Восстановительные свойства по таблице менделеева – Урок №45 -46. Положение металлов в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Металлическая связь. Физические и химические свойства металлов. Ряд напряжений металлов.

Содержание

Изменение металлических и неметаллических свойств в таблице Менделеева

Периодическая таблица Дмитрия Ивановича Менделеева очень удобна и универсальна в своём использовании. По ней можно определить некоторые характеристики элементов, и что самое удивительное, предсказать некоторые свойства ещё неоткрытых, не обнаруженных учёными, химических элементов (например, мы знаем некоторые свойства предполагаемого унбигексия, хотя его ещё не открыли и не синтезировали).

Что такое металлические и неметаллические свойства

Эти свойства зависят от способности элемента отдавать или притягивать к себе электроны. Важно запомнить одно правило, металлы – отдают электроны, а неметаллы – принимают. Соответственно металлические свойства – это способность определённого химического элемента отдавать свои электроны (с внешнего электронного облака) другому химическому элементу. Для неметаллов всё в точности наоборот. Чем легче неметалл принимает электроны, тем выше его неметаллические свойства.

Металлы никогда не примут электроны другого химического элемента. Такое характерно для следующих элементов;

  • натрия;
  • калия;
  • лития;
  • франция и так далее.

С неметаллами дела обстоят похожим образом. Фтор больше всех остальных неметаллов проявляет свои свойства, он может только притянуть к себе частицы другого элемента, но ни при каких условиях не отдаст свои. Он обладает наибольшими неметаллическими свойствами. Кислород (по своим характеристикам) идёт сразу же после фтора. Кислород может образовывать соединение с фтором, отдавая свои электроны, но у других элементов он забирает отрицательные частицы.

Список неметаллов с наиболее выраженными характеристиками:

  1. фтор;
  2. кислород;
  3. азот;
  4. хлор;
  5. бром.

Неметаллические и металлические свойства объясняются тем, что все химические вещества стремятся завершить свой энергетический уровень. Для этого на последнем электронном уровне должно быть 8 электронов. У атома фтора на последней электронной оболочке 7 электронов, стремясь завершить ее, он притягивает ещё один электрон. У атома натрия на внешней оболочке один электрон, чтобы получить 8, ему проще отдать 1, и на последнем уровне окажется 8 отрицательно заряженных частиц.

Благородные газы не взаимодействуют с другими веществами именно из-за того, что у них завершён энергетический уровень, им не нужно ни притягивать, ни отдавать электроны.

Как изменяются металлические свойства в периодической системе

Периодическая таблица Менделеева состоит из групп и периодов. Периоды располагаются по горизонтали таким образом, что первый период включает в себя: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и так далее. Химические элементы располагаются строго по увеличению порядкового номера.

Группы располагаются по вертикали таким образом, что первая группа включает в себя: литий, натрий, калий, медь, рубидий, серебро и так далее. Номер группы указывает на количество отрицательных частиц на внешнем уровне определённого химического элемента. В то время, как номер периода указывает на количество электронных облаков.

Металлические свойства усиливаются в ряду справа налево или, по-другому, ослабевают в периоде. То есть магний обладает большими металлическими свойствами, чем алюминий, но меньшими, нежели натрий. Это происходит потому, что в периоде количество электронов на внешней оболочке увеличивается, следовательно, химическому элементу сложнее отдавать свои электроны.

В группе все наоборот, металлические свойства усиливаются в ряду сверху вниз. Например, калий проявляется сильнее, чем медь, но слабее, нежели натрий. Объяснение этому очень простое, в группе увеличивается количество электронных оболочек, а чем дальше электрон находится от ядра, тем проще элементу его отдать. Сила притяжения между ядром атома и электроном в первой оболочке больше, чем между ядром и электроном в 4 оболочке.

Сравним два элемента – кальций и барий. Барий в периодической системе стоит ниже, чем кальций. А это значит, что электроны с внешней оболочки кальция расположены ближе к ядру, следовательно, они лучше притягиваются, чем у бария.

Сложнее сравнивать элементы, которые находятся в разных группах и периодах. Возьмём, к примеру, кальций и рубидий. Рубидий будет лучше отдавать отрицательные частицы, чем кальций. Так как он стоит ниже и левее. Но пользуясь только таблицей Менделеева нельзя однозначно ответить на этот вопрос сравнивая магний и скандий (так как один элемент ниже и правее, а другой выше и левее). Для сравнения этих элементов понадобятся специальные таблицы (например, электрохимический ряд напряжений металлов).

Как изменяются неметаллические свойства в периодической системе

Неметаллические свойства в периодической системе Менделеева изменяются с точностью до наоборот, нежели металлические. По сути, эти два признака являются антагонистами.

Неметаллические свойства усиливаются в периоде (в ряду справа налево). Например, сера способна меньше притягивать к себе электроны, чем хлор, но больше, нежели фосфор. Объяснение этому явлению такое же. Количество отрицательно заряженных частиц на внешнем слое увеличивается, и поэтому элементу легче закончить свой энергетический уровень.

Неметаллические свойства уменьшаются в ряду сверху вниз (в группе). Например, фосфор способен отдавать отрицательно заряженные частицы больше, чем азот, но при этом способен лучше притягивать, нежели мышьяк. Частицы фосфора притягиваются к ядру лучше, чем частицы мышьяка, что даёт ему преимущество окислителя в реакциях на понижение и повышение степени окисления (окислительно-восстановительные реакции).

Сравним, к примеру, серу и мышьяк. Сера находится выше и правее, а это значит, что ей легче завершить свой энергетический уровень. Как и металлы, неметаллы сложно сравнивать, если они находятся в разных группах и периодах. Например, хлор и кислород. Один из этих элементов выше и левее, а другой ниже и правее. Для ответа придётся обратиться к таблице электроотрицательности неметаллов, из которой мы видим, что кислород легче притягивает к себе отрицательные частицы, нежели хлор.

Периодическая таблица Менделеева помогает узнать не только количество протонов в атоме, атомную массу и порядковый номер, но и помогает определить свойства элементов.

Видео

Видео поможет вам разобраться в закономерности свойств химических элементов и их соединений по периодам и группам.

liveposts.ru

Усиление металлических свойств в таблице менделеева

Усиление металлических свойств в таблице менделеева наблюдается с право на лево. В противоположном направлении возрастают неметаллические ионы.

Это связано с тем, что справа находятся элементы, электронные оболочки которых ближе к октету. Элементы с правой стороны периода редко выделяют свои электроны для образования металлической связи и, как правило, химических реакций.

Например, углерод является более выраженным неметаллием, чем его сосед в период бора, а азот даже имеет более яркие неметаллические свойства, чем углерод.

Слева направо ядерный заряд также увеличивается за этот период. В результате притяжение к сердечнику валентных электронов возрастает и их отталкивание затруднено.

Напротив, s-элементы в левой части таблицы имеют немного электронов на внешней оболочке и более низкий заряд ядра, что способствует образованию металлической связи. С понятным исключением из водорода и гелия (их оболочки близки к завершению или полны!), Все s-элементы - это металлы; p элементы могут быть либо металлами, либо неметаллами, в зависимости от того, находятся ли они на левой или правой стороне таблицы.

Как известно, элементы d и f имеют «резервные» электроны из «предпоследних» оболочек, что усложняет простой образ, типичный для s и p элементов. В общем случае d- и f-элементы обладают гораздо более вероятными металлическими свойствами.

Подавляющее число элементов - это металлы, и только 22 элемента классифицируются как неметаллы: H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te и все галогены и инертные газы.

Некоторые элементы называются полуметаллами из-за того, что они могут проявлять только слабые металлические свойства.

Что такое полуметаллы? Если вы выбираете p элементов из периодической системы и записываете их в отдельный «блок» (это происходит в «длинной» форме таблицы), регулярность показана на рисунке 4-7. Левая нижняя часть блока содержит типичные металлы, правая верхняя часть содержит типичные неметаллы. Элементы, занимающие места на границе между металлами и неметаллами, иногда называют полуметаллами.

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при металлической проводимости (электропроводность). Валентные электроны либо недостаточны для образования полной «октетной» ковалентной связи (как в боре), либо они недостаточно захвачены (как в пластинах или полонии) из-за больших размеров атома. Поэтому связывание в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частичный металлический характер.

Некоторые полуметаллы (кремний, германий) являются полупроводниками. Полупроводниковые свойства этих элементов объясняются многими сложными причинами, но одна из них представляет собой гораздо меньшую (хотя и не нулевую) электропроводность, объясненную слабой металлической связью. Роль полупроводников в электронной технике чрезвычайно важна.

Если вы перемещаете вниз вдоль групп, свойства металла элементов улучшаются. Это связано с тем, что в группах ниже групп есть элементы, у которых уже есть много заполненных электронных лотков. Их внешние оболочки удаляются из ядра. Они отделены от ядра более толстой «оболочкой» от нижних электронных оболочек, а электроны внешних плоскостей слабее ослаблены.

xn--d1aca5absbidce4b.xn--p1ai

Как изменяются свойства хим. элементов в периодах и группах?

Группы короткопериодной таблицы делятся на подгруппы (главные и побочные) , совпадающие с группами длиннопериодной таблицы.

У всех атомов элементов одного периода одинаковое число электронных слоев, равное номеру периода.

Число элементов в периодах: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Большинство элементов восьмого периода получены искусственно, последние элементы этого периода еще не синтезированы. Все периоды, кроме первого начинаются с элемента, образующего щелочной металл (Li, Na, K и т. д.) , а заканчиваются элементом, образующим благородный газ (He, Ne, Ar, Kr и т. д.) .

В короткопериодной таблице - восемь групп, каждая из которых делится на две подгруппы (главную и побочную) , в длиннопериодной таблице - шестнадцать групп, которые нумеруются римскими цифрами с буквами А или В, например: IA, IIIB, VIA, VIIB. Группа IA длиннопериодной таблицы соответствует главной подгруппе первой группы короткопериодной таблицы; группа VIIB - побочной подгруппе седьмой группы: остальные - аналогично.

Характеристики химических элементов закономерно изменяются в группах и периодах.

В периодах (с увеличением порядкового номера)

увеличивается заряд ядра,
увеличивается число внешних электронов,
уменьшается радиус атомов,
увеличивается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации) ,
увеличивается электроотрицательность,
усиливаются окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"),
ослабевают восстановительные свойства простых веществ ("металличность"),
ослабевает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов,
возрастает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов.
В группах (с увеличением порядкового номера)

увеличивается заряд ядра,
увеличивается радиус атомов (только в А-группах) ,
уменьшается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации; только в А-группах) ,
уменьшается электроотрицательность (только в А-группах) ,
ослабевают окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"; только в А-группах) ,
усиливаются восстановительные свойства простых веществ ("металличность"; только в А-группах) ,
возрастает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах) ,
ослабевает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах) ,

снижается устойчивость водородных соединений (повышается их восстановительная активность; только в А-группах) .

Подробнее посмотрите здесь: http://www.samfact.com/Mendeelev_system_of_chemical_elements

otvet.mail.ru

Восстановительными свойствами обладают... Окислительно-восстановительные свойства

Окислительно-восстановительные свойства отдельных атомов, а также ионов являются важным вопросом современной химии. Данный материал помогает объяснять активность элементов и веществ, проводить детальное сравнение химических свойств у разных атомов.

Что такое окислитель

Многие задачи по химии, включая тестовые вопросы единого государственного экзамена в 11 классе, и ОГЭ в 9 классе, связаны с данным понятием. Окислителем считают атомы либо ионы, которые в процессе химического взаимодействия принимают электроны от другого иона либо атома. Если анализировать окислительные свойства атомов, нужна периодическая система Менделеева. В периодах, располагающихся в таблице слева направо, окислительная способность атомов возрастает, то есть меняется аналогично неметаллическим свойствам. В основных подгруппах подобный параметр уменьшается сверху вниз. Среди самых сильных простых веществ, обладающих окислительной способностью, лидирует фтор. Такой термин, как «электроотрицательность», то есть возможность атома принимать в случае химического взаимодействия электроны, можно считать синонимом окислительных свойств. Среди сложных веществ, которые состоят из двух и больше химических элементов, яркими окислителями можно считать: перманганат калия, хлорат калия, озон.

Что такое восстановитель

Восстановительные свойства атомов характерны для простых веществ, проявляющих металлические свойства. В таблице Менделеева в периодах металлические свойства слева направо ослабевают, а в основных подгруппах (вертикально) они усиливаются. Суть восстановления в отдаче электронов, которые располагаются на внешнем энергетическом уровне. Чем большее количество электронных оболочек (уровней), тем легче отдать во время химического взаимодействия «лишние» электроны.

Отличными восстановительными свойствами обладают активные (щелочные, щелочно-земельные) металлы. Кроме того, веществ, проявляющих подобные параметры, выделим оксид серы (6), угарный газ. Для того чтобы приобрести максимальную степень окисления, данные соединения вынуждены проявлять восстановительные свойства.

Процесс окисления

Если во время химического взаимодействия атом либо ион отдает электроны иному атому (иону), идет речь о процессе окисления. Для анализа того, как меняются восстановительные свойства и окислительная способность, потребуется таблица элементов Менделеева, а также знание современных законов физики.

Процесс восстановления

Восстановительные процессы предполагают принятие ионами либо атомами электронов от других атомов (ионов) во время непосредственного химического взаимодействия. Отличными восстановителями являются нитриты, сульфиты щелочных металлов. Восстановительные свойства в системе элементов меняются аналогично металлическим свойствам простых веществ.

Алгоритм разбора ОВР

Для того чтобы в готовой химической реакции учащийся мог расставить коэффициенты, необходимо воспользоваться специальным алгоритмом. Окислительно-восстановительные свойства помогают решать и разнообразные расчетные задачи в аналитической, органической, общей химии. Предлагаем порядок разбора любой реакции:

  1. Сначала важно определить у каждого имеющегося элемента степень окисления, используя правила.
  2. Далее определяют те атомы либо ионы, которые поменяли свою степень окисления, будут участвовать в реакции.
  3. Знаками «минус» и «плюс» указывают число отданных и принятых в ходе химической реакции свободных электронов.
  4. Далее между числом всех электронов определяется минимальное общее кратное, то есть целое число, которое без остатка делится на принятые и отданные электроны.
  5. Затем его делят на электроны, участвовавшие в химической реакции.
  6. Далее определяем, какие именно ионы либо атомы восстановительными свойствами обладают, а также определяют окислители.
  7. На завершающем этапе ставят коэффициенты в уравнении.

Применяя способ электронного баланса, расставим коэффициенты в данной схеме реакции:

NaMnO4 + сероводород + серная кислота= S + Mn SO4 +…+…

Алгоритм решения поставленной задачи

Выясним, какие именно должны после взаимодействия образоваться вещества. Так как в реакции уже есть окислитель (им будет марганец) и определен восстановитель (им будет сера), образуются вещества, в которых уже не меняются степени окисления. Так как основная реакция протекала между солью и сильной кислородсодержащей кислотой, то одним из конечных веществ станет вода, а вторым - соль натрия, точнее, сульфат натрия.

Составим теперь схему отдачи и принятия электронов:

- Mn+7 берет 5 e= Mn+2.

Вторая часть схемы:

- S-2 отдает2e= S0

Ставим в исходную реакцию коэффициенты, не забывая при этом суммировать все атомы серы в частях уравнения.

2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO4 = 5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO4.

Разбор ОВР с участием перекиси водорода

Применяя алгоритм разбора ОВР, можно составить уравнение протекающей реакции:

перекись водорода + серная кислота + пермагнанат калия = Mn SO4 + кислород + …+…

Степени окисления изменили ион кислорода (в перекиси водорода) и катион марганца в перманганате калия. То есть восстановитель, а также окислитель у нас присутствуют.

Определим, что за вещества еще могут получиться после взаимодействия. Одно из них будет водой, что вполне очевидно, представлена реакция между кислотой и солью. Калий не образовал нового вещества, вторым продуктом станет соль калия, а именно сульфат, так как реакция шла с серной кислотой.

Схема:

2O – отдает 2 электрона и превращается в O20 5

Mn+7 принимает 5 электронов и становится ионом Mn+2 2

Поставим коэффициенты.

5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4 = 5O2 + 2Mn SO4 + 8H2O + K2SO4

Пример разбора ОВР с участием хромата калия

Используя способ электронного баланса, составим уравнение с коэффициентами:

FeCl2 + соляная кислота + хромат калия = FeCl3+ CrCl3 + …+…

Степени окисления поменяли железо (в хлориде железа II) и ион хрома в бихромате калия.

Теперь постараемся выяснить, какие еще вещества образуются. Одно может быть солью. Поскольку калий не образовал никакого соединения, следовательно, вторым продуктом будет соль калия, точнее, хлорид, ведь реакция проходила с соляной кислотой.

Составим схему:

Fe+2 отдает e =Fe+3 6 восстановитель,

2Cr+6 принимает 6 e = 2Cr +3 1 окислитель.

Поставим коэффициенты в начальную реакцию:

6K2Cr2O7 + FeCl2 + 14HCl = 7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl

Пример разбора ОВР с участием иодида калия

Вооружившись правилами, составим уравнение:

перманганат калия + серная кислота + иодид калия...сульфат марганца + йод +…+…

Степени окисления изменили марганец и йод. То есть восстановитель и окислитель присутствуют.

Теперь выясним,что в итоге у нас образуется. Соединение будет у калия, то есть получим сульфат калия.

Восстановительные процессы протекают у ионов йода.

Составим схему передачи электронов:

- Mn+7 принимает 5 e = Mn+2 2 является окислителем,

- 2I- отдает2 e = I20 5 является восстановителем.

Расставляем коэффициенты в начальную реакцию, не забываем при этом суммировать все атомы серы в данном уравнении.

210KI + KMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O

Пример разбора ОВР с участием сульфита натрия

Используя классический метод, составим для схемы уравнение:

- серная кислота + KMnO4 + сульфит натрия... сульфат натрия + сульфат марганца +…+…

После взаимодействия получим соль натрия, воду.

Составим схему:

- Mn+7 принимает 5 e= Mn+2 2,

- S+4 отдает 2 e = S+6 5.

Расставляем коэффициенты в рассматриваемую реакцию, не забываем складывать атомы серы при расстановке коэффициентов.

3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2SO3 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O.

Пример разбора ОВР с участием азота

Выполним следующее задание. Пользуясь алгоритмом, составим полное уравнение реакции:

- нитрат марганца +азотная кислота+PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+

Проанализируем, какое вещество еще образуется. Так как реакция проходила между сильным окислителем и солью, значит, веществом будет вода.

Покажем изменение числа электронов:

- Mn+2 отдает 5 e = Mn+7 2 проявляет свойства восстановителя,

- Pb+4 принимает 2 e = Pb+2 5 окислителем.

3. Расставляем коэффициенты в исходную реакцию, обязательно складываем весь азот, имеющийся в левой части исходного уравнения:

- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO2 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O.

В данной реакции не проявляются восстановительные свойства азота.

Второй образец окислительно-восстановительной реакции с азотом:

Zn + серная кислота + HNO3= ZnSO4 + NO+…

- Zn0 отдает 2 e = Zn+2 3 будет восстановителем,

N+5принимает 3 e = N+2 2 является окислителем.

Расставляем коэффициенты в заданную реакцию:

3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 = 3ZnSO4 + 2NO + 4H2O.

Значимость окислительно-восстановительных реакций

Самые известные восстановительные реакции - фотосинтез, характерный для растений. Как изменяются восстановительные свойства? Процесс происходит в биосфере, приводит к повышению энергии с помощью внешнего источника. Именно эту энергию и использует для своих нужд человечество. Среди примеров окислительных и восстановительных реакций, связанных с химическими элементами, особое значение имеют превращения соединений азота, углерода, кислорода. Благодаря фотосинтезу земная атмосфера имеет такой состав, который необходим для развития живых организмов. Благодаря фотосинтезу не увеличивается количество углекислого газа в воздушной оболочке, поверхность Земли не перегревается. Растение не только развивается с помощью окислительно-восстановительной реакции, но и образует такие нужные для человека вещества, как кислород, глюкоза. Без данной химической реакции невозможен полноценный круговорот веществ в природе, а также существование органической жизни.

Практическое применение ОВР

Для того чтобы сохранить поверхность металла, необходимо знать, что восстановительными свойствами обладают активные металлы, поэтому можно покрывать поверхность слоем более активного элемента, замедляя при этом процесс химической коррозии. Благодаря наличию окислительно-восстановительных свойств осуществляется очистка и дезинфекция питьевой воды. Ни одну задачу нельзя решить, не расставив правильно в уравнении коэффициенты. Для того чтобы избежать ошибок, важно иметь представление обо всех окислительно-восстановительных параметрах.

Защита от химической коррозии

Особую проблему для жизни и деятельности человека представляет коррозия. В результате данного химического превращения происходит разрушение металла, теряют свои эксплуатационные характеристики детали автомобиля, станков. Для того чтобы исправить подобную проблему, используется протекторная защита, покрытие металла слоем лака либо краски, применение антикоррозионных сплавов. Например, железная поверхность покрывается слоем активного металла - алюминия.

Заключение

Разнообразные восстановительные реакции происходят и в организме человека, обеспечивают нормальную работу пищеварительной системы. Такие основные процессы жизнедеятельности, как брожение, гниение, дыхание, также связаны с восстановительными свойствами. Обладают подобными возможностями все живые существа на нашей планете. Без реакций с отдачей и принятием электронов невозможна добыча полезных ископаемых, промышленное производство аммиака, щелочей, кислот. В аналитической химии все методы объемного анализа основаны именно на окислительно-восстановительных процессах. Борьба с таким неприятным явлением, как химическая коррозия, также основывается на знании этих процессов.

fb.ru

Закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений

26-Авг-2012 | комментариев 19 | Лолита Окольнова

по периодам и группам

 

Химические свойства элементов (а уж тем более их соединений!) напрямую зависят от строения атома.

 

Не надо учить наизусть химические свойства каждого атома, не надо зазубривать химические реакции… ответ на любой вопрос по химии находится в Периодической системе элементов.

 

 

 

Как изменяются электронные конфигурации s-, p-элементов (по группам и периодам) и d-элементов, тоже можно почитать отдельно.

 

Давайте рассмотрим, как изменяются свойства химических элементов в группах и в периодах.

 

 

В группах все элементы имеют сходное электронное строение. Различий в наполнении внешнего энергетического уровня электронами нет.

 

  • Меняется размер атома — сверху вниз в группе радиусы атомов увеличиваются!

 

Что это означает? Это означает, что

 

1) внешние электроны все слабее притягиваются к ядру атома;

 

2) возрастает способность атома отдавать электроны.

 

3)  способность отдавать электроны=металлические свойства, т.е.

 

 закономерность изменения химических свойств элементов и их соединений в группах:

 

  • В группах сверху вниз возрастают металлические свойства элементов
  • усиливаются основные свойства их соединений

Изменения химических свойств элементов и их соединений в периодах:

 

 

В периодах наблюдается несколько другая картина:

1) Слева направо в периодах радиусы атомов уменьшаются;

2) количество электронов на внешнем слое при этом увеличивается;

3) электроотрицательность элементов  = неметаллические свойства увеличивается

закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений в периодах:

 

  • В периодах слева направо возрастают неметаллические свойства элементов, электроотрицательность;
  • усиливаются кислотные свойства их соединений

 

Исходя из этих соображений получается, что звание «Король Неметаллов» у нас присуждается… (барабанная дробь)… F ! Рядом с ним даже кислород (O) проявляет положительную степень окисления: OF2 — бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом.

 

Итак, подведем итог:

 

С увеличением заряда ядра атомов наблюдается  постепенное закономерное изменение свойств элементов и их соединений от металлических к типично неметаллическим, что связано с увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне.

 

 

Есть еще элементы, которые образуют так называемые амфотерные соединения. Они проявляют как металлические, так и неметаллические свойства.

 

К ним относятся:

 

 


 

  • вопросы заданий ЕГЭ по этой теме — А2 
  • А2 ГИА (ОГЭ)

 



 
 
 

Категории: |

Обсуждение: "Закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений"

(Правила комментирования)

distant-lessons.ru

Задачи к разделу Периодический закон и периодическая система химических элементов

Решение. Номер периода показывает число электронных слоев, номер внешнего электронного слоя, число энергетических уровней, номер высшего энергетического уровня, значение главного квантового числа для высшего энергетического уровня.

Элементы четвертого периода имеют главное квантовое число n = 4.

Электронных слоев – 4.

Четвертый период заканчивается благородным газом. После двух s-элементов (К и Са) следуют 10 элементов (от Sc до Zn), в атомах которых электроны в последнюю очередь заполняют d-подуровень предвнешнего электронного слоя (d-элементы). У Cr и Cu наблюдается проскок электрона. Завершают период p-элементы.

Слева направо заряд ядра растет, так как идет заполнение орбиталей и число электронов и протонов растет.

Слева направо атомные радиусы элементов уменьшаются, так как растет атомное притяжение.

Энергия ионизации увеличивается. Так как элементы с левой стороны таблицы стремятся потерять электрон, чтобы походить на ближайший благородный газ (приобрести устойчивую структуру), поэтому для отрыва электрона не требуется много энергии. Элементы с правой стороны таблицы стремятся приобрести электрон. Следовательно, для отрыва электрона требуется больше энергии.

Электроотрицательность и металичность в главных подгруппах слева направо растет (благородные газы не имеют электроотрицательности).

В группах сверху вниз металичность элементов усиливается, а энергия ионизации уменьшается. Причина этого в том, что электроны с низких энергетических уровней отталкивают от ядра электроны с высоких энергетических уровней, поскольку и те и другие имеют отрицательный заряд.

Так как в каждом следующем ряду на один энергетический уровень больше, чем в предыдущем, атомные радиусы увеличиваются (сверху вниз).

Высшая степень окисления и металлов и неметаллов, как правило, равна номеру группы. Низшая степень окисления металлов равна нулю (в простых веществах – металлах).  Низшая степень окисления неметаллов равна 8 – номер группы. Например, для брома степень окисления = 7 – 8 = -1.

Кислотными являются почти все оксиды неметаллов, а также оксиды металлов, в которых металл имеет степень окисления +5 и выше (CrO3, Mn2O7).

Оксиды и гидроксиды металлов со степенью окисления +3, +4 в большинстве своем, являются амфотерными. И некоторые оксиды металлов со степенью окисления +2 (ZnO, MnO2).

Неметаллы не образуют основные и амфотерные оксиды.

Основными оксидами и гидроксидами являются оксиды и гидроксиды металлов со степенью окисления +1 (K2O), большинство оксидов и гидроксидов металлов со степенью окисления +2 (CaO) и некоторых оксидов металлов со степенью окисления +3.

zadachi-po-khimii.ru

1.2. Периодический закон и Периодическая система химических элементов д.И. Менделеева

Одним из важнейших законов природы является периодический закон, открытый в 1869 г. Менделеевым, который он сформулировал так: "Свойства простых веществ, также формы и свойства соединений находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов".

С развитием квантовой химии периодический закон получил строгое теоретическое обоснование, а с ним и новую формулировку: "Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов".

До Менделеева многие пытались систематизировать элементы, наиболее близко подошел Майер (Германия). В 1864 г. в своей книге он привел таблицу, в которой элементы были также расположены в порядке возрастания их атомных масс, но в эту таблицу Майер поместил всего 27 элементов, меньше половины, известных в то время. Заслуга Менделеева, что в его таблице нашлось место не только всем известным элементам, но были оставлены пустые места для еще не открытых элементов (экабор – Sc, экаалюминий – Ga, экасилиций – Ge).

С точки зрения электронного строения атома:

Периодом называют горизонтальную последовательность элементов, начинающуюся со щелочного металла и заканчивающуюся благородным газом с тем же максимальным значением главного квантового числа, равного номеру периода.

Число элементов в периоде определяется емкостью подуровней.

1s2

2s22p6

3s23p6

4s23d104p6

5s24d105p6

6s24f145d106p6

7s25f146d107p6

I

II

III

IV

V

VI

VII периоды

2

8

8

18

18

32

32 элемента.

Группой элементов называют вертикальную совокупность элементов, обладающую однотипной электронной конфигурацией и определенным химическим сходством. Номер группы (за исключением I, II, VIII побочных подгрупп) равен сумме валентных электронов.

Кроме деления по периодам (определяемое главным квантовым числом) существует деление на семейства, определяемое орбитальным квантовым числом. Если у элемента заполняется s-подуровень, то s-семейство или s-элемент; p-подуровень – p‑элемент; d-подуровень – d-элемент; f-подуровень – f-элемент.

В короткопериодной форме периодической системы 8 групп, каждая из которых делится на главную и побочную подгруппы. I и II главные подгруппы заполняются s-элементами; III‑VIII главные подгруппы – р-элементами. d-элементы находятся в побочных подгруппах. f-элементы вынесены в отдельные группы.

Таким образом, каждый элемент в периодической системе элементов занимает строго определенное место, которое отмечается порядковым номером и связано со строением электронных оболочек атома.

1.2.1. Закономерности изменения свойств элементов и их соединений по периодам и группам

Экспериментальными исследованиями была установлена зависимость химических и физических свойств элементов от их положения в периодической системе.

Энергией ионизации называется энергия, которую надо затратить для отрыва и удаления электрона от атома, иона или молекулы. Она выражается в Дж или эВ (1эВ=1,6.10-19 Дж).

Энергия ионизации является мерой восстановительной способности атома. Чем ниже значение энергии ионизации, тем выше восстановительная способность атома. Атомы, теряя электрон, превращаются в положительно заряженные ионы.

Сродство к электрону называется энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому, молекуле или радикалу.

Энергия сродства к электрону атомов закономерно изменяется в соответствии с характером электронных структур атомов элементов. В периодах слева направо сродство к электрону и окислительные свойства элементов возрастают. В группах сверху вниз сродство к электрону, как правило, уменьшается.

Галогены отличаются самым высоким сродством к электрону, т.к. присоединяя один электрон к нейтральному атому, она приобретает законченную электронную конфигурацию благородного газа.

Характеристика о том, какой из атомов легче отдает или присоединяет электрон, называется электроотрицательностью которая равна полусумме энергии ионизации и сродства к электрону.

Электроотрицательность возрастает в направлении слева направо для элементов каждого периода и уменьшается в направлении сверху вниз для элементов одной и той же группы ПС.

Атомные и ионные радиусы

Атомы и ионы не имеют строго определенных границ вследствие волновой природы электронов. Поэтому определяют условные радиусы атомов и ионов, связанных друг с другом химической связью в кристаллах.

Радиусы атомов металлов в периодах с ростом порядкового номера элементов уменьшаются, т.к. при одинаковом числе электронных слоев возрастает заряд ядра, а, следовательно, и притяжение им электронов.

В пределах каждой группы элементов, как правило, радиусы атомов увеличиваются сверху вниз, т.к. возрастает число энергетических уровней. Радиусы ионов также находятся в периодической зависимости от порядкового номера элемента.

Пример. Как изменяются размеры атомов внутри периода, при переходе от одного периода к другому и в пределах одной группы? Какие элементы имеют минимальное и максимальное значения размера атома?

Решение.

Внутри периода (слева направо) размеры атомов уменьшаются, т.к. увеличивается заряд ядра и электроны сильнее притягиваются к ядру. В главных подгруппах размеры атомов увеличиваются, т.к. увеличивается число электронных слоев. В побочных подгруппах такие изменения меньше заметны, за счет d -сжатия, а при переходе из V в VI период происходит даже уменьшение уменьшение размеров атомов за счет f -сжатия.

Согласно этим правилам минимальное значение размера атома имеет гелий, а максимальное – цезий. Франций не имеет долгоживущих изотопов (природный изотоп радиоактивен, период полураспада 21 минута).

Металлы и неметаллы. Деление элементов и простых веществ на металлы и неметаллы в известной степени условно.

По физическим свойствам металлы характеризуются высокой теплопроводностью и электрической проводимостью, отрицательным температурным коэффициентом проводимости, специфическим металлическим блеском, ковкостью, пластичностью и т.п.

По химическим свойствам металлы характеризуются основными свойствами оксидов и гидроксидов и восстановительными свойствами.

Подобные различия в свойствах простых веществ связаны с характером химической связи при их образовании. Металлическая связь в металлах образуется при дефиците валентных электронов, а ковалентная в неметаллах при их достаточном количестве. Исходя из этого, можно провести вертикальную границу между элементами IIIA и IV групп. Слева – элементы с дефицитом валентных электронов, справа – с избытком. Это граница Цинтля.

Пример. Чем отличаются типичные металлы от неметаллов? Почему и как изменяются металлические свойства с увеличением порядкового номера элементов?

Решение.

В периодической системе элементов в основном находятся металлы, неметаллов немного (всего 22). К металлам относятся все s -элементы. Это связано с наличием у них малого числа валентных электронов (1 или 2), в результате этого дефицита электронов образуется металлическая связь.

Все d - и f -элементы тоже являются металлами. При образовании химических связей в качестве валентных электронов у атомов d -элементов выступают s -электроны внешнего энергетического уровня и часть или все d -электроны предпоследнего уровня, причем d -электроны участвуют в образовании химических связей лишь после того, как будут связаны все внешние s -электроны. Кроме того, легкости удаления s -электронов способствует эффект экранирования заряда ядра. Он состоит в уменьшении воздействия на электрон положительного заряда ядра из-за наличия между рассматриваемым электроном и ядром других электронов (это d - или f -электроны).

У р-элементов происходит конкуренция между увеличением числа валентных электронов (неметаллические свойства) и экранированием заряда ядра (усиливаются металлические свойства). В связи с этим у р-элементов по подгруппе сверху вниз увеличивается устойчивость низших степеней окисления.

По периоду справа налево увеличиваются неметаллические свойства атомов, за счет увеличения заряда ядра атома и трудности отдачи электронов. По подгруппе сверху вниз увеличиваются металлические свойства, т. к. ослабевает связь внешних электронов с ядром.

Свойства соединений подразделяются на кислотно-основные и окислительно-восстановительные. Периодическая система элементов хорошо объясняет эти закономерности. Рассмотрим это на примере гидроксидов.

Если элемент имеет степень окисления маленькую (+1 или +2), например, Na—O—H, то связь Na—O менее прочная, чем O—H и разрыв связи происходит по менее прочной связи.

Na—O—H  Na+ + OH-. Соединение обладает основными свойствами.

Если степень окисления элемента большая (от +5 до +7), то связь элемент – кислород прочнее, чем связь О—Н и соединение обладает кислотными свойствами. В азотной кислоте степень окисления азота большая (+5).

H+ + NO3-

Степень окисления элемента

+1 и +2

+3 и +4

+5, +6, +7

Кислотно- основные свойства

Основания

Амфотерные соединения

Кислоты

Исключения

La3+, Bi3+, Tl3+

Zn+2, Be+2, Sn+2, Pb+2, Ge+2

Гидроксиды неметаллов в любой степени окисления образуют только кислоты

Соединения в степени окисления +3 и +4 проявляют амфотерные свойства, т.е. в зависимости от партнера по реакции могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Но есть исключения Zn+2, Be+2, Sn+2, Pb+2, Ge+2 имеют степень окисления +2, но являются амфотерными соединениями.

По периоду справа налево увеличивается высшая степень окисления, равная номеру группы, поэтому увеличиваются неметаллические и кислотные свойства.

По подгруппе сверху вниз увеличиваются металлические и основные свойства, т.к. увеличивается размер атома и связь с соседним атомом ослабляется.

Таким образом, периодическая система позволяет проанализировать положение простых веществ в связи с особенностями их свойств (металлы, неметаллы).

Периодический закон Менделеева дает возможность определять и свойства простых веществ в химических соединениях. Впервые предсказание свойств было осуществлено самим Менделеевым. Он рассчитал свойства и тех элементов, которые еще не были открыты.

studfiles.net