Лекция №12. Периодическая система

элементов.s – элементы.

Лектор: Егоров В.В.

Периодический закон (формулировка Д.И.Менделеева)Свойства простых тел (элементов), а так же форма (строение) и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

Периодический закон (современная формулировка)Свойства элементов, а также строение и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра в атоме элемента.

В основе периодического изменения свойств элементов при увеличении заряда ядра атома лежит периодическое изменение строения внешнего валентного электронного уровня атома элемента, определяющего его свойства.

Период – горизонтальный ряд элементов,расположенных в порядке возрастания атомной массы и характеризующихся заполнением определенного энергетического уровня.

В этом ряду свойства элементов закономерно изменяются от типично металлических-восстановительных до неметаллических - окислительных. Период заканчивается инертным газом. Периоды: малые (s- и p-элементы) и большие (+d-элементы).

Группа – вертикальный ряд элементов, имеющих одинаковое число валентных электронов, одинаковую высшую степень окисления и сходных по своим свойствам.

Группы состоят из 2 подгрупп. Главные подгруппы состоят из элементов малых периодов и одинаковых с ними по свойствам элементов больших периодов (одинаковое количество электронов на внешнем валентном уровне). Это s- и p-элементы. Побочные подгруппы состоят только из d-элементов больших периодов.

Закономерности элементов.Строение атома элемента.

(с ростом его порядкового номера)

1. Число протонов и нейтронов в ядре возрастает в периоде, группе. Причем число нейтронов растет быстрее.

2. Общее число электронов возрастает в периоде, группе.

3. Число электронов на внешнем валентном уровне увеличивается в периоде (в малых периодах) и не меняется в группе.

4. Число энергетических уровней возрастает в группе и не меняется в периоде.

Свойства атома элемента.(с ростом его порядкового номера)

1. Размер и заряд ядра увеличиваются в периоде и группе.2. Размер атома уменьшается в периоде, растет в группе.3. Потенциал ионизации возрастает в периоде,

уменьшается в группе.4. Сродство к электрону – увеличивается в периоде,

уменьшается в группе.5. Металличность уменьшается в периоде, растет в

группе, неметалличность – наоборот.6. Восстановительная способность уменьшается в

периоде, растет в группе, окислительная способность – наоборот.

7. Электроотрицательность растет в периоде и снижается в группе.

Правило:

Любой элемент в периодической системе имеет

свойства, промежуточные между свойствами соседних с

ним элементов (по горизонтали, по вертикали, по

диагонали).

Закономерности соединений.(с ростом порядкового номера элемента).

1. Способность к образованию оксидов уменьшается в периоде, возрастает в группе.

2. Изменяются свойства оксидов и гидроксидов в периоде от основных к амфотерным и далее к кислотным, в главной подгруппе – наоборот.

3. Высшая степень окисления элемента в оксиде возрастает в периоде, постоянна в группе.

4. Способность к образованию гидридов возрастает в периоде, уменьшается в группе.

5. Высшая валентность элемента в гидриде проходит через максимум в периоде, не изменяется в группе.

Пример: LiH, BeH2, BH3, CH4, NH3, H2O, HF.

6. Способность к проявлению высшей степени окисления атома в соединении возрастает в группе.

7. Способность элементов к комплексообразованию возрастает в группе.

8. Число соединений, в которых элемент проявляет различную степень окисления, растет с возрастанием его порядкового номера.

9. Распространенность элемента в природе, как правило, уменьшается с ростом порядкового номера.

10. Распространенность элемента в биологической природе, в том числе наличие в живом организме, также, как правило, уменьшается с ростом порядкового номера.

Биогеохимический закон Вернадского

Распространенность элемента в природе и в организме уменьшается с ростом его атомной массы. (Исключения: железо у животных и некоторые др.)

Правила: 1. В организме легкие элементы - строительные,

тяжелые – функциональные. 2. Биоактивными являются элементы, проявляющие

различную степень окисления в природе (Fe+2,+3, Cu+1, +2, Mn+2,+4)

Водород. Валентные электроны 1s1

Степени окисления в соединениях -1, +1

Получение.Промышленные способы to

C + H2O = CO + H2 (водяной газ) to, ct

CO + H2O = CO2 + H2

to, ct

CH4 + H2O = CO + 3H2

эл. ток

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 эл. ток

2H2O = 2H2 + O2

to

4H2O + 3Fe = Fe3O4 + 4H2

Лабораторные способы.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 to

2Al + 2NaOH + 10H2O = 2Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3H2

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2

NaH + H2O = NaOH + H2

Химический свойства.

2Na + H2 = 2NaH (гидрид натрия) to, P, ct

3H2 + N2 2NH3

to

CuO + H2 = Cu + H2O

Вода. Свойства

CaO + H2O = Ca(OH)2

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH

Пероксид водорода.

Получение.

H2S2O8 +2H2O = 2H2SO4 + H2O2

BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2

Химические свойства.

H2O2 Н++ НО2-

2KMnO4 + 5H2O2 +3H2SO4=2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O

2KI + H2O2 = I2 + 2KOH

Натрий.

Валентные электроны 3s1

Степени окисления в соединениях +1

Получение. эл. ток

2NaCl 2Na + Cl2 (расплав) эл. ток

4NaOH 4Na + O2 + 2H2O (расплав)

Химические свойства.

2Na + O2 = Na2O (Na2O2)

2Na + Cl2 = 2NaCl

to

2Na + H2 = 2NaH to

6Na + N2 = 2Na3N

to

2Na + S = Na2S to

3Na + P = Na3P

2Na + 2NH3 (жидк) = 2NaNH2 + H2

амид натрия

Оксид натрия. to

2Na2O2 + 2Na = 2Na2O

to

2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2

Na2O + CO2 = Na2CO3

Na2O + 2Al(OH)3 + 5H2O = 2Na[Al(OH)4(H2O)2]

Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O

Гидроксид натрия. эл. ток

2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2

Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3

NaOH + HCl = NaCl + H2O

2NaOH + SO3 = Na2SO4 + H2O to

2NaOH + Al2O3 = 2NaAlO2 + H2O (сплавление)

2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O

Кальций.

Валентные электроны 4s2

Степени окисления в соединениях +2

Получение. эл. ток

CaCl2 = Ca + Cl2 (расплав) to

3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O3

to

CaO + C Ca + CO

Химические свойства. to

2Ca + O2 = 2CaO

Ca + Cl2 = CaCl2 to

Ca + H2 = CaH2 to

3Ca + 2P = Ca3P2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Ca + 2HCl = CaCl2 + H2

Оксид кальция. to

CaCO3 = CaO + CO2

CaO + H2O = Ca(OH)2

CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O

CaO + CO2 = CaCO3

to

CaO + ZnO = CaZnO2 (расплав) цинкат кальция

Гидроксид кальция.

CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O to

Ca(OH)2 = CaO + H2O

Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O