Które elektrony są odpowiedzialne za tworzenie wiązań w ..., Ćwiczenia z Chemia

Pobierz Które elektrony są odpowiedzialne za tworzenie wiązań w ... i więcej Ćwiczenia w PDF z Chemia tylko na Docsity!

Które elektrony są odpowiedzialne za tworzenie

wiązań w związkach chemicznych, tworzonych przez

atomy pierwiastków należących do bloku d,

położonych w 4. okresie?

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

Układ okresowy pierwiastków ma już ponad 150 lat. Opracował go rosyjski uczony – Dymitr Mendelejew. We współczesnym układzie okresowym pierwiastki ułożone są w grupy, okresy oraz bloki – s, p, f i d. Czy zastanawiałeś się kiedyś, które elektrony atomów pierwiastków bloku d są odpowiedzialne za tworzenie wiązań chemicznych w związkach chemicznych?

Twoje cele

Zdecydujesz, które elektrony biorą udział w powstawaniu wiązań w zwiazkach chemicznych, tworzonych przez atomy pierwiastków należących do bloku d, położonych w 4. okresie. Przeanalizujesz rozmieszczenie elektronów walencyjnych w stanie podstawowym na orbitalach w atomach pierwiastków chemicznych bloku d, położonych w 4. okresie. Skorelujesz ilość elektronów walencyjnych atomu pierwiastka 4. okresu bloku d z jego położeniem w grupie.

Czasami ciężko jest zdecydować, które fragmenty atomów odpowiadają za określone właściwości. W tym przypadku wybór sam rzuca się w oczy. Źródło: domena publiczna, dostępny w internecie: www.pixabay.com.

Które elektrony są odpowiedzialne za tworzenie wiązań

w związkach chemicznych, tworzonych przez atomy

pierwiastków należących do bloku d, położonych w 4.

okresie?

Pierwiastki 4. okresu bloku d Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Obsadzenie elektronów walencyjnych w atomach pierwiastków 4. okresu bloku d układu okresowego w stanie podstawowym można zapisać jako:

gdzie:

Część elektronów z orbitalu 3 d wraz z elektronami z orbitalu 4 s może brać udział w reakcjach chemicznych, dlatego elektrony z orbitalu 3 d są elektronami walencyjnymi. Łatwo również zauważyć, że suma liczby elektronów s i d jest równa numerowi grupy, a co za tym idzie pokazuje maksymalną wartościowość danego pierwiastka.

Ważne!

Ze względu na zbliżoną energię orbitali 4 s i 3 d od powyższej reguły rozmieszczenia elektronów walencyjnych, można wyróżnić dwa wyjątki w 4. okresie w bloku d. Dotyczą one atomów chromu i miedzi.

Rozważmy to na przykładzie:

Przykład 1

Zapisz konfigurację elektronową powłoki walencyjnej atomu skandu w stanie podstawowym. Określ maksymalny stopień utlenienia.

Rozwiązanie:

skand; Z = 21; okres 4. układu okresowego; grupa 3. układu okresowego.

Korzystając ze wzoru:

gdzie:

3 dn 4 s^2

n = numer grupy − 2

3 dn 4 s^2

n = numer grupy − 2

Zapisujemy konfigurację elektronową powłoki walencyjnej atomu skandu w stanie podstawowym:

Maksymalny stopień utlenienia skandu jest równy sumie liczby elektronów na orbitalach 3 d i 4 s (1 + 2), więc jest równy 3.

Konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej atomu chromu

W przypadku chromu, różnica energii orbitali 4 s i 3 d jest zbliżona do energii parowania elektronów. Chrom posiada 6 elektronów walencyjnych, dlatego najkorzystniej, ze względu na liczbę niesparowanych elektronów, będzie rozmieścić je w następujący sposób:

Konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej atomu chromu w stanie podstawowym – zapis klatkowy Źródło: GroMar sp.z.o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej atomu miedzi

Wraz z położeniem pierwiastka w okresie zmniejsza się energia orbitali 3 d, w związku z czym, w przypadku miedzi, orbital 3 d ma mniejszą energię niż orbital 4 s. Dlatego orbital ten powinien być obsadzony w pierwszej kolejności, aby taka konfiguracja miała najniższą energię. Miedź posiada 11 elektronów walencyjnych. Maksymalne obsadzenie orbitalu d wynosi 10 elektronów, dlatego konfiguracja miedzi to: , a nie.

n = 3 − 2 = 1

3 d^14 s^2

3 d^54 s^1

3 d^104 s^1 3 d^94 s^2

A. Żelaza

B. Kationu żelaza na +2 stopniu utlenienia

C. Kationu żelaza na +3 stopniu utlenienia

Rozwiązanie:

A.

B. +2 stopnień utlenienia oznacza, że żelazo utraciło 2 elektrony. Pamiętając, że w pierwszej kolejności odchodzą elektrony z powłoki 4 s konfiguracja jonu :

C. +3 stopnień utlenienia oznacza, że żelazo utraciło 3 elektrony. Pamiętając, że w pierwszej kolejności odchodzą elektrony z powłoki 4 s konfiguracja jonu :

Za tworzenie wiązań chemicznych przez atomy pierwiastków bloku d 4. okresu odpowiedzialne są elektrony walencyjne rozmieszczone na dwóch orbitalach 3 d oraz 4 s. Liczba elektronów walencyjnych jest równa sumie liczby elektronów na orbitalach 3 d i 4 s oraz numerowi grupy. W trakcie tworzenia kationów, jako pierwsze oddawane są elektrony zajmujące orbital 4 s.

Słownik

elektrony walencyjne

elektrony odpowiedzialne za tworzenie wiązań chemicznych

stan podstawowy

stan układu charakteryzujący się najniższą energią

grupy główne

grupy pierwiastków bloku s (1. i 2. grupa) oraz bloku p (grupy od 13. do 18.)

reguła Hunda

reguła mówiąca o tym, że w atomie do uzyskania najbardziej korzystnego energetycznie zapełnienia powinno znajdować się jak najwięcej niesparowanych elektronów o spinach skierowanych w tę samą stronę

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna, Warszawa 2006.

3 d^64 s^2

Fe2+^3 d^6

Fe2+^3 d^5

Pajdowski L., Chemia ogólna, Warszawa 2002.

Woodgate S., The University of Auckland 2002. Wykłady dla studentów, online: http://bestchoice.net.nz/html/sa1/main/s148/p3960.htm, dostęp: 02.07.2021.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: (^) 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Wybierz właściwe słowo.

Ćwiczenie 2

Od struktury zewnętrznej powłoki elektronowej nie zależą:

Właściwości elektryczne pierwiastka

Kolor pierwiastka

Właściwości magnetyczne pierwiastka

Właściwości chemiczne pierwiastka

Ćwiczenie 3

Który z poniższych pierwiastków tworzy stabilne związki na +1 stopniu utlenienia?

Tytan

Miedź

Skand

Cynk

輸

輸

輸

Ćwiczenie 4

Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe.

Zdanie Prawda Fałsz minimalny stopień utlenienia wszystkich metali

4. okresu bloku d układu okresowego to +2. W wyniku tworzenia kaonów metali 4. okresu bloku d, jako pierwsze oddawane są elektrony z orbitali. Suma elektronów z orbitali i pierwiastka w stanie podstawowym jest równa numerowi grupy.

3 d

3 d 4 s

Ćwiczenie 5

Konfiguracja pewnego pierwiastka na +3 stopniu utlenienia wygląda w następujący sposób:

. Jaki to pierwiastek? Uzupełnij podpowłokową konfigurację elektronową elektronów walencyjnych tego pierwiastka w stanie podstawowym.

X

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^63 d^3

Pierwiastek:

Konfiguracja powłoki walencyjnej: 3 d 4 s

醙

醙

Dla nauczyciela

Scenariusz zajęć

Autor: Marcin Małecki, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Które elektrony są odpowiedzialne za tworzenie wiązań w pierwiastkach z bloku d położonych w 4. okresie?

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

X. Metale, niemetale i ich związki. Uczeń:

1. opisuje podobieństwa we właściwościach pierwiastków w grupach układu okresowego i zmienność właściwości w okresach.

Zakres rozszerzony

II. Budowa atomu. Uczeń:

5. określa przynależność pierwiastków do bloków konfiguracyjnych: s, p i d układu okresowego na podstawie konfiguracji elektronowej; wskazuje związek między budową elektronową atomu a położeniem pierwiastka w układzie okresowym i jego właściwościami fizycznymi (np. promieniem atomowym, energią jonizacji) i chemicznymi.

X. Metale, niemetale i ich związki. Uczeń:

1. opisuje podobieństwa we właściwościach pierwiastków w grupach układu okresowego i zmienność właściwości w okresach.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii; kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne

Uczeń:

decyduje, które elektrony biorą udział w powstawaniu wiązań w związkach chemicznych tworzonych przez atomy pierwiastków należących do bloku 4. okresu d; analizuje rozmieszczenie elektronów walencyjnych na orbitalach w pierwiastkach 4. okresu bloku d; koreluje ilość elektronów walencyjnych pierwiastka 4. okresu bloku d z jego położeniem w grupie.

Strategie nauczania:

asocjacyjna.

Metody i techniki nauczania:

pogadanka; dyskusja dydaktyczna; analiza materiału źródłowego; termometr; film samouczek; ćwiczenia uczniowskie; technika zdań podsumowujących.

Formy pracy:

praca zbiorowa; praca w parach; praca indywidualna.

Środki dydaktyczne:

komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; rzutnik multimedialny; tablica interaktywna/tablica i kreda, pisak.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel wyświetla okładkę e‐materiału. Zadaje uczniom pytanie: dlaczego czasami trudno jest wybrać odpowiednią jednostkę lub rzecz spośród wielu? Następnie naprowadza uczniów na zagadnienie elektronów i zadaje pytanie

Czego się nauczyłam/łem... Co sprawiało mi trudność...

Praca domowa:

Nauczyciel prosi uczniów o dokończenie ćwiczeń zawartych w e‐materiale w części „Sprawdź się”.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:

Film samouczek może być wykorzystany w trakcie lekcji oraz jako pomoc przy odrabianiu zadania domowego. Uczniowie nieobecni na lekcji mogą wykorzystać medium do uzupełnienia luk kompetencyjnych.

Materiały pomocnicze:

1. Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):

Z czego wynika podział pierwiastków w układzie okresowym na bloki? Jak można zdefiniować elektrony walencyjne? Jaki stan nazywamy podstawowym? O czym mówi reguła Hunda?

2. Nauczyciel przygotowuje na arkuszu papieru narysowany termometr ze skalą, cenki.