Хімія. Повторне видання. 8 клас. Попель

Шановні восьмикласники!

На уроках хімії в 7 класі відбулося ваше знайомство із цікавою наукою про речовини та їх перетворення. Ви зрозуміли суть важливих хімічних термінів, з’ясували, що таке хімічні елементи і як їх позначають, навчилися записувати формули речовин і хімічні рівняння, здійснювати найпростіші хімічні розрахунки, виконувати досліди.

Вам стало відомо, що речовин існує безліч, а частинок, із яких вони складаються, — лише три типи: атоми, молекули, йони. Ви дізналися багато цікавого про Оксиген — один із найважливіших хімічних елементів, про властивості його простої речовини — кисню, а також сполуки з Гідрогеном — води. Довідалися про деякі інші оксиди і продукти їх реакцій з водою — основи та кислоти.

У 8 класі хімія розкриє нові таємниці. Ви дізнаєтесь, що порядок, який існує у світі хімічних елементів, простих і складних речовин, ґрунтується на періодичному законі, відкритому 150 років тому видатним ученим Дмитром Івановичем Менделєєвим. Розглядатимемо будову атомів, молекул, йонів, з’ясуємо, чому і як саме сполучаються найменші частинки в кожній речовині. Значну увагу на уроках хімії буде зосереджено на найважливіших групах (класах) сполук, вивченні їхніх хімічних властивостей, виконанні різноманітних дослідів із речовинами.

Як користуватися підручником

Для ефективної роботи з підручником потрібно знати і розуміти його структуру. На початку кожного параграфа вказано, яке значення має викладений у ньому навчальний матеріал, а в кінці параграфів сформульовано висновки. Текст, поданий дрібнішим шрифтом, призначений для тих, хто бажає розширити й поглибити свої знання з хімії. Додаткову інформацію і цікаві факти вміщено на полях. Основні означення виділено кольором, а нові терміни, важливі твердження і слова із логічним наголосом — курсивом. Текст до лабораторних дослідів і практичних робіт подано на кольоровому тлі.

Після кожного параграфа наведено завдання, вправи і задачі різних типів; вони розміщені переважно за зростанням складності. У кінці підручника містяться відповіді до деяких задач і вправ, словник термінів, а також предметний покажчик. Він допоможе швидко знайти сторінку підручника, на якій ідеться про певний термін, речовину, явище тощо. Для допитливих подано переліки додаткової літератури та деяких інтернет-сайтів.

Вдумлива робота з підручником допоможе вам зрозуміти зв’язки між складом, будовою і властивостями речовин, навчитися передбачати й пояснювати хімічні перетворення.

Хімічний експеримент

До практичних робіт необхідно ретельно готуватися. Рекомендації щодо правил роботи і безпеки в хімічному кабінеті, яких ви дотримувалися в 7 класі, виконуйте і в цьому навчальному році. Домашній експеримент здійснюйте лише з дозволу батьків.

Кожен з вас уже переконався, що вивчати хімію необхідно для того, щоб розуміти, як побудований навколишній світ, за якими законами він розвивається, щоб уміти використовувати різні речовини, не руйнуючи природу, а оберігаючи й примножуючи її багатства.

Бажаємо вам успіхів у навчанні!

Автори

1 розділ. Періодичний закон. Періодична система хімічних елементів. Будова атомів

Бурхливий розвиток науки хімії в останні півтора століття став можливим завдяки відкриттю Д. І. Менделєєвим періодичного закону. За допомогою цього закону вченим вдалося пояснити багато хімічних фактів, спрогнозувати та обґрунтувати різні закономірності у світі речовин.

Зміст періодичного закону розкриває періодична система хімічних елементів. Вона є незамінним джерелом інформації для всіх, хто вивчає хімію, досліджує речовини та їх перетворення.

Після з’ясування складної будови атома періодичний закон отримав потужну теоретичну підтримку. Виявилося, що хімічний характер елементів і властивості речовин залежать від кількості електронів у атомах, їхньої енергії, здатності атомів втрачати або приєднувати електрони.

Періодичний закон використовують не лише хіміки, а й фізики, геологи, біологи, учені, які працюють у суміжних із хімією наукових напрямах.

§ 1. Історичні відомості про спроби класифікації хімічних елементів

Матеріал параграфа допоможе вам:

• з’ясувати, як розвивалися уявлення про хімічний елемент;
• дізнатися про спроби класифікації хімічних елементів.

Розвиток уявлень про хімічний елемент. Давньогрецькі філософи вважали, що всі речовини складаються із чотирьох елементів-першоначал: вогню, повітря, води і землі. На їхню думку, ці «стихії» є носіями певних якостей, притаманних речовинам, — теплоти, холоду, вологості й сухості. Таких поглядів дотримувалися й алхіміки.

Термін «елемент», який за змістом наближається до сучасного, з’явився в науці в XVII ст. Англійський хімік Р. Бойль назвав елементом те, що є межею розкладу речовини. Такий смисл вкладав у слово «елемент» і М. В. Ломоносов. Якби ми жили тоді, то розуміли би під елементом атом.

Французький учений А.-Л. Лавуазьє вважав елементом просту речовину, оскільки її неможливо розкласти на інші речовини. Однак тепер відомо, що не розкладається й чимало складних речовин, наприклад оксиди SiO₂, Al₂O₃, а проста речовина озон легко перетворюється на іншу просту речовину — кисень: 2О₃ = 3О₂. Не розрізняв елемент і просту речовину англійський учений Дж. Дальтон. Пізніше Д. І. Менделєєв висловив таку думку: «Просте тіло є речовиною..., а під елементом слід розуміти складові частини простих і складних тіл».

На межі ХІХ—ХХ ст. учені встановили, що атом складається з позитивно зарядженого ядра і негативно заряджених електронів. Відтоді почали визначати хімічний елемент як вид атомів із певним зарядом ядра. Нині, характеризуючи якісний склад води, кожен із вас скаже, що ця речовина утворена молекулами, які містять атоми двох видів (із зарядами ядер +1 і +8). Отже, вода є сполукою двох елементів — Гідрогену та Оксигену.

Спроби класифікації хімічних елементів. У часи становлення науки хімії вчені намагалися «навести порядок» серед кількох десятків відомих тоді хімічних елементів, здійснити їхню класифікацію, тобто згрупувати елементи за певними ознаками.

Класифікацію простих речовин, на основі якої пізніше виникла одна із класифікацій хімічних елементів, запропонував наприкінці XVIII ст. А.-Л. Лавуазьє. Він поділив прості речовини на метали і неметали. Така класифікація була надто загальною та недосконалою. Деякі прості речовини (наприклад, графіт, телур) за певними властивостями нагадували метали, а за іншими — неметали. Однак поділ простих речовин на дві великі групи відіграв важливу роль у розвитку хімії.

Серед металів і серед неметалів траплялися дуже схожі речовини. Учені їх об’єднали в окремі групи, які отримали такі загальні назви: лужні метали, лужноземельні метали, галогени, інертні гази.

Цікаво знати

Інертні гази іноді називають благородними газами.

Лужні метали. Це — літій, натрій, калій, рубідій, цезій, францій. Вони легкі, м’які (мал. 1), легкоплавкі, у хімічних реакціях виявляють дуже високу активність (мал. 2). Перебуваючи за звичайних умов на повітрі, лужні метали швидко взаємодіють із киснем, водяною парою. Тому їх зберігають у гасі в герметично закритих посудинах (мал. 3) або в ампулах, з яких видалено повітря. Указані метали назвали лужними, бо вони реагують з водою з утворенням лугів — розчинних основ із загальною формулою МОН.

Мал. 1. Натрій можна різати ножем

Мал. 2. Реакція цезію з водою

Мал. 3. Так зберігають лужні метали

Лужноземельні метали. До цих речовин належать магній, кальцій, стронцій, барій, радій. Вони нагадують лужні метали, реагують із багатьма речовинами, але не так активно. Продуктами їх реакцій з водою є луги¹, загальна формула яких — М(ОН)₂.

¹ Магній гідроксид до лугів не зараховують.

Галогени. Так називають найактивніші неметали — фтор, хлор, бром, йод. Ці прості речовини складаються із двоатомних молекул: F₂, Cl₂, Br₂, I₂. За звичайних умов фтор і хлор — гази, бром — рідина, а йод — тверда речовина (мал. 4). Найактивнішим серед галогенів та інших неметалів є фтор.

Мал. 4. Хлор, бром, йод

Галогени реагують із воднем з утворенням сполук, що мають формули HF, HCl, HBr, HI. Ці сполуки за звичайних умов є газами, добре розчиняються у воді. Галогени взаємодіють із багатьма металами. Продукти таких реакцій — солі. Назва «галогени» й походить від грецького слова halos — сіль (вам відома сполука Натрію з Хлором — NaCl, кухонна сіль).

Інертні гази. Ці прості речовини було відкрито у другій половині ХІХ ст. Таку назву вони отримали тому, що не взаємодіють з іншими речовинами. До інертних газів належать гелій, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. Вони складаються не з молекул, як інші гази, а з атомів.

Цікаво знати

Інертний газ гелій учені спочатку виявили на Сонці і тільки через 13 років — на нашій планеті.

Елементи, від яких походять розглянуті прості речовини, мають аналогічні загальні назви: лужні елементи, лужноземельні елементи, галогени, інертні елементи.

Наприкінці 20-х років ХІХ ст. німецький учений В. Деберайнер розподілив частину подібних елементів на трійки, або тріади:

Li, Na, K

Ca, Sr, Ba

S, Se, Te

Cl, Br, I

Fe, Co, Ni

У першій тріаді опинилися лужні елементи, у другій — лужноземельні, у четвертій — галогени. Розмістивши елементи у тріадах за збільшенням відносних атомних мас, Деберайнер виявив цікаву закономірність: напівсума відносних атомних мас двох крайніх у тріаді елементів приблизно чи точно дорівнювала відносній атомній масі «центрального» елемента. Покажемо це для першої тріади:

Крім того, властивості простої речовини і сполук цього елемента виявилися «проміжними» порівняно із властивостями простих речовин і сполук двох сусідніх елементів.

Сформувати тріади з інших елементів Деберайнеру не вдалося.

У 1865 р. англійський учений Дж. Ньюлендс розмістив відомі тоді хімічні елементи за збільшенням відносних атомних мас у ряд:

H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ті Mn Fe ...

Він помітив, що в багатьох випадках кожний восьмий елемент є подібним до обраного за перший. Схожими були й відповідні прості речовини. Цікаво, що таку особливість має звуковий ряд у музиці: кожна перша і восьма ноти мають однакові назви і схоже звучання.

• Знайдіть у наведеному ряду елементи, подібні до Калію.

Закономірність, виявлену Ньюлендсом, назвали правилом октав. Вона спостерігалася на початку ряду елементів, але далі порушувалась (мал. 5). Наприклад, Манган не був схожим на Фосфор, а Ферум — на Сульфур. Число 8, як свідчить історія хімічної науки, спочатку вважалося якимось магічним, але після з’ясування будови атома воно отримало наукове обґрунтування (§ 5, 6).

Мал. 5. «Октави» хімічних елементів

Більш вдалу спробу класифікації хімічних елементів здійснив у 1862 р. німецький хімік Л. Маєр. Він запропонував таблицю, в якій розмістив елементи за збільшенням відносних атомних мас (табл. 1). У її стовпчиках були елементи з однаковою валентністю. Учений включив до своєї таблиці 28 хімічних елементів, тобто значно менше, ніж було відомо на той час.

Таблиця 1

Таблиця хімічних елементів Л. Маєра*

Значення валентності
IV	ІІІ	ІІ	І	І	ІІ
...	...	...	...	Li 7,03	(Be 9,3?)
C 12,0	N 14,04	O 16,00	Fl 19,0	Na 23,05	Mg 24,0
Si 28,5	P 31,0	S 32,07	Cl 35,46	K 39,13	Ca 40,0
...	As 75,0	Se 78,8	Br 79,97	Rb 85,4	Sr 87,6
Sn 117,6	Sb 120,6	Te 128,3	I 126,8	Cs 133,0	Ba 137,1
Pb 207,0	Bi 208,0	...	...	(Tl 204?)	...

* У клітинках наведено використані Маєром відносні атомні маси.

Розглянуті спроби вчених здійснити класифікацію хімічних елементів створили передумови для відкриття Д. І. Менделєєвим періодичного закону.

ВИСНОВКИ

Уявлення про хімічний елемент із розвитком науки змінювалися. Раніше хіміки не розрізняли хімічний елемент і просту речовину. Було виокремлено кілька груп подібних простих речовин; серед них — лужні метали, галогени, інертні гази.

Перші спроби класифікації хімічних елементів охоплювали лише їх частину і не мали достатнього обґрунтування.

1. Що раніше вважали хімічним елементом і як визначають його нині?

2. Виберіть ознаки, які були використані А.-Л. Лавуазьє, В. Деберайнером, Дж. Ньюлендсом, Л. Маєром для класифікації простих речовин і хімічних елементів: властивості простих речовин, поширеність елементів у природі, склад характерних сполук, значення відносних атомних мас, значення валентності елементів.

3. Охарактеризуйте розміщення елементів кожної тріади Деберайнера в періодичній системі.

4. Зіставте відносну атомну масу Брому з напівсумою відносних атомних мас Хлору і Йоду.

5. Порівняйте ряд елементів Дж. Ньюлендса з їх послідовністю в періодичній системі та вкажіть відмінності.