Характеристика элемента по его положению в периодической системе

Пример 1.1. Для элемента железа укажите порядковый номер в периодической системе элементов, атомную массу. Определите число электронов, протонов, нейтронов в атоме элемента.

Решение. По положению железа в периодической системе элементов находим: порядковый номер 26,
атомная масса железа Аr = 56 (округляем до целого числа).

Порядковый номер элемента равен заряду ядра Z,
числу электронов nē, числу протонов nр
Отсюда, Z = 26, nē = 26 электронов,
nр = 26 протонов.
Число нейтронов nn определяют по разнице между атомной массой элемента и порядковым номером
Таким образом, nn = Ar – Z = 56 – 26 = 30 нейтронов.

Пример 1.2. Охарактеризуйте каждый из элементов: селен, калий, галлий, марганец по его положению в периодической системе элементов.
Укажите номер периода, номер группы, подгруппу (главная или побочная), число энергетических уровней, число электронов на внешнем уровне, принадлежность к металлам или неметаллам, высшую степень окисления.
Составьте формулу высшего оксида элемента, определите его химический характер (кислотно-основные свойства), составьте формулу соответствующего гидроксида (гидрата оксида).

Решение. Период – горизонтальный ряд элементов в периодической системе.
Номер периода для элемента равен числу энергетических уровней,
заполненных или заполняемых электронами
Селен находится в 4 периоде, поэтому все электроны селена расположены на 4-х энергетических уровнях.
Группа – вертикальный ряд элементов в периодической системе. Группа делится на подгруппы. Главная подгруппа (А) содержит элементы всех периодов.
Побочная подгруппа (В) содержит элементы только больших периодов
Селен находится в VI группе главной подгруппе (А).
Число электронов на внешнем уровне для элементов главных подгрупп (А) совпадает с номером группы, для элементов побочных подгрупп (В) равно 2 (реже 1)
У селена на внешнем уровне содержится 6 электронов.
Металлы – элементы, у которых на внешнем уровне находятся 1 – 2 электрона (реже 3 – 4 для элементов больших периодов), у неметаллов на внешнем уровне находятся 3 – 8 электронов. В побочных подгруппах находятся только металлы
Селен относится к неметаллам.

Степень окисления (с. о.) элемента в молекуле – формальный заряд, вычисленный, исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов: положительно- и отрицательно заряженных частиц.
Степень окисления кислорода в оксидах и гидроксидах равна –2,
степень окисления водорода в гидроксидах – +1
Номер группы, как правило, определяет высшую степень окисления элемента.
Не подчиняются правилу и имеют наиболее характерную степень окисления: медь (+2), золото (+3), кислород (–2), фтор (-1), бром (+5), железо (+3), кобальт (+2), никель (+2) и др.
Высшая степень окисления селена равна +6, так как он находится в VI группе.
Молекула – частица нейтральная, поэтому сумма степеней окисления всех элементов, входящих в состав молекулы, равна 0
Отсюда, формула высшего оксида селена:
+6 –2
SeO3 .
Определяем правильность составления формулы оксида, суммируя степени окисления всех элементов: 1(+6) + 3(–2) = 0,
так как эта сумма равна нулю, формула составлена верно.

Определим химический характер высшего оксида селена (прил. 2). SeO3 – кислотный оксид, так как селен является неметаллом и имеет степень окисления +6. Поэтому гидроксид селена – кислота.
Формулу соответствующей кислоты H2SeO4 можно построить, если добавить к формуле оксида формулу молекулы воды следующим образом:
SeO3 + H2O = H2SeO4.

Оксид галлия Ga2О3 является амфотерным (прил. 3). Поэтому гидроксид галлия – амфолит. Его формулу записывают как в виде основания Ga(ОН)3, так и в виде кислоты Н3GaО3 или НGaО2

Тема 2. Основные классы неорганических соединений
Пример 2.1. Для приведенных соединений
NO2,
Mn(OH)3,
H2Cr2О7,
Al2(SO3)3,
(FeOH)2S
определите степень окисления каждого элемента.

Решение. Степень окисления элементов в соединениях определяется исходя из правил:
В оксидах, гидроксидах и солях степень окисления
водорода равна +1, кислорода равна –2.
Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю. Сумма степеней окисления всех элементов в соединениях равна нулю, в ионах – заряду иона.
Постоянную степень окисления, равную номеру группы,
имеют атомы элементов групп
IА, IIА, IIВ (кроме ртути), IIIА (кроме таллия), IIIВ

В соединении NO2 на два атома кислорода приходится заряд – 4: 2(–2) = –4.
Степень окисления азота равна +4.
Проверяем правильность определения степени окисления азота в соединении NO2: 2(–2) + 1(+4) = 0.
+3 -2 +1
В соединении Mn(OH)3 степень окисления одной гидроксильной группы равна –1:
–2 +1 = –1, а трех гидроксильных групп равна –3. Степень окисления марганца в соединении Mn(OH)3 равна +3.
Проверяем правильность определения степени окисления марганца в соединении Mn(OH)3: 1(+3) + 3(–2 +1) = 0.
+1 +6 ‾2
В соединении H2Cr2O7 на два атома водорода приходится заряд + 2:
2(+1) = +2, а на семь атомов кислорода приходится заряд – 14: 7(–2) = –14.
Определим степень окисления хрома (х) в соединении:
0 = 2(+1) + 2х + 7(–2), 2х = + 12; х = + 6.
Таким образом, степень окисления хрома в соединении H2Cr2O7 равна + 6.

Пример 2.2. Определите класс приведенных соединений: Cs2O,
H3AsO4,
Fe(OH)2,
CaCO3.

Решение.
Класс соединения определяется его составом и порядком расположения его составных частей
Молекула Cs2O состоит из двух элементов, одним из которых является кислород, следовательно, соединение Cs2O относится к классу оксидов.

В состав сложного вещества H3AsO4 входит атом водорода, способный замещаться на атомы металла, H3AsO4 относится к классу кислот.
Н-О –
Н-О – As = О
Н-О – Na- OH ------

В состав сложного вещества Fe(OH)2 входит атом металла и две гидроксильные группы, Fe(OH)2 относится к классу оснований.
Fe – OH
– OH

В состав сложного вещества CaCO3 входит атом металла (основный остаток) и кислотный остаток, CaCO3 относится к классу солей.
О
Ca ⁄ \ С = О
\ О ⁄

Пример 2.3. Укажите тип каждой соли (CuOH)2CO3,
KHSiO3,
Na3AsO4
и назовите их.

Решение.
Тип соли определяется составом основного и кислотного остатков.
Na3AsO4 – средняя соль, так как является продуктом полного замещения атомов водорода в мышьяковой кислоте Н3AsO4 атомами металла.
Н-О –
3 Na – О-Н + Н-О – As = О = 3Н2O + Na3AsO4
Н-О –
-3
Кислотный остаток AsO4 – арсенат. Название соли – арсенат натрия.

Основные соли содержат две и более гидроксильных групп
в основном остатке, их образуют многокислотные основания.
Группа ОН −, входящая в состав основного остатка,
обозначается приставкой гидроксо-
(CuOH)2CO3 – основная соль, так как основной остаток (CuOH)+1 содержит одну гидроксогруппу. Кислотный остаток карбонат CO
– остаток угольной кислоты H2CO3. Название соли – карбонат гидроксомеди (II), т.к. степень окисления меди +2.

Кислые соли содержат два и более атомов водорода в кислотном остатке, их образуют многоосновные кислоты. Атом водорода, входящий в состав кислотного остатка, обозначается приставкой гидро-
KHSiO3 – кислая соль, кислотный остаток (HSiO
содержит один атом водорода и называется гидросиликат.
Название соли – гидросиликат калия.
H - О-
Si=O + К – ОН = KHSiO3 + Н2O
H - О-

Пример 2.4. Назовите оксиды:
SeO2,
Fe2O3.
Укажите их кислотно-основные свойства и подтвердите их химический характер уравнениями соответствующих реакций.

Решение. Названия оксидов составляют из слова «оксид» и названия химического элемента в родительном падеже. Если элемент образует несколько оксидов, то в их названиях указывается его степень окисления римской цифрой в скобках сразу после названия.
В оксиде SeO2 степень окисления селена +4, название – оксид селена(IV).
Кислотным оксидам соответствуют кислоты
Селен является неметаллом, SeO2 – кислотным оксидом, ему соответствует кислота Н2SeO3 (SeO2 + H2O = Н2SeO3).
Кислотно-основные свойства оксидов (химический характер) подтверждаются их взаимодействием с гидроксидами.
Кислотные оксиды реагируют с основаниями с образованием соли и воды
Для SeO2: SeO2 + 2KOH = K2SeO3 + H2O.

Задание 2.1. Для приведенных веществ (варианты задания в табл. 2. 1):
2.1.1. Определите класс и тип соединения;
2.1.2. Определите степень окисления каждого элемента в соединениях;
2.1.3. Назовите соединения;
2.1.4. Подтвердите химический характер оксидов и гидроксидов (составьте уравнения реакций солеобразования).
Образец оформления ответа к заданию 2.1: