Как определить активность металла по таблице менделеева


Ряд активности металлов / Блог :: Бингоскул

Электрохимический ряд активности металлов (ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов) — последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов φ0, отвечающих полуреакции восстановления катиона металла Men+: Men+ + nē → Me

 

Практическое использование ряда активности металлов

Ряд напряжений используется на практике для сравнительной оценки химической активности металлов в реакциях с водными растворами солей и кислот и для оценки катодных и анодных процессов при электролизе:

  • Металлы, стоящие левее водорода, являются более сильными восстановителями, чем металлы, расположенные правее: они вытесняют последние из растворов солей. Например, взаимодействие Zn + Cu 2+ → Zn2+ + Cu возможно только в прямом направлении.
  • Металлы, стоящие в ряду левее водорода, вытесняют водород при взаимодействии с водными растворами кислот-неокислителей; наиболее активные металлы (до алюминия включительно) — и при взаимодействии с водой.
  • Металлы, стоящие в ряду правее водорода, с водными растворами кислот-неокислителей при обычных условиях не взаимодействуют.
  • При электролизе металлы, стоящие правее водорода, выделяются на катоде; восстановление металлов умеренной активности сопровождается выделением водорода; наиболее активные металлы (до алюминия) невозможно при обычных условиях выделить из водных растворов солей.

Самыми активными считаются щелочные металлы:

  • литий;
  • натрий;
  • калий;
  • рубидий;
  • цезий;
  • франций.

Таблица Менделеева

Таблица растворимости солей, кислот, оснований в воде

Как элементы сгруппированы в Периодической таблице?

В конце 19 века русский химик Дмитрий Менделеев опубликовал свою первую попытку сгруппировать химические элементы по их атомному весу. В то время было известно только около 60 элементов, но Менделеев понял, что, когда элементы были организованы по весу, определенные типы элементов возникали через равные промежутки времени или периоды.

Сегодня, 150 лет спустя, химики официально признают 118 элементов (после добавления четырех новичков в 2016 году) и до сих пор используют периодическую таблицу элементов Менделеева для их организации.Таблица начинается с простейшего атома, водорода, а затем упорядочиваются остальные элементы по атомному номеру, который представляет собой количество протонов, содержащихся в каждом. За некоторыми исключениями порядок элементов соответствует возрастающей массе каждого атома.

В таблице семь строк и 18 столбцов. Каждая строка представляет один период; номер периода элемента показывает, сколько из его энергетических уровней содержат электроны. Натрий, например, находится в третьем периоде, что означает, что атом натрия обычно имеет электроны на первых трех энергетических уровнях.Двигаясь вниз по таблице, периоды становятся длиннее, потому что для заполнения более крупных и сложных внешних уровней требуется больше электронов.

Столбцы таблицы представляют группы или семейства элементов. Элементы в группе часто выглядят и ведут себя одинаково, потому что у них одинаковое количество электронов во внешней оболочке - лице, которое они показывают миру. Элементы группы 18, например, в крайней правой части таблицы, имеют полностью сплошные внешние оболочки и редко участвуют в химических реакциях.

Элементы обычно классифицируются как металлические или неметаллические, но разделительная линия между ними нечеткая. Металлические элементы обычно являются хорошими проводниками электричества и тепла. Подгруппы металлов основаны на схожих характеристиках и химических свойствах этих коллекций. Согласно данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, в нашем описании периодической таблицы элементов используются общепринятые группы элементов.

Щелочные металлы: Щелочные металлы составляют большую часть Группы 1, первого столбца таблицы.Эти блестящие и достаточно мягкие, чтобы разрезать ножом, эти металлы начинаются с лития (Li) и заканчиваются францием (Fr). Они также чрезвычайно реактивны и воспламеняются или даже взрываются при контакте с водой, поэтому химики хранят их в маслах или инертных газах. Водород с одним электроном также находится в группе 1, но газ считается неметаллом.

Щелочно-земельные металлы: Щелочноземельные металлы составляют 2-ю группу периодической таблицы, от бериллия (Be) до радия (Ra).Каждый из этих элементов имеет два электрона на внешнем энергетическом уровне, что делает щелочноземельные земли достаточно реактивными, поэтому их редко можно найти в природе в одиночку. Но они не так реактивны, как щелочные металлы. Их химические реакции обычно протекают медленнее и выделяют меньше тепла по сравнению с щелочными металлами.

Lanthanides: Третья группа слишком длинна, чтобы поместиться в третий столбец, поэтому она вырывается и переворачивается боком, чтобы стать верхней строкой острова, который плавает в нижней части таблицы.Это лантаноиды, элементы с 57 по 71 - от лантана (La) до лютеция (Lu). Элементы этой группы имеют серебристо-белый цвет и тускнеют при контакте с воздухом.

Актиниды: Актиниды выстилают нижний ряд острова и включают элементы от 89, актиний (Ac) до 103, лоуренсий (Lr). Из этих элементов только торий (Th) и уран (U) встречаются на Земле в значительных количествах. Все радиоактивны. Актиниды и лантаноиды вместе образуют группу, называемую внутренними переходными металлами.

Переходные металлы: Возвращаясь к основной части таблицы, остатки групп с 3 по 12 представляют остальные переходные металлы. Твердые, но пластичные, блестящие и обладающие хорошей проводимостью, эти элементы - это то, о чем вы обычно думаете, когда слышите слово «металл». Здесь живут многие из лучших хитов металлического мира, включая золото, серебро, железо и платину.

Металлы после перехода: В преддверии перехода в мир неметаллов общие характеристики не разделены четко по вертикальным групповым линиям.Постпереходными металлами являются алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl), олово (Sn), свинец (Pb) и висмут (Bi), и они охватывают группы с 13 по 17. Эти элементы обладают некоторыми из классических характеристик переходных металлов, но они, как правило, более мягкие и проводят хуже, чем другие переходные металлы. Во многих периодических таблицах жирным шрифтом будет выделена линия «лестницы» под диагональю, соединяющей бор с астатом. Постпереходные металлы расположены в нижнем левом углу этой линии.

Металлоиды: Металлоиды - это бор (B), кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), сурьма (Sb), теллур (Te) и полоний (Po). Они образуют лестницу, символизирующую постепенный переход от металлов к неметаллам. Эти элементы иногда ведут себя как полупроводники (B, Si, Ge), а не как проводники. Металлоиды также называют «полуметаллами» или «бедными металлами».

Неметаллы: Все остальное в правом верхнем углу лестницы - плюс водород (H), скрученный назад в Группе 1 - является неметаллом.К ним относятся углерод (C), азот (N), фосфор (P), кислород (O), сера (S) и селен (Se).

Галогены: Четыре верхних элемента Группы 17, от фтора (F) до астата (At), представляют собой одно из двух подмножеств неметаллов. Галогены довольно химически реактивны и имеют тенденцию образовывать пары со щелочными металлами с образованием различных типов солей. Например, поваренная соль на вашей кухне - это смесь щелочного металла натрия и галогенового хлора.

Благородные газы: Бесцветные, без запаха и почти полностью инертные, инертные или благородные газы завершают таблицу в группе 18.Многие химики ожидают, что оганессон, один из четырех недавно названных элементов, будет обладать этими характеристиками; однако, поскольку этот элемент имеет период полураспада в миллисекундах, никто не смог проверить его напрямую. Оганессон завершает седьмой период периодической таблицы, поэтому, если кому-то удастся синтезировать элемент 119 (а гонка за это уже ведется), он перейдет в цикл, чтобы начать восьмую строку в столбце щелочного металла.

Из-за цикличности, создаваемой периодичностью, дающей название таблице, некоторые химики предпочитают визуализировать таблицу Менделеева в виде круга.

Дополнительные ресурсы :

.

Частей Периодической таблицы

В современной периодической таблице элементы перечислены в порядке возрастания . атомный номер . Атомный номер - это количество протонов в ядро атома. Количество протонов определяет идентичность элемент (т.е. элемент с 6 протонами - это атом углерода, независимо от того, как может присутствовать много нейтронов). Количество протонов определяет, как ядро окружено множеством электронов, и это расположение этих электроны, которые определяют большую часть химического поведения элемента.

В периодической таблице, расположенной в порядке возрастания атомного номера, элементы, обладающие схожими химическими свойствами, естественным образом объединяются в одни и те же столбец (группа). Например, все элементы в группе 1A являются относительно мягкие металлы, бурно реагируют с водой и образуют заряды 1+; все элементы группы 8A являются инертными одноатомными газами в помещении температура и т. д. Другими словами происходит периодических повторений свойств химических элементов при увеличении массы.

В оригинальной периодической таблице, опубликованной Дмитрием Менделеевым в 1869 году, элементы были в порядке увеличения атомная масса - в то время, ядро еще не было открыто, и не было понимания вся внутренняя структура атома, поэтому атомная масса была единственной руководство по использованию. Как только структура ядра была понята, она стало ясно, что именно атомный номер управлял свойства элементов.

.

Периодическая таблица

Периодическая таблица

«Если все элементы расположены в порядке их атомного веса, получается периодическое повторение свойств. Это выражается законом периодичности».
Дмитрий Менделеев, Основы химии, Vol. 2, 1902, П. Ф. Кольер, стр. 17. "У нас есть доказательство того, что в атоме есть фундаментальная величина, которая постепенно увеличивается по мере перехода от одного элемента к другому. Этой величиной может быть только заряд центрального положительного ядра, существование которого мы уже имеем определенное доказательство."
Генри Мозли, Philosophical Magazine, Vol. 26, 1913, стр. 1030. «Химический состав атома зависит только от количества электронов, которое равно количеству протонов и называется атомным номером. Химия - это просто числа, идея, которая понравилась бы Пифагору. Если вы атом с одним протоном, вы водород; два, гелий; ..... "
Карл Саган, Космос, 1980, Рэндом Хаус, стр. 223. Фото: НАСА.

Электронные оболочки


Атом лития имеет два электрона, вращающихся на внутренней оболочке, и только один электрон, вращающийся на его внешней оболочке.Внешняя оболочка неполная, а значит, нестабильная. Атомы Li легко отдают один электрон с образованием положительно заряженных ионов Li + . Эти ионы имеют ту же стабильную электронную конфигурацию, что и благородный газ гелий.

Все атомы группы 1 могут потерять один электрон с образованием положительно заряженных ионов. Например, атомы калия делают это, образуя ионы с одним и тем же электроном. конфигурация как благородный газ аргон.

Атомы группы 2 теряют два электрона, образуя положительно заряженные ионы. Например, атомы магния образуют ионы Mg 2+ .Они имеют ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ неон.

Большинство элементов в группе 3 теряют три электрона с образованием ионов 3+. Однако бор мало склонен к образованию ионов. Он получает структуру благородного газа, разделяя электроны с другими атомами. Это называется ковалентным связыванием.

Элементам групп 15, 16 и 17 легче получить электроны, чем потерять их. Например, атомы кислорода получают два электрона с образованием ионов O 2-. Они имеют ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ неон.

Элементы в группе 14 могут потерять четыре или получить четыре электрона, чтобы получить структуру благородного газа. Фактически, если они собираются образовывать ионы, элементы группы 14 образуют положительные ионы. Углерод и кремний образуют ковалентные связи. Все миллионы органических соединений углерода основаны на общих электронах в ковалентных связях.

Многие элементы могут образовывать ковалентные связи в зависимости от обстоятельств. Например, связь в воде H 2 0 в основном ковалентна; и в то время как хлор ионно связан с натрием в хлориде натрия, он связывается с углеродом ковалентно в четыреххлористом углероде.

Автор: Дуг Стюарт

Периодическая таблица, которую мы используем сегодня, основана на таблице, разработанной и опубликованной Дмитрием Менделеевым в 1869 году.

Менделеев обнаружил, что может расположить 65 элементов, известных на тот момент, в сетке или таблице так, чтобы каждый элемент имел:

1. Более высокий атомный вес, чем тот, что слева. Например, магний (атомный вес 24,3) помещен справа от натрия (атомный вес 23,0):

Менделеев понял, что стол перед ним лежит в самом сердце химии.Более того, Менделеев увидел, что его таблица неполная - были места, где должны были быть элементы, но их никто не обнаружил.

Точно так же, как можно сказать, что Адамс и Леверье открыли планету Нептун на бумаге, Менделеев можно было сказать, что он открыл германий на бумаге. Он назвал этот новый элемент эка-кремний , после наблюдения зазора в периодической таблице между кремнием и оловом:

Аналогичным образом Менделеев открыл на бумаге галлий ( eka - алюминий) и скандий ( eka - бор), поскольку он предсказал их существование и их свойства еще до их фактических открытий.

Хотя Менделеев совершил решающий прорыв, он почти не продвинулся дальше. Оглядываясь назад, мы знаем, что периодическая таблица Менделеева была основана на ложных рассуждениях. Менделеев ошибочно полагал, что химические свойства определяются атомным весом. Конечно, это было совершенно разумно, если принять во внимание научное знание 1869 года.

В 1869 году сам электрон не был открыт - это произошло 27 лет спустя, в 1896 году.

Фактически, потребовалось 44 года, чтобы найти правильное объяснение закономерностей в периодической таблице Менделеева.


Объяснение найдено

Объяснение было дано в 1913 году Генри Мозли, который стрелял электронами по атомам, что привело к испусканию рентгеновских лучей. Мозли обнаружил, что каждый элемент, который он изучал, излучает рентгеновские лучи с уникальной частотой.

Когда он посмотрел на частоты, излучаемые рядом элементов, он обнаружил закономерность, которая лучше всего объяснялась, если положительный заряд в ядре увеличивался ровно на одну единицу от элемента к элементу.

График, обобщающий результаты Мозли

Другими словами, Мозли обнаружил, что элементы отличаются друг от друга, потому что их атомы имеют разное количество протонов.Он обнаружил, что положение элементов в периодической таблице лучше предсказывается их атомным номером , чем их атомным весом. (Атомный номер элемента равен количеству протонов и, следовательно, электронов в одном из его атомов.)

Открытие Мозли прояснило проблемы кобальт-никелевого и аргонно-калиевого.

При рассмотрении проблемы аргона и калия было известно, что аргон имеет более высокий атомный вес, чем калий. Согласно рассуждению Менделеева, аргон следует поместить после калия в периодической таблице.Но делать это не имело смысла с точки зрения химических свойств.

Работа Мозли показала, что атомный номер аргона равен 18, а калия - 19. Поэтому аргон следует поставить перед калием в периодической таблице на основе атомных номеров. Химики всего мира вздохнули с облегчением, потому что это соответствовало наблюдаемым химическим свойствам этих элементов.

Мозли также подражал достижению Менделеева открытия новых элементов на бумаге, обнаружив четыре атомных номера без совпадающих элементов.Он предсказал существование элементов с атомными номерами 43, 61, 72 и 75. Эти элементы действительно были обнаружены; мы теперь называем их технецием, прометием, гафнием и рением.

Сегодня химические элементы по-прежнему расположены в порядке возрастания атомного номера (Z), если смотреть на периодическую таблицу слева направо. Мы называем горизонтальные ряды периодами . Например, вот Период 4:

.

Мы называем вертикальные ряды группами .

Например, вот группа 2:

Мы также теперь знаем, что химический состав элемента определяется тем, как расположены его электроны - его электронная конфигурация .

Электроны в атомах можно представить как занимающие слои или оболочки, окружающие атомное ядро. Это показано на схеме атома лития в левой части этой страницы. Мы представляем электроны как маленькие планеты, вращающиеся вокруг солнечного ядра, в котором расположены протоны и нейтроны. Это называется боровским представлением атома. На самом деле это приблизительное значение, но это хорошая отправная точка для понимания химических свойств элементов.

Если мы исключим элементы переходных металлов, мы можем сказать, что атомы, которые занимают одну и ту же группу периодической таблицы, имеют одинаковое количество внешних электронов.Например, все элементы в группе 2, показанные слева, имеют два внешних электрона.

Эти внешние электроны называются валентными электронами .

Валентные электроны

Именно валентные электроны вызывают химическую реактивность.

Все элементы в группе 1 имеют один валентный электрон; Группа 2 - два валентных электрона; Группа 13 - три валентных электрона; Группа 14 - четыре валентных электрона; Группа 15 - пять валентных электронов; Группа 16 - шесть валентных электронов; Группа 17, семь валентных электронов; и Группа 18 - восемь валентных электронов, кроме гелия, у которого их два.

Группа 18 - это группа инертных газов, группа инертных элементов. Нежелание благородных газов вступать в химическую реакцию является ключом, который открывает нам понимание того, почему другие элементы действительно реагируют.


Инертные частицы: если атом имеет электронную конфигурацию благородного газа, он будет химически неактивным или будет реагировать с трудом.

Реактивные частицы: если атом не имеет той же электронной конфигурации, что и благородный газ, он будет иметь тенденцию реагировать, чтобы достичь этого.

Благородные газы неактивны, потому что их внешние электронные оболочки заполнены. Полная оболочка внешних электронов - особенно стабильное устройство. Это означает, что атомы благородных газов не легко приобретают и не теряют электроны; они реагируют с другими атомами с большим трудом или не реагируют вовсе.

.

Периодическая таблица: семьи и периоды

  1. Образование
  2. Наука
  3. Химия
  4. Периодическая таблица: семьи и периоды

В периодической таблице элементов есть семь горизонтальных рядов элементов, называемых периодами . Вертикальные столбцы элементов называются группами или семействами . Чаще всего таблица Менделеева классифицируется по металлам, неметаллам и металлоидам.

Периоды в таблице Менделеева

В каждом периоде (горизонтальный ряд) атомные номера увеличиваются слева направо.Точки пронумерованы от 1 до 7 в левой части таблицы.

Элементы, относящиеся к одному и тому же периоду, обладают не такими похожими химическими свойствами. Рассмотрим первых двух членов периода 3: натрий (Na) и магний (Mg). В реакциях они оба имеют тенденцию терять электроны (в конце концов, это металлы), но натрий теряет один электрон, а магний - два. Хлор (Cl), снижающийся ближе к концу периода, имеет тенденцию приобретать электрон (это неметалл).

Семьи в таблице Менделеева

Члены семейств (вертикальные столбцы) периодической таблицы имеют схожие свойства.Семейства помечаются вверху столбцов одним из двух способов:

Так почему же элементы в одном семействе имеют схожие свойства? Вы можете изучить четыре семейства в периодической таблице и посмотреть на электронные конфигурации нескольких элементов в каждом семействе.

На рисунке ниже перечислены некоторые важные семейства, которым даны специальные имена:

  • Семейство IA состоит из щелочных металлов . В реакциях все эти элементы имеют тенденцию терять один электрон.Это семейство содержит некоторые важные элементы, такие как натрий (Na) и калий (K). Оба эти элемента играют важную роль в химии организма и обычно встречаются в солях.

  • Семейство IIA состоит из щелочноземельных металлов . Все эти элементы имеют тенденцию терять два электрона. Кальций (Ca) - важный член семейства IIA (кальций необходим для здоровья зубов и костей).

  • Семейство VIIA состоит из галогенов . Все они стремятся получить в реакциях один электрон. Важными членами этого семейства являются хлор (Cl), используемый при производстве поваренной соли и отбеливателя, и йод (I).

  • Семейство VIIIA состоит из благородных газов . Эти элементы очень инертны. Долгое время благородные газы называли инертными газами, потому что люди думали, что эти элементы вообще не вступят в реакцию.

    Ученый по имени Нил Бартлетт показал, что, по крайней мере, некоторые из инертных газов могут вступать в реакцию, но для этого требуются особые условия.После открытия Бартлетта эти газы стали называть благородными газами.

Валентные электроны и семейства

Электронная конфигурация показывает количество электронов на каждой орбитали в конкретном атоме. Эти электронные конфигурации показывают, что между каждой группой элементов есть некоторые сходства с точки зрения их валентных электронов.

Имейте в виду, что количество валентных электронов и номер столбца римской цифры: семейство IA имеет 1 валентный электрон; семейство IIA имеет 2 валентных электрона; семейство VIIA имеет 7 валентных электронов; а семейство VIIIA имеет 8 валентных электронов.Итак, для семейств, помеченных римской цифрой и буквой A, римская цифра обозначает количество валентных электронов.

Римская цифра позволяет очень легко определить, что кислород (O) имеет шесть валентных электронов (он принадлежит к семейству VIA), кремний (Si) - четыре и так далее. Вам даже не нужно писать электронную конфигурацию или энергетическую диаграмму, чтобы определить количество валентных электронов.

.

Смотрите также