Страница 191 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Охарактеризуйте строение периодической таблицы элементов.

Периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева — это графическое выражение периодического закона, который устанавливает, что свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений, находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер. Элементы в таблице расположены в порядке возрастания атомного номера и сгруппированы в соответствии с их электронной конфигурацией. Основными структурными компонентами таблицы являются периоды и группы.

Периоды — это горизонтальные ряды элементов. Всего в таблице 7 периодов. Номер периода соответствует количеству электронных энергетических уровней (оболочек) в атоме элемента.
Периоды делятся на малые и большие.
– Малые периоды (1, 2, 3) состоят из одного ряда. 1-й период содержит 2 элемента, 2-й и 3-й — по 8 элементов.
– Большие периоды (4, 5, 6, 7) состоят из двух и более рядов. 4-й и 5-й периоды содержат по 18 элементов, 6-й — 32 элемента (включая 14 лантаноидов). 7-й период является незавершенным (включает 14 актиноидов). Лантаноиды и актиноиды, являющиеся f-элементами, обычно выносятся в отдельные строки под основной таблицей для сохранения ее компактности.
В пределах периода слева направо с увеличением заряда ядра происходит ослабление металлических свойств и усиление неметаллических свойств. Каждый период (кроме первого) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом.

Группы — это вертикальные столбцы элементов. В длиннопериодном варианте таблицы 18 групп, в короткопериодном — 8. Элементы одной группы обладают сходными физическими и химическими свойствами, так как имеют одинаковое строение валентной электронной оболочки.
В короткопериодной таблице группы делятся на главные (А) и побочные (Б) подгруппы.
– Главные подгруппы (А-группы) состоят из s- и p-элементов. Они содержат элементы как малых, так и больших периодов. Номер группы для этих элементов, как правило, соответствует числу валентных электронов.
– Побочные подгруппы (Б-группы) состоят только из d-элементов больших периодов, которые также называют переходными металлами. Сходство свойств у них выражено слабее, чем у элементов главных подгрупп.
Вся таблица делится на блоки в зависимости от того, какая электронная подоболочка заполняется последней: s-, p-, d- и f-блоки.

Ответ: Периодическая таблица состоит из периодов (горизонтальных рядов) и групп (вертикальных столбцов). Номер периода равен числу электронных оболочек в атоме. Группы объединяют элементы со сходными свойствами, которые обусловлены одинаковым строением внешнего электронного слоя. Группы делятся на главные (s- и p-элементы) и побочные (d-элементы) подгруппы. Отдельно от основной таблицы располагаются семейства f-элементов — лантаноиды и актиноиды.

2. Что называют периодом? Что общего между малыми и большими периодами? В чём состоит отличие?

Что называют периодом?
Периодом в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания их атомных номеров. Номер периода соответствует количеству электронных оболочек (энергетических уровней) в атомах элементов этого периода. Каждый период (кроме первого, который начинается водородом) начинается щелочным металлом, у которого начинает заполняться новый электронный слой, и заканчивается благородным газом, у которого внешний электронный слой, как правило, полностью завершён.
Ответ: Период — это горизонтальный ряд химических элементов в периодической таблице, атомы которых имеют одинаковое число электронных оболочек.

Что общего между малыми и большими периодами?
Несмотря на разное количество элементов, у малых и больших периодов есть ряд общих черт и закономерностей:
1. Структура. Все периоды (за исключением первого) начинаются щелочным металлом и заканчиваются благородным газом.
2. Закономерности изменения свойств. При движении слева направо по любому периоду наблюдается последовательное изменение свойств элементов. Происходит ослабление металлических и усиление неметаллических свойств, увеличение электроотрицательности, а также уменьшение атомного радиуса.
3. Число электронных слоёв. Все элементы одного периода, будь то малый или большой, имеют одинаковое количество электронных слоёв (энергетических уровней) в своих атомах, которое равно номеру этого периода.
Ответ: Общим для малых и больших периодов является то, что они начинаются щелочным металлом (кроме первого) и заканчиваются благородным газом, а также в них наблюдается закономерное изменение свойств элементов (например, усиление неметаллических свойств и уменьшение атомного радиуса слева направо).

В чём состоит отличие?
Основное отличие между малыми и большими периодами заключается в количестве элементов, которые они содержат, и в особенностях заполнения электронами энергетических подуровней.
1. Количество элементов. Малые периоды (1-й, 2-й, 3-й) содержат небольшое число элементов: 1-й — 2 элемента; 2-й и 3-й — по 8 элементов. Большие периоды (4-й, 5-й, 6-й, 7-й) содержат значительно больше элементов: 4-й и 5-й — по 18 элементов; 6-й и 7-й — по 32 элемента.
2. Заполнение электронных подуровней. В малых периодах у элементов заполняются электронами только s- и p-подуровни внешнего электронного слоя. В больших периодах, помимо внешних s- и p-подуровней, происходит также заполнение d-подуровня предыдущего электронного слоя (у переходных металлов) и f-подуровня предпредыдущего слоя (у лантаноидов и актиноидов).
3. Состав элементов. Вследствие этого, малые периоды состоят только из элементов главных подгрупп (s- и p-элементов). Большие периоды, кроме элементов главных подгрупп, включают в себя элементы побочных подгрупп — переходные металлы (d-элементы), а также (начиная с 6-го периода) лантаноиды и актиноиды (f-элементы).
Ответ: Отличие состоит в количестве элементов (в больших периодах их значительно больше) и в том, что в больших периодах, помимо s- и p-подуровней, заполняются также d- и f-подуровни, что приводит к появлению в них переходных металлов, а также лантаноидов и актиноидов.

3. Как изменяются свойства химических элементов:

а) в периодах;

б) в А-группах?

а) в периодах;

Период – это горизонтальный ряд химических элементов в Периодической системе. При движении по периоду слева направо, с увеличением порядкового номера элемента, наблюдаются следующие закономерные изменения свойств:

• Заряд ядра атома увеличивается, а число электронных оболочек (энергетических уровней) остается неизменным.
• Число электронов на внешнем энергетическом уровне возрастает от 1 у щелочных металлов до 8 у благородных газов.
• Радиус атомов уменьшается. Усиление заряда ядра при неизменном числе оболочек приводит к более сильному притяжению электронов к ядру.
• Электроотрицательность (способность атома в соединении притягивать электроны) возрастает. Самые электроотрицательные элементы находятся в правом верхнем углу таблицы (фтор, кислород, хлор).
• Металлические свойства, то есть способность атомов отдавать электроны и образовывать положительные ионы, ослабевают. Периоды начинаются типичными металлами (например, литий, натрий) и заканчиваются неметаллами.
• Неметаллические свойства, то есть способность атомов принимать электроны, усиливаются.
• Характер высших оксидов и гидроксидов закономерно изменяется от основного через амфотерный к кислотному. Например, для элементов 3-го периода: оксид натрия $Na_2O$ и гидроксид $NaOH$ – основные; оксид алюминия $Al_2O_3$ и гидроксид $Al(OH)_3$ – амфотерные; оксид серы(VI) $SO_3$ и серная кислота $H_2SO_4$ – кислотные.

Ответ: При движении по периоду слева направо атомный радиус уменьшается, электроотрицательность возрастает, металлические свойства ослабевают, а неметаллические свойства усиливаются.

б) в А-группах?

А-группа (или главная подгруппа) – это вертикальный столбец элементов в Периодической системе, у которых валентные электроны находятся на внешнем s- или p-подуровнях. При движении по группе сверху вниз, с увеличением порядкового номера элемента, свойства изменяются следующим образом:

• Число валентных электронов у всех элементов группы одинаково, что определяет сходство их химических свойств и одинаковую высшую валентность (как правило, равную номеру группы).
• Заряд ядра и общее число электронов увеличиваются.
• Число электронных оболочек (энергетических уровней) увеличивается с каждым следующим элементом.
• Радиус атомов увеличивается, так как добавляются новые, более удаленные от ядра электронные оболочки.
• Электроотрицательность уменьшается. Валентные электроны находятся дальше от ядра и экранируются большим числом внутренних электронов, поэтому их притяжение к ядру ослабевает.
• Металлические (восстановительные) свойства, то есть способность отдавать электроны, усиливаются. Атомам с большим радиусом легче отдавать валентные электроны.
• Неметаллические (окислительные) свойства, то есть способность принимать электроны, ослабевают.
• Основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются, а кислотные – ослабевают. Например, в группе 2 (IIA) сила оснований (гидроксидов) растет: $Be(OH)_2$ – амфотерный гидроксид, $Mg(OH)_2$ – слабое основание, $Ca(OH)_2$ – сильное основание (щелочь).

Ответ: При движении по А-группе сверху вниз атомный радиус увеличивается, электроотрицательность уменьшается, металлические свойства усиливаются, а неметаллические свойства ослабевают.

4. Чем полудлинный вариант периодической таблицы отличается от классического (короткого) варианта?

Полудлинный (или средне-длинный) и классический (короткий) варианты периодической таблицы Д.И. Менделеева различаются в первую очередь структурой и расположением химических элементов. Эти различия отражают эволюцию представлений о периодическом законе и строении атома.

Основу классического (короткого) варианта составляют 8 групп. Начиная с четвертого периода, каждый период состоит из двух рядов (большой и малый). Каждая группа (с I по VII) делится на две подгруппы: главную (А) и побочную (Б). В главные подгруппы входят s- и p-элементы, а в побочные — d-элементы. Главным недостатком такой формы является то, что в одной и той же группе оказываются элементы с очень разными химическими свойствами. Например, в I группе находятся и активный щелочной металл калий (K) в главной подгруппе, и гораздо менее активный переходный металл медь (Cu) в побочной.

Полудлинный вариант был предложен для устранения этого недостатка. В нем нет разделения на главные и побочные подгруппы в рамках одной группы. Элементы бывших главных и побочных подгрупп разнесены в пространстве и образуют самостоятельные группы. В современном виде это 18 групп. Переходные металлы (d-элементы) образуют единый блок, расположенный между s-элементами (I-II группы) и p-элементами (XIII-XVIII группы). В результате все периоды (кроме первого) располагаются в одну длинную строку. Такая структура более логична, так как она наглядно показывает связь свойств элемента с его электронной конфигурацией. Элементы в каждой из 18 групп являются электронными аналогами, что обуславливает их сходство в химическом поведении.

Ответ: Ключевое отличие полудлинного варианта таблицы от короткого состоит в том, что в нем элементы главных и побочных подгрупп разделены и образуют самостоятельные группы. В результате переходные d-элементы занимают центральный блок таблицы, а все периоды (кроме первого) выстраиваются в одну строку. Эта форма лучше отражает зависимость свойств элементов от их электронного строения.

1. Формула летучего водородного соединения химического элемента $H_3R$. В периодической таблице этот элемент находится

1) в III группе

2) в V группе

3) в VII группе

4) в IV группе

Решение

Летучие водородные соединения образуют неметаллы, расположенные в IV-VII группах периодической таблицы. Формула такого соединения напрямую связана с номером группы, в которой находится элемент.

В летучих водородных соединениях неметаллов водород проявляет степень окисления +1. Элемент R, будучи более электроотрицательным, проявляет свою низшую (отрицательную) степень окисления.

В соединении с формулой $H_3R$ суммарный заряд трех атомов водорода равен $3 \times (+1) = +3$. Поскольку молекула в целом электронейтральна, степень окисления элемента R должна быть -3, чтобы скомпенсировать положительный заряд.

Низшая степень окисления для элементов главных подгрупп (неметаллов) вычисляется по формуле: Степень окисления = Номер группы - 8

Подставим известную нам степень окисления R (-3) в эту формулу и найдем номер группы (N): $-3 = N - 8$

Отсюда, $N = 8 - 3 = 5$.

Следовательно, химический элемент R находится в V группе периодической таблицы. Примерами таких элементов и их летучих водородных соединений являются азот ($N$) — аммиак ($NH_3$) и фосфор ($P$) — фосфин ($PH_3$).

Проверим остальные варианты:

• Элементы III группы (например, бор B) образуют соединения типа $RH_3$ (например, $BH_3$), но они не относятся к классическим летучим водородным соединениям неметаллов.
• Элементы IV группы (например, углерод C) образуют соединения типа $RH_4$ (метан $CH_4$).
• Элементы VII группы (например, хлор Cl) образуют соединения типа $HR$ (хлороводород $HCl$).

Таким образом, формула $H_3R$ соответствует элементу V группы.

Ответ: 2) в V группе

2. Установите соответствие между номером периода и числом элементов в периоде.

1) 1-й период

2) 2-й и 3-й периоды

3) 4-й и 5-й периоды

4) 6-й период

А. 18

Б. 32

В. 2

Г. 8

Решение

Для установления соответствия необходимо проанализировать структуру Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Количество элементов в каждом периоде определяется максимальным числом электронов на соответствующем энергетическом уровне.

1) 1-й период

Первый период включает элементы, у которых заполняется первый энергетический уровень. Этот уровень состоит только из одного s-подуровня, на котором может находиться не более двух электронов. Поэтому в первом периоде всего 2 химических элемента: Водород (H) и Гелий (He).

Ответ: В

2) 2-й и 3-й периоды

Во втором периоде заполняется второй энергетический уровень, состоящий из s- и p-подуровней. Максимальное количество электронов на этом уровне равно $2+6=8$. Следовательно, второй период содержит 8 элементов (от Лития Li до Неона Ne). Аналогично устроен и третий период: в нем также заполняются s- и p-подуровни третьего энергетического уровня, что соответствует 8 элементам (от Натрия Na до Аргона Ar).

Ответ: Г

3) 4-й и 5-й периоды

В четвертом периоде, кроме s- и p-подуровней, начинает заполняться d-подуровень предыдущего (третьего) энергетического уровня. Общее число электронов на 4s-, 3d- и 4p-подуровнях составляет $2+10+6=18$. Таким образом, четвертый период содержит 18 элементов (от Калия K до Криптона Kr). Пятый период устроен по тому же принципу и также включает 18 элементов (от Рубидия Rb до Ксенона Xe), так как заполняются 5s-, 4d- и 5p-подуровни.

Ответ: А

4) 6-й период

В шестом периоде к заполнению s-, d- и p-подуровней добавляется заполнение f-подуровня (4f). Этот подуровень вмещает 14 электронов, которые соответствуют элементам-лантаноидам. Общее число элементов в периоде составляет $2(6s) + 14(4f) + 10(5d) + 6(6p) = 32$. Шестой период включает 32 элемента (от Цезия Cs до Радона Rn).

Ответ: Б

Найдите в Интернете значения терминов «лантаноиды» и «актиноиды».

Лантаноиды — это семейство, включающее 14 химических элементов, которые в периодической системе Д. И. Менделеева располагаются в 6-м периоде и относятся к III группе. Их атомные номера — с 58 (церий, $Ce$) по 71 (лютеций, $Lu$). В таблице они следуют за элементом лантаном ($La$), в честь которого и получили свое название, и обычно выносятся в отдельную строку под основной частью таблицы для компактности. Иногда к лантаноидам причисляют и сам лантан, тогда семейство насчитывает 15 элементов.

Все лантаноиды являются металлами серебристо-белого цвета. Их ключевая особенность — чрезвычайное сходство химических свойств. Это объясняется тем, что у их атомов одинаковое строение внешних электронных оболочек, а различие заключается в заполнении электронами более глубокого $4f$-подуровня. Из-за этого разделение лантаноидов представляет собой сложную химическую задачу. Наиболее устойчивая и распространенная степень окисления для них — $+3$. Лантаноиды вместе со скандием ($Sc$) и иттрием ($Y$) составляют группу редкоземельных элементов.

Ответ: Лантаноиды — это группа из 14 химических элементов (с порядковыми номерами 58–71), следующих в периодической таблице за лантаном. Они относятся к f-элементам, обладают очень сходными химическими свойствами и являются редкоземельными металлами.

Актиноиды (или актиниды) — это семейство из 14 химических элементов, расположенных в 7-м периоде III группы периодической системы. Их атомные номера — с 90 (торий, $Th$) по 103 (лоуренсий, $Lr$). Они следуют за элементом актинием ($Ac$) и, аналогично лантаноидам, вынесены в нижнюю строку таблицы. Иногда актиний также включают в это семейство.

Главная отличительная черта всех актиноидов — их радиоактивность. В природе в заметных количествах встречаются только первые два представителя — торий и уран. Все остальные элементы, начиная с нептуния ($Np$), являются трансурановыми и получаются искусственно в ходе ядерных реакций. У атомов актиноидов происходит заполнение $5f$-электронного подуровня. В отличие от лантаноидов, они демонстрируют большее разнообразие степеней окисления. Актиноиды, особенно уран и плутоний, играют ключевую роль в ядерной энергетике и военных технологиях.

Ответ: Актиноиды — это семейство из 14 радиоактивных химических элементов (с порядковыми номерами 90–103), следующих за актинием. Большинство из них получены искусственно. Они относятся к f-элементам и имеют важное значение в ядерной промышленности.