Меню

Сравнение свойств элемента со свойствами элементов соседей по подгруппе



§ 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 →

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 М 2+ (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).

Читайте также:  Сравнение процессоров i7 9700

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:

Аналогично можно найти массу продукта реакции, используя формулу:

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

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

    Источник

    Характеристика химического элемента и его свойств на основе положения в периодической системе Д.И. Менделеева и теории строения атома

    Законы природы обладают прогностическими функциями (т. е. позволяют прогнозировать развитие и результаты происходящих событий, процессов и т. п.). Периодический закон и отражающая его периодическая система таят огромные возможности для предсказания и описания свойств известных элементов, для открытия неизвестных элементов.

    В описании элементов и предсказании их свойств особую роль приобретает порядковый номер Z, с которым связано положение (место) элемента в периодической системе. Для разносторонней характеристики элемента надо знать не только его порядковый номер, но и его положение в периоде, группе, подгруппе.

    При самостоятельном составлении характеристики того или иного элемента следует активно применять такие методы и приёмы познания, как описание и анализ свойств элементов на основе их сравнения и аналогии, давать классификацию элементам, предсказывать их свойства. Широко использовал подобные методы при открытии периодического закона и Д.И. Менделеев.

    Рассмотрим их применение на примере характеристики элемента с порядковым номером 15. Это фосфор. Следовательно, заряд ядра его атомов +15, число электронов также равно 15. Фосфор расположен в 3-м периоде и V группе главной подгруппы элементов. У его атомов пять валентных электронов в наружном слое. Его высший оксид имеет форму Р2O5 и кислотный характер, газообразное водородное соединение его — РН3. Фосфор — неметаллический элемент. Для того чтобы дать более полную и обстоятельную характеристику элемента, следует сравнить свойства фосфора и свойства его соединений со свойствами элементов — соседей по периоду (с Si и S) и с элементами — аналогами по подгруппе (с N и As). При обобщённой характеристике элементов надо учитывать не только его индивидуальность, но и периодическую изменяемость свойств окружающих его элементов в периодах и подгруппах.

  • Читайте также:  Вытяжка встраиваемая выдвижная или нет сравнение

    Приводим алгоритм описания свойств элемента на основе его места в периодической системе.

    Опираясь на этот план, важно научиться:

    а) давать сравнительную характеристику любого элемента, зная его место в периодической системе;

    б) прогнозировать и объяснять на этой основе строение атомов и химические свойства разных элементов.

    Электроотрицательность • Характеристика химического элемента по положению в периодической системе

    Вопросы и задания

    1. Что такое энергия ионизации, что она выражает и как изменяется?

    2. Что такое сродство к электрону? Как оно изменяется у атомов элементов в подгруппах и периодах?

    3. Что такое электроотрицательность элементов? Как она выражается и какое имеет значение для изучения химии?

    4. В ряду элементов О → S → Se с увеличением порядкового номера химического элемента электроотрицательность

    1) увеличивается
    2) уменьшается

    3) не изменяется
    4) изменяется периодически

    5. В ряду элементов С → N → 0 → F c увеличением порядкового номера химического элемента электроотрицательность

    1) увеличивается
    2) уменьшается

    3) не изменяется
    4) изменяется периодически

    6. Какими свойствами должен обладать элемент, у которого Z = 34? Дайте его описание.

    7. Элемент шестого периода образует с кислородом оксид ЭО, который гидратируется водой с образованием щёлочи. Газообразных водородных соединений не имеет. Что это за элемент и в какой группе и подгруппе периодической системы он находится?

    8. Вычислите массу 20 %-й соляной кислоты, которая потребуется для очистки железной пластины от ржавчины массой 21,4 г. (Следует учесть, что ржавчина состоит только из гидроксида железа (III).)

    9. Для полной нейтрализации 150 г раствора с массовой долей хлороводорода 7,3 % потребовалось 200 г раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю (%) щёлочи в этом растворе.

    Источник

    § 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 9 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).

    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 IIА 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).

    Читайте также:  Исторические формы мировоззрения сравнить философию с наукой религией искусством

    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 (iвспомните 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 SO3. 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.

    1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

    2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока — сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

    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 Итеор, затем найдите практический объём Упракт, исходя из известного выхода продукта W:

    Аналогично можно найти массу продукта реакции, используя формулу:

    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:

    Источник