Глава IV. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атома. § 29. Открытие Периодического закона Д. И. Менделеевым — с. 132
§ 29. Проверьте свои знания.
3. Как изменяются в периоде с ростом относительной атомной массы:
— металлические свойства;
— неметаллические свойства;
— валентность элементов в высших оксидах;
— валентность элементов в высших гидроксидах;
— характер высших гидроксидов?
— металлические свойства;
— неметаллические свойства;
— валентность элементов в высших оксидах;
— валентность элементов в высших гидроксидах;
— характер высших гидроксидов?
Рассмотрим 3-й период от Na к Cl (при этом относительная атомная масса и заряд ядра растут).
— Металлические свойства ослабевают: от типичного металла натрия к неметаллам.
— Неметаллические свойства усиливаются: от кремния и фосфора к сере и хлору.
— Валентность элементов в высших оксидах возрастает от I до VII: Na₂O (I), MgO (II), Al₂O₃ (III), SiO₂ (IV), P₂O₅ (V), SO₃ (VI), Cl₂O₇ (VII).
— Валентность элементов в высших гидроксидах также возрастает от I до VII: NaOH, Mg(OH)₂, Al(OH)₃, H₂SiO₃, H₃PO₄, H₂SO₄, HClO₄.
— Характер высших гидроксидов меняется от основного (NaOH — щёлочь, Mg(OH)₂ — нерастворимое основание) через амфотерный (Al(OH)₃) к кислотному (H₂SiO₃, H₃PO₄, H₂SO₄ и HClO₄ — всё более сильные кислоты).
— Металлические свойства ослабевают: от типичного металла натрия к неметаллам.
— Неметаллические свойства усиливаются: от кремния и фосфора к сере и хлору.
— Валентность элементов в высших оксидах возрастает от I до VII: Na₂O (I), MgO (II), Al₂O₃ (III), SiO₂ (IV), P₂O₅ (V), SO₃ (VI), Cl₂O₇ (VII).
— Валентность элементов в высших гидроксидах также возрастает от I до VII: NaOH, Mg(OH)₂, Al(OH)₃, H₂SiO₃, H₃PO₄, H₂SO₄, HClO₄.
— Характер высших гидроксидов меняется от основного (NaOH — щёлочь, Mg(OH)₂ — нерастворимое основание) через амфотерный (Al(OH)₃) к кислотному (H₂SiO₃, H₃PO₄, H₂SO₄ и HClO₄ — всё более сильные кислоты).
§ 29. Примените свои знания.
4. Расположите элементы в порядке возрастания металлических свойств: а) C, Li, Be; б) Ga, B, Al; в) Cl, Al, P; г) Mg, Si, S.
В периоде слева направо металлические свойства ослабевают, в главной подгруппе сверху вниз усиливаются.
а) C, Li, Be — элементы 2-го периода; чем левее, тем сильнее металл: C → Be → Li.
б) Ga, B, Al — III группа; металлические свойства растут вниз: B → Al → Ga.
в) Cl, Al, P — 3-й период: Cl → P → Al.
г) Mg, Si, S — 3-й период: S → Si → Mg.
а) C, Li, Be — элементы 2-го периода; чем левее, тем сильнее металл: C → Be → Li.
б) Ga, B, Al — III группа; металлические свойства растут вниз: B → Al → Ga.
в) Cl, Al, P — 3-й период: Cl → P → Al.
г) Mg, Si, S — 3-й период: S → Si → Mg.
§ 29. Примените свои знания.
5. Расположите оксиды в порядке возрастания основных свойств: а) Na₂O, Li₂O, Cr₂O₃; б) MgO, Na₂O, Al₂O₃; в) MgO, CuO, CaO.
Основные свойства оксидов тем сильнее, чем сильнее выражены металлические свойства элемента; амфотерные оксиды стоят ниже основных.
а) Cr₂O₃ — амфотерный оксид, наименее основный; Li и Na — щелочные металлы, у натрия металлические свойства выше: Cr₂O₃ → Li₂O → Na₂O.
б) Al₂O₃ — амфотерный; Mg и Na в одном периоде, у натрия металличность сильнее: Al₂O₃ → MgO → Na₂O.
в) CuO — оксид малоактивного металла, основные свойства слабые; Mg и Ca — одна подгруппа, у кальция сильнее: CuO → MgO → CaO.
а) Cr₂O₃ — амфотерный оксид, наименее основный; Li и Na — щелочные металлы, у натрия металлические свойства выше: Cr₂O₃ → Li₂O → Na₂O.
б) Al₂O₃ — амфотерный; Mg и Na в одном периоде, у натрия металличность сильнее: Al₂O₃ → MgO → Na₂O.
в) CuO — оксид малоактивного металла, основные свойства слабые; Mg и Ca — одна подгруппа, у кальция сильнее: CuO → MgO → CaO.
§ 29. Примените свои знания.
6. Расположите гидроксиды в порядке возрастания кислотных свойств: а) HNO₃, H₃BO₃, H₂CO₃; б) HClO₄, H₂SiO₃, H₃PO₄.
Кислотные свойства гидроксидов растут с усилением неметаллических свойств элемента, то есть слева направо в периоде.
а) B, C, N — элементы 2-го периода (III, IV, V группы): H₃BO₃ → H₂CO₃ → HNO₃.
б) Si, P, Cl — элементы 3-го периода (IV, V, VII группы): H₂SiO₃ → H₃PO₄ → HClO₄.
а) B, C, N — элементы 2-го периода (III, IV, V группы): H₃BO₃ → H₂CO₃ → HNO₃.
б) Si, P, Cl — элементы 3-го периода (IV, V, VII группы): H₂SiO₃ → H₃PO₄ → HClO₄.
§ 29. Используйте дополнительную информацию.
7. Названия каких элементов связаны с Россией и русскими?
Подготовьте сообщение «Русское начало в названиях химических элементов».
Русское начало в названиях химических элементов
Названия ряда элементов связаны с Россией, российскими городами и учёными. Рутений Ru (№ 44) получил имя от латинского названия России Ruthenia: его открыл в 1844 г. профессор Казанского университета К. К. Клаус из уральской платиновой руды. Самарий Sm (№ 62) назван по минералу самарскиту, а тот — по имени горного инженера В. Е. Самарского-Быховца. Менделевий Md (№ 101) назван в честь Д. И. Менделеева; его синтезировала в 1955 г. группа Г. Сиборга. Дубний Db (№ 105) назван в честь Дубны, где находится Объединённый институт ядерных исследований, в котором синтезировали сверхтяжёлые элементы. Флеровий Fl (№ 114) назван в честь Г. Н. Флёрова, основателя Лаборатории ядерных реакций в Дубне. Московий Mc (№ 115) назван по Московской области, оганесон Og (№ 118) — в честь Ю. Ц. Оганесяна, руководителя синтеза сверхтяжёлых элементов. Кроме того, многие русские названия — железо, золото, серебро, олово, свинец, ртуть — сохранились как традиционные, а предложенные русскими химиками названия (например, «кислород», «водород», «углерод») отражают отечественную химическую терминологию.
Названия ряда элементов связаны с Россией, российскими городами и учёными. Рутений Ru (№ 44) получил имя от латинского названия России Ruthenia: его открыл в 1844 г. профессор Казанского университета К. К. Клаус из уральской платиновой руды. Самарий Sm (№ 62) назван по минералу самарскиту, а тот — по имени горного инженера В. Е. Самарского-Быховца. Менделевий Md (№ 101) назван в честь Д. И. Менделеева; его синтезировала в 1955 г. группа Г. Сиборга. Дубний Db (№ 105) назван в честь Дубны, где находится Объединённый институт ядерных исследований, в котором синтезировали сверхтяжёлые элементы. Флеровий Fl (№ 114) назван в честь Г. Н. Флёрова, основателя Лаборатории ядерных реакций в Дубне. Московий Mc (№ 115) назван по Московской области, оганесон Og (№ 118) — в честь Ю. Ц. Оганесяна, руководителя синтеза сверхтяжёлых элементов. Кроме того, многие русские названия — железо, золото, серебро, олово, свинец, ртуть — сохранились как традиционные, а предложенные русскими химиками названия (например, «кислород», «водород», «углерод») отражают отечественную химическую терминологию.
§ 29. Используйте дополнительную информацию.
8. Подготовьте сообщение по теме «История открытия Периодического закона».
История открытия Периодического закона
В первой половине XIX в. химики накопили много сведений об элементах (к 1869 г. было известно 63), и возникла потребность в их классификации. Были попытки И. Деберейнера (триады), А. Шанкуртуа (земная спираль), Дж. Ньюлендса (закон октав), Л. Мейера. Д. И. Менделеев, готовя учебник «Основы химии», искал принцип, по которому можно расположить элементы в системе. После съезда химиков в Карлсруэ (1860), утвердившего атомистику и единые атомные массы, он сопоставил элементы по атомным массам и химическим свойствам. 1 марта 1869 г. (по новому стилю) он составил таблицу «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» и вскоре доложил о Периодическом законе. Он расположил элементы в порядке возрастания атомных масс и обнаружил периодическое повторение свойств. Менделеев исправил атомные массы ряда элементов (бериллия, индия, урана и др.), оставил в таблице пустые места и предсказал свойства экаалюминия, экабора и экасилиция. Эти элементы были открыты: галлий (П. Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Л. Нильсон, 1879), германий (К. Винклер, 1886), и их свойства совпали с предсказанными. Это принесло закону всемирное признание. Позднее выяснилось, что свойства определяются зарядом ядра атома, и закон получил современную формулировку.
В первой половине XIX в. химики накопили много сведений об элементах (к 1869 г. было известно 63), и возникла потребность в их классификации. Были попытки И. Деберейнера (триады), А. Шанкуртуа (земная спираль), Дж. Ньюлендса (закон октав), Л. Мейера. Д. И. Менделеев, готовя учебник «Основы химии», искал принцип, по которому можно расположить элементы в системе. После съезда химиков в Карлсруэ (1860), утвердившего атомистику и единые атомные массы, он сопоставил элементы по атомным массам и химическим свойствам. 1 марта 1869 г. (по новому стилю) он составил таблицу «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» и вскоре доложил о Периодическом законе. Он расположил элементы в порядке возрастания атомных масс и обнаружил периодическое повторение свойств. Менделеев исправил атомные массы ряда элементов (бериллия, индия, урана и др.), оставил в таблице пустые места и предсказал свойства экаалюминия, экабора и экасилиция. Эти элементы были открыты: галлий (П. Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Л. Нильсон, 1879), германий (К. Винклер, 1886), и их свойства совпали с предсказанными. Это принесло закону всемирное признание. Позднее выяснилось, что свойства определяются зарядом ядра атома, и закон получил современную формулировку.
§ 30. Вопрос в начале параграфа. В переводе с греческого «атом» означает «неделимый». Соответствует ли это действительности?
Нет, не соответствует. Открытия конца XIX — начала XX в. показали, что атом делим: он состоит из ядра и электронной оболочки. В ядре находятся протоны и нейтроны, вокруг ядра движутся электроны. В химических реакциях атом сохраняется как целое (ядро не изменяется), но может отдавать или принимать электроны и превращаться в ион; в ядерных реакциях меняется и ядро. Поэтому слово «неделимый» верно лишь для атома как наименьшей частицы элемента в химических реакциях.