Пример 5

На каком основании хлор и марганец помещают в одной группе периодической системы элементов? Почему их помещают в разных подгруппах?

Р е ш е н и е. Электронные конфигурации атомов:

Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ ; Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²

Валентные электроны хлора - 3s²3p⁵ , а марганца - 3d⁵4s² ; таким образом, эти элементы не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов находится одинаковое число электронов – 7. На этом основании оба элемента помещают в одну и ту же седьмую группу периодической системы, но в разные подгруппы.

Вариант 1.

1. Запишите краткую электронную конфигурацию элементов с порядковыми номерами №2 и №89.

2. Назовите элементы – электронные аналоги с формирующим электроном 5p⁶ и 6s².

Вариант 2.

1. Запишите краткую электронную конфигурацию элементов с порядковыми номерами №54 и №17.

2. Назовите элементы – электронные аналоги с формирующим электроном 4f⁷ и 2p³.

Вариант 3.

1. Запишите краткую электронную конфигурацию элементов с порядковыми номерами №77 и №21.

2. Назовите элементы – электронные аналоги с формирующим электроном 2s¹ и 3d²

Вариант 4.

1. Запишите краткую электронную конфигурацию элементов с порядковыми номерами №12 и №46.

2. Назовите элементы – электронные аналоги с формирующим электроном 3d⁵ и 6s¹.

Вариант 5.

1. Записать электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра: а) 8; б) 15. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов.

2. Указать особенности электронных конфигураций атомов меди и хрома. Сколько 4s-электронов содержат невозбуждённые атомы этих элементов?

Вариант 6.

1. Записать электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра: а) 18; б) 23; д) 53. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов.

2. Структура валентного электронного слоя атома элемента выражается формулой: а) 5s²5p⁴; б) 3d⁵4s¹. Определить порядковый номер и название элемента.

Вариант 7.

1. Записать электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра: а) 53; б) 20. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов.

2. Назовите элементы – электронные аналоги элементу с формирующим электроном: 4s² и 5d³.

Вариант 8.

1. Сколько неспаренных электронов содержат невозбуждённые атомы: а) В; б) S?

2. Назовите элементы – электронные аналоги элементу с формирующим электроном: 5d¹ и 3p⁶.

Вариант 9.

1. Сколько неспаренных электронов содержат невозбуждённые атомы: а) As; б) Cr?

2. Назовите элементы – электронные аналоги элементу с формирующим электроном: 4d³ и 2p².

Вариант 10.

1. Сколько неспаренных электронов содержат невозбуждённые атомы: а) Hg и б) С?

2. Назовите элементы – электронные аналоги элементу с формирующим электроном: 3d¹⁰ и 6s¹.

Описание химической связи в любой молекуле – это описание распределения в ней электронной плотности. По характеру этого распределения химические связи подразделяют на ковалентные, ионные и металлические.

Ковалентная связь

При рассмотрении природы ковалентной связи используются два подхода: метод валентных связей (МВС) и метод молекулярных орбиталей (ММО).

В основе МВС лежат следующие положения:

1. Химические связи между атомами осуществляются за счёт общих электронных пар в поле обоих ядер. Образование пары электронов возможно за счёт перекрывания облаков электронов с противоположными спинами.

Такая электронная пара может быть образована как в результате спаривания двух неспаренных электронов, принадлежащих разным атомам (обменный механизм), так и за счёт пары электронов одного атома – донора и вакантной орбитали второго атома – акцептора (донорно-акцепторный механизм образования связи).

Например, три ковалентные связи в молекуле аммиака образуются по обменному механизму за счёт перекрывания электронных облаков трёх атомов водорода и трёх p-электронов атома азота:

Пара s-электронов атома азота не участвует в образовании связи. При образовании иона аммония четвёртая ковалентная связь между атомом азота и протоном образуется по донорно-акцепторному механизму – за счёт неподеленной пары электронов атома азота (донора электронов) и свободной орбитали иона водорода (акцептора электронов):

В ионе аммония все четыре ковалентные связи равноценны несмотря на различные механизмы образования.

2. Ковалентная связь может быть полярной и неполярной. Связь между атомами одного элемента всегда неполярна. Связь между атомами различных элементов всегда полярна. Для характеристики способности атома данного элемента оттягитвать к себе электроны, образующие связь, пользуются значением относительной электроотрицательности. Полярность связи обусловлена смещением связующего электронного облака в сторону более электроотрицательного атом.

Например, в молекуле HCl связующее электронное облако смещено в сторону атома хлора. Вследствие этого атом водорода в молекуле HCl поляризован положительно, а атом хлора – отрицательно.

Мерой полярности связи служит электрический момент диполя μ_св, равный произведению эффективного заряда δ на длину диполя связи l _д связи.

Полярность молекул характеризуется значением электрического момента диполя μ_м, который равен векторной сумме электрических моментов диполей связей, имеющихся в молекуле.

В линейных молекулах АВ₂,треугольныз АВ₃, тетраэдрических и квадратных АВ₄ дипольные моменты связей А-В взаимно компенсируют друг друга, суммарные дипольные моменты молекул равны нулю. Подобные молекулы неполярны, несмотря на полярность отдельных связей.

3. Ковалентная связь характеризуется насыщаемостью, направленностью и поляризуемостью.

Насыщаемость ковалентной связи проявляется в том, что атом каждого элемента может образовывать ограниченное число ковалентных связей. Максимальная валентность (способность образовывать определенное количество ковалентных связей) определяется числом валентных одноэлектронных облаков (для образования связей по обменному механизму), а также числом свободных валентных орбиталей и двухэлектронныхоблаков (для образования связей по донорно-акцепторному механизму).

Число неспаренных электронов в атоме в процессе образования связей может увеличиваться за счёт возбуждения атома, при котором двухэлектроннные облака распадаются на одноэлектронные и электроны промотируют на свободную орбиталь того же энергетического уровня.

Например, электронная конфигурация и валентность углерода в основном и возбуждённом состояниях следующее:

В=2 В=4

Направленность ковалентной связи обусловлена различием формы и взаимной направленностью в пространстве электронных облаков. Если у атома, вступающего в химическую связь, участвуют разные атомные орбитали (s-, p-, d- и f-), то при образовании химической связи происходит гибридизация (смешение, выравнивание по форме) этих орбиталей, т.е. из разных атомных орбиталей образуются одинаковые атомные орбитали. Гибридизация происходит у орбиталей, имеющих энергетическую близость. Гибридное облако имеет большую вытянутость по одну сторону от ядра, поэтому при взаимодействии её с атомной орбиталью другого атома происходит максимальное перекрывание. Гибридизация связана с энергетическим выигрышем за счёт образования более прочных связей и более симметричного распределения электронной плотности в молекуле.

Дата добавления: 2014-11-25