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, BeH 2, BH 3, CH 4, NH 3, H 2 O, 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 1s 1 Степени окисления в соединениях -1, +1 Получение. Промышленные способы t o C + H 2 O = CO + H 2 (водяной газ) t o, ct CO + H 2 O = CO 2 + H 2 t o, ct CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 эл. ток 2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2 эл. ток 2H 2 O = 2H 2 + O 2 t o 4H 2 O + 3Fe = Fe 3 O 4 + 4H 2

Лабораторные способы. Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 t o 2Al + 2NaOH + 10H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 (H 2 O) 2 ] + 3H 2 Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2 NaH + H 2 O = NaOH + H 2

Химический свойства. 2Na + H 2 = 2NaH (гидрид натрия) t o, P, ct 3H 2 + N 2 2NH 3 t o CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Вода. Свойства CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 Na 2 CO 3 + H 2 O NaHCO 3 + NaOH

Пероксид водорода. Получение. H 2 S 2 O 8 +2H 2 O = 2H 2 SO 4 + H 2 O 2 BaO 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + H 2 O 2 Химические свойства. H 2 O 2 Н + + НО 2 - 2KMnO 4 + 5H 2 O 2 +3H 2 SO 4 =2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5O 2 + 8H 2 O 2KI + H 2 O 2 = I 2 + 2KOH

Натрий. Валентные электроны 3s 1 Степени окисления в соединениях +1 Получение. эл. ток 2NaCl 2Na + Cl 2 (расплав) эл. ток 4NaOH 4Na + O 2 + 2H 2 O (расплав) Химические свойства. 2Na + O 2 = Na 2 O (Na 2 O 2 ) 2Na + Cl 2 = 2NaCl

t o 2Na + H 2 = 2NaH t o 6Na + N 2 = 2Na 3 N t o 2Na + S = Na 2 S t o 3Na + P = Na 3 P 2Na + 2NH 3 (жидк) = 2NaNH 2 + H 2 амид натрия

Оксид натрия. t o 2Na 2 O 2 + 2Na = 2Na 2 O t o 2NaOH + 2Na = 2Na 2 O + H 2 Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3 Na 2 O + 2Al(OH) 3 + 5H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 (H 2 O) 2 ] Na 2 O + 2HCl = 2NaCl + H 2 O

Гидроксид натрия. эл. ток 2NaCl + 2H 2 O 2NaOH + H 2 + Cl 2 Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 = 2NaOH + CaCO 3 NaOH + HCl = NaCl + H 2 O 2NaOH + SO 3 = Na 2 SO 4 + H 2 O t o 2NaOH + Al 2 O 3 = 2NaAlO 2 + H 2 O (сплавление) 2NaOH + Cl 2 = NaCl + NaClO + H 2 O

Кальций. Валентные электроны 4s 2 Степени окисления в соединениях +2 Получение. эл. ток CaCl 2 = Ca + Cl 2 (расплав) t o 3CaO + 2Al = 3Ca + Al 2 O 3 t o CaO + C Ca + CO

Химические свойства. t o 2Ca + O 2 = 2CaO Ca + Cl 2 = CaCl 2 t o Ca + H 2 = CaH 2 t o 3Ca + 2P = Ca 3 P 2 Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2

Оксид кальция. t o CaCO 3 = CaO + CO 2 CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O CaO + CO 2 = CaCO 3 t o CaO + ZnO = CaZnO 2 (расплав) цинкат кальция

Гидроксид кальция. CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2H 2 O t o Ca(OH) 2 = CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + Cl 2 = CaOCl 2 + H 2 O