Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 4. Періодичність змін характеру хімічних елементів, властивостей простих і складних речовин

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • пригадати зміни в періодах хімічного характеру елементів, властивостей простих і складних речовин;
  • передбачати характер елемента, тип його простої речовини, оксиду та гідроксиду за розміщенням елемента в періоді.

Періодичність змін характеру хімічних елементів. Вам відомо, що кожний період у періодичній системі (крім першого) започатковують металічні елементи, а завершують неметалічні елементи.

Атоми металічних елементів здатні втрачати один чи кілька електронів, а атоми неметалічних елементів — приєднувати електрони. У періодах заряди ядер атомів зростають, а радіуси зменшуються. Унаслідок цього атоми кожного наступного елемента в періоді міцніше утримують електрони і важче їх віддають. В атомів елементів другої частини періоду з’являється властивість приєднувати додаткові електрони. Тому металічний характер елементів у періоді слабшає, а неметалічний характер посилюється (у галогенів він виражений найбільш яскраво). Останні елементи кожного періоду називають інертними, оскільки їх прості речовини надзвичайно пасивні (гелій, неон і аргон не вступають у хімічні реакції).

Періодичність змін властивостей простих речовин. Прості речовини металічних елементів є металами, а неметалічних елементів — неметалами. Метали мають загальні, характерні для них фізичні та хімічні властивості, а неметали — інші, також спільні властивості.

Якщо «рухатись» по періодичній системі за зростанням зарядів ядер атомів, тобто за збільшенням порядкових номерів елементів, то зафіксуємо періодичну зміну типів і хімічної активності простих речовин (табл. 3).

Таблиця 3

Прості речовини елементів 2—3-го періодів та їхня хімічна активність

Порівняємо активність металів, утворених елементами 2-го і 3-го періодів, за відношенням до води. Літій і натрій реагують з водою за звичайних умов

2М + 2Н2О = 2МОН + Н2↑,

магній — за нагрівання, а берилій і алюміній з нею не взаємодіють.

Напишіть рівняння реакції магнію з водою.

Серед неметалів, утворених елементами 2-го і 3-го періодів, найактивнішим є фтор. Він реагує з воднем із вибухом навіть у темряві, тоді як суміш хлору з воднем вибухає при освітленні, а суміш кисню з воднем — при підпалюванні. Найпасивніші неметали — бор і силіцій — не взаємодіють із воднем.

Періодичність змін властивостей складних речовин. Найхарактернішими сполуками для кожного елемента є вищий оксид та відповідний гідрат оксиду. У цих речовинах елемент виявляє максимально можливий для нього ступінь окиснення.

Оксиди. Оксидом називають сполуку елемента з Оксигеном, який має ступінь окиснення -2. Ви знаєте, що оксиди поділяють на основні, кислотні й амфотерні. Металічним елементам властиве утворення основних оксидів (деякі оксиди є амфотерними і навіть кислотними), а неметалічні елементи утворюють кислотні оксиди.

Існують оксиди, які не виявляють ні основних, ні кислотних властивостей. Їх називають несолетворними оксидами, оскільки ці сполуки не взаємодіють з основами і кислотами, а отже, не утворюють солей. Формули таких оксидів: CO, NO, N2O. Воду Н2О також зараховують до несолетворних оксидів.

З’ясуємо, як змінюються склад і властивості оксидів елементів 2—3-го періодів зі зростанням зарядів ядер атомів. Для елементів, які виявляють змінну валентність, оберемо вищі оксиди (табл. 4).

Таблиця 4

Вищі оксиди елементів 2—3-го періодів

Періоди

Групи

І

II

III

IV

V

VI

VII

2

Li2O

ВеО

B2O3

CO2

N2O5

основний оксид

амфотерний оксид

кислотні оксиди

3

Na2O

MgO

Аl2О3

SiO2

P2O5

SO3

Cl2O7

основні оксиди

амфотерний оксид

кислотні оксиди

Перші елементи обох періодів — Літій і Натрій, а також наступний елемент 3-го періоду Магній утворюють основні оксиди. Від Берилію і Алюмінію, розміщених у періодах правіше, походять амфотерні оксиди (вони виявляють і основні, і кислотні властивості), а решта елементів утворює кислотні оксиди.

Як змінюється активність оксидів у ряду Na2O — MgO — Аl2О3 щодо води?

Цікаво знати

У 60-х роках XX ст. добуто сполуки ХеО3 і ХеО4, які виявилися кислотними оксидами.

Зіставивши відомості про оксиди елементів 2-го і 3-го періодів, бачимо, що склад і хімічні властивості цих сполук періодично змінюються. У кожному періоді зі зростанням зарядів ядер атомів елементів кислотні властивості вищих оксидів посилюються, а основні властивості послаблюються.

Чому в двох клітинках таблиці 4 немає формул оксидів? Дайте відповідь по кожному випадку.

Гідрати оксидів. Гідратом оксиду, або скорочено — гідроксидом, називають сполуку оксиду з водою. Гідратами основних оксидів є основи (MgO => Mg(OH)2), амфотерних оксидів — амфотерні гідроксиди (Аl2О3 => Аl(ОН)3), а кислотних оксидів — оксигеновмісні кислоти (SO3 => H2SO4).

Зважаючи на походження гідратів оксидів від оксидів, легко передбачити періодичну зміну типів і хімічних властивостей гідратів оксидів зі зростанням заряду ядер атомів елементів. У кожному періоді кислотні властивості гідратів оксидів посилюються, а основні властивості послаблюються (табл. 5).

Таблиця 5

Гідрати вищих оксидів елементів 2—3-го періодів

Періоди

Групи

І

II

III

IV

V

VI

VII

2

LiOH

Ве(ОН)2

H3BO3

Н2CO3

HNO3

основа (луг)

амфот. гідроксид

слабка к-та

слабка к-та

сильна к-та

3

NaOH

Mg(OH)2

Аl(OН)3

H2SiO3

H3PO4

H2SO4

HClO4

основа (луг)

основа

амфот. гідроксид

слабка к-та

к-та середн. сили

сильна к-та

сильна к-та

Чи зберігається періодичність серед гідратів оксидів при переході до сполук перших двох елементів 4-го періоду — Калію та Кальцію?

ВИСНОВКИ

Зі зростанням зарядів ядер атомів хімічний характер елементів періодично змінюється від металічного до неметалічного. Елементи, які перебувають на початку періодів, утворюють прості речовини метали, а ті, що розміщені в середині й кінці періодів, утворюють неметали.

Характерними для металічних елементів є основні оксиди та основи, а від неметалічних елементів походять кислотні оксиди та кислоти.

Основні властивості вищих оксидів і гідратів оксидів у періодах зліва направо послаблюються, а кислотні властивості посилюються. Для сполук цих типів, як і для простих речовин, існує періодичність змін властивостей зі зростанням зарядів ядер атомів елементів.

  • 31. Які особливості електронної будови атомів зумовлюють металічний або неметалічний характер елементів?
  • 32. Якби для елемента № 118 вдалося добути просту речовину, вона була б металом чи неметалом? Чому?
  • 33. Чи є періодичною зміна агрегатного стану простих речовин елементів 2—3-го періодів? Відповідь прокоментуйте.
  • 34. Чи порушиться періодичність серед оксидів, якщо для Фосфору, Сульфуру і Хлору обрати не вищі оксиди, а інші (наприклад, Р2O3, SO2, Сl2О)?
  • 35. Чи існує періодичність зміни сили кислот — похідних вищих оксидів неметалічних елементів? Відповідь проілюструйте інформацією з таблиці 5.
  • 36. За відомостями з таблиці 5 зробіть висновок про зміну хімічних властивостей гідратів оксидів елементів у межах однієї групи періодичної системи. Чи для всіх груп характер цих змін буде однаковим?