Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Периодичность изменения свойств элементов и их соединений




Периодичность - это повторяемость химических и некоторых физических свойств у простых веществ и их соединений при изменении порядкового номера элементов. Она связана, в первую очередь, с повторяемостью электронного строения атомов по мере увеличения порядкового номера (а, следовательно, заряда ядра и числа электронов в атоме).

Химическая периодичность проявляется в аналогии химического поведения, однотипности химических реакций. При этом число валентных электронов, характерные степени окисления, формулы соединений могут быть разными. Периодически повторяются не только сходные черты, но и существенные различия химических свойств элементов по мере роста их порядкового номера.

Некоторые физико-химические свойства атомов (потенциал ионизации, атомный радиус), простых и сложных веществ могут быть не только качественно, но и количественно представлены в виде зависимостей от порядкового номера элемента, причем для них периодически проявляются четко выраженные максимумы и минимумы.

Вертикальная периодичность заключается в повторяемости свойств простых веществ и соединений в вертикальных столбцах Периодической системы. Это основной вид периодичности, в соответствии с которым все элементы объединены в группы. Элементы одной группы имеет однотипные электронные конфигурации. Химия элементов и их соединений обычно рассматривается на основе этого вида периодичности. В пределах каждой подгруппы сверху вниз радиусы атомов увеличиваются и соответственно уменьшаются ионизационный потенциал, сродство к электрону и электроотрицательность, т. е. уси­ливаются металлические свойства простых веществ.

Горизонтальная периодичность заключается в появлении максимальных и минимальных значений свойств простых веществ и соединений в пределах каждого периода. Она особенно заметна для элементов VIIIБ-группы и лантаноидов (например, лантаноиды с четными порядковыми номерами более распространены, чем с нечетными). Для элементов главных подгрупп по периоду слева направо умень­шаются радиус атома и увеличиваются ионизационный по­тенциал, сродство к электрону и электроотрицательность, т. е, уменьшаются металлические и усиливаются неметаллические признаки. Соответственно свойства про­стых веществ изменяются от типичного металла — щелоч­ного до типичного неметалла — галогена, после чего пе­риод завершается благородным газом.

Диагональная периодичность - повторяемость свойств простых веществ и соединений по диагоналям Периодической системы. Она связана с возрастание неметаллических свойств в периодах слева направо и в группах снизу вверх. Поэтому литий похож на магний, бериллий на алюминий, бор на кремний, углерод на фосфор.

В результате объединения вертикальной, горизонтальной и диагональной периодичности появляется так называемая звездная периодичность. Так, свойства германия напомина ют свойства окружающих его галлия, кремния, мышьяка и олова. На основании таких "геохимических звезд" можно предсказать присутствие элемента в минералах и рудах.

Многие свойства элементов в группах изменяются не монотонно, а периодически, особенно для элементов IIIA-VIIA-групп. Такое явление носит название вторичной периодичности. Так, германий по своим свойствам больше похож на углерод, чем на кремний.

В ряду d-элементов происходит уменьшение радиуса атомов, которое на­зывают «d - сжатием». Эта общая закономерность приводит к уменьшению радиуса атома вниз по подгруппе, начиная с III груп­пы.

Изменение свойств элементов побочных подгрупп по пе­риодам и группам имеет свои особенности. Десять d-элементов каждого большого периода располагаются в III—VIII и I—II группах. Число внешних электронов для них обыч­но равно двум (ns2), а иногда одному (пs1). Это различие объясняется эффектом так называемого «проскока» электро­на. Энергетически более выгодны наполовину или полно­стью заполненные d-подуровни (d5 и d10), поэтому когда до завершения таких конфигураций не хватает одного элект­рона, он переходит в d -подуровень с внешней s -орбитали: d 4s2 d 5s1 (Сr, Мо), d 9s2d 10s1 (Сu, Аg, Au).

Заполнение d- и особенно f-подуровня экранирует внеш­ний электронный слой от ядра, что приводит к сравнитель­но небольшому уменьшению радиуса атомов этих элементов и соответственно их свойства меняются не так резко по пе­риоду, как свойства элементов главных подгрупп. Все они являются металлами и отрицательных степеней окисления не проявляют.

Характерной особенностью d-элементов является их способность к образованию химической связи за счет элект­ронов (n - 1) d -подуровня. Первый и пос­ледний члены ряда d -элементов имеют постоянную и устойчивую степень окисле­ния, равную номеру группы. Промежуточные элементы проявляют переменную степень окисления, а устойчивость максимальной из них падает в ряду слева направо, и вместе с тем возрастают окисли­тельные свойства соответствующих соединений.

Элементы III группы, начинающие ряд d -элементов в периоде (Sс, I, La, Ас), по своим свойствам являются пере­ходными от предшествующих им s -элементов к d -элементам Их металлические свойства и основной характер соединений, также как и в главных подгруппах, усиливается сверху вниз. Начиная с IV группы свойства d -элементов внутри груп­пы меняются иначе и в соответствии с общей для них зако­номерностью сверху вниз уменьшаются их металлические свойства и активность простых веществ. В том же направле­нии повышается устойчивость высоких степеней окисления, кислотный характер гидроксидов и склонность элементов к образованию анионных комплексов.

Благодаря эффекту «лантаноидного сжатия» радиусы атомов d -элементов, находящихся в одной группе, но в разных периодах (5-м и 6-м), практически остаются одина­ковыми, что приводит к такому сходству между ними, за которое их иногда называют элементами-близнецами.

 

Задачи:

1. Как изменяются радиусы атомов, ионизационные потенциалы, сродство к электрону и электроотрицатель­ность элементов внутри периода и при переходе от одного периода к другому в пределах данной группы? Атомы каких элементов имеют максимальные и минимальные значения этих величин?

2. Как изменяются металлические и окислительно-восстановительные свойства элементов главных под­групп по периодам и в пределах одной группы? Что явля­ется причиной этих изменений? Назовите два резко отличающиеся по своим свойствам элемента: а) одного и того же периода, б) одной и той же группы.

3. Какие из s-элементов в виде простых веществ явля­ются: а) газообразными неметаллами, б) металлами? Какой из них образует амфотерные оксид и гидроксид?

4. Приведите примеры p-элементов, которые в виде простых веществ являются металлами и неметаллами. На­зовите гидроксиды элементов, относящиеся к классу кис­лот, оснований, проявляющие кислотно-основную двой­ственность,

5. Какое место в периодической системе занимают два элемента, один из которых характеризуется наибольшим значением ионизационного потенциала и электроотрица­тельности, а другой — наименьшим значением этих вели­чин?

6. Почему свойства таких элементов, как углерод и сви­нец, азот и висмут, калий и бром, хлор и аргон, магний и неон резко отличаются друг от друга?

7. Как изменяется конфигурация валентных электро­нов и максимальная степень окисления s- и p-элементов в периоде и как это связано с порядковым номером и номером группы?

8. Как изменяется конфигурация валентных электро­нов, максимальная степень окисления и ее устойчивость в ряду d-элементов периода? Для каких d-элементов число валентных электронов и максимальная степень окисления совпадают с номером группы, меньше и больше номера груп­пы?

9. На примере элементов 4-го периода покажите и объяс­ните, почему максимальная степень окисления d-элементов сначала возрастает, а затем уменьшается. Какие d-элементы имеют постоянную степень окисления?

10. Сравните изменение свойств р- и d-элементов в пе­риоде и в пределах группы. Чем объяснить сходство: а) d-элементов III группы с р-элементами той же группы, б) лантаноидов, в) актиноидов.

11. В каких степенях окисления d-элементы проявляют определенное сходство с р-элементами той же группы? По­кажите это на примере элементов VI и VII групп.

12. В атомах каких элементов осуществляется так назы­ваемый «проскок» электронов? Объясните причину этого эффекта.

13. Чем определяется большое сходство d-элементов 5-го и 6-го периодов, находящихся в одной и той же группе?

14. Почему гидроксид лития по силе основных свойств, растворимости и способности отщеплять воду при нагрева­нии проявляет сходство с гидроксидами магния и кальция?

15. Как изменяются свойства оксидов и гидроксидов s- и p-элементов в периоде? Объясните причину и покажи­те различие в свойствах гидроксидов первого и предпослед­него элемента 3-го периода.

16. Почему основные свойства гидроксида галлия вы­ражены не сильнее, а слабее основных свойств гидроксида алюминия?

17. Покажите и объясните различие в окислительно-восстановительных свойствах однотипных соединений марган­ца и рения, например перманганата и перрената калия.

18. Зная закономерность в изменении свойств элементов в побочных подгруппах, объясните, почему природные соединения хрома и вольфрама не однотипны: основная руда первого элемента — хромистый железняк Fе(СrО2)2, а второго шеелит СаWО4.

19. Какой из оксидов должен быть более сильным окис­лителем: ТiO2 или Мn2О7, СrО3 или WО3?

20. Укажите, какая из двух сравниваемых щелочей более хи­мически активна: а) NаОН или СsОН; б) Са(ОН)2 или Ва(ОН)2?

21. Какой из двух сравниваемых оксидов обладает более ясно выраженным кислотным характером: а) Сr2О3 или СrО3; б) МnО или Мn2О7?

22. Укажите характер оксидов железа: FеО, Fе2О3 и FеО3. Напишите химические формулы железной кислоты и ее солей: феррата калия и феррата бария.

 

Задачи для самостоятельного решения:

1. Пользуясь таблицей элементов, напишите формулы:

а) угольной, кремниевой, ванадиевой, вольфрамовой, ниобиевой, свинцовой, висмутовой, рениевой кислот (по типу метакислот);

б) гидроксида, сульфата и ортофосфата индия;

в) гидроксида франция, нитрата технеция, карбоната цезия, астатоводорода, ванадата калия, ниобата натрия, титаната кальция.

2. Учитывая, что элементы Ве, Zn, А1 образуют амфотерные гидроксиды, напишите химические формулы соединений:

а) нитрата бериллия, бериллиевой кислоты, бериллата калия;

б) гидроксида цинка, сульфата цинка, цинката натрия;

в) гидроксида алюминия, нитрата алюминия, мета- и ортоалюминиевых кислот, метаалюмината натрия, ортоалюмината калия.

3. Гидроксид хрома Сr(ОН)3 амфотерен. Напишите формулы: а) сульфата хрома; б) ортохромистой кислоты и ортохромита нат­рия; в) метахромистой кислоты и метахромита кальция.

4. С каким элементом более сходен молибден по свойствам — с селеном или с хромом? Чем это объясняется?

5. Исходя из положения элементов в периодической системе, определите: а) у какого из гидроксидов — Sn(ОН)2 или Pb(ОН)2 — более выражены основные свойства; б) какая из солей гидролизуется в большей степени; станнат натрия или плюмбат натрия; в) какой из оксидов является более сильным окислителем: SnO2 или РbО2?

6. Какими химическими свойствами обладает искусственно полученный элемент с порядковым номером 87? С каким из элементов периодической системы он наиболее сходен?


Занятие №9.







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 1504. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.022 сек.) русская версия | украинская версия