У высшего оксида какого элемента наиболее выражены кислотные свойства

3. Периодический закон и периодическая система химических элементов

3.4. Периодическое изменение свойств веществ

Периодически изменяются следующие свойства простых и сложных веществ:

• строение простых веществ (вначале немолекулярное, например от Li к C, а затем молекулярное: N2 — Ne);
• температуры плавления и кипения простых веществ: при движении слева направо по периоду t
  пл и t
  кип вначале, в целом, возрастают (алмаз — самое тугоплавкое вещество), а затем уменьшаются, что связано с изменением строения простых веществ (см. выше);
• металлические и неметаллические свойства простых веществ. По периоду с ростом Z способность атомов отдавать электрон уменьшается (Е
  и растет), соответственно металлические свойства простых веществ ослабевают (неметаллические — усиливаются, поскольку увеличивается Е
  ср атомов). Сверху вниз по группам А, напротив, металлические свойства простых веществ усиливаются, а неметаллические — ослабевают;
• состав и кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов (табл. 3.1–3.2).

Таблица 3.1

Состав высших оксидов и простейших водородных соединений элементов А-групп

Как видно из табл. 3.1, состав высших оксидов изменяется плавно в соответствии с постепенным возрастанием ковалентности (степени окисления) атома.

С ростом заряда ядра атома в периоде основные свойства оксидов и гидроксидов ослабевают, а кислотные — усиливаются. Переход от основных оксидов и гидроксидов к кислотным в каждом периоде происходит постепенно, через амфотерные оксиды и гидроксиды. В качестве примера в табл. 3.2 показано изменение свойств оксидов и гидроксидов элементов 3-го периода.

Таблица 3.2

Оксиды и гидроксиды, образованные элементами 3-го периода, и их классификация

В группах А с ростом заряда ядра атома происходит усиление основных свойств оксидов и гидроксидов. Например, для IIA-группы имеем:

1. BeO, Be(OH)2 — амфотерные (слабые основные и кислотные свойства).

2. MgO, Mg(OH)2 — слабые, основные свойства.

3. CaO, Ca(OH)2 — выраженные основные свойства (щелочи).

4. SrO, Sr(OH)2 — выраженные основные свойства (щелочи).

5. BaO, Ba(OH)2 — выраженные основные свойства (щелочи).

6. RaO, Ra(OH)2 — выраженные основные свойства (щелочи).

Такие же тенденции прослеживаются и для элементов других групп (состав и кислотно-основные свойства бинарных водородных соединений см. в табл. 3.1). В целом с ростом атомного номера по периоду основные свойства водородных соединений ослабевают, а кислотные свойства их растворов усиливаются: гидрид натрия растворяется в воде с образованием щелочи:

NaH + H2O = NaOH + H2,

а водные растворы H2S и HCl — кислоты, причем более сильной является хлороводородная кислота.

1. В группах А с ростом заряда ядра атома сила бескислородных кислот также возрастает.

2. В водородных соединениях число атомов водорода в молекуле (или формульной единице) сначала возрастает от 1 до 4 (группы IA–IVA), а затем уменьшается от 4 до 1 (группы IVA–VIIA).

3. Летучими (газообразными) при н.у. являются только водородные соединения элементов IVA–VIIA групп (кроме H2O и HF)

Пример 3.4. Анион элемента Э2− имеет электронную конфигурацию атома аргона. Укажите формулу высшего оксида атома элемента:

1) ЭО3;

2) Э2О7;

3) Э2О5;

4) ЭО2.

Решение. Электронная конфигурация атома аргона 1s
22s
22p
63s
23p
6, следовательно электронная конфигурация атома Э (атом Э содержит на 2 электрона меньше, чем ион Э2−) – 1s
22s
22p
63s
23p
4, что отвечает атому серы. Элемент сера находится в VIA-группе, формула высшего оксида элементов этой группы ЭО3.

Ответ: 1).

Пример 3.5. Укажите символ элемента, атом которого имеет три электронных слоя и образует летучее (н.у.) соединение состава ЭН2(H2Э):

1) P;

2) Mg;

3) S;

4) Cl.

Решение. Водородные соединения состава ЭН2(H2Э) образуют атомы элементов IIA- и VIA-групп, однако летучими при н.у. являются соединения элементов VIA-группы, к числу которых относится сера.

Ответ: 3).

Охарактеризованные тенденции в изменении кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов можно понять на основании анализа следующих упрощенных схем строения оксидов и гидроксидов (рис. 3.1).

Из упрощенной схемы реакции

следует, что эффективность взаимодействия оксида с водой с образованием основания возрастает (согласно закону Кулона) с увеличением заряда на ионе Эn
+. Величина же этого заряда увеличивается по мере усиления металлических свойств элементов, т.е. справа налево по периоду и сверху вниз по группе. Именно в таком порядке увеличиваются и основные свойства элементов.

Рис. 3.1. Схема строения оксидов (а) и гидроксидов (б)

Рассмотрим причины, лежащие в основе описанных изменений кислотно-основных свойств гидроксидов.

При возрастании степени окисления элемента +n и уменьшении радиуса иона Эn
+ (это как раз и наблюдается с ростом заряда ядра атома элемента слева направо по периоду) связь Э–О упрочняется, а связь О–Н ослабевает; более вероятным становится процесс диссоциации гидроксида по кислотному типу.

Сверху вниз по группе радиус Эn
+ возрастает, а значение n+ не изменяется, в результате прочность связи Э–О уменьшается, облегчается ее разрыв и более вероятным становится процесс диссоциации гидроксида по основному типу.