Положению в Периодической системе Д.И. Менделеева

1. Поясните, какой из s-элементов подгруппы IIA является более сильным

восстановителем по отношению к хлору.

Решение. Восстановительные свойства химических элементов (способность отдавать электроны с внешних валентных уровней атомов) в группах Периодической таблицы Д.И. Менделеева усиливаются сверху вниз, по мере увеличения радиусов атомов. Следовательно, наиболее сильным восстановителем по отношению к хлору будет атом радия Ra, расположенный в VII периоде и способный легко отдавать (с наименьшими затратами энергии) 7s-электроны валентного 7-го уровня.

Ответ: радий Ra.

2. Объясните, что понимается под процессом ионизации атома. Затрачивается

(поглощается) или выделяется энергия при образовании ионов?

Решение. Ионизацией атома называют процесс удаления электрона из атома на бесконечно большое расстояние (Х→ Х⁺ + ē). Энтальпия (энергия) ионизации (∆ H_i) - минимальная энергия, необходимая для этого процесса. Внутри периода с возрастанием порядкового номера элемента энтальпия ионизации его атома (∆ H_i) постепенно увеличивается, а в пределах группы – уменьшается. В первом случае возрастающий заряд ядра требует дополнительных затрат энергии на отрыв электрона, а во втором - увеличивающееся расстояние от ядра до внешнего электронного слоя облегчает отрыв электрона ē. Для одного и того же атома по мере увеличения степени ионизации возрастает и энергия: (∆ H_i)₁ < (∆ H_i)₂ < (∆ H_i)₃, т.к. второй и последующие электроны приходится отрывать от положительно заряженного иона.

3. Определите, какие соединения с водородом образуют элементы главной

подгруппы VI группы. Назовите наиболее и наименее устойчивое из них.

Решение. У атомов элементов главной подгруппы VI группы на внешнем уровне содержится по 6 электронов, строение внешнего уровня ns²np⁴, т.е. имеются по два валентных электрона на подуровне p. Для завершения внешнего уровня не хватает по 2 электрона, следовательно, в соединениях с водородом (легко отдающим единственный электрон с подуровня 1s в общее пользование) они проявляют степень окисления -2. При этом образуются гидриды: Н₂О; H₂S; H₂Se; H₂Te; H₂Po.

С ростом порядкового номера элементов VI группы (от кислорода к полонию) увеличивается радиус атома, что приводит к уменьшению прочности соединения элемента с водородом от Н₂О к H₂Po. Таким образом, из названных водородных соединений халькогенов наиболее прочным является вода Н₂О, наименее прочным – гидрид полония H₂Po.

4. Установите, увеличиваются или уменьшаются значения энергии сродства к

электрону у атомов элементов VIIA – подгруппы от фтора к астату.

Решение. Сродство к электрону (∆ H_ē ) - способность атомов присоединять добавочный электрон и превращаться в отрицательный ион (Х + ē → Хˉ). Ясно, что для одного и того же химического элемента энергия сродства к электрону и энергия первой ступени ионизации будут равнозначны, но противоположны по знаку, т.е. |∆ H_ē | = |-∆ H_i(1)|. Наибольшим сродством к электрону (∆ H_ē ) обладают атомы галогенов. Для ряда элементов сродство к электрону близко к нулю или отрицательно, что означает отсутствие устойчивого аниона у данного элемента (например, у s-металлов). Наблюдается соответствие: чем больше энергия ионизации атома, тем меньше энергия его сродства к электрону, и наоборот.

Внутри подгруппы снизу вверх по мере уменьшения размеров атома его сродство к электрону растёт. Поэтому у атомов элементов VIIA – подгруппы от фтора к астату энергия сродства к электрону уменьшается (увеличивается радиус атома).

5. Определите, какую высшую и низшую степени окисления проявляют

германий, молибден и рений в соединениях. Изобразите формулы возможных соединений, отвечающих этим степеням окисления.

Решение. Высшую степень окисления элемента определяет, как правило, номер группы Периодической системы Д.И. Менделеева, в которой он находится. Низшая степень окисления определяется условным зарядом, который приобретает атом элемента при присоединении того числа электронов, которое необходимо для образования устойчивой восьми электронной оболочки (ns²np⁶).

Элемент германий Ge находится в IV периоде, IV A группе и имеет структуру внешнего электронного уровня …4s²4p². Следовательно, его высшая степень окисления соответствует +4, а низшая -4. Возможные соединения GeO₂ и Н₄Ge.

Элемент молибден Мо расположен в V периоде, VI Б группе. Его внешний электронный уровень имеет структуру …5s¹4d⁵. Следовательно, его высшая степень окисления соответствует +6. Что же касается низшей степени окисления, то она будет также положительной и равной +3. Молибден не присоединяет электроны, т.к. обладает нулевым сродством к электрону. Возможные соединения Н₂МоО₄ и МоCl₃.

Элемент рений Re находится в VI периоде, VII Б группе, внешний электронный уровень имеет структуру …6s²4f¹⁴5d⁵. Его высшая степень окисления равна +7. Также как и молибден, рений обладает нулевым сродством к электрону и не проявляет отрицательной степени окисления. Его низшая степень окисления будет равна +3. Возможные соединения HReO₄ и Re(OH)₃.

Ответ: а) германий Ge…4s²4p²; GeO₂ и Н₄Ge; б) молибден Мо …5s¹4d⁵; Н₂МоО₄ и МоCl₃; в) рений Re …6s²4f¹⁴5d⁵; HReO₄ и Re(OH)₃.