В периодической системе Д.И. Менделеева

1. Укажите название элемента, его обозначение. Определите порядковый номер элемента, номер периода, группу, подгруппу. Укажите физический смысл параметров системы – порядкового номера, номера периода, номера группы. Обоснуйте положение в подгруппе.

2. Укажите количество электронов, протонов и нейтронов в атоме элемента, заряд ядра, массовое число.

3. Составьте полную электронную формулу элемента, определите электронное семейство, отнесите простое вещество к классу металлов или неметаллов.

4. Изобразите графически электронную структуру элемента (или двух последних уровней).

5. Графически изобразите все возможные валентные состояния.

6. Укажите число и тип валентных электронов.

7. Перечислите все возможные валентности и степени окисления.

8. Напишите формулы оксидов и гидроксидов для всех валентных состояний. Укажите их химический характер (подтвердите ответ уравнениями соответствующих реакций).

9. Приведите формулу водородного соединения.

10. Назовите область применения данного элемента

Решение. В ПСЭ элементу с порядковым номером 21 соответствует скандий .

1. Элемент находится в IV периоде. Номер периода означает число энергетических уровней в атоме этого элемента, у него их 4. Скандий расположен в 3-й группе – на внешнем уровне 3-го электрона; в побочной подгруппе. Следовательно, его валентные электроны находятся на 4s- и 3d-подуровнях. Порядковый номер численно совпадает с зарядом ядра атома.

2. Заряд ядра атома скандия +21.

Число протонов и электронов – по 21.

Число нейтронов А–Z = 45 – 21 = 24.

Общий состав атома: ().

3. Полная электронная формула скандия:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s² .

Электронное семейство: d-элемент, так как в стадии заполнения
d-ор­би­тали. Электронное строение атома заканчивается s-электрона­ми, поэтому скандий проявляет металлические свойства; простое вещество – металл.

4. Электронно-графическая конфигурация имеет вид:

5. Возможные валентные состояния, обусловленные числом неспаренных электронов:

– в основном состоянии:

– у скандия в возбужденном состоянии электрон с 4s-орбитали перейдет на свободную 4p-орбиталь, один неспаренный d-электрон увеличивает валентные возможности скандия.

Sc имеет в возбужденном состоянии три валентных электрона.

6. Возможные валентности в данном случае определяются числом неспаренных электронов: 1, 2, 3 (или I, II, III). Возможные степени окисления (отражают число смещенных электронов) +1, +2, +3 (так как скандий – металл).

7. Наиболее характерная и устойчивая валентность III, степени окисления +3. Наличие лишь одного электрона в d-состоянии обусловливает малую устойчивость 3d¹4s²-конфигурации.

Скандий и его аналоги, в отличие от других d-элементов проявляет постоянную степень окисления +3, это высшая степень окисления и соответствует номеру группы.

8. Формулы оксидов и их химический характер:

форма высшего оксида – (амфотерный);

формулы гидроксидов: – амфотерный.

Уравнения реакций, подтверждающих амфотерный характер оксидов и гидроксидов:

(скандат лития),

(хлорид скандия),

( гексагидроксоскандиат (III) калия ),

(сульфат скандия).

9. Соединения с водородом не образует, так как находится в побочной подгруппе и является d-элементом.

10. Соединения скандия применяются в полупроводниковой технике.

Пример 2. У какого из двух элементов, марганца или брома, сильнее выражены металлические свойства?

Решение. Данные элементы находятся в четвертом периоде. Записываем их электронные формулы:

₂₅ Mn

₃₅ Br

Марганец – d-элемент, т. е. элемент побочной подгруппы, а бром –
р-элемент главной подгруппы этой же группы. На внешнем электронном уровне у атома марганца только два электрона, а у атома брома – семь. Радиус атома марганца меньше радиуса атома брома при одинаковом числе электронных оболочек.

Общей закономерностью для всех групп, содержащих р- и d-эле­мен­ты является преобладание металлических свойств у d-элементов.
Таким образом, у марганца металлические свойства выражены сильнее, чем у брома.