Электронная конфигурация атома технеция. Хлорид технеция (IV): состав и молярная масса. История открытия элемента

Здесь мы должны сделать небольшое, чисто физическое отступление, иначе будет непонятно, почему этот кусок молибдена был так нужен Сегре. Из молибдена был сделан «зуб» отклоняющей пластины первого в мире, маломощного по нынешним масштабам, циклотрона. Циклотрон - это машина, ускоряющая движение заряженных частиц, например дейтронов - ядер тяжелого водорода , дейтерия. Частицы разгоняются высокочастотным электрическим полем по спирали и с каждым витком приобретают все болВсем, кто когда-либо работал на циклотроне, хорошо известно, как трудно бывает вести эксперимент, если мишень установлена непосредственно в вакуумной камере циклотрона. Значительно удобнее работать на выведенном пучке, в специальной камере, где можно разместить всю необходимую аппаратуру. Но вытащить пучок из циклотрона далеко не просто. Делается это с помощью специальной отклоняющей пластины, на которую подано высокое напряжение. Пластина устанавливается на пути разогнанного уже пучка частиц и отклоняет его в нужном направлении. Расчет наилучшей конфигурации пластины - целая наука. Но несмотря на то что пластины для циклотронов изготавливают и устанавливают с максимальной точностью, ее лобовая часть, или «зуб», поглощает примерно половину ускоренных частиц. Естественно, «зуб» разогревается от ударов, потому его и сейчас делают из тугоплавкого молибдена.

Но так же естественно, что частицы, поглощенные материалом зуба, должны вызвать в нем ядерные реакции, более или менее интересные для физиков. Сегре считал, что в молибдене возможна исключительно интересная ядерная реакция, в результате которой может быть, наконец, по-настоящему открыт много раз открывавшийся и неизменно «закрывавшийся» прежде элемент № 43 (технеций).

От ильмения до мазурия

Элемент № 43 искали давно. И долго. Искали его в рудах и минералах , преимущественно марганцевых. Менделеев, оставляя в таблице пустую клетку для этого элемента, называл его экамарганцем. Впрочем, первые претенденты на эту клетку появились еще до открытия периодического закона. В 1846 г. из минерала ильменита был якобы выделен аналог марганца - ильмений. После того как ильмений «закрыли», появились новые кандидаты: дэвий, люций, ниппоний. Но и они оказались «лжеэлементами». Сорок третья клетка таблицы Менделеева продолжала пустовать.

В 20-х годах нашего века проблемой экамарганца и двимарганца (эка означает «один», дви - «два»), т. е. элементов № 43 и 75, занялись прекрасные экспериментаторы супруги Ида и Вальтер Ноддак. Проследив закономерности изменения свойств элементов по группам и периодам, они пришли к казавшейся крамольной, но по существу верной мысли, что сходство марганца и его эка- и дви-аналогов намного меньше, чем считали раньше, что разумнее искать эти элементы не в марганцевых рудах, а в сырой платине и в молибденовых рудах.

Эксперименты супругов Ноддак продолжались много месяцев. В 1925 г. они объявили об открытии новых элементов - мазурия (элемент № 43) и рения (элемент № 75) . Символы новых элементов заняли пустующие клетки менделеевской таблицы, по впоследствии оказалось, что лишь одно из двух открытий совершилось в действительности. За мазурий Ида и Вальтер Ноддак приняли примеси, не имеющие ничего общего с элементом № 43 технецием.

Символ Ma стоял в таблице элементов больше 10 лет, хотя еще в 1934 г. появились две теоретические работы, которые утверждали, что элемент № 43 нельзя обнаружить ни в марганцевых, ни в платиновых, ни в каких-либо иных рудах. Речь идет о правиле запрета, сформулированном почти одновременно немецким физиком Г. Маттаухом и советским химиком С. А. Щукаревым.

Технеций - «Запрещенный» элемент и ядерные реакции

Вскоре после открытия изотопов было установлено и существование изобаров. Заметим, что изобар и изобара - понятия, столь же далекие, как графин и графиня. Изобарами называют атомы с одинаковыми массовыми числами, принадлежащие разным элементам. Пример нескольких изобаров: 93 Zr, 93 Nb, 93 Mo.

Смысл правила Маттауха - Щукарева в том, что у стабильных изотопов с нечетными номерами не может быть стабильных же изобаров. Так, если изотоп элемента № 41 ниобий-93 стабилен, то изотопы соседних элементов - цирконий-93 и молибден-93 - должны быть обязательно радиоактивными. Правило распространяется на все элементы, в том числе и на элемент № 43.

Этот элемент расположен между молибденом (атомная масса 95,92) и рутением (атомная масса 101,07). Следовательно, массовые числа изотопов этого элемента не должны выйти за пределы диапазона 96-102. Но все стабильные «вакансии» этого диапазона заняты. У молибдена стабильны изотопы с массовыми числами 96, 97, 98 и 100, у рутения - 99, 101, 102 и некоторые другие. Это значит, что у элемента № 43 не может быть ни одного нерадиоактивного изотопа. Впрочем, из этого вовсе не следует, что его нельзя найти в земной коре: существуют же радий , уран, торий .

Уран и торий сохранились на земном шаре благодаря огромному времени жизни некоторых их изотопов. Прочие радиоактивные элементы - это продукты их радиоактивного распада. Элемент № 43 можно было бы обнаружить только в двух случаях: или если у него есть изотопы, период полураспада которых измеряется миллионами лет, или если его долгоживущие изотопы образуются (и достаточно часто) при распаде элементов № 90 и 92.

На первое Сегре не рассчитывал: существуй долгоживущие изотопы элемента № 43, их бы нашли раньше. Второе тоже маловероятно: большинство атомов тория и урана распадаются, испуская альфа-частицы, и цепочка таких распадов заканчивается стабильными изотопами свинца , элемента с атомным номером 82. Более легкие элементы при альфа-распаде урана и тория образоваться не могут.

Правда, есть другой вид распада - спонтанное деление, при котором тяжелые ядра самопроизвольно делятся на два осколка примерно одинаковой массы. При спонтанном делении урана ядра элемента № 43 могли бы образоваться, но таких ядер было бы очень мало: в среднем спонтанно делится одно ядро урана из двух миллионов, а из ста актов спонтанного деления ядер урана элемент № 43 образуется лишь в двух. Впрочем, этого Эмилио Сегре тогда не знал. Спонтанное деление было открыто лишь спустя два года после открытия элемента № 43.

Сегре вез через океан кусок облученного молибдена. Но уверенности, что в нем будет обнаружен новый элемент, не было, да и не могло быть. Были «за», были и «против».

Падая на молибденовую пластину, быстрый дейтрон довольно глубоко проникает в ее толщу. В некоторых случаях один из дейтронов может слиться с ядром атома молибдена. Для этого прежде всего необходимо, чтобы энергии дейтрона хватило для преодоления сил электрического отталкивания. A это значит, что циклотрон должен разогнать дейтрон до скорости около 15 тыс. км/сек. Составное ядро, образующееся при слиянии дейтрона и ядра молибдена, неустойчиво. Оно должно избавиться от избытка энергии. Поэтому, едва произошло слияние, из такого ядра вылетает нейтрон, и бывшее ядро атома молибдена превращается в ядро атома элемента № 43.

Природный молибден состоит из шести изотопов, значит, в принципе в облученном куске молибдена могли быть атомы шести изотопов нового элемента. Это важно потому, что одни изотопы могут быть короткоживущими и оттого неуловимыми химически, тем более что со времени облучения прошло больше месяца. Зато другие изотопы нового элемента могли «выжить». Их-то и надеялся обнаружить Сегре. На этом, собственно, все «за» кончались. «Против» было значительно больше.

Против исследователей работало незнание периодов полураспада изотопов элемента № 43. Могло ведь случиться и так, что ни один изотоп элемента № 43 не существует больше месяца. Против исследователей работали и «попутные» ядерные реакции, в которых образовывались радиоактивные изотопы молибдена, ниобия и некоторых других элементов.

Выделить минимальное количество неизвестного элемента из радиоактивной многокомпонентной смеси очень сложно. Но именно это предстояло сделать Сегре и его немногочисленным помощникам.

Работа началась 30 января 1937 г. Прежде всего выяснили, какие частицы излучает молибден, побывавший в циклотроне и пересекший океан. Он излучал бета-частицы - быстрые ядерные электроны. Когда около 200 мг облученного молибдена растворили в царской водке, бета-активность раствора оказалась примерно такой же, как у нескольких десятков граммов урана.

Неизвестная прежде активность была обнаружена, оставалось определить, кто же ее «виновник». Сначала из раствора химическим путем выделили радиоактивный фосфор-32 , образовавшийся из примесей, которые были в молибдене. Затем тот же раствор подвергли «перекрестному допросу» по строке и столбцу менделеевской таблицы. Носителями неизвестной активности могли быть изотопы ниобия, циркония, рения, рутения, самого молибдена, наконец. Только доказав, что ни один из этих элементов не причастен к испускаемым электронам, можно было говорить об открытии элемента № 43.

Два метода были положены в основу работы: один - логический, метод исключения, другой - широко применяемый химиками для разделения смесей метод «носителей», когда в раствор, содержащий, по-видимому, тот или иной элемент, «подсовывается» соединение этого элемента или другого, сходного с ним по химическим свойствам. И если вещество-носитель выводится из смеси, оно уносит оттуда «родственные» атомы.

В первую очередь исключили ниобий. Раствор выпарили, и полученный осадок вновь растворили, на этот раз в гидроокиси калия. Некоторые элементы остались в нерастворенной части, но неизвестная активность перешла в раствор. И тогда к нему добавили ниобат калия, чтобы стабильный ниобий «увел» радиоактивный. Если, конечно, тот присутствовал в растворе. Ниобий ушел - активность осталась. Такому же испытанию подвергли цирконий. Но и циркониевая фракция оказалась неактивной. Затем осадили сульфид молибдена, но активность по-прежнему оставалась в растворе.

После этого началось самое сложное: предстояло разделить неизвестную активность и рений. Ведь примеси, содержавшиеся в материале «зуба», могли превратиться не только в фосфор-32, но и в радиоактивные изотопы рения. Это казалось тем более вероятным, что именно соединение рения вынесло из раствора неизвестную активность. А как выяснили еще супруги Ноддак, элемент № 43 должен быть похож на рений больше, чем на марганец или любой другой элемент. Отделить неизвестную активность от рения - значило найти новый элемент, потому что все другие «кандидаты» уже были отвергнуты.

Эмилио Сегре и его ближайший помощник Карло Перье смогли это сделать. Они установили, что в солянокислых растворах (0,4-5-нормальных) носитель неизвестной активности выпадает в осадок, когда через раствор пропускают сероводород. Но одновременно выпадает и рений. Если же осаждение вести из более концентрированного раствора (10-нормального), то рений выпадает в осадок полностью, а элемент, несущий неизвестную активность, лишь частично.

Напоследок, для контроля, Перье поставил опыты по отделению носителя неизвестной активности от рутения и марганца. И тогда стало ясно, что бета-частицы могут излучаться лишь ядрами нового элемента, который назвали технецием (от греческого «искусственный»).

Эти опыты были закончены в июне 1937 г. Так был воссоздан первый из химических «динозавров» - элементов, некогда существовавших в природе, но полностью «вымерших» в результате радиоактивного распада.

Позже удалось обнаружить в земле крайне незначительные количества технеция, образовавшегося в результате спонтанного деления урана. То же, кстати, произошло с нептунием и плутонием : сначала элемент получили искусственно, а уже потом, изучив его, сумели найти в природе.

Сейчас технеций получают из осколков деления урана- 35 в ядерных реакторах . Правда, выделить его из массы осколков непросто. На килограмм осколков приходится около 10 г элемента № 43. В основном это изотоп технеций-99, период полураспада которого равен 212 тыс. лет. Благодаря накоплению технеция в реакторах удалось определить свойства этого элемента, получить его в чистом виде, исследовать довольно многие его соединения. В них технеций проявляет валентность 2+ , 3+ и 7+ . Так же, как и рений, технеций - металл тяжелый (плотность 11,5 г/см 3), тугоплавкий (температура плавления 2140°C), химически стойкий.

Несмотря на то что технеций - один из самых редких и дорогих металлов (намного дороже золота), он уже принес практическую пользу.

Ущерб, наносимый человечеству коррозией, огромен. В среднем каждая десятая доменная печь работает на «покрытие расходов» от коррозии. Есть вещества-ингибиторы, замедляющие коррозию металлов. Самыми лучшими ингибиторами оказались пертехнаты - соли технециевой кислоты HTcO 4 . Добавка одной десятитысячной моля TcO 4 -

предотвращает коррозию железа и малоуглеродистой стали - важнейшего конструкционного материала.

Широкому применению пертехнатов препятствуют два обстоятельства: радиоактивность технеция и его высокая стоимость. Это особенно досадно потому, что аналогичные соединения рения и марганца не предотвращают коррозии.

У элемента № 43 есть еще одно уникальное свойство. Температура, при которой этот металл становится сверхпроводником (11,2 К), выше, чем у любого другого чистого металла. Правда, эта цифра получена на образцах не очень высокой чистоты - всего 99,9%. Тем не менее есть основания полагать, что сплавы технеция с другими металлами окажутся идеальными сверхпроводниками. (Как правило, температура переходов в состояние сверх- проводимости у сплавов выше, чем у технически чистых металлов.)

Пусть не так утилитарно, но полезную службу сослужил технеций и астрономам. Технеций обнаружили спектральными методами на некоторых звездах, например на звезде и созвездия Андромеды. Судя по спектрам, элемент № 43 распространен там не меньше, чем цирконий, ниобий, молибден, рутений. Это значит, что синтез элементов во Вселенной продолжается и сейчас.

Задача 1. Напишите электронную формулу атома технеция. Сколько электронов находится на d-подуровне предпоследнего электронного слоя? К какому электронному семейству относится элемент?

Решение: Атом Tc в таблице Менделеева имеет порядковый номер 43. Следовательно, в его оболочке содержится 43 электрона. В электронной формуле распределяем их по подуровням согласно порядку заполнения (в соответствии с правилами Клечковского) и учитывая емкость подуровней: Tc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 5 5s 2 . При этом порядок заполнения подуровней следующий: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d. Последний электрон располагается на 4d-подуровне, значит, технеций относится к семейству d-элементов. На d-подуровне предпоследнего (4-го) слоя находится 5 электронов.

Ответ: 5, d.

Задача 2. Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 1 ?

Решение:

Количество электронов в оболочке нейтрального атома составляет 49. Поэтому его заряд ядра и, следовательно, порядковый номер, также равны 49. В периодической системе Д.И.Менделеева находим, что этот элемент – индий.

Задача 3. У какого из перечисленных ниже соединений наименее выражены кислотные свойства? а) HNO 3 , б) H 3 PO 4 , в) H 3 AsO 4 , г) H 3 SbO 4 .

Решение:

Приведенные кислородсодержащие соединения являются гидроксидами элементов главной подгруппы V группы таблицы Менделеева. Известно, что кислотные свойства гидроксидов ослабевают сверху вниз в подгруппе. Поэтому в указанном ряду наименее выраженными кислотными свойствами обладает H 3 SbO 4 .

Ответ: H 3 SbO 4 .

Задача 4. Укажите тип гибридизации орбиталей бора в молекуле BBr 3 .

Решение:

В образовании трех ковалентных связей между бором и атомами брома участвуют одна s- и две p-орбитали атома бора, свойства которых различаются. Поскольку все химические связи в молекуле BBr 3 равноценны, атом бора подвергается гибридизации. В ней принимают участие указанные выше три орбитали внешнего электронного слоя. Следовательно, тип гибридизации – sp 2 .

Ответ: sp 2 .

Задача 5. По данным периодической системы составьте эмпирическую формулу высшего оксида свинца. Какова его молярная масса?

Решение:

Свинец находится в 4-й группе периодической системы, поэтому его высшая степень окисления равна +4. Атом кислорода в оксидах имеет степень окисления –2, следовательно в молекуле оксида на каждый атом свинца приходится два атома кислорода. Формула высшего оксида – PbO 2 . Вычислим его молярную массу: 207+2·16=239.

Ответ: 239 г/моль.

Задача 6. Какие виды химической связи имеются в молекуле NH 4 I ?

Решение:

Молекула NH 4 I состоит из ионов NH 4 + и I – , между которыми имеется ионная связь. В ионе NH 4 + четыре связи являются ковалентными полярными, причем одна из них образована по донорно-акцепторному типу (см. раздел 3.2.3).

Ответ: ионная, ковалентная полярная, донорно-акцепторная.

Задача 7. Расчет энергии связи .

Вычислите энергию связи H-S в молекуле H 2 S по следующим данным: 2H 2 (г) + S 2 (г) = 2 H 2 S (г) – 40,30 кДж; энергии связей D(H-H) и D(S-S) соответственно равны –435,9 кДж/моль и – 417,6 кДж/моль.

Решение: Образование двух молекул H 2 S можно представить как последовательный процесс разрыва связей H-H в молекуле H 2 и связей S-S в молекуле S 2 :

2 H-H 4 Н – 2D(H-H)

S-S 2 S – D(S-S)

4 Н + 2 S 2 H 2 S + 4D(S-H),

гдеD(H-H), D(S-S) и D(S-H) – энергии образования связей H-H, S-S и S-Н соответственно. Суммируя левые и правые части приведенных уравнений, приходим к термохимическому уравнению

2H 2 (г) + S 2 (г) = 2 H 2 S (г) –2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H).

Тепловой эффект этой реакции равен

Q =–2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H), откудаD(S-H)= .

Задача 8. Вычисление длины связи.

Рассчитайте длину связи в молекуле HBr, если межъядерное расстояние в молекулах Н 2 и Br 2 ,равны 0,74 ∙10 -10 и 2,28 ∙10 -10 м соответственно.

Решение: Длина ковалентной связи между двумя разноименными атомами равна сумме их ковалентных радиусов

l(H-Br) = r(H) + r(Br).

В свою очередь, ковалентный радиус атома определяется как половина межъядерного расстояния в молекулах Н 2 и Br 2 :

Таким образом,

Ответ: 1,51·10 -10 м.

Задача 9. Определение вида гибридизации орбиталей и пространственной структуры молекулы.

Какой вид гибридизации электронных облаков имеет место в атоме кремния при образования молекулы SiF 4 ? Какова пространственная структура этой молекулы?

Решение: В возбужденном состоянии структура внешнего энергетического уровня атома кремния следующая:

В образовании химических связей в атоме кремния участвуют электроны третьего энергетического уровня: один электрон в s-состоянии и три электрона в р-состоянии. При образовании молекулы SiF 4 возникают четыре гибридных электронных облака (sp 3 -гибридизациия). Молекула SiF 4 имеет пространственную тетраэдрическую конфигурацию.

Задача 10. Определение валентностей элементов в химических соединениях на основе анализа графических электронных формул основного и возбужденных состояний атомов этих элементов .

Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами,может проявлять сера в основном и в возбужденном состоянии?

Решение: Распределение электронов внешнего энергетического уровня серы …3s 2 3p 4 с учетом правила Гунда имеет вид:

Из анализа основного и двух возбужденных состояний следует, что валентность (спинвалентность) серы в нормальном состоянии равна двум, в первом возбужденном состоянии – четырем, во втором – шести.

Варианты контрольных заданий

Вариант 1

1. Какие сведения об элементе можно узнать на основании его положения в ПСЭ?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Вариант 2

1. Дайте определения: энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности атома? Как они изменяются в периоде и группе?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 26. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Вариант 3

1. Какая ковалентная связь называется полярной и какая неполярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи?

2. Какое максимальное число электронов могут занимать s -, p -, d - и f -орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.

Вариант 4

1. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы ВеСI 2 ?

4s или 3d ; 5s или 4p ? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

Вариант 5

1. Какая связь называется σ- связью и какая π-связью?

2. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s ; 6s или 5p ? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.

Вариант 6

1. Что называется дипольным моментом?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Сколько свободных 3d -орбиталей у атомов последнего элемента?

Вариант 7

1. Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм его образования?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных 3d -орбиталей в атомах этих элементов?

Вариант 8

1. Какой вариант периодической системы наиболее широко применяется и почему?

2. Сколько свободных d- орбиталей содержится в атомах Sc, Ti, V? Напишите электронные формулы атомов этих элементов.

Вариант 9

1. Какие свойства ионной связи отличают её от ковалентной?

2. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по квантовым ячейкам, отвечающим низшему энергетическому состоянию атомов: хрома, фосфора, серы, германия, никеля.

2. Для атома бора возможны два различных электронных состояния и . Как называют эти состояния? Как перейти от первого состояния ко второму?

Вариант 11

1. Какие из 4-х разнообразных типов атомных орбиталей имеют наиболее сложную формулу?

2. Атому какого из элементов отвечает каждая из приведенных электронных формул:

а) ;б) ;

Вариант 12

2. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по квантовым ячейкам, отвечающим высшему энергетическому состоянию атомов: марганца, азота, кислорода, кремния, кобальта.

Вариант 13

1. Если в р-орбиталях какого–либо слоя находятся 4 электрона, сколько из них имеют неспаренные спины и чему равно их суммарное спиновое число 7

2. Атомам каких элементов и каким состояниям этих элементов отвечают следующие электронные формулы и ; и ?

Вариант 14

1. Какие характеристики атома можно назвать, зная: а) порядковый номер элемента в периодической системе; б) номер периода; в) номер и вид группы, в которой расположен элемент?

2. Напишите электронную конфигурацию атомов, пользуясь электронными формулами для элементов с порядковыми номерами 12, 25, 31, 34, 45.

Вариант 15

1. Как определить исходя из положения атома в периодической системе число элементарных частиц в егосоставе? Определите число элементарных частиц в составе атомов серы и цинка.

2. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по энергетическим ячейкам, соответствующим низшему энергетическому состоянию, для атомов элементов с порядковыми номерами 26, 39, 49, 74, 52.

Вариант 16

1. Что такое квантовые числа? Какие свойства орбиталей и электронов они отражают? Какие значения принимают? Определите максимально возможное число электронов на каждом энергетическом уровне атомов алюминия и меди.

2. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента, неверны: а) 1s 2 2s 2 2p 5 3s 1 ; б) 1s 2 2s 2 2p 6 ; в) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 ; г) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ; д) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 2 ? Почему? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?

Вариант 17

1. Какие принципы положены в основу всех современных теорий химической связи? Что такое ионная связь? Какими свойствами она обладает? Приведите примеры соединений с ионной связью.

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит «провал» одного 4s -электрона на 3d-подуровень. Чему равен максимальный спин d -электронов у атомов первого и p -электронов у атомов второго элемента?

Вариант 18

1. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность р -элементов в периоде, в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

2. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит «провал» одного 5s -электрона на 4d -подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Вариант 19

1. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m l и m S , характеризующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?

2. Сколько свободных f -орбиталей содержится в атомах элементов с порядковыми номерами 61, 62, 91, 92? Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по энергетическим ячейкам для атомов этих элементов.

Вариант 20

1. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s - и p -элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

2. В чем заключается принцип Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р 7 - или d 12 - электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны..

Вариант 21

1. Перечислите правила, в соответствии с которыми происходит заполнение электронами орбиталей. Что такое электронная формула атома? Напишите электронные формулы кремния и железа, подчеркнув валентные электроны.

2. Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторых элементов имеют следующие значения: n = 4; l = 0; m l = 0; m S = . Напишите электронные формулы атомов этих элементов и определите сколько свободных 3d -орбиталей содержит каждый их них.

Вариант 22

1. Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы?

2. Исходя из положения металла в периодической системе, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов более сильное основание: Ba(OH) 2 или Mg(OH) 2 ; Ca(OH) 2 или Fe(OH) 2 ; Cd(OH) 2 или Sr(OH) 2 ?

Вариант 23

1. Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.

2. Марганец образует соединения, в которых он проявляет степень окисления +2, +3, +4, +6, +7. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида марганца (IV).

Вариант 24

1. Как изменяются кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства высших оксидов и гидроксидов элементов с ростом заряда их ядер: а) в пределах периода; б) в пределах подгруппы.

2. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m l при орбитальном числе l = 0, 1, 2 и 3? Какие элементы в периодической системе называют s-, p-, d- и f -элементами? Приведите примеры.

Вариант 25

1. Теория гибридизации. Механизм образования донорно-акцепторной связи. Примеры соединений

2. У какого из р -элементов пятой группы периодической системы – фосфора или сурьмы – сильнее выражены неметаллические свойства? Какое из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атома этих элементов.

Вариант 26

1. Какую низшую степень окисления проявляют хлор, сера, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соединений алюминия с данными элементами в этой степени окисления. Как называются соответствующие соединения?

2. Энергетическое состояние внешнего электрона атома описывается следующими значениями квантовых чисел: n =4, l =0, m l =0. Атомы каких элементов имеют такой электрон? Составьте электронные формулы атомов этих элементов. Напишите все квантовые числа эля электронов атомов: а) лития, бериллия, углерода; б) азота, кислорода, фтора.

Вариант 27

1. Металлическая связь. Механизм образования и свойства. Примеры соединений и их свойства.

2. Исходя из положения германия и технеция в периодической системе, составьте формулы мета- и ортогерманиевой кислот, и оксида технеция, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.

Вариант 28

1. У какого элемента четвертого периода – хрома или селена – сильнее выражены металлические свойства? Какой их этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте строением атомов хрома и селена.

2. Изотоп никеля-57 образуется при бомбардировке α-частицами ядер атомов железа-54. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме

Вариант 29

Напишите электронные формулы атомов элементов и назовите их, если значения квантовых чисел (n, l, m l , m S ) электронов наружного (последнего) и предпоследнего электронных слоев следующие:

а) 6, 0, 0, + ; 6, 0, 0, - ; 6, 1, -1, + ;

б) 3, 2, -2, + ; 3, 2, -1, + ; 4, 0, 0, + ; 4, 0, 0, - .

Вариант 30

1.Современные методы, описывающие образование ковалентной связи, их основные постулаты. Свойства ковалентной связи. Приведите примеры соединений с ковалентной связью и их свойства.

2. Составьте сравнительную характеристику элементов с порядковыми номерами 17 и 25 на основании их положения в ПСЭ. Объясните причины сходства и различия в свойствах этих элементов.

Похожая информация.

Технеций — элемент побочной подгруппы седьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 43. Обозначается символом Tc (лат. Technetium). Простое вещество технеций (CAS-номер: 7440-26-8) — радиоактивный переходный металл серебристо-серого цвета. Самый лёгкий элемент, не имеющий стабильных изотопов.

История

Технеций был предсказан как эка-марганец Менделеевым на основе его Периодического закона. Несколько раз он был ошибочно открыт (как люций, ниппоний и мазурий), настоящий технеций был открыт в 1937 году.

Происхождение названия

τεχναστος — искусственный.

Нахождение в природе

В природе встречается в ничтожных количествах в урановых рудах, 5·10 -10 г на 1 кг урана.

Получение

Технеций получают из радиоактивных отходов химическим способом. Выход изотопов технеция при делении 235 U в реакторе:

Кроме того, технеций образуется при спонтанном делении изотопов 282 Th, 233 U, 238 U, 239 Pu и может накапливаться в реакторах килограммами за год.

Физические и химические свойства

Технеций — радиоактивный переходный металл серебристо-серого цвета с гексагональной решёткой (a = 2,737 Å; с = 4,391 Å).

Изотопы технеция

Радиоактивные свойства некоторых изотопов технеция:

Применение

Используется в медицине для контрастного сканирования желудочно-кишечного тракта при диагностике ГЭРБ и рефлюкс-эзофагита посредством меток.

Пертехнетаты (соли технециевой кислоты HTcO 4) обладают антикорозионными свойствами, т.к. ион TcO 4 - , в отличие от ионов MnO 4 - и ReO 4 - , является самым эффективным ингибитором коррозии для железа и стали.

Биологическая роль

С химической точки зрения технеций и его соединения малотоксичны. Опасность технеция вызывается его радиотоксичностью.

Технеций при введении в организм попадает почти во все органы, но в основном задерживается в желудке и щитовидной железе. Поражение органов вызывается его β-излучением с дозой до 0,1 р/(час·мг).

При работе с технецием используются вытяжные шкафы с защитой от его β-излучения или герметичные боксы.

Технеций

ТЕХНЕ́ЦИЙ -я; м. [от греч. technetos - искусственный] Химический элемент (Tc), серебристо-серый радиоактивный металл, получаемый из отходов атомной промышленности.

◁ Техне́циевый, -ая, -ое.

(лат. Technetium), химический элемент VII группы периодической системы. Радиоактивен, наиболее устойчивые изотопы 97 Тс и 99 Тс (период полураспада соответственно 2,6·10 6 и 2,12·10 5 лет). Первый искусственно полученный элемент; синтезирован итальянскими учёными Э. Сегре и К. Перрье (С. Perriez) в 1937 бомбардировкой ядер молибдена дейтронами. Назван от греческого technētós - искусственный. Серебристо-серый металл; плотность 11,487 г/см 3 , t пл 2200°C. В природе найден в незначительных количествах в урановых рудах. Спектрально обнаружен на Солнце и некоторых звёздах. Получают из отходов атомной промышленности. Компонент катализаторов. Изотоп 99m Тс используют в диагностике опухолей головного мозга, при исследованиях центральной и периферической гемодинамики.

ТЕХНЕ́ЦИЙ (лат. Technetium, от греческого technetos - искусственный), Тс (читается «технеций»), первый искусственно полученный радиоактивный химический элемент, атомный номер 43. Стабильных изотопов не имеет. Наиболее долгоживущие радиоизотопы: 97 Tc (Т 1/2 2,6·10 6 лет, электронный захват), 98 Tc (Т 1/2 1,5·10 6 лет) и 99 Tc (Т 1/2 2,12·10 5 лет). Практическое значение имеет короткоживущий ядерный изомер 99m Тс (Т 1/2 6,02 часа).
Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s 2 p 6 d 5 5s 2 . Cтепени окисления от -1 до +7 (валентности I-VII); наиболее устойчива +7. Рaсположен в группе VIIB в 5 периоде периодической системы элементов. Радиус атома 0,136 нм, иона Тс 2+ - 0,095 нм, иона Тс 4+ - 0,070 нм, иона Тс 7+ - 0,056 нм. Энергии последовательной ионизации 7,28, 15,26, 29,54 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,9.
Д. И. Менделеев (см. МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович) при создании периодической системы оставил в таблице для технеция - тяжелого аналога марганца («экамарганца») пустую клетку. Технеций был получен в 1937 К. Перье и Э. Сегре при бомбардировке молибденовой пластинки дейтронами (см. ДЕЙТРОН) . В природе технеций встречается в ничтожных количествах в урановых рудах, 5·10 -10 г на 1 кг урана. Спектральные линии технеция обнаружены в спектрах Солнца и других звезд.
Технеций выделяют из смеси продуктов деления 235 U - отходов ядерной промышленности. При переработке отработанного ядерного горючего технеций извлекают методами ионного обмена, экстракции и дробного осаждения. Металлический технеций получают восстановлением его оксидов водородом при 500°C. Мировое производство технеция достигает нескольких тонн в год. Для исследовательских целей используют короткоживущие радионуклиды технеция: 95m Тс(Т 1/2 =61 сутки), 97m Тс (Т 1/2 =90 суток), 99m Tc.
Технеций - серебристо-серый металл, с гексагональной решеткой, а =0,2737 нм, с= 0,4391 нм. Температура плавления 2200°C, кипения 4600°C, плотность 11,487 кг/дм 3 . По химическим свойствам технеций похож на рений. Значения стандартных электродных потенциалов: пары Тс(VI)/Тс(IV) 0,83 В, пары Тс(VII)/Тс(VI) 0,65В, пары Тс(VII)/Тс(IV) 0,738 В.
При горении Tc в кислороде (см. КИСЛОРОД) образуется желтый высший кислотный оксид Тс 2 О 7 . Раствор его в воде - технециевая кислота НТсО 4 . При выпаривании ее образуются темно-коричневые кристаллы. Соли технециевой кислоты - пертехнаты (пертехнат натрия NaTcO 4 , пертехнат калия KTcO 4 , пертехнат серебра AgTcO 4). При электролизе раствора технециевой кислоты выделяется диоксид ТсО 2 , который при нагревании в кислороде превращается в Тс 2 О 7 .
Взаимодействуя со фтором, (см. ФТОР) Tc образует золотисто-желтые кристаллы гексафторида технеция ТсF 6 в смеси с пентафторидом TcF 5 . Получены оксифториды технеция TcOF 4 и TcO 3 F. Хлорирование технеция дает смесь гексахлорида TcCl 6 и тетрахлорида TcCl 4 . Синтезированы оксихлориды технеция ТсО 3 Сl и ТсОСl 3 . Известны сульфиды (см. СУЛЬФИДЫ) технеция Tc 2 S 7 и TcS 2 , карбонил Tc 2 (CO) 10 . Tc реагирует с азотной, (см. АЗОТНАЯ КИСЛОТА) концентрированной серной (см. СЕРНАЯ КИСЛОТА) кислотами и царской водкой (см. ЦАРСКАЯ ВОДКА) . Пертехнаты используются как ингибиторы коррозии малоуглеродистой стали. Изотоп 99 m Tc применяется в диагностике опухолей головного мозга, при исследовании центральной и периферической гемодинамики (см. ГЕМОДИНАМИКА) .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "технеций" в других словарях:

Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Технеций 99, 99Tc Нейтронов 56 Протонов 43 Свойства нуклида Атомная масса 98,9062547(21) … Википедия

- (символ Тс), серебристо серый металл, РАДИОАКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ. Впервые был получен в 1937 г. бомбардировкой ядер МОЛИБДЕНА дейтронами (ядрами атомов ДЕЙТЕРИЯ) и был первым элементом, синтезированным в циклотроне. Технеций обнаружен в продуктах… … Научно-технический энциклопедический словарь

ТЕХНЕЦИЙ - искусственно синтезированный радиоактивный хим. элемент, символ Тс (лат. Technetium), ат. н. 43, ат. м. 98,91. Т. получают в достаточно больших количествах при делении урана 235 в ядерных реакторах; удалось получить около 20 изотопов Т. Один из… … Большая политехническая энциклопедия

- (Technetium), Tc, искусственный радиоактивный элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43; металл. Получен итальянскими учеными К. Перрье и Э. Сегре в 1937 … Современная энциклопедия

- (лат. Technetium) Тс, химический элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43, атомная масса 98,9072. Радиоактивен, наиболее устойчивые изотопы 97Тс и 99Тс (период полураспада соответственно 2,6.106 и 2,12.105 лет). Первый… … Большой Энциклопедический словарь

- (лат. Technetium), Tc радиоакт. хим. элемент VII группы периодич. системы элементов Менделеева, ат. номер 43, первый из искусственно полученных хим. элементов. Наиб. долгоживущие радионуклиды 98Tc (T1/2 = 4,2·106 лет) и доступный в заметных кол… … Физическая энциклопедия

Сущ., кол во синонимов: 3 металл (86) экамарганец (1) элемент (159) Словарь синонимо … Словарь синонимов

Технеций - (Technetium), Tc, искусственный радиоактивный элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43; металл. Получен итальянскими учеными К. Перрье и Э. Сегре в 1937. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

43 Молибден ← Технеций → Рутений … Википедия

- (лат. Technetium) Те, радиоактивный химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный. Существование элемента с атомным номером 43 было… … Большая советская энциклопедия

Книги

• Элементы. Замечательный сон профессора Менделеева , Курамшин Аркадий Искандерович. Какой химический элемент назван в честь гоблинов? Сколько раз был "открыт" технеций? Что такое" трансфермиевые войны"?Почему когда-то даже ученые мужи путали марганец с магнием и свинец с…

Технеций (лат. technetium), Те, радиоактивный химический элемент vii группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный.

Существование элемента с атомным номером 43 было предсказано Д. И. Менделеевым. Т. получен искусственно в 1937 итальянским учёными Э. Сегре и К. Перрье при бомбардировке ядер молибдена дейтронами; название получил от греч. technet o s - искусственный.

Т. стабильных изотопов не имеет. Из радиоактивных изотопов (около 20) практическое значение имеют два: 99 Тс и 99m tc с периодами полураспада соответственно Т 1/2 = 2,12 ? 10 5 лет и t 1/2 = 6,04 ч. В природе элемент находится в незначительных количествах - 10 -10 г в 1 т урановой смолки.

Физические и химические свойства . Металлический Т. в виде порошка имеет серый цвет (напоминает re, mo, pt); компактный металл (слитки плавленого металла, фольга, проволока) серебристо-серого цвета. Т. в кристаллическом состоянии имеет гексагональную решётку плотной упаковки (а = 2,735 å, с = 4,391 å); в тонких слоях (менее 150 å) - кубическую гранецентрированную решётку (а = 3,68 ± 0,0005 å); плотность Т. (с гексагональной решёткой) 11,487 г/см 3 , t пл 2200 ± 50 °С; t kип 4700 °С; удельное электросопротивление 69 · 10 -6 ом? см (100 °С); температура перехода в состояние сверхпроводимости Тс 8,24 К. Т. парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25°С 2,7 · 10 -4 . Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4 d 5 5 s 2 ; атомный радиус 1,358 å; ионный радиус Тс 7+ 0,56 å.

По химическим свойствам tc близок к mn и особенно к re, в соединениях проявляет степени окисления от -1 до +7. Наиболее устойчивы и хорошо изучены соединения tc в степени окисления +7. При взаимодействии Т. или его соединений с кислородом образуются окислы tc 2 o 7 и tco 2 , с хлором и фтором - галогениды ТсХ 6 , ТсХ 5 , ТсХ 4 , возможно образование оксигалогенидов, например ТсО 3 Х (где Х - галоген), с серой - сульфиды tc 2 s 7 и tcs 2 . Т. образует также технециевую кислоту htco 4 и её соли пертехнаты mtco 4 (где М - металл), карбонильные, комплексные и металлорганические соединения. В ряду напряжений Т. стоит правее водорода; он не реагирует с соляной кислотой любых концентраций, но легко растворяется в азотной и серной кислотах, царской водке, перекиси водорода, бромной воде.

Получение. Основным источником Т. служат отходы атомной промышленности. Выход 99 tc при делении 235 u составляет около 6%. Из смеси продуктов деления Т. в виде пертехнатов, окислов, сульфидов извлекают экстракцией органическими растворителями, методами ионного обмена, осаждением малорастворимых производных. Металл получают восстановлением водородом nh 4 tco 4 , tco 2 , tc 2 s 7 при 600-1000 °С или электролизом.

Применение. Т. - перспективный металл в технике; он может найти применение как катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал. Соединения Т. - эффективные ингибиторы коррозии. 99m tc используется в медицине как источник g -излучения. Т. радиационноопасен, работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры.

Лит.: Котегов К. В., Павлов О. Н., Шведов В. П., Технеций, М., 1965; Получение Тс 99 в виде металла и его соединений из отходов атомной промышленности, в кн.: Производство изотопов, М., 1973.