Глава IV. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атома. § 33. Характеристика элемента по его положению в Периодической системе — с. 146
§ 33. Проверьте свои знания.
1. По приведённому в параграфе плану дайте характеристику химических элементов: а) калия; б) магния; в) серы; г) хлора.
а) Калий K.
1) Порядковый номер 19, 4-й период, IА-группа. Атом: 19 протонов, 20 нейтронов (A = 39), 19 электронов; распределение по слоям 2, 8, 8, 1.
2) Простое вещество калий — металл (на внешнем слое один электрон, атом легко его отдаёт).
3) В IА-группе металлические свойства сильнее, чем у натрия, и слабее, чем у рубидия: радиус атома растёт сверху вниз.
4) В 4-м периоде металлические свойства сильнее, чем у кальция, так как у калия меньше электронов на внешнем слое и больше радиус атома.
5) Максимальная валентность I; высший оксид K₂O — основный.
6) Гидроксид KOH — основание, щёлочь.
7) Летучего водородного соединения нет (элемент-металл). б) Магний Mg.
1) Номер 12, 3-й период, IIА-группа. 12 протонов, 12 нейтронов (A = 24), 12 электронов; слои 2, 8, 2.
2) Простое вещество — металл.
3) В IIА-группе металлические свойства сильнее, чем у бериллия, и слабее, чем у кальция.
4) В 3-м периоде металлические свойства слабее, чем у натрия, и сильнее, чем у алюминия.
5) Максимальная валентность II; высший оксид MgO — основный.
6) Гидроксид Mg(OH)₂ — нерастворимое основание.
7) Летучего водородного соединения нет. в) Сера S.
1) Номер 16, 3-й период, VIА-группа. 16 протонов, 16 нейтронов (A = 32), 16 электронов; слои 2, 8, 6.
2) Простое вещество — неметалл (образует аллотропные модификации: ромбическая, моноклинная, пластическая сера).
3) В VIА-группе неметаллические свойства слабее, чем у кислорода, и сильнее, чем у селена.
4) В 3-м периоде неметаллические свойства сильнее, чем у фосфора, и слабее, чем у хлора.
5) Максимальная валентность VI; высший оксид SO₃ — кислотный.
6) Гидроксид H₂SO₄ — серная кислота (кислородсодержащая).
7) Летучее водородное соединение H₂S (сероводород), валентность серы II. г) Хлор Cl.
1) Номер 17, 3-й период, VIIА-группа. 17 протонов, 18 нейтронов (A = 35), 17 электронов; слои 2, 8, 7.
2) Простое вещество Cl₂ — неметалл (газ).
3) В VIIА-группе неметаллические свойства слабее, чем у фтора, и сильнее, чем у брома.
4) В 3-м периоде неметаллические свойства сильнее, чем у серы (это наиболее выраженный неметалл периода, не считая благородного газа).
5) Максимальная валентность VII; высший оксид Cl₂O₇ — кислотный.
6) Гидроксид HClO₄ — хлорная кислота, сильная кислородсодержащая кислота.
7) Летучее водородное соединение HCl (хлороводород), валентность хлора I.
1) Порядковый номер 19, 4-й период, IА-группа. Атом: 19 протонов, 20 нейтронов (A = 39), 19 электронов; распределение по слоям 2, 8, 8, 1.
2) Простое вещество калий — металл (на внешнем слое один электрон, атом легко его отдаёт).
3) В IА-группе металлические свойства сильнее, чем у натрия, и слабее, чем у рубидия: радиус атома растёт сверху вниз.
4) В 4-м периоде металлические свойства сильнее, чем у кальция, так как у калия меньше электронов на внешнем слое и больше радиус атома.
5) Максимальная валентность I; высший оксид K₂O — основный.
6) Гидроксид KOH — основание, щёлочь.
7) Летучего водородного соединения нет (элемент-металл). б) Магний Mg.
1) Номер 12, 3-й период, IIА-группа. 12 протонов, 12 нейтронов (A = 24), 12 электронов; слои 2, 8, 2.
2) Простое вещество — металл.
3) В IIА-группе металлические свойства сильнее, чем у бериллия, и слабее, чем у кальция.
4) В 3-м периоде металлические свойства слабее, чем у натрия, и сильнее, чем у алюминия.
5) Максимальная валентность II; высший оксид MgO — основный.
6) Гидроксид Mg(OH)₂ — нерастворимое основание.
7) Летучего водородного соединения нет. в) Сера S.
1) Номер 16, 3-й период, VIА-группа. 16 протонов, 16 нейтронов (A = 32), 16 электронов; слои 2, 8, 6.
2) Простое вещество — неметалл (образует аллотропные модификации: ромбическая, моноклинная, пластическая сера).
3) В VIА-группе неметаллические свойства слабее, чем у кислорода, и сильнее, чем у селена.
4) В 3-м периоде неметаллические свойства сильнее, чем у фосфора, и слабее, чем у хлора.
5) Максимальная валентность VI; высший оксид SO₃ — кислотный.
6) Гидроксид H₂SO₄ — серная кислота (кислородсодержащая).
7) Летучее водородное соединение H₂S (сероводород), валентность серы II. г) Хлор Cl.
1) Номер 17, 3-й период, VIIА-группа. 17 протонов, 18 нейтронов (A = 35), 17 электронов; слои 2, 8, 7.
2) Простое вещество Cl₂ — неметалл (газ).
3) В VIIА-группе неметаллические свойства слабее, чем у фтора, и сильнее, чем у брома.
4) В 3-м периоде неметаллические свойства сильнее, чем у серы (это наиболее выраженный неметалл периода, не считая благородного газа).
5) Максимальная валентность VII; высший оксид Cl₂O₇ — кислотный.
6) Гидроксид HClO₄ — хлорная кислота, сильная кислородсодержащая кислота.
7) Летучее водородное соединение HCl (хлороводород), валентность хлора I.
§ 33. Проверьте свои знания.
2. Летучие водородные соединения состава ЭН₃ образуют: а) Ga, Al, B; б) Fe, S, Sc; в) Be, Ca, Sr; г) P, As, Sb. Ответ поясните.
Правильный ответ — г) P, As, Sb.
Летучие водородные соединения образуют только неметаллы. Состав ЭН₃ означает, что в соединении элемент трёхвалентен. Для неметалла валентность в водородном соединении равна 8 минус номер группы: 8 − V = III, значит, элемент должен находиться в VА-группе. Фосфор, мышьяк и сурьма — элементы VА-группы: PH₃, AsH₃, SbH₃.
Остальные ряды не подходят: Ga, Al, B — металлы и бор (IIIА-группа), у них нет летучих водородных соединений ЭН₃ (BH₃ неустойчив, гидриды Ga и Al нелетучие); Fe, Sc — металлы, S образует H₂S; Be, Ca, Sr — металлы IIА-группы, их гидриды (CaH₂, SrH₂) — твёрдые нелетучие вещества.
Летучие водородные соединения образуют только неметаллы. Состав ЭН₃ означает, что в соединении элемент трёхвалентен. Для неметалла валентность в водородном соединении равна 8 минус номер группы: 8 − V = III, значит, элемент должен находиться в VА-группе. Фосфор, мышьяк и сурьма — элементы VА-группы: PH₃, AsH₃, SbH₃.
Остальные ряды не подходят: Ga, Al, B — металлы и бор (IIIА-группа), у них нет летучих водородных соединений ЭН₃ (BH₃ неустойчив, гидриды Ga и Al нелетучие); Fe, Sc — металлы, S образует H₂S; Be, Ca, Sr — металлы IIА-группы, их гидриды (CaH₂, SrH₂) — твёрдые нелетучие вещества.
§ 33. Проверьте свои знания.
3. Расположите элементы в порядке усиления неметаллических свойств: а) бор, азот, углерод; б) кислород, селен, теллур; в) фосфор, мышьяк, хлор, сера, фтор, германий.
а) бор → углерод → азот. Все три элемента находятся во 2-м периоде; в периоде слева направо радиус атома уменьшается, число электронов на внешнем слое растёт (3, 4, 5), неметаллические свойства усиливаются.
б) теллур → селен → кислород. Это элементы VIА-группы; в группе сверху вниз радиус атома растёт, неметаллические свойства ослабевают, значит, усиливаются снизу вверх: Te, Se, O.
в) германий → мышьяк → фосфор → сера → хлор → фтор.
Обоснование: Ge (IVА) и As (VА) стоят в 4-м периоде, у мышьяка неметаллические свойства сильнее (период, слева направо). Фосфор — в той же VА-группе выше мышьяка, поэтому сильнее. Далее в 3-м периоде слева направо: P (VА), S (VIА), Cl (VIIА). Фтор — в VIIА-группе над хлором, самый сильный неметалл.
б) теллур → селен → кислород. Это элементы VIА-группы; в группе сверху вниз радиус атома растёт, неметаллические свойства ослабевают, значит, усиливаются снизу вверх: Te, Se, O.
в) германий → мышьяк → фосфор → сера → хлор → фтор.
Обоснование: Ge (IVА) и As (VА) стоят в 4-м периоде, у мышьяка неметаллические свойства сильнее (период, слева направо). Фосфор — в той же VА-группе выше мышьяка, поэтому сильнее. Далее в 3-м периоде слева направо: P (VА), S (VIА), Cl (VIIА). Фтор — в VIIА-группе над хлором, самый сильный неметалл.
§ 33. Проверьте свои знания.
4. Как изменяются радиус атома, окислительные свойства атомов, максимальная валентность, металлические свойства простых веществ в ряду элементов: а) Al — Si — P — S; б) Ba — Sr — Ca — Mg; в) Te — Se — Br — Cl; г) Ge — Ga — Al — B
а) Al — Si — P — S (3-й период, слева направо): радиус атома уменьшается; окислительные свойства атомов усиливаются; максимальная валентность растёт: III, IV, V, VI; металлические свойства простых веществ ослабевают (Al — металл, Si — неметалл со свойствами полупроводника, P и S — неметаллы).
б) Ba — Sr — Ca — Mg (IIА-группа, снизу вверх): радиус атома уменьшается; окислительные свойства атомов (способность принимать электроны) слабо усиливаются, хотя все эти элементы — типичные восстановители; максимальная валентность не изменяется — II; металлические свойства ослабевают.
в) Te — Se — Br — Cl: радиус атома уменьшается (Te > Se > Br > Cl: Se и Br в одном периоде, Br и Cl в одной группе); окислительные свойства атомов усиливаются; максимальная валентность растёт: VI, VI, VII, VII; металлические свойства простых веществ ослабевают (неметаллические усиливаются).
г) Ge — Ga — Al — B: при переходе от Ge к Ga (4-й период, справа налево) радиус атома растёт, окислительные свойства ослабевают, максимальная валентность уменьшается с IV до III, металлические свойства усиливаются. Далее Ga — Al — B (IIIА-группа, снизу вверх): радиус уменьшается, окислительные свойства усиливаются, максимальная валентность не изменяется — III, металлические свойства ослабевают. Таким образом, изменение немонотонно: сначала одно направление, затем противоположное.
Оговорка: в ряду г) тенденции меняются на середине ряда; фактические радиусы Ga и Al близки, ответ дан по общим закономерностям группы и периода.
б) Ba — Sr — Ca — Mg (IIА-группа, снизу вверх): радиус атома уменьшается; окислительные свойства атомов (способность принимать электроны) слабо усиливаются, хотя все эти элементы — типичные восстановители; максимальная валентность не изменяется — II; металлические свойства ослабевают.
в) Te — Se — Br — Cl: радиус атома уменьшается (Te > Se > Br > Cl: Se и Br в одном периоде, Br и Cl в одной группе); окислительные свойства атомов усиливаются; максимальная валентность растёт: VI, VI, VII, VII; металлические свойства простых веществ ослабевают (неметаллические усиливаются).
г) Ge — Ga — Al — B: при переходе от Ge к Ga (4-й период, справа налево) радиус атома растёт, окислительные свойства ослабевают, максимальная валентность уменьшается с IV до III, металлические свойства усиливаются. Далее Ga — Al — B (IIIА-группа, снизу вверх): радиус уменьшается, окислительные свойства усиливаются, максимальная валентность не изменяется — III, металлические свойства ослабевают. Таким образом, изменение немонотонно: сначала одно направление, затем противоположное.
Оговорка: в ряду г) тенденции меняются на середине ряда; фактические радиусы Ga и Al близки, ответ дан по общим закономерностям группы и периода.
§ 33. Проверьте свои знания.
5. Напишите формулы высшего оксида и соответствующего ему гидроксида с наиболее выраженными кислотными свойствами для элементов-неметаллов: фосфора, кремния, хлора, серы.
Фосфор (VА-группа, высшая валентность V): высший оксид P₂O₅, гидроксид H₃PO₄ — фосфорная кислота.
Кремний (IVА-группа, валентность IV): оксид SiO₂, гидроксид H₂SiO₃ — кремниевая кислота (очень слабая, нерастворимая в воде).
Хлор (VIIА-группа, валентность VII): оксид Cl₂O₇, гидроксид HClO₄ — хлорная кислота.
Сера (VIА-группа, валентность VI): оксид SO₃, гидроксид H₂SO₄ — серная кислота.
Кислотные свойства гидроксидов усиливаются с ростом неметаллических свойств элемента в 3-м периоде: H₂SiO₃ < H₃PO₄ < H₂SO₄ < HClO₄.
Кремний (IVА-группа, валентность IV): оксид SiO₂, гидроксид H₂SiO₃ — кремниевая кислота (очень слабая, нерастворимая в воде).
Хлор (VIIА-группа, валентность VII): оксид Cl₂O₇, гидроксид HClO₄ — хлорная кислота.
Сера (VIА-группа, валентность VI): оксид SO₃, гидроксид H₂SO₄ — серная кислота.
Кислотные свойства гидроксидов усиливаются с ростом неметаллических свойств элемента в 3-м периоде: H₂SiO₃ < H₃PO₄ < H₂SO₄ < HClO₄.