ЗАНЯТТЯ №4

Лабораторна робота №1.

Тема: Розв’язування задач на основі законів хімії.

Актуальність теми: Знання основ атомно-молекулярного вчен­ня, основних законів хімії і уміння записувати хімічні формули і хі­міч­ні реакції складають основу для вивчення хімії.

Навчальні цілі:

Знати: основні поняття і положення атомно-молекулярної теорії, властивості речовин; хімічні формули, їх типи; закони постійності складу, збереження маси, поняття еквівалента.

Уміти: складати хімічні формули, записувати рівняння хіміч­них реакцій, визначати еквіваленти простих і складних речовин, визначати молекулярну масу, молярну масу і кількість речовини.

Самостійна позааудиторна робота

! Написати в робочому зошиті:

1. Знайти відносну атомну або молекулярну масу речовин: Ca, CO₂, CuSO₄, (CH₃COO)₂Са.

2. Яка кількість речовини міститься в: а) в озоні O₃ об’ємом 2 л,

б) в алюміній оксиді Al₂O₃ масою 102 г?

3. Визначити, який з оксидів містить найбільшу масову частку Оксигену: SiO₂; PbO₂ чи MnO₂?

4. Яку масу кухонної солі (NaCl) можна одержати з 5 г натрію.

5. Знайти масову частку кальцію у сполуці кальцій карбонат (СаСO₃).

6. Який об'єм водню необхідний для отримання 35 м³ сірководню (H₂S)?

6 Дати відповіді на тести в робочому зошиті:

1. Який елемент має відносну атомну масу 40 а.о.м?

а) Кальцій; б) Карбон; в) Алюміній; г) Цинк.

2. Яка відносна молекулярна маса Са(НСО₃)₂?

а) 56 а.о.м.; б) 110 г/моль; в) 96; г) 162.

3. 0, 5 л газу азоту мають масу:

а) 7 г; б) 0, 56 г; в) 0, 625 г; г) 0, 28 г.

4. 1, 88∙ 10²³ атомів Оксигену мають масу:

а) 1, 6 г; б) 3, 2 г; в) 10 г; г) 32 г.

Контрольні питання:

1. Що таке атом?

2. Що таке молекула?

3. Що таке хімічний елемент?

4. Що таке хімічна реакція?

5. Що стверджує закон збереження маси?

6. Що стверджує закон сталості складу?

7. Що стверджує закон Авогадро?

8. Що таке стала Авогадро? Яке її цифрове значення?

9. Що таке кількість речовини ν?

10. Що таке моль? Яку кількість частинок містить 1 моль будь-якої речовини?

11. Яке значення молярного об'єму газів за н.у.?

 

Самостійна робота на занятті

! Написати в робочому зошиті:

1. Знайти відносну атомну або молекулярну масу речовин: Fe(OH)₃, C₆H₅COOH_, Na, (NH₄)₂SO_4.

2. Для реакції потрібно 0, 35 моль хлориду кальцію (CaCl₂). Яку масу має ця порція речовини?

3. Який об'єм займає 10 г метану (СH₄)?

4. Заповнити таблицю:

№	Дано:	Mr	M, г/моль	ν, моль	m, г	Число молекул
a	V(H2S)= 1, 5 л
б	V(NO2)= 0, 1 л
в	V(CO) = 2 л

5. 5 г кальцію карбонату (СаСО₃) термічно розклали. Який об'єм вуглекислого газу (н.у.) виділився при цьому?

6. Визначити, який з оксидів містить найбільшу масову частку Оксигену: CrO₃ чи Fe₂O₃?

7. Балон містить 2 кг стиснутого кисню. Який об'єм займе така маса газу за н.у.?

8*.У крові міститься приблизно 15% гемоглобіну. Яка маса гемо­глобіну в організмі людини, якщо маса крові 5 кг?

 

 

Розділ 2. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА

ЕЛЕМЕНТІВ. БУДОВА РЕЧОВИНИ.

 

План

§2.1. Періодичний закон і система елементів Д.І.Менделєєва.

§2.2. Зміна властивостей елементів у періодичній системі Д.І.Мен­дел­єєва.

§2.3. Будова атома. Ядро. Ізотопи.

§2.4. Будова електронних оболонок атомів.

§2.5. Квантові числа електронів.

§2.6. Електронні формули елементів.

§2.7. Залежність властивостей елементів від періодичної зміни елект­ронних структур атомів.

§2.1. Періодичний закон і система елементів Д.І. Менделєєва

Періодичний закон відкрив Дмитро Іванович Менделєєв і опуб­лі­кував 1 березня 1869 року. Він сформулював його таким чином:

• Властивості хімічних елементів і їх сполук знаходяться в пе­ріо­дичній залежності від атомних мас елементів.

Сучасне формулювання з'явилося в 1911 році після відкриття складної будови атомів елементів. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН форму­лю­ється так:

• ВЛАСТИВОСТІ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ І ЇХ СПОЛУК ЗНАХОДЯТЬСЯ В ПЕРІОДИЧНІЙ ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД ЗАРЯДУ ЯДРА І ЕЛЕКТРОННОЇ КОНФІГУРАЦІЇ АТОМІВ ЕЛЕМЕНТІВ.

Періодична система елементів – це графічне зображення закону.

В основу системи Д.І Менделєєв поклав три принципи:

1. Принцип ЗРОСТАННЯ. Елементи розташовані в періодичній системі в порядку зростання їх атомних мас і зарядів ядер атомів.

2. Принцип ПЕРІОДИЧНОСТІ. Властивості елементів зміню­ють­ся, а зміни повторюються періодично (від металів через неметали до інертних газів).

3. Принцип ПОШИРЕННЯ. Періодичність зміни властивостей елементів поширюється на їх сполуки. Наприклад, властивості оксидів і гідроксидів елементів в кожному періоді змінюються від основних – через амфотерні – до кислотних.

Структура періодичної системи Д.І.Менделєєва

Система включає 118 елементів. Всі елементи в періодичній системі мають атомний номер. Кожний елемент має постійне місце (крім Гідрогену) і займає комірку в Періодичній системі.

	КОМІРКА містить інформацію про елемент: символ, назва елементу, атомний номер ( за­ряд ядра Z), відносну атомну масу (Ar), елект­ронну конфігурацію (1s22s22p63s2). Мал. 2.1. Інформація про елемент, що міститься в окремій комірці Періодич­ної таблиці.
	Горизонтальні лінійки Періодичної таблиці нази­ваються ПЕРІОДАМИ, а вертикальні – ГРУПАМИ. У групах зібрані елементи з схожими хі­мічними властивостями, а в періодах хіміч­ні властивості поступово змінюються.

Періодична система має 7 періодів та 8 груп.

ПЕРІОД – це горизонтальний ряд елементів, в якому власти­вості змінюються від лужного металу через неметали до інерт­ного газу. Кількість елементів в періодах різна.

Перший період складається з 2-х елементів. Це супермалий період.

У другому і третьому – по 8 елементів. Це малі періоди.

У четвертому і п'ятому періодах, по 18 елементів. Це великі пе­ріоди

У шостому і сьомому - по 32 елементи Це супервеликі періоди.

Сьомий період незакінчений.

Елементи малих періодів (1, 2, 3) називаються типовими.

Як же змінюються властивості елементів одного періоду? У лівій частині періодів елементи проявляють яскраво виражені відновні властивості. Більшість з цих елементів є металами (Li, Na, Mg, Ca). У правій частині зібрані типові неметали, що володіють окисними властивостями (О, F, Cl). У середині періодів розташовуються елемен­ти, що володіють як відновними, так і окисними властивостями – залежно від того, з яким елементом вони реагують.

Наприклад, якщо Сульфур (S) реагує з сильним окисником (Оксигеном), то проявляє відновні властивості:

А при взаємодії з сильним відновником (наприклад, із залізом) Сульфур є окисником:

Всі періоди підкоряються важливій загальній закономірності:

Кожний період Періодичної таблиці починається активним металом і закінчується інертним газом.

Хімічні властивості типових елементів швидко змінюються в межах періоду. У (малих періодах) типових елементів при зміні заряду ядра атома на одиницю до зовнішнього енергетичного рівня додається один електрон. Великі періоди (4, 5, 6, 7) містять елементи під­груп В. У елементів підгруп В не відбувається зміни зовнішнього шару зі зміною заряду ядра, тому хімічні властивості не змінюються. У ве­ликих періодах хімічні властивості елементів змінюються по­ві­ль­но.

Періодична система містить 8 груп.

ГРУПА – це вертикальний стовпчик елементів, які мають однаковий максимальний ступінь окиснення і валентність, що дорівнюють номеру групи, а також однакову кількість ва­лентних електронів ( виняток елементи 1В, 8 груп ).

Для елементів однієї групи характерна однакова загальна формула вищого оксиду і гідроксиду.

 

Таблиця 2.1

Загальні формули вищого оксиду і гідроксиду елементів.

Група	I	ІІ	ІІІ	ІV	V	VI	VIІ	VIІІ (крім інертних газів)
Вищий оксид	Е2О	ЕО	Е2О3	ЕО2	Е2О5	ЕО3	Е2О7	Е2О7
Гідрат вищого оксиду (гідроксид)	ЕОН	Е(ОН)2	Е(ОН)3	Н2ЕО3	Н3ЕО4	Н2ЕО4	НЕО4	Н4ЕО4
Приклади оксидів	Na2O	MgO	А12О3	SiO2	Р2О5	SO3	Cl2O7
Приклади гідроксидів	NaOH	Mg(OH)2	AI(OH)3	H2SiO3	H3PO4	H2SO4	HCIO4

Номер групи співпадає з числом валентних електронів, які можуть брати участь в утворенні хімічних зв'язків.

Кожна група ділиться на дві ПІДГРУПИ: А – головну і В – по­бічну.

В головну підгрупу входять s- і p-елементи, в побічну - d-еле­мен­ти.

Елементи побічних підгруп (d-елементи) називають ПЕРЕХІДНИ­МИ елементами або перехідними металами (всі d-елементи - метали).

ПІДГРУПА – це вертикальний стовпчик елементів, які мають схожі хімічні властивості і однакову електронну конфі­гу­рацію зовнішнього електронного шару.

У підгрупах А розташовані метали, неметали і інертні гази. Всі елементи підгруп В – це метали.

Деякі елементи об'єднуються в сімейства.

СІМЕЙСТВО – це сукупність елементів; з однаковими хі­міч­­ни­ми властивостями.

Є такі сімейства: лужні метали (1А група), лужноземельні ме­тали ( 2А група ), халькогени (6А група), галогени (7А група), інер­тні гази (8А група), лантаноїди і актиноїди.

Таблиця 2.2.

Групові назви елементів.

Група	Назва	Елементи	Зовнішня оболонка атомів
I	Лужні метали	Li, Na, K, Rb, Cs, Fr	s1
II	Лужноземельні метали	Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra	s2
III	¾	B, Al, Ga, In, Tl	s2p1
IV	¾	C, Si, Ge, Sn, Pb	s2p2
V	¾	N, P, As, Sb, Bi	s2p3
VI	Халькогени	О, S, Se, Te, Po	s2p4
VII	Галогени	F, Cl, Br, I, At	s2p5
VIII	Благородні (інертні) гази	Ne, Ar, Kr, Хе, Rn	s2p6

ЗНАЧЕННЯ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ

І СИСТЕМИ ЕЛЕМЕНТІВ

ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН – це загальний закон природи. В при­роді все змінюється періодично (наприклад, пори року, рух землі, сон­ця, місяця і зірок, періодичні життєві цикли рослин, тварин і лю­дини). Хімічні властивості елементів також змінюються періодич­но.

ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА – це наукова класифікація елемен­тів. Вона допомагає правильно характеризувати властивості елемен­тів і їх сполук, вивчати будову атомів елементів, синтезувати нові речовини. Кожне нове відкриття в хімії підтверджує, що періодичний закон і періодична система елементів Д.І.Менделєєва мають велике на­укове значення.

§2.2. Зміна властивостей елементів у періодичній системі Д.І.Менделєєва

Хімічні властивості елементів тісно пов'язані з електронною будовою атомів і з характером заповнення електронних рівнів.

СУТЬ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ:

Ø хімічні властивості елементів змінюються внаслідок зміни в їх атомах заряду ядер і електронної конфігурації;

Ø зміни періодично повторюються, оскільки періодично повто­рю­ється конфігурація зовнішнього електронного шару атома.

Між положенням елементу в періодичній системі, розподілом елект­ронів в його атомі і його хімічними властивостями є зв'язок.

Властивості атомів елементів, що постійно зростають в періодич­­ній системі – це атомна маса і заряд ядра атома елементу.

Властивості атомів елементів, що періодично повторюються:

1) Металічні властивості елементів зменшуються в періодах зліва направо (®) і збільшуються в групах зверху вниз (¯). Найактив­ні­ший метал – Францій (Fr).

2) Неметалічні властивості збільшуються в періодах зліва направо (®) і зменшуються в групах зверху вниз (¯). Найактивніший неметал – Флуор (F₂).

3) Радіуси атомів в періодах зліва направо зменшуються (®), в групах зверху вниз (¯) збільшуються. Наприклад: радіус атома літію (Li) більший, ніж радіус атома фтору (F), а радіус атома францію (Fr) більший за радіус атома Літію (Li).

4) Відновні властивості характеризують здатність атомів віддавати електрони іншим атомам в хімічних реакціях. Вони в періодах змен­шуються зліва направо (®), а в групах збільшуються зверху вниз (¯). Найактивніший ВІДНОВНИК – францiй (Fr).

5) Окисні властивості характеризують здатність атомів елементів приймати електрони. Вони в періодах збільшуються зліва направо (®). В групах зменшуються зверху вниз (¯ ­). Найсильніший ОКИСНИК – флуор (F).

6) Електронегативність (ЕН) – це здатність атомів елементів притягувати до себе загальну пару електронів ковалентного зв'язку від атомів інших елементів в сполуках.

Електронегативність в періодах збільшується зліва направо, в групах зменшується зверху вниз. Найбільш електронегативний елемент – це фтор. Відносна ЕН флуору дорівнює 4.

ЕН знижується у ряді:

F > O > N ≈ Cl > Br > I ≈ S ≈ C > P > H > Si > Al > Ca > K

Розглянемо основні закономірності зміни властивостей елементів

В ПЕРІОДАХ:

Зменшуються:	Збільшуються
1) металічні властивості,	1) неметалічні властивості
2) відновні властивості,	2) окиснювальні властивості
3) радіус атома	3) ЕН.

Не змінюється: кількість електронних рівнів (орбіталей).

У ГОЛОВНИХ ПІДГРУПАХ (підгрупах А):

Збільшуються	Зменшуються:
1) металічні властивості,	1) неметалічні властивості
2) відновні властивості,	2) окиснювальні властивості
3) радіус атома	3) ЕН.

Не змінюється:	1) кількість електронів на зовнішньому рівні.
2) вищий ступінь окиснення і валентність
3) хімічні властивості.

§2.3. Будова атома. Ядро. Ізотопи

Атом складається з ядра та електронної " хмари", що оточує його. Електрони, що знаходяться в електронній хмарі, несуть негативний електричний заряд. Протони, що входять до складу ядра, несуть пози­тивний заряд. Окрім протонів, до складу ядра більшості атомів вхо­дять нейтрони, які не несуть ніякого заряду. Маса нейтрона практично не відрізняється від маси протона.

 

		АТОМ
	ЯДРО		ЕЛЕКТРОНИ е‾ ( )
ПРОТОНИ		НЕЙТРОНИ

 

У атомі число протонів в ядрі дорівнює числу електронів в електронній хмарі, тому атом в цілому – нейтральна частинка, яка немає заряду.

Атом може ВІДДАТИ один або кілька електронів або навпаки – ЗАБРАТИ чужі електрони. При цьому він набуває негативний (‾) або позитивний (⁺) заряд. Атом, який має позитивний або негативний заряд називається ЙОНОМ.

Електрони, протони і нейтрони є головними " будівельними де­та­­лями" атомів і називаються субатомними частинками. Їх заряди і маси в кг і в спеціальних “ атомних” одиницях маси (а.о.м.) наведені в таблиці 2.3.

 

Таблиця 2.3.

Субатомні частинки.

Частинка	Заряд	Маса:
кг	а.о.м.
Протон	+1	1, 67·10-27	1, 00728
Нейтрон		1, 67·10-27	1, 00867
Електрон	-1	9, 11·10-31	0, 000549

 

 

Частинки протон та нейтрон, що входять до складу ядра атома, називають нуклідами. З таблиці 2.3 видно, що маси нуклідів, виражені в кілограмах, дуже малі. Тому їх зручніше наводити в атомних одиницях маси (скорочено - а.о.м.). За атомну одиницю маси прийнято 1/12 частину маси атома вуглецю, в ядрі якого міститься 6 протонів і 6 нейтронів.

 

Схематичне зображення такого " еталонного" атома вуглецю наведено на мал. 2.2 (б).

 

Мал. 2.2. Атоми складаються з позитивно зарядженого ядра і електро­нної хмари. а) ядро атому Гідрогену: 1 протон + 1 електрон. б) атома Карбону 6 протонів + 6 нейтронів, а в електронній хмарі - 6 електро­нів. в) Існує також ізотопний Карбон – в ядрі 6 протонів + 7 ней­тронів.

На мал. 2.2 показано атоми двох різних елементів: Гідрогену і Карбону. Що ж таке хімічні елементи і чим вони відрізняються один від одного?

ХІМІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ – сукупність атомів з однаковим заря­дом ядра.

Гідроген і Карбон відрізняються числом протонів в ядрі і числом електронів в електронній оболонці. Число протонів в ядрі атома називають зарядом ядра атома (Z). Число протонів в ядрі співпадає з порядковим номером атома в Періодичній таблиці Д.І.Менделєєва.

Заряд ядра (число протонів) співпадає з числом електронів в атомі.

Коли атоми вступають в хімічні реакції, то відбувається взаємодія між їх електронними оболонками, а не ядрами. Число електронів визначає здатність атома утворювати зв'язки з іншими атомами, тобто його хімічні властивості. Тому атоми з однаковим зарядом ядра (і однаковим числом електронів!) поводяться в хімічному відношенні прак­тично однаково і розглядаються як атоми одного хімічного елементу.

Сучасна МОДЕЛЬ АТОМА стверджує:

Ø Атоми елементів складаються з позитивно зарядженого ядра і електронів, що рухаються навколо нього.

Ø Ядро займає дуже малий об'єм атома.

Ø Маса атома зосереджена в його ядрі.

Ø Ядро складається з елементарних частинок (нуклонів): протонів і нейтронів. Протон () – це позитивно заряджена частинка масою 1 а.о.м. Нейтрон () – це нейтральна частинка масою 1 а.о.м

Кількість протонів в ядрі визначає заряд ядра (Z) і дорівнює по­ряд­ковому номеру елементу в Періодичній системі

þ ПОРЯДКОВИЙ НОМЕР ЕЛЕМЕНТУ = ЗАРЯДУ ЯДРА АТОМА.

Ø Сума кількості протонів (Z) і нейтронів (N) в ядрі дорівнює атомній масі (масовому числу) (А).

А = Z + N

, N = А – Z. Наприклад: : Z = 30, N = 65 – 30 = 35

Ø Число нейтронів в ядрі атомів одного елементу може від­різ­ня­тися.

ІЗОТОПИ – це атоми одного елементу, які мають однаковий заряд ядра, але різну масу, тобто однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. Всі елементи мають ізотопи. Наприклад: і ; і ; , і .

Один і той же елемент може існувати у вигляді двох або декі­ль­кох ізотопів. Ізотопи відрізняються один від одного тільки числом ней­тронів в ядрі (числом N).

Хімічні властивості всіх ізотопів одного елементу однакові.

Виняток – ізотопи водню мають різні властивості, тому різні назви і символи: – протій, – дейтерій, – тритій.

Наприклад, ізотопи водню утворюють три види води: нормальну (Н₂О), важку (D₂О), надважку (Т₂О). Ці речовини мають різні властивості.

Ізотопи розділяють на стабільні і радіоактивні.

Радіоактивні ізотопи елементів (радіонукліди) використовують в медицині і називають «мічені атоми». За допомогою «мічених ато­мів» вивчають механізми дії нових ліків, будову і функції органів і тканин, механізми складних біохімічних процесів.

þ Атомна маса елементу в періодичній таблиці дорівнює середньому значенню мас всіх природних ізотопів цього елементу.