Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)

§ 26. Родини хімічних елементів. Властивості електронних аналогів

Родини хімічних елементів

Властивості хімічних елементів і утворених ними сполук зумовлені електронною будовою атомів. Якщо до однієї групи належать хімічні елементи, що є електронними аналогами, то й хімічні властивості утворених ними речовин мають бути подібні. Це помітили ще до відкриття електронної будови, тому певні хімічні елементи об’єднали в родини.

Родина хімічних елементів — це група хімічних елементів, що мають подібні властивості.

Наприклад, електронна будова атомів Калію подібна до будови атомів Натрію. Під час хімічних реакцій вони втрачають єдиний електрон зовнішнього енергетичного рівня й перетворюються на йони із зарядом 1+, а утворені ними основи є лугами. Саме тому ці елементи називають лужними. Також існують і інші елементи, які за властивостями подібні до Калію та Натрію. Їх виділяють в окрему родину — родину лужних елементів.

Із відкриттям нових хімічних елементів і дослідженням їхніх властивостей число природних родин елементів збільшувалося. Деякі родини дістали власні назви і в сучасній хімічній літературі часто згадуються саме за ними (табл. 7).

Таблиця 7. Родини хімічних елементів

Період	Група
	1	2	15	16	17	18
	Лужні елементи¹	Лужноземельні елементи²	Пніктогени³	Халькогени⁴	Галогени⁵	Інертні елементи⁶
1						He
2	Li		N	О	F	Ne
3	Na		P	S	Cl	Ar
4	К	Ca	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr	Sb	Те	I	Xe
6	Cs	Ba	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Mc	Lv	Ts	Og

¹ — Утворюють луги.

² — Утворюють землі (так раніше називали оксиди), що у воді перетворюються на луги.

³ — Утворюють задушливі речовини.

⁴ — Більшість елементів трапляються в природі у сполуках із Купрумом.

⁵ — Утворюють солі.

⁶ — Є інертними, тобто не здатними вступати в хімічні реакції.

Хімічні елементи, що належать до однієї родини, утворюють прості речовини та сполуки з певними подібними фізичними й хімічними властивостями.

Лужні хімічні елементи

Лужні елементи — найактивніші металічні елементи, вони розміщені в 1-й групі Періодичної таблиці.

Лужні елементи:

найактивніші металічні елементи
утворюють катіони із зарядом 1+
здатні утворювати луги

Загальні формули сполук:

оксидів — R₂O;
гідроксидів (лугів) — ROH

Лужні метали:

легкі, м'які
надзвичайно хімічно активні

Літій Li

Натрій Na

Калій К

Рубідій Rb

Цезій Cs

Францій Fr

Метали, утворені цими хімічними елементами, також називають лужними. Вони значно легші за інші метали (залізо, мідь, алюміній), дуже м’які і їх можна різати ножем (мал. 26.1, а).

Лужні метали є найактивнішими металами: вони реагують із киснем, водою та кислотами. Взаємодія їх із водою відбувається дуже активно, іноді з вибухом (мал. 26.1, б).

Мал. 26.1. Калій можна різати ножем (а); взаємодія натрію з водою (б)

Лужні елементи утворюють оксиди із загальною формулою R₂O:

4Li + О₂ = 2Li₂O

Гідроксиди лужних елементів — розчинні основи (луги) із загальною формулою ROH, де R — будь-який із лужних елементів, наприклад:

Na₂O + Н₂О = 2NaOH

Гідроксиди Рубідію та Цезію такі активні, що їхні концентровані розчини легко руйнують скло навіть за кімнатної температури, а їхні розплави — залізо й навіть платину.

Унаслідок хімічної активності лужні метали трапляються в природі виключно у вигляді сполук. Добути їх можна лише дією електричного струму на їхні сполуки. Натрій і калій уперше були одержані Гамфрі Деві 1804 року саме в такий спосіб.

Галогени

Галогени — найактивніші неметалічні елементи, вони розміщені в 17-й групі Періодичної таблиці.

Елементи-галогени:

найактивніші неметалічні елементи
утворюють аніони із зарядом 1-

Загальні формули сполук:

оксидів — R₂O₇ (крім Флуору)
летких сполук із Гідрогеном — HR

Прості речовини галогени:

утворені двоатомними молекулами R₂
надзвичайно хімічно активні

Флуор F

Хлор Сl

Бром Вr

Йод I

Астат At

Теннессин Ts

Для елементів-галогенів також характерні спільні властивості, зокрема усі вони утворюють аніони із зарядом 1-.

Прості речовини, утворені цими елементами, також називають галогенами (мал. 26.2). Галогени — речовини молекулярної будови, молекули яких складаються з двох атомів: F₂, Сl₂, Вr₂, I₂.

Мал. 26.2. Галогени за звичайних умов перебувають у різних агрегатних станах: хлор — жовто-зелений газ (а); бром — летка рідина червоно-бурого кольору (б); йод — летка кристалічна речовина чорно-фіолетового кольору з металічним блиском (в)

Галогени — найактивніші неметали. Вони реагують із багатьма речовинами. А в атмосфері фтору здатна горіти навіть вода:

2F₂ + Н₂О = 2HF + OF₂

Із воднем галогени також взаємодіють дуже активно, іноді з вибухом. Продуктом реакції є леткі сполуки з Гідрогеном загального складу HR, водні розчини яких є кислотами:

Н₂ + F₂ = 2HF

Н₂ + Сl₂ = 2НСl

Галогени активно реагують із металами. Продуктами таких реакцій є солі — галогеніди (флуориди, хлориди, броміди, йодиди):

Mg + Сl₂ = MgCl₂

2Аl + 3Вr₂ = 2АlВr₃

Саме через властивість утворювати солі ці хімічні елементи назвали галогенами (від грец. галос — сіль).

Інертні хімічні елементи

Ще одну родину утворюють елементи 18-ї групи Періодичної таблиці. Їх називають інертними елементами.

Інертні елементи:

хімічно неактивні (за стандартних умов не реагують із жодною речовиною)
у простих речовинах існують у вигляді окремих атомів

Гелій Не

Неон Ne

Аргон Аr

Криптон Кr

Ксенон Хе

Радон Rn

Прості речовини цих елементів називають інертними (благородними) газами, вони існують у вигляді окремих атомів, які зазвичай не сполучаються один з одним і з іншими атомами. Усі вони за звичайних умов є газами, які в незначних кількостях містяться в повітрі.

Донедавна вважали, що інертні гази взагалі не утворюють хімічних сполук (про що свідчить їхня назва). Однак за останні десятиліття вдалося одержати сполуки Криптону, Ксенону й Радону з Оксигеном і Флуором та іншими хімічними елементами.

Найлегший з-поміж інертних елементів — Гелій — був першим хімічним елементом, виявленим поза Землею. Аналізуючи випромінювання Сонця з використанням спектрального аналізу, П’єр Жансан 1868 року виявив світіння, не характерне для жодного з відомих на той час елементів. Саме тому цей елемент був названий Гелієм (від грец. геліос — сонце). Певна річ, складно відкрити елементи, які не утворюють сполук, але після відкриття Гелію науковці почали ретельніше вивчати гази й незабаром відкрили всі інертні елементи.

Робота з інформацією

327. Із переліку хімічних елементів випишіть окремо: а) лужні елементи; б) лужноземельні елементи; в) галогени; г) інертні елементи.

Вr, Na, Al, Са, S, Хе, К, Cl, I, Li, Ba, Ne, Be, Rb, Sr, F, Fe, He, H.

328. Складіть у загальному вигляді формули оксидів і гідроксидів металічних елементів: а) лужних; б) лужноземельних. Використовуючи ці формули, складіть у загальному вигляді рівняння реакцій оксидів лужних і лужноземельних елементів із водою.

329. Складіть рівняння реакції взаємодії будь-якого з галогенів: а) із літієм; б) кальцієм; в) алюмінієм; г) воднем.

330. Калій за слабкого нагрівання бурхливо взаємодіє із сіркою, а розплавлений калій згоряє в атмосфері хлору. Складіть хімічні рівняння цих реакцій.

331. У якому з оксидів лужних елементів масова частка Оксигену найбільша?

332. Знайдіть у додаткових джерелах інформацію про відкриття інертних газів. Як ви вважаєте, чим можна пояснити той факт, що всі благородні гази були відкриті майже одночасно: у період 1894-1900 рр.?

Розуміння явищ природи (робота в групах)

333. У перекладі з грецької тало означає «сіль», халько — «мідь», пнікто — «задушливий», генеа — «народження». Яке значення, на вашу думку, мають назви родин «галогени», «халькогени» та «пніктогени»? Чому ці родини було названо саме так?

334. Уявіть, що перед вами однакові за формою та розміром зразки літію і заліза. Як відрізнити ці речовини, ґрунтуючись лише на відмінностях їхніх фізичних властивостей?

335. У перекладі з грецької хлорос означає «зелений», бромос — «смердючий», йодес — «фіолетовий». Із якими властивостями хлору, брому та йоду пов’язані їхні назви?

Зміст