Chem do MaturyDziałyMapy myśli

Prawo okresowości i właściwości pierwiastków – zadania maturalne z chemii

9
zadań
21
poleceń
9
poleceń otwartych z oceną
1
lekcji interaktywnych

Prawo okresowości: Zmiany własności pierwiastków w układzie okresowym

### Prawo okresowości Zgodnie z prawem okresowości Mendelejewa właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków, ułożonych zgodnie z rosnącą liczbą atomową, zmieniają się okresowo. Jest to bezpośredni skutek okresowo powtarzającej się konfiguracji elektronowej powłok walencyjnych. ### Zmiany promienia atomowego Promień atomowy określa w przybliżeniu rozmiar atomu. - **W grupie:** Promień rośnie w dół. Mimo rosnącego ładunku jądra, decydującym czynnikiem jest dodawanie kolejnych powłok elektronowych. - **W okresie:** Promień maleje od lewej do prawej. Elektrony zapełniają tę samą powłokę, podczas gdy rosnąca liczba protonów silniej przyciąga chmurę elektronową, kurcząc atom. ### Energia jonizacji i elektroujemność **Energia jonizacji (Ej)** to energia potrzebna do usunięcia najsłabiej związanego elektronu z atomu w stanie podstawowym i gazowym. - W **grupie** elektroujemność oraz Ej maleją w dół ze względu na dużą odległość elektronów walencyjnych od jądra (rośnie promień, ułatwia to oderwanie elektronu). - W **okresie** obie wartości na ogół rosną w prawo, co sprzyja przyjmowaniu elektronów i tworzeniu anionów (właściwości niemetaliczne). ### Charakter chemiczny pierwiastków i ich tlenków Zdolność oddawania lub przyjmowania elektronów bezpośrednio definiuje charakter pierwiastka (metal/niemetal). Metale znajdują się po lewej i dolnej stronie (niska elektroujemność, duży promień), a niemetale po prawej i górnej. Ten podział odzwierciedla również charakter chemiczny tlenków: - **Tlenki zasadowe** tworzą silne metale, np. Na₂O, BaO. - **Tlenki amfoteryczne** tworzą często pierwiastki na pograniczu bloków lub leżące w bezpośrednim sąsiedztwie niemetali (tzw. linia zygzakowata), np. Al₂O₃, ZnO, BeO. - **Tlenki kwasowe** to tlenki niemetali, np. SO₃, P₄O₁₀, Cl₂O₇. ### Przykład z rozwiązaniem **Zadanie:** Ułóż pierwiastki S, Cl oraz O w kolejności rosnącej elektroujemności, a następnie wskaż ten, którego najwyższy tlenek ma najsilniejszy charakter kwasowy. **Rozwiązanie:** 1. O i S leżą w tej samej grupie (O wyżej, ma mniejszy promień, więc O > S). S i Cl leżą w tym samym okresie (Cl po prawej, mniejszy promień, wyższa Ej, więc Cl > S). Tlen jest ogólnie jednym z najbardziej elektroujemnych po fluorze, stąd elektroujemność rośnie tak: S < Cl < O. 2. Biorąc pod uwagę charakter najwyższych tlenków 3. okresu, Cl₂O₇ z racji najwyższej elektroujemności spośród pierwiastków (nie licząc O) w tym zestawie oraz najwyższego stopnia utlenienia kwasowego będzie miał najsilniejszy charakter kwasowy ze wszystkich tu zestawionych.

Zapamiętaj

  • W grupie od góry do dołu: promień atomowy rośnie, maleją elektroujemność i energia jonizacji, a charakter metaliczny się nasila.
  • W okresie od lewej do prawej: promień atomowy maleje, rosną elektroujemność i energia jonizacji, a charakter pierwiastków przechodzi od zasadowych metali, przez amfoteryczne, do kwasowych niemetali.
  • Skok pierwszej energii jonizacji po oderwaniu elektronów walencyjnych wskazuje na numer grupy głównej pierwiastka.

Typowe błędy

  • Utożsamianie mniejszej masy atomowej (w okresie) z mniejszym promieniem – to błędne! W okresie masa rośnie w prawo, ale promień MALEJE z powodu wzrostu ładunku jądra.
  • Mieszanie charakteru tlenku z samym pierwiastkiem. Amfoteryczność odnosi się głownie do związków (np. tlenków, wodorotlenków), chociaż metale jak glin mogą roztwarzać się zarówno w kwasach, jak i zasadach.

Wymagania podstawy programowej

  • I.3.1 Wyjaśnia zmiany promienia atomowego, energii jonizacji i elektroujemności w grupach i okresach.
  • I.3.2 Przewiduje charakter chemiczny pierwiastka (metal/niemetal) i jego tlenków na podstawie położenia w układzie okresowym.

Przykładowe zadania

Zadanie 1

Poniżej przedstawiono wartości promieni atomowych oraz jonowych dla trzech pierwiastków z trzeciego okresu układu okresowego. | Pierwiastek | Promień atomowy (pm) | Promień jonu Xⁿ⁺ (pm) | |---|---|---| | Na | 186 | 102 | | Mg | 160 | 72 | | Al | 143 | 54 |

  1. 1.1 Biorąc pod uwagę budowę elektronową, jony Na⁺, Mg²⁺ i Al³⁺ tworzą szereg jonów ___. (1 pkt)

    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: izoelektronowy

    Wszystkie wymienione jony posiadają dokładnie po 10 elektronów (konfiguracja neonu), więc nazywamy je jonami izoelektronowymi.

  2. 1.2 Wyjaśnij, odwołując się do budowy atomu, dlaczego promień jonu glinu(III) jest znacznie mniejszy od promienia jonu sodu(I), mimo że atom glinu ma więcej protonów, neutronów i elektronów niż atom sodu. (1 pkt)

    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: Jony Na⁺, Mg²⁺ i Al³⁺ mają taką samą liczbę elektronów rozmieszczonych na tych samych powłokach (są izoelektronowe). Jądro glinu ma największy ładunek (+13) w porównaniu do jądra sodu (+11), dlatego najsilniej przyciąga powłoki elektronowe, co skutkuje najmniejszym promieniem.

    Współczynnik decydujący w seriach izoelektronowych to ładunek jądra. Glin ma większy ładunek dodatni, mocniej przyciągający chmurę elektronową.

Zadanie 2

Kolejne energie jonizacji (E₁, E₂, E₃, E₄, E₅) pewnego pierwiastka z trzeciego okresu wynoszą odpowiednio: 578, 1817, 2745, 11577, 14842 kJ/mol.

  1. 2.1 Do której grupy układu okresowego należy badany pierwiastek? (1 pkt)

    • A. Do grupy 2.
    • B. Do grupy 3.
    • C. Do grupy 15.
    • D. Do grupy 13.
    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: D. Do grupy 13.

    Skok wartości energii jonizacji występuje po oderwaniu trzeciego elektronu (między E₃ a E₄). Oznacza to, że pierwiastek ma 3 elektrony walencyjne, więc w 3. okresie należy do 13. grupy (glin).

  2. 2.2 Wyjaśnij, z czego wynika obserwowany gwałtowny wzrost wartości czwartej energii jonizacji (E₄) w porównaniu do trzeciej energii jonizacji (E₃) dla tego pierwiastka. (1 pkt)

    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: Trzy pierwsze elektrony stanowią elektrony walencyjne, a oderwanie czwartego elektronu wiąże się z usunięciem go z głębszej powłoki elektronowej (z rdzenia atomowego). Powłoka ta znajduje się bliżej jądra i jej elektrony są znacznie silniej przyciągane, co skutkuje gwałtownym skokiem energii jonizacji.

    Trzy pierwsze elektrony pochodzą z powłoki walencyjnej. Czwarty elektron pochodzi z powłoki niższej, bliższej jądra.

Ćwicz ten dział z oceną – PremiumZałóż darmowe konto

Inne tematy z tego działu