Вы растеряны? Утонули в море фактического материала по химии элементов? Хотите уметь предсказывать их свойства? Понять, каких реакций от них можно ожидать? Тогда этот курс для Вас. На основании периодического закона Д.И. Менделеева и современных представлениях о периодичности Вы научитесь: систематизировать материал; понимать сходство и отличие химических элементов в зависимости от их положения в Периодической системе; предсказывать химические свойства элементов и их соединений. Курс посвящен современному состоянию теории периодичности – развитию Периодического закона Д.И. Менделеева от открытия до наших дней. На многочисленных примерах раскрываются закономерности изменения свойств s, p, d, f-элементов и химических соединений, демонстрируется возможность прогнозирования важнейших характеристик веществ. Представлены современные направления развития неорганической химии в СПбГУ. Цель курса: привить обучающимся навыки анализа и предсказания свойств химических соединений с позиций Периодического закона Д.И. Менделеева. А именно, обучающиеся смогут предсказывать химические свойства элементов, состав и свойства химических соединений на основании положения элемента в Периодической системе.
1. Предсказание реакционной способности на основании периодического закона
Loading...
來自 Saint Petersburg State University 的課程
Неорганическая химия: Введение в химию элементов (Inorganic chemistry: Introduction to chemistry of the elements)
11 個評分
Saint Petersburg State University
11 個評分
與講師見面
Тимошкин Алексейдоцент, и.о. зав. каф. общей и неорганической химии
Институт Химии СПбГУ
Хрипун Василий ДмитриевичКандидат химических наук
кафедра общей и неорганической химии СПбГУ
Левин Олег Владиславовичканд. хим. наук, доцент
Кафедра электрохимии
Боярский Вадим Павловичд-р хим. наук, профессор
Кафедра физической органической химии
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Здравствуйте!
На заключительном занятии мы рассмотрим возможность предсказания
реакционной способности соединений на основании
Периодического закона Дмитрия Ивановича Менделеева.
Сегодня мы рассмотрим два примера.
В первом примере давайте обсудим возможность реакции между
сернистой и селенистой кислотой.
Для выяснения того, какие продукты образуются в этой реакции,
обратимся к анализу степени окисления участвующих в этой реакции элементов.
Во всех соединениях водород имеет степень окисления +1,
а кислород — степень окисления −2.
Это наиболее характерные степени окисления для этих элементов.
Атом серы и атом селена находятся в степени окисления +4.
Сера и селен относятся к группе халькогенов, находятся в 16 группе.
Сера — в третьем, а селен — в четвертом периоде.
Максимальная степень окисления серы и селена составляет +6,
поэтому степень окисления +4 для данных соединений является промежуточной.
Электронные конфигурации атомов серы и селена представлены на слайде.
Для получения степени окисления +4 сера и
селен должны потерять 4 валентных электрона, и,
соответственно, электронная конфигурация S⁺⁴ — это 3s²,
а электронная конфигурация Se⁺⁴— это 4s².
Степени окисления +4 являются промежуточными, поэтому
в реакции между сернистой и селенистой кислотой у нас возможны два варианта.
В первом варианте S⁺⁴ выступает в качестве окислителя,
а Se⁺⁴ — в качестве восстановителя.
Альтернативным является вариант, в котором S⁺⁴ будет восстановителем,
а Se⁺⁴ — окислителем.
Для выяснения того, какой же из вариантов реализуется в действительности, обратим
свое внимание более подробно на положение элементов в периодической таблице.
Видно, что перед атомом селена заполняется
ряд переходных элементов, и поэтому в отличие от атома серы атом
селена на предвнешней электронной оболочке имеет заполненную конфигурацию 3d¹⁰.
Это приводит к тому, что эффективный заряд,
который действует на валентные электроны атома селена, возрастает,
что приводит к тому, что атом селена гораздо труднее отдает свои
валентные электроны и гораздо проще может их принять.
Поэтому анализ расположения этих элементов в периодической таблице показывает,
что селен в степени окисления +4 будет проявлять окислительные свойства,
а сера в степени окисления +4 будет проявлять восстановительные свойства.
Для записи уравнения протекающей реакции составим две полуреакции.
В первой полуреакции сернистая кислота окисляется до сульфат-иона.
Во второй полуреакции селенистая кислота восстанавливается до элементарного селена.
Суммарное уравнение реакции записано на слайде.
В этой реакции сернистая кислота выступает в качестве восстановителя,
а селенистая — в качестве окислителя.
Для подтверждения вывода, сделанного нами только на основании положения атомов в
периодической таблице, обратимся к анализу стандартных восстановительных потенциалов.
Потенциал восстановления сульфат-иона до сернистой кислоты меньше,
чем потенциал восстановления селенистой кислоты до элементарного селена.
Поэтому разность потенциалов для интересующей нас реакции больше нуля.
Таким образом, самопроизвольное протекание реакции в стандартном кислом растворе
разрешено с точки зрения термодинамики.
Во втором примере рассмотрим возможность
протекания реакции между дихлоридом олова и нитратом висмута в щелочной среде.
В дихлориде олова олово имеет степень окисления +2,
а в нитрате висмута висмут имеет степень окисления +3.
Олово является элементом 14 группы и находится в 5 периоде,
а висмут — это элемент 15 группы и находится в 6 периоде.
То есть в периодической таблице эти элементы расположены по диагонали друг
относительно друга.
Электронное строение атомов олова и висмута представлено на слайде.
Для достижения степени окисления +2 олово должно потерять два валентных электрона,
а висмут для достижения степени окисления +3 должен потерять 3 валентных электрона,
поэтому электронная конфигурация валентной оболочки олова в
степени окисления +2 — это 5s²,
а висмута в степени окисления +3 — это 6s².
Степени окисления +2 и +3 для олова и висмута
являются промежуточными, поэтому в реакции между собой потенциально
и олово и висмут могут выступать как окислителем, так и восстановителем.
Таким образом, у нас возможно два варианта.
В первом варианте Sn⁺² выступает в качестве
окислителя и восстанавливается до металлического олова.
При этом Bi⁺³ окисляется до висмута в степени окисления +5.
Альтернативным является вариант, в котором олово выступает в
качестве восстановителя, а висмут является окислителем.
Для определения того, какой из вариантов наиболее предпочтителен,
посмотрим на положение этих элементов в периодической таблице более подробно.
Мы видим, что в 6 периоде перед атомом
висмута встраивается группа f-элементов — лантаноидов,
поэтому в отличие от атома олова у атома висмута
есть предвнешняя электронная оболочка 4f¹⁴,
полностью занятая четырнадцатью валентными электронами.
Электроны на 6s орбитали висмута являются проникающими к ядру,
и эффективный заряд, действующий на эти электроны,
сильно возрастает по сравнению с эффективным зарядом,
действующим на электроны на 5s валентной оболочке атома олова.
Это увеличение эффективного заряда проявляется столь сильно,
что для элементов 6 периода это называется эффектом инертной пары.
Таким образом, атому висмута гораздо
проще принять, чем отдать свои валентные электроны.
Поэтому анализ положения атомов олова и висмута в периодической таблице
показывает, что в данной реакции Bi⁺³ будет выступать
в качестве окислителя и восстанавливаться до металлического висмута,
а Sn⁺² будет выступать в качестве восстановителя и
окисляться до олова в степени окисления +4.
Стоит обратить внимание на то, что поскольку реакция протекает в щелочной
среде, то олово в степени окисления +4 в продуктах реакции будет
существовать в виде гидроксокомплекса гексагидроксостанната.
Для записи уравнения протекающей реакции составим уравнение двух полуреакций.
В первой полуреакции Sn⁺² окисляется до гексагидроксостанната.
Во второй полуреакции Bi⁺³ восстанавливается до
металлического висмута.
Суммарное уравнение протекающей реакции записано на слайде.
Для демонстрации того, что именно эта реакция и протекает
экспериментально, посмотрим следующий опыт: взаимодействие
нитрата висмута с дихлоридом олова в щелочной среде.
В трех стаканах находятся растворы нитрата висмута, щелочи и дихлорида олова.
Добавляем раствор нитрата висмута к раствору дихлорида олова.
После этого добавляем раствор щелочи.
Мгновенно выпадает черный осадок металлического висмута,
что свидетельствует о том, что в этой реакции дихлорид олова выступает в
качестве восстановителя, а нитрат висмута — в качестве окислителя.
Таким образом, на этом занятии мы рассмотрели два примера анализа
реакционной способности соединений на основании положения элементов в
периодической таблице Дмитрия Ивановича Менделеева.
Я желаю вам успехов при выполнении домашнего задания и итогового теста.
До свидания!
[БЕЗ_ЗВУКА]
