Как расположены металлы в периодической таблице


Положение металлов в периодической системе, строение их атомов

Билет № 4

1. Металлы: положение этих химических элементов в периодической системе, строение их атомов (на примере атомов натрия, магния, алюминия). Характерные физические свойства металлов. Химические свойства металлов: взаимодействие с кислородом, водой, кислотами

Элементы, образующие простые вещества — металлы, занимают левую нижнюю часть периодической системы (для наглядности можно сказать, что они расположены влево от диагонали, соединяющей Be и полоний, № 84), также к ним относятся элементы побочных (Б) подгрупп.

Для атомов металлов характерно небольшое число электронов на внешнем уровне. Так, у натрия на внешнем уровне расположен 1 электрон, у магния — 2, у алюминия — 3 электрона. Эти электроны сравнительно слабо связаны с ядром, что обуславливает характерные физические свойства металлов:

  • электрическую проводимость,
  • хорошую теплопроводность,
  • ковкость, пластичность.
  • Металлы также отличает характерный металлический блеск.

В химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей:

  1. При взаимодействии с кислородом металлы образуют оксиды, например, магний сгорает с образованием оксида магния:
    2Mg + O2 = 2MgO

Наиболее активные металлы (щелочные) при горении на воздухе образуют пероксиды:

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид натрия)

  1. Активные металлы, например, натрий, реагируют с водой с образованием гидроксидов:
    2Na + 2HOH = 2NaOH + H2

или оксидов, как магний при нагревании:

Mg + H2O = MgO + H2

  1. Металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее водорода (Н), вытесняют водород из кислот (кроме азотной). Так, цинк реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида цинка и водорода:
    Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Металлы, в том числе правее водорода, за исключением золота и платины, реагируют с азотной кислотой, с образованием различных соединений азота:

Cu + 4HNO3 (конц.) = Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2

Коэффициенты в этих уравнениях легче расставить методом электронного баланса. Проставляем степени окисления:

Cu0 + 4HN+5O3 (конц.) = Cu+2(NO3)2 + 2H2O + 2N+4O2

Записываем элементы с изменившейся степенью окисления:

 

Cu0 − 2e → Cu+2 2* 1** — восстановитель
N+5 + 1e → N+4 2 — окислитель

* наименьшее общее кратное для добавленных и отнятых электронов

** коэффициент для вещества, содержащего этот элемент, получаем делением наименьшего общего кратного на число добавленных или отнятых электронов (у этого атома)

2. Опыт. Получение и собирание кислорода. Доказательство наличия кислорода в сосуде

В школьной лаборатории кислород чаще получают разложением перекиси водорода в присутствии оксида марганца (IV):

2H2O2 = 2H2O + O2

или разложением перманганата калия при нагревании:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2

Чтобы собрать газ, сосуд закрывают пробкой с газоотводной трубкой.

Чтобы доказать наличие кислорода в сосуде, вносят в него тлеющую лучинку — она ярко вспыхивает.

автор: Владимир Соколов

Частей Периодической таблицы

В современной периодической таблице элементы перечислены в порядке возрастания . атомный номер . Атомный номер - это количество протонов в ядро атома. Число 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 в группе 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.

.

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 возрастанию массы 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 третьем столбце, поэтому она разорвана и перевернута в сторону, 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 активны и имеют тенденцию образовывать пары со щелочными металлами с образованием различных типов солей. Например, поваренная соль на вашей кухне - это брак щелочного металла натрия и галогенового хлора.

Благородные газы: Бесцветные, без запаха и почти полностью инертные, инертные или инертные 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 :

.

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, чтобы образовать 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 для получения структуры 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, связывание в воде H 2 0 в основном ковалентное; 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), потому что 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 согласуется с наблюдаемыми химическими свойствами этих элементов.

Мозли также подражал достижению Менделеева открытия новых элементов на бумаге, найдя 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:

Теперь мы также 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 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.


Нереактивные 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 получают и не теряют электроны легко; они реагируют с другими атомами с большим трудом или не реагируют вовсе.

Другие атомы теряют электроны, приобретают электроны или делятся электронами, чтобы достичь той же электронной конфигурации, что и благородный газ - при этом они образуют химические связи и производят новые вещества.

Атом натрия реагирует с атомом хлора с образованием хлорида натрия

Например, на диаграмме выше атом натрия теряет свой единственный валентный электрон в пользу атома хлора. Когда атом теряет или приобретает один или несколько электронов, его уже нельзя описать как атом - он называется ионом .

Все ионы заряжены положительно или отрицательно.

Поскольку наш атом натрия потерял отрицательно заряженный электрон, он становится положительно заряженным ионом натрия: Na + .Этот ион натрия, у которого на один электрон меньше, чем у атома натрия, имеет ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ неон, и химически стабилен.

Атом хлора, который начинается с семи валентных электронов, получает один электрон и становится отрицательно заряженным ионом хлора: Cl - . Этот ион имеет ту же электронную конфигурацию, что и благородный газ аргон, и th

.

Периодическая таблица - Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Периодическая таблица химических элементов - это список известных химических элементов. В таблице элементы расположены в порядке их атомных номеров, начиная с наименьшего номера, равного единице, водорода. Атомный номер элемента совпадает с числом протонов в этом конкретном ядре атома. В периодической таблице элементы расположены в периодов, и групп. Строка элементов в таблице называется периодом . У каждого периода есть номер; от 1 до 8. В периоде 1 всего 2 элемента: водород и гелий. Период 2 и период 3 имеют по 8 элементов. Остальные периоды длиннее. Элементы в периоде имеют последовательные атомные номера.

Стандартная вариация таблицы Менделеева

Столбец элементов в таблице называется группой . В стандартной периодической таблице 18 групп. У каждой группы есть номер: от 1 до 18.Элементы в группе имеют электроны, расположенные аналогичным образом в соответствии с числом валентных электронов, что придает им аналогичные химические свойства (они ведут себя аналогичным образом). Например, группа 18 известна как благородные газы, потому что все они являются газами и не соединяются с другими атомами.

Есть две системы групповых номеров; один с арабскими цифрами (1,2,3), а другой с римскими цифрами (I, II, III). Римские цифровые имена использовались на протяжении большей части 20-го века.В 1990 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) решил использовать новую систему с арабскими цифрами, чтобы заменить две старые групповые системы, в которых использовались римские цифры.

Периодическая таблица Менделеева использовалась химиками для наблюдения закономерностей и взаимосвязей между элементами. В Периодической таблице есть 3 основные группы; металлы, металлоиды и неметаллы. Например, элементы внизу и слева от таблицы являются наиболее металлическими, а элементы в правом верхнем углу - наименее металлическими.(например, цезий намного более металлический, чем гелий). Есть также много других закономерностей и взаимосвязей.

Периодическая таблица Менделеева была изобретена русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834–1907). В его честь 101 элемент был назван в его честь - менделевий.

Химическая серия Периодической таблицы.
Состояние при стандартной температуре и давлении. Цвет числа (атомного номера) над символом элемента показывает состояние элемента при нормальных условиях.
  • синим цветом обозначены газы
  • зеленые - жидкости
  • черные - сплошные
Радиоактивность
  • Пунктирные границы содержат только радиоактивные изотопы природного происхождения

  • Элементы с пунктирными границами не встречаются в природе (синтетические элементы)
  • те, у кого нет границ, слишком радиоактивны, чтобы их еще обнаружили.

Другие методы отображения химических элементов [изменить | изменить источник]

Версия периодической таблицы, показанная выше, является наиболее используемой.Другие распространенные версии показаны ниже:

  • Теодор Бенфей расположил элементы по спирали вокруг водорода. Атомный вес определяет положение элемента.

  • Дмитрий Иванович Менделеев использовал цветочную композицию; Актиниды, лантаноиды показаны петлями рядом с основной группой.

  • Беттерман упорядочил элементы по их изоэлектрическим свойствам, которые можно преобразовать в полиномиальную форму.

  • Треугольная версия от Змачинского и Бейли

.

Смотрите также