поурочные разработки по химии 10 класс, конспекты уроков химии в 10 классе, разработки уроков химии в 10 классе, система индивидуальных и групповых творческих зада¬ний по химии в 10 классе, подготовка к промежуточной и итоговой аттестации по химии в 10 классе, тестовые задания по химии в 10 классе, самостоятельные работы по химии в 10 классе, сайт для учителя химии, химия в школе,
3. Предисловие
Глава I
Периодический закон Д.И. Менделеева
§ 1. Необходимость систематизации химических элементов
Практическое занятие 1
Амфотерные оксиды и гидроксиды
§ 2. Попытки систематизации химических элементов
§3. Открытие Периодического закона
§4. Структура Периодической системы химических элементов
§ 5. Предсказательная функция Периодического закона
§ 6. Роль Периодического закона в выявлении фактов,
необъяснимых с помощью атомно-молекулярной теории
§7. Становление представлений о строении атома
§ 8. Состав ядра атома. Изотопы
§ 9. Электронная оболочка атома. Атомные модели Н. Бора
§ 10. Характеристика химического элемента по положению
в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева .
Глава II
Химическая связь. Электролитическая диссоциация
§ 11. Удивительные свойства обычных растворов .
§ 12. Ионная связь
§ 13. Ковалентная связь
§ 14. Ковалентная полярная связь
§ 15. Закономерности изменения электроотрицательности
химических элементов
§ 16. Электролитическая диссоциация
§ 17. Реакции ионного обмена
Практическое занятие 2
Проведение реакций ионного обмена
§ 18. Физические свойства веществ с различным типом химической связи
Глава III
Окислительно-восстановительные реакции
§ 19. Развитие в науке представлений об окислении и восстановлении. .
§ 20. Окисление и восстановление
§21. Степень окисления .
§ 22. Окислительно-восстановительные реакции
Глава IV
Металлы
§ 23. Общие свойства металлов. Металлическая связь
§ 24. Щелочные металлы .
1*
4. §25. Элементы ПА-группы 130
§26. Жесткость воды 135
§ 27. Алюминий и его свойства 137
§ 28. Применение алюминия и его сплавов , 141
§ 29. Железо и его свойства 143
§ 30. Применение железа и его сплавов 146
§31. Металлургия 149
Практическое занятие 3
Экспериментальные задания по теме «Металлы» 153
Глава V
Химия неметаллов 155
§32. Галогены. Галогеноводороды и галогениды металлов 155
§33. Кислородсодержащие соединения хлора 162
§34. Сера. Сероводород и сульфиды 163
§35. Кислородсодержащие соединения серы 166
§36. Азот. Аммиак и соли аммония 169
§ 37. Кислородсодержащие соединения азота 174
§38. Фосфор. 177
§39. Углерод и его неорганические соединения 182
§40. Кремний 187
§41. Силикатные материалы 191
Практическое занятие 4
Экспериментальные задания по теме «Неметаллы» 197
Глава VI
Органические вещества 199
§42. Углеводороды 199
§ 43. Кислородсодержащие органические соединения 203
§44. Жиры и углеводы 207
§ 45. Азотсодержащие органические соединения 209
* §46. Аминокислоты. Белки 211
Заключение 213
Ответы. 215
Приложения
1. Ряд напряжений (активности) металлов 216
2. Относительная электроотрицательность (ЭО)
химический элементов (по Л. Полингу) 216
3. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
(длиннопериодный вариант) 217
4. План описания свойств химического элемента на основании его положения
в Периодической системе 218
5. Основные формулы, используемые для расчетов 219
6. Кислотные оксиды, кислоты и названия их солей 220
Предметный указатель 221
4
5. ПРЕДИСЛОВИЕ
Дорогие ученицы и ученики!.
Наступил новый учебный год, и вы продолжаете изучать химию.
Внимательно ознакомьтесь с тем, как пользоваться настоящим учеб
ником.
При изучении химии в прошедшем учебном году мы с вами ис
пользовали атомно-молекулярную теорию. Она позволяет объяснить и
предсказать многие химические явления. Например, разнообразие хи
мических веществ и их свойств можно объяснить тем, что химические
элементы различаются по таким признакам, как относительная атом
ная масса и способность присоединять к себе другие атомы (валент
ность). В зависимости от состава, вещества относят к классу простых
веществ — металлов и неметаллов или классу сложных веществ —
основных и кислотных оксидов, кислот, оснований и солей. Вы убеди
лись, что представители одного класса обладают рядом общих свойств.
Вместе с тем у них имеются и некоторые различия свойств, которые
объясняются различием состава веществ.
Однако в ходе изучения химии у вас нередко возникали вопросы, на
которые невозможно было дать ответ с позиции атомно-молекулярной
теории. Приведем некоторые из них.
Почему атомы различных химических элементов различаются по
массе?
Почему атомы различных химических элементов имеют различные
или одинаковые значения валентности?
Почему одни химические элементы образуют простые вещества ме
таллы, а другие — неметаллы?
Почему некоторые металлы способны образовывать не только
основные оксиды, но и кислотные, например хром и марганец?
Почему оксиды некоторых металлов, например алюминия и цин
ка, являются амфотерными, т. е. способны реагировать и с кислотой,
и со щёлочью?
Почему одни металлы активнее других (что отражает ряд актив
ности металлов)?
1а Химия. 9 класс
5
6. Почему при взаимодействии азотной кислоты с металлами водород,
как правило, не выделяется?
Почему в результате одних реакций теплота выделяется, а в дру
гих — поглощается?
Почему для солей, оснований и кислот характерны реакции об
мена?
Почему водородные соединения одних неметаллов, например НС1,
HBr, H 2 S , при растворении в воде образуют кислоты, а другие ве
щества — СН4 , N H 3 , РН3 , S i H 4 — кислоты не образуют?
Этот перечень можно продолжить.
Для того чтобы ответить на эти и другие вопросы, нужны новые
теории, позволяющие глубже понять внутреннее строение вещества и
сущность химических реакций. С такими теориями вы познакомитесь
в новом учебном году.
Каждый параграф учебника начинается с пояснения того, что вы
узнаете, ознакомившись с его содержанием. Это своеобразное введение
выделено шрифтом, отличным от основного.
Наиболее важный материал, который необходимо не только по
нять, но и запомнить близко к тексту, напечатан на голубом фоне и
заключен в рамку. Некоторые слова и фразы в тексте выделены кур
сивом. Обращайте на них особое внимание.
Во многих параграфах приводится описание опытов. Некоторые
из этих опытов вам продемонстрирует учитель, многие вам предлага
ется выполнить самим. Изучая материал параграфа, вспомните, как
выполнялись эти опыты, что вы наблюдали, и сделайте соответству
ющие выводы. Помните: от того, насколько правильно вы научитесь
делать выводы по результатам опытов, зависят ваши успехи в изуче
нии химии.
Во многих параграфах приведены исторические сведения и био
графии выдающихся ученых (эти тексты заключены в рамку). Не
считайте этот учебный материал второстепенным — он заслуживает
пристального внимания. В учебнике имеются тексты, содержащие
любопытные, но необязательные для изучения факты. Такие текс
ты отмечены условным знаком, изображающим университетскую ша
почку .
Для освоения химии важны знания не только о различных хими
ческих веществах и реакциях, но и то, каким образом ученым уда
лось понять их сущность. Тексты такого рода обозначены условным
К1
знаком, изображающим сову Ч|. Надеемся, что эта мудрая птица на-
7. строит вас на соответствующий лад, и при работе с учебником вы бу
дете ощущать себя не только школьниками, но и немного исследова
телями.
Каждый параграф завершается подведением кратких итогов. Вни
мательно прочтите этот текст, вдумайтесь — все ли вам понятно.
А проверить и усовершенствовать свои знания вам помогут вопросы и
задания, приведенные в конце каждого параграфа, в том числе и тес
товые (они обозначены буквой «Т»). При выполнении некоторых уп
ражнений вам потребуются дополнительные сведения. Они содержат
ся в приложении, помещенном в конце учебника. Усложненные зада
ния отмечены звездочкой (*). Ответы на тестовые задания и расчетные
задачи даны в конце учебника. Там же приведены справочные таб
лицы (в приложении). В начале и конце книги имеются два цветных
форзаца1
, на которых помещена соответственно Периодическая систе
ма Д. И. Менделеева и таблица растворимости.
Если вы не сможете вспомнить какое-либо определение, формулу
вещества или забыли сведения о том или ином ученом, обратитесь к
предметному указателю, помещенному в конце учебника.
1
Форзац — двойные листы плотной бумаги, соединяющие блок книги с пе
реплетной крышкой.
1а*
7
h
9. ществ. Вещества, которые подвергаются разложению, стали от
носить к классу сложных веществ. Среди сложных веществ в от
дельный класс были выделены кислоты, потому что они кислые
на вкус.
На первых этапах (до X V I I в.) классификация веществ строилась
только на основании знаний их свойств (схема 1).
Схема 1
ВЕЩЕСТВО
СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
у
КЛАСС ВЕЩЕСТВА
ВЕЩЕСТВО
У
СОСТАВ ВЕЩЕСТВА
t
СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
(до XVII в.) (после XVII в.) КЛАСС ВЕЩЕСТВА
Знания о составе веществ, накопленные в период развития атомно-
молекулярной теории (XVII—XIX вв.), позволили сделать вывод о том,
что свойства вещества определяет его состав.
Так, простое вещество невозможно разложить на несколько ве
ществ, потому что в его состав входят атомы одного химического эле
мента. Сложные вещества — кислоты объединяет в один класс нали
чие в составе их молекул атомов водорода, способных замещаться ато
мами металлов. В состав оксидов обязательно входят два элемента,
один из которых кислород.
С развитием атомно-молекулярной теории класс вещества стали
определять на основании знаний о его составе и свойствах.
Изучение состава и свойств веществ дало возможность определить
генетические ряды металлов и неметаллов, отражающие взаимопре
вращения веществ:
ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО — МЕТАЛЛ - ОСНОВНЫЙ ОКСИД -> ОСНОВАНИЕ СОЛЬ
ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО-НЕМЕТАЛЛ — КИСЛОТНЫЙ ОКСИД - КИСЛОТА — СОЛЬ
Классификация веществ и выделение генетических рядов метал
лов и неметаллов позволяют лучше ориентироваться в мире веществ
и их превращениях. Но, как мы не раз отмечали, мир веществ раз
нообразнее, чем любая классификация, с помощью которой мы хотим
в нем разобраться.
10. Можно ли четко провести границу между металлами и неметалла
ми? Чтобы ответить на это, познакомимся со случаем, который в на
стоящее время воспринимается как легенда.
В давние времена морозной зимой на одном из военных складов
обнаружили, что на месте изделий из олова (пуговицы и ложки) ос
тается странный серый порошок, а сами изделия исчезают.
Ученые объяснили этот факт тем, что химический элемент олово
образует два простых вещества. При комнатной температуре устой
чиво белое олово — серебристо-белый металл. При охлаждении ни
же -13,2 °С белое олово превращается в другую аллотропную моди
фикацию — серое олово, которое имеет алмазоподобную структуру и
относится к неметаллам. Таким образом, один химический элемент
образует два простых вещества: одно из них металл, а другое — не¬
металл.
Для любознательных
Скорость перехода металлического олова в неметаллическое невелика,
поэтому этого превращения мы обычно не замечаем. Оно ускоряется при
наличии примеси цинка и замедляется примесью свинца. Наибольшая ско
рость достигается при температуре - 3 3 °С.
Превращение металлического олова в неметаллическое ускоряется так
же при соприкосновении металла с оловом, уже превращенным в неметалл.
Такое явление «заражения» оловянных предметов получило название «оло
вянная чума».
Вследствие разрушения оловянной пайки сосудов с жидким топливом
в 1 9 1 2 г. погибла экспедиция к Южному полюсу английского исследовате
ля Роберта Скотта.
Некоторые химические элементы образуют простые вещества неме
таллы, сочетающие в себе физические свойства металлов и неметал
лов. Например, германий, подобно металлам, — твердое вещество с
металлическим блеском, но он хрупок, плохо проводит теплоту и яв
ляется полупроводником.
/: - .• - ш- *
Для любознательных
Одно из отличий полупроводников от металлов в том, что у металлов с
повышением температуры электропроводность уменьшается, а у полупро
водников, наоборот, — увеличивается. Электропроводность полупроводни-
* ков возрастает при освещении их ярким светом. Металлы такими свойс
твами не обладают.
•: ю ,
L .•
ч_
11. Аналогичные свойства имеют кремний, селен и некоторые другие
простые вещества.
На основании расчетов ученые предположили, что такой, казалось
бы, типичный неметалл, как водород, при очень высоком давлении
(2 х 101 1
Па) должен иметь металлический блеск и проводить электри
ческий ток. Однако такое большое давление пока не удалось создать.
Выдвинутую гипотезу можно будет подтвердить, когда будут решены
сугубо технические проблемы.
Проведем опыт.
Опыт 1. В две пробирки поместим по грануле алюминия. В одну при
льем около 2 мл разбавленного раствора серной кислоты, в другую —
столько же раствора гидроксида натрия. Нагреем растворы в-пламени
спиртовки. В каждой пробирке будет выделяться газ (рис. 1).
H 2 S 0 4
7
N a O H
а б
Рис. 1 . Взаимодействие алюминия с растворами:
а — кислоты; б — щёлочи
Этот опыт показывает, что алюминии взаимодействует как с кис
лотой, так и со щёлочью. Первая реакция вам хорошо знакома. При
взаимодействии кислоты с металлом образуется соль и выделяется во
дород. Запишем уравнение этой реакции:
2А1 + 3 H 2 S 0 4 - A12 (S04 )3 + 3 H 2 t
Что происходит при взаимодействии алюминия с раствором гид
роксида натрия? Как и в реакции с кислотой, в этом случае образу
ются соль и водород:
2А1 + 2NaOH + 6Н2 0 = 2Na[Al(OH)J + ЗН2 |
h 1
12. к'
Для любознательных
Алюминий входит в состав сложного кислотного остатка. Кислотный
остаток [А1(ОН)4 ] отличается от уже знакомых вам кислотных остатков т и
па S 0 4 , N 0 3 тем, что в нем атом алюминия связан с несколькими гидрок-
сидными группами. Квадратные скобки показывают, что эта группа атомов
выступает как единое целое. Название данной соли можно дать, вспомнив
3
общий принцип построения названия солей1
. Непривычную для вас соль
> N a [ A l ( O H ) 4 ] упрощенно можно называть алюминатом натрия. Более точное
название этой соли — тетрагидроксоалюминат натрия. Из названия сл
* дует, что с атомом алюминия связаны четыре гидроксидных группы (тет-
!. ра — четыре).
Вы знаете, что металлы реагируют с кислотами. Реакции со щело
чами, приводящие к получению соли, характерны для кислот и кис
лотных оксидов, которые образуются, как правило, из неметаллов.
Алюминий не относится ни к кислотам, ни к кислотным оксидам, но
он, как показал опыт, тем не менее реагирует с раствором щёлочи с
образованием соли и водорода.
На основании этого экспериментального факта попытаемся сделать
вывод, к какому генетическому ряду можно отнести алюминий: к ря
ду металлов или к ряду неметаллов. То, что он реагирует с раство
ром гидроксида натрия, говорит о его принадлежности к генетичес
кому ряду неметаллов. Взаимодействие с серной кислотой позволяет
отнести алюминий к металлам. Можно сказать, что алюминий имеет
двойственные свойства.
. Приведенные примеры позволяют сделать вывод о том, что стро
гой границы между элементами, образующими металлы и неметал
лы не существует.
Рассмотрим, какими свойствами отличаются оксиды и гидроксиды
некоторых металлов. Для этого обратимся к опытам.
Опыт 2. В две пробирки с растворами гидроксида натрия и серной кис
лоты поместим небольшое количество порошка оксида цинка и осторож
но встряхнем пробирки. В обоих случаях заметим растворение оксида.
Составим уравнения реакций:
ZnO + H 2 S 0 4 - Z n S 0 4 + Н 2 0
ZnO + 2NaOH + H 2 0 = Na2 [Zn(OH)4 ]
1
Например, соль N a 2 S 0 4 — сульфат натрия, N a 3 P 0 4 — фосфат натрия.
12
13. Опыт 3 . Поместим в две пробирки свежеосажденный гидроксид цин
ка. В одну из них добавим немного серной кислоты, в другую —
раствор гидроксида натрия. В обоих случаях наблюдаем растворение
осадка.
Удивительно, но факт — гидроксид цинка реагирует и с кислотой,
и со щёлочью. Составим уравнения реакций:
Zn(OH)2 + H 2 S 0 4 = ZnS04 + 2Н2 0
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2 [Zn(OH)4 ]
Анализ опытов 2 и 3 позволяет сделать вывод, что оксид и гид
роксид цинка могут проявлять двойственные свойства. Они взаимо
действуют с кислотой и тем самым проявляют основные свойства.
Протекание реакции со щёлочью позволяет сделать вывод о кислот
ности этих веществ.
Вещества, способные проявлять как
кислотные, так и основные свойства,
называют амфотерными.
Греческий корень «амфо» означает двух
сторонний.
Рассмотрим амфору — сосуд, которым
пользовались древние греки. Он имеет сим
метрично с двух сторон по ручке (рис 2).
Итак, оксид цинка ZnO — амфотерный
оксид, гидроксид цинка Zn(OH)2 — амфо-
терний гидроксид.
Теперь составим генетический ряд.
Элемент ->
Простое
вещество
Амфотерный
оксид -»
Амфотерный
гидроксид -•
Соль
Zn Металл
Zn
ZnO Zn(OH)2 ZnS04 ,
Na2 [Zn(OH)4 ]
A l Металл
А1
А 1 2 0 3 А1(ОН)3 A12 (S04 )3 ,
Na[Al(OH)4 ]
На примере амфотерных веществ мы убедились, что классифика
ция веществ на металлы и неметаллы, а также выделение генетичес-
13 )
ч
14. кого ряда металлов и генетического ряда неметаллов достаточно ус
ловны.
К середине X I X в. ученым было известно уже более 60 химичес
ких элементов. Вещества одного класса, образованные каждым из
этих элементов, порой сильно отличались по свойствам.
Большое разнообразие свойств веществ, образуемых различными
химическими элементами, поставило ученых перед необходимостью
систематизировать не только химические вещества, но и химические
элементы.
Краткие итоги параграфа
• Установлены факты, которые выходят за рамки классифика
ции веществ и выделения генетических рядов металлов и неме
таллов:
некоторые металлы (алюминий, цинк и др.) способны реагировать
как с кислотами, так и со щелочами;
оксиды и гидроксиды ряда металлов обладают амфотерными
свойствами, они способны реагировать как с кислотами, так и со
щелочами.
• Строгой границы между металлами и неметаллами не существует.
Некоторые химические элементы, например олово, способны обра
зовывать несколько аллотропных модификаций, среди которых есть
как простые вещества металлы, так и неметаллы. Простые вещест
ва, образуемые некоторыми элементами, к металлам не относятся,
но проводят электрический ток и обладают металлическим блеском
(например, графит).
1. Составьте генетические ряды для кальция и углерода.
2 . Гидроксид хрома(Ш) является амфотерным. Как можно доказать амфотер
ный характер данного гидроксида при помощи характерных реакций? (Кис
лотный остаток, содержащий хром, имеет валентность III. Его состав —
[Сг(ОН)6)]).
3 . Составьте генетический ряд хрома. Используйте данные задания 2. Кроме
того, примите во внимание, что оксид хрома(И) и гидроксид хрома(И) обла
дают основными свойствами. Оксид хрома(/1) является кислотным оксидом,
и ему соответствует кислота Н2 Сг04 .
Т. Гидроксид цинка не может; 1) разлагаться при нагревании; 2) изменять окраску
фенолфталеина; 3) взаимодействовать с раствором серной кислоты; 4) вза
имодействовать с раствором гидроксида натрия.
1 4 )
" " Ч Л - V W U ^ ^ J T " - N > - * - Г-'- - * . . - т - Л Л А 1 " " Д ' 7"-:---Ж-Г---' - t w - Д — 1 " tf- . х ' " Ч II . ^ Т . - ^ т и ^ 1 И , 1 | Д 1 и м ™ л ; 41 1 * - 1 ^ > д н т а В - I I I I I - . ш . « H - r f r - < f -
15. Практическое занятие 1
5И 4! 1 у 17 Ь
Цель работы: изучить свойства амфотерных соединений на п р и м е р е
гидроксида алюминия.
Прежде чем приступить к выполнению эксперимента, п о в т о р и т е п р а в и
ла безопасной работы в химической л а б о р а т о р и и .
П р о д е л а й т е опыты по п р е д л а г а е м о й методике и заполните таблицу.
№ и название
опыта
Порядок
действий
Рисунки,
наблюдения
Уравнения
реакций
Ответы
на контрольные
вопросы
•
•
Опыт 1. Получение гидроксида алюминия
В пробирку налейте 1—1,5 мл раствора гидроксида натрия или ка
лия и прибавьте раствор любой соли алюминия до образования осад
ка гидроксида алюминия.
Контрольные вопросы
1. К какому типу относится реакция получения гидроксида алю
миния?
Опыт 2. Проверка амфотерного характера гидроксида алюминия
Осадок, полученный в первом опыте, разделите на две части и пе
ренесите их в две пробирки. В одну пробирку прилейте раствор кис
лоты до растворения осадка, в другую — раствор щёлочи до раство
рения осадка.
Составьте уравнения реакций для каждого из проведенных опытов
и сделайте вывод о свойствах гидроксида алюминия.
Контрольные вопросы
1. Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алю
миния при взаимодействии со щёлочью?
2. Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алю
миния при взаимодействии с кислотой?
3. Что означает фраза: «Гидроксид алюминия обладает амфотер-
ными свойствами»?
( 1 5 . )
16. § 2. ПОПЫТКИ СИСТЕМАТИЗАЦИИ
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
С и с т е м а т и з и р о в а т ь х и м и ч е с к и е э л е м е н т ы о к а з а л о с ь не п р о с т о .
В ы у з н а е т е о п е р в ы х п о п ы т к а х п о с т р о е н и я с и с т е м ы х и м и ч е с к и х э л е
м е н т о в .
Щ При построении любой системы необходимо выделить наиболее
существенный признак, обусловливающий свойства ее элементов.
л <
Чтобы определить такой признак, нужно знать причины проявле
ния свойств. Не является исключением и история создания систе-
v мы химических элементов, которую можно представить как исто-
|1 рию поиска наиболее существенного признака, определяющего
различия и сходства химических элементов и соответственно
свойств образованных ими веществ. В середине X I X в. о таком
ii признаке можно было только строить предположения. В соответс-1
л
твии с этими предположениями и осуществлялись различные по¬
пытки систематизации химических элементов.
in ч
I
' I
к •
ДЕБЕРЕИНЕР Иоганн Вольфганг
(1780—1849 гг.)
Немецкий химик. Образование получил путем
самостоятельных занятий. С 1810 г. — профессор
Йенского университета.
Свои научные исследования посвятил классифи
кации химических элементов, изучению платиновых
металлов, а также катализу.
Обнаружил, что порошок платины (платиновая
чернь) способен, не расходуясь, вызывать окисление
оксида серы(1У) до оксида cepbi(VI) и поджигать во
дород («огниво Дёберейнера» — первая в мире за
жигалка).
Пытался систематизировать химические элементы. Выявил правило
триад.
Был другом поэта Гёте.
iii
_ -L I "I
В начале X I X в. ученые заметили, что вещества, образуемые неко
торыми химическими элементами, имеют аналогичный состав и близ
кие свойства. Такие сходные элементы стали объединять в небольшие
группы.
ч.
16
/
17. Одним из первых объединил химические элементы в такие груп
пы немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер. Из известных к
1817 г. сорока элементов он выделил пять триад:
Li Na К Са Sr Ва Р As Sb S Se Те CI Br I
В первую триаду вошли щелочные металлы:
Li Na К
литий натрий калий
Простые вещества, образованные этими элементами, имеют метал
лический блеск, тепло- и электропроводны, натрий и калий отлича
ются мягкостью (легко режутся ножом), им свойственна высокая хи
мическая активность. Эти металлы легко окисляются кислородом воз
духа и энергично взаимодействуют с водой с выделением водорода в
соответствии с уравнениями реакций:
2Li + 2Н2 0 = 2LiOH + H 2 f
2Na + 2Н2 0 = 2NaOH + H 2 t
2K + 2 H 2 0 = 2КОН + Н2 |
Элементы первой триады образуют вещества со сходным составом и•
свойствами. Например, образуемые ими хлориды хорошо растворяют
ся в воде, их состав выражается однотипными формулами: LiCl, NaCl,
КС1. Гидроксиды лития, натрия и калия — LiOH, NaOH, КОН — обла
дают сходными свойствами: растворяются в воде и представляют со
бой щёлочи. В связи с этим их свойством металлы получили назва
ние щелочные.
Во вторую триаду Дёберейнер объединил такие элементы:
Са Sr Ва
кальций стронций барий
Эта группа элементов по свойствам похожа на группу щелоч
ных металлов. Простые вещества, образованные этими элементами,
18. представляют сооои металлы, легко окисляющиеся кислородом воз
духа:
2Са + 0 2 = 2СаО
2Sr + 0 2 = 2SrO
2Ва + 0 2 = 2ВаО
Все три металла реагируют с водой:
Са + 2Н2 0 = Са(ОН)2 + Н2 |
Sr + 2Н2 0 = Sr(OH)2 + H 2 t
Ва + 2Н2 0 = Ва(ОН)2 + Н2 |
Состав хлоридов этих элементов выражается формулами: СаС12,
S r C l 2 , ВаС12, а состав гидроксидов — Са(ОН)2 , Sr(OH)2 , Ва(ОН)2 . Гид-
роксиды бария, стронция и кальция являются щелочами. Эта группа
элементов была названа щелочноземельными металлами. В природе
эти элементы встречаются в составе минералов, представляющих со
бой карбонаты (CaC03 , S r C 0 3 , ВаС03 ). Прокаливание этих минералов,
а затем растворение полученных продуктов (оксидов CaO, SrO, ВаО) в
воде приводит к образованию щелочного раствора. В связи с этим ок
сиды данных элементов, полученные из минералов, долгое время на
зывали щелочными землями.
Элементы следующей триады:
р As Sb
фосфор мышьяк сурьма
Простые вещества, образуемые этими элементами, различаются по
свойствам. Общая формула высших оксидов Э 2 0 5 (Р205 , A s 2 0 5 , Sb2 05 ).
Эти вещества относят к классу кислотных оксидов, и им соответству
ют кислоты.
В еще одну триаду вошли элементы:
S Se Те
сера селен теллур
Простые вещества, образуемые этими элементами неметаллов,
по физическим свойствам достаточно сильно отличаются одно от
( 18 i
ч у
19. вещество желтого цвета, селен темно-серое ве
серебристо-серый. Все
другого. Сера —
щество с коричневым оттенком, теллур
три вещества хрупкие. Сера не проводит электрический ток, а се
лен и теллур являются полупроводниками. Объединить их в одну
триаду позволило сходство образуемых веществ. Формулы высших
оксидов элементов — S 0 3 , Se0 3 , Те03 . Эти оксиды обладают кис
лотным характером, и им соответствуют кислоты. Все три элемен
та образуют с водородом очень ядовитые, сильно пахнущие газо
образные (летучие) соединения: H 2 S , H 2 S e , Н2 Те. Элементы дан
ной триады получили название халъкогены, что означает «рож
дающие руды». Вспомните, что многие руды представляют собой
сульфиды металлов. Встречаются в прцроде и селениды, и теллу-
риды металлов.
Последняя из триад Дёберейнера:
С1 Вг I
хлор бром иод1
Эти элементы получили название галогены, что в переводе с гре
ческого означает «рождающие соли». Простые вещества галогены,
как и халькогены, по физическим свойствам сильно отличаются одно
от другого. Хлор — ядовитый газ зеленоватого цвета, с резким запа
хом, бром — ядовитая летучая красно-оранжевая жидкость, иод —
серое кристаллическое вещество с металлическим блеском. Но, не
смотря на различия физических свойств, галогены образуют схо
жие соединения. Молекулы простых веществ состоят из двух атомов:
С12, Вг2 , 12 . Простые вещества галогены химически очень активны.
Для них характерны химические реакции с металлами и водоро
дом. Галогеноводороды НС1, H B r , H I — газообразные вещества, ко
торые при растворении в воде образуют кислоты. Соли галогеново-
дородных кислот — галогениды NaCl, NaBr, N a l имеют сходные со
став и свойства.
Объединив элементы в триады, И, Дёберейнер обнаружил одно
интересное свойство, которое имеет каждая триада. Если в каждой
«тройке» элементы расположить в порядке возрастания относитель
ных атомных масс, то относительная атомная масса среднего элемен
та окажется примерно равной половине суммы двух других (т. е. их
В химических текстах принято писать «иод», а не «йод».
20. среднему арифметическому). Это правило ученый назвал правилом
триад. Так, для триады щелочных металлов:
Из сорока известных во времена Дёберейнера химических элемен
тов в системе, построенной им, нашлось место только пятнадцати эле
ментам, что составляет 37%. Позднее в работах других ученых чис
ло элементов, включаемых в каждую группу, было увеличено до че
тырех, иногда до пяти. Таким группам сходных элементов было дано
название естественные семейства. В пределах этих семейств обна
руживались те же закономерности, что и, в триадах Дёберейнера.
Итак, в начале X I X в. при создании системы элементов учиты
вали общность химических свойств и схожесть состава образуемых
элементами веществ. Такой подход позволял составлять из откры
тых элементов новые естественные семейства и искать закономернос
ти, связывающие элементы внутри них. Эти открытия сыграли важ
ную роль в последующем поиске путей систематизации химических
элементов.
К началу 60-х годов X I X в. практически все известные элементы
были объединены в естественные семейства. И тогда перед учеными
возникли вопросы. Сколько элементов должно входить в каждое естес
твенное семейство? Сколько должно быть естественных семейств? Су
ществует ли взаимосвязь между, казалось бы, несвязанными группа
ми элементов? Можно ли создать систему, которая объединяла бы все
элементы? Ответить на эти вопросы было невозможно. Таким образом,
идея построения системы химических элементов на основе учета со
става и свойств образуемых ими веществ к середине X I X в. себя ис
черпала. Состав и свойства веществ могли быть следствием какого-то
главного признака элемента, служащего причиной разнообразия хи
мических элементов, а также образованных ими веществ.
Новый подход к систематизации химических элементов одним из
первых предложил французский ученый Александр Эмиль Бегье де
Шанкуртуа. В 1862 г. он расположил химические элементы в поряд
ке возрастания атомной массы в форме объемной спирали. В результа
те ему удалось выявить, что многие элементы, расположенные по вер
тикали образованного цилиндра, имеют аналогичные свойства. Ины
ми словами, естественные семейства элементов располагаются по
вертикали. Однако ученый так и не смог объяснить многочисленные
нарушения выявленной закономерности.
21. В 1863 г. английский химик Джон Александер Ньюлендс снова
обратился к подходу, использованному Э. Шанкуртуа. Он располо
жил все известные элементы по возрастанию атомных масс. Полу
чился ряд элементов, в котором можно было заметить, что элемен
ты со сходными свойствами повторяются, причем с элемента № 1 по
№ 17 повторяемость наблюдается на каждом восьмом элементе. Поэто
му Дж. Ньюлендс по аналогии с музыкальной октавой назвал эту за
кономерность правилом октав. (В семье Ньюлендса любили музыку.)
«Октавы» в построенной таблице располагались вертикально, а естес
твенные семейства — горизонтально (табл. 1). Однако после элемен
та № 17 эта закономерность нарушалась. Среди естественного семейс
тва оказывались элементы с совершенно разными свойствами, напри
мер фосфор и марганец, высшая валентность которых соответственно
равна V и VII,
Таблица 1
Элементы, расположенные Дж. Ньюлендсо
Р По н 1 F 8 CI 15 Co, N i 22 Br 29 Pd 36 I 43 Pt, Ir 50
L i 2 Na 9 К 16 Cu 23 Rb 30 A g 37 Cs 44 Os 51
Ми Be 3 Mg 10 Са 17 Zn 24 Sr 31 Cd 38 Ва, V 45 Hg 52
Фп В 4 A l 11 Cr 18 Y 25 Ce, L a 32 U 39 Та 46 Tl 53
С 5 Si 12 Ti 19 In 26 Zr 33 Sn 40 W 47 Pb 54
Ли*
N 6 P 13 Mn 20 As 27 Mo 34 Sb 41 Nb 48 Bi 55
On О 7 S 14 Fe 21 Se 28 Rh, Ru 35 Те 42 A u 49 Th 56
НЬЮЛЕНДС Джон Александер Рейна
(1837—1898 гг.)
Английский химик. Родился в Лондоне. В 1856—
1857 гг. учился в Королевском химическом коллед
же (г. Лондон). В 1860 г. сражался в отрядах Гари
бальди.
Занимался аналитической химией. Пытался сис
тематизировать химические элементы, располагая их
в порядке возрастания атомных масс. Выявил пра
вило октав.
.11 | пну I T и jp I I жi_tm J I w I iH i i • ' L L I .пришли II 'мин 'nun ini * i i ii nT i n — i . и i • 1
" i i i m^m w r i i i i i m w i М Т Щ И Т Т Й щ.лщим i i ч i ш i mщ '^л^^ляиш'л&мш^^^
21
22. Дж. Ньюлендс доложил о своей работе на заседании Лондонского
химического общества. Но выявленная им закономерность не была
воспринята как открытие. Один из членов общества даже спросил, не
пытался ли автор располагать элементы в алфавитном порядке и по
искать при этом какую-либо закономерность. Таким образом, идею вы
деления атомной массы в качестве основного признака систематизации
элементов химики того времени не поддержали. Высмеянный ученый
прекратил свои исследования в этом направлении.
•Г, !
--1 ^
'А :
Г,
История негативного восприятия результатов исследования
Дж. Ньюлендса показывает, насколько непросто ученым было пре
одолеть уже сложившиеся подходы к- построению системы хими
ческих элементов. Такое неприятие нового и неожиданного законо
мерно. Оно связано с особенностями человеческого мышления, ко
торое отличается стереотипностью. Мы зачастую не задумываемся
о сути того, к чему привыкли. Представьте, как бы мы уставали,
если бы обдумывали каждое свое действие. Однако стереотипы ме
шают восприятию нового. Творчество ученого нередко проявляется
в способности к преодолению стереотипов.
,,
г л
i
• • •
Г:
, 1 V
: ;
re :
I I <
h >
к <
МЕЙЕР Лотар Юлиус
(1830—1895 гг.)
Немецкий химик. Учился в университетах Геи-
дельберга, Кёнигсберга (ныне Калининград), Бре-
слау. С 1866 г. — профессор в некоторых универси
тетах Германии.
Его научные работы относятся к неорганической,
органической и физической химии. Исследовал газы,
выделяющиеся из крови (1854 г.), физические свойс
тва некоторых веществ, извлекаемых из нефти.
В 1864 г. опубликовал статью о построении систе
мы химических элементов на основе их атомной массы.
Однако он не смог включить в систему все открытые к тому времени хими
ческие элементы. Свою полную таблицу элементов он опубликовал только в
1870 г., уже после открытия Д.И. Менделеевым Периодического закона.
Иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (с 1890 г.).
1
1
L
I Li
if"
L -
1 *
r -
IF
h
]
Тем не менее попытки систематизировать химические элементы
с использованием в качестве системообразующего признака атомной
массы были продолжены. В 1864 г. немецкий ученый Лотар Мейер
22 )
/
23. составил таблицу, в которой снова попытался расположить химичес
кие элементы по мере возрастания их атомных масс. Элементы, име
ющие аналогичные свойства, он расположил в вертикальные столбцы.
При такой систематизации в его таблицу вошло только 27 элементов.
Более половины из известных к тому времени химических элементов
в построенной им системе не нашла своего места.
Краткие итоги параграфа
• При первых попытках построения системы химических элемен
тов возникли сложности, связанные с тем, что причина разнообра
зия и сходства свойств элементов и образуемых ими веществ была
неизвестна в начале X I X в..
• Попытки систематизации химических элементов по признакам со
става и свойств образуемых ими веществ привели к выявлению сре
ди всех элементов естественных групп (семейств). Однако на основе
такой классификации элементов невозможно было предсказать чис
ло элементов, составляющих каждое семейство, и сколько всего се
мейств могут образовать химические элементы.
• Выделение атомной массы в качестве признака систематизации хи
мических элементов позволило установить, что свойства химических
элементов повторяются, и сформулировать правило октав. Однако пра
вило октав выполнялось только в начале ряда, а далее имелось так мно
го нарушений, что о систематизации элементов не могло быть и речи.
1. Пользуясь текстом параграфа, заполните таблицу «Естественные семейс
тва элементов»:
Название семейства
Элементы (в порядке возрастания Аг)
Относительная атомная масса
Высшая валентность
Формула высшего оксида
Формула высшего гидроксида
Летучее водородное соединение
Физические свойства простого вещества
I .
-»
2. Пользуясь правилом триад, рассчитайте относительные атомные массы каж
дого среднего элемента в триадах щелочноземельных металлов, галогенов,
халькогенов и сравните их с современными значениями.
23
24. 3 . К середине XIX в. ученым было известно около 6 0 элементов. Триады Дё
берейнера стали расширяться до четырех, пяти элементов, так как откры¬
ваемые элементы обладали сходными свойствами с уже известными эле
ментами триад. Исходя из описанных ниже свойств веществ, образуемых
:) определенными элементами, дополните триады Дёберейнера или создайте
новое естественное семейство элементов из следующих:
магний — твердое вещество с металлическим блеском, проводит электри
ческий ток, характерные соединения: M g O , Mg"(OH)2 ;
рубидий — легкоплавкое, пластичное вещество с металлическим блеском,
? энергично реагирует с кислородом и водой. Характерные соединения: R b 2 0 ,
R b O H . Гидроксид рубидия — хорошо растворимое едкое вещество;
• азот — газообразное вещество при обычных условиях. Его высший оксид —
N 2 0 5 , а высший гидроксид — азотная кислота H N 0 3 . Образует летучее во
дородное соединение состава N H 3 ;
иод — твердое кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета, обла
дает металлическим блеском. Высший оксид — 1 2 0 7 ; высший гидроксид яв
ляется кислотой и имеет формулу Н Ю 4 . Летучее водородное соединение
иода — H I ;
мышьяк — хрупкое вещество серого цвета, с металлическим блеском. Вы
сший оксид и гидроксид мышьяка имеют формулы A s 2 0 5 , H 3 A s 0 4 . Мышьяк
образует летучее водородное соединение состава A s H 3 ;
цезий — легкоплавкое, пластичное вещество с металлическим блеском.
Окисляется кислородом воздуха и растворяется в воде с выделением боль
шого количества теплоты. Характерные соединения: C s 2 0 , C s O H . Гидроксид
цезия — едкое вещество, хорошо растворимое в воде;
фосфор образует три аллотропные модификации — черный, белый и крас
ный фосфор, отличающиеся по строению и свойствам. Характерные соеди
нения фосфора Р 2 0 5 , Н 3 Р 0 4 имеют кислотные свойства. Фосфор образует
летучее водородное соединение Р Н 3 ;
фтор — очень ядовитый газ. Формула простого вещества — F 2 . Реагирует
с большинством металлов с образованием солей, в которых проявляет ва
лентность I. Образует летучее водородное соединение H F , водный раствор
фтороводорода представляет собой кислоту.
§ 3 . ОТКРЫТИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА
Вы узнаете о принципах построения системы химических эле
ментов, используемых Д.И. Менделеевым, и о том, каким образом
ему удалось включить в созданную им Периодическую систему все
известные химические элементы.
Проблема систематизации химических элементов заинтересовала мо
лодого 35-летнего профессора Петербургского университета Д.И. Мен
делеева. В 1869 г. он продолжил работу над созданием учебника для
2 4 ;
S
25. студентов «Основы химии». Ученый хорошо понимал, что, для того
чтобы студенты лучше разобрались в разнообразии свойств химичес
ких элементов, их нужно систематизировать.
Как вы уже знаете, до Д. И. Менделеева сложилось два подхода к
систематизации элементов. В соответствии с первым подходом рассмат
ривались исключительно состав и свойства веществ, которые образуют
элементы. В результате были выявлены естественные группы элементов.
Однако не было ясно, сколько должно быть естественных групп, а так
же сколько элементов должно входить в состав той или иной группы.
МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович
(1834—1907 гг.)
Русский ученый. Родился в г. Тобольске в семье
директора гимназии. В 1855 г. окончил Главный пе
дагогический институт в Петербурге. В 1855—1856 гг.
работал учителем гимназии в Одессе. В 1857—1890 г.
преподавал в Петербургском университете (с 1865 го
да профессор). В 1890 г. покинул университет из-за
конфликта с министром просвещения, который отка
зался принять от него петицию студентов.
С 1893 г. возглавлял Главную палату мер и ве
сов.
Научные интересы Д.И. Менделеева очень разнообразны. Он автор перво
го в России учебника «Органическая химия» (1861 г.). В 1869 г., работая над
учебником «Основы химии», открыл Периодический закон. На основе это
го закона исправил значения атомных масс многих элементов (бериллия,
индия, урана и других). Предсказал существование и описал свойства гал
лия, скандия, германия, полония, астата, технеция и других элементов,
которые еще не были открыты. Разработал теорию растворов. Вывел общее
уравнение состояния идеального газа. Выдвинул гипотезу происхождения
нефти. Предложил технологическую схему перегонки нефти и реализовал
ее на Кусковском заводе под Москвой (в настоящее время этот завод нахо
дится в черте Москвы). Выдвинул идею подземной газификации угля. За
нимался проблемой использования минеральных удобрений в сельском хо
зяйстве. Принимал участие в разработке состава бездымного пороха.
В соответствии со вторым подходом элементы располагали в поряд
ке увеличения их атомной массы. В результате было выявлено пра
вило октав. Повторяемость элементов, принадлежащих к одной естес
твенной группе, распространялась не на все элементы. Многочислен
ные нарушения правила объяснить было невозможно.
25
26. Д.И. Менделеев решил объединить эти два подхода. Он был убеж
ден в том, что атомная масса предопределяет все остальные свойства
элементов. Это свойство атомов элементов ученый даже назвал корен
ным. Кроме того, Д.И. Менделеев принимал во внимание, что место
элемента в системе должно определяться с учетом валентности, а так
же состава и свойств образуемых им веществ.
К этому времени было известно уже 63 химических элемента. При
чем если относительные атомные массы при переходе от одного эле
мента к другому возрастают до больших значений (от 1 у водорода
до 210 у висмута), то значения валентностей приходятся на интервал
от I до VII. Д.И. Менделеев отметил еще один интересный факт. Прак
тически все элементы, имеющие постоянную валентность I, •— актив¬
ные металлы, а высшую валентность VII — активные неметаллы, эле
менты с промежуточной валентностью часто сочетают в себе и те, и
другие свойства.
В своих поисках построения системы химических элементов Мен
делеев использовал следующий прием. Он приготовил набор карто
чек, на каждой записал знак химического элемента, его относитель
ную атомную массу1
, высшую валентность, а также характеристи
ку свойств веществ, образованных элементом. Расположив карточки
с элементами по возрастанию их атомных масс, он получил ряд, раз
бил его на части, каждая из которых начиналась с щелочного метал
ла, далее следуют неметаллы, которые кончаются галогеном. Приве
дем пример двух частей ряда:
7 11 12 14 i И Д ; 16 19 23 24 27 28 31 32 35,5
Li В С N Be 0 F Na Mg Al Si p s CI
I III IV V IIIi"
II I I II III IV V VI VII
ч й к
мета.
- J
гало!
-
галот
• *
- f • t f
i
Неметаллы Неметаллы Металлы Неметаллы
Элемент, образующий
оксид и гидроксид
с -амфотерными
свойствами
Элемент, образующий
оксид и гидроксид
с амфотерными
свойствами *
1
Во времена Д. И. Менделеева — атомный вес
26
27. Во второй части ряда, начинающейся с натрия, явно прослеживается
закономерность: при возрастании относительной атомной массы валент
ность элементов плавно увеличивается от I до VII, при этом элементы
начала части ряда образуют простые вещества со свойствами, характер
ными для металлов, затем располагается элемент, образующий оксид и
гидроксид с амфотерными свойствами, далее следуют элементы, обра
зующие простые вещества с типичными неметаллическими свойствами.
Эта часть ряда позволила Менделееву предположить, что подобная зако
номерность может соблюдаться и между остальными элементами. Обра
тите внимание, в первой части ряда элемент бериллий, образующий ок
сид и гидроксид с амфотерными свойствами, оказался между неметалла
ми азотом и кислородом, хотя его свойства соответствуют расположению
между литием и бором, т. е. между металлом и неметаллом. Менделеев,
проанализировав все сведения о свойствах бериллия, пришел к выводу,
что его валентность и, следовательно, относительная атомная масса оп
ределены неверно. Валентность бериллия должна быть равной II, относи
тельная атомная масса — 9,4. На этом основании он изменил положение
бериллия в ряду, поместив его между литием и бором. Таким образом, в
первой части ряда выявленная закономерность была соблюдена.
7
Li
I
8 9,4|F
I Be
I II
11
В
III
ч
cd
Ф
s. !
у .
E
12 14 16 19 23 24 27 28 31 32 35,5
С N 0 F Na Mg Al Si p s CI
IV V II I
я
О
ч
cd
и
I II III IV V VI VII
EH
Ф
О
4
cd
Неметаллы Металлы Неметаллы
Элемент, образующий
оксид и гидроксид
амфотерными
свойствами
с
Элемент, образующий
оксид и гидроксид
с амфотерными
свойствами
Новое положение бериллия устранило нарушение естественной пос
ледовательности первой части ряда. Однако, в отличие от второй час
ти ряда, в первой валентность элементов изменялась не от I до VII, а
от I до V. У кислорода валентность не VI, а II. Фтор имеет валент
ность не VII, а I. Однако кислород по некоторым своим свойствам
очень похож на серу, высшая валентность которой равна VI, а фтор
похож на хлор, высшая валентность которого равна VII. Например,
(я)
Ч1
28. сера имеет соединение с водородом H 2 S , похожее соединение Н 2 0 об
разует и кислород. Фтор, как и хлор, относится к естественному се
мейству галогенов и имеет сходные с ними свойства.
Д.И. Менделеев вывел закономерность, которая выражается в пе
риодической повторяемости свойств элементов и образуемых ими ве
ществ. Эту закономерность он назвал Периодическим законом. Этот
закон формулируется так:
v;
V Р
)
«Свойства элементов, а также состав и свойства образуемых !
ими простых и сложных веществ находятся в периодической за- j
висимости от величин их относительных атомных масс».
Для любознательных
г
ф
Приведенная формулировка дана с использованием современной т е р -
«. минологии. Во времена Менделеева некоторые термины были иными. Атом¬
* ная масса называлась атомным весом, вещество телом. Закон, сформули-
* рованный Менделеевым, звучал так: «Физические и химические свойства
* элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими обра-
% зуемых, стоят в периодической зависимости от их атомных весов».
ОПЫТЪ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВЪ.
ОСНОВАННОЙ НА ИХЪ АТОМНОМЪ B*Cfc И ХИМИЧЕСКОМЪ СХОДСТВ^
Ti - 50 Zr —
90 9•
180.
-
V = 51 Nb —
94 Та —
182.
Cr = 52 Mo 96 W —
186.
Mn = 55 Rh 104,4 Pt 197,4.
Fe = 56 Ru —
104,4 Ir 198.
Ni = Co = 59 PI —
106,6 Os —
199.
н = 1 Cu = 63,4 A g —
108 Hg •
200.
Be = 9,4 Mg 24 Zn = 65,2 Cd = 112
В - 11 A l 27,4 ? = 68 Ur 116 A u — -
197?
С = 12 Si —
28 • 70 Sn —
118
N - 14 P —
31 As = 75 Sb 122 Bi 210?
О = 16 S —
32 Se = 79,4 Те - —
128?
F = 19 CI —
35,5 Br = 80 I 127
Li = 7 Na = 23 к —
39 Rb = 85,4 Cs = 133 Tl = 204.
Са — —
40 Sr = 87,6 Ba 137 Pb 207
*
- —
45 Ce = 92
?Ег 56 La = 94
?Yt 60 Di = 95
?In 75,6 Th = 118
Д. Менделвевь.
Рис. 3. Первый вариант периодической таблицы
28 i
29. Таким образом, в 1869 г. Д.И. Менделеев, исправив обнаруженные
нарушения выведенного закона, систематизировал все известные хи
мические элементы. В первом варианте периодической таблицы естес
твенные семейства располагались горизонтально (рис. 3). Позже естес
твенные семейства стали располагать вертикально.
Краткие итоги параграфа
• Открытие Периодического закона не было случайным. Ему пред
шествовала большая работа по систематизации химических эле
ментов.
• На первом этапе систематизации элементов ученые учитывали
только состав и свойства веществ, образуемых элементами, или зна
чения атомных масс химических элементов.
• При построении системы элементов Д.И. Менделеев использовал
оба сложившихся в науке подхода. Он расположил химические эле
менты в порядке возрастания атомных масс. Вместе с тем он учиты
вал состав и свойства веществ, образуемых элементами. В результа
те им был открыт Периодический закон и на его основе проведена
систематизация химических элементов.
1. Объясните, почему Д. И. Менделеев полагал, что свойства веществ зависят
от относительных атомных масс элементов.
2. Фтор не может проявлять в соединениях валентность VII. Однако Менделе
ев расположил хлор и фтор один под другим. Какие свойства этих элемен
тов позволили объединить их в одну группу?
§4, СТРУКТУРА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Периодическая система химических элементов обычно представ
ляется в форме таблицы, которая называется периодической табли
цей химических элементов Д. И. Менделеева. Вы узнаете, как она
устроена.
Современная Периодическая система включает более 110 химичес
ких элементов и не является законченной, хотя все пустые клетки,
оставленные Д.И.Менделеевым, уже заполнены. Новые открываемые
элементы имеют большие относительные атомные массы, чем уже из
вестные, и попадают в конец таблицы.
' 29 )
30. Рассмотрим структуру Периодической системы элементов Д.И. Мен
делеева, используемую чаще всего. Каждый химический элемент за
нимает в таблице строго определенное место — «клетку», где запи
сывается его символ, название и порядковый номер. Его еще нередко
называют атомным номером. Порядковый номер химического элемен
та записывается в верхнем левом или правом углу клетки. В клетке
приводится также значение относительной атомной массы химическо
го элемента. Например, химический элемент кислород имеет порядко
вый номер 8, относительная атомная масса кислорода 15,9994.
Периодическая таблица содержит 8 вертикальных столбцов, назы
ваемых группами, и 7 горизонтальных рядов, называемых периода
ми (см. I форзац учебника).
Группы нумеруются римскими цифрами. Рассмотрим группу I пе
риодической системы. Она включает элементы: литий L i , натрий N a ,
калий К, медь Си, рубидий Rb, серебро A g , цезий Cs, золото Аи и
франций Fr.
В группе I выделяют щелочные металлы L i , N a , К, Rb, Cs, F r .
Образуемые щелочными металлами простые вещества отличаются
химической активностью. Они реагируют с водой с образованием во
дорода и щёлочи. Медь, серебро и золото такой активностью не от
личаются. Золото и серебро относят к драгоценным металлам, что
во многом связано с их химической пассивностью. От щелочных ме
таллов медь, серебро и золото отличаются тем, что помимо валент
ности I они могут проявлять в соединениях и некоторые другие ее
значения: медь и серебро — II, золото — III. В связи с этим эле
менты первой группы подразделяются на две подгруппы. Одна под¬
группа называется главной или подгруппой А, она включает щелоч
ные металлы. Другая подгруппа побочная, или подгруппа В, в ко
торую входят оставшиеся элементы первой группы. Каждая из под
групп образует свой вертикальный столбец. Главную подгруппу, как
правило, составляет большее число элементов, чем побочную. Глав
ную (А) и побочную (В) подгруппы выделяют в каждой группе эле
ментов.
У элементов одной группы высшая валентность в соединениях,
как правило, равна номеру группы.
Рассмотрим группы. Простым веществам, образуемым элемента
ми главных подгрупп I, II и III групп, присущи свойства, характер
ные для металлов, исключение составляют бериллий, бор, алюминий.
У бериллия и алюминия оксиды и гидроксиды обладают амфотерны
ми свойствами. Бор вообще является неметаллом. Его оксид В 2 0 3 от-
-к
"
30 )
31. носится к кислотным, а гидроксид Н3ВО3 представляет собой борную
кислоту. Элементы главных подгрупп IV, V, V I и VII групп образуют
простые вещества, характерные для неметаллов. Им свойственны ле
тучие водородные соединения N H 3 , H 2 S , НС1. Исключение составляют
олово, свинец, сурьма, висмут, теллур и полоний. Валентность эле
мента в водородном соединении определяется по разности меж
ду числом 8 и номером группы. Например, в водородном соедине
нии серы ее валентность составит (8 - б = 2). Следовательно, форму
ла сероводорода H 2 S .
Главную подгруппу VIII группы составляют инертные газы. Их на
зывают также благородными газами. Они имеют такое название из-за
химической пассивности. Например, сложные вещества, в состав кото
рых входил бы гелий или неон, вообще не удалось получить.
Побочные подгруппы любой группы состоят из металлов.
Теперь рассмотрим периоды Периодической системы. Они распола
гаются горизонтально и обозначаются арабскими цифрами. Их в Пе
риодической системе элементов Д.И. Менделеева семь.
Период — это горизонтальный ряд элементов, начинающийся ще
лочным металлом и заканчивающийся инертным газом. Первые три
периода называются малыми. Период 1 включает всего два элемен
та — водород и гелий, периоды 2 и 3 содержат по 8 элементов. Пери
оды 4, 5, 6 называются большими. Периоды 4 и 5 состоят из 18 эле
ментов, период 6 — из 32 элементов. Период 7 является незакончен
ным, открываемые элементы помещают именно в него. Каждый боль
шой период состоит из четного и нечетного рядов. В четных рядах
больших периодов находятся только металлы. Нечетные ряды содер
жат и металлы, и неметаллы.
Можно определить положение в таблице металлов и неметаллов.
Для этого нужно провести диагональ от бериллия к астату. Все эле
менты главных подгрупп, находящиеся под диагональю, образуют ме
таллы, над диагональю — неметаллы. Все элементы побочных под
групп образуют простые вещества металлы.
Для любознательных
Интересно, что в нашем организме можно найти все элементы таблицы
• ментам относится углерод, водород, железо, калий, кальций, магний, на¬
* трий, сера, фосфор, хлор. Микроэлементы — это иод, кобальт, медь, хром,
• цинк, молибден, фтор, минеральные вещества являются жизненно важны-
Менделеева, вплоть до золота, которые мы получаем с пищей. К макроэле-
д ми компонентами пищи.
32. В настоящее время широко используется длинный вариант периоди
ческой таблицы (см. приложение). Он содержит 18 групп, обозначенных
арабскими цифрами. Щелочные металлы составляют группу 1, галоге
ны — группу 17, а побочные подгруппы — с 3-й по 12-ю группы.
Краткие итоги параграфа
• Каждый химический элемент занимает в периодической таблице
строго определенное место, в котором записан его символ (знак), на
звание, порядковый (атомный) номер и значение его относительной
атомной массы.
• Естественные семейства элементов в периодической таблице
Д.И. Менделеева расположены вертикально, образуя группы А (глав
ные подгруппы) и группы В (побочные подгруппы). Группы А могут
состоять из химических элементов, образующих простые вещества
металлы и неметаллы. Группы В состоят из химических элементов,
образующих простые вещества металлы.
• Номер группы в периодической таблице, как правило, соответс
твует высшей валентности химических элементов, входящих в состав
этой группы.
• Химические элементы, расположенные в периодической таблице
Д.И. Менделеева горизонтально, образуют большие и малые периоды.
• Каждый период элементов начинается со щелочного металла и за
вершается инертным газом.
• Седьмой период не завершен.
' - ' . . • о ' 1 : : * -: г. • •„' t - " ' - 2 i ~ " , . - i s . . "
J. Ч
- >i -. - ^1 . . . . . . , Л ... , ....... . « ^ ^ „ ^ — „ ~ ^ ..^ И ,Л : | . . „ _ _,_. _ . _ ._
1. Что означает фраза: «Периодическая таблица — это графическое отображе
ние Периодического закона»?
i
2. Рассмотрите пятую и шестую группы Периодической системы. Какие элемен¬
ты составляют главную подгруппу (группу А), какие побочную (группу В)?
• 3 . Составьте формулы высших оксидов галлия (№ 31), олова (№ 50), марган
ца (№ 25).
4. Среди перечисленных ниже элементов выберите те, которые образуют ле
тучие водородные соединения, и составьте формулы этих соединений: N a ,
B r , Р, A l , A r ,Se.
T1- Кислотный оксид образует элемент, расположенный
1) во втором периоде, в I группе 3) во втором периоде, в V группе
2) в третьем периоде, в III группе 4) в третьем периоде, в VIII группе
T 2 . Гидроксиды элементов I группы главной подгруппы проявляют свойства
II 1) щелочей 3) кислот
'ч 2) нерастворимых оснований 4) амфотерных гидроксидов
ц- 4 ? _ _ _ _ _ _ _ _ ^ _
( 32)
