Положение металлов в таблице менделеева
В периодической системе элементов Д.И.Менделеева металлы расположены в левом нижнем углу от диагонали B–At.
Класс металлов образован элементами s-семейства (кроме Н и Не), p-элементы главных подгрупп III (кроме В), IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb, Bi) и VI (Po), все d- и f-элементы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge), обладают двойственным характером. Металлов в периодической системе элементов – большинство (Из 109 элементов только 22 неметаллы).
На наружном электронном уровне находятся 1,2 или 3 электрона, слабо связанных с ядром.
2 8 1 2 8 8 2 2 8 3
1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3
В металлах связь металлическая и металлическая кристаллическая решётка чем объясняются физические свойства металлов.
Для главных подгрупп: чем левее и ниже металл, тем большую химическую активность он проявляет. В периодах металлические свойства убывают, а в группах усиливаются (с увеличением порядкового номера), так как изменяется радиус атома.
Для металлов характерны общие физические свойства:
1) твёрдость; 2) электро и теплопровдность; 3) непрозрачность; 4) металлический блеск;
5) ковкость или пластичность (объяснение – металлическая кристаллическая решётка).
Химические свойства: n=1,2,3. (металлы всегда восстановители)
I. С простыми веществами:
1) с кислородом:
а) 2Ca + O2 → 2CaO б) 2Mg + O2 2 ↛
в-ль ок-ль многие металлы покрыты тонкой плёнкой, которая препятствует дальнейшему окислению.
2) с галогенами:
а) 2Na + Cl2 → 2NaCl б) 2Fe + 3Cl23) с серой: Fe + S → FeS
II. Со сложными веществами (ряд активности металлов):
а) (для щелочных и щелочноземельных металлов) 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
б) металлы средней активности Mg + H2O 2↑
в) правее водорода Au + H2O ↛
2) с растворами кислот, кроме HNO3
а) Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 б) Cu + HCl ↛
3) с солями: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
1) в быту – посуда, бытовые приборы; 2) в технике, в промышленности;
3) в самолёто- и ракетостроении; 4) в медицине и т.д.
Билет №9 (2)
Фенол, его строение, свойства, получение и применение.
Фенол – это производное бензола, в котором один атом водорода замещён на группу ОН.
Взаимное влияние бензольного кольца и ОН-групп:
1) Радикал С6Н5 обладает свойством оттягивать на себя электроны атома кислорода ОН-группы, делая связь О–Н более полярной и атом водорода более подвижным.
2) ОН-группа придаёт большую подвижность атомам водорода в положениях 2,4,6 – бензольного кольца.
Этим взаимовлиянием и определяются свойства фенола.
Фенол – бесцветное, кристаллическое вещество с характерным запахом больницы.
Температура плавления 40,9℃ , хорошо растворим в горячей воде (карболовая кислота).
Фенол – ядовит!
1) В воде диссоциирует на ионы:
2) Проявляет слабые кислотные свойства, реагирует с металлами:
3) Реагирует со щёлочью:
4) Реакции замещения:
В промышленности фенол получают по схеме:
1) 2)
Фенол применяют для производства:
1) полимеров и пластмасс на их основе, красителей;
3) взрывчатых веществ. Водородный раствор фенола используется как дезинфицирующее средство.
Положение металлов в таблице менделеева
Урок посвящен знакомству с историей открытия Периодического закона и изучению структуры Периодической системы химических элементов. Периодическая таблица содержит в себе огромное количество информации о химических элементах. На этом уроке вы научитесь определять по положению элемента в таблице Д.И. Менделеева его принадлежность к металлам или неметаллам, его высшую и низшую валентность.
I. Д. И. Менделеев
Еще алхимики пытались найти закон природы, на основе которого можно было бы систематизировать химические элементы. Но им недоставало надежных и подробных сведений об элементах. К середине XIX в. знаний о химических элементах стало достаточно, а число элементов возросло настолько, что в науке возникла естественная потребность в их классификации. Первые попытки классификации элементов на металлы и неметаллы оказались несостоятельными. Предшественники Д.И.Менделеева (И. В. Деберейнер, Дж. А. Ньюлендс, Л. Ю. Мейер) многое сделали для подготовки открытия периодического закона, но не смогли постичь истину. Дмитрий Иванович установил связь между массой элементов и их свойствами.
Дмитрий Иванович родился в г. Тобольске. Он был семнадцатым ребенком в семье. Закончив в родном городе гимназию, Дмитрий Иванович поступил в Санкт-Петербурге в Главный педагогический институт, после окончания которого с золотой медалью уехал на два года в научную командировку за границу. После возвращения его пригласили в Петербургский университет. Приступая к чтению лекций по химии, Менделеев не нашел ничего, что можно было бы рекомендовать студентам в качестве учебного пособия. И он решил написать новую книгу – «Основы химии».
Открытию периодического закона предшествовало 15 лет напряженной работы. 1 марта 1869 г. Дмитрий Иванович предполагал выехать из Петербурга в губернии по делам.
Видео-фильм о Д.И. Менделееве
II. Открытие Периодического закона
Периодический закон был открыт на основе характеристики атома – относительной атомной массы.
Менделеев расположил химические элементы в порядке возрастания их атомных масс и заметил, что свойства элементов повторяются через определенный промежуток – период, Дмитрий Иванович расположил периоды друг под другом., так, чтобы сходные элементы располагались друг под другом – на одной вертикали, так была построена периодическая система элементов.
1 марта 1869г. Формулировка периодического закона Д.И. Менделеева.
Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.
К сожалению, сторонников периодического закона сначала было очень мало, даже среди русских ученых. Противников – много, особенно в Германии и Англии.
Открытие периодического закона – это блестящий образец научного предвидения: в 1870 г. Дмитрий Иванович предсказал существование трех еще неизвестных тогда элементов, которые назвал экасилицием, экаалюминием и экабором. Он сумел правильно предсказать и важнейшие свойства новых элементов. И вот через 5 лет, в 1875 г., французский ученый П.Э. Лекок де Буабодран, ничего не знавший о работах Дмитрия Ивановича, открыл новый металл, назвав его галлием. По ряду свойств и способу открытия галлий совпадал с экаалюминием, предсказанным Менделеевым. Но его вес оказался меньше предсказанного. Несмотря на это, Дмитрий Иванович послал во Францию письмо, настаивая на своем предсказании.
Ученый мир был ошеломлен тем, что предсказание Менделеевым свойств экаалюминияоказалось таким точным. С этого момента периодический закон начинает утверждаться в химии.
В 1879 г. Л. Нильсон в Швеции открыл скандий, в котором воплотился предсказанный Дмитрием Ивановичем экабор.
В 1886 г. К. Винклер в Германии открыл германий, который оказался экасилицием.
Но гениальность Дмитрия Ивановича Менделеева и его открытия — не только эти предсказания!
В четырёх местах периодической системы Д. И. Менделеев расположил элементы не в порядке возрастания атомных масс:
Ar – K, Co – Ni, Te – I, Th - Pa
Ещё в конце 19 века Д.И. Менделеев писал, что, по-видимому, атом состоит из других более мелких частиц. После его смерти в 1907 г. было доказано, что атом состоит из элементарных частиц. Теория строения атома подтвердила правоту Менделеева, перестановки данных элементов не в соответствии с ростом атомных масс полностью оправданы.
Современная формулировка периодического закона.
Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов, выражающейся в периодической повторяемости структуры внешней валентной электронной оболочки.
И вот спустя более 130 лет после открытия периодического закона мы можем вернуться к словам Дмитрия Ивановича, взятым в качестве девиза нашего урока: «Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройка и развитие обещаются». Сколько химических элементов открыто на данный момент? И это далеко не предел.
III. Периодическая система химических элементов
Графическим изображением периодического закона является периодическая система химических элементов. Это краткий конспект всей химии элементов и их соединений.
Изменения свойств в периодической системе с ростом величины атомных весов в периоде (слева направо):
1. Металлические свойства уменьшаются
2. Неметаллические свойства возрастают
3. Валентность элементов в формулах высших оксидов возрастает от I до VII, а в формулах летучих водородных соединений уменьшается от IV до I.
Основные принципы построения периодической системы
Как устанавливается последовательность элементов по номерам? (что положено в основу п.с.?)
Элементы расставлены в порядке увеличения их относительных атомных масс. При этом есть исключения.
Принцип объединения элементов в группы.
Качественный признак. Сходство свойств простых веществ и однотипных сложных.
Принцип объединения элементов в периоды.
Совокупность элементов по мере роста относительной атомной массы от одного щелочного металла до другого.
На сегодняшний день открыто 118 химических элементов, каждый из которых занял свою ячейку в Периодической системе. Новые открываемые элементы имеют большую относительную атомную массу, чем уже известные и попадают в конец таблицы. В настоящее время используются длинная и короткая формы периодических таблиц.
В ячейке таблицы записывается символ химического элемента, его название и порядковый номер, значение относительной атомной массы.
Рис. Информация о химическом элементе кислороде
При изучении школьного курса химии, как правило, пользуются короткой формой Периодической таблицы. Она содержит 8 вертикальных столбцов (групп), которые нумеруются римскими цифрами. Каждая группа включает в себя главную (А) и побочную (В) подгруппы.
У элементов главных подгрупп высшая валентность, как правило, равна номеру группы. Одними из исключений этого правила являются кислород (его валентность всегда равна II) и фтор (высшая валентность которого – I).
С помощью Периодической таблицы можно определить и низшую валентность элемента. Для этого из 8 (максимального числа групп) надо вычесть номер группы, в которой находится элемент. Например, высшая валентность фосфора равна V (т. к. фосфор находится в V группе), а низшая равна III. Только это правило применимо для элементов главных подгрупп V–VII групп.
Горизонтальные ряды химических элементов в Периодической таблице называются периодами. Пока их 7. Первые три периода называют малыми (первый период содержит всего 2 хим. элемента, а 2 и 3 – по 8 элементов). Периоды 4, 5, 6, 7 называются большими.
По положению элемента в Периодической системе можно определить его принадлежность к металлам или неметаллам. Для этого в короткой форме таблицы нужно провести диагональ от бериллия к астату. Элементы главных подгрупп, находящиеся выше этой диагонали (плюс водород), относятся к неметаллам. Все остальные элементы – металлы. Инертные газы He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn не относят ни к металлам, ни к неметаллам.
В длинной форме таблицы можно провести диагональ от бора к астату. Все элементы, которые находятся ниже этой диагонали, образуют простые вещества металлы.
Рис. Длинная форма периодической системы химических элементов
По положению элемента в периодической системе можно получить информацию о его высшем оксиде и гидроксиде. У неметаллов высший оксид и гидроксид имеют кислотный характер, у металлов – основный, у переходных металлов оксид и гидроксид, как правило, амфотерные (см. рис.).
Рис. Связь свойств элементов и образованных ими соединений
Положение металов в переодической таблице особенности строения атомов металов? Физические св-ва?
Большинство эл-тов табл. Менделеева - металлы.
Металлические свойства усиливаются сверху вниз и справа налево.
Самый активный металл - франций.
На внешнем уровне обычно 1-2 электрона, которые атомы металлов могут отдавать. Чем легче их отдать - тем активнее металл.
Металлы главной подгруппы 1 группы - щелочные. Литий, натрий, калий, цезий, рубидий, франций. Очень активны.
Кальций, стронций, барий, радий - щелочноземельные.
Физ. св=ва: металл. блеск, ковкость, тепло- и электропроводность
ПОЛОЖЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЕ
Если в периодической таблице элементов Д. И. Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп) , а справа вверху – элементы-неметаллы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb и др.) , обладают двойственным характером.
К элементам - металлам относятся s - элементы I и II групп, все d- и f - элементы, а также p- элементы главных подгрупп: III (кроме бора) , IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb,Bi) и VI (Po). Наиболее типичные элементы – металлы расположены в начале периодов (начиная со второго) .
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ АТОМОВ МЕТАЛЛОВ
Кристаллические решетки металлического типа содержат в узлах положительно заряженные ионы и нейтральные атомы; между ними передвигаются относительно свободные электроны.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Объясняются особым строением кристаллической решетки - наличием свободных электронов ("электронного газа").
1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду ––Au,Ag,Cu,Sn,Pb,Zn,Fe® уменьшается.
2) Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.
3) Электропроводность.
Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду ––Ag,Cu,Al,Fe® уменьшается.
При нагревании электропроводность уменьшается, т. к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".
4) Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути.
5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло) ; самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.
6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (r=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см3).
Металлы, имеющие r < 5 г/см3 считаются "легкими металлами".
7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т. пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C).
Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.
2NaCl – расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl2↑
CaCl2 – расплав, электр. ток. → Ca + Cl2↑
4NaOH – расплав, электр. ток. → 4Na + O2↑ + 2H2O
2. Восстановление металлов средней активности и неактивных металлов электролизом из растворов их солей.
- Олово образуется при электролизе раствора хлорида олова(II): Sn +2 Cl2 −1 → (электролиз) Sn 0 +Cl 0 2
- Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия в криолите Na3AlF6 (из бокситов): 2Al2O3 – расплав в криолите, электр. ток. → 4Al + 3O2↑
- Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:2CuSO4+2H2O – раствор, электр. ток. → 2Cu + O2 + 2H2SO4
Электролиз используют для очистки металлов (электролитическое рафинирование).
Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов 1 в электролизер 3. При пропускании тока металл, подлежащий очистке 1, подвергается анодному растворению, то есть переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде 2, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми 4, либо переходят в электролит и удаляются.
Большинство металлов переводят в слитки при помощи литья: расплавленный металл заливают в форму, где он и застывает. Однако наиболее тугоплавкие металлы, например, вольфрам, из которого делают нити накаливания элепктроламп, расплавить в печи необычайно трудно. Для получения их слитков применяют порошковую металлургию – особый метод, позволяющий избежать литья. Он основан на спекании предварительно спрессованного порошка металла при температуре выше 1000°C в атмосфере водорода. Затем через брусок из металла пропускают электрический ток, за счет чего он разогревается до температуры плавления, и при этом отдельные его зерна свариваются друг с другом. Полученное изделие подвергают горячей ковке и прокатке.
V. 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)
В свободном состоянии присутствуют в природе металлы, которые либо плохо окисляются кислородом, либо совсем не окисляются. Например, платина, золото, серебро. Реже – медь, ртуть и некоторые другие. Самородные металлы встречаются в природе в небольших количествах в виде зерен или вкраплений в различных минералах. Лишь изредка они образуют большие куски – самородки. Самый большой самородок золота весил 112 кг. Иногда металлы практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так, некоторые предметы из высокочистого железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из метеоритного железа. Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в составе минералов.
Минерал – это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии.
Очень часто это оксиды. Например, оксид железа (III) Fe2O3 – гематит, или красный железняк. Рис. 1.
Fe3O4 – магнетит, или магнитный железняк. Нередко минералами являются сульфидные соединения: галенит ZnS, киноварь HgS.
Активные металлы часто присутствуют в природе в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты).
Минералы входят в состав горных пород и руд. Рудами называются природные образования, содержащие минералы в таком количестве, чтоб из этих руд было выгодно получать металлы. Обычно перед получением металла из руды руду обогащают, удаляя пустую породу и различные примеси. При этом образуется концентрат, который и является исходным сырьем для металлургической промышленности.
VI. Химические свойства металлов
Общие химические свойства металлов представлены в таблице:
Важно запомнить, что в химических реакциях металлы выступают в качестве восстановителей: отдают электроны и повышают свою степень окисления. Рассмотрим некоторые реакции, в которых участвуют металлы.
1. Взаимодействие с кислородом
Многие металлы могут вступать в реакцию с кислородом. Обычно продуктами этих реакций являются оксиды, но есть и исключения, о которых вы узнаете на следующем уроке. Рассмотрим взаимодействие магния с кислородом.
Магний горит в кислороде, при этом образуется оксид магния:
2Mg 0 + O2 0 = 2Mg +2 O -2
Рис. 1. Горение магния в кислороде
Атомы магния отдают свои внешние электроны атомам кислорода: два атома магния отдают по два электрона двум атомам кислорода. При этом магний выступает в роли восстановителя, а кислород – в роли окислителя.
Обратите внимание. Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.
2. Взаимодействие с галогенами, образуются галогениды
Для металлов характерна реакция с галогенами. Продуктом такой реакции является галогенид металла, например, хлорид.
Рис. 2. Горение калия в хлоре
Калий сгорает в хлоре образованием хлорида калия:
2К 0 + Cl2 0 = 2K +1 Cl -1
Два атома калия отдают молекуле хлора по одному электрону. Калий, повышая степень окисления, играет роль восстановителя, а хлор, понижая степень окисления,- роль окислителя
3. Взаимодействие с серой
Многие металлы реагируют с серой с образованием сульфидов. В этих реакциях металлы также выступают в роли восстановителей, тогда как сера будет окислителем. Сера в сульфидах находится в степени окисления -2, т.е. она понижает свою степень окисления с 0 до -2. Например, железо при нагревании реагирует с серой с образованием сульфида железа (II):
Fe 0 + S 0 = Fe +2 S -2
Рис. 3. Взаимодействие железа с серой
Металлы также могут реагировать с водородом, азотом и другими неметаллами при определенных условиях.
4. Взаимодействие с водой
Металлы по - разному реагируют с водой:
Помните.
Алюминий реагирует с водой подобно активным металлам, образуя основание:
Раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe3O4 и водород: 3Fe 0 +4H +1 2O −2 → Fe +2 O −2 ⋅Fe +3 2O −2 3 + 4H 0 2
5. Взаимодействие с кислотами
Металлы особо реагируют с серной концентрированной и азотной кислотами:
1. Общая характеристика элементов металлов
Из \(118\) известных на данный момент химических элементов \(96\) образуют простые вещества с металлическими свойствами, поэтому их называют металлическими элементами .
Металлические химические элементы в природе могут встречаться как в виде простых веществ, так и в виде соединений. То, в каком виде встречаются металлические элементы в природе, зависит от химической активности образуемых ими металлов.
Металлические элементы, образующие химически активные металлы ( Li–Mg ), в природе чаще всего встречаются в виде солей (хлоридов, фторидов, сульфатов, фосфатов и других).
Соли, образуемые этими металлами, являются главной составной частью распространённых в земной коре минералов и горных пород.
В растворённом виде соли натрия, кальция и магния содержатся в природных водах. Кроме того, соли активных металлов — важная составная часть живых организмов. Например, фосфат кальция Ca 3 ( P O 4 ) 2 является главной минеральной составной частью костной ткани.
Металлические химические элементы, образующие металлы средней активности ( Al–Pb ), в природе чаще всего встречаются в виде оксидов и сульфидов.
Металлические элементы, образующие химически неактивные металлы ( Cu–Au ), в природе чаще всего встречаются в виде простых веществ.
 |  |  |
| Рис. \(7\). Самородное золото Au | Рис. \(8\). Самородное серебро Ag | Рис. \(9\). Самородная платина Pt |
Исключение составляют медь и ртуть, которые в природе встречаются также в виде химических соединений.
В Периодической системе химических элементов металлы занимают левый нижний угол и находятся в главных (А) и побочных (Б) группах.
Рис. \(13\). Положение металлов в Периодической системе. Знаки металлических химических элементов расположены ниже ломаной линии B — Si — As — Te
В электронной оболочке атомов металлов на внешнем энергетическом уровне, как правило, содержится от \(1\) до \(3\) электронов. Исключение составляют только металлы \(IV\)А, \(V\)А и \(VI\)А группы, у которых на наружном энергетическом уровне находятся соответственно четыре, пять или шесть электронов.
В атомах металлов главных подгрупп валентные электроны располагаются на внешнем энергетическом уровне, а у металлов побочных подгрупп — ещё и на предвнешнем энергетическом уровне.
Радиусы атомов металлов больше, чем у атомов неметаллов того же периода. В силу отдалённости положительно заряженного ядра атомы металлов слабо удерживают свои валентные электроны.
Рис. \(14\). Характер изменения радиусов атомов химических элементов в периодах и в группах. Радиусы атомов металлов существенно больше, чем радиусы атомов неметаллов, находящихся в том же периоде
Главное отличительное свойство металлов — это их сравнительно невысокая электроотрицательность (ЭО) по сравнению с неметаллами.
Рис. \(15\). Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО) некоторых химических элементов (по Л. Полингу). ОЭО металлических химических элементов уступает соответствующей величине неметаллических химических элементов
Атомы металлов, вступая в химические реакции, способны только отдавать электроны, то есть окисляться, следовательно, в ходе превращений могут проявлять себя в качестве восстановителей .
Читайте также: