Вправа 1 Сформулюйте сучасне визначення періодичного закону.
Властивості хімічних елементів та їхніх сполук перебувають у періодичній залежності від величини зарядів ядер їхніх атомів
Вправа 2 Поясніть, чому за основу класифікації хімічних елементів узято будову атома. У всіх атомів одного і того ж хімічного елемента число протонів однакове (і дорівнює заряду ядра), а число нейтронів буває різним, тому маса атомів одного і того ж елемента може бути різною. Це означає, що не маса, а саме заряд ядра, іншими словами будова атома, є основною характеристикою, що відрізняє атоми одного виду від атомів іншого виду.
Вправа 3 Пригадайте склад атомних ядер і поясніть, від чого залежить кількість електронів в електронній оболонці атома. У ядрі атома містяться позитивно заряджені частинки — протони р+, що мають заряд +1, і нейтральні частинки— нейтрони n0. Оскільки атом — електронейтральна частинка, тому позитивний заряд ядра атома компенсується негативно зарядженими електронами, які безперервно рухаються навколо ядра і кількість яких відповідає величині заряду ядра.
Вправа 4 Поясніть, що розуміють під поняттям «періодичність» у хімії.
Це періодична зміна електронної будови атомів і, відповідно, властивостей хімічних елементів, а також простих і складних речовин, утворених цими елементами. Це періодична зміна радіусів атомів, валентності й ступенів окиснення елементів. Такі зміни відбуваються через кожні 8 елементів у малих періодах і через кожні 18 і 32 елементи — у великих.
Вправа 5 Охарактеризуйте будову енергетичних рівнів атомів.
Енергетичні рівні — це віддалі, на яких рухаються електрони з певним запасом енергії відносно ядра атома. Кожний енергетичний рівень складається з енергетичних підрівнів, які об’єднують орбіталі одного типу (s, р, d і f). Перший енергетичний рівень складається з одного s-підрівня, утвореного однією s-орбіталлю. Другий — з двох підрівнів (s та p), утворених однією s-орбіталлю і трьома p-орбіталями (усього чотири). Третій — з трьох підрівнів (s, p та d), утворених однією s-орбіталлю, трьома p-орбіталями і п’ятьма d-орбіталями (усього дев’ять). На четвертому рівні додається ще сім f-орбіталей, і загалом четвертий рівень складається із 16 орбіталей. Отже, загальне число орбіталей на енергетичному рівні n відповідає кількості n2.
Вправа 6 Поясніть, як можна визначити максимальну кількість електронів на енергетичному рівні. За формулою N=2n2, де n — номер енергетичного рівня
Вправа 7 Охарактеризуйте s-, p, d-орбіталі та визначте максимальну кількість електронів на кожній орбіталі.
Електронна s-орбіталь (від англ. sphere — сфера) має форму кулі, у центрі цієї хмари розміщується ядро атома, максимально містить два електрони, спіни яких є антипаралельними.
Електронні р-орбіталі (від англ. perpendicular — перпендикуляр) утворюються під час руху р-електронів навколо ядра у формі правильної вісімки (гантелі, причому ядро атома міститься у місці звуження гантелі). Кожна з цих орбіталей має різну просторову орієнтацію, зокрема вони розміщуються в трьох взаємно перпендикулярних площинах. Кожна орбіталь максимально містить два електрони, спіни яких є антипаралельними, тому на трьох р-орбіталях разом максимально може міститися 6 електронів.
Електронні d-орбіталі (від англ. diffusive — дифузна) мають ще складнішу будову електронних хмар. Така форма
орбіталі подібна до чотирипелюсткової квітки (квітки бузку). Кожна орбіталь максимально містить два електрони, спіни яких є антипаралельними, тому на п'ятьох d-орбіталях разом максимально може міститися 10 електронів.
Вправа 8 Охарактеризуйте поняття «спін», «антипаралельні спіни».
Електрони рухаються не тільки навколо ядра, а й навколо власної осі. Рух електрона навколо власної осі називають спіном. Якщо ж два електрони обертаються навколо своєї осі в одному напрямку (наприклад, за годинниковою стрілкою), то їх називають електронами з паралельними спінами, а якщо у взаємно протилежному напрямку (один рухається за годинниковою стрілкою, другий — проти), то — електронами з антипаралельними спінами
Вправа 9 Поясніть послідовність заповнення орбіталей електронами.
Заповнення орбіталей електронами здійснюється за принципом «мінімальної енергії», згідно з яким електрон в атомі розміщується так, щоб його енергія була найменшою. Розподіл енергетичних рівнів і підрівнів елементів 1–4 періодів відбувається відповідно до зростання енергії електронів у такій послідовності: 1s<2s<2р<3s<3р<4s<3d<4р
Для тих, хто хоче знати більше. Згідно з правилом Клечковського, підрівні заповнюються електронами за порядком збільшення суми (n+l), де число n — це номер енергетичного рівня, на якому перебувають орбіталі, а l — це число, що відповідає енергетичному підрівню (типу орбіталі), а саме: для s-орбіталей l=0, для p-орбіталей l=1, для d-орбіталей l=2, для f-орбіталей l=3. Якщо для двох підрівнів ця сума однакова, то заповнюється той підрівень, що перебуває на ближчому до ядра електронному рівні. Так, для 4s-підрівня сума (n+l) дорівнює 4+0=4, а для 3d-підрівня сума (n+l) дорівнює 3+2=5. Отже, енергія 4s-підрівня менша, ніж у 3d-підрівня, тому він заповнюється раніше. Аналогічно можна порівнювати енергії будь-яких енергетичних підрівнів.