Неорганическая химия

Лекция №12.
Периодическая система элементов.
s – элементы.
Лектор: Егоров В.В.
Периодический закон (формулировка Д.И.Менделеева)
Свойства простых тел (элементов), а так же форма
(строение) и свойства их соединений находятся в
периодической зависимости от величины атомных
весов элементов.
Периодический закон (современная формулировка)
Свойства элементов, а также строение и свойства их
соединений находятся в периодической зависимости
от величины заряда ядра в атоме элемента.
В основе периодического изменения свойств элементов при
увеличении заряда ядра атома лежит периодическое изменение
строения внешнего валентного электронного уровня атома
элемента, определяющего его свойства.
Период – горизонтальный ряд элементов,
расположенных в порядке возрастания атомной массы и
характеризующихся заполнением определенного
энергетического уровня.
В этом ряду свойства элементов закономерно
изменяются от типично металлических-восстановительных до
неметаллических - окислительных. Период заканчивается инертным
газом.
Периоды: малые (s- и p-элементы) и большие (+d-элементы).
Группа – вертикальный ряд элементов, имеющих
одинаковое число валентных электронов, одинаковую
высшую степень окисления и сходных по своим
свойствам.
Группы состоят из 2 подгрупп. Главные подгруппы состоят из
элементов малых периодов и одинаковых с
ними по свойствам элементов больших периодов
(одинаковое количество электронов на внешнем
валентном уровне). Это s- и p-элементы. Побочные подгруппы
состоят только из d-элементов больших периодов.
Закономерности элементов.
Строение атома элемента.
(с ростом его порядкового номера)
1. Число протонов и нейтронов в ядре возрастает в
периоде, группе. Причем число нейтронов растет
быстрее.
2. Общее число электронов возрастает в периоде,
группе.
3. Число электронов на внешнем валентном уровне
увеличивается в периоде (в малых периодах) и не
меняется в группе.
4. Число энергетических уровней возрастает в группе и
не меняется в периоде.
Свойства атома элемента.
(с ростом его порядкового номера)
1. Размер и заряд ядра увеличиваются в периоде и группе.
2. Размер атома уменьшается в периоде, растет в группе.
3. Потенциал ионизации возрастает в периоде,
уменьшается в группе.
4. Сродство к электрону – увеличивается в периоде,
уменьшается в группе.
5. Металличность уменьшается в периоде, растет в группе,
неметалличность – наоборот.
6. Восстановительная способность уменьшается в
периоде, растет в группе, окислительная способность –
наоборот.
7. Электроотрицательность растет в периоде и снижается
в группе.
Правило:
Любой элемент в периодической системе имеет
свойства, промежуточные между свойствами соседних с
ним элементов (по горизонтали, по вертикали, по
диагонали).
Закономерности соединений.
(с ростом порядкового номера элемента).
1. Способность к образованию оксидов уменьшается в
периоде, возрастает в группе.
2. Изменяются свойства оксидов и гидроксидов в
периоде от основных к амфотерным и далее к
кислотным, в главной подгруппе – наоборот.
3. Высшая степень окисления элемента в оксиде
возрастает в периоде, постоянна в группе.
4. Способность к образованию гидридов возрастает в
периоде, уменьшается в группе.
5. Высшая валентность элемента в гидриде проходит
через максимум в периоде, не изменяется в группе.
Пример: LiH, BeH2, BH3, CH4, NH3, H2O, HF.
6. Способность к проявлению высшей степени окисления
атома в соединении возрастает в группе.
7. Способность элементов к комплексообразованию
возрастает в группе.
8. Число соединений, в которых элемент проявляет
различную степень окисления, растет с возрастанием
его порядкового номера.
9. Распространенность элемента в природе, как правило,
уменьшается с ростом порядкового номера.
10. Распространенность элемента в биологической
природе, в том числе наличие в живом организме,
также, как правило, уменьшается с ростом
порядкового номера.
Биогеохимический закон Вернадского

Распространенность элемента в природе и в организме
уменьшается с ростом его атомной массы. (Исключения:
железо у животных и некоторые др.)
Правила:

1. В организме легкие элементы - строительные, тяжелые –
функциональные.

2. Биоактивными являются элементы, проявляющие
различную степень окисления в природе (Fe+2,+3,
Cu+1, +2, Mn+2,+4)
Водород.
Валентные электроны
Степени окисления в соединениях
1s1
-1, +1
Получение.
Промышленные способы
to
C + H2O = CO + H2 (водяной газ)
to, ct
CO + H2O = CO2 + H2
to, ct
CH4 + H2O = CO + 3H2
эл. ток
2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2
эл. ток
2H2O = 2H2 + O2
to
4H2O + 3Fe = Fe3O4 + 4H2
Лабораторные способы.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
to
2Al + 2NaOH + 10H2O = 2Na[Al(OH)4(H2O)2] + 3H2
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2
NaH + H2O = NaOH + H2
Химический свойства.
2Na + H2 = 2NaH (гидрид натрия)
to, P, ct
3H2 + N2
2NH3
to
CuO + H2 = Cu + H2O
Вода. Свойства
CaO + H2O = Ca(OH)2
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Na2CO3 + H2O
NaHCO3 + NaOH
Пероксид водорода.
Получение.
H2S2O8 +2H2O = 2H2SO4 + H2O2
BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2
Химические свойства.
H2O2
Н++ НО2-
2KMnO4 + 5H2O2 +3H2SO4=2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O
2KI + H2O2 = I2 + 2KOH
Натрий.
Валентные электроны
Степени окисления в соединениях
Получение.
3s1
+1
эл. ток
2NaCl
эл. ток
4NaOH
2Na + Cl2 (расплав)
4Na + O2 + 2H2O (расплав)
Химические свойства.
2Na + O2 = Na2O (Na2O2)
2Na + Cl2 = 2NaCl
to
2Na + H2 = 2NaH
to
6Na + N2 = 2Na3N
to
2Na + S = Na2S
to
3Na + P = Na3P
2Na + 2NH3 (жидк) = 2NaNH2 + H2
амид натрия
Оксид натрия.
to
2Na2O2 + 2Na = 2Na2O
to
2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2
Na2O + CO2 = Na2CO3
Na2O + 2Al(OH)3 + 5H2O = 2Na[Al(OH)4(H2O)2]
Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O
Гидроксид натрия.
эл. ток
2NaCl + 2H2O
2NaOH + H2 + Cl2
Na2CO3 + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCO3
NaOH + HCl = NaCl + H2O
2NaOH + SO3 = Na2SO4 + H2O
to
2NaOH + Al2O3 = 2NaAlO2 + H2O (сплавление)
2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O
Кальций.
Валентные электроны
Степени окисления в соединениях
Получение.
4s2
+2
эл. ток
CaCl2 = Ca + Cl2 (расплав)
to
3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O3
to
CaO + C Ca + CO
Химические свойства.
to
2Ca + O2 = 2CaO
Ca + Cl2 = CaCl2
to
Ca + H2 = CaH2
to
3Ca + 2P = Ca3P2
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2
Ca + 2HCl = CaCl2 + H2
Оксид кальция.
to
CaCO3 = CaO + CO2
CaO + H2O = Ca(OH)2
CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O
CaO + CO2 = CaCO3
to
CaO + ZnO = CaZnO2 (расплав)
цинкат кальция
Гидроксид кальция.
CaO + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O
to
Ca(OH)2 = CaO + H2O
Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O