Какие свойства атома изменяются периодически
При рассмотрении свойств элементов отметим, что причиной их периодического изменения является периодичность структур электронных слоев и оболочек атомов. Важнейшими периодически изменяющимися свойствами свободных атомов являются радиусы атомов, энергия ионизации и сродство к электрону.
РАДИУСЫ АТОМОВ И ИОНОВ. Изолированный атом не имеет строго определенного размера из-за волновых свойств электрона. Следовательно, понятие размера атома, его радиуса весьма условно. Тем не менее, часто необходимо знать хотя бы приближенные значения радиусов атомов. Для их оценки используют так называемые ЭФФЕКТИВНЫЕ РАДИУСЫ. Это радиусы, которые имеют атомы, входя в состав реальных простых веществ. Их обозначают .
Эффективные атомные радиусы элементов в периодах уменьшаются от щелочного металла к галогену. Объяснить это можно тем, что с увеличением заряда ядра увеличивается сила кулоновского притяжения электронов к ядру, которая преобладает над силами взаимного отталкивания электронов. Происходит сжатие электронной оболочки. Наиболее заметное уменьшение эффективного радиуса наблюдается для s- и р – элементов. В рядах d и f – элементов радиусы изменяются более плавно вследствие заполнения электронами второй и третьей снаружи оболочки.
В главных подгруппах с увеличение главного квантового числа происходит заметное увеличение радиуса атома. Для элементов побочных подгрупп изменение радиусов незначительное, а при переходе от пятого к шестому периоду эффективные радиусы атомов практически не изменяются. Это является следствием сжатия электронной оболочки в семействе лантоноидов, которое и компенсирует увеличение объема атома.
При отрыве электрона с внешнего уровня атома происходит уменьшение эффективного радиуса, а в случае образования отрицательного иона – увеличение. Ионные радиусы, как и атомные, являются периодической функцией заряда ядра.
ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ. Мы уже знаем, что отдельный атом в основном состоянии представляет собой наиболее устойчивую систему из данных частиц. Поэтому для любого изменения структуры этой системы требуется затрата энергии. Величина энергии, которая затрачивается для отрыва одного электрона от нейтрального атома в основном состоянии, называется энергией ионизации данного атома (), или ионизационным потенциалом. Эту энергию обычно относят к одному молю атомов и выражают в килоджоулях на моль или электроновольтах (эВ).
Энергия ионизации – важная характеристика атома. Она позволяет судить о том, насколько прочно связаны электроны в атоме.
В группе при увеличении порядкового номера элемента наблюдается уменьшение энергии ионизации. Оно связано с увеличением радиуса атома.
В периодах энергия ионизации атомов слева направо возрастает. Это вызвано сжатием электронной оболочки вследствие увеличения эффективного заряда ядра. Наименьшей является прочность связи
— электрона с ядром (при . Поэтому атомы щелочных металлов имеют самые низкие значения энергии ионизации. Причем, с увеличениям n их энергия ионизации понижается вследствие экранирующего действия внутренних электронов. Эта закономерность имеется и у р- элементов (за исключением ). Атомы благородных газов имеют максимальную энергию ионизации при данном .
Отрыв второго, третьего и т.д. электронов требует гораздо большей затраты энергии. Это связано с ростом заряда образующегося положительного иона. Энергия ионизации, например, для и соответственно равна 5,14эВ и 47,3эВ.
Сравнение электронных структур атомов и значений энергии ионизации позволяет заключить, что ее максимальными значениями обладают атомы с завершенными внешним слоями и , т.е. атомы благородных элементов.
СРОДСТВО К ЭЛЕКТРОНУ. В ряде случаев важно оценить способность атома присоединять электроны. Эта способность характеризуется значением энергии, которая затрачивается или выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому в основном состоянии и называется сродством атома к электрону (). Способность атома присоединять электроны тем больше, чем больше величина его сродства к электрону. По сравнению с энергией ионизации значение сродства к электрону невелико, поскольку избыточный электрон приводит к усилению межэлектронного отталкивания и повышению энергии атомной орбитали.
Минимальное сродство к электрону наблюдается у атомов, имеющих завершенные — и — оболочки, мало оно и у атомов с конфигурацией (азот, фосфор, мышьяк).
Наибольшим сродством к электрону обладают атомы элементов подгрупп VII А, имеющие конфигурацию . Как правило, у элементов третьего периода сродство к электрону больше, чем у элементов второго периода.
Таким образом, в большинстве случаев сродство к электрону в ряду атомов изменяется в той же последовательности, что и их энергия ионизации: растет с ростом числа электронов на внешнем уровне атомов данного периода и уменьшается с ростом радиусов атомов в пределах данной группы или подгруппы.
Практическое использование всех рассмотренных характеристик ограничено тем, что они относятся к изолированным атомам. В случае неизолированных атомов часто используют эмпирическую величину, называемую ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬЮ (ЭО). Ее ввел Л.Полинг как свойство связанного атома притягивать электроны, точнее – электронную плотность. Электронная плотность смещается к тому из атомов, который имеет большую электроотрицательность. Электроотрицательность измеряется в тех же единицах, что и энергия ионизации. Она зависит от многих факторов: электронной структуры, наличия вакантных орбиталей, числа и вида соседних атомов и т.д. Поэтому для данного атома электроотрицательность не может быть постоянной. На практике используют усредненную величину.
В каждом периоде электроотрицательность растет по мере накопления электронов в атомах, т.е. слева направо. В каждой группе она убывает по мере возрастания радиусов атомов. Наибольшей электроотрицательностью обладают самые маленькие атомы с семью внешними электронами (атомы галогенов малых периодов). Наименьшая электроотрицательность у самых больших атомов с одним внешним электроном (атомы щелочных металлов больших периодов).
Однако в этих закономерностях много исключений. Таким образом, применяя эту величину, не следует ее не переоценивать.
НЕПЕРИОДИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Это свойства элементов, которые с порядковым номером изменяются монотонно. К их числу относятся, например, удельная теплоемкость простых веществ, частоты линий рентгеновского спектра и др.
В заключение подчеркнем, что в периодической зависимости от заряда ядра находятся не только свойства отдельных атомов. Периодически зависят от заряда ядра атома многие свойства аналогичных по составу и структуре веществ: температуры кипения и плавления, энергии диссоциации, магнитные свойства и др.
Источник
ТЕСТЫ
В статье приведены тестовые задания по теме
«Периодический закон. Строение атома» из банка
тестовых заданий, составленных авторами для
тематического контроля в 8-м классе. (Емкость
банка – по 80 заданий на каждую из шести тем,
изучаемых в 8-м классе, и 120 заданий по теме
«Основные классы неорганических соединений».) В
настоящее время обучение химии в 8-м классе
проводится по девяти учебникам. Поэтому в конце
статьи приведен перечень контролируемых
элементов знаний с указанием номеров заданий.
Это позволит учителям, работающим по разным
программам, выбирать как соответствующую
последовательность заданий из одной темы, так и
набор комбинаций тестовых заданий из разных тем,
в том числе и для итогового контроля.
Предложенные 80 тестовых заданий сгруппированы
по 20 вопросов в четыре варианта, в которых
аналогичные задания повторяются. Для
составления большего количества вариантов из
перечня элементов знаний выбираем (случайным
образом) номера заданий по каждому изученному
элементу в соответствии со своим тематическим
планированием. Такое представление заданий по
каждой теме позволяет провести быстрый
поэлементный анализ ошибок и своевременную их
коррекцию. Использование аналогичных заданий в
одном варианте и чередование одного или двух
правильных ответов снижает вероятность
угадывания ответа. Сложность вопросов, как
правило, увеличивается от 1-го и 2-го вариантов к
3-му и 4-му вариантам.
Существует мнение, что тесты – это «угадайка».
Предлагаем вам проверить, так ли это. После
проведения тестирования сравните результаты с
отметками в журнале. Если результаты
тестирования ниже, это можно объяснять
следующими причинами.
Во-первых, для учащихся непривычна такая
(тестовая) форма контроля. Во-вторых, учитель
по-иному расставляет акценты при изучении темы
(определение главного в содержании образования и
методике преподавания).
Задания. Выберите один или два
правильных ответа.
1. В 4-м периоде, VIa группе находится элемент с
порядковым номером:
1) 25; 2) 22; 3) 24; 4) 34.
2. Элемент с зарядом ядра атома +12 имеет
порядковый номер:
1) 3; 2) 12; 3) 2; 4) 24.
3. Порядковый номер элемента соответствует
таким его характеристикам:
1) заряду ядра атома;
2) числу протонов;
3) числу нейтронов;
4) числу энергетических уровней.
4. Шесть электронов на внешнем
энергетическом уровне у атомов элементов с
номером группы:
1) II; 2) III; 3) VI; 4) IV.
5. Формула высшего оксида хлора:
1) Сl2О; 2) Сl2O3;
3) Сl2O5; 4) Сl2O7.
6. Валентность атома алюминия равна:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
7. Общая формула летучих водородных
соединений элементов VI группы:
1) ЭН4; 2) ЭН3;
3) НЭ; 4) Н2Э.
8. Номер внешнего электронного слоя в атоме
кальция:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
9. Наибольший радиус атома у элемента:
1) Li; 2) Na; 3) K; 4) Cs.
10. Укажите элементы-металлы:
1) K; 2) Cu; 3) О; 4) N.
11. Где в таблице Д.И.Менделеева расположены
элементы, атомы которых в химических реакциях
только отдают электроны?
1) Во II группе;
2) в начале 2-го периода;
3) в середине 2-го периода;
4) в VIa группе.
12. Металлические свойства возрастают в
ряду:
1) К, Na, Li;
2) Ве, Мg; Аl;
3) Мg, Са, Sr;
4) Р, S, Сl.
13. Укажите элементы-неметаллы:
1) Сl; 2) S; 3) Mn; 4) Mg.
14. Неметаллические свойства возрастают в
ряду:
1) I, Br, Cl;
2) S, Se, Te;
3) S, Р, Si;
4) Р, N, C.
15. Какая характеристика атома изменяется
периодически?
1) Заряд ядра атома;
2) число энергетических уровней в атоме;
3) число электронов на внешнем энергетическом
уровне;
4) число нейтронов.
16. Атомы какого элемента образуют
амфотерный оксид?
1) К; 2) Аl; 3) Р; 4) Сl.
17. В периоде с ростом заряда ядра радиусы
атомов элементов:
1) уменьшаются;
2) не изменяются;
3) увеличиваются;
4) изменяются периодически.
18. Изотопы атомов одного элемента
отличаются по:
1) числу нейтронов;
2) числу протонов;
3) числу валентных электронов;
4) положению в таблице Д.И.Менделеева.
19. Число нейтронов в ядре атома 12С:
1) 12; 2) 4; 3) 6; 4) 2.
20. Распределение электронов по
энергетическим уровням в атоме фтора:
1) 2, 8, 4; 2) 2,6;
3) 2, 7; 4) 2, 8, 5.
Задания. Выберите один или два
правильных ответа.
21. Элемент с порядковым номером 35 находится
в:
1) 7-м периоде, IVа группе;
2) 4-м периоде, VIIa группе;
3) 4-м периоде, VIIб группе;
4) 7-м периоде, IVб группе.
22. Элемент с зарядом ядра атома +9 имеет
порядковый номер:
1) 19; 2) 10; 3) 4; 4) 9.
23. Число протонов в нейтральном атоме
совпадает с:
1) числом нейтронов;
2) атомной массой;
3) порядковым номером;
4) числом электронов.
24. Пять электронов на внешнем энергетическом
уровне у атомов элементов с номером группы:
1) I; 2) III; 3) V; 4) VII.
25. Формула высшего оксида азота:
1) N2O; 2) N2O3;
3) N2O5; 4) NO;
5) NО2.
26. Валентность атома кальция в его высшем
гидроксиде равна:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
27. Валентность атома мышьяка в его
водородном соединении равна:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
28. Номер внешнего электронного слоя в атоме
калия:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
29. Наибольший радиус атома у элемента:
1) B; 2) O; 3) C; 4) N.
30. Укажите элементы-металлы:
1) К; 2) H; 3) F; 4) Сu.
31. Атомы элементов, способных как принимать,
так и отдавать электроны, расположены:
1) в Ia группе;
2) в VIa группе;
3) в начале 2-го периода;
4) в конце 3-го периода.
32. Ряд элементов, в котором возрастают
металлические свойства:
1) Nа, К, Li; 2) Аl, Мg, Nа;
3) Р, S, Сl; 4) Na, Mg, Al.
33. Укажите элементы-неметаллы:
1) Na; 2) Мg; 3) Si; 4) P.
34. Ряд элементов, в котором возрастают
неметаллические свойства:
1) Nа, К, Li;
2) О, S, Se;
3) Р, Si, Cl;
4) Te, Se, S.
35. Основная характеристика химического
элемента:
1) атомная масса;
2) заряд ядра;
3) число энергетических уровней;
4) число нейтронов.
36. Символ элемента, атомы которого образуют
амфотерный оксид:
1) N; 2) K; 3) S; 4) Zn.
37. В главных подгруппах (а) периодической
системы химических элементов с увеличением
заряда ядра радиус атома:
1) увеличивается;
2) уменьшается;
3) не изменяется;
4) изменяется периодически.
38. Число нейтронов в ядре атома равно:
1) числу электронов;
2) числу протонов;
3) разности между относительной атомной массой
и числом протонов;
4) атомной массе.
39. Изотопы водорода различаются числом:
1) электронов;
2) нейтронов;
3) протонов;
4) положением в таблице.
40. Распределение электронов по
энергетическим уровням в атоме натрия:
1) 2, 1; 2) 2, 8, 1;
3) 2, 4; 4) 2, 5.
Задания. Выберите один или два
правильных ответа.
41. Укажите порядковый номер элемента,
который находится в IVa группе, 4-м периоде таблицы
Д.И.Менделеева:
1) 24; 2) 34; 3) 32; 4) 82.
42. Заряд ядра атома элемента № 13 равен:
1) +27; 2) +14; 3) +13; 4) +3.
43. Число электронов в атоме равно:
1) числу нейтронов;
2) числу протонов;
3) атомной массе;
4) порядковому номеру.
44. У атомов элементов IVa группы число
валентных электронов равно:
1) 5; 2) 6; 3) 3; 4) 4.
45. Оксиды с общей формулой R2О3
образуют элементы ряда:
1) Na, К, Li; 2) Мg, Ca, Be;
3) В, Аl, Gа; 4) С, Si, Gе.
46. Валентность атома фосфора в его высшем
оксиде равна:
1) 1; 2) 3; 3) 5; 4) 4.
47. Водородные соединения элементов VIIa
группы:
1) HClO4; 2) HCl;
3) HBrO; 4) HBr.
48. Число электронных слоев в атоме селена
равно:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
49. Наибольший радиус атома у элемента:
1) Li; 2) Na; 3) Mg;
4) Al; 5) Cs.
50. Укажите элементы-металлы:
1) Na; 2) Mg; 3) Si; 4) P.
51. Атомы каких элементов легко отдают
электроны?
1) K; 2) Cl; 3) Na; 4) S.
52. Ряд элементов, в котором возрастают
металлические свойства:
1) С, N, В, F;
2) Al, Si, P, Mg;
3) Li, Nа, К;
4) Na, Mg, Аl.
53. Укажите элементы-неметаллы:
1) Na; 2) Мg; 3) Н; 4) S.
54. Ряд элементов, в котором возрастают
неметаллические свойства:
1) Li, Nа, К, Н;
2) Аl, Si, Р, Мg;
3) С, N, О, F;
4) Na, Мg, Аl, К.
55. С увеличением заряда ядра атома
неметаллические свойства элементов:
1) изменяются периодически;
2) усиливаются;
3) не изменяются;
4) ослабевают.
56. Символ элемента, атомы которого образуют
амфотерный гидроксид:
1) Na; 2) Al; 3) N; 4) S.
57. Периодичность изменения свойств
элементов и их соединений объясняется:
1) повторением строения внешнего электронного
слоя;
2) увеличением числа электронных слоев;
3) увеличением числа нейтронов;
4) увеличением атомной массы.
58. Число протонов в ядре атома натрия равно:
1) 23; 2) 12; 3) 1; 4) 11.
59. Чем отличаются атомы изотопов одного
элемента?
1) Числом протонов;
2) числом нейтронов;
3) числом электронов;
4) зарядом ядра.
60. Распределение электронов по
энергетическим уровням в атоме лития:
1) 2, 1; 2) 2, 8, 1;
3) 2, 4; 4) 2, 5;
5) 2, 8, 7.
Задания. Выберите один или два
правильных ответа.
61. Элемент с порядковым номером 29 находится
в:
1) 4-м периоде, Ia группе;
2) 4-м периоде, Iб группе;
3) 1-м периоде, Iа группе;
4) 5-м периоде, Iа группе.
62. Заряд ядра атома элемента № 15 равен:
1) +31; 2) 5; 3) +3; 4) +15.
63. Заряд ядра атома определяется по:
1) порядковому номеру элемента;
2) номеру группы;
3) номеру периода;
4) атомной массе.
64. У атомов элементов III группы число
валентных электронов равно:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 5.
65. Высший оксид серы имеет формулу:
1) Н2SO3; 2) Н2SO4;
3) SO3; 4) SO2.
66. Формула высшего оксида фосфора:
1) Р2О3; 2) Н3РО4;
3) НРО3; 4) Р2О5.
67. Валентность атома азота в его водородном
соединении:
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.
68. Номер периода в таблице Д.И.Менделеева
соответствует следующей характеристике атома:
1) числу валентных электронов;
2) высшей валентности в соединении с кислородом;
3) общему числу электронов;
4) числу энергетических уровней.
69. Наибольший радиус атома у элемента:
1) Сl; 2) Br; 3) I; 4) F.
70. Укажите элементы-металлы:
1) Мg; 2) Li; 3) H; 4) С.
71. Атом какого элемента легче отдает
электрон?
1) Натрия; 2) цезия;
3) калия; 4) лития.
72. Металлические свойства возрастают в
ряду:
1) Na, Mg, Al; 2) Nа, К, Rb;
3) Rb, К, Nа; 4) Р, S, Cl.
73. Укажите элементы-неметаллы:
1) Сu; 2) Вr; 3) Н; 4) Сr.
74. Неметаллические свойства в ряду
N–Р–As–Sb:
1) уменьшаются;
2) не изменяются;
3) возрастают;
4) уменьшаются, а затем возрастают.
75. Какие характеристики атома изменяются
периодически?
1) Относительная атомная масса;
2) заряд ядра;
3) число энергетических уровней в атоме;
4) число электронов на внешнем уровне.
76. Атомы какого элемента образуют
амфотерный оксид?
1) К; 2) Ве; 3) С; 4) Са.
77. В периоде с увеличением заряда ядра атома
увеличивается притяжение электронов к ядру и
металлические свойства:
1) усиливаются;
2) изменяются периодически;
3) ослабевают;
4) не изменяются.
78. Относительная атомная масса элемента
численно равна:
1) числу протонов в ядре;
2) числу нейтронов в ядре;
3) суммарному числу нейтронов и протонов;
4) числу электронов в атоме.
79. Число нейтронов в ядре атома 16О
равно:
1) 1; 2) 0; 3) 8; 4) 32.
80. Распределение электронов по
энергетическим уровням в атоме кремния:
1) 2, 8, 4; 2) 2, 6;
3) 2, 7; 4) 2, 8, 5.
(в скобках даны сквозные номера
заданий)
• Порядковый номер элемента (1, 3, 21, 41, 61), заряд
ядра атома (2, 22, 42, 62, 63), число протонов (23) и число
электронов (43) в атоме.• Номер группы, число электронов на внешнем
энергетическом уровне (4, 24, 44, 64), формулы высшего
оксида (5, 25, 45, 65), высшая валентность элемента (6, 26,
46, 66), формулы водородных соединений (7, 27, 47, 67).• Номер периода, число электронных уровней (8, 28,
48, 68).• Изменение радиуса атома (9, 17, 29, 37, 49, 67, 69).
• Положение в таблице Д.И.Менделеева
элементов-металлов (10, 30, 50, 70) и
элементов-неметаллов (13, 33, 53, 73).• Способность атомов отдавать и принимать
электроны (11, 31, 51, 71).• Изменение свойств простых веществ: по
группам (12, 14, 34, 52, 54, 74) и периодам (32, 72, 77).• Периодическое изменение электронного
строения атомов и свойств простых веществ и их
соединений (15, 35, 55, 57, 75, 77).• Амфотериые оксиды и гидроксиды (16, 36, 56, 76).
• Массовое число, число протонов и нейтронов в
атоме, изотопы (18, 19, 38, 39, 58, 59, 78, 79).• Распределение электронов по энергетическим
уровням в атоме (20, 40, 60, 80).
| Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| № задания | № ответа | № задания | № ответа | № задания | № ответа | № задания | № ответа |
| 1 | 4 | 21 | 2 | 41 | 3 | 61 | 2 |
| 2 | 2 | 22 | 4 | 42 | 3 | 62 | 4 |
| 3 | 1, 2 | 23 | 3, 4 | 43 | 2, 4 | 63 | 1 |
| 4 | 3 | 24 | 3 | 44 | 4 | 64 | 3 |
| 5 | 4 | 25 | 3 | 45 | 3 | 65 | 3 |
| 6 | 3 | 26 | 2 | 46 | 3 | 66 | 4 |
| 7 | 4 | 27 | 3 | 47 | 2, 4 | 67 | 3 |
| 8 | 4 | 28 | 4 | 48 | 4 | 68 | 4 |
| 9 | 4 | 29 | 1 | 49 | 5 | 69 | 3 |
| 10 | 1, 2 | 30 | 1, 4 | 50 | 1, 2 | 70 | 1, 2 |
| 11 | 1, 2 | 31 | 2, 4 | 51 | 1, 3 | 71 | 2 |
| 12 | 3 | 32 | 2 | 52 | 3 | 72 | 2 |
| 13 | 1, 2 | 33 | 3, 4 | 53 | 3, 4 | 73 | 2, 3 |
| 14 | 1 | 34 | 4 | 54 | 3 | 74 | 1 |
| 15 | 3 | 35 | 2 | 55 | 1 | 75 | 4 |
| 16 | 2 | 36 | 4 | 56 | 2 | 76 | 2 |
| 17 | 1 | 37 | 1 | 57 | 1 | 77 | 3 |
| 18 | 1 | 38 | 3 | 58 | 4 | 78 | 3 |
| 19 | 3 | 39 | 2 | 59 | 2 | 79 | 3 |
| 20 | 3 | 40 | 2 | 60 | 1 | 80 | 1 |
Литература
Городничева И.Н. Контрольные и проверочные
работы по химии. М.: Аквариум, 1997; Сорокин В.В.,
Злотников Э.Г. Тесты по химии. М.: Просвещение,
1991.
Н.Г.Панарина,
учитель химии школы № 89;
В.И.Гуляева,
учитель химии школы № 1131, заслуженный учитель РФ;
Л.Л.Чунихина, к.х.н.
(Москва)
Источник