12. § Nem fém elemek in periódusos rendszer DI. Mengyelejev és a természetben

A kémia tanulmányozása során már sok nemfémes elemet és vegyületeiket ismerkedte meg. Az Ön által leginkább ismert nemfémek a hidrogén, az oxigén és ezek egyedülálló vegyülete, a víz. 8. osztályban egy példa segítségével Csoport VII A periódusos rendszer fő alcsoportjában megismerkedett a nemfémes elemek családjával - a halogénekkel és tulajdonságaikkal. Ebben a részben holisztikusan megértheti a nem fémes elemeket. Tekintettel arra, hogy van némi ismerete róluk, tudja, hogyan kell használni a periodikus rendszert D.I. Mengyelejev, változni fogunk szokásos rend bemutatása, és a nemfémek tanulmányozásában ne az egyeditől az általános felé haladjunk, hanem éppen ellenkezőleg, általános tulajdonságok megismerkedni a csoportjaikkal, majd a nem fémes csoportok konkrét képviselőivel. Ezt a megközelítést ún deduktív.

Tekintsük a nemfémes elemek helyzetét a periódusos rendszerben. Először tisztázzuk helyük az időszakokban. A nem fém elemek a jobb oldalon találhatók felső sarok periódusos rendszer, elfoglaló a legtöbb kis periódusokat, és a nagy periódusok páratlan sorainak végére kell helyezni. A sorozatszám növekedésével ezeknek az elemeknek a nemfémes tulajdonságai nőnek. Az okot a változásban kell keresni elektronikus szerkezetek atomjaik: növekvő sorozatszámát külső elektronrétegük egymás után egy p-elektronnal növekszik, p 1-ről p 6-ra, kivéve a H-He első periódus elemeit, amelyekben az elektronok csak az ls pályát töltik ki (9. táblázat).

Felhívjuk figyelmét, hogy a második periódus első nemfémes elemeinek atomjaiban (B, C, N) a párosítatlan p-elektronok száma növekszik, nitrogénben elérve a maximumot, majd csökken. A második periódust befejező neonnak az összes elektron a külső rétegében van ( vegyértékelektronok) párosítva. A periódusokat befejező elemek más atomjai (Ar, Kr, Xe, Rn) hasonló szerkezetűek, amelyekben a külső réteg összes S- és p-pályáját páros elektronok foglalják el, stabil nyolcelektronos szerkezetet alkotva ns 2 np 6. Normál körülmények között ők egyszerű anyagok, általában nem lépnek kémiai reakciókba és vannak monatomikus gázok. Ezért gyakran inert gázoknak vagy nemesgázoknak nevezik őket. Ez utóbbi név a megfelelőbb, mivel ezen elemek néhány vegyülete ismert (például XeO 4, RnF 6 stb.).

Tehát a nemfémes elemek a periódusos rendszer IIIA-VIIIA csoportjában helyezkednek el.

A periódusos rendszer nem minden A-csoportja azonban nem fém elemekből áll. A számuk benne van fő alcsoport számának növekedésével növekszik. Tehát a IIIA csoportban csak egy nemfém elem van (bór), az IVA csoportban kettő (szén és szilícium), a VA csoportban három elem stb. A VIIA csoportban minden elem nem fémek. Ezeket a halogéneket ismered. A VTIIA csoportot nemesgázok foglalják el. Nem fémek közé is sorolják őket.

A nemfémes elemek periódusos rendszerbeli helyzetének elemzése D.I. Mengyelejev a következőket teszi lehetővé következtetéseket.

Mérlegeljük időszakos változás nemfémes elemek néhány tulajdonsága a harmadik periódus példáján (10. táblázat).

Ezeket az elemeket gázhalmazállapotúak jellemzik hidrogénvegyületekés savas természetű magasabb oxigénvegyületek. A hidrogén és a magasabb oxigéntartalmú vegyületek alakja és tulajdonságai az adott elem jellemző oxidációs állapotától függenek.

A nemfémes elemek tulajdonságainak elemzése a fő alcsoportokban elfoglalt helyük szerint.

Minden nem fém elem ugyanabban az A-csoportban ugyanaz a szám külső elektronok at különböző mennyiségben elektronrétegek az atomokban. Az egyik A-csoport elemeinek atomjainak külső rétegében lévő elektronok száma megegyezik annak a csoportnak a számával, amelyben elhelyezkednek. Számuk megfelel legmagasabb fokozat az elem oxidációja oxigénvegyületek, valamint az utóbbi formája.

Nézzük meg néhány tulajdonság változásának mintázatait nem fém elemek a halogének már tanulmányozott alcsoportjának példájával (11. táblázat).

AZ ELEMEK ÉS A PERIODIKUS RENDSZER TULAJDONSÁGAI

A periódusos rendszer minden eleme fémekre és nemfémekre van felosztva. A nem fémes elemek a következők:

Ő, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, C1, Br, I, At, O, S, Se. Te, N, P, As, C, Si, B, H

Az összes többi elem fémnek számít.

Az elemeket (szabad formában lévő elemek) szintén fémekre és nemfémekre osztják ezek alapján fizikai és kémiai tulajdonságai. Tehát a fizikai tulajdonságok, például az elektronikus vezetőképesség szempontjából a bór nem fém, a réz pedig fém, bár lehetségesek kivételek (grafit).

A periódusos rendszerben a nemfémek a főcsoportok (A-csoportok) elemei, kezdve a IIIA csoporttal (bór); az A-csoport többi eleme és a B-csoport összes eleme fém. A fő csoportokban a fémes tulajdonságok egyértelműbben fejeződnek ki többre nehéz elemek, és az 1A csoport csak a fémeket tartalmazza, a VPA és VIIIA csoport pedig csak a nemfémeket.

A főcsoportokban az elemek fémes tulajdonságai nőnek, a nemfémesek az elem atomszámának növekedésével csökkennek.

A főcsoportok elemeinek időszakaiban a fémes tulajdonságok csökkennek, és a nemfémes tulajdonságok az elem atomszámának növekedésével nőnek.

Ebből következik, hogy a legjellemzőbb fém elem fluor, a legjellemzőbb fémelem a francium.

A periódusos rendszerben jól láthatóak a természetes határok, amelyekhez képest az elemek tulajdonságainak változásai figyelhetők meg. Az 1A csoport tipikus fémeket tartalmaz, a VIIIA csoport elemei (nemesgázok) tipikus nemfémeket, a köztes csoportok pedig az elemtáblázat „felül” helyén található nemfémeket és az elemtáblázat „alján” található fémeket. Egy másik határ a fémek és a nemfémek között a Be - A1-Ge - Sb - Po elemeknek felel meg (átlós határ). Ennek a határnak az elemei és a vele szomszédos elemek fémes és nem fémes tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezen elemek egyszerű anyagai fémes és nemfémes módosulatok (allotróp formák) formájában egyaránt előfordulhatnak.

Atomjaik ionizációs energiája mérhető az elemek fémes és nemfémes természetére. Az ionizációs energia az az energia, amelyet el kell fordítani egy elektron teljes eltávolításához az atomból. Jellemzően a fémek viszonylag alacsony ionizációs energiával rendelkeznek (496 kJ/mol Na, 503 kJ/mol Ba), míg a nemfémek nagy ionizációs energiával rendelkeznek (1680 kJ/mol F, 1401 kJ/mol N). Az amfoter viselkedést mutató elemek (Be, Al, Ge, Sb, Po stb.) atomjai az ionizációs energia köztes értékeinek felelnek meg (Ge esetében 762 kJ/mol, Sb esetében 833 kJ/mol), a nemesgázok pedig legmagasabb értékeket(2080 kJ/mol Ne, 2372 kJ/mol He esetében). A periódusos rendszer csoportján belül az atomok ionizációs energiájának értékei az elem atomszámának növekedésével, azaz az atomméretek növekedésével csökkennek. Elektropozitív és elektronegatív elemek. Az elemek atomjainak pozitív és negatív egyatomos ionok képzésére való hajlamának megfelelően elektropozitív és elektronegatív elemeket különböztetünk meg.

Az elektronegatív elemek atomjai nagy elektronaffinitással rendelkeznek. Az ilyen elemek atomjai nagyon szorosan tartják a saját elektronjaikat, és hajlamosak további elektronokat befogadni kémiai reakciók. Az elektropozitív elemek atomjainak elektronaffinitása alacsony. Az ilyen elemek atomjai gyengén tartják a saját elektronjaikat, és hajlamosak elveszíteni ezeket az elektronokat a kémiai reakciók során.

A leginkább elektropozitív elemek a tipikus fémek (az 1A csoport elemei), a legelektronegatívabbak pedig a tipikus nemfémek (a VPA csoport elemei).

Az elemek elektropozitív karaktere a főcsoportokon belül felülről lefelé haladva növekszik, perióduson belül balról jobbra haladva pedig csökken. Az elemek elektronegatív jellege csökken, ha a főcsoportokon belül fentről lefelé halad, és növekszik, ha a periódusokon belül balról jobbra halad.

A kémiai elemek tulajdonságai lehetővé teszik, hogy megfelelő csoportokba vonják őket. Ezen az elven létrehozták a periódusos rendszert, amely megváltoztatta az elképzelést meglévő anyagokatés lehetővé tette új, korábban ismeretlen elemek létezésének feltételezését.

Mengyelejev periódusos rendszere

A kémiai elemek periódusos táblázatát D. I. Mengyelejev állította össze a 19. század második felében. Mi ez és mire való? Mindent összehoz kémiai elemek az atomtömeg növekvő sorrendjében, és mindegyik úgy van elrendezve, hogy tulajdonságaik periodikusan változnak.

Mengyelejev periodikus rendszere összefogott egységes rendszer minden létező elem, amelyet korábban egyszerűen különálló anyagnak tekintettek.

Tanulmánya alapján újakat jósoltak meg, majd szintetizáltak. vegyszerek. Ennek a felfedezésnek a jelentőségét a tudomány számára nem lehet túlbecsülni., jelentősen megelőzte korát, és hosszú évtizedeken keresztül lendületet adott a kémia fejlődésének.

Három legelterjedtebb asztali lehetőség létezik, amelyeket hagyományosan „rövid”, „hosszú” és „extra hosszú”-nak neveznek. ». A főasztalt hosszú asztalnak tekintik, ez hivatalosan jóváhagyva. A különbség köztük az elemek elrendezése és a periódusok hossza.

Mi az az időszak

A rendszer 7 periódusból áll. Grafikusan vízszintes vonalakként jelennek meg. Ebben az esetben egy pontnak egy vagy két sora lehet, ezeket soroknak nevezzük. Minden következő elem különbözik az előzőtől azáltal, hogy a magtöltést (elektronok számát) eggyel növeli.

Az egyszerűség kedvéért a periódus a periódusos rendszer vízszintes sora. Mindegyik fémmel kezdődik és inert gázzal végződik. Valójában ez periodicitást hoz létre - az elemek tulajdonságai az egyik perióduson belül megváltoznak, és ismétlődnek a következőben. Az első, a második és a harmadik periódus hiányos, kicsinek nevezik, és 2, 8 és 8 elemet tartalmaznak. A többi teljes, egyenként 18 elemből áll.

Mi az a csoport

A csoport egy függőleges oszlop azonos elemeket tartalmazó elektronikus szerkezet vagy, egyszerűbben fogalmazva, ugyanazzal a legmagasabb . A hivatalosan jóváhagyott hosszú táblázat 18 csoportot tartalmaz, amelyek alkálifémekkel kezdődnek és nemesgázokkal végződnek.

Minden csoportnak saját neve van, ami megkönnyíti az elemek keresését vagy osztályozását. A fémes tulajdonságok elemtől függetlenül, felülről lefelé javulnak. Ennek oka az atomi pályák számának növekedése - minél több van, annál gyengébbek az elektronikus kötések, ami a kristályrácsot kifejezettebbé teszi.

Fémek a periódusos rendszerben

Fémek a táblázatban Mengyelejev túlsúlyban van, listájuk meglehetősen kiterjedt. Jellemzik őket közös vonások, tulajdonságaik szerint heterogének és csoportokra oszthatók. Némelyiküknek kevés a közös a fémekkel fizikai érzék míg mások csak a másodperc töredékéig létezhetnek, és egyáltalán nem találhatók meg a természetben (legalábbis a bolygón), mivel létrehozták, vagy inkább kiszámították és megerősítették laboratóriumi körülmények, mesterségesen. Mindegyik csoportnak van saját jellemzőit , a név érezhetően eltér a többitől. Ez a különbség különösen szembetűnő az első csoportban.

A fémek helyzete

Mi a fémek helyzete a periódusos rendszerben? Az elemek növekvő sorrendben vannak elrendezve atomtömeg vagy az elektronok és protonok száma. Tulajdonságaik időszakosan változnak, így a táblázatban nincs egy-egy alapon rendezett elhelyezés. Hogyan lehet azonosítani a fémeket, és lehetséges-e ez a periódusos rendszer segítségével? A kérdés leegyszerűsítése érdekében egy speciális technikát találtak ki: feltételesen egy átlós vonalat húznak Bortól Poloniusig (vagy Astatusig) az elemek találkozásánál. A bal oldaliak fémek, a jobb oldaliak nemfémek. Ez nagyon egyszerű és menő lenne, de vannak kivételek - germánium és antimon.

Ez a „módszer” egyfajta csalólap, csak a memorizálási folyamat leegyszerűsítésére találták ki. A pontosabb ábrázolás érdekében emlékezni kell arra a nemfémek listája csak 22 elemből áll, ezért arra a kérdésre válaszolva, hogy hány fémet tartalmaz a periódusos rendszer?

Az ábrán jól látható, hogy mely elemek nem fémek, és hogyan vannak elrendezve a táblázatban csoportok és periódusok szerint.

Általános fizikai tulajdonságok

A fémeknek vannak általános fizikai tulajdonságai. Ezek a következők:

• Műanyag.
• Jellegzetes ragyogás.
• Elektromos vezetőképesség.
• Magas hővezető képesség.
• A higany kivételével mindegyik szilárd állapotban van.

Meg kell érteni, hogy a fémek tulajdonságai nagymértékben eltérnek kémiai ill fizikai esszencia. Némelyikük kevéssé hasonlít a kifejezés közönséges értelmében vett fémekre. Például a higany különleges helyet foglal el. Normál körülmények között benne van folyékony állapot, nincs kristályrácsa, melynek jelenlétének más fémek köszönhetik tulajdonságaikat. Utóbbi tulajdonságai ebben az esetben feltételesek, a higany hozzájuk kapcsolódik nagyobb mértékben kémiai jellemzők.

Érdekes! Az első csoport elemei, alkálifémek, V tiszta forma nem fordulnak elő, ha különböző vegyületekben találhatók.

A természetben létező legpuhább fém, a cézium ebbe a csoportba tartozik. Ő, mint a többi lúgos hasonló anyagok, kevés közös vonása van a tipikusabb fémekkel. Egyes források azt állítják, hogy valójában a legpuhább fém a kálium, amit nehéz vitatni vagy megerősíteni, mivel sem az egyik, sem a másik elem nem létezik önmagában - kémiai reakció eredményeként felszabadulva gyorsan oxidálódik vagy reagál.

A fémek második csoportja - az alkáliföldfémek - sokkal közelebb állnak a fő csoportokhoz. Az "alkáliföld" elnevezés az ókorból származik, amikor az oxidokat "földeknek" nevezték, mert laza, omlós szerkezetűek voltak. A 3. csoportból induló fémek többé-kevésbé ismert (köznapi értelemben vett) tulajdonságokkal rendelkeznek. A csoportszám növekedésével a fémek mennyisége csökken

1. Fémek helyzete az elemtáblázatban

A fémek főként a PSHE bal és alsó részén találhatók. Ezek a következők:

2. Fématomok szerkezete

A fématomok külső energiaszintjén általában 1-3 elektron található. Atomjaik nagy sugarúak és könnyen feladják a vegyértékelektronokat, pl. helyreállító tulajdonságokat mutatnak.

3. Fémek fizikai tulajdonságai

Fém csatlakozás - ez az a kapcsolat, amelyet a szabad elektronok egy fémkristályrács kationjai között hoznak létre.

4. Fémek beszerzése

1. Fémek redukciója oxidokból szénnel vagy szén-monoxiddal

Me x O y + C = CO 2 + Me vagy Me x O y + CO = CO 2 + Me

2. A szulfidok pörkölés, majd redukció

1. szakasz – Me x S y +O 2 =Me x O y +SO 2

2. szakasz -Me x O y + C = CO 2 + Me vagy Me x O y + CO = CO 2 + Me

3 Aluminotermia (redukció aktívabb fémmel)

Me x O y + Al = Al 2 O 3 + Me

4. hidrotermia - nagy tisztaságú fémek előállítására

Me x O y + H 2 = H 2 O + Me

5. Fémek redukciója elektromos árammal (elektrolízis)

1) Lúgos és alkáliföldfémek az iparban elektrolízissel nyerik olvadt sók (kloridok):

2NaCl – olvad, választ. jelenlegi. → 2 Na + Cl 2

CaCl 2 – olvadék, elektromos. jelenlegi.→ Ca+Cl2

hidroxid olvadékok:

4NaOH – olvad, kiválaszt. jelenlegi.→ 4 Na + O 2 + 2 H 2 O

2) Alumínium az iparban elektrolízissel nyerik alumínium-oxid olvadék én Na 3 AlF 6 kriolitban (bauxitból):

2Al 2 O 3 – kriolitban olvad, elektr. jelenlegi.→ 4 Al + 3 O 2

3) Elektrolízis vizes oldatok sók használat közepes aktivitású és inaktív fémek előállítása:

2CuSO 4 +2H 2 O – oldat, elekt. jelenlegi.→ 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4

5. Fémek megtalálása a természetben

A leggyakoribb in földkéreg fém - alumínium. A fémek vegyületekben és szabad formában is megtalálhatók.

1. Aktív – sók formájában (szulfátok, nitrátok, kloridok, karbonátok)

2. Mérsékelt aktivitás – oxidok, szulfidok formájában Fe 3 O 4 , FeS 2 )

FÉMEK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

A fémek általános kémiai tulajdonságait a táblázat tartalmazza:

MEGADÁSI FELADATOK

1. sz. Fejezd be az egyenleteket megvalósítható reakciókat, nevezze meg a reakciótermékeket!

Li+ H 2 O =

Cu + H2O =

Al + H 2 O =

Ba + H 2 O =

Mg + H2O =

Ca+HCl=

Na + H 2SO 4 (K) =

Al+H2S=

Ca + H3PO4 =

HCl + Zn =

H 2SO 4 (k)+ Cu=

H 2 S + Mg =

HCl + Cu =

HNO 3 (K)+ С u =

H2S+Pt=

H3PO4 + Fe =

HNO 3 (p)+ Na=

2. sz. Töltse ki az UHR-t, rendezze el az együtthatókat a módszerrel elektronikus mérleg, jelölje meg az oxidálószert (redukálószert):

Al + O 2 =

Li + H 2 O =

Na + HNO 3 (k) =

Mg + Pb(NO 3) 2 =

Ni + HCl =

3. sz. Hiányzó karakterek beszúrása pontok helyett (<, >vagy =)

4. sz. Töltse ki a CRM-et, rendezze az együtthatókat az elektronikus mérleg módszerével, adja meg az oxidálószert (redukálószert):

K+ O 2 =

Mg+ H 2 O =

Pb+ HNO 3 (p) =

Fe+ CuCl 2 =

Zn + H 2SO 4 (p) =

Zn + H 2SO 4 (k) =

5. sz. Tesztproblémák megoldása