осадка
берлинской лазури может образоваться
его коллоидная растворимая форма.
Исследуйте
отношение берлинской лазури к действию
щелочи. Что наблюдается? Что лучше
диссоциирует. Fе(ОН) 2
или комплексный ион
?
Б)
Получение роданида железа III. К нескольким
каплям раствора соли железа добавьте
каплю раствора роданида калия или
аммония
.
Составьте уравнение реакции.
Исследуйте
отношение роданида
к щелочам и объясните наблюдаемое
явление. Эта реакция, как и предыдущая,
используется для обнаружения иона
.
Опыт 5. Получение комплексного соединения кобальта.
Поместите
в пробирку 2 капли насыщенного раствора
соли кобальта и добавьте 5-6 капель
насыщенного раствора аммония: учесть,
что при этом образуется раствор
комплексной соли
.
Комплексные ионы
окрашены в синий цвет, а гидратированные
ионы
- в розовый. Опишите наблюдаемые явления:
1. Уравнение получения комплексной соли кобальта.
2. Уравнение диссоциации комплексной соли кобальта.
3. Уравнение диссоциации комплексного иона.
4. Выражение константы нестойкости комплексного иона.
Контрольные вопросы и задачи.
1. Какие свойства (окислительные или восстановительные) проявляют соединения с высшей степенью окисления элемента? Составьте электронно-ионное и молекулярное уравнение реакции:
2. Какие свойства проявляют соединения с промежуточной степенью окисления элемента? Составьте электронно-ионные и молекулярные уравнения реакций:
3. Укажите отличительные и сходные свойства железа, кобальта, никеля. Почему Д. И. Менделеев поместил в периодической системе элементов кобальт между железом и никелем, несмотря на значение его атомного веса?
4. Напишите формулы комплексных соединений железа, кобальта, никеля. Чем объясняется хорошая комплексообразующая способность этих элементов?
5. Как изменяется характер оксидов марганца? Чем это обусловлено? Какие окислительные числа может иметь марганец в соединениях?
6. Есть ли сходство в химии марганца и хрома? В чем оно выражается.
7. На каких свойствах марганца, железа, кобальта, никеля, хрома основано их применение в технике?
8.
Дайте оценку окислительной способности
ионов
и восстановительной способности ионов
.
9. Чем объяснить, что окислительные числа Си, Ag, Аu бывает больше +17.
10. Объясните почернение серебра со временем на воздухе, позеленение меди на воздухе.
11. Составьте уравнение реакций, протекающих по схеме.
Элементов 4-го периода Периодической таблицы
| n э | Электронная конфигурация элемента | КР | t пл, о С | DН пл, кДж/моль | НВ, МПа | t кип, о С | DН кип, кДж/моль | |
| K | s 1 | ОЦК | 63,55 | 2,3 | - | 89,4 | ||
| Ca | s 2 | ГЦК | 8,4 | |||||
| Sc | s 2 d 1 | Гекс. | 14,1 | |||||
| Ti | s 2 d 2 | ГПУ | ||||||
| V | s 2 d 3 | ОЦК | 23,0 | |||||
| Cr | s 1 d 5 | ОЦК | 21,0 | |||||
| Mn | s 2 d 5 | ОЦК | 12,6 | - | ||||
| Fe | s 2 d 6 | ОЦК | 13,77 | |||||
| Co | s 2 d 7 | Гекс. | 16,3 | |||||
| Ni | s 2 d 8 | ГЦК | 17,5 | |||||
| Cu | s 1 d 10 | ГЦК | 12,97 | |||||
| Zn | s 2 d 10 | ГПУ | 419,5 | 7,24 | - | |||
| Ga | s 2 d 10 p 1 | Ромб. | 29,75 | 5,59 | ||||
| Ge | s 2 d 10 p 2 | ПК | 958,5 | - | ||||
| As | s 2 d 10 p 3 | Гекс. | 21,8 | - | Cубл. | |||
| Se | s 2 d 10 p 4 | Гекс. | 6,7 | 685,3 | ||||
| Br | s 2 d 10 p 5 | -7,25 | 10,6 | - | 59,8 | 29,6 | ||
| Kr | s 2 d 10 p 6 | -157 | 1,64 | - | -153 | 9,0 |
Рис. 3.8. Зависимость температуры плавления (t пл) и кипения (t кип), энтальпии плавления (DН пл) и кипения (DН кип), твердости по Бринелю простых веществ 4-го периода от числа электронов на внешнем энергетическом уровне (число электронов сверх полностью заполненной оболочки благородного газа Ar)
Как было отмечено, для описания химической связи, возникающей между атомами металлов, можно использовать представления метода валентных связей. Подход к описанию можно проиллюстрировать на примере кристалла калия. Атом калия на внешнем энергетическом уровне имеет один электрон. В изолированном атоме калия этот электрон находится на 4s -орбитали. В тоже самое время в атоме калия имеются не сильно отличающиеся по энергии от 4s -орбитали свободные, не занятые электронами орбитали, относящиеся к 3d , 4p -подуровням. Можно предположить, что при образовании химической связи валентный электрон каждого атома может располагаться не только на 4s -орбитали, но и на одной из свободных орбиталей. Один валентный электрон атома позволяет ему реализовать одну единичную связь с ближайшим соседом. Наличие в электронной структуре атома мало различающихся по энергии свободных орбиталей позволяет предположить, что атом может ʼʼзахватитьʼʼ электрон от своего соседа на одну из свободных орбиталей и тогда у него появится возможность образовать две единичные связи с ближайшими соседями. В силу равенства расстояний до ближайших соседей и неразличимости атомов возможны различные варианты реализации химических связей между соседними атомами. Если рассмотреть фрагмент кристаллической решетки из четырех соседних атомов, то возможные варианты показаны на рис. 3.9.
Элементов 4-го периода Периодической таблицы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Элементов 4-го периода Периодической таблицы" 2015, 2017-2018.
Понятие переходный элемент обычно используется для обозначения любого элемента с валентными d- или f-электронами. Эти элементы занимают в периодической таблице переходное положение между электроположительными s-элементами и электроотрицательными p-элементами.
d-Элементы принято называть главными переходными элементами. Их атомы характеризуются внутренней застройкой d-подоболочек. Дело в том, что s-орбиталь их внешней оболочки обычно заполнена уже до того, как начинается заполнение d-орбиталей в предшествующей электронной оболочке. Это означает, что каждый новый электрон, добавляемый в электронную оболочку очередного d-элемента, в соответствии с принципом заполнения, попадает не на внешнюю оболочку, а на предшествующую ей внутреннюю подоболочку. Химические свойства этих элементов определяются участием в реакциях электронов обеих указанных оболочек.
d-Элементы образуют три переходных ряда - в 4-м, 5-м и 6-м периодах соответственно. Первый переходный ряд включает 10 элементов, от скандия до цинка. Он характеризуется внутренней застройкой 3d-орбиталей. Орбиталь 4s заполняется раньше, чем орбиталь 3d, потому что имеет меньшую энергию (правило Клечковского).
Следует, однако, отметить существование двух аномалий. Хром и медь имеют на своих 4s-орбиталях всего по одному электрону. Дело в том, что полузаполненные или полностью заполненные подоболочки обладают большей устойчивостью, чем частично заполненные подоболочки.
В атоме хрома на каждой из пяти 3d-орбиталей, образующих 3d-подоболочку, имеется по одному электрону. Такая подоболочка является полузаполненной. В атоме меди на каждой из пяти 3d-орбиталей находится по паре электронов. Аналогичная аномалия наблюдается у серебра.
Все d-элементы являются металлами.
Электронные конфигурации элементов четвертого периода от скандия до цинка:
Хром
Хром находится в 4-м периоде, в VI группе, в побочной подгруппе. Это металл средней активности. В своих соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3 и +6. CrO - типичный основный оксид, Cr 2 O 3 - амфотерный оксид, CrO 3 - типичный кислотный оксид со свойствами сильного окислителя, т. е. рост степени окисления сопровождается усилением кислотных свойств.
Железо
Железо находится в 4-м периоде, в VIII группе, в побочной подгруппе. Железо - металл средней активности, в своих соединениях проявляет наиболее характерные степени окисления +2 и +3. Известны также соединения железа, в которых оно проявляет степень окисления +6, которые являются сильными окислителями. FeO проявляет основные, а Fe 2 O 3 - амфотерные с преобладанием основных свойств.
Медь
Медь находится в 4-м периоде, в I группе, в побочной подгруппе. Ее наиболее устойчивые степени окисления +2 и +1. В ряду напряжений металлов медь находится после водорода, ее химическая активность не очень велика. Оксиды меди: Cu2O CuO. Последний и гидроксид меди Cu(OH)2 проявляют амфотерные свойства с преобладанием основных.
Цинк
Цинк находится в 4-м периоде, во II-группе, в побочной подгруппе. Цинк относится к металлам средней активности, в своих соединениях проявляет единственную степень окисления +2. Оксид и гидроксид цинка являются амфотерными.
