4. Значение периодического закона и системы химических элементов Д.И.Менделеева.
5. Периодическая система химических элементов – графическое отражение периодического закона. Строение периодической системы: периоды, группы, подгруппы.
6. Зависимость свойств химических элементов от строения их атомов.
1 марта (по новому стилю) 1869 г. считается датой открытия одного из важнейших законов химии – периодического закона. В середине XIX в. было известно 63 химических элемента, и возникла потребность в их классификации. Попытки такой классификации предпринимали многие ученые (У.Одлинг и Дж.А.Р.Ньюлендс, Ж.Б.А.Дюма и А.Э.Шанкуртуа, И.В.Деберейнер и Л.Ю.Мейер), но лишь Д.И.Менделееву удалось увидеть определенную закономерность, расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс. Эта закономерность имеет периодический характер, поэтому Менделеев сформулировал открытый им закон следующим образом: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины атомной массы элемента.
Д.И.Менделеев (1834–1907)
В системе химических элементов, предложенной Менделеевым, был ряд противоречий, которые сам автор периодического закона устранить не смог (аргон–калий, теллур–йод, кобальт–никель). Лишь в начале XX в., после открытия строения атома, был объяснен физический смысл периодического закона и появилась его современная формулировка: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.
Такую формулировку подтверждает и наличие изотопов, химические свойства которых одинаковы, хотя атомные массы различны.
Периодический закон – один из основных законов природы и важнейший закон химии. С открытия этого закона начинается современный этап развития химической науки. Хотя физический смысл периодического закона стал понятен только после создания теории строения атома, сама эта теория развивалась на основе периодического закона и системы химических элементов. Закон помогает ученым создавать новые химические элементы и новые соединения элементов, получать вещества с нужными свойствами. Сам Менделеев предсказал существование 12 элементов, которые в то время еще не были открыты, и определил их положение в периодической системе. Свойства трех из этих элементов он подробно описал, и при жизни ученого эти элементы были открыты («экабор» – галлий, «экаалюминий» – скандий, «экасилиций» – германий). Кроме того, периодический закон имеет большое философское значение, подтверждая наиболее общие законы развития природы.
Графическим отражением периодического закона является периодическая система химических элементов Менделеева. Существует несколько форм периодической системы (короткая, длинная, лестничная (предложена Н.Бором), спиралеобразная). В России наибольшее распространение получила короткая форма. Современная периодическая система содержит 110 открытых на сегодняшний день химических элементов, каждый из которых занимает определенное место, имеет свой порядковый номер и название. В таблице выделяют горизонтальные ряды – периоды (1–3 – малые, состоят из одного ряда; 4–6 – большие, состоят из двух рядов; 7-й период – незавершенный). Кроме периодов выделяют вертикальные ряды – группы, каждая из которых подразделяется на две подгруппы (главную – а и побочную – б). Побочные подгруппы содержат элементы только больших периодов, все они проявляют металлические свойства. Элементы одной подгруппы имеют одинаковое строение внешних электронных оболочек, что обусловливает их схожие химические свойства.
Лестничная форма периодической системы элементов Д.И.Менделеева
Период – это последовательность элементов (от щелочного металла до инертного газа), атомы которых имеют одинаковое число энергетических уровней, равное номеру периода.
Длинная форма периодической системы элементов Д.И.Менделеева
Главная подгруппа – это вертикальный ряд элементов, атомы которых имеют одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне. Это число равно номеру группы (кроме водорода и гелия).
Все элементы в периодической системе разделяются на 4 электронных семейства (s-, p-, d-, f-элементы) в зависимости от того, какой подуровень в атоме элемента заполняется последним.
Побочная подгруппа – это вертикальный ряд d-элементов, имеющих одинаковое суммарное число электронов на d-подуровне предвнешнего слоя и s-подуровне внешнего слоя. Это число обычно равно номеру группы.
Важнейшими свойствами химических элементов являются металличность и неметалличность.
Металличность – это способность атомов химического элемента отдавать электроны. Количественной характеристикой металличности является энергия ионизации.
Энергия ионизации атома – это количество энергии, которое необходимо для отрыва электрона от атома элемента, т. е. для превращения атома в катион. Чем меньше энергия ионизации, тем легче атом отдает электрон, тем сильнее металлические свойства элемента.
Неметалличность – это способность атомов химического элемента присоединять электроны. Количественной характеристикой неметалличности является сродство к электрону.
Сродство к электрону – это энергия, которая выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому, т. е. при превращении атома в анион. Чем больше сродство к электрону, тем легче атом присоединяет электрон, тем сильнее неметаллические свойства элемента.
Универсальной характеристикой металличности и неметалличности является электроотрицательность (ЭО) элемента.
ЭО элемента характеризует способность его атомов притягивать к себе электроны, которые участвуют в образовании химических связей с другими атомами в молекуле.
Чем больше металличность, тем меньше ЭО.
Чем больше неметалличность, тем больше ЭО.
При определении значений относительной ЭО по шкале Полинга за единицу принята ЭО атома лития (ЭО(Li) = 1); самым электроотрицательным элементом является фтор (ЭО(F) = 4).
В малых периодах от щелочного металла к инертному газу:
• заряд ядер атомов увеличивается;
• число энергетических уровней не изменяется;
• число электронов на внешнем уровне увеличивается от 1 до 8;
• радиус атомов уменьшается;
• прочность связи электронов внешнего слоя с ядром увеличивается;
• сродство к электрону увеличивается;
• металличность элементов уменьшается;
• неметалличность элементов увеличивается.
Все d-элементы данного периода похожи по своим свойствам – все они являются металлами, имеют мало различающиеся радиусы атомов и значения ЭО, поскольку содержат одинаковое число электронов на внешнем уровне (например, в 4-м периоде – кроме Cr и Cu).
В главных подгруппах сверху вниз:
• число энергетических уровней в атоме увеличивается;
• число электронов на внешнем уровне одинаково;
• радиус атомов увеличивается;
• прочность связи электронов внешнего уровня с ядром уменьшается;
• энергия ионизации уменьшается;
• сродство к электрону уменьшается;
• металличность элементов увеличивается;
• неметалличность элементов уменьшается.
Тест по теме «Периодический закон и система химических элементов Д.И.Менделеева»
(Возможно несколько правильных ответов)
1. Среди всех элементов главной подгруппы I группы элемент литий обладает:
а) наиболее выраженными металлическими свойствами;
б) самой маленькой плотностью;
в) самой большой относительной атомной массой;
г) наименьшим радиусом атома.
2. Гипотетическая формула высшего оксида 115-го элемента периодической системы может иметь вид:
3. Порядковый номер элемента с наибольшей электроотрицательностью в 4 группе периодической системы:
а) 6; б) 72; в) 82; г) 12.
4. Сколько энергетических уровней заполнено электронами в ионе калия?
5. При сгорании 1,86 г органического вещества образовалось 3,96 г углекислого газа и 0,54 г воды. Сколько всего атомов содержит молекула этого соединения, если известно, что его молярная масса меньше 200 г/моль?
6. В каких рядах химические элементы перечислены не в порядке уменьшения их атомных радиусов?
а) Ca, Mg, Be; б) S, Cl, Br;
в) Li, Na, K; г) B, Be, Li.
7. В порядке возрастания энергии ионизации расположены следующие элементы:
а) Na, Mg, Al, Si; б) Na, Mg, Ca, Si;
в) Na, Ca, Mg, Si; г) Si, Al, Mg, Na.
8. По происхождению (этимологии) названий «лишним» в перечне элементов будет:
а) селен; б) теллур; в) ниобий; г) церий.
9. Одинаковое по абсолютной величине, но разное по знаку значение степени окисления в летучем водородном соединении и в высшем оксиде имеет элемент:
а) бор; б) азот; в) сера; г) углерод.
10. Свойства высших оксидов элементов 3-го периода изменяются следующим образом:
а) амфотерные, основные, кислотные;
б) основные, кислотные, амфотерные;
в) основные, амфотерные, кислотные;
г) кислотные, амфотерные, основные.
1. Рассчитать изотопный состав (в %) водорода (средняя относительная атомная масса Ar = 1,008) и лития (Ar = 6,9), предполагая, что каждый элемент состоит только из двух изотопов, относительные атомные массы которых отличаются на единицу.
Ответ. Водород: 1 Н – 99,2% и 2 Н – 0,8%; литий: 6 Li – 10% и 7 Li – 90%.
2. Относительная атомная масса природного водорода составляет 1,00797. Этот водород является смесью изотопов протия (Ar = 1,00782) и дейтерия (Ar = 2,0141). Какой процент дейтерия в природном водороде?
3. Среди приведенных символов элементов укажите изотопы и изобары:
Ответ. У изотопов одинаковые химические символы, у изобаров одинаковые атомные массы.
4. Природный литий (Ar = 6,9) состоит из изотопов с массовыми числами 6 и 7. Сколько процентов первого изотопа* он содержит?
5. Масса атома изотопа магния равна 4,15•10 –23 г. Определите число нейтронов, которое содержит ядро этого атома.
6. Медь имеет два изотопа с массовыми числами 63 и 65. Массовая доля их в природной меди составляет соответственно 73% и 27%. На основании этих данных рассчитайте среднюю относительную атомную массу природной меди.
( 63 Cu) = 73%,
( 65 Cu) = 27%.
Пусть m(образца) = 100 г, тогда m( 63 Cu) = 73 г; m( 65 Cu) = 27 г.
7. Средняя относительная атомная масса природного хлора равна 35,45. Вычислите массовые доли двух его изотопов, имеющих массовые числа 35 и 37.
8. Определите относительную атомную массу бора, если известны массовые доли его изотопов ( 10 В) = 19,6% и ( 11 В) = 80,4%.
9. Литий состоит из двух природных изотопов с массовыми числами 6 (1 = 7,52%) и 7 (2 = 92,48%). Рассчитайте относительную атомную массу лития.
10. Рассчитайте относительную атомную массу кобальта, если известно, что в природе существуют два его изотопа: с массовыми числами 57 (1 = 0,17%) и 59 (2 = 99,83%).
11. Относительная атомная масса бора составляет 10,811. Определите процентное содержание в природном боре изотопов с массовыми числами 10 и 11.
12. Галлий имеет два природных изотопа с массовыми числами 69 и 71. В каком количественном соотношении находятся между собой числа атомов этих изотопов, если относительная атомная масса элемента 69,72.
13. Природный бром имеет два изотопа с массовыми числами 79 и 81. Относительная атомная масса брома 79,904. Определите массовую долю каждого из изотопов в природном броме.
1. Кремний имеет три стабильных изотопа – 30 Si (3,05 %(мол.)), 29 Si и 28 Si. Вычислите содержание (в %(мол.)) самого распространенного изотопа кремния. Как будут отличаться молярные массы диоксида кремния, имеющего разный изотопный состав, если учесть, что кислород имеет три стабильных изотопа с массовыми числами 16, 17 и 18?
Ответ. 94,55%; 18 видов молекул диоксида кремния.
2. Образец состоит из смеси двух изотопов одного элемента; 30% составляет изотоп, в ядре атома которого – 18 нейтронов; 70% составляет изотоп, в ядре атома которого – 20 нейтронов. Определите порядковый номер элемента, если средняя относительная атомная масса элемента в смеси изотопов составляет 36,4.
3. Химический элемент состоит из двух изотопов. В ядре атома первого изотопа – 10 протонов и 10 нейтронов. В ядре атома второго изотопа – нейтронов на 2 больше. На 9 атомов более легкого изотопа приходится один атом более тяжелого изотопа. Вычислите среднюю относительную атомную массу элемента.
4. Изотоп 137 Cs имеет период полураспада 29,7 лет. 1 г этого изотопа прореагировал со взрывом с избытком воды. Каков период полураспада цезия в образовавшемся соединении? Ответ обоснуйте.
5. Через сколько лет количество радиоактивного стронция-90 (период полураспада 27 лет), выпавшего с радиоактивными осадками в результате ядерного взрыва, станет менее 1,5% от того количества, которое было обнаружено в момент после ядерного взрыва?
Ответ.
8. Найдите массу изотопа 81 Sr (период полураспада 8,5 ч), оставшуюся после 25,5 ч хранения, если первоначальная масса составляла 200 мг.
9. Вычислите процент атомов изотопа 128 I (период полураспада 25 мин), оставшихся нераспавшимися после его хранения в течение 2,5 ч.
Ответ.
11. Изотоп 210 Ро, излучающий -частицы, используется в смеси с бериллием в нейтронных источниках. Через какое время интенсивность таких источников уменьшится в 32 раза? Период полураспада изотопа равен 138 дням.
Статья подготовлена при поддержке сайта www.My-Psyholog.Com.Ua. Современный мир полон стрессов, это может стать причиной нервного срыва или психического расстройства. Помочь справиться с проблемой сможет психолог. Перейдя по ссылке «помощь психолога киев», вы сможете, не отходя от экрана монитора, записаться на прием к практикующему психологу по выгодной цене. Ирина Мельник – высококвалифицированный специалист, который всегда сможет помочь вам и вашему ребенку.
Упражнения на ядерные реакции
3. Изотоп 9 Be, поглощая одну -частицу и испуская нейтрон, превращается в изотоп другого элемента. Какой элемент образуется? Напишите уравнение ядерной реакции.
Ответ. Образуется изотоп 12 С по уравнению ядерной реакции:
5. Первой в истории искусственной ядерной реакцией была реакция изотопа 14 N с -частицами, получаемыми при распаде 210 Po. В результате ядерной реакции азот превратился в изотоп кислорода 17 О. Напишите уравнения происходящих ядерных превращений.
Рассчитайте относительную атомную массу элемента, кобальта, если известно, что в природе существуют два его изотопа : 52 Со (массовая доля 0, 17%) и 59Со(99, 83%)?
Рассчитайте относительную атомную массу элемента, кобальта, если известно, что в природе существуют два его изотопа : 52 Со (массовая доля 0, 17%) и 59Со(99, 83%).
Определите доли изотопов сурьмы от общего количества атомов сурьмы Если известно что она встречается в природе в виде двух изотопов : 121Sb и 123Sb?
Определите доли изотопов сурьмы от общего количества атомов сурьмы Если известно что она встречается в природе в виде двух изотопов : 121Sb и 123Sb.
Относительную атомную массу сурьмы принять равной 121, 8.
Рассчитайте относительную атомную массу бора, если известно, что он имеет два изотопа с массовыми числами 10 и 11, массовые доли которых в природе соответственно составляют 19, 6% и 80, 4%?
Рассчитайте относительную атомную массу бора, если известно, что он имеет два изотопа с массовыми числами 10 и 11, массовые доли которых в природе соответственно составляют 19, 6% и 80, 4%.
Помогите, пожалуйста?
В природе кремний находиться в виде смеси двух изотопов, массовые числа которых 28 и 29.
Относительная атомная масса кремния 28, 1.
Определите массовую долю(%) изотопа кремния с массовым числом 28 в кремнии.
Рассчитайте доли изотопов серебра, если известно, что этот элемент распространён в природе в виде двух изотопов с массовыми числами 107 и 109?
Рассчитайте доли изотопов серебра, если известно, что этот элемент распространён в природе в виде двух изотопов с массовыми числами 107 и 109.
Относительную атомную массу серебра принять равной 107, 9.
Природный неон с относительной атомной массой 20, 2 состоит из двух изотопов : ²⁰Ne и ²²Ne?
Природный неон с относительной атомной массой 20, 2 состоит из двух изотопов : ²⁰Ne и ²²Ne.
Найти массовую долю каждого изотопа в природном неоне.
Природный бром содержит 2 изотопа?
Природный бром содержит 2 изотопа.
Массовая доля изотопа Br79 раавна 55%.
Помогите пожалуйста, очень надо!
Относительная атомная масса элемента бора составляет 10, 811?
Относительная атомная масса элемента бора составляет 10, 811.
Определите массовую долю каждого из изотопов.
Расчитайте относительную массу элемента кобалька если известно что в природе существует два его изотопа 57 CO(массовая доля 0, 17%)и59CO(99, 83%)?
Расчитайте относительную массу элемента кобалька если известно что в природе существует два его изотопа 57 CO(массовая доля 0, 17%)и59CO(99, 83%).
1. История открытия периодического закона и системы химических элементов Д.И.Менделеева.
1. Среди всех элементов главной подгруппы I группы элемент литий обладает:
1. Рассчитать изотопный состав (в %) водорода (средняя относительная атомная масса Ar = 1,008) и лития (Ar = 6,9), предполагая, что каждый элемент состоит только из двух изотопов, относительные атомные массы которых отличаются на единицу.
их в природной меди составляет соответственно 73% и 27%. На основании этих данных рассчитайте среднюю относительную атомную массу природной меди.
-частицы, используется в смеси с бериллием в нейтронных источниках. Через какое время интенсивность таких источников уменьшится в 32 раза? Период полураспада изотопа равен 138 дням.
.