.В каких периоде, группе и подгруппе располагается данный элемент в периодической системе Д.И. Менделеева

		Химия
		Решение задачи
		18 февраля 2021
		Выполнен, номер заказа №17022
		Прошла проверку преподавателем МГУ
		245 руб.

На основании положения химического элемента № 31 и его электронной формулы составьте прогноз его химических свойств, ответив на следующие вопросы:

13.В каких периоде, группе и подгруппе располагается данный элемент в периодической системе Д.И. Менделеева?

14.Укажите соответствие между положением элемента в периодической системе Д.И. Менделеева и его электронной формулой (номером внешнего энергетического уровня, общим числом валентных электронов, характером их распределения по энергетическим подуровням).

15.К какому электронному семейству относится данный элемент? 16.Охарактеризуйте валентные состояния атомов данного элемента в основном и возбужденных состояниях с помощью электронно-графических формул.

17.Чему равны максимальная и минимальная степени окисления атомов этого элемента?

18.Каковы формулы высшего оксида и соответствующего гидроксида этого элемента?

Решение

Данный элемент располагается в периодической системе в периоде № 4, в группе № 3, в главной подгруппе. Электронная формула элемента имеет вид:

Номер внешнего энергетического уровня (n = 4) соответствует номеру периода. Общее число валентных электронов (электронов внешнего энергетического уровня, а также предвнешнего d-подуровня, если он застроен неполностью) для большинства элементов соответствует номеру группы.

Принадлежность элементов к главным или побочным подгруппам определяется типом электронного семейства: s- и p-элементы составляют главные подгруппы, d- и f-элементы образуют побочные подгруппы.

Классификация химических элементов по электронным семействам основана на характере застройки электронных оболочек.

В соответствии с ним элементы подразделяются на следующие электронные семейства:

- s-элементы (застройка внешнего s-подуровня, все внутренние слои застроены);

- p-элементы (застройка внешнего p-подуровня, все внутренние слои застроены);

- d-элементы (застройка предпоследнего d-подуровня);

- f-элементы (застройка третьего снаружи f-подуровня).

Исходя из указанной классификации элемент галлий Ga принадлежит к р-электронному семейству и находится в периодической системе в главной подгруппе.

Валентные состояния атомов определяются наличием одиночных неспаренных валентных электронов (спиновая валентность).

Для определения спиновой валентности элемента в основном (т.е. отвечающем его минимальной энергии) распределяем его валентные электроны по квантовм ячейкам в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда:

Число одиночных неспаренных валентных электронов равно 1

Кроме представленного выше основного состояния атома можно представить возбужденные состояния, в которые атом переходит при получении им дополнительных порций энергии, и которые характеризуются переходами электронов из занятых ячеек в свободные в пределах данного уровня, что проявляется в изменении спиновой валентности элемента. Если свободные квантовые ячейки на данном энергетическом уровне отсутствуют, то возбужденные состояние невозможны, и спиновая валентность в таком случае постоянна.

Возбужденные состояния для атома рассматриваемого в задаче элемента можно отобразить следующими схемами:

Значения спиновой валентности для каждого из них: 3.

Высшую (максимальную) степень окисления атом приобретает, отдав все свои валентные электроны. Поэтому для большинства элементов максимальная степень окисления равна номеру группы, в которой находится данный элемент в таблице Д.И. Менделеева.

Следовательно, для элемента галлий Ga максимальная степень окисления составляет: +3.

Низшая (минимальная) степень окисления соответствует числу электронов, необходимых атому для достройки внешнего электронного слоя до октета восьмиэлектронной структуры). Поэтому минимальную степень окисления можно вычислить по формуле: Nгруппы - 8.

Однако, присоединение электронов свойственно только атомам типичных неметаллов, поэтому для металлов и переходных элементов минимальная степень окисления равна нулю.

Рассматриваемый в задаче элемент галлий Ga проявляет минимальную степень окисления не проявляет отрицательные степени окисления.

Зная величины максимальной и минимальной степени окисления атомов элементов, можно составить формулы их соединений.

Оксиды - это соединения элементов с кислородом. Общая формула оксида: ЭmOn (Э-символ элемента, О-символ кислорода, числа m и n показывают количественное соотношение между атомами элементов). Кислород проявляет минимальную степень окисления -2 (элемент VI группы). Поэтому для обеспечения электронейтральности химической формулы необходимо подобрать следующие соотношения m:n для указанного в задаче элемента: галлий Ga и формула его оксида имеет вид: 

Гидроксиды - это основания (для типичных металлов и d-элементов, если их атомы находятся в степени окисления не выше +3) и кислоты (для типичных неметаллов и d-элементов в степенях окисления >3).

Общая формула основания: Me(OH)n при этом число гидроксильных групп (ОН- ) соответствует валентности металла.

Для элемента, приведенного в условии задачи, формула основания имеет вид: Ga(OH)3 (если элемент не образует оснований, поставьте прочерк).

Наиболее распространенные кислоты, в состав которых входят атомы элементов в максимальной степени окисления, имеют общую формулу  

Используя значения степеней окисления атомов (H+1, O-2 , и высшей степени окисления элемента Э), составляем формулу кислоты: - (если элемент не образует кислот, поставьте прочерк). Для кислот с m = 3 или 4 (орто-кислоты) возможно отщепление молекулы воды (- H2O) и образование второй формы кислоты - мета-формы.(H Для данного элемента образование мета-кислоты невозможно (возможно или невозможно), ее формула: -.