В современной науке таблицу Д. И. Менделеева называют периодической системой химических элементов, т. к. общие закономерности в изменении свойств атомов, простых и сложных веществ, образованных химическими элементами, повторяются в этой системе через определенные интервалы - периоды. Таким образом, все существующие в мире химические элементы подчиняются единому, объективно действующему в природе периодическому закону, графическим отображением которого является периодическая система элементов. Этот закон и система носят имя великого русского химика Д. И. Менделеева.
Периоды - это ряды элементов, расположенные горизонтально, с одинаковым максимальным значением главного квантового числа валентных электронов. Номер периода соответствует числу энергетических уровней в атоме элемента. Периоды состоят из определенного количества элементов: первый - из 2 , второй и третий - из 8 , четвертый и пятый - из 18, шестой период включает 32 элемента. Это зависит от количества электронов на внешнем энергетическом уровне. Седьмой период является незавершенным. Все периоды (исключение составляет первый) начинаются щелочным металлом (s-элементом), а заканчиваются благородным газом. Когда начинает заполняться новый энергетический уровень, начинается новый период. В периоде с увеличением порядкового номера химического элемента слева направо металлические свойства простых веществ уменьшаются, а неметаллические возрастают.
Металлические свойства - это способность атомов элемента при образовании химической связи отдавать свои электроны, а неметаллические свойства - это способность атомов элемента при образовании химической связи присоединять электроны других атомов. У металлов электронами заполняется внешний s-подуровень, что подтверждает металлические свойства атома. Неметаллические свойства простых веществ проявляются при формировании и заполнении электронами внешнего р-подуровня. Неметаллические свойства атома усиливаются в процессе заполнения электронами р-подуровня (от 1 до 5). Атомы с полностью заполненным внешним электронным слоем (ns 2 np 6) образуют группу благородных газов , которые являются химически инертными.
В малых периодах с ростом положительного заряда ядер атомов возрастает число электронов на внешнем уровне (от 1 до 2 - в первом периоде и от 1 до 8 - во втором и третьем периодах), что объясняет изменение свойств элементов: в начале периода (кроме первого периода) находится щелочной металл, затем металлические свойства постепенно ослабевают и усиливаются неметаллические. В больших периодах с ростом заряда ядер заполнение уровней электронами происходит сложнее , что объясняет и более сложное изменение свойств элементов по сравнению с элементами малых периодов. Так, в четных рядах больших периодов с ростом заряда число электронов на внешнем уровне остается постоянным и равно 2 или 1. Поэтому, пока идет заполнение электронами следующего за внешним (второго снаружи) уровня, свойства элементов в четных рядах изменяются крайне медленно. Лишь в нечетных рядах, когда с ростом заряда ядра увеличивается число электронов на внешнем уровне (от 1 до 8), свойства элементов начинают изменяться так же, как у типических.
Группы - это вертикальные столбцы элементов с одинаковым числом валентных электронов, равных номеру группы. Существует деление на главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы состоят из элементов малых и больших периодов. Валентные электроны этих элементов расположены на внешних ns- и nр-подуровнях. Побочные подгруппы состоят из элементов больших периодов. Их валентные электроны находятся на внешнем ns-подуровне и внутреннем (n — 1) d -подуровне (или (n — 2) f-подуровне). В зависимости от того, какой подуровень (s-, p-, d- или f-) заполняется валентными электронами, элементы разделяются на:
1) s-элементы - элементы главной подгруппы I и II групп;
2) р-элементы - элементы главных подгрупп Ш-VII групп;
3) d -элементы - элементы побочных подгрупп;
4) f-элементы - лантаноиды, актиноиды.
Сверху вниз в главных подгруппах металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Элементы главных и побочных групп отличаются по свойствам. Номер группы показывает высшую валентность элемента. Исключение составляют кислород, фтор, элементы подгруппы меди и восьмой группы . Общими для элементов главных и побочных подгрупп являются формулы высших оксидов (и их гидратов). У высших оксидов и их гидратов элементов I-III групп (исключение составляет бор) преобладают основные свойства, с IV по VIII - кислотные. Для элементов главных подгрупп формулы водородных соединений общие. Элементы I-III групп образуют твердые вещества - гидриды, так как степень окисления водорода -1 . Элементы IV-VII групп - газообразные. Водородные соединения элементов главных подгрупп IV группы (ЭН 4) - нейтральны, V группы (ЭН3) являются основаниями, VI и VII групп (Н 2 Э и НЭ) - кислотами.
Радиус атома с увеличением зарядов ядер атомов в периоде уменьшается , т. к. притяжение ядром электронных оболочек усиливается. Происходит своеобразное их «сжатие». От лития к неону заряд ядра постепенно увели-чивается (от 3 до 10), что обуславливает возрастание сил притяжения электронов к ядру, размеры атомов уменьшаются. Поэтому в начале периода расположены элементы с небольшим числом электронов на внешнем электронном слое и большим радиусом атома. Электроны, находящиеся дальше от ядра, легко от него отрываются, что характерно для элементов-металлов.
В одной и той же группе с увеличением номера периода атомные радиусы возрастают , т. к. увеличение заряда атома оказывает противоположный эффект. С точки зрения теории строения атомов принадлежность элементов к металлам или неметаллам определяется способностью их атомов отдавать или присоединять электроны. Атомы металлов сравнительно легко отдают электроны и не могут их присоединять для достраивания своего внешнего электронного слоя.
Д. И. Менделеев в 1869 г. сформулировал периодический закон, который звучит так: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс элементов. Систематизируя химические элементы на основе их относительных атомных масс, Менделеев уделял большое внимание также свойствам элементов и образованных ими веществ, распределяя элементы со сходными свойствами в вертикальные столбцы - группы. В соответствии с современными представлениями о строении атома, основой классификации химических элементов являются заряды их атомных ядер, и современная формулировка периодического закона такова: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер. Периодичность в изменении свойств элементов объясняется периодической повторяемостью в строении внешних энергетических уровней их атомов. Именно число энергетических уровней, общее число расположенных на них электронов и число электронов на внешнем уровне отражают принятую в периодической системе символику.
a) Закономерности, связанные с металлическими и неметаллическими свойствами элементов.
б) Закономерности, связанные с окислительно-восстановительными свойствами. Изменения электроотрицательности элементов.
г) Закономерности, связанные с валентностью элементов.
Итак, подытожим закономерности изменения свойств, проявляемые в пределах периодов:
Изменение некоторых характеристик элементов в периодах слева направо:
Изменение некоторых характеристик элементов в группе сверху вниз:
Z — порядковый номер, равен числу протонов; R — радиус атома; ЭО — электроотрицательность; Вал е- -количество валентных электронов; Ок. св. — окислительные свойства; Вос. св. — востановительные свойства; Эн. ур. — энергитические уровни; Ме — металические свойства; НеМе — неметаллические свойства; ВСО — высшая степень окисления
Справочный материал для прохождения тестирования:
Таблица Менделеева
Таблица растворимости
1. Что изучает информатика?
компьютерные технологии
информация нематериальна
обрабатывать.
запах
звук
речь человека
вкус
фотографии
шифрование
передача информации
хранение данных
сортировка списка
поиск в базе данных
6. Что такое кодирование?
средство поиска информации
искажение информации
изменение вида информации
Тест по теме: «Информация и информационные процессы»
1. Что изучает информатика?
любые процессы и явления, связанные с информацией
программирование для компьютеров
взаимосвязь явлений в природе
компьютерные технологии
математические методы решения задач
2. Отметьте все верные высказывания.
информация нематериальна
информация - это отражение реального мира
информация характеризует разнообразие
при получении информации уменьшается неопределенность знаний
существует строгое определение информации
3. Отметьте виды информации, которые компьютер пока не умеет
обрабатывать.
запах
звук
речь человека
вкус
фотографии
4. Выберите процессы, которые можно назвать обработкой информации.
шифрование
передача информации
хранение данных
сортировка списка
поиск в базе данных
5. Отметьте все верные высказывания.
информация может существовать только вместе с носителем
хранение информации - это один из информационных процессов
для того, чтобы извлечь информацию из сообщения, человек использует знания
обработка информации - это изменение её содержания
при записи информации изменяются свойства носителя
6. Что такое кодирование?
средство поиска информации
запись информации в другой системе знаков
искажение информации
изменение вида информации
изменение количества информации
выбор нужных элементов
изменение порядка элементов
удаление ненужных элементов
для передачи информации?
принципы?
_______________________________________________________________
решения некоторых задач?
_______________________________________________________________
себе?
_______________________________________________________________
системах?
_______________________________________________________________
7. Какая фраза может служить определением сортировки?
выбор нужных элементов
расстановка элементов списка в заданном порядке
расстановка строк по алфавиту
изменение порядка элементов
удаление ненужных элементов
8. Как называется изменение свойств носителя, которое используется
для передачи информации?
_______________________________________________________________
9. Как называются знания, которые представляют собой факты, законы,
принципы?
_______________________________________________________________
10. Как называются знания, которые представляют собой алгоритмы
решения некоторых задач?
_______________________________________________________________
11. Как называют представления человека о природе, обществе и самом
себе?
_______________________________________________________________
12. Отметьте все верные высказывания.
полученная информация зависит от знаний получателя
полученная информация зависит только от принятого сообщения
получение информации всегда увеличивает знания
знания увеличиваются только тогда, когда полученная информация частично известна
одна и та же информация может быть представлена в разных формах
13. Как называют информацию, зафиксированную (закодированную) в
некоторой форме, в частности, в компьютерных информационных
системах?
_______________________________________________________________
Ответ:
1
2
3
4
5
6
7
а, б, г
а, б, в, г
а, г
а, г, д
а, в, д
б, г
8
9
10
11
12
13
сигнал
декларативные
процедурные
знания
а, г, д
Пояснительная записка Тематический тест « Закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений по периодам и группам» предназначен для подготовки учащихся к Единому Государственному экзамену по химии. Целевая аудитория - 11 класс. Формулировки тестовых заданий соответствуют демонстрационной версии контрольно-измерительных материалов по химии 2018 года.
Задания составлены по аналогии с тестами, опубликованными в пособии «ЕГЭ. Химия: типовые экзаменационные варианты: 30 вариантов/ под ред. А.А. Кавериной», вышедшем в издательстве «Национальное образование» (Москва, 2017 год)
Закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений по периодам и группам
| 1) Cl | 2) K | 3) Si | 4) S | 5) O |
Ответ:
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одной группе. Расположите выбранные элементы в порядке возрастания кислотных свойств их водородных соединений.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одной группе. Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения их металлических свойств.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одном периоде. Расположите выбранные элементы в порядке возрастания кислотных свойств их высших гидроксидов.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одном периоде. Расположите выбранные элементы в порядке увеличения числа внешних электронов в атомах этих элементов.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одном периоде. Расположите выбранные элементы в порядке возрастания радиуса их атомов.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одном периоде. Расположите выбранные элементы в порядке усиления окислительных свойств их атомов.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одной группе. Расположите выбранные элементы в порядке усиления основных свойств образуемых ими оксидов.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три металла. Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения восстановительных свойств.
Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одной группе.
Расположите эти элементы в порядке увеличения силы притяжения валентных электронов.
Ответы
Вопрос 1
Вопрос 2
Вопрос 3
Периодический закон изменения свойств химических элементов был открыт в 1869 году великим русским ученым Д.И. Менделеевым и в первоначальной формулировке звучал следующим образом:
«… свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Атомным весом в те времена называли атомную массу химического элемента. Следует отметить, что в то время не было ничего известно о реальном строении атома и господствовала идея о его неделимости, в связи с чем Д.И. Менделеев сформулировал свой закон периодичного изменения свойств химических элементов и образованных ими соединений исходя из массы атомов. Позже после установления строения атома закон был сформулирован в следующей формулировке актуальной и в настоящий момент.
Свойства атомов химических элементов и образованных ими простых веществ находятся в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов.
Графическим изображением периодического закона Д.И. Менделеева можно считать периодическую таблицу химических элементов, впервые построенную самим великим химиком, но несколько усовершенствованную и доработанную последующими исследователями. Фактически используемый в настоящее время вариант таблицы Д.И. Менделеева отражает современные представления и конкретные знания о строении атомов разных химических элементов.
Рассмотрим более детально современный вариант периодической системы химических элементов:
В таблице Д.И. Менделеева можно видеть строки, называемые периодами; всего их насчитывается семь. Фактически номер периода отражает число энергетических уровней, на которых расположены электроны в атоме химического элемента. Например, такие элементы, как фосфор, сера и хлор, обозначаемые символами P, S, и Cl, находятся в третьем периоде. Это говорит о том, что электроны в этих атомах расположены на трех энергетических уровнях или, если говорить более упрощенно, образуют трехслойную электронную оболочку вокруг ядер.
Каждый период таблицы, кроме первого, начинается щелочным металлом и заканчивается благородным (инертным) газом.
Все щелочные металлы имеют электронную конфигурацию внешнего электронного слоя ns1, а благородные газы — ns 2 np 6 , где n – номер периода, в котором находится конкретный элемент. Исключением из благородных газов является гелий (He) с электронной конфигурацией 1s 2 .
Также можно заметить, что помимо периодов таблица делится на вертикальные столбцы — группы, которых насчитывается восемь. Большинство химических элементов имеет равное номеру группы количество валентных электронов. Напомним, что валентными электронами в атоме называются те электроны, которые принимают участие в образовании химических связей.
В свою очередь, каждая группа в таблице делится на две подгруппы – главную и побочную.
Для элементов главных групп количество валентных электронов всегда равно номеру группы. Например, у атома хлора, расположенного в третьем периоде в главной подгруппе VII группы, количество валентных электронов равно семи:
Элементы побочных групп имеют в качестве валентных электроны внешнего уровня или нередко электроны d-подуровня предыдущего уровня. Так, например, хром, находящийся в побочной подгруппе VI группы, имеет шесть валентных электронов – 1 электрон на 4s-подуровне и 5 электронов на 3d-подуровне:
Общее количество электронов в атоме химического элемента равно его порядковому номеру. Другими словами, общее количество электронов в атоме с номером элемента возрастает. Тем не менее, количество валентных электронов в атоме изменяется не монотонно, а периодически – от 1-го у атомов щелочных металлов до 8-ми для благородных газов.
Иными словами, причина периодического изменения каких-либо свойств химических элементов связана с периодическими изменениями в строении электронных оболочек.
При движении вниз по подгруппе атомные радиусы химических элементов возрастают ввиду увеличения количества электронных слоев. Тем не менее, при движении по одному ряду слева направо, то есть с ростом количества электронов для элементов, расположенных в одном ряду, происходит уменьшение радиуса атома. Данный эффект объясняется тем, что при последовательном заполнении одной электронной оболочки атома ее заряд, как и заряд ядра, увеличивается, что приводит к усилению взаимного притяжения электронов, в результате чего электронная оболочка «поджимается» к ядру:
Вместе с тем, внутри одного периода с ростом количества электронов происходит уменьшение радиуса атома, а также возрастает энергия связи каждого электрона внешнего уровня с ядром. Это означает, что, например, ядро атома хлора будет удерживать электроны своего внешнего уровня намного сильнее, чем ядро атома натрия единственный электрон внешнего электронного уровня. Более того, при столкновении атома натрия и хлора хлор «отберет» единственный электрон у атома натрия, то есть электронная оболочка хлора станет такой же, как у благородного газа аргона, а у натрия — такой же, как у благородного газа неона. Способность атома какого-либо химического элемента оттягивать на себя «чужие» электроны при столкновении с атомами другого химического элемента называется электроотрицательностью. Более подробно про электроотрицательность будет рассказано в главе, посвященной химическим связям, но нужно отметить, что, электроотрицательность, как и многие другие параметры химических элементов, также подчиняется периодическому закону Д.И. Менделеева. Внутри одной подгруппы химических элементов электроотрицательность убывает, а при движении по ряду одного периода вправо электроотрицательность возрастает.
Следует усвоить один полезный мнемонический прием, позволяющий восстановить в памяти то, как меняются те или иные свойства химического элемента. Заключается он в следующем. Представим себе циферблат обычных круглых часов. Если его центр поместить в правый нижний угол таблицы Д.И. Менделеева, то свойства химических элементов будут однообразно изменяться при движении по ней вверх и вправо (по часовой стрелке) и противоположно вниз и влево (против часовой стрелки):
Попробуем применить данный прием к размеру атома. Допустим, что вы точно помните, что при движении вниз по подгруппе в таблице Д.И. Менделеева радиус атома увеличивается, поскольку растет число электронных оболочек, но напрочь забыли, как изменяется радиус при движении влево и вправо.
Тогда нужно действовать следующим образом. Поставьте большой палец правой руки в правый нижний угол таблицы. Движение вниз по подгруппе будет совпадать с движением указательного пальца против часовой стрелки, как и движение влево по периоду, то есть радиус атома при движении влево по периоду, как и при движении вниз по подгруппе, увеличивается.
Аналогично и для других свойств химических элементов. Точно зная, как изменяется то или иное свойство элемента при движении вверх-вниз, благодаря данному методу вы сможете восстановить в памяти то, как меняется это же свойство при движении влево или вправо по таблице.
Лекция: Закономерности изменения свойств элементов и их соединений по периодам и группам
Русский ученый Д. И. Менделеев
успешно работал во многих областях науки. Однако наибольшую известность ему принесло уникальное открытие периодического закона химических элементов в 1869 г. Изначально, он звучал таким образом: «Свойства всех элементов, а вследствие и качества образуемых ими простых, а также сложных веществ, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
В настоящее время формулировка закона иная. Дело в том, что во времена открытия закона ученые не имели представления о строении атома, а за атомный вес принимался вес химического элемента. Впоследствии активного изучения атома и получения новых сведений о его строении, был выведен закон, имеющий актуальность в наши дни: «Свойства атомов хим. элементов и образованных ими простых веществ в периодической зависимости от зарядов ядер их атомов».
Закон так же выражен графически. Наглядно его изображает таблица:
Периодическая таблица Д.И. Менделеева
На данном уроке мы научимся извлекать из неё важную и нужную для постижения науки информацию. В ней вы видите строки. Это периоды . Всего их семь. Вспомните из предыдущего урока, что номер каждого периода демонстрирует количество энергетических уровней, на которых размещаются электроны атома химического элемента. Например, натрий (Na) и магний (Mg) находятся в третьем периоде, значит их электроны размещены на трех энергетических уровнях. Все периоды, за исключением 1 – го берут начало со щелочного металла, и завершаются благородным газом.
Электронная конфигурация:
щелочного металла - ns 1 ,
благородного газа -ns 2 p 6 , за исключением гелия (Не) - 1s 2 .
Где n - является номером периода.
Еще мы видим в таблице вертикальные столбцы – это группы . В одних таблицах вы можете увидеть 18 групп, нумерованных арабскими цифрами. Такая форма таблица называется длинной, она появилась после обнаружения отличий d-элементов от s- и p-элементов. Но традиционной, созданной Менделеевым является короткая форма, где элементы сгруппированы в 8 групп, нумерованных римскими цифрами:
В дальнейшем мы будем пользоваться уже знакомой и привычной для вас короткой таблицей.
Итак, какую информацию нам дают номера групп? Из номера мы узнаем число электронов, образующих химические связи. Они называются валентными . 8 групп подразделены на две подгруппы: главная и побочная.
В главную входят электроны s- и p-подуровней. Это подгруппы IА, IIА, IIIА, IVА, VА, VIА, VIIА и VIIIА. Например, аллюминий (Al) – элемент главной подгруппы III группы имеет … 3s 2 3p 1 валентных электрона.
Элементы, располагающиеся в побочных подгруппах, содержат электроны d - подуровня. Побочными являются группы IБ, IIБ, IIIБ, IVБ, VБ, VIБ, VIIБ и VIIIБ. Например, марганец (Mn) – элемент главной подгруппы VII группы имеет …3d 5 4s 2 валентных электрона.
В короткой таблице s- элементы обозначены красным, p-элементы желтым, d-элементы синим и f-элементы белым цветами.
Еще из таблицы можно сделать и такой вывод, чем выше порядковый номер элемента, тем меньше радиус атома. Почему? Дело в том, что при увеличении общего количества электронов, происходит уменьшение радиуса атома. Чем больше электронов, тем выше энергия их связи с ядром. Например, ядро атома фосфора (Р) намного сильнее удерживает электроны своего внешнего уровня, чем ядро атома натрия (Na), имеющего один электрон на внешнем уровне. И если атомы фосфора и натрия вступят в реакцию, фосфор отберет этот электрон у натрия, потому что фосфор более электроотрицательный. Этот процесс называется электроотрицательностью. Запомните, при движении вправо по одному ряду элементов таблицы их электроотрицательность возрастает, а внутри одной подгруппы она уменьшается. О данном свойстве элементов мы подробнее скажем на следующих уроках.
Запомните:
1. В периодах с увеличением порядкового номера мы можем наблюдать:Ионизация - это процесс превращения атомов в ионы (положительно заряженные катионы или отрицательно заряженные анионы) во время химической реакции.
Электроотрицательность - это способность атома к притягиванию электрона другого атома во время химических реакций.
Окисление - процесс передачи электрона атома восстановителя (донора электрона) атому окислителя (акцептору электрона) и увеличение степени окисления атома вещества.
