Химия
9 класс

   

§ 1. Характеристика химического элемента на основании его положения в Периодической системе Д. И. Менделеева

Как и литературным героям, химическим элементам — «героям» химических процессов дают характеристики. Только если для первых в качестве первоисточника используют литературное произведение, то для вторых — Периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева. Однако и в первом, и во втором случае необходим план.

Характеризуя химический элемент, будем придерживаться следующего плана.

  1. Положение элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева и строение его атомов.
  2. Характер простого вещества (металл, неметалл).
  3. Сравнение свойств простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по подгруппе элементами.
  4. Сравнение свойств простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по периоду элементами.
  5. Состав высшего оксида, его характер (основный, кислотный, амфотерный).
  6. Состав высшего гидроксида, его характер (кислородсодержащая кислота, основание, амфотерный гидроксид).
  7. Состав летучего водородного соединения (для неметаллов).

В приведённом плане для вас незнакомыми являются следующие химические понятия: переходные металлы, амфотерные оксиды и гидроксиды. Их смысл будет раскрыт в следующем параграфе. Пока же рассмотрим характеристики металла и неметалла.

При этом будем руководствоваться уже известными вам из курса 8 класса основными закономерностями изменения свойств атомов, простых веществ и соединений, образованных химическими элементами главных подгрупп (А групп) и периодов Периодической системы Д. И. Менделеева (табл. 1).

Таблица 1
Закономерности изменения свойств атомов, простых веществ и соединений, образованных химическими элементами, в пределах главных подгрупп и периодов Периодической системы Д. И. Менделеева

Формы существования химического элемента и их свойства

Изменения свойств

в главных подгруппах ↓

в периодах →

Атомы

Заряд ядра

Увеличивается

Увеличивается

Число заполняемых энергетических уровней

Увеличивается

Не изменяется и равно номеру периода

Число электронов на внешнем уровне

Не изменяется и равно номеру группы

У величивается

Радиус атома

Увеличивается

Уменьшается

Восстанови-
тельные
свойства

Усиливаются

Ослабевают

Окислительные
свойства

Ослабевают

Усиливаются

Высшая степень окисления

Постоянная и равна номеру группы (N)

У величивается от +1 до +7 (+8)

Низшая степень окисления

Не изменяется и равна (8-N)

Увеличивается от -4 до —1

Простые
вещест-
ва

Металлические
свойства

Усиливаются

Ослабевают

Неметаллические свойства

Ослабевают

Усиливаются

Соеди-
нения-
эле-
ментов

Характер
химических
свойств
высшего
оксида и
высшего
гидроксида

Усиление
основных
свойств и
ослабление
кислотных
свойств

Основный —>
—> Амфотерный —> Кислотный

Усиление кислотных свойств и ослабление основных

Щёлочь —> Нерастворимое основание —>
—> Амфотерный гидроксид —>
—> Кислота

Характеристика металла на примере магния.

1. Магний имеет порядковый номер в Периодической системе Z — 12 и массовое число А — 24. Соответственно заряд ядра его атома +12 (число протонов). Следовательно, число нейтронов в ядре равно N = А - Z = 12. Так как атом электронейтрален, то число электронов, содержащихся в атоме магния, тоже равно 12.

Элемент магний находится в 3-м периоде Периодической системы, значит, все электроны атома располагаются на трёх энергетических уровнях. Строение электронной оболочки атома магния можно отразить с помощью следующей схемы:

Исходя из строения атома, можно предсказать и степень окисления магния в его соединениях. В химических реакциях атом магния отдаёт два внешних электрона, проявляя восстановительные свойства, следовательно, он получает степень окисления +2.

Восстановительные свойства у магния выражены сильнее, чем у бериллия, но слабее, чем у кальция (элементы IIA группы), что связано с увеличением радиусов атомов при переходе от Be к Mg и Са. Соответственно в ряду Be — Mg — Са два внешних электрона всё более удаляются от ядра, ослабевает их связь с ядром, и они всё легче покидают атом, который при этом переходит в ион М2+ (М — металл).

2. Для магния — простого вещества — характерна металлическая кристаллическая решётка и металлическая химическая связь, а отсюда и все типичные для металлов свойства (вспомните какие).

3. Металлические свойства у магния выражены сильнее, чем у бериллия, но слабее, чем у кальция (объясните почему, учитывая, что металлические свойства определяются в первую очередь способностью атомов отдавать электроны).

4. Металлические свойства у магния выражены слабее, чем у натрия, но сильнее, чем у алюминия (соседние элементы 3-го периода) (объясните почему).

5. Оксид магния MgO является основным оксидом и проявляет все типичные свойства основных оксидов {вспомните какие).

6. В качестве гидроксида магнию соответствует основание Mg(OH)2, которое проявляет все характерные свойства оснований (вспомните какие).

7. Летучего водородного соединения магний не образует.

Характеристика неметалла на примере серы.

1. Сера — элемент VIA группы и 3-го периода, Z = 16, А = 32. Соответственно атом серы содержит в ядре 16 протонов и 16 нейтронов и на электронной оболочке — 16 электронов. Строение его электронной оболочки можно отразить с помощью следующей схемы:

Атомы серы проявляют как окислительные свойства (принимают недостающие для завершения внешнего уровня два электрона, получая при этом степень окисления —2, например в соединениях с металлами или менее электроотрицательными элементами-неметаллами — водородом, углеродом и т. п.), так и восстановительные свойства (отдают 2, 4 или все 6 внешних электронов более электроотрицательным элементам, например кислороду, галогенам, приобретая при этом степени окисления +2, +4, +6).

Сера — менее сильный окислитель, чем кислород, но более сильный, чем селен, что связано с увеличением радиусов атомов от кислорода к селену. По этой же причине восстановительные свойства элементов в главной подгруппе VI группы (VIA группы) при переходе от кислорода к селену усиливаются. {Дайте объяснения указанных изменений окислительных и восстановительных свойств.)

2. Сера — простое вещество, типичный неметалл. Сере свойственно явление аллотропии. Разные простые вещества, образованные химическим элементом серой, имеют различные свойства, так как кристаллическое строение их различно. Например, у ромбической серы молекулярная кристаллическая решётка состоит из циклических молекул состава S8, а у пластической серы молекулы представляют собой длинные открытые цепи атомов:

3. Неметаллические свойства у серы выражены слабее, чем у кислорода, но сильнее, чем у селена.

4. Неметаллические свойства у серы выражены сильнее, чем у фосфора, но слабее, чем у хлора (соседние элементы в 3-м периоде).

5. Высший оксид серы имеет формулу SO2. Это кислотный оксид. Он проявляет все типичные свойства кислотных оксидов {какие?).

6. Высший гидроксид серы — хорошо известная вам серная кислота H2SO4, раствор которой проявляет все типичные свойства кислот {какие?).

7. Сера образует летучее водородное соединение — сероводород H2S.

Подобные характеристики можно привести для большинства элементов-металлов и элементов-неметаллов главных подгрупп. На их основе можно составить генетические ряды металла и неметалла.

Генетический ряд металла:

Генетический ряд неметалла:

Новые слова и понятия

  1. План характеристики химического элемента.
  2. Характеристика элемента-металла.
  3. Характеристика элемента-неметалла.
  4. Генетические ряды металла и неметалла.

Задания для самостоятельной работы

  1. Дайте характеристику элементов: а) фосфора; б) калия.
  2. Запишите уравнения химических реакций, характеризующие свойства: a) MgO и SO3; б) Mg(OH)2 и H2SO4. Уравнения реакций с участием электролитов запишите также в ионной форме.
  3. Дайте характеристику магния — простого вещества. Какой тип связи наблюдается в нём? Какие физические свойства имеет металл магний? Запишите уравнения реакций магния со следующими веществами: а) кислородом; б) хлором Сl2; в) серой; г) азотом N2; д) соляной кислотой. Рассмотрите их с позиций процессов окисления-восстановления.
  4. Что такое аллотропия? Какой тип химической связи реализуется в молекулах состава: a) S8; б) H2S? Какие физические свойства имеет наиболее устойчивая модификация серы — ромбическая сера? Запишите уравнения реакций серы со следующими веществами: а) натрием; б) кальцием; в) алюминием; г) кислородом; д) водородом; е) фтором F2. Рассмотрите их с позиций процессов окисления-восстановления.
  5. Сравните свойства простого вещества кремния со свойствами простых веществ, образованных химическими элементами — соседями кремния по периоду.
  6. У высшего оксида какого химического элемента наиболее выражены кислотные свойства: а) азота или фосфора; б) фосфора или серы?
  7. Вычислите объём воздуха (примите объёмную долю кислорода в нём равной 0,2), который потребуется для сжигания 120 мг образца магния, содержащего 2% негорючих примесей.
  8. Вычислите объём оксида серы (IV) (н. у.), который может быть получен при сжигании 1,6 кг серы, если выход продукта составляет 80% от теоретически возможного.

    Указание. Сначала по уравнению реакции рассчитайте объём оксида серы (IV) — это теоретический объём Vтеор, затем найдите практический объём Vпракт, исходя из известного выхода продукта W:

    W = Vпракт : Vтеор, отсюда Vпракт = W • Vтеор.

    Аналогично можно найти массу продукта реакции, используя формулу:

    W = mпракт : mтеор, отсюда mпракт = W • mтеор.

  9. Можно ли утверждать, что высшему оксиду серы SO3 соответствует сернистая кислота H2SO3? Почему?
  10. Используя метод электронного баланса, определите коэффициенты в схемах химических реакций:

    а) Mg + СO2 -> MgO + С;

    б) S + КСlO3 -> КСl + SO2.

Рейтинг@Mail.ru