Какие все типичные для металлов свойства таблицы менделеева
Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории. Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная. Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом. Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу. Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме. Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.
В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.
Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).
The YouTube ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.
Периодический закон
Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.
Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.
Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).
Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.
Группы и периоды Периодической системы
Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.
Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.
Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.
Свойства таблицы Менделеева
Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.
Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:
- усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
- возрастает атомный радиус;
- возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
- электроотрицательность падает.
Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R2O, RO, R2O3, RO2, R2O5, RO3, R2O7, RO4, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).
Оксиды состава R2O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO2, R2O5, RO3, R2O7 проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.
Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH4, RH3, RH2, RH.
Соединения RH4 имеют нейтральный характер; RH3 — слабоосновный; RH2 — слабокислый; RH — сильнокислый характер.
Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.
В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:
- электроотрицательность возрастает;
- металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
- атомный радиус падает.
Элементы таблицы Менделеева
Щелочные и щелочноземельные элементы
К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию. Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами. По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.
Показать / Скрыть текст
| Щелочные металлы | Щелочноземельные металлы |
| Литий Li 3 | Бериллий Be 4 |
| Натрий Na 11 | Магний Mg 12 |
| Калий K 19 | Кальций Ca 20 |
| Рубидий Rb 37 | Стронций Sr 38 |
| Цезий Cs 55 | Барий Ba 56 |
| Франций Fr 87 | Радий Ra 88 |
Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды
Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы. Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов. Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.
Показать / Скрыть текст
| Лантаниды | Актиниды |
| Лантан La 57 | Актиний Ac 89 |
| Церий Ce 58 | Торий Th 90 |
| Празеодимий Pr 59 | Протактиний Pa 91 |
| Неодимий Nd 60 | Уран U 92 |
| Прометий Pm 61 | Нептуний Np 93 |
| Самарий Sm 62 | Плутоний Pu 94 |
| Европий Eu 63 | Америций Am 95 |
| Гадолиний Gd 64 | Кюрий Cm 96 |
| Тербий Tb 65 | Берклий Bk 97 |
| Диспрозий Dy 66 | Калифорний Cf 98 |
| Гольмий Ho 67 | Эйнштейний Es 99 |
| Эрбий Er 68 | Фермий Fm 100 |
| Тулий Tm 69 | Менделевий Md 101 |
| Иттербий Yb 70 | Нобелий No 102 |
Галогены и благородные газы
Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы. Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке. В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е. ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.
Показать / Скрыть текст
| Галогены | Благородные газы |
| Фтор F 9 | Гелий He 2 |
| Хлор Cl 17 | Неон Ne 10 |
| Бром Br 35 | Аргон Ar 18 |
| Йод I 53 | Криптон Kr 36 |
| Астат At 85 | Ксенон Xe 54 |
| — | Радон Rn 86 |
Переходные металлы
Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.
Показать / Скрыть текст
| Переходные металлы |
| Скандий Sc 21 |
| Титан Ti 22 |
| Ванадий V 23 |
| Хром Cr 24 |
| Марганец Mn 25 |
| Железо Fe 26 |
| Кобальт Co 27 |
| Никель Ni 28 |
| Медь Cu 29 |
| Цинк Zn 30 |
| Иттрий Y 39 |
| Цирконий Zr 40 |
| Ниобий Nb 41 |
| Молибден Mo 42 |
| Технеций Tc 43 |
| Рутений Ru 44 |
| Родий Rh 45 |
| Палладий Pd 46 |
| Серебро Ag 47 |
| Кадмий Cd 48 |
| Лютеций Lu 71 |
| Гафний Hf 72 |
| Тантал Ta 73 |
| Вольфрам W 74 |
| Рений Re 75 |
| Осмий Os 76 |
| Иридий Ir 77 |
| Платина Pt 78 |
| Золото Au 79 |
| Ртуть Hg 80 |
| Лоуренсий Lr 103 |
| Резерфордий Rf 104 |
| Дубний Db 105 |
| Сиборгий Sg 106 |
| Борий Bh 107 |
| Хассий Hs 108 |
| Мейтнерий Mt 109 |
| Дармштадтий Ds 110 |
| Рентгений Rg 111 |
| Коперниций Cn 112 |
Металлоиды
Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.
Показать / Скрыть текст
| Металлоиды |
| Бор B 5 |
| Кремний Si 14 |
| Германий Ge 32 |
| Мышьяк As 33 |
| Сурьма Sb 51 |
| Теллур Te 52 |
| Полоний Po 84 |
Постпереходными металлами
Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску. В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке. Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.
Показать / Скрыть текст
| Постпереходные металлы |
| Алюминий Al 13 |
| Галлий Ga 31 |
| Индий In 49 |
| Олово Sn 50 |
| Таллий Tl 81 |
| Свинец Pb 82 |
| Висмут Bi 83 |
Неметаллы
Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).
Показать / Скрыть текст
| Неметаллы |
| Водород H 1 |
| Углерод C 6 |
| Азот N 7 |
| Кислород O 8 |
| Фосфор P 15 |
| Сера S 16 |
| Селен Se 34 |
| Флеровий Fl 114 |
| Унунсептий Uus 117 |
А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.
Отлично, первый шаг на пути к знаниям сделан. Теперь вы более-менее ориентируетесь в таблице Менделеева и это вам очень даже пригодится, ведь Периодическая система Менделеева является фундаментом, на котором стоит эта удивительная наука.
1. Положение металлов в таблице элементов
Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПСХЭ. К ним относятся:
Деление элементов на металлы и неметаллы
2. Строение атомов металлов
У
атомов металлов на наружном энергоуровне обычно 1-3 электрона. Их атомы
обладают большим радиусом и легко отдают валентные электроны, т.е.
проявляют восстановительные свойства.
Металлы — восстановители
3. Физические свойства металлов
Изменение электропроводности металла при его нагревании и охлаждении
Металлическая связь – это связь, которую осуществляют свободные электроны между катионами в металлической кристаллической решётке.
4. Получение металлов
1. Восстановление металлов из
оксидов углем или угарным газом
MеxOy + C = CO2 + Me или MеxOy + CO = CO2
+ Me
2. Обжиг сульфидов с
последующим восстановлением
1
стадия – MеxSy+O2=MеxOy+SO2
2 стадия — MеxOy + C = CO2
+ Me или MеxOy + CO = CO2
+ Me
3 Алюминотермия
(восстановление более активным металлом)
MеxOy
+ Al = Al2O3 + Me
4.
Водородотермия — для получения металлов особой чистоты
MеxOy
+ H2 = H2O + Me
5. Восстановление металлов электрическим током
(электролиз)
1) Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности
электролизом расплавов солей (хлоридов):
2NaCl –расплав,электр.
ток. → 2 Na + Cl2↑
CaCl2 –расплав,электр.
ток.→ Ca + Cl2↑
расплавов
гидроксидов:
4NaOH –расплав, электр. ток.→ 4Na
+ O2↑ + 2H2O
2) Алюминий в промышленности получают в
результате электролиза расплава оксида алюминия в криолите Na3AlF6 (из бокситов):
2Al2O3
–расплав
в криолите, электр. ток.→ 4Al + 3 O2↑
3)
Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней
активности и неактивных:
2CuSO4+2H2O –раствор, электр. ток. → 2Cu
+ O2 + 2H2SO4
5. Нахождение металлов в природе
Самый распространённый в земной коре металл – алюминий. Металлы встречаются как в соединениях, так и в свободном виде.
1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)
2. Средней активности – в виде оксидов, сульфидов (Fe3O4, FeS2)
3. Благородные – в свободном виде (Au, Pt, Ag)
ХИМИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Общие химические свойства металлов представлены в
таблице:
Видео «Самовоспламенение никеля на воздухе»
1).
Металлы по — разному реагируют с водой:
Помните!!!
Алюминий реагирует с водой подобно активным
металлам, образуя основание:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑
2). Металлы особо реагируют с серной концентрированной и азотной кислотами:
H2SO4 (конц.) + Me = соль + H2O + Х
Щелочные и щелочноземельные | Fe, Cr, Al | Металлы до водорода Сd-Pb | Металлы после водорода (при t) | Au, Pt | |
X | H2S↑ могут S↓ или SO2↑ | 1)пассивируются на холоде; 2) при нагревании → SO2↑ | S↓ могут H2S илиSO2 | SO2↑ | — |
H2SO4
(разб) + Zn = ZnSO4 + H2↑
H2SO4
(разб) + Cu ≠
2H2SO4
(конц.) + Cu = CuSO4 + 2H2O + SO2↑
Внимание!
Pt,
Au + H2SO4 (конц.) → реакции
нет
Al, Fe, Cr + H2SO4 (конц.) холодная→ пассивация
Al,
Fe, Cr + H2SO4 (конц.) t˚C→ SO2
4HNO3
(k) + Cu = Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO2↑
8HNO3
(p) + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO↑
Внимание!
Pt,
Au + HNO3 → реакции
нет
Al, Fe, Cr + HNO3 (конц) холодная→ пассивация
Al,
Fe, Cr + HNO3 (конц) t˚C→ NO2
Al, Fe, Cr + HNO3 (разб) → NO
3).
С растворами солей менее активных металлов
Ме
+ Соль = Новый металл + Новая соль
Вытеснение металла из соли другим металлом
ВИДЕО-ОПЫТ
Fe + CuCl2
= FeCl2 + Cu
FeCl2
+ Cu ≠
Активность
металла в реакциях с кислотами, водными растворами солей и др. можно
определить, используя электрохимический ряд, предложенный в 1865 г русским учёным Н. Н. Бекетовым:
Вытеснение водорода металлами
от
калия к золоту восстановительная способность (способность отдавать электроны)
уменьшается, все металлы, стоящие в ряду левее водорода, могут вытеснять его из
растворов кислот; медь, серебро, ртуть, платина, золото, расположенные правее,
не вытесняют водород.
Видео – Эксперимент «Взаимодействие хлорида олова (II) с цинком («Оловянный ежик»)»
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции
Li+ H2O =
Cu + H2O =
Al + H2O =
Ba + H2O =
Mg + H2O =
Ca + HCl=
Na + H2SO4(К)=
Al + H2S=
Ca + H3PO4=
HCl + Zn =
H2SO4 (к)+ Cu=
H2S + Mg =
HCl + Cu =
HNO3 (K)+ Сu =
H2S + Pt =
H3PO4 + Fe =
HNO3 (p)+ Na=
Fe + Pb(NO3)2 =
№2. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):
Al + O2 =
Li + H2O =
Na + HNO3 (k) =
Mg + Pb(NO3)2 =
Ni + HCl =
Ag + H2SO4 (k) =
№3. Вставьте вместо точек пропущенные знаки (<, > или =)
заряд ядра | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
число энергетических уровней | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
число внешних электронов | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
радиус атома | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
восстановительные свойства | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
№4. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):
K+ O2 =
Mg+ H2O =
Pb+ HNO3 (p) =
Fe+ CuCl2 =
Zn + H2SO4 (p) =
Zn + H2SO4 (k) =
№5. Решите тестовые задания
1.Выберите А) Al, As, P; Б) Mg, Ca, Si; В) K, Ca, Pb 2. А) K2O, SO2, SiO2; Б) H2, Cl2, I2 ; В)Ca, Ba, HCl; 3. Укажите А) 2 Б) 1 В) 4. А) Б) В) 5. А) 6. К А) В) 7. Какое А) В) твердое Г) | ||
Часть В. Установите С
|
Напомню, что в одной из предыдущих частей мы ввели такие понятия как металлические и неметаллические свойства, теперь же пришло время научится отличать металлы от неметаллов по таблице Менделеева.
Многие из Вас, столкнувшись с данным вопросом, могут справедливо заметить, дескать: «Ха, вот глупости. Автор не от мира сего, ведь металлы и неметаллы в таблице Менделеева отмечены разным цветом! Как сейчас помню таблицу Менделеева в учебнике, где неметаллы отмечены красным цветом, а металлы — чёрным и зелёным. Шах и мат.»
Не спешите с критикой
Это всё замечательно, отвечу я, да только учащиеся, что приходят на экзамен по химии, получают чёрно-белый вариант таблицы Менделеева и Ваше возможное замечание окажется неуместно.
Тот самый черно-белый вариант
И прежде чем мы всё-таки ответим на поставленный вопрос, нам необходимо освоить несколько базовых химических понятий, касающихся работы с таблицей Менделеева. Дело в том, что помимо довольно однозначно определяемых периодов и групп, в таблице Менделеева есть место так же и для, так называемым, подгрупп.
С сегодняшнего дня мы начнём различать главную подгруппу (или подгруппу А) и побочную подгруппу (или подгруппу В).
Как же определить к какой подгруппе относится тот или иной химический элемент?
На отношение к той или иной подгруппе химического элемента нам могут указать следующие знаки:
Во-первых, нередко в шапочке, где указан номер группы, к которому относится столбец, есть указание и на подгруппы:
Главная подгруппа — А, побочная — В
Во-вторых, само положение химического символа химического элемента в ячейке указывает на отношение к подгруппе. Так, если химический символ химического элемента смещён относительно центра ячейки влево, то мы имеем дело с элементом главной подгруппы (подгруппы А), если же вправо — то побочной подгруппы (подгруппы В)
Например, в совершенно случайной чёрно-белой таблице Менделеева мы видим, что фосфор относительно центра ячейки смещён влево, это значит, что фосфор — элемент главной подгруппы (подгруппы А) пятой группы.
«адрес» фосфора: P — II (период), VА (группа — подгруппа), 15 (порядковый номер).
Как понятие о подгруппах поможет нам отличать металлы от неметаллов?
А вот как: дело в том, что все элементы побочных подгрупп — это металлы!
Красным выделены все элементы побочных подгрупп первых шести периодов. Все они — металлы.
А через элементы главных подгрупп мы можем провести одну особенную диагональ, которая «отсечёт» металлы от неметаллов.
Данная диагональ проходит через такие неметаллы, как бор (B) — кремний (Si) — мышьяк (As) — теллур (Te) — астат (As).
Зелёным цветом выделены все неметаллы в таблице Менделеева
Таким образом все элементы главных подгрупп, что лежат ниже и левее данной диагонали являются металлами, а все, что лежат выше и правее — неметаллами.
Однако нельзя не заметить, что деление на металлы (Ме) и неметаллы (неМе) всё же несколько условно, а некоторые таблицы, Менделеева, которые Вы можете найти в сети, игнорируют указанные мной правила работы с подгруппами.
В следующей части мы выделим закономерности, согласно которым металлические и неметаллические свойства изменяются в пределах рассматриваемой Периодической системы Менделеева и разберёмся, какое отношение к этому имеет атомный радиус. А на этом у меня всё. Спасибо. Пока.